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Selbsttätiges Wechselgetriebe.
Gegenstand der Erfindung ist ein selbsttätiges Wechselgetriebe zur Umwandlung einer schwingenden Bewegung in eine gleichgerichtete Drehbewegung mit Hilfe eines schwingenden Teiles, eines Gleitstückes und eines umlaufenden Teiles.
Bei den gewöhnlichen Getrieben dieser Art geht das Kuppeln beim Arbeitsgang des schwingenden Teiles leicht vor sich, doch sind beträchtliche Kräfte erforderlich, um den Eingriff des Gleitstückes beim Rückgang aufzuheben. Insbesondere wenn der schwingende Teil mit hoher Frequenz arbeitet, versagen derartige Getriebe, auch wenn sie im übrigen ganz korrekt gebaut sind, indem die Entkupplung beim Rückgang des schwingenden Teiles entweder überhaupt nicht oder zu spät eintritt.
Es wurde nun gefunden, dass man, um ein zufriedenstellendes Arbeiten derartiger Getriebe zu erreichen, während des Arbeitsvorganges die Möglichkeit einer geringen elastischen Verschiebung zwischen dem schwingenden und dem umlaufenden Teil schaffen muss. Dies kann durch eine geringe Nachgiebigkeit von Kugeln, Rollen oder anderen Körpern erreicht werden, die zwischen dem schwingenden Teil und dem Gleitstück oder zwischen dem schwingenden und dem umlaufenden Teil angeordnet sind, wobei der schwingende Teil und das Gleitstück mit exzentrischen Flächen oder in analog wirkender Weise ausgebildet sind. Bei schwerer Belastung des Getriebes kann diese Relativverdrehung ganz beträchtlich sein und in besonderen Fällen einen Winkel von 450 oder mehr umfassen. Sie hängt dabei vom Werte der Exzentrizität im Verhältnis zum Durchmesser des Gleitstückes ab.
Anderseits ist die Relativverdrehung bei geriner Belastung gleichfalls klein.
Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe so gebaut, dass die Reibung zwischen dem Gleitstück und dem umlaufenden Teil beträchtlich grösser ist, als die Reibung zwischen dem schwingenden Teil und dem Gleitstück und dass ferner, wenn der schwingende Teil seinen Arbeitsgang beginnt, infolge der elastischen Nachgiebigkeit von Kugeln, Rollen od. dgl. zwischen diesem und dem Gleitstück eine Winkelverdrehung möglich ist. Am Ende des Arbeitsganges nehmen die Kugeln, Rollen od. dgl. wieder ihre ursprünglichen Formen an, so dass der schwingende Teil und das Gleitstück ihre anfängliche Relativlage zueiander wieder gewinnen und dadurch das Gleitstück ausser Eingriff kommt.
Es muss beachtet werden, dass der Betrag dieser Relativverdrehung bei gegebener Belastung des Getriebes vom Grad der Exzentrizität und von der Nachgiebigkeit der Kugeln od. dgl. abhängt.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar. Fig. 1 zeigt einen Aufriss eines Getriebes teilweise im Schnitt. Fig. 2 ist ein Querschnitt nach A-A der Fig. 1. Fig. 3
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Fig. 9. Die Fig. 12 und 13 sind zwei Schnitte im rechten Winkel durch eine Spezialanordnung für eine Lokomotive. Fig. 14 ist ein diagrammatischer Schnitt durch eine einfache, das Prinzip der Erfindung darstellende Ausführung. Fig. 15 ist ein Diagramm einer etwas abgeänderten Ausführungsform. Fig. 16 ist ein Diagramm einer einfachen Ausführungsform mit der Aussenseite des schwingenden Teiles. Fig. 17 zeigt eine Type, bei welcher der Gleitteil ein unvollständiger Ring ist. Fig. 18 zeigt eine abgeänderte
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Form mit einem unvollständigen Ring als Gleitteil.
Fig. 19 zeigt eine Anordnung mit zwei Reihen von Rollen zur Vergrösserung der Elastizität. Fig. 20 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform mit zwei
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ist mit dem umlaufenden Teil. Fig. 22 zeigt eine Ausführung mit zickzackförmig angeordneten Rollen.
Fig. 23 zeigt eine Ausführungsform, bei der die für die Relativverdrehung notwendige Radialbewegung durch ein kurvenförmiges Gleitstück und einen Ölfilm zwischen diesem und dem schwingenden Teil erzielt wird. Fig. 24 zeigt eine nach demselben Prinzip arbeitende abgeänderte Ausführungsform.
In Fig. 1 und 2 ist a der den Gleitteil b umgehende umlaufende Teil. Der schwingende Teil c hat die Form einer Hohlwelle il, auf welcher das Exzenter cl'ausgebildet ist. Eine Kugel-oder Rollenbahn e ist an der Exzenteraussenseite vorgesehen und der Gleitteil liegt frei drehbar am Aussenring t derselben. Die Aussenperipherie des Gleitteiles ist in der neutralen Stellung mit dem umlaufenden Teil konzentrisch. Zwischen Gleitteil b und umlaufendem Teil a ist ein schmaler ringsumlaufender Spalt g (Fig. 2) vorgesehen. Eine Feder h od. dgl. wirkt als ständige Kraft gegen einen aussenliegenden Punkt, während durch geeignete Mittel die Richtung dieser Kraft umgekehrt bzw. der Gleitteil in seiner Mittellage gehalten wird.
Diese Kraft wirkt in beiden Fällen auf den Gleitteil in der entgegengesetzten Richtung zu der erwünschten Umlaufrichtung. Der umlaufende Teil a umfasst ein mit der Welle l verkeiltes Organ, das auf der Welle cl des schwingenden Teiles frei drehbar sitzt, während zwischen umlaufendem Teil und Hohlwelle des schwingenden Teiles, wie aus der unteren Hälfte der Fig. 1 ersichtlich, Rollenlager M vorgesehen sind, so dass die Reibung zwischen Gleitteil und umlaufendem Teil viel grösser ist als die
Reibung zwischen schwingendem Teil und Gleitteil oder zwischen umlaufendem und schwingendem Teil. Man kann jedoch auch Langrollen m1 verwenden, wie dies in der oberen rechten Hälfte der Fig. 1 ersichtlich ist.
Um die Reibung zwischen Gleitstück und umlaufendem Teil zu vergrössern, ist die Aussen- fläche des Gleitteiles b oder vorzugsweise die Innenflächen des umlaufenden Teiles a eingesehnitten, wie bei o ersichtlich. Hiedurch wird eine hohe spezifische Flächenpressung zwischen Gleitteil und umlaufendem Teil erzielt und ein Auspressen des Ölfilms und damit eine hohe Reibung erreicht. Die linke Seite der Vorrichtung, die teilweise in Ansicht dargestellt ist, weist eine ähnliche Konstruktion auf. Schwingender Teil
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Seite, jedoch mit einer Verschiebung der Arbeitsphasen um 180 , wie dies in den Fig. 8-11 gezeigt ist.
Ist bei einer solchen Anordnung E der Radius der Exzentrizität, R der Innenradius des umlaufenden Teiles, F die auf den umlaufenden Teil in radialer Richtung wirkende Kraft und Fly die auf ihm in der Umfangsrichtung wirkende Kraft, so ist PI R = F E.
Es sei ferner up der Winkel des Reibungsschlusses, der zwischen Gleitteil und umlaufendem Teil
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wenn Gleitteil und umlaufender Teil harte Stahlflächen aufweisen, die, wie gezeigt, ausgeschnitten sind, so dass die Flächenpressung den höchstmöglichen Wert annimmt ohne das Metall zu beschädigen.
Durch Umkehr der Richtung, in welcher die permanente Kraft wirkt, kann die Einrichtung reversiert werden. An Stelle äusserer Kräfte können geeignete feste oder einstellbare Anschläge vorgesehen werden, mit oder ohne zusätzliche Trägheitsmassen.
Gemäss den Fig. 3,4 und 5 sind umlaufender Teil a, Gleitteil b und schwingender Teil c koaxial angeordnet, zwischen der Welle des umlaufenden Teiles und schwingende Teil und. zwischen diesem und dem Gleitteil ist je ein Spurlager 4 bzw. 5 vorgesehen. Die als Laufbahnen der Spurlager ausgebildeten Lagerflächen des Gleitteiles und des schwingenden Teiles liegen in einer gegen die Querebene des Getriebes unter einem Winkel (p geneigten Ebene, welcher Winkel kleiner sein muss als der Reibungswinkel zwischen ebenen Flächen des Gleitteiles und des umlaufenden Teiles. Schwingender Teil und Gleitteil sind in Rollenlagern 6,7 auf der Welle des umlaufenden Teiles gelagert. Der Gleitteil wird in geeigneter Weise durch eine konstante Kraft gegen einen aussenliegenden Fixpunkt getrieben, z.
B. durch eine Feder 8, und in entgegengesetzter Richtung durch eine strichliert angedeutete Feder 9, während ihn eine erforderlichenfalls zur Wirkung gelangende Feder 10 in der Mittelstellung hält. Die mit dem umlaufenden Teil zusammenarbeitende Fläche des Gleitteiles ist wie bei 11 (Fig. 3) angedeutet, mit Vorsprüngen versehen, um durch Unterbrechung des Ölfilms die Reibung zu vergrössern.
Gemäss den Fig. 6 und 7 sind zwischen schwingendem Teil c und Gleitteil b sowie zwischen ersteren
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dem Innenlaufring des Kugellagers 12 und dem schwingenden Teil vorgesehen. Um zwischen den Laufringen und dem umlaufenden Teil einen Reibungsschluss herzustellen, sind Reibungsringe 15 und Federn 16 vorgesehen, so dass während der Leerlaufperiode für die Laufring die Tendenz besteht, durch den umlaufenden Teil mitgenommen zu werden.
Ein weiteres Beispiel der Erfindung zeigen die Fig. 8-11, u. zw. eine Doppelanordnung. Die Primärwelle 21 trägt ein Exzenterpaar 22, 23. Um 180 zu diesem versetzt schwingen zwei Zwischenwellen 24, 25 mit Hilfe von Lappen 26,27. Die Wellen 24, 25 tragen Kurbeln 28, 29, die auf ein Paar schwingender Organe 30, 31 einwirken, die in den Hohlwellen 32,33 gelagert sind. Die umlaufenden Teile werden von Kugellagern 34, 35 des Gehäuses 36 getragen und sind mit der Sekundärwelle 37 verkeilt.
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Zwischen den schwingenden Teilen 30, : und den umlaufenden Teilen 32, 33 sind die Gleitteile 39,40 vorgesehen. Zwischen diesen und den schwingenden Teilen sind Kugellager 41 angeordnet, desgleichen zwischen den schwingenden Teilen und den umlaufenden Teilen die Kugellager 42.
Jeder der beiden schwingenden Teile sind durch ein Paar am Ende eines Durchmessers angeordnete Verbindungsschienen angetrieben, u. zw. der eine durch die Schienen 43, der andere durch die Schienen 44.
Die Gleitteile werden durch eine konstante Kraft in die eine oder die andere Richtung gedrängt oder in einer Mittelstellung gehalten durch Federn 45 die auf der Welle 46 angeordnet sind. Letztere kann auch mittels eines Handrades gedreht werden, so dass durch die Federn 45, wie dies strichliert bei 50 (Fig. 11) angedeutet ist, ein Druck in beiden Richtungen ausgeübt oder die Feder 45 in der Mittellage gehalten werden kann. In der Mittellage ist die Sekundärwelle frei und läuft je nach der Richtung in welcher die Kräfte auf die Gleitteile einwirken, in dem einen oder dem anderen Sinne um.
Bei der für Lokomotiven bestimmten Anordnung gemäss den Fig. 12,13 umschliesst der umlaufende Teil a den Gleitteil b. Der um die Welle des umlaufenden Teiles l schwingende Teil weist einen ringförmigen, das Exzenter bildenden Teil v auf. An jeder Seite des Fortsatzes v sind Reihen von Lagerrollen y, z oder elastische Antifriktionslager gemäss Fig. 22 und 23 vorgesehen.
Die Lagerfläche des Gleitteiles b umfasst eine Anzahl gehärteter, auswechselbarer Stahlpolster, die in geeignete zentral am Umfang des Gleitteiles angeordnete Ausnehmungen eingepasst sind.
Die Wirkungsweise ist analog wie bei den oben beschriebenen Einrichtungen. Die Stahlpolster bewirken, dass der Ölfilm zwischen Gleitteil und umlaufenden Teil unterbrochen wird.
Die Fig. 14-21 erläutern die Wirkungsweise.
Der schwingende Teil c (Fig. 14) schwingt um das Zentrum o und ist mit einer exzentrischen kreisförmigen Schaltscheibe l versehen, deren Mittelpunkt Oi ist. Zwischen Exzenter 1 und ringförmigem Gleitteil b ist eine Reihe von Rollen 3 vorgesehen. Zwischen der Aussenperipherie des Gleitteiles und der Innenfläche des zylindrischen umlaufenden Teiles a ist ein genau bestimmter Spalt zulässig. Ist der Gleitteil in seiner Mittelstellung und hat der umlaufende Teil freie Drehmöglichkeit nach beiden Seiten, so liegen die Mittelpunkte der Scheibe 1, des Gleitteiles und des umlaufenden Teiles alle drei in einer Geraden.
Wird der Gleitteil durch eine äussere Kraft um einen Winkel a. in die vollausgezogene Stellung bewegt, so geht sein Zentrum nach 02 und zwischen Gleitteil und umlaufendem Teil findet ein Eingriff statt entlang einer Geraden parallel zur Achse, die durch den Punkt A geht, wo die Linie o-o den umlaufenden Teil trifft. Der Winkel o A o, muss kleiner sein als der Reibungswinkel zwischen umlaufenden Teil und Gleitteil.
Bewegt sich in dieser Stellung der schwingende Teil entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung nachdem bei A ein Eingriff stattgefunden hat, so kann der schwingende Teil um eine kleine Winkelverdrehung im Sinne der Vorwärtsbewegung des umlaufenden Teiles und des gleitenden Teiles voreilen, die dank der kleinen Verschiebung, welche die Elastizität der Kugeln oder Lagerflächen ermöglicht, mitsammen bewegt werden.
Die Möglichkeit dieser kleinen Relativverdrehung ist von wesentlicher Bedeutung für das Freigeben beim Reversieren der Bewegung des schwingenden Teiles, indem dadurch eine Rollbewegung auf den Rollen oder in den Lagern auf dem Ölfilm zwischen schwingendem und gleitendem Teil stattfindet, zugleich mit einer ähnlichen Wirkung in den Lagern zwisèhen schwingendem Teil und umlaufendem Teil.
(In Fig. 14 nicht ersichtlich, jedoch dargestellt in Fig. 13 bei y, in Fig. 8 bei 42. ) Weiters ist klar, dass beim Leergang des schwingenden Teiles die Rollen od. dgl. oder der Ölfilm in ihren Laufbahnen zirkulieren, so dass stets frische Kontaktstellen in den aufeinanderfolgenden Perioden des Eingreifens
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ist der Winkel o A 01'Eine ständige Kraft wirkt auf den Gleitteil in der einen oder der anderen Richtung durch den Zapfen 66.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 17 ist der Gleitteil in Form eines Halbmonds statt eines vollständigen Ringes ausgeführt. Der schwingende Teil ? kann dann die dargestellte Form haben und mit der Welle 73 verkeilt sein. Zwischen Gleitteil'l1 und umlaufendem Teil 74 gegen die Hörner des Mondes zu ist ein Spiel vorgesehen. Die Mittelpunkte sind wie in Fig. 15 dargestellt. Diese Ausführung kann Platz greifen für den Antrieb in beiden Richtungen, wie in den vorhergehenden Fällen, indem auf den Gleitteil mit Hilfe von Federn, wie voll ausgezogen und punktiert angedeutet, oder anderen Mitteln in der einen oder anderen Richtung eine Kraft ausgeübt wird.
Die Rollen können dann in ihren Laufbahnen umlaufen und die Wirkungsweise ist ähnlich der bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen.
Eine ähnliche Ausführungsform zeigt Fig. 18. In diesem Fall liegt das Schwingungszentrum des schwingenden Teiles in 01'die Exzentrizität ist gleich dem Abstand 0-01 und der Eingriffspunkt bei A. Bei entgegengesetzter Drehrichtung findet der Eingriff bei B statt, welcher Punkt symmetrisch auf der anderen Seite der durch die Getriebeachse gelegten Symmetrieebene liegt. Der Pfeil an der Aussenseite des umlaufenden Teiles zeigt die Triebrichtung, welche den vollausgezogenen Linien ent-
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angedeutet. Auch in diesem Falle zirkulieren die Rollen in ihren Laufbahnen, doch darf das Spiel zwischen den Hörnern des Mondes und dem umlaufenden Teil nie so gross sein, dass ein Klemmen der Rollen an diesem Punkt stattfindet.
Gemäss Fig. 19 sind zwei Reihen von Rollen 81, 82 mit einem fliegenden Ring 83 dazwischen vorgesehen. Bei der durch äusseren Pfeil angedeuteten Drehrichtung ist der Steuerzapfen b des Gleitteiles in der vollausgezogenen Stellung, die Kraft wirkt in der durch den Pfeil 8 angedeuteten Richtung. In der Mittellage ist der Zapfen 66 in der zentralen Vertikalebene.
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grössere Elastizität erzielt. Der fliegende Ring 83 wandert langsam während des Leerganges wie auch während des Arbeitsganges im Kreis und gewährleistet so ein genaues Abrollen und Zirkulieren der Kugeln unter ständigem der unter Pressung stehenden Berührungslinie.
Bei der Ausführung gemäss Fig. 20 werden zwei Exzenter verwendet. Der schwingende Teil c ist von einer Reihe von Rollen 92 umgeben, welche ein zweites Exzenter 93 umschliesst, das seinerseits von einer zweiten Reihe von Rollen 94 umschlossen ist. Der Gleitteil b umsehliesst diesen zweiten Satz Rollen unmittelbar und sitzt leicht passend im umlaufenden Teil 96. Infolge der Anwendung zweier Exzenter ist kein Spiel erforderlich. Die Druckstellen für Vorwärts-und Rückwärtslauf sind A bzw. B.
Der Punkt o ist das Schwingungszentrum für das Exzenter und den inneren Laufring des umlaufenden Teiles, o, das Zentrum der inneren Rollenreihe, e2 das Zentrum der äusseren Rollenreihe.
Fig. 21 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher der Aussenumfang des Gleitteiles b nicht konzentrisch ist mit dem umlaufenden Teil in dessen neutraler Stellung. Wird der Gleitteil in dieser Weise angeordnet, so kann man einen strenger gehenden Gleitteil erlangen als es der Fall ist, wenn die Peripherie des Gleitteiles konzentrisch ist mit dem umlaufenden Teil in dessen Mittelstellung.
Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäss Fig. 22 wird die Anwendung einer breiteren Lagerfläche dadurch möglich, dass die Rollenlager im Zickzack angeordnet sind. Der schwingende
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Gleitteil 125 ist am schwingenden Teil 121 auf Rollenlagern 126 gelagert und kann durch Federn oder andere geeignete Mittel in die eine oder die andere Richtung gezogen oder in der Mittellage gehalten werden. Zwischen schwingendem Teil und der Welle des umlaufenden Teiles 129 können zwecks Zentrierung Rollenlager 128 vorgesehen werden. Der umlaufende Teil ist in einem festen Gehäuse durch Rollen oder Kugellager 130 gelagert. In der Zeichnung ist bloss die linke Seite einer Doppelanordnung dargestellt.
Gemäss Fig. 23 ist zwischen schwingendem Teil 131 und Gleitteil132 eine Anzahl gekrümmter Stäbe 133 aus gehärtetem Stahl, Phosphorbronze od. dgl. vorgesehen, deren Dimensionen so gewählt werden, dass die Elastizitätsgrenze unter der zwischen Gleitteil und schwingendem Teil auftretenden Pressung nicht überschritten wird ;
Eine ähnliche Abänderung zeigt Fig. 24, wo die Stäbe 133 wellenförmig gestaltet sind, zum Zwecke, durch das Flachpressen dieser Stäbe die für die kleinen Relatiwerdrehungen erforderliche Nachgiebigkeit herzustellen.
Der Widerstand gegen das Ausquetschen des Öls bei den Anordnungen gemäss Fig. 22 und 23 ist beträchtlich, so dass die Reibung zwischen schwingendem und gleitendem Teil viel kleiner ist als die zwischen Gleitteil und umlaufendem Teil, was zur Folge hat, dass während der Eingriffsperiode eine kleine Relativverdrehung zwischen schwingendem und gleitendem Teil auftritt, während sich Gleitteil und umlaufender Teil zusammenbewegen.
Der Gleitteil macht während der Antriebsperiode eine Bewegung relativ zum schwingenden Teil. Die Möglichkeit dieser Bewegung erhellt aus der Nachgiebigkeit bzw. Elastizität der Kugeln, Rollen oder der in den Fig. 23 und 24 dargestellten Wulste. Die Bewegung des Gleitteiles während der
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Antriebsperiode hängt von dessen Trägheit und von der Grösse der äusseren Kräfte (Federn od. dgl.) ab, durch die er in die der Umlaufriehtung entgegengesetzte Richtung gedrängt wird. Wird die äussere auf den Gleitteil wirkende Kraft geändert, so kann der Weg des Gleitteiles und daher die Eingriffsperiode und auch die Mittelstellung des Gleitteiles während der Bewegung nach Belieben geändert bzw. beeinflusst werden.
Die Änderung der äusseren Kräfte hat zur Folge, dass sieh die Schwankungen in viel grösserem Massstabe im Drehmoment der Sekundärwelle äussern. Diese Eigenheit kann in Verbindung mit empfindlichen Reglern verwendet werden, die auf den Gleitteil nur wenig variable Kräfte übertragen können. Die Sekundärwelle kann so gesteuert und ihr Drehmoment variiert werden. Dies ergibt die Möglichkeit der Anwendung auf Mechanismen, die in gewissen Momenten rasch arbeiten müssen, z. H.
Dampfventile, hydraulische Vorrichtungen, Steuerungsgetriebe u. dgl.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätiges Wechselgetriebe, umfassend einen umlaufenden und einen schwingenden, mit einem Exzenter od. dgl. versehen Teilen sowie ein Gleitstück, das mit diesen beiden Teilen zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen schwingenden Teil und Gleitteil wie auch zwischen schwin-
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der schwingende Teil seine Arbeitsschwingung beginnt, eine im wesentlichen von der Belastung des Getriebes abhängige Relativverdrehung zwischen dem schwingenden Teil und dem Gleitstück Platz greift, während am Ende der Arbeitsschwingung diese Kugeln, Rollen od. dgl. ihre ursprüngliche Form wieder annehmen und den schwingenden Teil wie auch das Gleitstück zwecks Entkupplung des 1 etzteren wieder in die ursprüngliche gegenseitige Lage zurückdrehen.