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Getriebe zur Kraftübertragung bei wechselnder Geschwindigkeit.
Die Erfindung bildet ein Getriebe zur Kraftübertragung bei wechselnder Geschwindigkeit, bei dem eine Schwungsmasse zwischen dem Kraftzuleitungs- und Kraftableitungsglied geschaltet ist, die mit gleichbleibender Schwingungsweite, aber mit dem Gesehwindigkeitsunterschiede zwischen dem Kraftzuleitungs-und dem Kraftableitungsgliede entsprechender Geschwindigkeit hin und her schwingt, d. h. jener Art, die durch meine Patente Nr. 83030 und 88753 bekanntgeworden ist.
Bei diesem Getriebe muss folgendes beachtet werden : 1. Die abwechselnd auftretenden Beschleunigungen und Verzögerungen müssen gleich gross und entgegengesetzt gerichtet sein, die Bewegung- verhältnisse einer Pleuelstange müssen bei den Verbindungsmitteln des Getriebes vermieden werden. 2, Die Achsen, um die die Massen schwingen, dürfen mit der Hauptdrehachse nicht zusammenfallen, vorteilhaft sollen sie diese unter rechtem Winkel schneiden. 3. Um eine ausgeglichene. Wirkungsweise zu erzielen, sollen die lassen des Sehwunggliedes so angeordnet sein, dass in jedem Augenblicke ein Teil dieses Gliedes beschleunigt wird.
Wird das Schwungglied als eine um eine Achse und stets in derselben Ebene hin und her schwingende Masse vorgestellt, deren Verbindungsglieder mit dem Kraftzuleitungs-und dem Kraftableitungsglied wesentlich die Bewegungsverhältnisse eines Sehubkurbeltriebes mit unendlicher Schubstangenlänge aufweisen, so wird diese Schwungmasse während des ersten Viertels der Kurbeldrehung beschleunigt, während des zweiten Viertels derselben verzögert, dann während des dritten Viertels der Kurbeldrehung wieder, aber in entgegengesetztem Sinne beschleunigt und während des letzten Viertels der Umdrehung wieder verzögert.
Nur in den Besch1eUlllgungsperioden der Schwungmassen sucht das Kraftzuleitungsglied dem Kraftableitungsglied seine Drehbewegung mitzuteilen.
Entsprechend den Verhältnissen am Schubkurbeltrieb ändert sich der Massenwiderstand während der Beschleunigungsperiode und erreicht seinen grössten Wert etwa in der Mitte dieser Periode, d. h. während der ersten Bechleunigungsperiode nach einem Achtel des Kurbelumlaufes dem Winkel von 450 im Kurbelkreis entsprechend, und dann nach fünf Achteln des Kurbellaufes dem Kurbelwinkel 2250 entsprechend.
Wirkung und Gegenwirkung sind gleich gross und entgegengesetzt gerichtet. Während die Schwungmasse in der Beschleunigungsp ? 1'Íode der Wirkung des primären Teiles (Kraftzuleitung) den Trägheitswiderstand entgegensetzt und gleichzeitig den sekundären Teil der Bewegung des primären folgen lässt, wirkt sie in der Verzogerungsperiode im Sinne des sekundären Teiles. Auf diese Weise wird die in der Beschleunigungsperiode vom primären Teil an die Schwungmasse abgegebene, Energie in der Verzögernngs- periode von dieser wieder an den primären Teil zurückgegeben.
Damit diese Umstände voll ausgenutzt, die grösste Leistungsfähigkeit und Ruhe des Ganges ereicht, sowie Verluste in der Vorrichtung möglichst vermieden werden, sind nach der Erfindung die Verbindungsmittel zwischen den Schwungmassen den primären und den sekundären Teilen so gestaltet
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Die Erfahrung lehrte, dass zur Erzielung der höchsten Leistungsfähigkeit solche Vorrichtungen als Schwungglieder schwungradähnliche Einheiten erhalten sollen, die um die primäre Drehungsachse rechtwinkelig schneidende Achsen hin und her schwingen und durch Z-förmige gekröpfte Wellen oder Treibplatten der primären Welle angetrieben werden, wobei sie so angeordnet sind,
dass ihre sich gegenseitig übergreifenden Beschleunigungsphasen ein wesentlich gleichbleibendes Drehmoment sichern. Im folgenden wird das Getriebe nach der Erfindung mit 2-förmig gekröpfter Welle oder Treibplatte besprochen, obwohl auch andere Verbindungsmittel angewandt werden könnten, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
Da die Wirkung einer Z-förmig gekröpften Welle an dieser Vorrichtung der Wirkung eines durch die Drehung des primären Teiles zwischen diesen und dem von ihm bewegten Schwungglied getriebenen Keiles mit wechselndem Keilwinkel gleichkommt, werden die notwendigen Bedingungen erfüllt sein, wenn im Augenblicke des grössten Massenwiderstandes des Sehwunggliedes in der Beschleunigungsperiode cie Wirkung des primären Teiles auf das Schwungglied einen Keil von 450 entspricht und im Argien- blicke der grössten Massenwirkung während der Verzcgerungsperiode die Wirkung des Schwunggliedes auf das primäre Glied ebenfalls einem Keilwinkel von 45" entspricht, d. h.
in diesen Zeitpunkten zwischen dem Z-Zapfen und dem Schwungrad bzw. der Verbindung zum Schwungrad und der Achse des Schwungrades ein Winkel vion 45 auftritt. Diese Bedingung ist annähernd erfüllt. wenn die ZKröpfung mit der Rotationsebene einen Winkel von 20-30 einschliesst (wenn eine zur Ebene eines Treibblockes normale Achse friese Neigung hat, liegt seine Ebene in einem Winkel von 60-70 zur oben genannten Ebene) und wenn die Schwungmasse durch einen Bogen von 130-140"schwingt.
Die Erfindung betrifft auch eine Bauart der Z-Kröpfung, die die Erzielung des notwendigen beträchtlichen Winkels erleichtert.
Ein Ausführungsbeispiel des Getriebes nach der Erfindung ist in der Zeichnung in Fig 1 im Längsschnitt und in Fig. 3 im Querschnitt dargestellt. Die Welle mit drei Z-Kröpfungen für die drei Schwungglieder mit aufeinanderfolgenden und einander übergreifenden gleichen Phasen kann in einem Stücke hergestellt sein, doch ist es besser, sie aus Teilen zusammenzubauen, wie in der Zeichnung dargestelltist. Demnach besteht jede Z-Kröpfung aus dem Kurbelzapfen 1, der an seinen zu Hörnern 2 gestalteten Enden an Verbindungsplatten 3 befestigt ist. Die Verbindungsplatte am Kraftzuleitungsende ist an einer primären Welle 4 befestigt und die Verbindungsplatte am entgegengesetzten Ende läuft in einer kurzen Wellenstummel 5 aus.
Die zwischenlicgenden Paare von Verbindungsplatten, bilden mit den sie verbindenden Lagerzapfen 6 je ein Stück. Der Zapfen 1 wird von einem zweiteiligen Zwischenstück 7 umfasst, das rechtwinkelig zum Zapfen 1 verlaufende Zapfen 8 trägt, die in Verbindurg stücken 9 für die zwei je eine Einheit bildenden Schwungräder lagern. Die Schwungradpaare 10 sind rittlings zur gebauten, gekröpften Welle angeordnet und tragen Schildzapfen 11 (Fig. 2), die in einem längsgeteilten Gehäuse 12 lagern. Dieses bildet das sekundäre, kraftableitende Glied. Seine beiden Teile sind verschraubt und es besitzt Lager für die Teile, 5, 6 der gekröpften Welle.
An das in Fig. 1 links dargestellte Ende des Gehäuses 12 schliesst sich die sekundäre, kraftableitende Welle 13. Die ganze Konstruktion wird von einem längsgeteilten, äusseren, feststehenden Gehäuse 14 getragen. Die gekröpfte Welle und das sich drehende Gehäuse 12 können Wärmedehnurgen usw. folgen, da bloss ein Druckkger zwischen ihnen angeordnet ist. Im Innern besitzt das Gehäuse 14 flache, kreisform'go Rinnen jfss, aus denen das sich hier sammelnde 01 mittels Schaufeln 17 durch Öffnungen des Gehäuses 12 den bewegten Teilen zugeführt wird. Die drei Schwungradpaare 10, auf die die drei Kurb2lzapfen 1 wirken, haben die Aufgabe, ein möglichst gleichbleibendes Drehmoment zu sichern.
In der veranschaulichten Ausführungsform liegen die drei Schwungradpaare in einer Ebene und ihre zrgehörigen Kurbelzapfen sind gegeneinander um 600 versetzt, so dass gleiche Bewegungsphasen der drei Einheiten einander übergreifend aufeinanderfolgen. Die gleiche Wirkung kann aber auch erzielt werden, wenn die drei Kurbelzapfen in einer Längs- ebene liegen und die Achsen der Schwungradpaare um 600 gegeneinander versetzt sind. Bei beiden Anordnungen schneiden die Schwungradachsen die Achse der Hauptdrehbewegung unter rechten Winkeln.
Durch drei derart angeordnete Schwungeinheiten wird die praktisch vollkommene Gleichmässigkeit des zugeleiteten und abgeleiteten Drehmomentes erzielt, aber unter Umständen, wenn genügend Schwungmassen sieh im Kraftzuleitungsbetrieb selbst befinden, wird man eine oder zwei Schwungeinheiten im Getriebe nach der Erfindung verwenden (z. B. wenn die kleinste Geschwindigkeit des Kraftableitungsgliedes noch gross genug ist, um eine hinreichende Gleichmässigkeit des Ganges bei nur einem Schwungglied zu sichern).
Die Schwungeinheiten schwingen in Bögen von 1350, zwischen den in Fig. 1 mit unterbrochenen Linien angegebenen Stellungen a-a, b-b hin und her, wodurch der Forderung genügt wird, dass der wirksame Keilwinkel zwischen primärem Teil und Schwungglied während der Beschleunigungsperiode gleich ist dem wirksamen Keilwinkel zwischen dem Schwungglied und dem primären Teil während der Verzögerungsperiode des ersteren. Da nicht die schwingende Bewegung der Zapfenachse, sondern die schwingende Bewegung der Drehungsebene des Zapfens den wirksamen Hub der Z-Kröpfung darstellt, schliessen die Kurbelzapfen J'mit der Rotationsebene der gekröpften Welle den Komplementärwinkel von 22lys2- ein.
Wenn statt der Z-förmig gekröpften Welle eine Treibscheibe angeordnet wird, liegt deren Ebene
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unter 67Y2 0 zur Drehungsebene der Kurbelwelle geneigt, da der Unterstützungspunkt in der Ebene der Treibscheibe liegt.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform des Getriebes mit einer Z-förmigen Welle tritt der mittlere wirksame Keilwinkel in folgender Weise in Erscheinung :
Er muss bei der am linken Ende gezeichneten Schwungeinheit auftreten, wenn die Welle sich um 450 aus der in Fig. 1 dargestellten Lage weitergedreht hat, da eine volle Arbeitsperiode 180 und je eine Beschleunigungs- oder Verzögerungsperiode 90 umfasst, die Mitte der Beschleunigungs- oder Verzögerungsperiode daher nach einer Verdrehung der Welle von 450 aus jener Lage, bei der die Schwungräder durch die Umkehrpunkte gehen, erreicht wird.
Bei dieser der Mitte der Beschleunigungsperiode entsprechenden Stellung der linken Getriebeeinheit schliessen deren Achsen 8 sowohl mit der Rotationsebene der Welle, als auch mit der Achse des Kraftableitungsgliedes (Gehäuse 12) annähernd Winkel von 45 ein.
Obwohl das Getriebe mit Z-förmig gekröpfte. r Welle vorzuziehen ist, da es grössere Starrheit besitzt, günstigere Lagerung zulässt, und den bei Treibscheiben auftretenden ziemlich starken und wechselnden Achsdruck in der Richtung der Schwungradachsen vermeiden lässt, kann auch eine Treibscheibe oder eine ähnliche Vorrichtung angewendet werden. Das Wesentliche einer Treibscheibe kann als eine kreisförmige Führung, die zu ihrer Drehachse geneigt liegt, vorgestellt werden.
Betrachtet man die Verhältnisse, die sich ergeben, wenn die Führung nicht kreisförmig ist und auch aus der Ebene der Treibscheibe oder des Treibblockes heraustritt, also eine Art Daumen oder Nocke bildet, so ergibt sich, dass in diesem Falle die Forderung nach gleich grosser und entgegengesetzt gerichteter Keilwirkung bei einem von 135 abweichenden Schwingungsbogen erfüllt werden kann, dieser hängt dann von den Winkelverhältnissen der verschiedenen Teile der Daumen- oder Nockenführung ab. Auch können zur Herbeiführung der notwendigen Bedingung von der Z-förmig gekröpften Welle und der Treibscheibe abwechselnde Vorrichtungen wie Kurbeln, Lenker, Hebel oder gleichwertige Verbindungsmittel angewendet und die Schwungglieder anders angeordnet sein als beschrieben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Getriebe zur Kraftübertragung bei wechselnder Geschwindigkeit mit einem Kraftzuieitungs-. einem Kraftableitungs- und einem Trägheitsgliede, das vorteilhaft von zwei oder mehreren Trägheitseinheiten gebildet wird, die entsprechend dem Geschwindigkeitsunterschied der Bewegung des Kraftzuleitungsgliedes und des Kraftableitungsgliedes hin und her schwingen, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis vom Kraftzuleitungsgliede zu einer schwingenden Trägheitsmasse (10) während der Beschleunigungspmode wesentlich gleichgehalten wird dem'Übersetzungsverhältnis von diesem Trägheitselement (10) zum Kraftzuleitung'glied während der Verzögerungsperiode,
wobei die Schwingungen der Trägheitsmasse (10) durch eine Z-förmig gekröpfte Welle (1) oder ein gleichwärtiges Übertragungsglied herbeigeführt werden und der mittlere wirksame Winkel der arbeitenden Teile, d. i. zwischen der Achse der Trägheitsmasse (10) und der Achse der Kröpfung während jeder Beschleunigungsund Verzögerungsperiode annähernd 450 ist.