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Stufenlos regelbares Reibräderwechselgetriebe, insbesondere für Triebwagen
und Kraftfahrzeuge Für die verhältnismäßig hohen Motorleistungen der Kraftfahrzeuge
und Triebwagen gelangten bisher- stufenlos regelbare Reibradwechselgetriebe praktisch
als Kraftübertragung nicht zur Anwendung, da die auftretenden Übertragungskräfte
an den Eingriffsstellen der Reibkörper :sehr hohe Anpreßdrücke erfordern, die ihrerseits
eine starke Abnutzung der Reibkörper zur Folge haben.
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Um die Abnutzung der Reibkörper herabzusetzen, sind nun bereits keibradgetriebe
bekanntgeworden, die ähnlich den allgemein be-
kannten Zahnradgetrieben zwei
Kraftübertragungswege aufweisen, von denen der eine das eigentliche Reibrädergetriebeenthält,
während der andere Übertragungsweg eine direkte Kupplung der antreibenden mit der
getriebenen Welle darstellt. Im Gegensatz zu den Zahnradgetrieben, bei denen bei
direktem Gang, d. h. bei unmittelbarer Kupplung der antreibenden Welle mit der getriebenen
Welle, die Getrieberäder außer Eingriff sind, laufen die Reibkörper bei bekannten
Ausführungen von Reibrädergetrieben mit zwei Kraftübertragungswegen auch dann aufeinander,
wenn die Antriebswelle unmittelbar mit der Abtriebswelle gekuppelt ist. Damit ist
aber auch bei derartigen Reibrädergetrieben infolge des ständigen Aufeinandergleitens
eine starke Abnutzung der Reibkörper gegeben.
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Nicht besser liegen die Verhältnisse bei solchen bekannten Ausführungen
von Reibrädergetrieben, bei denen eigentlich nur ein Kraftübertragungszweig vorhanden
ist, indem die Reibkörper einmal für die Übersetzungsänderung und gleichzeitig auch
für die direkte Kupplung der antreibenden und der getriebenen Welle herangezogen
werden. Auch bei dieser Getriebeart stehen die Reibkärper ständig miteinander in
Eingriff, wodurch diese stark abgenutzt werden und ihre Lebensdauer stark eingeschränkt
ist.
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Weiterhin sind auch noch Reibrädergetriebe bekannt, bei denen zur
Verminderung der Abnutzung
der Reibkörper der Anpressungsdruck
selbsttätig nur dann erhöht wird, wenn dies durch steigende .Belastung erforderlich
wird. Die bekannten Ausführungen dieser Art enthalten aber, bedingt durch den hierfür
notwendigen Aufwand an Bauteilen, nur wenige Eingriffsstellen, so daß sie wegen
geringer Übertragungsleistung nur für den Antrieb kleinerer stationärer Maschinen
angewendet wurden. Bei diesen Getrieben wurde außerdem die Übersetzung nur von Handgeändert.
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Es sei noch erwähnt, daß auch Getriebe mit stufenförmig ausgebildeten
Reibungstrommeln bekanntgeworden sind, bei denen es möglich ist, die Reibungstrommeln
auszuschalten und Eine unmittelbare Kupplung der Antriebs- und Abtriebswelle vorzunehmen.
Auch bei dieser Getriebeart sind also zwei Kraftübertragungswege vorhanden, wobei
bei direktem Gang die Reibkörper außer Eingriff gesetzt sind. Für den vorliegenden
Zweck sind derartige Ge= triebe jedoch ungeeignet, da der größte Vorteil der Reibrädergetriebe,
nämlich die stufenlose I'bersetzungsä nderung, nicht erzielt wird.
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Im Gegensatz hierzu strebt die Technik, bedingt durch die hohen Anforderungen,
die, an die Aufmerksamkeit des Fahrers im heutigen Verkehr gestellt «-erden, nach
stufenlos regelbaren Getrieben mit selbsttätiger Übersetzungsänderung. Es liegt
dabei ohne weiteres auf der Hand, daß durch die selbsttätige Übersetzungsänderung
die bauliche Ausführung der Reibrädergetriebe noch mehr verwickelt wird und daß
mit Rücksicht auf die bei Fahrzeugen gegebenen Raum- und Gewichtsgrenzen die Beanspruchungen
an den Eingriffsstellen der Reibkörper noch höher getrieben werden müssen, wodurch
wiederum deren Abnutzung noch wesentlich erhöht wird. Der vorliegenden Erfindung
liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten bezüglich der Abnutzung der
Reibkörper bei stufenlos regelbaren Reibrädergetrieben mit selbsttätiger Übersetzungsänderung
zu beseitigen. Die Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares Reibräderwechselgetriebe,
insbesondere für Triebwagen und Kraftfahrzeuge, mit nvei Kraftübertragungswegen,
von denen der eine das selbsttätig stufenlos regelbare Reibrädergetriebe enthält,
während der andere Übertragungsweg eine, unmittelbare Kraftübertragung zwischen
der treibenden und der getriebenen Welle herstellt, und geht von der Erkenntnis
aus, daß ein übermäßiger Verschleiß der Reibkörper nur dann verhindert wird, wenn
die Reibkörper nur während eines Bruchteiles der gesamten Betriebsdauer in Eingriff
sind, und zwar nur dann, wenn das Abtriebsdrehmoment größer als. das größte Antriebsdrehmoment
des Motors ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das eigentliche
Reibrädergetriebe bei Herstellen der unmittelbaren' Kraftübertragung in einer bei
anderen Getriebeausführungen bekannten Weise so außer Wirkung gesetzt wird, daßeine
Abnutzung der Reibkörper vermieden -wird. Erst durch diese Maßnahme der Außerbetriebsetzung
der Reibkörper während des direkten Ganges wird die Abnutzung der Reibkörper so
Herabgesetzt, daß bei der durch diese Maßnahme erreichbaren größeren Lebensdauer
der Reibkörper eine bedeutend größere Übertragungsleistung dieser Getriebe ausführbar
wird. Hierdurch wird, abgesehen von einer erheblichen Gewichtsverminderung des Getriebes,
erreicht, daß stufenlos regelbare Reibrädergetriebe mit selbsttätiger Übersetzungsänderung
auch in dem bei einem Kraftfahrzeug gegebenen engbegrenzten Raum untergebracht werden
können. In den Fig. i bis 7 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, wobei die Fig. i und z ein stufenlos regelbares Reabrädergetriebe zeigen,
bei dem de Umschaltung und damit die Außerbetriebsetzung des eigentlichen Reibrädergetriiebes
in bekannter Weise mittels einer von Hand zu Hand zu betätigenden oder auch selbsttätig
arbeitenden Kupplung mit zwei Kuppelstellungen erfolgt. Bei dem in den Fig. 3 bis
5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Kupplung für den einen Kraftühertragungsweg
das Reibrädergetriebe selbst verwendet, wobei zur Entkupplung die Reibkörper außer
Eingriff gebracht werden, während die Einschaltung des direkten Kraftübertragungsweges
durch eine beispielsweise selbsttätige Kupplung erfolgt. Bei zwei weiteren in den
Fig. 6 und ; dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Umschaltung der beiden
Kraftübertragungswege selbsttätig dadurch bewirkt, daß vor dem Reibrädergetriebe
ein Planetenzahnradgetriebe eingebaut ist.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand dir Fig. i bis ; näher erläutert.
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Bei dein in den erwähnten vier Ausführungsformen angewendeten Reibradgetriebe
bestehen die Reibkörper zwecks Unterbriii- i gung zahlreicher Eingriffsstellen auf
geringem Raume aus flachen, kegelähnlichen Scheiben. Auf der mittleren Keilwelle
a. sind mehrere Kegelscheiben b aufgereiht, während die Gegenreibkörper c, die zur
Verringerung des relativen Gleit ens -mit einem schmalen Laufrand versehen sind
(Randscheiben), auf mehreren (gezeichnet drei) Keilwellendgleichfalls verschiebbar
angeordnet werden. Die Keilwellen d sind in Schwenkhebeln e drehbar
gelagert, die auf durchgehende Achsen f aufgekeilt sind. Werden die Schwenkhebel
e um f
imPfeilsinne (volle Pfeile, Fig. z) gedreht,
so nähern sich die äußeren Keilwellen d (Aißenwellen) der Kzilwellea (Mittelwelle).
Die Randscheiben c tauchen tiefer zwischen die Kegelscheiben b, wodurch die Übersetzung
zwischen der Mittelwelle a und den Außenwellen d vergrößert wird. Dabei werden die
Kegelscheiben b axial gegen die Kraft der Feder g auseinandergeschoben, die den
zur Mitnahme notwendigen Anpressungsdruck erzeugt. Dieser kann durch entsprechende
Ausbildung der Feder g in jede gewünschte Abhängigkeit von der Übersetzung gebracht
werden. Aber auch von anderen Größen, wie z. B. der Antriebsdrehzahl, kann der An:
pressungsdruck durch die Feder g in einfacher Weise in Abhängigkeit gebracht werden,
wie dies als Beispiel in Fig. z durch die Fliehkraftgewichte h angedeutet wird,
Damit die Außenwellen d bei allen Übersetzungen den gleichen Abstand von der Mittelwelle
a behalten, können die= Schwenkbewegungen der Schwenkhebel e zwangsläufig, z. B.
durch den Ring i, gleichgehalten werden. Die Verdrehung dieses Kuppelringes von
außen durch den He-bel k gestattet die Einstellung eines beliebigen Übersetzungsverhältnisses.
Die selbsttätige Änderung der Übersetzung erfolgt durch den Zahndruck Z_ zwischen
den auf den Keilwellend sitzenden Zahnrädern l und den auf den Schwenkpunkten f-
lose drehbar sitzenden Zahnrädern nt dadurch, daß seine gleich große, entgegengesetzt
gerichtete Reaktionskraft P an den Lagerpunkten der Außenwellen d im Pfeilsinne
angreift und die Randscheiben c so tief zwischen die Kegelscheiben b drückt, bis
die Summe der radial nach auswärts wirkenden Komponenten des Axialdruckes der Feder
g der Kraft P das Gleichgewicht hält. Durch die öbenerwähnte -Ausbildung der Feder
g kann z. B. erreicht werden, daß bei doppelt so hohem Abtriebsdrehmament die Übersetzung
auf den doppelten Wert steigt, d. h. die Abtriebsdrehzahl auf den halben Wert sinkt,
somit die Abtriebs- und damit auch die Antriebsleistung gleichbleiben, wobei auch
Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehmoment ungeändert bleiben. -Die Wirkungsweise des
Reibradwechselgetriebes nach Fig. r und :2 ist folgende: Die Mittelwelle a des eigentlichen
Reibradgetriebes wird, ins Schnelle übersetzt, über die Zahnräder z und
z" von der rechten Kupplungsscheibe k' der Zweistellungskupplu.ng angetrieben,
wenn deren Mittelscheibe k" gegen sie angepreßt wird. Die Kraft wird von den Zahnrädern
m nach der Abtriebsrvelle o über die Zahnräder m', m ", n und n
' übertragen, welch letzteres die Abtriebswelle über den Freilauf it antreibt,
der so ausgebildet ist, daß das Rad 7i' die Welle o mitnimmt, solange diese langsamer
laufen will als das Rad yz'. Will man das Getriebe auch dadurch zur stufenlosen
Bremsung heranziehen, daß man den Motor von der Fahrzeugachse aus ins Schnelle übersetzt
antreibt, so muß der Freilauf it in b--kannter Weise sperrbar eingerichtet werden,
damit die Welle o ihr Drehmoment auf .das Rad it" und, durch das Reibradgetriebe
ins Schnelle übersetzt, über die Kuppelscheibe k' an den Motor abgibt. Die Randscheiben
c werden dabei von Hand durch den Hebel k mehr oder weniger tief zwischen die Kegelscheiben
b gedrückt. Die Abtriebswelle ist an ihrem vorderen Ende fest mit der linken Kupplungsscheibe
k` verbunden, gegen welche die Mittelscheibe von Hand oder selbsttätig verschoben
wird, wenn das notwendige Abtriehsdrehinoment kleiner wird als das Antriebsdrehmoment
des Motors. Der direkte Zweig besteht also bei dieser Ausfühiung aus der Kupplungsscheibe
k"' und der Abtriebswelle o.
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Bei der Ausführung nach Fig. 3 bis 5 wird die Kraft von dem Schwungrad
s des Motors entweder über die Zahnräder --', z", die Mittelwelle a., die Reibkörper
b, c, die Außenwellen d, die Zahnräder L, m, n', n",
d ", wobei das Rad yä" die Abtriebswelle o über die Klauenkupplung
o' antreibt, oder über den direkten Zweig, bestehend aus dem Gewinde G', der Kuppelwelle
y, der Kupplung k, gleichfalls nach dem Rad iz"' übertragen.
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Solange das verlangte Abtriebsdrehmoment größer ist als das Motordrehmoment,
tauchen die Randscheiben c zwischen die Kegelscheiben b. Sinkt das Abtriebsdrehmoinent
immer weiter, so entfernen sich die Außenwellen d von der Mittelwelle a immer mehr,
bis die Kegelscheiben b gegenseitig aufsitzen und die i Randscheiben c außer Eingriff
gelangen: In -diesem Augenblick wird der Kuppelring i von aem Hebel k dadurch noch
etwas weiter gedreht, daß die Totpunktsfeder k' über den Drehpunkt des Hebels k
gelangt und diesen im i Pfeilsinne weiter verdreht. Die Randscheiben werden hierbei
aus den Kegelscheiben gehoben, und die Kraftübertragung über den Zweig des Reibradgetriebes
ist dadurch unterbrochen.
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Bei dieser letzten Drehung des Kuppelringes i wird durch dessen
Aussparung j
(s. Fig. 5) die Rolle p und damit über dieVerstellscheibe x die
Kuppelwelle y zur Verschiebung nach rechts unter dem Druck der Federn h freigegeben,
wodurch die Kupplung K zum Eingriff gelangt, so daß jetzt die-Kraft über den direkten
Zweig übertragen wird. Steigt jetzt das Abtriebsdrehmoment wieder über das Motordrehmoment,
so werden durch den Axialschub des Gewindes G' die Federn h . zusammengedrückt,
dieWelle y mit der Kuppelscheibe
K nach links verschoben und dadurch
die Kupplung des direkten Zweiges gelöst. Gleichzeitig wird über die Verstellscheibe
x und die Rolle p der Kuppelring i
über seine Schrägfläche j' so weit
verdreht, daß dadurch die Totpunktsfeder h' über den Drehpunkt des Hebels )z zurückgehoben
wird und den Hebel k im Pfeilsinne weiterdreht, wodurch die Reibkörper b und c wieder
zum Eingriff gelangen. Damit wird die Kraft wieder über den Zweig des Reibrädergetriebes
übertragen.
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Auch bei dieser Ausführung kann der Motor, über das Reibscheibengetriee
ins Schnelle angetrieben, als stufenlose Bremse dadurch benutzt werden, daß die
Randscheiben c durch den Hebel k von Hand mehr oder weniger tief zwischen die Kegelscheiben
b gedrückt werden.
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Wird die Klauenkupplung ö nach rechts verschoben, so wird über die
Räder i141 ;t5, 116 die Abtriebswelle o im Rückwärtsgang angetrieben.
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Bei der Ausführung nach Fig. 6 werden die Außenwellen d und die Schwenkhebel
e mit ihren Achsen f von einer Trommel q getragen, die mit den Lagern
r und r im. Getriebegehäuse p gelagert ist. In diese Trommel ist das Außenrads eines
Planetenradsystems eingebaut, dessen Planetenräder s' durch den Wellenstumpf t angetrieben
werden, während sein Sonnenrad s' auf der Mittelwelle a fest verkeilt ist und diese
mit Übersetzung ins Schnelle antreibt. Solange das Abtriebsdrehmoment am Wellenstumpf
o größer ist als das Antriebsdrehmoment am Wellenstumpf t, ist gegenüber der oben
beschriebenen Ausführung kein Unterschied, denn die Trommel q wird durch den Drehmom.entunterschied
(Reaktionsdrehmoment) entgegen der Antriebsdrehrichtung gegen den Freilauf et gedrückt,
steht also still. Erst wenn mit sinkendem Abtriebsdrehmoment die Randscheiben so
weit aus den Kegelscheiben herausgetreten sind, daß die Gesamtübersetzung vom Antriebswellenstumpf
t zum Abtriebswellenstumpf o den Wert L erreicht, d. h. Antriebs- und Abtriebsdrehmoment
sowie Antriebs- und Abtriebsdrehzahl gleich sind, beginnt die Trommel q gleichsinnig
mit der Antriebsdrehrichtung umzulaufen. Dadurch sinkt der Drehzahlunterschied zwischen
dem Antriebswellenstumpf t und dem Außenrad s, somit auch die Drehzahl der Planetenräder
s', des Sonnenrades. s" und der Mittelwelle a. Die Trommel q läuft immer schneller
um, da an ihr nur beschleunigende Kräfte auftreten. Schließlich stehen die Planetenräder
s' auf ihren Zapfen still und die Drehzahl des Sonnenrades s' und der Mittelwelle
a. wird gleich der Antriebsdrehzahl bzw. wegen der Bedingung, daß die übersetzung
gleich i ist, gleich der Abtriebsdr,ehzahl. Dann wird ein weiteres Steigen der Trommeldrehzahl,
,die in diesem Augenblick auch gleich der Antriebs- bzw. Antriebsdrehzahl ist und
damit ein weiteres Sinken der Drehzahl des Sonnenrades und der Mittelwelle a unter
dieseallen übrigen umlaufenden Teilen gemeinsame Drehzahl - durch den Freilauf v
verhindert, der eine gegensinnige Drehung der Mittelwelle a. und des Abtriebswellenstuinpfes
o sperrt. Damit laufen jetzt alle Teile des Getriebes mit gleicher Drehzahl um,
die Reibscheiben sind dabei gegenseitig in Ruhe. Um das Moment der Fliehkraft der
Randscheiben c um die Schwenkachsen f aufzuheben, sind an den Schwenkhebeln Gegengewichte
w angebracht.
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Die gleiche Wirkung wie durch den Freilauf v kann auch dadurch erreicht
werden, daß sich die Randscheiben c, wie in Fig. 6 gestrichelt angedeutet, in ihrer
äußersten Stellung- reibschlüssig gegen die innere Seite der Trommel q legen und
dadurch die Kupplung aller umlaufenden Teile bewirken.
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Um bei höheren Getriebeleistungen in dein eben beschriebenen Kupplungszustand
nicht die dann größere Masse der Randscheiben mit voller lfloto,rdrehzahl umlaufen
zii lassen, kann nach Fig. 7 das Getriebe so ausgebildet werden, daß dann die Reibscheiben
nicht mir gegenseitig, sondern auch im Raum stillstehen. Cm dies zu erreichen, wird
auch auf der Abtriebsseite ein Planetenrädersystem eingebaut, dessen Außenrad x
mit dem Außenrad s des Planetenradsystems auf der Antriebsseite über Zahnräderx.
und s#. durch die im Gehäuse p gelagerte Welle y gekuppelt ist. Das Sonnenrad x"
wird von den auf den Schwenkpunkten f gelagerten Zahnrädern in über das diesen
gemeinsame Zahnrad ia angetrieben. Die Planetenräder x' treiben über ihre Lagerzapfen
den Abtriebswellenstumpf o an. Solange das Abtriebsdrehmöment am Wellenstumpf o
größer ist als das Antriebsdrehmoment am Wellenstumpf t, d. h. solange die Gesamtübersetzung
kleiner ist als i, ist gegenüber der Ausführung nach Fig. i kein Unterschied, denn
die Welle y und die Außenräder x werden durch den Drehmomentunterschied (Reaktionsdrehmoment),
wie bei Fig. 6 die Trommel q, gegen den Freilauf ia gedrückt, stehen also still.
Erst wenn, wie dort, die Randscheiben c so weit aus den Kegelscheiben b herausgetreten
sind, daß die Gesamtübersetzung den Wert i erreicht, beginnen die Räder x',
x., s und s., sowie die Welle y gleichsinnig mit der Antriebsdrehrichtung
immer schneller umzulaufen, während die Drehzahl
der Sonnenräder
s" und x" bis zum Stillstand sinkt, ja diese sogar ihre Drehrichtung umkehren würden,
wenn sie nicht 'durch den Freilauf v gesperrt würden.
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Die Wirkungsweise der Ausführung nach Fig. 7 ist also die gleiche
wie nach Fig. 6, nur stehen jetzt im Kuppelzustand die Planetentäder nicht auf ihren
Zapfen still, da diese mit der Antriebsdrehzahl umlaufen und die Planetenräder sich
auf den stillstehenden Sonnenrädern Z' und x" abwälzen. Weiter laufen die Außenräder
hier nicht mit der Antriebsdrehzahl um, sondern. entsprechend den Zähnezahlverhältnissen
der Planetenrädersysteme schneller.