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Zahnschaltgetriebe mit Zylinder'gesperre Die E--findung betrifft'ein
Zahnschaltgetriebe mit Zylinder-CD ,#;esperre, durch das die gleichförmig umlaufende
Drehbewegung C) der A:-yitriebswelle zwangsläufig in eine ungleichförmige, mit Rasis-uellungen
versehene Drehbewegung der Abt.riebswelle verwandelt wird, wobei auch die Abtriebswelle
volle Umläufe ausführt, deren Drehrichtung von ... der der Antriebswelle
vorgegeben wird.
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Die bekanntesten Hast-Schaltgetriebe mit umlaufendem Abtriebst glied
sind die Idalt-eserkreuzgetriebe und die Sternradgetriebe. Diese Schaltgetriebe
sind mit einer, Reihe von Mängeln behaftet. Um einen stoßfreien Bewegungsbeginn-,#UTä-,ein
Btoßfreies Bewegungsende am Schaltrad zu erzielen,'ihuS-#iär''Triebstock tangential
in die radialen Nuten des Schaltrade's eintreten, Durch diese Bedingung ist der
für die Schaltung des Nutenrades
von einer Rastlace.zur-nächstfolgenden
benötigte t2
'dinkelweg des den Triebstock tragenden Treibrades sowie die
gesamte Geometrie des Getriebes entsprechend der Anzahl der Nuten des Schaltrades
festgelegt und damit der Be-einflussung.durch den Konstrukteur entzogen. Entsprechend
dem so erzwungenen radialen Verlauf -der Malteserkreuznuten ergeben sich insbesondere
für Schalträder mit weniger als 6 Nuten Bewegungsgesetze mit sehr hohen CD
Beschleunigungswerten, die die Verwendung'dieser Getriebe auf geringe Schaltfrequenz
und kleine zu bewegende Massen CD
b?schr:i.nken. .Es sind zahlreiche
Ve.rsuche unternommen worden, um die Anpass'angsfähigkeit der Schaltgetriebe dieser
Art.zu verbessern, um z.B. das Verhältnis von Antriebsdrehwinkel/ Abtriebsdrehwinkel
variabler oder-die Abtriebswinkelgeschwindig,keit gleichförmiger zu erhaltene So
ist bekannt, durch einen schrägen Nutenverlauf das Schaltverhältnis zu verändern,
Dabei muß aber eine stoßweise Belastung des Getriebes in Kauf genommen werden -(A#T-,'il-Heft
2 "Sperrgetriebe" Bild 6.2221-5:). Ferner wird vorgeschlagen, dem Triebstock eine
unrunde Form zu geben. Die Nutenflanken verlaufen nicht-mehr parallel. Das Schgltverhältnis
ist variabel. Dieaes Söhaltgetriebe-ist aber
.rar für symmetrische
Bewegungsgesetze geeignet(AWF-Heft 2 -:-i ld 6.2221-6).
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-E's sind zahlreiche Vorschläge bekannt gewordeng die bei Schalzrüd.-ern
mit wenigen Nuten auftretenden hohen Winkel, beschleunigungen zu vermindern. Danach
wird der Triebstock nicht als Kurbelzapfen auf einer Kreisbahn, sondern gleitend
in einer geschlossenen oder offenen Kurvenbahn -eführt, die im mittleren Bereich
flacher als diese Kreisi)a1-#n verläuft (DI3P 698 625, DAS 1 204
905, AWF-Heft 2, -AIiid 6.2221-4). Es ist ferner%bekannt, eine höhere Gleich-,
#iickeit der Abtriebsbeviegung zu bekommen., wenn dem Triebstock eine Doppelkurbel,
umlaufende Kurbelschleife, Antiparallelkurbel (AWF-Heft 2, Bild 6.2221-7, DBP
698 625) oder ein Zaiinradgetriebe mit elliptischen Rädern (DBP
655 481) vorgeschaltet wird-oder der Triebstock auf den, Koppelglied eLries
vorgeschalteten Gelenkvierecks odgl. (DBP 592 709)
angeordnet wird.
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-.leiterhiii. sind Schaltwerke bekannt geword'en, die zwar abtriebsseitig
mehrere Schaltzähne aufweisen, aber keine stoßfreien oder gar ruckfreien Abtriebsbewegungen
ermöglicIien, (ii:#lill-'llief t* 2, Bild 6.2222-1 ). Dagegen stellt ein
bekanntes Schaltgetriebe mit vierteiligem Stiftkreuz.als Schaltrad (A-WF-Heft 2,
Bild 6.2222-2) elhe wesentliche Verbesserung ciar. Diese-Kombination aus
Kurvenkörper
und Zylindergesperre, die die ständige Berührung von
mindestäns 4 Triebstöcken mit dem Kurvenkörper voraussetzt, ,kann in dieser Überbestimmung
des Zwangslaufes nur mit ungewöhnlich hoher Fertigungsgenauigkeit verwirklicht werden.
In der Zahl und Anordnung der Triebstöcke sind die Variations-möglichke#iten dieses
Getriebes begrenzt, Der Erfindung biegt die Aufgabe zugrunde,-ein Zahnschaltcetriebe
zu schaffen, das mit geringem Aufwand bisher nicht bekannte Anpassungsmöglichkeiten
an die verschiedensten XI..btriebsbedingungen bietet. Über kleine Beschleunigungsmaxima
sollen bei minimalem Verschleiß hohe Schaltfrequenzen erreichbar sein, Die Erfindung
löst die Aufgabe dadurch$ daß mit-der gleichförmig -t#mlaufenden Antriebewelle eine
Scheibe verbunden ist, deren Planfläche eine Nute trägtl die vor, der Peripherie
der Scheibe zu ihrer Mitte gerichtet ist und nach einem Knick zur Periphe-rie zurückführt
und mit der parallel zur Antriebswelle gelagerten Abtriebswelle eine Scheibe oder
ein Hebelkreuz verbunden ist, die bzw. das auf einer Planfläche zwei oder mehrere
Schaltiähne trägtp wobei die Wellen in einem solchen Abstand angeordnet sind, daß-zwei
der Schaltzähne den zylindrischen Teil der Mantelfläche der Antriebascheibe.berühren
und die- Nutkurve einen solchen Verlauf hat, daß der jeweilig in Eingriff kommende
Schaltzahn vom Einlauf der Nut stoß- und ruckfrei erfaßt wird, wonach die Abtrieboscheibe
eine harmonische Beschleunigung
und Verzögerung erhält und nach
dem Auslauf mittels Zylindergesperre in der Rastlage his zum nächstfolgenden Eingriff
gehalten wird.
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C> Der beschleunigende Kurventeil und der verzögernde können einen
unterschiedlichen Verlauf erhalten. Es ist möglich, symmetrische und unsymmetrisbhe
Bewegungsgesetze zu erfüllen, wobei-der stoß- und ruckfreie Ein- und Auslauf erhalten
bleiben. Die Größenordnungen des Wellenabstandes, des Antriebs- und des Abtriebsdrehwinkels,
des Teilkreises der Schaltzähne und die Anzahl der Schaltzähne und Schaltnuten stehen
nicht in unmittelbarer Abhängigkeit voneinanderg sondern sind frei wählbar, wobei
nur der Übertragungswinkel die von Kurvengetrieben her bekannten Grenzen setzt.
Das neue Schaltgetriebe hat gemäß einem weiteren Merkmal ein vom Kreiequerschnitt
abweichendes Profil des Schaltzahnes, der zur zwangsläufigen Sicherung der Bewegungsrichtung
im Knick der Nutkurve an der Innenflanke der Nute formschlüssig abwälzt und gleitet.-Die
Profile des Zahnes und der Zahnlücke lassen sich nach den bekannten V'erfahren der
Verzahnungstechnik bestimmen.
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Aufgrund der genarmtexi Konstruktionamerkmale wird ein hoher Gewinn
an Verschleißfestigkeit erzielt, Die Möglichkeitg mit Hilfe des variablen Kurvenverlaufs
der Nute
ungewollte Beschleunigungsspitzen zu vermeiden, kommt der
T Lebensdauer aller ungleichförmig bewegten Getriebeglieder zu;rute. Weiterhin steht
das Verhältnis der Berührungslinienmehrerer Schaltzähne zur Berührungsfläche einer
Kurvennut günstiger als beispielsweise beim Malteserkreuzgetriebe die Berührungslinien
eines Txiebstocks zu mehreren Nuten. Dadurch werden erfindungsgemäß einseitig höher-beanspruchte
Getriebeglieder vermieden.
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Es ist bekannt, daß Zahnschaltwerke mit Zylindergesperre eine ungewöhnlich
hohe Empfindlichkeit gegen Fertigungsgenauigkeiten besitzen. Dieses kommt daher,
daß die Wirkung der Zylindergesperre in der Bewegung des Triebstocks zum tangentialen
Einlauf in die Nut abnimmt und genau an der kritischen Stelle des Eingriffs in der
einen Drehrichtung des Nutenrades nahezu wirkungslos ist. Weiterhin ist nachteilig,
daß die Nutenflanken des Malteserkreuzes mit dei#--Planken des Zylindergesperres
nicht in unmittelbarer Verbindung a-teheng ein einwandfreies Zusammenwirken also
nur durch hohe Fertigungsgenauigkeit erreicht werden kann.
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Dieser Nachteil wird dadurch beseitigt, daß sich die Innenflanke der
Schaltiut in einem Zylindermantel schließt und der Wellenabstand so gewählt wird,
daß in-den Raßtlagen der Schaltzahnscheibe jeweils 2 Schaltzähne an diesem Zylindermantel
anliegen. ]Uerdurch wird in jeder Lagenzuordnung von Antriebs- und Abtriebaglied
ein-Vollkommenere gleichmäßiger Zwanglauf-erzielt. Das schließt-J'edboli nicht aus,
daß auch 0
eine Kombination mit einem anderen bekannten Zylindergesperre
möglich ist.
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Mit der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungebeispiele der-Erfindung wird diese näher erläutert. Di.e Fig.
l-'- 3 zeigen den Schaltzahneingriff an einem Schaltgetriebe mit
1 Schaltkurve auf der Antriebescheibe und 3 Schaltzähnen auf der Abtriebsseheibe
(Antriebewinkel 0
120 , Abtriebswinkel V--- 1200; 094).
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In Pig. 4 ist die Getriebeanordnung in Seitenansicht dargestellt.
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Fig. 5 ist das-Diagramm des Bewegungsgesetzde, das als Beiffl
spiel gewählt wurde.
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Fig. 6 zeigt ein Schaltgetriebe mit 2 Schaltzähnen 1001;
1800;
0,5).
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Fig. 7 zeigt am Beispiel einer Abtriebsscheibe mit
5 Schaltzähnen 1400;3P= 720;-
0928) die Möglichkeit, den Achsabstand frei zu wähleng wobei der Winkelgeschwindigkeiteverlauf
im Abtrieb dennoch stetig bleibt, In den Fig. 8 - 10 sind die Möglichkeiten
der Zylindergesperre, in Draufsicht und Seitenansicht an einem Schaltgetriebe dar-,gestellt,
bei dem die Schaltfolge durch eine axiale Verschiebung der Antriebs-und/Oder Abtriebswelle
gesteuert werden' kann.
Die Wirkungsweise des Schaltgetriebes ist
aus den Phasenis lagen der Fig. 1 - 3 ersichtlich. Mit der Antriebewelle
1 1 t die Antriebäscheibe.2 fest verbunden. Sie trägt eineh Kurven-.körper
3'mit eine.r Nut ABC und einen Massenausgleich 4 und dreht sich mit konstanter
Winkelgeschwindigkeit. Die Schaltzähne 5 berühren abwechselnd paarweise den
Zylindermantel.6 der Antriebsscheibe 2. Sie-sind um den Winkel)0.versetzt auf
der Abtriebsscheibe 7 befestigt..Diese ist mit der Abtriebewelle fest
verbunden. Der Kurvenkörper 3 bildet mit der An-, triebsscheibe 2 eine Nut
ABC, die mit tangentialem Einlauf beginnend den in gleicher Ebene liegenden
Schaltzahn 5 aufnimmt und formschlüssig auf seiner Kreisbahn zwischen den
Wellen 1 und 8 hindurchführt, wobei er den Abtriebewinkelweg =-120'
zurückLegt. Hierbei wird das Bewegungeg.esetz des Schaltschrittes dem Schaltz#hn
von der Kurvennut aufgezwungen. Der charakteristische Knick im Verlauf der Schaltkurve
tritt zwischen dem Einlauf A und dem Auslauf Cq die auf den gleichen R.,rhus
des Zylindermantels 6 führen, an der Stelle B auf. An dieser Stelle B ist
die Bewegungsrichtung des Schaltzahnes 5 nicht eindeutig vorgegebeng wenn
er ein zylinidrisches Profil besäße. Dann könnte er durch äußere Einflüsse beschleunigt
zum Einlauf A hin zurückgleiten. Ein eindeutiger Zwanglauf in Rie.htung zum
Auslauf C wird dadurch erreicht, daß jeder Schaltzahn 5 ein Profil
besitzt, das sich aus einem Zy-
linder und einem Zahn etwa im Flächenverhältnie
3:1 zusammensetzt, wobei die Zahnspitze radial nach außen gerichtet ist.
Noch bevor der zylindrische Teil des Schaltzahne 5 den Knick B-err
eicht,
gleitet die Zahnflanke in die Zahnlücke' Bfp die sich in der inneren Nutenflanke
befindet. Solange der Schaltzahn den Knick in der Schaltkurve durchgleitet, erfolgt
ein an sich bekannter Zahneingriff. Die Knickstelle B ist zugleich der Wendepunkt
im Übergang von der Beschleunigung der Abtriebsglieder zu deren Verzögerung. Das
gilt sowohl für symmetrische Bewegungsgesetze wie für unsymmetrische. In Fig.
5 ist ein sQ1ches symmetrisches Bewegungsgesetz graphisch dargestellt, das
in Fig. 1 - 4 ausgeführt wurde. Es wurde ein stoß- und ruckfreies Bewegungsgesetz
gewählt, dessen Beschleünigungskurve aus Parabelteilen besteht und als das Ge' setz
der 4. Potenz bekannt ist. Sie-iSt besonderb für den Einsatz von Computern zur analytischen
Bestimmun#g der Kurve geeignet. Die Scheitelpunkte der Pa'rabeläste liegen bei
Die maximale Umfangsgeschwindigkeit ergibt sich zu
wobei Ir ) der Teilkreisradius der Zahnlücke der Schaltkurve ist. Die maximale
Beschleunigung erreicht nur den Wert
Der Antriebsdrehwinkel#, = VL+p und der Abtriebsdrehwinkel betragen je 1200,
Dieses Beispiel.wurde gewählt, weil 1 es eines der mit bekannten.Zahnachaltwerk.en
nicht erreichbares Gesetz erfüllt. Dieses läßt sich variiereng wenn der Wellenabstand
ag die Teilkreisdurchmesser der Schaltzähne 5 und der Zahnlücke r. und der
Winkel a des Kurvensegmente-s 3 ander a gewählt werden, wobei der
Abtriebewinkel 120 0 erhalten bleibt.
Mit der Anzahl der
Schaltzähne 5 wird auch der Winkel 3P variiert. So ist es-nunmehr möglich,
ihn bei 2 Schaltzähnen nach Fig. 6 auf 0 0
180 zu vergrößern.oder
nach Fig. 7 in bekannter Weiseauf 72 zu
verringern. Beide Beispiele
sollen zeigen, daß der eingeschlossene Wirikel r in A in Richtunc,
zu den Wellenmittelpunkten -nicht auf 90 0
festgelegt ist, wie es das
Gesetz der Malteserkreuzgetriebe vorschreibt, sondern dem Ermessen des Konstrukteurs
freigegeben ist, dem es auch überlassen bleibt, für das'zu übertragende Moment die
erforderliche Nutentiefe und -b-reite.zu-wählen,'wobei sich der kleinste mögliche
Winkel 0( ergibt.
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Das Zylindergesperre hat die Aufgaben, die Abtriebsglieder in der
Raszlage gegen Drehbewegung zu sichern und die Schaltzähne in der Latre zu halten
in der sie stoßf'rei von der S chaltkurve erfaßt werden können. In Fig.
1 - 4, 6 und 7 besteht diese Sperrwirkung da--durch, daß d-ie
Schaltzähne 5 paarweise.am Zylindermantel 6 der Antriebsscheibe 2
anliegen. Ihre volle Wirkung bleibt erhalten, bis -er von der Schaltnut-erfaßte
Schaltzahn mit der Schaltbewegung beginnt.
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In Fig. 8 wird am Beispiel einer 4-zahnigen Abtriebsscheibe
7
a 1-300; 90'; Y40/ 0,3) dargestellt, wie das Verhältnis der Schaltzeit
zur Rastzeit unter die durch a min gegebene Schwelle verkleinert werden kann.
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In Fig. 9-ist vorgesehen, daß die Abtriebswelle 8 eine axiale
Verschiebung ausführen kann, deren Hub von außen periodisch odez aperi-. odisch
gesteuert wird und so groß ist, daß die S chlagzähne 5 in der_,
Endlage
von der Schaltkurve nicht mehr erfaßt werden-können. Dieser Hub wird# während der
Rastlage der Abtriebsseheibe 7 eingeleitet und beendet. Mit dieser Anordnung
ist es möglich, die gleichförmige Antriebswinkelgeschwindigkeit zu erhöhen und
1 oder mehrere Schaltkurvendurchgänge zu überspringen..Infolge des günstigen
Kurvenverlaufs werden bei noch zulässigen maximalen Beschleunigungen kürzere Schaltzeiten
möglich.
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.In Pig. 9 wird die Abtriebswelle 8 in Pfeilrichtung
ausgekuppelt. Denach sichert das gehäusefeste Kreissegment-10 in den Rastlagen die
Abtriebsseheibe 7, deren Mantel mit entsprechenden Sperrflächen_ 9 in bekannter
Weise ausgerüstet ist.
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In Pig. 10 wird die Abtriebswelle 1 in Pfeilrichtung
ausgekuppelt. Der mit dieser fest oder drehbeweglich verbundene Sperrzylinder
11
greift in den Rastlagen in die Sperrflächen 9 der Abtriebsscheibe
7
Die verwendbaren Bewegungsgesetze sind keineswegs auf das der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr lassen sie sich in bekannter Weise variieren, symmetrisch und
unsymmetrisch anordnen sowie miteinander kombinieren. Auch die Zuordnung mehrerer
unterschiedlicher Schaltkurven auf einer Antriebsseheibe und mehrerer Schaltzähne
auf entsprechend unterschiedlichen Teilkreisen 'ist, bei Beachtung der zahlreichen
wählbaren Größen dieses Schaltgetriebes mit Vorteil möglich. Es ist ferner möglich,
in bekannt-er Weise mehrere Antriebsscheiben 2 in konzentrischer Anordnung auf ei
ne gemeinsame Abtriebsscheibe einwirken zu lassen, i
3ine beso-nders
vorteilhafte Anwendung eines nach Fig-. -8, s,te.uerbaren, mit 2 Antriebsscheiben
entgegengesetzter Drehrichtung kombinierten Zahnsehaltgetriebes der beschriebenen
Art bietet sich in schnellen Pilgexschrit,tmechanismen für Datenträger. In ähnli:cher
Kombination kann zur V"erwendung in Dualstufengetrieben von--Rechenanlagen aus mehreren-per-,iodljschen
Bewegungendank der günstigen Schaltkurven eine weitgehend geglätt-ete-Abtriebsbewegung
erzielt werd-en-.