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Reibradgetriebe mit veränderlicher Übersetzung Bei den bisher bekannten
Reibradgetrieben mit stufenlos veränderlicher übersetzung werden die benötigten
Reibungskräfte nur an verhältnismäßig wenig Berührungsstellen erzeugt, da es konstruktiv
schwierig ist, eine große Zahl von Reibkörpern bei den durch die unumgängliche Schnnierung
erforderlichen hohen Anpressungsdrücken so zu lagern, daß die zur Übersetzungsändierung
grundsätzlich notwendige Vers:chiebbarkeit der Reibkörper erhalten bleibt. Andererseits
bedingen diese wenigen. Berührungsstellen auch höhere Anpressungsdrücke, die in
den Lagern hohe Reibungsverluste erzeugen, denn die Anpreseungsidrücke müssen beim
Rollen von Metall auf Metall 30- bis 40mal so groß sein wie die erforderliche Reibungskraft.
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Bei einigen bekannten Reibradgetrieben werden die Reibkörper zur Aufhebung
der Lagerdrücke von freien Ringen umschlossen, die um so stärker angepreßt werden,
je höher die notwendige Reibungskraft wird. Da sich hierbei die Reibkörper unmittelbar
aufeinander Öder über Zwischenreibkörper abrollen, heben sich alle Anpressungsdrücke
auf und verursachen daher keine Legerreibunggsverluste. Weil bei diesen Bauarten
die Änderung des Übersetzungsverhältnisses grundsätzlich durch axiale Verschiebung
der ReibköTper und meist auch .der Ringe erfolgen muß.; können aus räumlichen Gründen
auch nur wenige R-ei(bkörper angeordnet und daher nur wenige Berührungsstellen erreicht
werden.
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Diese Schwierigkeiten hatten zur Folge, daß es bisher nicht gelungen
ist, Reibradgebriebe mit stufenlos veränderlicher Ubersetzung von großer Leistung
zu bauen. In einem Hochleistungsgetriebe müssen erstem sehir viele Eingriffsstellen
vorhanden sein, d. h. sehr viele Reibkörper untergebracht
werden,
und zweitens muß die Geschwinr digkeit in: den Eingriffsstellen sehr hoch sein,
um geringe Mitnahmekräfte und damit niedrige A r pressungs-drücke zu erhalten. Beide
Bedingungen erfordern; an und für sich :große Abmessungen. eines derartigen Getriebes.
Der ersten Bedingung kann in dieser Hinsicht durch: zweckmäßige Gestaltung der Reibkörper
begegnet -werden.
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Geringe Abmessungen bei einer großen Zahl von Berührungsstellen sind,
nur bei Änderung des übersetzunigsverhältnsses durch Radialverschiebung der Reibkörper
erreichbar. Um dann die -radialen Lagerdrücke klein zuS:alten, muß man die Reibkörper
so ausbilden, daß nur eine kleine Komponente der Anpressungsdirücke in radialer
Richtung wirksam wird. Erreicht wird dies durch Ausbildung der Reibkörper als flachkegelige
Scheiben. Es sind bereits Reibradgetriebe bekannt, bei dienen eine größere Zahl
von, Reibstellen dadurch geschaffen wurde, daß mehrere solche flachkegelige Scheiben
auf mehreren Wellen angeordnet wu:rdiee;. Damit wurde der ersten oben: ausgesprochenen
Forderung nach sehr vielen Eingriffsistellen entrsprochen. Bei diesen bekannten
Getrieben bereitet aber die axiale Führung dieser flachkege-ligeen Scheiben auf
der Welle Schwierigkeiten, denn zwecks geringer Axialabmessung des gesamten Getriebes
und vor allem aus den weiter unten erläuterten Forderungen nach möglichst kurzen
Wellen soll diese Führung so kurz wie möglich sein. Die Forderung nach kurzen, Wellen:
ist deshalb wichtig, weil der oben ausgesprochenen, zweiten Forderung nach hoher
Geschwiadigkcit in den Eingriffsstellen bei erträglichen Getriebeabmessungen nur
durch sehr hohe Drehzahlen entsprochen werden kann. Da durch den Übersetzungs.bereichi
dies Getriebes das Verhältnis zwischen dem Wellendurchmesser und dem Durchmesser
der Reibkörper bestimmt ist, haben die erwünschten kleinen Scheiben ,durchmesser
auch dünne Wellen zur Folge. Mit Rücksicht -auf kritische Drehzahlen können dünne
Wellen; bei hohen Drehzahlen nur geringe Länge erhalten. Diese beiden Forderungen.
nach einer großen Zahl von Reibkörpern und kurzen Wellen entsprechen einzig und
allein, wie oben bereits erwähnt, flache scheibenförmigie: Reibkörper von- geringer
axialer Abmessung (Dicke). Dabei mu.ß aber vorausgesetzt werden, daß die an und-
für sich notwendige axiale Führung der Scheiben nicht zu viel axiale Baulänge erfordert.
Dies ist aber bei der bekannten und bisher angewendeten zwangsläufigen Führung der
Fall, denn durch die: außerhalb: leer Drehachse der Scheiben in axialer Richtung
angreifenden Anpressungsdrücke und die der Verschiebung der Scheiben entgegenwirkenden
Reibungskräfte zwischen Scheiben und Welle, diie gleichfalls in axialer Richtung,
aber dien: Anpressungsdrücken entgegengesetzt wirken, wird ein Drehmoment erzeugt,
welches bestrebt ist, die Schieiben schief zu stellen. Diesem Drehrnamen:t tnü#sen
bei der bekannten zwangsläufigen Führung Führungskräfte entgegenwirken, die an dien
Enden dieser Führung wirksam und gleichfalls entgegengesetzt gerichtet sind. Um
ein Klemmen der Scheiben bei ihrer axialen Verschiebung zu vermeiiden,dürfen diese
Kräfte eine gewisse Größe nicht überschreiten. Um trotz dieser Einschränkung dem
obenerwähnten Schiefstell-ungs:drehmöment,das Gleichgewicht zu halten, muß der Hebelarm
dieser Führungskräfte, d. h. die Führungslänge, so groß werden, daß das Produkt
aus. Führungslänge und Führungskräften die gleiche Größe erreicht wie das Schiefstellungsdrehmoment.
Bei ungenügender Länge der bekannten zwangsläufigen Führung würde hierdurch ein,
Klemmen der Scheiben univermeidlich, sein. Damit ginge aber beim Zusammenpress:en
mehrerer auf eimer Welle aufgereihter, durch eine gemeinsame Federung zusammen,
gepreßter Reibscheiben an den jeweils hinter dien klemmenden Scheiben liegenden
Eingriffsstellen der notwendige Anpressunbsdruck verloren. Um allen auftretenden
Ansprüchen an die Führung der Scheiben sicher zu genügen, muß diese bei der bekannten
zwangsläufigen Führung bedeutend länger sein als die aus sonstigen Gründen notwendige
Axialalymesesung (Dicke) der Scheiben. Hierdurch wird also für die Führung zusätzlich.
axiale Baulänge erfordert und dadurch die. Zahl der bei einer gegebenen Wellenlänge
unterzubringenden Reibscheiben beträchtlich herabgesetzt. Um dieser machteiligen
Folge der zwangsläufigen. Führung zu begegnen, erfolgt bei dem den Gegenstand der
Erfindung bildenden Getriebe die Führung nicht durch jede Scheibe selbst, sonldern
durch gegenseitige Abstützung mehrerer Scheiben, die auf ihren Wellen nicht nur
axial verschiebbar aufgereiht, sondern außerdem so ausgebildet sind, daß sie sich
zu diesen Wellen auch schräg einstellen können. Diese Schrägstellung von Reibkörpern
ist bei bereits bekannten Reibradwechselgetrieben angewendet worden, bei denen entweder
die Aehsabstände zwischen den in Eiergriff befindlichen Wellen. während der Übersetzungsänderung
verschieden groß waren oder bei denen zwischen einer inneren zentralen und einer
äußeren zentralen Reihe von; Reibkörpern eine oder mehrere Reihen von Gegenreibkörpern
in radialer Richtung verstellt wurden. Bei diesen beiden Anwendungen schräg einstellbarer
Reibkörper war diese Schrägstellung erforderlich, weil ein Teil der Reibkörper fest
auf ihren, Wellen geführt war und die Schrägstellung der restlichen Reibkörper dann
dien: bei leer Übersetzungsänderung wegern der verschiedenen Laufhalbmesser vorhandenen
Dickenunterschied leer Gegerireibkörper ausgleichen mußte. In beiden. Fällen, wirkten
also die schräg einstellbaren Reibkörper als Zwischenreibkörper zwischen fest geführten-
Reibkörpern. Bei diesen bekannten Getrieben war demzufolge nur ein Teil leer Reibkörper
schräg ein, stehbar, während die restlichen Reibkörper fest auf 1 ihren Wellen geführt
wurden. Infolgedessen liefen die beweglichen Reibkörper stets. in, einer durch das
Übersetzungsverhältnis bestimmten Schräglage um ihre Wellen um. Die Lagiers:tellen
mußten dementsprechend unter großem konstruktivem: Auf- i wand sehr sorgfältig ausgebildet
werden, -was die
Unterbringung einer großen Zahl von Reibkörpern
unmöglich machte.
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Im Gegensatz hierzu sind bei der Erfindung alle Reibkörper nicht nur
axial verschiebbar, sondern auch schräg zu ihren Wellen einstellbar. Aus, genommen
hiervon ist nur ein Reibkörper, gegen: den sich die übrigen abstützen.
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Wie aus Abb. @r, die einen Längsschnitt, und Abb. z, die einen Querschnitt
durch das Getriebe darstellt; hervorgeht, sind auf der Keilwelle a mehrere 'lächkägelige
Reibscheiben b, bis auf eine Reibscheibe, die fest auf der Keilwelle a sitzt, axial
verschiebbar aufgereiht und :dabei axial nur so geführt, daß sie sich schief zur
Wellenachse stellen können. Diese Reibscheiben, im folgenden als Kegelscheiben bezeichnet,
werden dadurch immer senkrecht zur Keilwelle a gehalten, daß sie mit Gegenreibscheiben
c im Eingriff stehen, die auf zwei oder mehreren, hier drei, in gleichen Abständen
von der Keilwelle a liegenden Außenwellen d
gleichfalls verschiebbar angeordnet
sind, wobei die Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch Änderung :dieser Wellenabstände
erfolgt. Durch die gleich große Summe :der Axiulebmessungen (Dicken): ,der auf den
Außenwellen aufgereihten Gegenreibscheiben e werden die beweglichen Reibscheiben
-:der Mittelwelle a axial über diese Gegenreibscheib `en gegen die- obererwähnte,
fest auf der Mittelwelle sitzende Scheibe an den Berührungsstellen. abgestützt und
dadurch genau so geführt, als ob sie die bisher angewendete zwangsläufige Führung
von großer Axiallänge besitzen würden. Diese' neuartige Führung erfordert daher
mindes'tens -zwei Reihen von Gegenreibkörpern, die dann- lief, allen Übersetzungsverhältnissen
genau symmetrisch zur Mittelwelle anzuordnen sind. Daß hierbei die Scheiben nur
in der Linie eines Durchmekers uhd nicht in einer Ebene geführt wenden, i.st, für
:die klemmfreie Führung unbedenklich. Eine Schwenkung der Scheiben um diesen Durchmesser
wähnend des Laufes (Flattern der Scheiben) ist wegen ihrer Kreiselwirkung bei hohen
Drehzahlen nicht möglich. Da sich,die Reibscheiben b und c im entgegengesetzten
Sinn drehen, sind zur Verrngeru:#g .des relativen Gleiters, herrührend von der Verschiedenheit
:der die keibscheiben c mit nur schmalen Laufrändern versehen (Randscheiben). Diese
Randschei:ben,welche wegen ihrer geringen axialen Ausdehnung (Dicke) gleichfalls
keine Führung haben, sind ebenso wie aieKegelscheiben nach Abb.3 an der Nabenbohrung
balld:g ausgearbeitet, um eine geringe Schräglage gegen ihre Keilwelle zu ermöglichen.
Durch die hohen Drehzahlen stellen sie sich infolge der Kreiselwirkung selbsttätig
senkrecht zur Keilwelle d ein. Da bei einer Übersetzungsänderung und der dabei notwendig
werdenden axialen Verschiebung diese senkrechte Stellung nicht augenblicklich erfolgt,
sondern die rasch =laufende Scheibe erst eine gewisse Schräglage erhalten. muß,
damit die Kreiselwirkung eine genügende Größe erreicht, muß die Führung auf der
Welle so aus, gebildet sein, daß .sich die Scheibe kurzzeitig schrägsteilen kann,
d. h. dtie Schieibe darf ebenso wie die Kegelscheiben nur axial geführt werden;
muß aber sollst bis. zu einer gewissen Grenze frei beweglich sein. Aus dieseun Grund
sind daher auch die Randscheiben, wie oben bereits ausgefübrt, mit einer ballig
ausgearbeiteten Nebenbohrung versehen.
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Durch die aus vorliegender Erfindung folgende neuartige klemmfreie
Führung wird erreicht, daß der axial wirksame Anpressungsdruck an allen Berührungsstellen
der Reib- und Gegenreibscheiben gleich groß ist, da -durch die Möglichkeit der Schiefstel:lung
etwaige Herstellungsungenauigkeiten ausgeglichen werden und auch während der Übersetzungsänderung
ein Klemmen der Reibkörper bei der Axialverschiebung nicht auftreten kann.
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Die Keilwellen d sind in Schwenkhebeln e @drehbar gelagert, welche
auf durchgehende Achsen, f aufgekeilt sind. Wenden die Schwenkhebel e um
f
im Pfeilsinne (volle Pfeile) gedreht, so nähern sich die äußeren Keilwellen
d der mittleren Keilwelle a (Mittelwelle), dti.e Randscheiben c tauchen tiefer die
Kegelscheiben: b; wodurch die Übersetzung zwischen der Mittelwelle a und den Außenwellen
d vergrößert wird. Dabei werden die Kegelscheiben b axial auseinandergeschoben,
und zwar gegen: den Druck der Feder g, welche den zur Mitnahme notwendigen Anpressungsdruck
erzeugt, der sich von der :ersten Kegelscheibe, auf welche die Feder. dtrückt, bis
zur letzten Kegelscheibe, die fest; am anderen Wellenende sitzt, gleichmäßig fortpflanzt.
Bei steigender Übersetzung zwischen der Mittiedwelle a und den Außenwellend wird
der Anpressu.ngsdtruck durch den steigenden FederdLrack selbsttätig erhöht. Durch
entsprechende Ausbildung der Feder, z. B. als Kegelfeder oder zusammengesetzte Feder,
kann der Anpressungsdruck in jede gewünschte Ab-
hängigkeit zu der überseüvungtsänderung
gebracht werden. Aber auch von anderen Größen, wie z. B: der Anüriebsdrehmahl, kann
der Anpressungsdruck mit Hilfe der Feder g. in einfacher Weise in Ab, hängigkeit
gebracht werden, wie dies als Beispiel in Abb. z durch die. Fliehkraftgewichte h
an,-gedeutet ist.
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Durch diese Anordhvung läßt sich erreichen, daß bei. Absinken der
Antriebs&ehzahl auf einen bestimmten Wert (Leerlaufdrehzahl) die Feder g vollkommen
entspannt und dadurch der Reibungsr schluß zwischen; den Kegelscheiben b und dien
Randr scheiten e vollständig aufgehoben wird, da sich diese voneinander trennen.
Diese Trennjung kann durch schwache, Fodarn zwischen den einzelnen Kegelscheiben
noch unterstützt werden. Steigt db.-gegen die Antriebsdrehzahl, so wird die Feder
g wieder gespannt und der Reibungsschduß wiederhergestellt. Dass Geüriebe kann also
gleichzeitig als drehzahlabhängige Kupplung verwendet werden bzw. macht diese, im
Gegensatz zu bekannten Getrieben, überflüssig.
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Damit die Außenwellend bei allen Übersetzunr gen den gleichen Abstand,
von der Mittelwelle a behalten, können die Schwenkbewegungen der
Schwenkhebel
e durch Kuppelstangen i oder durch Zahnräder zwangsläufig gleichgehalten
werden. Diese Kupplung erlaubt durch Bewegen eines Schwenkhebells von außen., z.
B. von Hand durch den Handhebel k, jedes übersetzungsverhältnis einstellen zu können.
Von den Außenwellen d wird die Drehung durch die auf ihnen festgekeilten Ritzel
l und die auf dien Schwenkpunkten f gelagerten Zahnräder
m auf das gemeinsame Zahnrad n
und damit auf den Wellenzapfen o übertragen,
der in dem Getriebegehäuse p gelagert ist.
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Die wichtigsten: Vorteile dies beschriebenen Getriebes sind folgende:
i. Die Möglichkeit, auf verhältnismäßig kurzen Wellen eine große Zahl von Reibkörpern
unterzubringen, gestattet trotz niedriger Anpressungsdrücke die Übertragung großer
Kräfte und durch diese kurzen Wellen eine hohe Drehzahl der Reibscheiben, aus welch
beiden Grüniden eine hohe Übertragungsleistung folgt; 2. die erfindungsgemäß unselbständige,
durch gegenseitige Absitützung die, Scheiben erfolgende -neuartige Führung vermeidet
ein Klemmen der Scheiben bei ihrer axialen Verschiebung;.
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3. durch,den Wegfall der Klemmöglichkeit wird erreicht, daß der axiale
Anpressungsdruck an allen Eingriffsstellen, unabhängig von etwa auftretenden Abnutzungen,
gleich groß ist; q.. geringe Herstellungskosten, da die Reibscheiben wegen, ihrer
einfachen Form für Massenerzeugung gut geeignet sind und sich Getriebe verschieden
großer Leistungen durch Aufreihen von mehr oder weniger Reibscheiben auf ihre Keilwellen
zusammensetzen lassen; .
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5. durch die Lagerung der Außenwellen in Schwenkhebeln und insbegondere
durch deren Kupplung die Sicherheit, daß alle Reibscheiben auf dem gleichen LaufkreishaI.bmesser
laufen; 6. die Möglichkeit, durch vollkommene Entlastung die, Feder g das Getriebe
auch als Kupplung verwenden zu können.