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Reibräderwechselgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf Geschwindigkeitswechselgetriebe.
Sie bezweckt die Schaffung eines solchen Getriebes, bei dem, ausgehend von der gleichbleibenden
Geschwindigkeit einer treibenden Welle, jede beliebige beständige Geschwindigkeit
und fortschreitende Reihenfolge von Geschwindigkeiten auf eine getriebene Welle
übertragen werden kann. Dabei soll die Übertragung so vor sich gehen, daß die übertragenen
Kräfte in gleicher und selbsttätiger Weise auf die Übertragungsorgane verteilt werden.
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Zu dem Zweck benutzt das Geschwindigkeitswechselgetriebe nach der
Erfindung Rollen als Übertragungsorgane, deren Achsen an einem Ende durch ein für
alle Rollen gemeinsames Gelenk verbunden sind, während die anderen Enden frei in
Schlitzen oder Führungen gleiten können. Bei der praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens
werden gewöhnlich drei Rollen vorgesehen. Weiter befindet sich das gemeinsame Gelenk
an den Enden der Rollenachsen frei im Raum. Jede "Rolle kann sich frei um ihre Achse
drehen, und diese kann sich ebenfalls frei axial im Innern der Rolle verschieben.
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Jede Rolle ist in Berührung mit zwei Ringflächen, die durch Umdrehung
eines Teiles des Rollenumfangs um die gemeinsame Achse von treibender und getriebener
Welle entstanden und fest mit diesen Wellen verbunden sind. Diese Ringflächen schließen
die Rollen unter Wirkung von Druckfedern ein. Die Druckwirkung ist in Abhängigkeit
von dem an der getriebenen Welle auftretenden Widerstandsmoment veränderlich gestaltet,
und zwar durch Verschiebung
von Kugeln zwischen konvergierenden
Flächen, von denen eine mit der getriebenen Welle, die andere mit einer Platte in
Verbindung steht, an der die zur getriebenen Welle gehörende Ringfläche- befestigt
ist.
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Die Rollen sind in ihrer Lage zwischen den beiden Ringflächen durch
die Bewegung der Achse einer der Rollen einstellbar. Diese Bewegung wird durch einen
verschwenkbaren Zahnsektor hervorgerufen, mit dem ein Ritzel zusammenarbeitet, das
durch ein Handsteuerrad verdreht werden kann. Zur selbsttätigen Ver- und Entriegelung
der Achsenverstellung einer der Rollen dient eine in einer Bohrung einer Scheibe
liegende Kugel, die derart auf eine Schrägfläche eines Deckels einwirkt, daß die
Scheibe bei der Handhabung des Steuerrades herausgedrückt und damit die Klemmwirkung
zwischen zwei Kegelflächen beseitigt wird, von denen sich eine an der Scheibe und
die andere am Deckel befindet.
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Zur näheren Erläuterung. des Gegenstandes der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel
in der Zeichnung dargestellt.
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Fig: i zeigt einen Schnitt in der Ebene E -F der Fig. s. Eine
der Rollen ist in der größten Neigung nach einer Richtung dargestellt, während von
der zweiten der drei Rollen nur die Achse wiedergegeben ist; Fig. 2 ist ein Schnitt
in der Ebene C-D der Fig. i, in welchem die drei Rollen in m_ ittlerer Lage dargestellt
sind, in der ihre Achsen senkrecht zur Drehachse A-B der treibenden und getriebenen
Welle liegen; Fig. 3 veranschaulicht eine abgewickelte Teilansicht des Umfangs der
Verbindung zwischen der getriebenen Welle und der Platte, auf der die zur getriebenen
Welle gehörende ringförmige Fläche angebracht ist.
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Die treibende Welle i (Fig. i) läuft mit gleichbleibender Geschwindigkeit
um und ist verbunden mit einer treibenden Platte 2, die durch Zapfen 4. eine treibende
Scheibe 3 mitnimmt, in der- sich eine kreisförmige Ausnehmung befindet. Diese kreisförmige
Ausnehmung istdurch einen Kreisbögen von geeignetem Halbmesser geschaffen, der im
Kreis um die Achse A-B herumgeführt ist.
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Auf der anderen Seite wird eine Aufnahmeplatte 6 über Zapfen 7 von
einer Aufnahmescheibe 5 mitgenommen, , die mit einer gleichen kreisförmigen Ausnehmung
versehen ist wie die Scheibe 3. Die Scheibe 3 nimmt die Scheibe 5 durch die Rollen
9, io und ii -mit. Der Halbmesser dieser Rollen ist gleich dem Kreisbogenhalbmesser;
der zur Herstellung der Ausnehmungen in den Scheiben 3 und 5 Verwendung gefunden
hat. Wenn infolgedessen dfe Rollen 9, ro und ii um ihre Achse X-Y (Fig. 2) ausschwingen,
bleiben sie immer in Berührung mit den Scheiben 3 und 5.
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Die Aufnahmeplatte 6 ist auf eine Aufnahmewelle 40 mittels eines Pendelkugellagers
51 aufgesetzt; das eine Verschiebung der Platte 6 längs der Welle 40 in Richtung
der Achse A-B gestattet. Eine Anzahl elastischer Scheiben 41, 42 und 43 stützt sich
gegen die Schulter der Aufnahmewelle 4o und sucht die Platte 6 in Richtung der Platte
2 zu verschieben. Auf diese Weise werden die Scheiben 5 und 3 mit gleichbleibendem
Druck in Anlage an den Rollen 9, io und ii erhalten. ! Die Platte 6 und die Aufnahmewelle
40 sind je mit einer Lagerplatte 36 bzw. 37 versehen, die durch Zapfen 35 und 66
mit der Platte 6 bzw. der Welle 40 in Verbindung stehen. Die Lagerplatten 36 und
37 besitzen je die gleiche Anzahl von radial angeordneten geneigten Ebenen, die
konvergierend einander gegenüberliegen, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist. Zwischen
diese geneigten ,Ebenen sind Kugeln 38 eingelegt, die durch einen Käfig 39 zusammengehalten
werden.
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Die treibende Platte 2 läuft in einem Kugellager 47 um, das in einem
Gehäusedeckel 46 mit Hilfe eines mit Gewinde versehenen Halteringes 48 untergebracht
ist. Dieser Haltering gestattet eine Einstellung der Lage der Platte :z längs der
Achse A-B. Die Aufnalunewelle 4o dreht sich ebenfalls in einem Kugellager 45, das
jedoch-fest mit dem Gehäusedeckel 44 verbunden ist: Die Decke146 und 44 befinden
sich an den Enden eines Mantels 18 und sind mit diesem durch Stehbolzen 49 und Muttern
5o verbunden.
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'Die Rollen 9, io und ii drehen sich auf ihren Achsen 12, 13 und 14,
deren eines Ende frei in einem der drei Schlitze 52;,53. 54 einer Hülse 15 gleitet,
die am Mantel 18 durch Schrauben ig befestigt ist. Mit ihren anderen Enden stehen
die drei Achsen 12, 13 und 14 untereinander über ein Kreuzgelenk mit den Achsen
16 und 17 in Verbindung; bei dem der :Mittelpunkt 55 als freier Drehpunkt
wirkt.
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Ein Steuerteil 2o (Fig. 2) ist an einem Ende Babelförmig gestaltet
und erfaßt mit seiner Gabel die Welle 12 beiderseits der Rolle g. Am anderen Ende
besitzt der Steuerteil 2o einen zylindrischen Zapfen 61, der sich mit Spiel in einer
Bohrung der Hülse 15 drehen kann. Ein Quersteg 63 des Steuerteils 2o greift in einen
entsprechenden Querschlitz am einen Ende der Achse eines Zahnsektors 21 ein; deren
anderes Ende drehbar in einer Ausnehmung eines am Mantel 18 befestigten- Deckels
28 gelagert « ist. Der Zahnsektor 21 steht im Eingriff mit einem Ritzel 22, dessen
Drehzapfen 64 in ein Lager der Hülse 15 eingreift, während der andere Zapfen 65
durch einen Stift 23 in der Nabe einer Scheibe 24 festgelegt ist.
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Der Deckel 28 besitzt eine äußere Kegelfläche 33, mit der gewöhnlich
eine entsprechende Kegelfläche 32 der Scheibe 24 durch die Feder 26 im Eingriff
gehalten wird. Diese Feder legt sich einerseits gegen die innere Fläche des ,Deckels
28 und andererseits gegen eine Scheibe 27, die durch einen Stützring 25 auf der
Nabe der Scheibe 24 abgestützt wird. In der Nabe der Scheibe 24 ist frei drehbar
ein zylindrischer Bolzen 29 untergebracht, der eine seitliche Ausnehmung 57 besitzt.
Das abgesetzte Ende dieses zylindrischen Bolzens trägt mittels eines Befestigungsstiftes
56 ein Handrad 30: In einer schrägen zylindrischen Bohrung 58 der Nabe 24 ist eine
Kugel 31 untergebracht; die sich einerseits gegen die Ausnehmung 57 des Bolzens
29 und andererseits gegen eine kegelige Ausdrehung 59 im Deckel 28 abstützt. Die
Scheibe 24 ist am Außenumfang 6o mit einer Teilung versehen, deren Teilstriche,
wenn sie vor dem feststehenden Zeiger 34 zu liegend kommen; die Lage der Rollen
9, itf und i i bzw: die Geschwindigkeit der Aufnahme %@,elle 4o anzeigen.
Das
beschriebene Geschwindigkeitswechselgetriebe arbeitet in folgender Weise: Zur Erleichterung
der Wirkungsweise des Geschwindigkeitswechselgetriebes möge angenommen werden, daß
das Getriebe nur eine Rolle, beispielsweise die Rolle g, besitzt. Die Platte 2 und
die von ihr getragene Scheibe 3 werden durch die treibende Welle mit einer gleichbleibenden
Geschwindigkeit mitgenommen, die mit v1 bezeichnet werden soll. Die Rolle g steht
in Berührung mit den Scheiben 3 und 5. Letztere Scheibe wird mit einer Geschwindigkeit
(vgl. Fig. i) mitgenommen, wobei dl den Mitnahmehalbmesser der Rolle g durch die
Scheibe 3 und d2 den Mitnahmehalbmesser der Scheibe 5 durch die Rolle g, bezogen
auf die Achse A-B, darstellen.
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Verschwenkt man nun die Rolle g um ihre Achse Y-Y (Fig. 2), so ändern
sich das Verhältnis
und mithin die Geschwindigkeit v., in fortschreitender Weise. Nimmt man an, daß
in der äußersten Lage g-h (Fig. i) der Rolle g die Halbmesser dl = rund d2 = 3 sind,
so ergibt sich v2 =
In der anderen äußersten Lage k-1 der Rolle g wird dagegen v2 =
Das Verhältnis zwischen den äußersten Geschwindigkeiten der Scheibe 5 erreicht demnach
den Wert g. Zwischen den Werten und v1 x 3 kann nun die Geschwindigkeit v2 der
Scheibe 5 eine fortlaufende Reihe von Zwischenstufen einnehmen.
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Das beschriebene Geschwindigkeitswechselgetriebe gestattet auch eine
Mitnahme ohne Gleiten der in Berührung befindlichen Organe. Zur Klarstellung dieser
Behauptung soll ebenfalls angenommen werden, daß nur eine einzige Rolle g sich in
Betrieb befindet.
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Sobald die treibende Welle i in Drehung versetzt wird, muß sich die
Rolle g, um eine Bewegungsübertragung zur Aufnahmewelle q.o durchführen zu können,
in Anlage an den Scheiben 3 und 5 befinden. Diese Anlage wird durch die elastischen
Scheiben 41, 42 und 4.3 sichergestellt, die die Platte 6 nach der Platte :z hin
zu verschieben suchen. Die Platte :z ist nun durch ihren Gewindering 48 auf eine
feste Lage eingestellt, die richtig zur Achse A-h liegt. Der durch die Scheiben
.I1, .I2 und :I3 ausgeübte gleichbleibende Druck reicht aus, um die Mitnahme der
Aufnahmewelle 40 im Leerlauf zu sichern. Sobald die Aufnahmewelle 40 belastet ist,
muß der Anlagedruck zwischen der Rolle g und den Scheiben 3 und 5 stärker sein.
Er muß proportional zur Belastung zunehmen, wenn man unabhängig von der Größe der
zu übertragenden Last eine Gleitbewegung vermeiden will.
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Eine selbsttätige Regelung des Druckes in Abhängigkeit von der Belastung
wird durch die Verschiebung der Kugeln 38 zwischen den geneigten Ebenen der Lagerplatten
36 und 37 ermöglicht, die Init der Platte 6 bzw. der @? ufnahmwelle ¢o verbunden
sind. Jeder Widerstand an der Welle 40 ruft eine Verschiebung der Kugeln 38 um die
Achse a-B hervor. Infolge der vorhandenen geneigten Ebenen an den Lagerplatten 36
und 37 ruft die Verschiebung der Kugeln 38 um die Achse A-B eine Verschiebung der
Platte 6 in Richtung zur Platte 2 hervor und übt auf diese Weise einen entsprechenden
Druck auf die Rolle g aus. Dieser Druck wird um so stärker sein, je höher die Belastung
der Welle 40 ist.
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Die Übertragung der Leistung der treibenden Scheibe 3 auf die Aufnahmescheibe
5 ist nun eine Funktion der Anlagefläche der Rolle g an diesen Scheiben und des
auf diese Anlageflächen ausgeübten Druckes. Es wurde bereits ausgeführt, daß der
ausgeübte Druck proportional der Belastung an der Aufnahmewelle 40 ist. Betrachtet
man jedoch die Berührungslinie P-R (Fig. i) der Rolle g mit der Scheibe 3, so muß
man feststellen, daß die Umfangsgeschwindigkeit an den Punkten P und R zwar gleich
für die Rolle, aber verschieden für die Scheibe ist. Dieser Geschwindigkeitsunterschied
verursacht nun Gleitbewegungen und infolgedessen Verluste an den erwähnten Punkten.
Diese Gleitbewegungen werden um so geringer sein, je kleiner der Geschwindigkeitsunterschied
ist, d. h. je näher die Punkte P und R beieinanderliegen. Um die durch das Getriebe
übertragbare Leistung zu steigern, hat man deshalb ein Interesse daran, mehrere
Rollen als Übertragungsorgane anzuwenden.
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Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind drei Rollen g, io
und ii von gleichem Durchmesser zur Anwendung gekommen, die um i2o° versetzt liegen
und ständig eine vollkommene Berührung und ein Gleichgewicht zwischen den fünf Elementen:
treibende Scheibe 3, Aufnahmescheibe 5 und Rollen g, io und ii, sicherstellen. Würde
man nur zwei Rollen anwenden, so wäre das System nicht im Gleichgewicht, und es
würden Biegungsbeanspruchungen an der treibenden Welle i und der Aufnahmewelle 40
entstehen. Bei Anwendung von vier oder mehr Rollen kann es geschehen, daß, wenn
die einzelnen Elemente nicht mit sehr großer Genauigkeit ausgeführt sind, eine oder
mehrere Rollen nicht an den Scheiben 3 und 5 anliegen und deshalb nicht bei der
Leistungsübertragung mitwirken.
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Um die Geschwindigkeit der Aufnahmescheibe 5 zu verändern, muß derart
auf die Rollen g, io und ii eingewirkt werden, daß sie ihre Neigung im gleichen
Sinne und im gleichen Maße verändern. Diese gleichzeitige Bewegung wird nach der
Erfindung sehr schnell dadurch verwirklicht, daß man durch die Gabel 2o (Fig. 2)
unmittelbar auf die Achse einer einzigen Rolle, beispielsweise auf die Achse 12
der Rolle g, einwirkt. Da diese Achse 12, wie bereits erwähnt, durch eine gemeinsame
Gelenkverbindung mit den Achsen 13 und 14 verbunden ist, nimmt sie die Achsen 13
und 14 bei allen ihren Verschiebungen mit.
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Durch Drehung um ihre Achse läßt die Gabel bzw. der Steuerteil 2o
die Achse i2 ausschwingen, die dabei ihrerseits die Rolle 9 um ihre Achse Y-Y verschwenkt.
Ein Ende der Achse 12 verschiebt sich im Schlitz 52, während sich gleichzeitig das
andere Ende der Achse in umgekehrter Richtung bewegt und durch die gemeinsame Gelenkverbindung
55 die beiden anderen Achsen 13 und 14 um den gleichen Verschiebeweg mitnimmt. Da
diese Achsen 13 und 14 die Rollen io und ii tragen, werden auch diese Rollen um
ihre
Achsen X- Y in gleichem Maße verschwenkt wie die Rollen g.
Die freien Enden der Achsen 13 und 14 verschieben sich dabei in ihren Schlitzen
53 und 54 im gleichen Sinn und im gleichen Maße wie das entsprechende Ende der Aclrse
i2 in ihrem Schlitz 52.
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Die Achsen X-Y der Rollen g, io und ii können sich nicht verschieben.
Die Rallen werden einerseits in den kreisförmigen Ausnehmungen der Scheiten 3 und
5 und andererseits durch ihre Achsen 12, 13 und 14 festgehalten, die auf der einen
Seite in ihren Schlitzen 52, 53 und 54 geführt' sind und sich auf der anderen Seite
gegeneinander im Gelenk 55 abstützen. Die Folge dieser Anordnung ist, daß beim Ausschwingen
der Rollen g, io und ii' um ihre Achsen X-Y sich gleichzeitig die Achsen 12, 13
und 14 in den Bohrungen der Rolleng, io und ii und in den Schlitzen 52, 53 und 54
in Richtung ihrer Längsachsen verschieben. Der gemeinsame Gelenkmittelpunkt 55 der
Achsen 12, 13 und 14 erfährt dagegen eine Verschiebung in Richtung der Achsen A-B.
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Die zum Ausschwingen der Rollen dienende Gabel bzw. der Steuerteil
2o wird vom Zahnsektor 21 eingestellt, den das Ritzel 22 bewegt. Zur Drehung des
Ritzels z2 müß man auf das Handrad 3o einwirken, von dem die Bewegung in folgender
Weise weitergeleitet wird: Beim Drehen des Handrades 3o wird durch den Stift 56
der Bolzen 29 mitgenommen: Sobald die Kugel 31 durch die Abplattung 57 des Bolzens
29 in ihre Bohrung 58 zurückgeschoben ist; legt sie sich gegen die Kegelfläche
59 des Deckels 28 und drückt die Feder 26 zusammen. Dadurch werden die beiden
Kegelflächen 32 und 33 der Seheibe 24 bzw. des Deckels 28 abgehoben. Durch die auf
das Handrad 3o ausgeübte Drehung werden nun die Scheibe 24 und das Ritzel22 mitgenommen,
welches durch den Stift 23 in feste Verbindung mit der Nabe der Scheibe 24 gebracht
ist: Sobald keine Bewegung mehr auf das Handrad 30 übertragen wird, gleitet die
Kugel 31 in ihre Ausgangslage zurück. Die Feder 26 bringt die Kegelflächen 33 und
32 wieder in gegenseitige Anlage, und das ganze Getriebe ist verriegelt. Die Ent-
und Verriegelung werden bei jeder Drehrichtung und bei jeder Lage in dem Augenblick
durchgeführt, in dem man auf das Handrad einzuwirken beginnt oder aufhört.
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Auch die Geschwindigkeitsabstimmung der drei Rollen wird bei dem beschriebenen
Geschwindigkeitswechselgetriebe selbsttätig. durchgeführt. Befindet sich der Gelenkmittelpunkt
55 der drei Achsen 12, 13 und 14 genau in der Achse A-B, so werden die drei Achsen
und folglich auch die drei Rollen g, io und ii, die sie führen, genau die gleiche
Neigung zur AchseA-B besitzen. Sie werden also alle drei durch die treibende Scheibe
3 mit gleicher Geschwindigkeit mitgenommen. Die drei Rollen werden genau im gleichen
Maße bei der Übertragung der Leistung mitwirken. Es findet kein Gleiten der Rollen
auf der treibenden Scheibe 3 und der Aufnahmescheibe 5 statt, der Wirkungsgrad der
.Übertragung wird deshalb sehr groß sein.
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Wenn sich die treibende Scheibe 3 im Sinne des in die Fig. i und 2
eingetragenen -Pfeiles G dreht, wird sich die Rolle 9 im Sinne des Pfeiles H bewegen.
Da die Rolle 9 auf der anderen Seite in Berührung mit der Aufnahmescheibe
5 ist, die sie ja mitnehmen soll, wird der Widerstand der Scheibe 5 sieh darin äußern,
daß er die Rolle 9 und mit ihr die die Rolle führende Achse 12 sowie den Gelenkpunkt
55 dieser Achse im Sinne des Pfeiles K (Fig. 2) zu verschieben sucht. Die gleiche
Erwägung ergibt sich für die Rolle io, die sich im Sinne des Pfeiles L dreht und
ihre Achse r3 und den Gelenkpunkt 15 im Sinne des Pfeiles M mitzunehmen sucht. Die
Rolle ii dreht sich gleichzeitig im Sinne des Pfeiles X und sucht ihre Achse 14
und den Gelenkpunkt 55 in Richtung des Pfeiles P zu bewegen.
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Wenn man nun annimmt, daß aus irgendwelchem Grunde der Gelenkmittelpunkt
55 der drei Achsen 12, 13 und 14 sich nicht in der gemeinsamen Mittelachse A-B befindet,
so werden die Achsen 12, 13 und =q. und die auf ihnen sitzenden Rollen 9; io und
ii verschiedene Neigungen gegenüber der Mittelachse A-B und der treibenden Scheibe
3 aufweisen: Die Rollen werden dann mit verschiedenen Geschwindigkeiten mitgenommen,
was auch verschiedene Rückdrücke K, M und P ergeben müßte. Da sich nun diese Rückdrücke
im gleichen Punkt 55 treffen, werden sie sich auszugleichen suchen, indem sie den
Gelenkpunkt in die Mittelachse A-B zurückführen. Auf diese Weise werden selbsttätig
gleichmäßige Belastungen an den drei Rollen und die besten Wirkungsbedingungen hergestellt.
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Die beschriebene Anordnung bietet zahlreiche Vorteile. Sie gestattet
insbesondere eine gleichmäßige und selbsttätige Verteilung der Kräfte auf die drei
Rollen. Daraus ergibt sich eine Übertragung mit hohem Wirkungsgrad und ohne Gleitbewegung
der Rollen auf ihren Scheiben. Hierdurch wird auch die Abnützung der Übertragungsorgane
auf das Mindestmaß herabgesetzt.
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Infolge dieser Anordnung besitzt man die Möglichkeit, die Neigung
der Rollen und dadurch die Geschwindigkeit der Aufnahmewelle zu verändern, indem
man unmittelbar nur auf die Achse einet einzigen Rolle einwirkt: Die Einstellung
des Getriebes ist dadurch erheblich vereinfacht. Man erkennt auch, daß es große
Schwierigkeiten bereiten würde, wenn man die drei Rollen unmittelbar und gleichzeitig
steuern wollte. Schließlich wird durch die sinnreiche Einstellung der Achse nur
einer dieser Rollen erst eine selbsttätige Ver-und Entriegelung des Getriebes in
jeder beliebigen Lage und in jedem Drehsinn ermöglicht: