DE576485C - Durch Druckfluessigkeit stufenlos regelbares Reibraederwechselgetriebe - Google Patents

Description

Das neue Getriebe ist ein zusammengesetztes Diskusscheibengetriebe.

Diskusscheibengetriebe sind bekannt; sie bestehen aus zwei parallelen Scheiben mit versetzten Achsen, zwischen denen eine Rolle rechtwinklig zu den Scheibenachsen verstellt werden kann, wodurch die Drehzahl geändert wird.

Die Scheiben werden gegen die Rolle gepreßt, so daß durch Reibung die Umfangskraft übertragen wird.

Es ist auch bekannt, mehrere Diskusscheiben auf der einen Seite (z. B. Abtriebsseite) mit nur einer zentral angeordneten Diskusscheibe (ζ. B. der Antriebsscheibe) zu vereinigen, damit die übertragbare Kraft größer wird.

Trotzdem haben die bisher bekannten Anordnungen keine befriedigenden Ergebnisse gezeitigt: entweder bauten sie sich im Verhältnis zu den zu übertragenden Leistungen zu groß und wurden daher zu teuer, oder sie hatten eine ungenügende Lebensdauer, weil bei allen bisher bekannten Konstruktionen wichtige Gesichtspunkte nicht beachtet worden sind.

Um die Kraft zwischen den Diskusscheiben zu übertragen, steht nur die Reibung zur Verfügung (Reibscheibengetriebe).
Wenn man von weichen Stoffen (Leder, Holz, Fiber) für die Beläge der Reibscheiben bzw. Reibrollen absieht, die wohl eine höhere Reibungsziffer, aber eine ungenügende Verschleißfestigkeit haben und auch zu große Abmessungen für das Getriebe ergeben, dann bleibt nur übrig-, Metall auf Metall arbeiten zu lassen, wobei aber nur, Reibungsziffern von 0,01 bis o,O2 zulässig, sind, wenn man ein Gleiten verhüten will.- Um hierbei die nötige Tangentialkraft zu übertragen, müssen sehr hohe Axialpressungen der Reibscheiben gegen die Reibrolle angewendet werden, falls das Getriebe baulich nicht zu groß werden soll.

Diese hohen Axialpressungen bedingen wiederum äußerst widerstandsfähige Baustoffe für die Reibscheiben und Reibrollen, und man kommt an den Berührungsstellen zwischen den Reibscheiben und der Rolle oftmals auf Flächenpressungen bis 6000 kg pro Quadratzentimeter, eine Beanspruchung, der bei gleichzeitiger hoher Umfangsgeschwindigkeit nur der beste gehärtete Chromnickelstahl gewachsen ist. Sicherheitshalber kann man mit dieser Flächenpressung höchstens bis zur Hälfte der Streckgrenze gehen, die bei dem vorgenannten Baustoff bei 12 000 bis 16 000 kg pro Quadratzentimeter liegt.

Unter dieser hohen Beanspruchung bildet sich an der Berührungsstelle der Reibrolle eine elastische Fläche aus (Hertzsche Gleichungen) , die z. B. bei einer Reibrolle von 50 mm Durchmesser und 10 mm Höhe eine Breite von nur 0,35 mm hat, wobei sich die Rolle im Durchmesser nur um etwa 0,02 mm elastisch abplattet.

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Wendet man ein zusammengesetztes Diskusscheibengetriebe an, bei dem mehrere Reibscheiben auf der einen Seite gegen eine einzige Reibscheibe auf der anderen Seite arbeiten, dann sind außerordentlich große Genauigkeiten in der Ausführung erforderlich, wenn ein solches Getriebe richtig arbeiten soll.

Bei 50 mm Durchmesser der Reibrollen «ο entsteht unter einer Flächenpressung von 6000 Atm. eine Abplattung der Rollen von nur 0,02 mm im Durchmesser.

Es ist fast unmöglich, die Reibscheiben gegeneinander so genau zu lagern, daß in allen Stellungen der Reibrollen die Abweichungen wesentlich geringer sind, als sie der elastischen Zusammenpressung unter dem Betriebsdruck entsprechen. Betragen die Abweichungen aber auch nur einen Teil der elastischen Zusammenpressung, dann folgt daraus, daß einzelne Rollen eine wesentlich höhere Flächenpressung erleiden und somit schneller verschleißen als die anderen, die zu wenig bekommen und daher nur unvollständig oder gar nicht an der Kraftübertragung teilnehmen.

Ein zusammengesetztes Diskusscheibengetriebe kann deshalb keine guten Ergebnisse zeitigen, wenn nicht durch geeignete Konstruktion seiner verschiedenen Elemente dafür gesorgt wird, daß alle Reibrollen jederzeit genau die gleiche Flächenpressung erleiden, jederzeit genau gleiche Stellungen einnehmen und daß unvermeidliche Ungenauigkeiten bei der Herstellung oder im Betrieb eintretende einseitige Abnutzungen unschädlich gemacht werden.

Die vorliegende Erfindung erreicht das Ziel auf folgende Weise:

Nach Abb. 1 und 2 ist die wichtigste Maßnahme zunächst die Wahl der statisch bestimmten Anordnung, die nur möglich ist durch Anwendung einer Hauptscheibe 1 mit drei Gegenscheiben 2, 2', 2" und drei Reibrollen 3, 3', 3".

Die drei Reibrollen belasten die zentral angeordnete Hauptscheibe in drei symmetrisch zueinander liegenden Punkten, genau so, wie ein Tisch nur auf drei Beinen feststeht. Die drei Gegenscheiben, welche mit den Reibrollen zusammenarbeiten, müssen unabhängig voneinander in ihrer Achsenrichtung verschiebbar sein, und es dürfen sich die relativen Axialkräfte, welche die Reibung erzeugen, während der Verschiebung nicht ändern.

Weiter muß die Hauptscheibe in ihrer

Axialrichtung verschiebbar sein, und die auf sie wirkende axiale Gegenkraft muß in allen Stellungen genau gleich sein der Summe der Axialkräfte der Gegenscheiben. Diese Forderung kann mit genügender Genauigkeit nicht durch Anwendung von Federn, sondern nur durch hydraulischen Druck, der gegen entsprechende Kolben 4, 4', 4", 4'" auf den Achsen der Gegenscheiben und der Hauptscheibe wirkt, erfüllt werden.

Die drei Reibrollen, die auf einem im Gehäuse festgelagerten Achsensiern 5 sich drehen, müssen in Richtung ihrer Achsen leicht beweglich sein. Es ist technisch nicht möglich, den Achsenstern genau so zu lagern und die drei Achsen so genau in eine Ebene zu bringen, daß die Abweichungen kleiner sind als die elastische Zusammendrückung der Laufrollen, die eingangs mit etwa 0,02 mm angegeben worden ist. Um diese Ungenauigkeiten auszugleichen und eine stets genau gleiche Flächenpressung der drei Reibrollen in allen möglichen Lagen zu gewährleisten, muß die Lauffläche 1 der Hauptscheibe für sich etwas nachgiebig sein, was dadurch erreicht wird, daß sie rückwärtig eine Kugelfläche 6 besitzt, die in einer entsprechenden Hohlkugelfläche des Druckkolbens 4'" derart gelagert ist, daß sie wohl kippen kann, aber an der Drehung der Achse teilnehmen muß. Die drei Reibrollen 3, 3', 3" müssen bei einer Verstellung stets genau um den gleichen Betrag nach außen oder innen bewegt werden, weil sonst die Druckverteilung auf die Hauptscheibe ungleich und ein Gleiten einzelner Rollen eintreten würde. Gleichzeitig ist es erwünscht, daß die Rollen sich möglichst leicht verstellen lassen, damit man sie auch durch einen Fliehkraftregler selbsttätig verstellen lassen kann. Dies wird dadurch erreicht, daß man jede Rolle mit Zylindern 7, 7', 7" verbindet, die sich auf den als Kolben ausgebildeten Achsen 8, 8', 8" drehen und verschieben. Die von der Mitte des Achsensternes zentral zugeführte Druckflüssigkeit sucht die Rollen stets nach außen zu bewegen, während Federn 9, 9', 9" diesem Druck entgegenwirken und die Rollen nach innen schieben.

Im Innern der Zylinder 7, 7', 7" befinden sich Vorsteuerstifte 10, 10', 10", die untereinander durch das zentral gelegene Zahnrad Ii gekuppelt sind, so daß sie sich gleichzeitig und gleichmäßig nach innen oder außen bewegen müssen. Zu diesem Zweck s'ind die Stifte nach innen verlängert und tragen am unteren Ende eine Verzahnung, welche in das Zahnrad 11 eingreift. Einer der drei Vorsteuerstifte 10' ist nach außen geführt und hat außerhalb des Gehäuses zwei Bunde 12; mittels diesen kann er entweder von Hand oder durch einen Regler oder auf andere Weise maschinell verstellt werden.

Die Vorsteuerstifte 10,10', 10" haben die Aufgabe, die Zylinder 7, 7', 7", welche die

Rollen 3, 3', 3" tragen, genau gleichmäßig radial nach innen oder nach außen zu verstellen, aber so, daß keine oder nur eine ganz geringe Kraft an den Bunden 12 fühlbar wird. Deshalb sind die Vorsteuerstifte io, 10', 10" mit den Zylindern 7, 7', 7" nicht fest verbunden, sondern hydraulisch gekuppelt nach dem Grundsatz, der Hilfsmotorsteuerung.
Die Wirkung ist folgendermaßen:

Die Zylinder 7, 7', 7" sind durch die Federn 9, 9', 9" belastet.

Die Federn sollen die Zylinder und somit die Rollen 3, 3', 3" stets nach innen drücken. Diesen Federn wirkt entgegen der Öldruck in den Räumen i8, 18', 18" der Zylinder. Dieser Öldruck wird durch die Vorsteuerstifte ro, 10', 10" geregelt. Zu diesem Zwecke tragen die Vorsteuerstifte Eindrehungen 19, 19', 19". Innerhalb der Eindrehung herrscht der Druck der Pumpe 13. Durch eine geringe Verschiebung des Stiftes 10 jedoch gelangt der Druck der Pumpe aus den Räumen 19, 19', 19" in die Zylinderräume 18, 18', 18" und wirkt somit den Federn 9, 9', 9" entgegen.

Die Steuerungskanäle sind im einzelnen nicht gezeichnet, weil die Steuerungsmethoden hierfür allgemein bekannt sind.

Bewegen sich die Stifte nach der anderen Seite, dann werden die Zylinderräume 18, 18', 18" mit dem Ablauf verbunden, so daß die Feder die Zylinder und Rollen entgegengesetzt verstellt.

Die Endwirkung ist die: Die Zylinder und Rollen verschieben sich genau so· wie die Vorsteuerstifte, aber ohne jede Rückwirkung auf die letzteren.

Soll das Diskusscheibengetriebe nicht nur für stufenlos veränderliche Übersetzung, sondern auch als Kupplung zwischen zwei Maschinen gebraucht werden, dann läßt sich dies bei Anwendung von Druckflüssigkeit zum Zusammenpressen der Reibscheiben in einfachster Weise dadurch erreichen, daß man der durch die kleine Pumpe erzeugten Preßflüssigkeit einen Weg öffnet, durch den sie drucklos in das Gehäuse 14 entweichen kann. Sofort stehen die Reibrollen und die abtreibenden Scheiben still, während die antreibende Diskusscheibe weiterläuft. Durch.

Schließen der Öffnungen wird der Druck wiederhergestellt und das Getriebe wieder eingeschaltet.

Diese Ein- und Ausschaltung des Getriebes kann auch von der Stellung der Reibrollen abhängig gemacht werden, indem die Leerlauföffnungen durch die Vorsteuerstifte 10, 10', 10" freigegeben werden in irgendeiner gewünschten Stellung derselben.

Die Drehbewegung der drei Gegenscheiben, welche sich in ihrer Achsenrichtung frei verschieben müssen, wird in bekannter Weise durch ein zentral angeordnetes Zahnrad 15 zusammengefaßt und auf eine gemeinsame Welle nach außen übertragen. Diese Welle liegt in der Achse der Hauptscheibe.

Der Antrieb erfolgt in der dargestellten Zeichnung durch den Wellenzapfen 17 von der Hauptscheibe 1 aus, er kann auch durch die Gegenscheiben 2, 2', 2" kommen, nur muß dann die Pumpe 13 von der Seite der Gegenscheiben angetrieben werden.

Bisweilen ist es erwünscht, die Pressung der Reibscheiben gegen die Reibrollen veränderlich zu machen und sie in Abhängigkeit von der wStellung der Reibrollen, d. h. von der gerade eingestellten Umlaufszahl, zu bringen. Unter Voraussetzung einer unveränderlichen Reibscheibenpressung ist nämlich beim Diskusgetriebe sowohl das übertragbare Drehmoment als auch die übertragbare Leistung stark abhängig von der gerade eingestellten Umlaufszahl. Indem man aber den Druck der Preßflüssigkeit in Abhängigkeit bringt zu der Stellung der Reibrollen, kann man entweder die übertragbare Leistung oder das übertragbare Drehmoment für alle Stellungen der Reibrolle und für alle Umlaufszahlen unverändert lassen oder sogar seine Veränderlichkeit umkehren. Um dies zu erreichen, wird das in der Abbildung nicht gezeichnete Sicherheitsventil, welches den Druck der Preßflüssigkeit regelt, in Abhängigkeit von der Stellung der Reibrollen 3,3', 3" gespannt oder entspannt.

Claims (6)

95 Patentansprüche:

1. Durch Druckflüssigkeit stufenlos regelbares Reibräderwechselgetriebe mit vier parallelachsigen Reibscheiben, deren eine den drei anderen symmetrisch angeordneten Scheiben im Abstand der Reibrollen gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der die drei Reibrollen (3, 3', 3") führende Achsenstern (5) unverschiebbar im Gehäuse gelagert ist und sämtliche Reibscheiben auf ihren Achsen sitzende, mit diesen in Zylindern umlaufende Kolben (4, 4', 4", 4'") tragen, welche derart unter Druckflüssigkeit stehen, daß die Gesamtdrücke der drei symmetrisch gelagerten Reibscheiben gleich dem Druck auf die gegenüberliegende Reibscheibe (1) ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1,· dadurch ,115 gekennzeichnet, daß die zwischen den Reibscheiben liegenden Reibrollen (3, 3', 3") unmittelbar in ihrer Drehachse liegende, an der Drehung teilnehmende Zylinder (mit Kolben) tragen, die derart von der Druckflüssigkeit beeinflußt werden, daß sie sich gleichzeitig und in gleichem

Maße nach außen oder nach innen auf dem Achsenstern bzw. den Kolben (8, 8', 8") verschieben.

3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Reibrollen (3, 3', 3") in ihren Achsenrichtungen Zylinder mit Kolben tragen, in deren Innerm drei Vorsteuerstifte (10,10', 10") radial angeordnet und untereinander gekuppelt sind, indem die letzteren mit Hilfe des durch die Pumpe (13) gelieferten Öldrucks die gleichmäßige Verstellung der Rollen und Zylinder vornehmen, obwohl sie mit den Zylindern nicht mechanisch, sondern nur hydraulisch durch entsprechende Steuerkanäle nach dem Grundsatz der Hilfsmotorsteuerungen gekuppelt sind.

4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Erzeugen der Druckflüssigkeit dienende und die Kolben der Reibscheiben und Reibrollen bewegende Pumpe (13) in das Getriebe eingebaut ist und von der treibenden Reibscheibe (1) aus angetrieben wird.

5. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bewegen der Reibrollen bzw. des Steuerstiftes (10') in die innere oder äußere Endlage eine öffnung freigegeben wird, durch welche die Druckflüssigkeit entweichen kann, so daß der Druck verschwindet und das Getriebe zum Stillstand kommt, trotzdem der antreibende Teil weiterläuft.

6. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressung der Druckflüssigkeit von der Stellung der Reibrollen bzw. von der eingestellten Umlaufszahl abhängig gemacht ist, um das Drehmoment und die Leistung zu beeinflussen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen