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Steuerbares Stufengetriebe, insbesondere Dual- bzw. Tertial-Stufengetriebe
für programmgesteuerte Zeichentische Die Erfindung bezieht sich auf ein steuerbares
Stufengetriebe, insbesondere Dual- bzw. Tertialstufengetriebe, für programmgesteuerte
Zeichentische, bei dem die Abtriebsdrehbewegung des Gesaintgetriebes durch Addition
der Abtriebsdrehbewegungen der einzelnen Stufen mittels mehrerer Addiergetriebe
in Hintereinanderschaltung gebildet wird und jedes einer Getriebestufe zugehörige
Addiergetriebe abgeleitet von der Antriebswelle des Gesamtgetriebes über eine steuerbare
Kupplungseinheit antreibbar ist. Dabei durchläuft der Abtrieb jeder stoß- und schlupffrei
schaltenden Kupplungseinheit während eines Bewegungsüberganges eine stetig, beschleunigende
bzw. verzögernde Bewegungsphase.
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Ein bekanntes steuerbares Dualstufengetriebe besteht im wesentlichen
aus einer Hintereinanderschaltung von Differentialaetrieben. Es ist so gebaut, daß
die Umschaltung von einer übersetzungsstufe auf die andere während des Laufens erfolaen
kann. Die einzelnen übersetzungsstufen entsprechen dabei einer Reihe von Dualzahlen,
d. li. einer Summe von 2er-Potenzen, welche an Schaltungsauslösehebeln eingestellt
werden. Die bei diesern bekannten Stufencretriebe verwendeten Kupplungen arbeiten
zwar schlupffrei, nicht aber stoßfrei.
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Stoß- und schlupffrei arbeitende Schaltvorrichtungen sind bereits
vorgeschlagen worden. Bei einer dieser Vorrichtungen ist ein Schaltorgan vorhanden,
welches, zum Schalten von der Antriebswelle angetrieben, die Abtriebswelle stoßfrei
bis zum Gleichlauf mit der Antriebswelle beschleunigt, wobei bei Gleichlauf von
An- und Abtriebswelle beide Wellen starr unter Ausschaltung des Schaltorgans selbsttätig
verbunden werden, während zum Abschalten bei Lösen der festen Verbindung zwischen
An- und Abtriebswelle das Schaltorgan selbsttätig wieder zugeschaltet und, von derAntriebswelle
angetrieben, dieAbtriebswelle bis zum Stillstand verzögert wird. Bei einer weiteren
Vorrichtung wird dagegen die Drehbewegung der Antriebswelle in stoßfreie, periodische,
zu-und abschaltbare, gegeneinander phasenverschobene Drehbewegungen zerlegt, und
diese periodischen Drehbewegungen werden einem Getriebe zugeführt, welches diese
Drehbewegungen zu einer resultierenden, im wesentlichen gleichförmigen Abtriebsdrehbewegung
zusammensetzt. Bei beiden Vorrichtungen werden als beschleunigende und verzögernde
Schaltglieder vorzugsweise Malteserkreuze verwendet.
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In einer weiter entwickelten Vorrichtung sind zum Antrieb der Kurvennutscheiben
mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufende, Mitnehmerbolzen tragende Scheiben
vorgesehen, deren Mitnehmerbolzen wahlweise mit den zugehörigen Kurvennutscheiben
in Eingriff gebracht werden können. Weiterhin wurde vorgeschlagen, daß zwei oder
mehrere Getriebe der beanspruchten Art durch überlagerungsgetriebe miteinander verbunden
sind, so daß man in jeder einzelnen Stufe eines Dualstufengetriebes drei voneinander
verschiedene Geschwindigkeiten wahlweise zuschalten kann. Auf diese Weise kann ein
größerer Drehzahlbereich mit einer geringeren Stufenzahl beherrscht werden.
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Es ist ferner bekannt, von einer Antriebseinheit aus zwei phasenverschobene,
periodische Schwingbewegungen ausführende Einheiten anzutreiben, wobei die getriebene
Einheit formschlüssig weitere Kupplungseinheiten phasengerecht ein- und ausschaltet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu-Crrunde, ein Stufengetriebe,
vorzugsweise der eingangs C ZD beschriebenen Art, unter Verwendung von stoß-
und schlupffrei arbeitenden Kupplungen so aufzubauen, daß eine möglichst einfache
und raumgedrängte Bauform erreicht wird.
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Erfindungsgemäß ist wenigstens eine von der Antriebswelle des Gesamtgetriebes
angetriebene Antriebseinheit mit zwei phasenverschobenen periodischen Schwingbewegungen
vollführenden Abtrieben vorhanden, an die Kupplungseinheiten wahlweise anschließbar
sind. Außerdem sind die Abtriebe der Antriebseinheit mit dem Abtrieb jeder Kupplungseinheit
über forinschlüssig greifende Kupplungsglieder phasengerecht anschließbar und abschaltbar.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Antriebseinheit
neben zwei Schwingabtrieben zusätzlich einen eine gleichförmige Bewegung vollführenden
Abtrieb aufweisen, an den ebenfalls
Kupplungseinheiten anschließbar
sind. Diese Ausbildung der Antriebseinheit ist dann zu wählen, wenn nur während
der Ein- und Ausschaltdauer eine beschleunigende bzw. verzögernde Bewegungsphase
erforderlich ist, um den Abtrieb der Kupplungseinheit auf die vorbestimmte Geschwindigkeit
zu bewegen. Zwischen dem Ein- und Ausschaltvorgang ist der Abtrieb der Kupplungseinheit
an die gleichförmige Bewegung der Antriebseinheit angeschlossen. Weiterhin ist es
vorteilhaft, wenn die Drehrichtungen der eine gleichförmige Bewegung vollführenden
Abtriebe einander entgegengesetzt und je Getriebestufe zwei nebeneinander
angeordnete, wechselweise wirksame Kupplungseinheiten angeordnet sind. Die Kupplungseinheiten
können dabei nebeneinander zwei axial ineinander verschachtelte, von den periodischen
Schwingbewegungen angetriebene Kupplungsglieder sowie ein gleichförmig angetriebenes
Kupplungsglied aufweisen, wobei eine mit der Abtriebswelle der Kupplungseinheit
drehfest verbundene, axial verschiebbare Schaltstange mit zwei Kupplungsbolzen in
drei Schaltstellungen derart überführbar ist, daß beim Einschaltvorgang stets zunächst
eine der Schwingbewegungen und dann erst die gleichförmige Bewegung vorgeschaltet
wird, wogegen beim Ausschaltvorgang stets die umgekehrte Reihenfolge eingehalten
wird.
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Für Tertialgetriebe, dessen Stufen z. B. auf Geschwindigkeitsverhältnisse
-1, 0, +l schaltbar sein müssen, sind vorteilhaft zwei gegenläufige Antriebseinheiten
vorzusehen, von denen jede zwei Schwingabtriebe und einen eine gleichförmige Bewegung
vollführenden Abtrieb besitzt. Jede Getriebestufe weist dann zwei nebeneinander
angeordnete, wechselweise wirksame Kupplungseinheiten auf. Eine Schaltstange der
Kupplungseinheiten ist mit drei Kupplungsbolzen versehen und in fünf Schaltstellungen
überführbar, wobei in der Mittelstellung die Kupplungseinheiten abgeschaltet, in
den beiden Außenstellungen die gleichförinige Antriebsbewegung einer Kupplungseinheit
zugeschaltet sind und in den Zwischenstellungen eine der Schwingbewegungen einer
Kupplungseinheit zugeschaltet ist.
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Ordnet man eine solche Antriebseinheit zentral und die Kupplungseinheiten
der Getriebestufen um diese sternförmig an, ergibt sich ein besonders einfacher
und vorteilhafter Aufbau des Gesamtgetriebes. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn mit
der Abtriebswelle der Kupplungseinheit achsengleich das der Getriebestufe zugehörige
Addiergetriebe angeordnet ist, dessen eines Seitenrad fest auf der Antriebswelle
der Kupplungseinheit sitzt, während das andere Seitenrad mit der vorausgehenden
und der Steg mit der nachfolgenden Getriebestufe verbunden ist.
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Bei einem steuerbaren Stufengetriebe, insbesondere Dual- bzw. Tertialstufengetriebe
für programmge o, steuerte Zeichentische, bei dem die Abtriebsdrehbewegung des Gesamtgetriebes
durch Addition der Abtriebsdrehbewegungen der einzelnen Stufen mittels mehrerer
Addiergetriebe in Hintereinanderschaltung gebildet wird und jedes einer Getriebestufe
zugehörige Addiergetriebe abgeleitet von der Antriebswelle des Gesamtgetriebes über
eine steuerbare Kupplungseinheit antreibbar ist, wobei der Abtrieb jeder stoß-und
schlupffrei schaltenden Kupplungseinheit während eines Bewegungsüberganges eine
stetig beschleunigende bzw. verzögernde Bewegungsphase durchläuft, ist es vorteilhaft,
daß wenigstens eine Antriebseinheit vorgesehen ist, welche, von der Antriebswelle
des Gesamtgetriebes aus angetrieben, eine Kurbelwelle und eine koxial angeordnete
Scheibe aufweist, an welch letzterer über Zapfen Schwinghebel gelagert sind, die
mit der Kurbelwelle über Pleuelstangen und über Lenker mit Zapfen an koaxial angeordneten
Abtriebsrädern verbunden sind, an die Kuppplungseinheiten wahlweise anschließbar
sind. Dabei weist die gleichmäßig umlaufende Scheibe (9) der Antriebseinheit
am Umfang nebeneinanderliegend radial versetzte Kulissen auf, mit denen
je Kupplungseinheit zwei in Umfangsrichtung versetzte, radial durch einen
Elektromagneten gesteuerte Schaltrollen zusammenarbeiten, die über Schaltgestänge
mit den Kupplungsgliedern der Kupplungseinheit verbunden sind. Außerdem ist es bei
dem genannten steuerbaren Stufengetriebe vorteilhaft, wenn jede Kupplungseinheit
in an sich bekannter Weise ein Addiergetriebe aufweist, dessen Seitenräder über
Klauenkupplungsglieder gerastet oder mit periodische Schwingbewegungen ausführenden
Rädern verbunden werden, während der Steg des Addiergetriebes mit der Abtriebswelle
der Kupplungseinheit fest verbunden ist, und wenn zwei weitere Kupplungseinheiten
auf einer zur Abtriebswelle des Addiergetriebes parallelen Achse aufgebaut sind,
wobei die einen Eingänge der auf derselben Seite des Addiergetriebes liegenden abwechselnd
wirksamen Kupplungseinheiten von phasenverschobenen, periodische Schwingbewegungen
ausführenden Rädern angetrieben sind, während die anderen Eingänge der auf derselben
Seite des Addiergetriebes liegenden Kupplungseinheiten über Zwischenräder miteinander
verbunden sind.
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Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung
des Aufbaues einer Getriebestufe, F i g. 2 ein Diagramm der jeder Kupplungseinheit
zugeführten periodischen Schwingbewegungen, F i g. 3 einen Schnitt nach der
Linie III-III in F i g. 1, der die die Schwingbewegungen erzeugende Antriebseinheit
besser veranschaulicht, F i g. 4, 5, 6 und 6 a schematische
Darstellungen der je Getriebestufe verwendeten Schaltvorrichtung, F i
g. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in F i g. 1, wobei allerdings
alle Kupplungseinheiten des Getriebes hinzugefügt sind, F i g. 8 einen Schnitt
nach der Linie VIII-VIII in F i g. 1, allerdings unter Berücksichtigung aller
Getriebestufen des Getriebes, F i g. 9 eine schematische Darstellung des
Aufbaues der zusammenarbeitenden Getriebestufen, F i g. 10 und
11 schematische Darstellungen eines anderen Aufbaues eines Dualstufengetriebes,
F i g. 12 eine schematische Darstellung eines geänderten Dualstufengetriebes
unter Verwendung von Planetengetrieben in den Getriebestufen, F i g. 13 ein
Bewegungsdiagramm eines Kupplungs-und Entkupplungsvorganges bei Verwendung einer
geänderten Kupplungs- und Antriebseinheit, F i g. 14 einen Schnitt einer
geänderten stoß- und schlupffrei arbeitenden Kupplungseinheit, F i g. 15
einen Schnitt nach der Linie XV-XV in F ig. 14, F i g. 16 eine schematische
Darstellung einer pneumatischen Schaltvorrichtung für die Kupplungseinheit nach
F i g. 14,
F i g. 17, 18 und 19 schematische
Darstellungen des Aufbaues eines Tertialstufengetriebes, F i g. 20 eine schematische
Darstellung eines geänderten Aufbaues eines Tertialstufengetriebes. Nach F i
g. 1 treibt die gleichmäßig umlaufende Antriebswelle 1 des Stufengetriebes
einmal über die Zahnräder 2, 6 die Welle 7 mit einer Kurbel
11 an, zum anderen treibt sie über die Zahnräder 2, 3, 4,
8
eine koaxial zur Kurbelwelle 7 angeordnete Scheibe 9
an. Die
Zahnräder 3, 4 sitzen dabei auf einer Zwischenwelle 5, die parallel
zur Antriebswelle 1 verläuft. Das Zahnrad 8 sitzt lose auf der Kurbelwelle
7,
und mit dem Zahnrad 8 ist die Scheibe 9 fest verbunden. Das
übersetzungsverhältnis ist dabei so gewählt, daß die Relativbe-wegung der Kurbel
11 zur Scheibe 9 sich wie 1: 6 verhält. Da sich beide Teile
gegenläufig bewegen, muß sich die Kurbelwelle 7 fünfmal schneller entgegengesetzt
zur Scheibe 9 drehen.
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Den eigentlichen Kurbehnechanismus zeigt F i g. 3.
An der gleichmäßig
langsam umlaufenden Scheibe 9
sind zwei Zapfen 10 angebracht, welche
Lenker 14 und 15 tragen. Diese Lenker werden auf der einen Seite von der
Kurbel 11 über Pleuelstangen 12 und 13 in schwingende Bewegungen versetzt.
Auf der anderen Seite übertragen die Lenker diese Bewegungen über Lenker
16, 17 auf Kurbelzapfen 1.8, 19.
Diese sind koaxial mit der Kurbelwelle
7 und der Scheibe 9 gelagert und über Zwischenwellen 20, 21 mit Zahnrädern
22, 23 (F i g. 1) verbunden. Durch diesen Mechanismus wird jeweils
der gleichmäßigen Bewegung der Scheibe 9 eine Schwingbewegung überlagert.
Die beiden Zahnräder 22 und 23 führen Bewegungen entsprechend dem in F i
g. 2 gezeigten Diagramm aus.
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Die Bewegungen 1 und 11 werden jeweils durch überlagerung
einer gleichförmigen Bewegung mit einer periodischen Schwingbewegung (annähernd
sinusförmig) erzeugt. Dabei ist jeweils die Amplitude der Schwingbewegung so bemessen,
daß in den Punkten R, bzw. RI, die resultierende Bewegung aus der gleichförmigen
Bewegung und der Schwingbewegung gleich Null ist. Zu diesen Zeitpunkten kann somit
ein- und ausgekuppelt werden.
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A T ist die Zeit für eine Schaltperiode. Im Abstand
von J T kann die Einstellung des Getriebes gewechselt werden. Beim Zuschalten einer
Getriebestufe wird erst eine der beiden Bewegungen I, II der AntriebseinheitA mit
der KupplungseinheitK gekuppelt (vgl. Fig. 1), so daß ein stoßfreies Anlaufen
erfolgt. Nach der Zeit A T wird die zweite Schwingbewegung der AntriebseinheitA
dazugeschaltet, und es entsteht am Ausgang der Kupplungseinheit K eine gleichförmige
Bewegung aus der überlagerung der beiden Schwingbewegungen. Das Stillsetzen erfolgt
entsprechend durch Abschalten der beiden Schwingbewegungen im Abstand von
A T.
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Die Kupplungseinheit K weist, wie aus F i g. 1 zu ersehen,
ein Addiergetriebe 27 auf, dessen Steg mit der Abtriebswelle 26 der
Kupplungseinheit K fest verbunden ist, während die Seitenräder 28 und
29
sich je über ein beiderseits mit Klauen versehenes Kupplungsglied
30 bzw. 31 entweder mit einer ortsfesten Rastscheibe 32, 33
oder über Kupplungsscheiben 34, 35 mit Antriebsrädern 24, 25 verbinden lassen.
Die auf der Abtriebswelle 26 frei drehbar sitzenden Antriebsräder 24, 25
werden von den Abtriebsrädern 23, 22 der Antriebseinheit A mit periodischen,
zueinander phasenverschobenen Schwingbewegungen angetrieben.
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Die Steuerung der axial verstellbaren Kupplungsg glieder 30, 31 wird
an Hand der F i g. 4, 5, 6 und 6 a eingehender beschrieben. Die Kupplungsglieder
30,
31, welche axial auf den beiden Eingängen 28, 29
des Addiergetriebes
27 verschiebbar sind (F i g. 1),
enthalten Klauen 62, 64 bzw.
63, 65 (F i g. 4), die in die mit den Antriebsrädern 24,
25 verbundenen Kupplungsscheiben 34, 35 oder in Ausnehmungen der Rastscheiben
32, 33 eingreifen können. Die Axialverschiebung der Kupplungsglieder
30, 31 erfolgt über Rollen 60, 61, die an den Hebeln 68, 69
gelagert
sind. Diese Hebel schwenken um feste Achsen 66, 67 und werden über Gestänge
70, 71 in die beiden Schaltstellungen gestellt. Mit den Gestängeenden
78, 79 sind Führungshülsen 74, 75 verbunden, in denen Stangen
76, 77 axial verschiebbar sind. Am einen Ende tragen diese Stangen Rollen
72,
73, und am anderen Ende sind sie mit dem Anker 80, 81 eines
Magneten 82 verbunden. Die Rollen 72,
73 greifen je nach
Magnetstellung in eine der beiden übereinander liegenden Kulissen 85, 86
am Umfang der gleichförmig umlaufenden Scheibe 9 der Antriebseinheit
A ein (vgl. F i g. 1).
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Die Schaltvorrichtung der Kupplungseinheit K arbeitet folgendermaßen:
Ausschaltstellung Der Magnet 82 ist nicht erregt; die Rollen 72, 73
befinden
sich in angehobener Stellung, also in Höhe der Kulisse 86; mit dieser können
sie nicht zusammenarbeiten, da sie sich noch in ihrer Anschaltebene befinden; damit
befinden sich die Kupplungsglieder 30, 31 in ihren Sperrstellungen; die Antriebsräder
24, 25 laufen frei um; die Abtriebswelle 26 der Kupplungseinheit steht
still. Einschaltvorgang Der Magnet 82 wird erregt; beide Rollen
72, 73
werden dadurch gleichzeitig abgesenkt und gelangen in die Bahn der
Kulisse 85 am Umfang der Scheibe 9;
da die Rollen 72, 73 in
Laufrichtung der Scheibe 9
versetzt angeordnet sind, wird zunächst die eine
Rolle, dann die andere durch die nächste ankommende Kulissennase der Kulisse
85 aus der Ausschaltebene in die Einschaltebene verschoben; über die Gestänge
70, 71 werden dadurch auch die Kupplungsglieder 30, 31 nacheinander
aus ihrer Sperrstellung in ihre Kupplungsstellung übergeführt; die Kulissennasen
sind dabei so angeordnet, daß die axiale Verschiebung der Kupplungsringe nur dann
erfolgt, wenn die den Antriebsrädern 24, 25 der Kupplungseinheit K zugeführten
Schwingbewegungen gerade ihre Nullpunkte durchlaufen; somit wird zunächst das eine
Antriebsrad, dann das andere mit beschleunigender Phase zugeschaltet; es entsteht
nach dem Zuschalten beider Bewegungen an der Antriebsstelle 26 der Kupplungseinheit
eine gleichförmige Abtriebsbewegung. Die beiden Schwingbewegungen sind vorzugsweise
zueinander um 180' phasenverschoben.
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Ausschaltvorgang Der Magnet 82 fällt wieder ab; die Rollen
72, 73
werden in ihre Ausgangslage zurückgezogen, bleiben"
aber
dabei in der Einschaltebene; die Kulisse 86 kann somit jetzt mit diesen Rollen
72, 73 zusammenarbeiten; nacheinander werden die Rollen 72, 73 durch
die nächste ankommende Kulissennase der Schaltkulisse 86 am Umfang der Scheibe
9 in ihre Ausgangsstellungen zurückgeschoben; die Kupplungsglieder
30, 31 werden über die Gestänge 70, 71 in ihre Sperrstellungen zurückverschoben,
wobei vorher noch die verzögernden Phasen der Schwingbewegungen wirksam wurden;
die Abtriebswelle 26 der Kupplungseinheit wurde somit stoß- und ruckfrei
auf Stillstand verzögert.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, treibt bei jeder Getriebestufe
die Abtriebswelle26 der Kupplungseinheit K das eine Seitenrad 36 eines Differentialgetriebes
38 an, dessen anderes Seitenrad 37 über das Zahnrad 39 angetrieben
wird. Die vom Steg des Differentials abgenommene Abtriebsbewegung wird über das
Zahnrad 40 auf das Differential einer nachfolgenden Getriebestufe übertragen.
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Um einen einfachen Aufbau des Stufengetriebes zu erhalten, ist für
mehrere Stufen des Gesamtgetriebes, vorzugsweise für alle, nur eine einzige Antriebseinheit
A vorhanden, die den je Getriebestufe vorgesehenen Kupplungseinheiten
K die phasenverschobeneu Schwingbewegungen zuführt.
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Wie aus F i g. 7 ersichtlich, ist die Antriebseinheit
A zentral angeordnet. Die Kupplungseinheiten K sind sternförmig um die Antriebseinheit
A angeordnet. Mit dem einen Abtriebsrad 23 der Antriebseinheit
A befinden sich alle Antriebsräder 24 der Kupplungseinheiten in direktem
Eingriff.
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Die F i g. 8 und 9 lassen schematisch den Gesamtaufbau
des Getriebes und das Zusammenarbeiten der Getriebestufen erkennen. Die kleinste
Getriebestufe S1, bei der ein Differentialgetriebe nach der Kupplungseinheit entfällt,
steht über zwei Zahnräder 41, 42 mit dem Zahnrad 39 der nachfolgenden Getriebestufe
S., in Verbindung. Das Zahnrad 41 ist dabei zum Zahnrad 39 wie
1 : 2 untersetzt. Der Ausgang der Getriebestufe S# wirkt über die Zahnräder
40, 43, 44 auf die Getriebestufe S.. Das Zwischenzahnrad 43 ist nötig, um
die gleichsinnige Bewegung der einzelnen Stufen zu erreichen. Auch zwischen Stufe
S3 und S4 ist ein Zwischenzahnrad 47 nötig. Die beiden letzten Stufen S4
und S.- können direkt über die Zahnräder 51, 52 miteinander
verbunden werden, da die Stufe S, die Rückwärtsstufe darstellt. über die
Welle 54 erfolgt der Abtrieb des Gesamtgetriebes.
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Bei dem in F i g. 8 und 9 gezeigten Getriebeaufbau sind
die Getriebestufen im Winkelabstand von 601
um die Zentralachse der Antriebseinheit
A angeordnet. Die übersetzungsverhältnisse sind so gewählt, daß während einer
Schaltperiode die Scheibe 9 der Antriebseinheit A sich um
301 weiterbewegt. Dementsprechend müssen auch die Rollen 72, 73 im
Winkelabstand von 30' angeordnet sein. Die Scheibe 9 weist am Umfang
sechs Kulissennasen je
Kulisse 85, 86 auf (F i g. 4,
6 und 6 a). Dadurch wird bewirkt, daß die Rollen 72, 73 um
A T phasenverschoben geschaltet werden.
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Die F i g. 10 und 11 zeigen einen geänderten Aufbau
des Getriebes, bei dem weniger Zahnräder hintereinandergeschaltet sind. Dies wird
dadurch erreicht, daß mit Ausnahme der letzten beiden Ge-
triebestufen die
Differentialgetriebe der einzelnen Stufen zunächst auf einer Mittelachse
90 nebeneinanderliegend in Hintereinanderschaltung aufgebaut sind. Nur die
beiden letzten Stufen S4 und S, sind entsprechend dem vorher beschriebenen
Beispiel angeordnet.
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F i g. 12 zeigt schematisch einen geänderten Getriebeaufbau,
wobei im Stufenausgang Planetengetriebe verwendet werden. Dies hat konstruktiv den
Vorteil, daß mit Stirnrädern gearbeitet werden kann. Nachteilig ist aber, daß Ein-
und Ausgang einer Stufe auf Grund der verschiedenen Durchmesser von Innen- und Außenrad
105, 103 in unterschiedlichem Verhältnis auf den Abtrieb wirken. Im Ausführungsbeispiel.
ist das Durchmesserverhältnis von Innen- zu Außenrad gleich 1: 2 gewählt.
Dieser Unterschied muß bei den übertragungen zwischen den einzelnen Stufen wieder
ausgeglichen werden, indem die Verbindungsräder zwischen den einzelnen Stufen verschiedene
Durchmesser haben (im Ausführungsbeispiel 3 : 2). Bei übertragung von Stufe
S, auf Stufe S,
muß dann nicht wie in F i g. 9 das Verhältnis
1: 2, sondern 3. 8 gewählt werden.
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Da die Planetengetriebe einen etwas größeren Durchmesser haben als
normale Differentialgetriebe, empfiehlt es sich, die Getriebe abwechselnd gegeneinander
zu versetzen.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde das stoßfreie
Anlaufen und Stillsetzen der Abtriebswelle der KupplungseinheitK jeder Getriebestufe
dadurch erreicht, daß in der Kupplungseinheit zwei periodische Bewegungen überlagert
werden, die zugleich eine gleichförrnige Abtriebsbewegung ergeben. Im folgenden
wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Schwingbewegungen nur für
das Zu- bzw. Abschalten einer Getriebestufe benutzt werden. Hat die Getriebestufe
ihre Endgeschwindigkeit erreicht (Einschaltzustand), bleibt während der Schaltungsdauer
eine gleichförmige Bewegung angeschlossen.
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In F i g. 13 sind die entsprechenden Bewegungen in einem Diagramm
dargestellt. Entsprechend F i g. 2 sind 1 und 11 die Bewegungsdiagramme
für die einer Kupplungseinheit K' zugeführten Schwingbewegungen. Mit III ist die
der Kupplungseinheit zugeführte gleichfönnige Bewegung bezeichnet. Ihre Maximalgeschwindigkeit
entspricht den Maximalgeschwindigkeiten der Schwingbewegungen. Die Phasenlage ist
dabei so gewählt, daß ein Schaltungsübergang von jeder Schwingbewegung
1 oder H zur gleichfönnigen Bewegung 111 nur in dem Augenblick möglich
ist, in dem die betreffende Schwingbewegung die maximale Geschwindigkeit erreicht
hat. In stark ausgezogenen Linien ist ein vollständiger Ablauf eines Schaltungsvorganges
mit anschließendem Ausschaltvorgang dargestellt. Zur Zeit T, wird die Abtriebswelle
der Kupplungseinheit K vom Stillstand (Raststellung) auf die Schwingbewegung
1 übergehen, welche in diesem Augenblick gerade stillsteht. Anschließend
erfolgt durch die Schwingbewegung I eine Beschleunigung der Abtriebswelle. Zur Zeit
T, hat die Schwingbewegung 1 ihre Maximalgeschwindigkeit erreicht. In diesem
Augenblick wird die Abtriebswelle von der Schwingbewegung 1 getrennt und
mit der gleichförmigen Bewegung III verbunden. Die gleichförmige Bewegung
111 kann nun beliebig lange eingeschaltet bleiben. Im gewählten Beispiel
wird die gleichförmige Bewegung III zum Zeitpunkt T, wieder abgeschaltet und gleichzeitig
die Schwingbewegung 11
zugeschaltet, welche in diesem Augenblick gerade ihre
Maximalgeschwindigkeit besitzt. Die Schwingbewegung
11 verzögert
anschließend die Bewegung der Abtriebswelle, und zum Zeitpunkt T 4 ist die Abtriebswelle
wieder mit der Rastscheibe verbunden. Je nach der Phasenlage des Einschaltens
kann dabei selbstverständlich die eine oder die andere Schwingbewegung der Beschleunigung
bzw. beim Abschalten der Verzögerung dienen.
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F i g. 14 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel für eine
derartige Kupplungseinheit K.
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Die Zahnräder 110 und 111 entsprechen den Zahnrädern
23 und 22 in F i g. 1. Sie führen periodische, phasenverschobene Schwingbewegungen
I und 11
aus, welche durch eine Antriebseinheit A (F i g. 1)
erzeugt
werden. Hinzu kommt gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 das Zahnrad
11,2, welches gleichmäßig umläuft und die Bewegung 111 in F i g. 13
zuführt. Es ist bei Verwendung einer Antriebseinheit A entsprechend F i
g. 1 mit der Scheibe 9
verbunden. Die zentral gelegenen Antriebsräder
110,
111, 112 treiben je Stufe sternförmig angeordnete Räder
113, 114, 115 an. Durch die Räder 113, 114 werden Schwingkupplungsglieder
116, 117 angetrieben. Diese besitzen Kupplungsklauen 118, 119
(s. auch
F i g. 15) welche miteinander verschachtelt sind, da sie nur eine Relativbewegung
zueinander CD
ausführen. An das Zahnrad 115 ist ein Kupplungsglied
120 mit den Klauen 121 angeschlossen, das mit einem ortsfesten Rastring 122 mit
Rastklauen 123 zusammenarbeitet. Der Abtrieb der Kupplungseinheit K' erfolgt
über die Welle 1.24. Diese trägt eine Hülse 125
mit Mitnehmerschlitzen
125'. Die Einschaltung erfolgt durch eine Schaltstange 126, welche
über einen Zapfen 127 in der Abtriebswelle 124 gelagert ist. Die Schaltstange
126 trägt zwei Kupplungsbolzen 128
und 129. Der Bolzen 128 dient
der drehfesten Verbindung zwischen der Schaltstange 126 und der Abtriebswelle
124 über die Mitnehmerschlitze 125 und ferner der Verbindung mit den schwingenden
Gliedern 116 bzw. 117. Der zweite Kupplungsbolzen 129
dient
der Verbindung mit der Rastscheibe 122 und mit dem gleichmäßig umlaufenden Kupplungsglied
120.
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Die Schaltstange 126 ist axial verschiebbar und kann drei Stellungen
einnehmen. In der linken Stellung ist die Rastscheibe 122 (Stillstand), in der mittleren
Stellung eines der beiden Schwingkupplungsglieder 116, 117 und in der rechten
Stellung das gleichförmig umlaufende Kupplungsglied 120 eingeschaltet.
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Die Schaltsteuerung der Schaltstange 126 muß stets so erfolgen
daß beim Übergang vom Stillstand der Abtriebswelle 124 auf die gleichförmige Bewegung
und umgekehrt stets die mittlere Stellung zur Beschleunigung bzw. Verzögerung zwischengeschaltet
wird. Diese Steuerung erfolgt über eine Verbindungsstange 130 und einen Hebel
131, der in der Mitte mit der Verbindungsstange 130 verbunden ist
und an seinen Enden 132, 133 durch Magnete direkt oder indirekt
je in die Stellung »0« bzw. »L« bewegt werden kann. Die Bewegung des
Hebels 131 erfolgt phasengerecht entsprechend F i g. 4,
5 so, daß beim Übergang vom Stillstand auf Bewegung zunächst einer
der beiden Hebelenden 132 bzw. 133 von der Stellung 0 in die
Stellung L bewegt wird. Dadurch nimmt die Verbindungsstange 130 zunächst
die Mittelstellung M ein, wodurch über eines der Glieder 116, 117 die Beschleunigung
der Abtriebswelle erfolgt. Am Ende des nächsten Spiels kann nun der Hebel
130 wieder zurückbewegt werden oder, falls die Fortsetzung der Bewegung erwünscht
ist, auch die andere. Seite des Hebels 131 verschoben werden, so daß die
Verbindungsstange 130 die rechte Stellung einnimmt, Damit ist die gleichförmige
Bewegung phasengerecht eingeschaltet. Der Übergang von der Bewegung zum Stillstand
erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.
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Die Verstellung der Hebelenden 132, 133 kann ebenso erfolgen
wie die der Gestänge 70, 71 in F i g. 4 über Magnete und Kulissensteuerung.
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F i g. 16 zeigt noch eine Variation der Steuerung der Verbindungsstange
130. Hierbei erfolgt die Steuerung pneumatisch über einen Zylinder
135
mit dem Kolben 136. Durch Steuerkelben 137, 138
wird entweder
das vordere oder das hintere Ende des Zylindervolumens 135 mit der bei
139 angeschlossenen Preßluftquelle verbunden. Die Verschiebung der Steuerkelben
erfolgt dabei über einen Magneten 140.
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Um zu verhindern, daß die Kolben 136 beim Einschalten des Magneten
140 sofort ganz durchschalten (ohne Mittelstellung) und umgekehrt, kann man unter
Ausnutzung der Phasenlage die Rastscheibe 122 und das Kupplungsglied 120 so ausbilden,
daß in jedem Fall bei Wechsel des Bewegungszustandes erst die Mittelstellung eingenommen
werden muß, da die Kupplungsklauen 121, 123 erst in der richtigen Phasenlage
freigegeben werden.
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F i g. 17, 18 und 19 zeigen die Anwendung des Prinzips
der sternförmigen Getriebestufenanordnung mit zentralen Antriebseinheiten auf ein
Tertialstufengetriebe.
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Hierfür eignen sich besonders Planetengetriebe. F i g. 17 zeigt
den Aufbau und das Zusammenspiel der einzelnen Getriebestufen. Jede GetriebestufeS1
bis S4 kann für sich vor- und rückwärts geschaltet werden. Der Aufbau ist ähnlich
F i g. 12, wobei das übersetzungsverhältnis zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Stufen 1: 1 ist und Zwischenräder 107 zur Umkehrung der Bewegung entfallen.
Zwischen den Stufen S, und S, muß das übersetzungsverhältnis 2:
3
sein.
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F i g. 18 zeigt den Aufbau der Kupplungseinheit für eine einzelne
Stufe. Es sind zunächst zwei zentrale Antriebseinheiten 150 und
151 vorhanden, und zwar je eine für jede Umdrehungsrichtung.
Die Antriebseinheit 150 weist abtriebsseitig das gleichförmig umlaufende
Rad 154 und die beiden phasenversetzt schwingenden Räder 152 und
153 auf. Entsprechend weist die Antriebseinheit 151 abtriebsseitig
ein entgegengesetzt zu 154 gleichmäßig umlaufendes Rad 155 und die beiden
zugeordneten Schwingräder 156,
157 auf.
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Der Aufbau dieser Antriebseinheiten kann grundsätzlich gleich dem
von F i g. 1 und 3 durchgeführt werden und braucht dabei im einzelnen
nicht beschrieben zu werden.
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Es ist ferner entsprechend Fig. 14 und 15 eine axial verschiebbare
Schaltstange 158 mit Kupplungsbolzen 159, 160, 161 vorhanden. Der
Kupplungsbolzen 159 dient der Beschleunigung und Verzögerung für die eine
Bewegungsrichtung und 161 entsprechend der Beschleunigung und Verzögerung
für die andere Bewegungsrichtung. Der konstruktive Aufbau dieser beiden Kupplungen
entspricht F i g. 14 und 15.
Der mittlere Kupplungsbolzen
160 dient der Kupplung mit der Rastscheibe 162 bzw. mit den beiden
gleichmäßig umlaufenden Antriebsrädern 163 164.
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Entgegen F i g. 14 kann die Schaltstange 158 fünf Stellungen
einnehmen. Die mittlere entspricht der Raststellung, die beiden äußersten dem gleichmäßigen
Vorwärts- bzw. Rückwärtsantrieb. Zwischen der Rastposition und den beiden Außenstellungen
liegt jeweils die übergangsstellung für die Beschleunigung bzw. Verzögerung.
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F i g. 19 zeigt die Schaltung der Schaltstange 158.
Diese
ist über die Stange 165 mit dem Hebel 166
verbunden, der an seinen
beiden Enden je durch einen pneumatischen Kolben 167 verstellt werden
kann. Es wird stets entweder der eine oder der andere Kolben 167 durch die
zugehörigen Magneten gesteuert verstellt. Jeder kann für sich drei Stellungen einnehmen.
Dabei wird durch Ausbildung der Rastscheibe 162 und der Kupplungsringe
163, 164 entsprechend F i g. 16 dafür gesorgt, daß beim Einschalten
bzw. Abschalten eines Zylinders immer erst die mittlere übergangsstellung eingenommen
wird.
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F i g. 20 zeigt eine weitere Variation eines Tertialstufengetriebes.
Der Aufbau der eigentlichen Getriebestufen entspricht dabei F i g. 17. Der
Antrieb der einzelnen Stufe ist in F i g. 20 gezeigt. Es wird das Prinzip
entsprechend F i g. 1 angewandt, wobei die gleichmäßige Abtriebsbewegung
durch überlagerung zweier phasenversetzter Schwingbewegungen erzeugt wird. Beide
Eingänge des überlagerungsdifferentials 170 müssen jetzt jedoch in beiden
Richtun 'gen antreibbar sein. Dies erfolgt besonders vorteilhaft durch Verwendung
einer zweiten Bauachse, auf der die Kupplungseinheiten der entgegengesetzten Richtung
angebracht sind. Die Räder 172, 173 werden dabei von dem einen zentralen
schwingenden Antriebsrad 23 und die Räder 174, 175 von dem anderen
zentralen schwinaenden Antriebsrad 22 angetrieben. 176 und 178 sind
die Kupplungseinheiten für die eine Richtung, 177, 179 sind diejenigen für
die andere Richtung. Die Umkehrung der Bewegungsrichtung erfolgt über Stirnräder
181, 183. Die Kupplungseinheiten selbst können entsprechend F i
g. 1
bis 6 konstruiert sein und werden hier nicht im einzelnen beschrieben.
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Es ist möglich, mehrere Getriebe um einen gemeinsamen Antriebskern
aufzubauen, z. B. lassen sich zwei vierstufige Getriebe in einem achtfachen Stern
anordnen.