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Keilriemenwechselgetriebe mit zwei auf einer Welle drehfesten Kegelscheibenhälften
Die Erfindung betrifft ein Keilriemenwechselgetriebe mit zwei auf einer Welle drehfesten
Kegelscheibenhälften, von denen mindestens eine axial verschiebbar ist, und mit
mindestens einer geschlitzten Tellerfeder.
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Es sind Keilriernenwechselgetriebe bekannt, die an Stelle der Tellerfedern
eine oder mehrere Schraubenfedern verwenden. Durch deren große Baulänge baut aber
das Getriebe, selbst bei Verwendung nur einer Schraubenfeder, axial sehr lang. Auch
führt die große Masse einer Schraubenfeder und ihre nur ungenaue Zentriermöglichkeit
leicht zu Unwuchten. Auch die Anwendung von zwar kürzer bauenden Kegelfedern oder
Kegelstumpffedem aus Rund- oder Flachmaterial führt infolge ihrer großen Masse und
noch schlechteren Zentriermöglichkeit zuUnwuchten. Bekannt sind weiterhin Keilriemenwechselgetriebe
mit Tellerfedern, die die Nachteile der Typen mit Schraubenfedern zwar vermeiden,
aber infolge ungünstiger Bauart der Tellerfedern andere Nachteile aufweisen. Membranartig
wirkende Tellerfedern und gewellte Tellerfedern haben den Nachteil einer zu großen
Federkonstante, sie ergeben bei nur kleinem Federweg sehr große Kräfte. Allgemein
müssen aber Federn an Keilriemenwechselgetrieben bei verhältnismäßig großem Weg
nur eine wenig steigende Kraft auf die Kegelscheibenhälften ausüben. Die Federkonstante
der Feder muß klein sein. Diese Forderung zu erfüllen, wird bei anderen bekannten
Keilriemenwechselgetrieben mit radial geschlitzten Tellerfedern angestrebt, aber
diese radial geschlitzten Tellerfedern sind insofern ungünstig ausgebildet und befestigt,
als entweder der scheibenförmige Mittelteil oder der konusscheibenförmige Außenteil
fest eingespannt sind, so daß die daran strahlenförmig befestigten Federarrne die
ganze Federarbeit allein übernehmen müssen. Diese Federarme werden dabei überbeansprucht
und brechen, da sie wegen der erforderlichen kleinen Federkonstante verhältnismäßig
schwach ausgeführt werden müssen. Die übertragungsfähigkeit des Keilriemens, deren
volle Ausnutzung eine kräftige Feder mit kleiner Federkonstante verlangt, kann mit
dieser Art Federn nicht voll ausgenutzt werden. Dasselbe trifft für ein weiteres
bekanntes Keilriemenwechselgetriebe zu, das am Umfang der Kegelscheibenhälfte strahlenförmig
befestigte Blattfedern verwendet.
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Zweck der Erfindung ist, eine geschlitzte Tellerfeder so anzuordnen
und ihre Federungs- und Festigkeitseigenschaften so zu nutzen, daß die Nachteile,
die an den bisher bekannten Keilriemenwechselgetrieben bestehen, vermieden werden,
d. h. daß die übertragungsfähigkeit des Keilriemens in optimaler Weise genutzt
wird, ohne daß die Tellerfeder zu hoch beansprucht wird.
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Erfindungsgemäß wird dies durch die Kombination folgender Merkmale
erreicht, daß nämlich eine an sich bekannte geschlitzte Tellerfeder, die am Außenurnfang
aus einem kegelscheibenförmigen, federnden Teil mit daran anschließenden, nach innen
auslaufenden Armen besteht, mit ihrem Innen- und Außendurchmesser frei anliegt und
lediglich an ihrem Außendurchmesser an der Außenwand einer Kegelscheibenhälfte zentriert
ist und daß der Raum zwischen der Außenwand und der Nabe der Kegelscheibenhälfte
genügend ausgespart ist, um Platz für die Tellerfeder bei inverser Durchbiegung
zu bieten. Der kegelscheibenförmige, federnde Außenteil der Feder, an dessen innerem
Rand, der nur wenig kleiner ist als der Außendurchmesser, die Arme beginnen, kann
infolge seines großen mittleren Durchmessers und daher seiner kleinen Biegesteifigkeit
praktisch die gesamte Federungsarbeit aufnehmen dergestalt, daß sich die im unbelasteten
Zustand schwach kegelförmige Tellerfeder mit zunehmender Belastung zu einer vollkommen
flachen Scheibe und darüber hinaus zu einer inversen kegelförmigen Scheibe verformt,
deren Kegelspitze aber nun auf der anderen Seite der Scheibenebene liegt. Die am
kegelscheibenförmigen federnden äußeren Teil der Feder angebrachten, nach innen
auslaufenden Arme wirken als Hebelarme, an deren inneren Enden ein großer Federweg
erreicht wird. Da das Fußende der Arme, d. h. ihre Befestigung, auf einem
großen Durchmesser liegt, können sehr viele Arme untergebracht werden, die z. B.
als Träger gleicher Festigkeit ausgebildet werden können.
Die Fußenden
der Arme können mit einer großen Rundung in den kegelscheibenförmigen federnden
äußeren Teil der Feder übergehen, um Spannungsspitzen an dieser übergangsstelle
abzubauen. Dadurch, daß man verhältnismäßig dickes Blech anwenden kann, wird praktisch
die Federung der Arme und deren Biegespannung in vernachlässigbaren Grenzen gehalten.
Infolge der innen und außen freien Auflage der Feder findet die eigentliche Biegung
in dem kegelscheibenförmigen federnden äußeren Teil der Tellerfeder bei sehr gleichmäßiger
Spannungsverteilung statt. Die Tellerfeder gibt dabei verhältnismäßig große Kräfte
bei infolge der den Federweg verlängernden Arme sehr kleiner Federkonstante ab.
Dadurch kann die Leistungsfähigkeit des Keilriemens in optimaler Weise genutzt werden.
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Zweckmäßigerweise macht man den äußeren Durchmesser der Tellerfeder
möglichst groß und zentriert sie an ihrem Außendurchmesser. Man macht auch die Arme
möglichst lang, um einen großen Federweg zu erhalten. Der Raum zwischen der Außenwand
und der Nabe der Kegelscheibenhälfte wird genügend ausgespart, um Platz für die
Tellerfeder bei inverser Durchbiegung zu bieten.
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Wegen der durch die kurz bauende Tellerfeder kurzen Getriebelänge
ist es auch möglich, mehrere Keilriemenwechselgetriebe nebeneinander auf dieselbe
Welle zu setzen, um so die übertragbare Leistung zu erhöhen. Die Kegelscheibe kann
über den Keilriemen nicht nur auf eine Gegenscheibe unveränderlichen Durchmessers
arbeiten, wobei der Achsabstand zwischen der treibenden und der getriebenen Welle
im allgemeinen veränderlich sein muß, sondern sie kann auch mit einer gleichen Kegelscheibe
über den Keilriemen zusammenarbeiten, wobei die Kegelscheibenhälfte dieser zweiten
Kegelscheibe nicht mit Federn, sondern mit mechanischen Mitteln, wie Schrauben,
Hebeln usw., die über Axiallager auf mindestens eine der Kegelscheibenhälften wirken,
in ihrem gegenseitigen Abstand verändert werden können, so daß bei nunmehr festem
Achsabstand zwischen der treibenden und der getriebenen Welle der Verstellbereich
von beiden Kegelscheiben zusammen, d. h. das Quadrat des Verstellbereichs
einer Kegelscheibe, ausgenutzt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 1 im Schnitt und Seitenansicht.
Auf einer Hohlwelle 1 sind zwei Kegelscheibenhälften 2 drehfest, aber axial
verschiebbar, angeordnet, zwischen denen ein Keilriemen 3 eine nicht gezeichnete
Riemenscheibe treibt. Zwei an ihrem äußeren Umfang an der Außenwand der Kegelscheibenhälften
zentrierte Tellerfedern 4 pressen die Kegelscheibenhälften zusammen und drücken
auf den Keilriemen 3. Die Tellerfedern 4 bestehen am Außenumfang aus einem
kegelscheibenförn-ügen federnden Teil 4a, dessen innerer Durchmesser, der nur wenig
kleiner als der Außendurchmesser ist, über große Rundungen 4 b in
eine Zahl konzentrisch nach innen auslaufender zungenförmiger Arme 4c übergeht.
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Die Tellerfedern 4 stützen sich über ihre Arme 4c am inneren Durchmesser
auf je eine Büchse 5, die durch Seegeringe 6 auf der Hohlwelle
1 gehalten wird.
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Durch Veränderung des Abstandes zwischen der Hohlwelle 1 und
der nicht gezeichneten Gegenwelle wird der Keilriemen 3 gezwungen, auf verschiedenen
Durchmessern der Kegelscheibe 2 zu laufen. Die Tellerfedern 4 üben die in jeder
Stellung erforderliche Anpreßkraft auf den Keilriemen 3 aus, damit dieser
die gewünschten Leistungen übertragen kann.
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Abb. 2 zeigt in Schnitt und Seitenansicht auf einer Hohlwelle
1 zwei über je einen Hebel 7 und Axiallager 8 auf den
gewünschten gegenseitigen Abstand eingestellte Kegelscheibenhälften 2', zwischen
denen der Keilriemen 3 läuft und auf durch Federn angepreßte Kegelscheiben,
wie in Abb. 1 dargestellt, arbeiten muß. Die Achsen der Kegelscheiben 2 und
2' haben einen festen Abstand. Der Anpreßdruck an den Kegelscheiben 2' wird durch
den Riemenzug hervorgerufen und dieser wiederum durch die Tellerfedern 4 an den
Kegelscheiben 2. Die Drehzahlverstellung erfolgt durch Zusammendrücken oder Spreizen
der Hebel 7.