DE129253C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

- JV^ 129253 KLASSE 47h.

Selbstthätiges Wechselgetriebe.

Die bisher bestehenden KraftUbertragungsvorrichtungen, welche die Fähigkeit besitzen, die ihnen von der Kraftquelle gelieferte Arbeit in verschiedenen Verhältnissen von Kraft zu Weg wieder abzugeben, lassen sich in zwei Klassen theilen. Die erste Klasse schliefst jene Vorrichtungen in sich, bei welchen ein allmählicher Wechsel des genannten Verhältnisses stattfindet; doch arbeiten solche Vorrichtungen nur mittelst Reibungsübertragung. Die zweite Klasse umfafst solche Vorrichtungen, welche die Arbeit durch Stützung übertragen; doch kann bei letzterem der Wechsel im Verhältnifs von Kraft zu Weg nur sprungweise erfolgen.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Kraftübertragungsvorrichtung zu schaffen, welche die Arbeit durch Stützung überträgt und gleichzeitig einen allmählichen Wechsel des Verhältnisses von Kraft zu Weg ermöglicht.

Fernerhin soll vorliegende Erfindung ermöglichen, ein beliebiges Verhältnifs von Kraft zu Weg entweder durch Einstellung von Hand zu erzielen, oder aber, wenn die vorliegende Kraftübertragungsvorrichtung nur dem Einflüsse von Kraftquelle und Arbeitswiderstand überlassen bleibt, bei constanter Umdrehungszahl und cönstanter Leistung der Kraftmaschine die Antriebswelle selbstthätig im umgekehrten Verhältnifs zu ihrer Belastung umlaufen zu lassen. .

Zur Erreichung dieses Zweckes wurde folgender Gedankengang als Grundlage benutzt.

Wird eine Scheibe, welche um eine durch ihren Mittelpunkt^ gehende Achse frei drehbar ist, an ihrem Umfange von einem Hebel angetrieben, welcher auf einer zur vorgenannten Achse parallelen, jedoch excentrisch gelegenen Achse sitzt, so wird der getriebenen Scheibe bei gleichmäfsiger Winkelbewegung der Antriebsachse innerhalb einer vollen Umdrehung eine ungleichmäfsige Winkelgeschwindigkeit ertheilt.

Die letztere wechselt von einem Höchstwerthe, welcher gröfser ist als die Winkelgeschwindigkeit der treibenden Achse, allmählich zu einem Mindestwerthe, welcher kleiner ist als die genannte Winkelgeschwindigkeit.

Ein solcher Wechsel findet bei einer vollen Umdrehung der beiden Achsen zweimal statt, einmal im wachsenden, einmal im abnehmenden Sinne. Hierbei ist der Höchst- bezw. Mindestwerth von der Entfernung der beiden parallelen Achsen bezw. von deren Excentricität abhängig,

Wie später an Hand der beiliegenden Zeichnungen genauer erklärt werden soll, wird bei einer Anordnung von mehr als einem Triebhebel immer einer der ' Hebel der Scheibe jeweilig den höchsten Drehwerth ertheilen, so dafs letztere hierdurch eine höhere mittlere Drehgeschwindigkeit erhält als die Antriebsachse.

Wird bei einer derartigen Vorrichtung die Excentricität zwischen treibender und getriebener Achse von Hand verstellt bezw. vergröfsert,

so wird hierdurch die Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle erhöht; werden beide Achsen concentrisch gestellt, so haben beide die gleiche Umdrehungszahl.

Damit sich eine derartige Vorrichtung, wie oben erwähnt, dem Widerstand entsprechend selbsttätig einstelle, müssen Anordnungen getroffen werden, damit die treibende Kraft die gröfste durch die Construction erlaubte Excentricität der beiden Achsen anstrebt, während der Arbeitswiderstand Concentricität derselben herzustellen sucht.

Wie später an Hand der Zeichnungen dargethan werden wird, ist hierzu eine Verdoppelung der oben beschriebenen Anordnung und die Anwendung von Kniehebeln an Stelle der vorhin erwähnten einfachen Triebhebel nothwendig.

Da jeder Hebel abwechselnd in einer Richtung Kraft überträgt, den Kniehebeln ferner ein Streckbestreben eigen ist, und ferner geeignete Führungen vorgesehen sind, welche der zweiten Achse das Annehmen der Excentricitätslage nur in einer einzigen Richtung gestatten, so folgt, dafs es das Bestreben der die Kraft von der ersten Antriebswelle auf die zweite oder Mittelwelle übertragenden Kniehebel ist, letztere zur ersteren in excentrische Lage zu bringen. Die Verbindung zwischen der Mittelwelle, welche eine excentrische Lage einnehmen kann, zu einer dritten, der getriebenen Welle, welche mit der ersten concentrisch liegt, und welche ebenso wie erstere ihre Lage nicht verändern kann, geschieht abermals durch Kniehebel. Dieselben wirken ebenfalls nur in einer Drehrichtung, welche aber zu der vorher erwähnten entgegengesetzt liegt. Ihr Streckbestreben wirkt deshalb dem vorerwähnten gerade entgegengesetzt.

Die gegenseitige und entgegengesetzte Wirkung der beiden Kniehebelgruppen bestimmt die Excentricität der Mittelachse und hierdurch den Unterschied der Winkelgeschwindigkeiten bezw. Umdrehungszahlen der treibenden zu der getriebenen Welle.

Die beiden Wellen stehen mit den bezüglichen Kniehebeln durch Klemmkuppelungen in Verbindung, welche nur in einer Drehrichtung Stützung verleihen, was bei Anordnung von mehr als einem Hebel in einer Gruppe nothwendig ist; sobald Excentricität eintritt, würde sonst eine Verklemmung der ganzen Vorrichtung eintreten.

Diese Art der Kraftübertragung mittels Kniehebel ist überall da von Werth, wo von einer constanten Arbeitsquelle Arbeit unter wechselnden: Widerstände geleistet werden soll. Als Beispiele seien, so weit die praktische Anwendung bisher gezeigt, insbesondere folgende Maschinen hervorgehoben: Fahrräder, Motorwagen, Werkzeugmaschinen, Centrifugen, Baumwollcompressoren, Windmühlen und elektrische Zugbeleuchtungseinrichtungen.

In beiliegenden Zeichnungen ist

Fig. ι eine Vorderansicht eines selbstthätig wirkenden Getriebes nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht desselben (beide Figuren geben nur eine schematische Darstellung des Getriebes),

Fig. 3 ein Längsschnitt durch das als Kurbelantrieb verwendete Getriebe bei einem Fahrrade,

Fig. 4 ein Querschnitt nach A-B der Fig. 3.

In Fig. ι und 2 ist H² die treibende, Q² die getriebene Welle, während die Mittelachse in einem Lager b² läuft, welches* mittels der Führungsstange U, die in Lagern G gleitet, eine zu den Wellen H² und Q.² ,,excentrische Lage nur in einer Richtung annehmen kann, während eine solche Bewegung in der entgegengesetzten Richtung durch den Anschlag H verhindert wird, der so angeordnet ist, dafs die Mittelachse niemals eine vollkommen concenfrische Lage einnehmen kann.

Wird nun die Antriebswelle H² in der Pfeilrichtung (Fig. 1) gedreht, so dreht sie die auf ihr festsitzenden Scheiben d², welche die Daumen c⁵ in Eingriff bringen und durch dieselben die Kniehebel m¹ drehen. Die äufseren Enden der Kniehebel sind durch die Zapfen i^l mit dem Ringe R³ verbunden. Da letzterer immer eine, wenn noch so kleine Excentricität zu H² besitzt, da er an der Mittelwelle sitzt, so werden ihm von den drei Kniehebeln drei . verschiedene Drehgeschwindigkeiten ertheilt. Da er nur eine derselben annehmen kann, so wird er sich mit der gröfsten derselben bewegen und dabei den beiden anderen Hebeln eine gröfsere Geschwindigkeit ertheilen, als ihnen durch die Daumenverbindung mit den Scheiben d² ertheilt wird; sie werden daher mit ihren Daumen an derselben gleiten, während der vorgenannte Hebel den Ring R³ treibt.

Der treibende Hebel ist, wie aus dem Vorhergehenden zu ersehen, immer derjenige, dessen Zapfen P einer Ebene χ χ¹ (Fig. 1) zunächst liegt, die durch die Mittelpunkte der treibenden und Mittelachse gehend gedacht werden kann, und zwar auf dem der Mittelachse zunächst liegenden Ende.

Dieser Hebel wird in seinem inneren Gliede durch die Scheibe d² mittels des Daumens c⁵ um H² gedreht, während sein äufseres Glied bei t¹ durch den Einflufs des Arbeitswiderstandes zurückgehalten wird. Es wird daher ein Abstreben des Zapfens i¹ von H² erfolgen öder der Kniehebel sich zu strecken suchen, wodurch der Ring R³ und mit ihm die Mittelachse eine excentrische Lage einnehmen und die Winkelgeschwindigkeit der letzteren erhöht

werden würde, wenn keine Gegenwirkung eintreten würde.

Die Drehung von R³ theilt sich durch die Mittelachse dem auf letzterer sitzenden Ringe R? mit, an dessen Zapfen z'² die äufseren Enden von Kniehebeln m² ängelenkt sind, deren innere Glieder mittels Daumen c⁶ mit Scheiben d³ in Verbindung sind, die an der getriebenen Achse Q.² sitzen. Um auch diesen Hebeln ein Streckbestreben zu ertheilen, sind dieselben, wie aus Fig. ι zu ersehen, von entgegengesetzter Winkelöffnung als jene zwischen H² und R³. Die treibende Kraft an z'² in der Richtung des Pfeiles und der Arbeitswiderstand an der Scheibe d³ auf der Achse Q² werden daher den gerade »treibenden Kniehebel zu strecken oder dessen Endpunkt z'² von Q.² zu entfernen suchen. Da die Kraftübertragung in diesem Falle umgekehrt wie vorher, also vom Ringe zur Achse erfolgt, so wird der treibende Hebel zwar auch jener Ebene χ λ:¹ in Fig. ι am nächsten liegen, welche durch die beiden Achsen, nämlich Mittelachse und getriebene Achse, geht, aber auf der entgegengesetzten Seite des Ringes zunächst der Achse Q².

Hieraus ist nun ersichtlich, dafs die Mittelachse aufser ihrer Drehung noch zwei geradlinigen, einander entgegengesetzten und in der Excentricitätsrichtung liegenden Kräften unterworfen ist. Ist die. Triebkraft gröfser als der Widerstand, so wird sich die Mittelachse in eine Stellung von gröfserer Excentricität begeben und hierdurch die Geschwindigkeit der Umdrehung von der treibenden zur Mittelachse und auch von letzterer zur getriebenen Achse erhöht werden. Wächst dagegen der Widerstand, so wird sich die Mittelachse unter dem Einflufs der entsprechend gröfseren Streckkraft des Hebels zwischen R² und Q.² den Achsen H² und Q² nähern und hierdurch eine Verminderung der Geschwindigkeit von Q² herbeiführen.

Ein bestimmtes Werthverhältnifs von Kraft und Widerstand erzeugt ein bestimmtes Werthverhältnifs der Streckkräfte der zwei einander gegenüberstehenden, treibenden Kniehebelgruppen, wodurch eine bestimmte Excentricitäts-Iage der Mittelachse erzielt und erhalten und hierdurch auch eine bestimmte Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit für die getriebene Welle erreicht wird.

Es tritt auf diese Weise bei gleichbleibender Antriebskraft ein Ausgleich der Kräfte infolge der Veränderung des Widerstandes selbstthätig ein.

Fig. 3 und 4 zeigen die Verwendung dieser neuen Kraftübertragungsvorrichtung an Kurbelgetrieben eines Fahrrades.

Die Kurbeln H¹ und H³ sind durch Verschraubung an die mit der Kurbel H¹ aus einem Stücke bestehende Kurbelachse H² mittels der Schraubenmutter H^ mit der Hülse / gegenseitig verklemmt. An dieser Hülse ist ein Lagerstück ζ) aufgeschraubt, welches drei Ringe m trägt, die mittels der keilförmigen Ausschnitte q^l (Fig. 4) und den Rollen q im Hülsenkörper mit letzterem abwechselnd gekuppelt werden können. Diese Ringe m bilden als innere Glieder mit den Hebeln n¹ als äuisere Glieder die vorerwähnten Kniehebel. Die äufseren Enden derselben sitzen auf Zapfen n² drehbar an einem Ringe U, welcher sich innerhalb des um den Kegelzapfen U³ schwingenden Ringes U² dreht und seine Drehbewegungen mittels einer gleichartigen Gruppe von Kniehebeln η m und ebensolchen Klemmkuppelungen q dem Hülsenkörper Q.¹ mittheilt, auf den das Kettenrad Q² aufgeschraubt ist.

In diesen Fig. 3 und 4 bezeichnet H das Gehäuse des Kurbelgetriebes, h sind Lagerschalen und J und U¹ Stahlkugeln der bezüglichen Kugellager.

Die Wirkungsweise der beiden Kniehebelgetriebegruppen ist genau dieselbe wie jene des in den Fig. 1 und 2 dargestellten, und die Bewegung des Mittelringes U ist anstatt einer geradlinigen eine um die Achse U³ schwingende, wobei die kleinste und gröfste Excentricitätsstellung desselben durch den Anschlag des Ringes U² an dem Gehäuse H gegeben ist.

Mit einem derart ausgestatteten Fahrrade ist der Radfahrer im Stande, verschiedene Widerstände mit dem gleichen Arbeitsaufwande zu überwinden, wenn erhöhter Gegenwind, schlechter Zustand der Fahrbahn oder deren gröfsere Steigung selbsttätig die Uebersetzung seines Rades verringern, wobei natürlich die Geschwindigkeit des Fahrrades eine verminderte ist.

Der Werth dieser Anordnung liegt darin, dafs die Kraftquelle eine gleichmäfsige Arbeitsabgabe liefert, was die zweckmäfsigste Beanspruchung derselben ist, und dafs diese gleichmäfsig gelieferte Arbeitsmenge sich den fortwährend und in jeder Maschine wechselnden Bedingungen selbstthätig und sofort anpafst, wodurch besonders bei Maschinenbetrieb in gröfseren Fabrikanlagen ein bedeutender Energieverlust verhütet wird.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Selbstthätiges Wechselgetriebe, bei dem bei gleichbleibender Umdrehungszahl und gleichbleibender Leistung der Antriebswelle die Arbeitswelle im umgekehrten Verhältnisse zu ihrer Belastung umläuft, dadurch gekennzeichnet, dafs die mit der Antriebswelle H² (Fig. 3) starr verbundene Scheibe Q. einerseits und die mit dein zu treibenden Rade Q²

   starr verbundene Scheibe Q¹ andrerseits mit einem Ringe oder einer Scheibe U durch Kniehebelgruppen m η und Gesperre q q¹ so verbunden sind, dafs der Ring oder die Scheibe U selbstthätig durch die Wirkung der Kniehebelgruppen m η bei geringer Belastung in eine mehr, bei anwachsender Belastung dagegen in eine weniger excentrische Lage zu den in einer Geraden liegenden Achsen der Antriebswelle und der getriebenen Welle gebracht wird, wodurch das Verhältnifs von Kraft zu Weg bei gleichbleibender Leistung der Kraftwelle innerhalb gewisser Grenzen der Belastung entsprechend selbstthätig geändert wird.
   Ausführungsform des Wechselgetriebes geinäfs Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs die Regelung des Verhältnisses von Kraft zu Weg nicht selbstthätig, sondern von Hand geschieht.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.