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Die Erfindung betrifft eine Multiplikationsvorrichtung, bei welcher Multiplikant und Produkt als Winkelgeschwindigkeit in Erscheinung treten und der Multiplikator durch einen positiven oder negativen, stetig veränderlichen Faktor gebildet wird. Bei derartigen Vorrichtungen gelangten bisher Reibradgetriebe mit veränderlichem Abstand der Reibrolle vom Reibscheibenmittel zur Anwendung. Es stellt sich in diesem Falle die Winkelgeschwindigkeit der Reibrolle als das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit der Reibscheibe und dem Abstand der Reibrolle vom Reibscheibenmittel dar. Einem solchen Reibradgetriebe haften aber verschiedene Nachteile an. Bei der Verschiebung der Reibrolle tritt gleitende Reibung auf, welche einen verhältnismässig grossen Arbeits-und Zeitaufwand für diese Reibrollenverstellung bedingt.
Ferner arbeitet ein solches Getriebe nur dann zuverlässig und genau, wenn der Abstand der Reibrolle vom Reibscheibenmittel nicht zu klein ist ; meist findet also Übersetzung ins Rasche statt, was wieder vom energetischen Standpunkt nicht günstig ist.
Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wird bei der Vorrichtung nach der Erfindung von einem Getriebe Gebrauch gemacht, bei welchem die Reibrollen auf der Oberfläche einer Kugel laufen, so dass nur reine Rollreibung auftritt. Derartige Getriebe wurden bisher zur Komponentenzerlegung verwendet und besitzen die aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtliche Anordnung. Bei derselben wird eine Kugel a, welche um ihren Mittelpunkt drehbar gelagert ist, von einer Reibrolle 1 angetrieben, deren Drehachse b um den durch den Berührungspunkt mit der Kugel gehenden Kugeldurchmesser verschwenkbar ist. Die Kugel a treibt ihrerseits zwei Reibrollen II und III an, deren Drehachsen in einer zu dem genannten Kugeldurchmesser senkrechten Ebene liegen.
Werden die Winkelgeschwindigkeiten
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einer zur Drehachse der Rolle 11 parallelen Geraden einschliesst, mit m bezeichnet, so ergibt sich
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Durch Verschwenkung der Drehachse b und die hiedurch bedingte Veränderung des Winkels ; p wird daher die Grösse der Winkelgeschwindigkeiten #2, #3, welche sich zur Winkelgeschwindigkeit #1 der Antriebsrolle 1 zusammensetzen, geändert.
Zur Erreichung des Erfindungszweckes wird nun die beschriebene Konstruktion in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise abgeändert, indem die verschwenkbare Rolle 1 keinen Antrieb erhält, sondern eine der Rollen 11, 111 mit unveränderlicher Drehachse angetrieben wird. Es treibt daher die angetriebene Rolle 11 oder 111 die Kugel a, während die Rolle 1 lediglich durch ihre Stellung den jeweiligen Multiplikator bestimmt und damit die Winkelgeschwindigkeit, welche den getriebenen Rollen III oder 11 durch die Kugel a erteilt wird, bedingt.
Auch für die Vorrichtung nach der Erfindung gelten die obenangeführten Gleichungen, aus welchen sich ergibt (ü"= to, tgT.
Wird daher die Rolle 11 mit einer Winkelgeschwindigkeit angetrieben, welche der zu multiplizierenden Grösse proportional ist und wird die Rolle 1 so eingestellt, dass die Tangente des Winkels dem gewünschten Multiplikator proportional ist, so entspricht die Winkelgeschwindigkeit der Rolle III dem gesuchten Produkt.
Der Tangens des Winkels (f) kann jeden Wert zwischen - 00 und + oo annehmen. Man kann also mit diesem Getriebe eine kontinuierlich veränderliche Übersetzung nach beiden Drehrichtungen ins
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Langsame oder ins Rasche erzielen, während bei der vorhin beschriebenen Anordnung eine Übersetzung ins Rasche nur dann möglich wäre, wenn der Durchmesser der Antriebsrolle grösser ist als der der Abnahmerolle.
Statt zylindrischer Antriebsrollen können zweckmässig kegelförmige (in der Zeichnung gestrichelt angedeutet) verwendet werden, deren Achsen in einer Geradenliegen. Statt der einzelnen Rollen 1, 11, 111 können auch Paare diametral gegenüberliegender Rollen zur Verwendung gelangen. Es muss selbstverständlich auch für entsprechende Lagerung der Kugel zwischen (nichtgezeichneten) federnden Anpressrollen gesorgt werden. Auch die Rolle 1 (oder ein gegenüberliegendes Rollenpaar) muss natürlich an die Kugel angedrückt werden. Die Rollen 11 und Ill können ohne weiteres verschiedene Durchmesser haben, wenn dies aus irgendwelchen Gründen zweckmässig erscheint.
Die Verstellung der Rolle 1 wird zweckmässig durch einen Hebel c herbeigeführt, der die Lagergabel d für die Drehachse der Rolle 1 trägt. Diese Lagergabel ist ihrerseits um eine zur Ebene der Achse der Rollen'11 und 111 senkrechte (nichtdargestellte), durch den Kugelmittelpunkt gehende Achse drehbar gelagert.
Der Hebel c kann durch eine Mutter m, die auf einer Schraubenspindel 'sitzt und an welcher eine Führung w für den Hebel c eingelenkt ist, um die Berührungsstelle der Rolle 1 mit der Kugel a verschwenkt werden.
Die Winkelgeschwindigkeit 002'welche den Multiplikanten darstellt, kann konstant oder vor. änderlich sein. Der Faktor tgy, welcher den Multiplikator darstellt, ist bei der gezeichneten Ausführungsform unmittelbar proportional der Auswanderung der Schraubenmutter m. Wird der Hebel unmittelbar von Hand aus verschwenkt, dann muss eine Tangensskala u vorgesehen sein.
Das Getriebe nach der Erfindung ist im Aufbau sehr einfach, es lässt sich mit dem geringsten Kraftaufwand regulieren, und die Änderung der abgenommenen Geschwindigkeit erfolgt fast verzugsfrei.
Es kann zu verschiedenen Zwecken verwendet werden. Insbesondere bei Rechen-und Messgeräten werden derartige Multiplikatoren mit Vorteil angewendet. Als Beispiel sei eine Anwendung bei einer Vorrichtung zur Messung der Geschwindigkeit von bewegten Zielen angeführt, für welche die aus Fig. 3 ersichtliche geometrische Darstellung in Betracht kommt.
Die Geschwindigkeit v eines bewegten Zieles bzw. deren Komponenten kann nach ebenen Polar-Koordinaten (Entfernung s und Winkel a) bekanntlich in zwei aufeinander senkrechte Komponenten
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werden oder auch direkt als Eingangswert in ein Rechen-oder Kommandogerät eingeführt werden.
Eine andere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Durchführung von Integrationen mit einer Vorrichtung nach der Erfindung. Handelt es sich darum, das Integral einer Funktion y (x) zu bilden, dann wird die Rolle II so angetrieben, dass ihr Winkelweg proportional ist dem Argument x, während
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Sehr häufig wird der Fall vorliegen, dass das Argument x die Zeit ist. Dann muss die Rolle 11 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit getrieben werden, während der Steuerhebel c so verschwenkt wird, dass ta immer irgendeiner mit der Zeit veränderlichen Grösse proportional ist.
Das Getriebe nach der Erfindung kann aber auch für Kraftübertragungszwecke Anwendung finden. Die Rolle II wird in diesem Falle mit konstanter Drehzahl z. B. von einem Motor oder einer Riemenscheibe angetrieben, und die von der Rolle III abgenommene Drehzahl wird durch Verschwenken des Hebels c nach Belieben kontinuierlich verändert.
Wie bei jedem Reibungsgetriebe gibt es auch hier keine obere Grenze der Übertragungsleistung an sich, sondern eine obere Grenze der übertragbaren Drehmomente. Soll also die Übertragung- leistung gross sein, dann muss die Drehgeschwindigkeit möglichst hoch sein.
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Das Getriebe nach der Erfindung eignet sich z. B. zum Antrieb von Werkzeugmaschinen, wo es eine kontinuierliche Regelung der Sehnittgeschwindigkeit ermöglicht. Da das Drehmoment nach oben begrenzt ist, so ist dadurch eine gewisse Sicherung gegen Werkzeugbruch gegeben. Stufenkonus und elektrische Einzelantriebe könnten wegfallen, der Antrieb erfolgt durch eine einfache Transmission.
Auch bei Kraftfahrzeugen kann das Getriebe Verwendung finden, wenn es eine zur Übertragung grösserer Leistungen, d. h. Drehmomente und Geschwindigkeiten, erforderliche Ausgestaltung erfährt.
Hiezu ist besonders eine Anordnung nach Fig. 4 geeignet, wo eine grössere Zahl von derartigen Kugeln "parallel geschaltet" wird. Sämtliche Steuer-und Anpressrollen müssen in diesem Falle durch stärkere Federn an die Kugeln angedrückt werden, damit die Reibung hinreichend gross wird. Die Steuerhebel c für die Rollen 1 werden hiebei zweckmässig durch eine gemeinsame Steuerstange z verbunden.
Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet der Vorrichtung nach der Erfindung betrifft die Steuerung von Verfolgungsgeräten. Soll z. B. ein Luftziel mit einem Fernrohr verfolgt werden, so wird normalerweise das Fernrohr über eine entsprechende Übersetzung ins Langsame von einem Handrad aus, beispielsweise der Seite nach, dem Ziel nachgeführt. Die Drehgeschwindigkeit des Handrades ist dann proportional der Winkelgeschwindigkeit des Zieles der Seite nach und kann etwa in einem Kommandogerät zur automatischen Bestimmung der Vorhaltemasse herangezogen werden. Wenn aber das Handrad von Hand aus gedreht wird, sind Schwankungen der Drehgeschwindigkeit unver- meidlich, die sich besonders dann unangenehm auswirken, wenn aus dieser Drehung auch noch die Winkelbeschleunigung ermittelt werden soll.
Wird dagegen das Seitenfernrohr mit der Abnahmewelle eines gemäss der Erfindung ausgebildeten Getriebes (Fig. 2 oder 4) verbunden, dann braucht der durch das Fernrohr blickende Beobachter nicht selbst das Fernrohr zu drehen, sondern nur das Tempo der Drehung vermittels des Steuerhebels zu regeln, woraus sich eine viel gleichmässigere Übertragung der Bewegung auf das Fernrohr ergibt als bei freihändigem Antrieb. Um das Ziel, wenn es aus dem Fadenkreuz des Fernrohres verloren wurde, rasch wieder ins Mittel zu bringen oder auch um grosse Einstellbewegungen gegen ein neues Ziel rasch durchzuführen, ohne das Tempo des Getriebes zu ändern, kann hinter die Abnahmerolle des Getriebes noch ein Differential zwecks Addition eines von einem Handrad gelieferten zusätzlichen freihändigen Antriebes angebracht werden.
Die seitliche Winkelgeschwindigkeit des Zieles kann entweder an der Rolle 111 als Drehgeschwindigkeit abgenommen werden oder als Funktion des Winkelweges des Handhebels ins Kommandogerät eingehen oder schliesslich an der bereits erwähnten Skala u abgelesen werden.
Im vorstehenden sind nur einige wichtige Anwendungsmöglichkeiten der Multiplikationsvorrichtung nach der Erfindung geschildert worden, doch ist die Erfindung nicht auf diese Anwendungsgebiete beschränkt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Multiplikationsvorrichtung, bei welcher Multipliant und Produkt als Winkelgeschwindigkeit erscheinen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibrolle mit unveränderlicher Drehachse, welche mit der zu multiplizierenden Grösse proportionaler Winkelgeschwindigkeit getrieben wird, eine um ihren Mittelpunkt drehbare Kugel antreibt, während eine zweite Reibrolle mit unveränderlicher Drehachse (Produktrolle) von der Kugel mit jener Winkelgeschwindigkeit getrieben wird, welche durch die Lage einer dritten, losen Reibrolle (Multiplikatorrolle), deren Drehachse um den durch den Berührungspunkt dieser Reibrolle hindurchgehenden Kugeldurchmesser verschwenkbar ist, bestimmt wird.