<Desc/Clms Page number 1>
Geschwindigkeits-Wechselgetriebe
EMI1.1
Die bekannten stufenlosen GeschwindigkeitsWechselgetriebe verwenden im wesentlichen entweder verschiebbare oder schwenkbare Reibräder oder hydraulische Kraftübertragungsmittel. Bei einer weiteren Gattung wird die rotierende Bewegung in eine schwingende Bewegung von veränderbarer Schwingungsweite umgewandelt, worauf die schwingende Bewegung wieder in eine rotierende Bewegung rückverwandelt wird. Die Reibradgetriebe nützen sich verhältnismässig rasch ab und weisen geringe Betriebssicherheit auf. Die hydraulischen Getriebe ergeben wegen der hydraulischen Energieumsetzung niedrige Wirkungsgrade.
Auch bei Getrieben mit Schwingbewegung ist der Wirkungsgrad gering, da die lebendige Kraft der schwingenden Massen dauernd vernichtet werden muss, und überdies bedingen sie eine komplizierte Konstruktion.
Die Erfindung betrifft ein GeschwindigkeitsWechselgetriebe, bei dem eine auf der ebenen Stirnfläche einer rotierenden Scheibe gemäss einer Spirale verlaufende Verzahnung mit einem Zahnrad in Eingriff steht, das entlang seiner durch die Drehachse der Scheibe gehenden Achse verschiebbar ist. Bei dem bekannten Getriebe dieser Art liegt die Achse des verschiebbaren, als
Stirnrad ausgebildeten Zahnrades parallel zur
Scheibe, so dass ein einwandfreier Zahneingriff nicht erhalten wird. Vielmehr tritt zwischen der
Spiralverzahnung und dem Stirnrad ein mehr oder weniger starkes Gleiten auf, was einen starken Verschleiss und einen relativ niedrigen
Wirkungsgrad verursacht, so dass das Getriebe höheren Anforderungen nicht entspricht.
Gemäss der Erfindung kämmen nut der Spiral- verzahnung der Scheibe zwei oder mehrere, über den Scheibenumfang gleichmässig verteilte Kegel- räder, deren Achsen auf einem mit der Scheiben- achse gleichachsigen Kegelmantel liegen und bei
Verschiebung der Kegelräder eine Bewegung parallel zur Scheibenachse ausführen. Durch eine solche Ausbildung wird ein einwandfreies
Abrollen der verschiebbaren Räder auf der
Spiralverzahnung erzielt. Das erfindungsgemässe
Getriebe weist hervorragende Laufeigenschaften auf und kann mit hohen Drehzahlen laufen sowie y\\r Übertragung hohei Drehmomente verwendet werden. Weitere Erfindungsmerkmale, die zur
Erzielung dieser Erfolges beitragen, sind nach- stehend dargelegt.
Eine besonders zweckmässige Ausbildung ergibt sich, wenn in an sich bekannter Weise zu dem Kraftweg von der Hauptwelle über die axial verschiebbaren Zahnräder zur Scheibe ein Kraftweg parallel geschaltet ist, der über ein Ausgleichsgetriebe, z. B. Planeten-oder Differentialgetriebe, führt, von dem der Unterschied zwischen den Drehzahlen der Hauptwelle und Scheibe nach aussen geleitet wird. Hiedurch wird ein besonders grosser Regelbereich erzielt, der auch entgegengesetzte Drehrichtungen umfassen kann. Hiebei ist es möglich, durch Bedienung eines einzigen Hebels beliebige Geschwindigkeitswechsel sowie Umkehrungen der Drehrichtungen vorzunehmen.
Dies führt zu dem zusätzlichen Vorteil, dass das Getriebe z. B. bei Lasirdermaschinen nicht
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
ein (Fig. 2) und schneiden einander in der Drehachse der Welle 1. Wie nachstehend beschrieben, können die drei Triebräder 9 gleichzeitig entlang ihrer Wellen 6 verschoben, d. h. ihr Abstand a von der Achse der Welle 1 verkleinert oder vergrössert werden, wobei die Steuerung derart erfolgt, dass dieser Abstand a stets für alle drei Triebräder 9 untereinander gleich ist. In einer in Fig. 1, links, dargestellten Mittelstellung der Triebräder 9 schneiden sich ihre Drehachsen in der Teilkreisebene der Verzahnung 3.
Um bei allen Stellungen der Kegelräder 9 einen Eingriff zwischen ihnen und der Verzahnung 3 zu sichern, müssen die Wellen 6 entsprechend gesenkt werden, wenn die Räder 9 aus der genannten Mittelstellung nach aussen geschoben werden, wie in Fig. 1, rechts, gestrichelt angedeutet ist. Wie später genauer beschrieben ist, werden zu diesem 7wet die Lager 7, 8 für die Wellen 6 sowie das zentrale Kegelrad 4 gemeinsam nach abwärts verschoben, d. h. dem Tellerrad 2 genähert. Hiebei treten die Kegelräder 5 in eine Mulde 10 des Tellerrades 2 ein. Umgekehrt werden die Lager 7, 8 samt dem Kegelrad 4 gehoben, wenn die Triebräder 9 nach innen verschoben werden.
Gemäss den Fig. 3,4 und 5 ist ein das Getriebe aufnehmendes Gehäuse 11 durch einen Deckel 12
EMI2.1
Lagern 13, 14 des Gehäuses 11 bzw. Deckels 12. Das auf der Welle 1 verschiebbare Kegelrad 4 besitzt eine die Welle 1 umgreifende Hülse 15, die zwischen ihren Bunden 16 und 17 von einem zylindrischen Teil einer Tragplatte 18 umfasst wird. Letztere besitzt einen Zylinderteil 19, der mittels eines Gewindes 20 in den Gehäusedeckel 12 eingeschraubt ist, und trägt drei radial gerichtete, um 1200 versetzte Achsen 21, auf denen Schieber 22 gleiten.
Letztere tragen auf der einen Seite Rollen 23, die in einer angenähert spiraligen Nut 24 des Deckels 12 geführt sind, und auf der anderen Seite Gabeln 25, die in Kreisnuten 26 (Fig, l, 2) der Kegelräder 9 eingreifen.
Auf der Lagerplatte 18 sind drei sektorförmige Schlitten 27 gelagert, deren radiale Kanten in Fig. 4 mit 28 bezeichnet sind. Die Schlitten 27
EMI2.2
durch einen umlaufenden Flansch 29 der Lagerplatte 18 und innen durch einen in diese eingesetzten Ring 30 geführt. Dieser Ring 30 und das zentrale Kegelrad 4 sind in Fig. 4 nicht dargestellt. Die Schlitten 27 tragen die Lager 7 und 8 für die Wellen 6, auf denen die Kegelräder 9 verschiebbar sind.
In der Lagerplatte 18 sind drei zur Welle 1 parallele Steuerwellen 31 drehbar gelagert, auf denen Steuerhebel 32 sitzen, die mit ihren NokkenflÅachen an auf den Schlitten 27 befestigten Rollen 33 anliegen. Zwischen Anschlägen 34 der Lagerplatte 18 und ähnlichen Anschlägen 35 der Schlitten 27 sind Druckfedern 36 geschaltet, welche die Schlitten 27 entgegen dem Uhrzeiger- smn (Fig. 4) zu verdrehen trachten und daher die Steuerhebel 32 in Eingriff mit den Rollen 33 halten. Das Tellerrad 2 ist mit einem Kranz 37 versehen, dessen Aussenfläche 38 als Nockenfläche dient, an welcher an den Enden der Steuerwelle 31 sitzende Daumen 39 anliegen. An dem Tellerrad 2 ist ein Zahnkranz 40 angeschraubt, der mit einem Zahnrad 41 kämmt, das auf einer Welle 42 sitzt.
Eine den Gehäusedeckel 12 durchsetzende Reglerwelle 43 trägt ein Ritzel 44, das in eine Innenverzahnung 45 des Teiles 19 der Lagerplatte 18 eingreift. Die Lagerplatte 18 sowie die Schlitten 27 sind mit Öffnungen 46 versehen, durch welche die Kegelräder 9 durchtreten.
Die treibende Welle 1 versetzt mittels des Kegelrades 4 und der Kegelräder 5 die Wellen 6 in Drehung, so dass die in die spiralige Verzahnung 3 eingreifenden Kegelräder 9 das Tellerrad 2 antreiben. Let'3teres treibt über den Zahnkranz 40 und das Zahnrad 41 die Welle 4s an. Selbstverständlich kann der Kraftweg auch die umgekehrte Richtung haben, in welchem Falle die Welle 42 die treibende und die Welle 1 die getriebene ist.
Nachstehend werden die Verhältnisse des Eingriffes zwischen den Kegelrädern 9 und der Verzahnung 3 genauer dargelegt. In Fig. 7 ist eine beliebige Windung der Spiralverzahnung 3 dargestellt und zur besseren Übersicht angenommen, dass das Tellerrad 2 mit der Verzahnung 3 stillsteht und ein Kegelrad 9 um die Achse der Welle 1 umläuft und auf der Verzahnung 3 im Uhrzeigersinn abrollt. In zwölf über den Umfang der Spirale ungefähr gleichmässig verteilten Punkten sind mit der Verzahnung 3 in Eingriff stehende Zähne des Kegelrades 9 gestrichelt dargestellt und diese Zähne sind fortlaufend mit bl) b2, b3.., b12 bezeichnet.
Es ist ersichtlich, dass der Eingriff bei b1 beginnt, bei b6 ein Maximum erreicht und bei bl, beendet ist, d. h. das Mass x des Übergreifens zwischen
Verzahnung 3 und Zahnrad 9 steigt von Null bis zu einem Maximum, das gleich der Zahnbreite c ist, und nimmt wieder auf Null ab. Wenn das jeweilige Mass x halbiert wird und die durch kleine Kreise bezeichneten Halbierungspunkte miteinander verbunden werden, so bildet die strichpunktiert gezeichnete Verbindungslinie dieser Punkte eine von JE bis B 11 reichende
Spirale d, die den Verlauf des Eingriffes angibt und als Eingriffsspirale bezeichnet werden kann.
In Wirklichkeit laufen nicht die Kegelräder 9 im Uhrzeigersinn, sondern das Tellerrad 2 in entgegengesetzter Richtung um die Achse der Welle 1 um. Es ist ersichtlich, dass jedes Kegelrad 9 bei einer Umdrehung des Tellerrades 2 während der Drehung des letzteren um den Winkel al mit der Verzahnung 3 in Eingriff steht, wogegen bei der Drehung um den Winkel a. kein Eingriff stattfindet. Da aber die drei Kegelräder 9 um 120 C versetzt sind, wechseln sie in der Kraftübertragung ab, so dass in jedem Augenblick weit mehr als ein voller Zahneingriff als Summe der Eingriffe sämtlicher Kegelräder 9 erhalten wird. Während im allgemeinen drei
<Desc/Clms Page number 3>
Kegelräder zur einwandfreien Kraftübertragung genügen, kann in Sonderfällen auch mit zwei Rädern 9 das Auslangen gefunden werden.
Die Anordnung von mehr als drei Rädern 9 ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Kegelräder 9 konstant ist, wird das Tellerrad 2 während der Drehung um den Winkel Cf. 1 mit wachsender Winkelgeschwindigkeit angetrieben, da der Eingriff nicht gemäss einem Kreis sondern gemäss der Spirale d stattfindet. Diese Eingriffsspirale d ist in Fig. 8 in kleinerem Massstab und mit stark übertriebener Steigung gezeichnet. Würde der Eingriff auf einem gedachten Eingriffskreis e erfolgen, der durch den Punkt Bi gelegt wird, so würde das Tellerrad 2 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den Winkel or. gedreht werden. Dieser Winkel zs reicht bis zu einem
Radius, der durch den Punkt B'geht, und letzterer
EMI3.1
Spirale d auf dem Kreis e aufgetragen wird (BI Bn BI B').
Die Differenz ist somit das Mass für das unerwünschte Voreilen des entgegengesetzt dem Uhrzeiger rotierenden Tellerrades 2 während einer Umdrehung. Um nun dieses Voreilen zu eliminieren, d. h. eine konstante Winkelgeschwindigkeit des Tellerrades 2 zu erhalten, wird dem Kegelrad 9 auf dem Wege von Bi bis Bl1 eine Bewegung um die Achse der Welle 1 entgegengesetzt der Drehrichtung des Tellerrades, also im Uhrzeigersinn, erteilt, während das Kegelrad auf dem Wege von Bl1 nach Bl, also während es ausser Eingriff mit der Verzahnung 3 ist, in seine Ausgangslage zurückgedreht wird. Es ist somit ersichtlich, dass durch ein solches Pendeln der Kegelräder 9 die geschilderte Ungleichförmigkeit des Antriebes beseitigt wird.
Es ist zu betonen, dass diese Ungleichförrnigkeit um so geringer ist, je kleiner die Steigung der Spiralverzahnung 3 und je grösser der Abstand der Eingriffsstelle vom Mittelpunkt der Spirale (d. h. der Achse der Welle 1) ist.
Für praktisch brauchbare Abmessungen und eine ubertragbare Leistung, z. B. bis zu 60 PS, ergibt die Rechnung einen notwendigen Pendelausschlag der Kegelradwellen 6 von nicht mehr als einem halben Grad. Die Schwankungen der
Winkelgeschwindigkeit des Tellerrades, die ohne die geschilderten Pendelbewegungen der Kegel- räder 9 auftreten, sind tatsächlich sehr gering- fugig und können in der Praxis in zahlreichen-
Fällen zugelassen werden, so dass die Pendel- bewegungen der Kegelräder 9 entbehrlich sind.
Das Pendeln der Kegelräder 9 wird auf folgende
Weise erzielt : Die rotierende Nockenfläche 38 ist derart geformt, dass sie bei jeder Umdrehung des Tellerrades 2 den Daumen 39 eine geringe
Pendelbewegung erteilt. Hiedurch werden mittels der Steuerwellen 31 die Steuerhebel 32 verdreht, so dass die Rollen 33 und damit die Schlitten 27 samt den von ihnen getragenen Wellen 6 und
EMI3.2
dieser Teile in die Ausgangslage wird durch die Druckfedern 36 bewirkt.
Zur Veränderung der Übersetzung des Getriebes wird die Welle 43 durch ein geeignetes Betätigungsorgan verdreht, so dass das Ritzel 44 mittels der Innenverzahnung 45 die Lagerplatte 18 um einen entsprechenden Winkel um die Achse der Welle 1 verdreht. Dabei gleiten die Rollen 23 in der im wesentlichen spiralförmigen Nut 24 des Gehäusedeckels 12, so dass die Kegelräder 9 mittels der Gabeln 25 um das gleiche Mass entlang der Wellen 6 verschoben werden. Gleicht"tig verschraubt sich der Teil 19 der Lagerplatte 18 gegenüber dem Deckel 12, so dass die Lagerplatte 18 samt den Schlitten 27 und den Wellen 6 parallel zur Welle 1 verschoben werden und auf diese
Weise der Eingriff zwischen den Kegelrädern 9 und der Verzahnung 3 aufrechterhalten wird.
Ein reines Abrollen der Kegelräder 9 auf der
Verzahnung 3 tritt ein, wenn sich die Drehachsen der Kegelräder 9 in der Teilkreisebene der
Verzahnung 3 schneiden, wie in Fig. 1, links, dargestellt. Liegt der Schnittpunkt dieser Dreh- achsen oberhalb oder unterhalb dieser Ebene, so findet ein zusätzliches Gleiten zwischen den
Kegelrädern 9 und der Verzahnung 3 statt, doch sind, wie die Rechnung zeigt, die Gleitverluste bei praktisch vorkommenden Verhältnissen derart gering, dass sie vernachlässigt werden können.
Wenn die Kegelräder 9 zwecks Änderung der Übersetzung entlang ihren Wellen 6 ver- schoben werden, so muss sichergestellt sein, dass die Kegelräder in einwandfreier Weise in die neuen Spiralwindungen der Verzahnung 3, mit denen sie nunmehr in Eingriff kommen, eintreten, d. h. dass die Zähne der Kegelräder 9 tatsächlich genau in die Lucken zwischen den
Zähnen der Verzahnung 3 gelangen. Wenn mit R der Radius irgendeines gedachten Eingriffs- kreises und mit R'der Radius eines benachbarten
Eingriffskreises bezeichnet wird, wobei die Bogen- länge des letzteren Kreises um die Zahnteilung t
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
eins unterscheiden.
Es ist ersichtlich, dass die Höhe der Stufen 47 bei praktischen Konstruktionen derart gering bzw. die Anzahl dieser Stufen derart gross ist, dass man praktisch von einer kontinuierlichen, d. h. stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses sprechen kann.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 entspricht die Ausbildung und Wirkungsweise der zwischen der Welle 1 und dem Tellerrad 2 geschalteten Getriebeteile vollkommen der vorhin beschriebenen Konstruktion. Dieses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe ist jedoch hier mit einem Differential-bzw. Planetengetriebe in folgender Weise kombiniert. Das Tellerrad 2 ist mittels einer auf der Welle 1 drehbaren Hohlwelle 50 mit einem Kegelrad 51 eines Differentialgehäuses 52 verbunden, dessen gegenüberliegendes Kegelrad 53 auf der Welle 1 festsitzt. Beide Kegelräder 57, 5 ? stehen miteinander durch im Gehäuse 52 gelagerte Umlaufräder 54 in Eingriff. Am Gehäuse 52 ist ein Zahnkranz 55 befestigt, der mit einem auf der Welle 56 sitzenden Zahnrad 57 kämmt.
Ist z. B. in der dargestellten Lage der Kegelräder 9 das Übersetzungsverhältnis zwischen diesen und dem Tellerrad 2 verkehrt proportional dem Übersetzungsverhältnis zwischen den Kegelrädern 5 und dem Kegelrad 4, so dreht sich das Tellerrad 2 mit der gleichen Drehzahl, jedoch in entgegengesetzter Richtung wie das Kegelrad 4, so dass das Differentialgehäuse 52 und die abtreibende Welle 56 stillstehen. Diese Stellung entspricht somit dem Leerlauf, bei dem das Getriebe unabhängig von der Drehzahl des Motors bzw. der Welle 1 als Schwungrad wirkt, in dem die überschüssige Energie gespeichert wird.
Werden die Kegelräder 9 verschoben, so ändert sich die Drehzahl des Tellerrades 2 und damit des Kegelrades 51, so dass das Differentialgehause 52, je nach der Verschiebungsrichtung der Kegelräder 9, die Welle 56 in der einen oder anderen Richtung mit zunehmender Geschwindigkeit antreibt. Es ist somit möglich, durch Verschieben der Kegelräder 9 unmittelbar von einer Drehrichtung über die Leerlaufstellung in die entgegengesetzte Drehrichtung überzugehen.
Es ist noch zu bemerken, dass bei einer Kombination des beschriebenen Geschwindigkeits-
Wechselgetriebes mit einem Differential-oder anderen Ausgleichgetriebe die Änderung der Übersetzung auch theoretisch stufenlos erfolgt, da durch das Differentialgetriebe innerhalb des
Regelbereiches Schwankungen aufgenommen und ausgeglichen werden, die weit grösser sind als jene, die dem halben Modul entsprechen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Geschwmd1gkeits-Wechselgetriebe, bei dem eine auf der ebenen Stirnfläche einer rotierenden Scheibe gemäss einer Spirale verlaufende Verzahnung mit einem Zahnrad in Eingriff steht, das entlang seiner durch die Drehachse der Scheibe
EMI4.1
Scheibenachse (1) gleichachsigen Kegelmantel liegen und bei Verschiebung der Kegelräder eine Bewegung parallel zur Scheibenachse ausführen.