DE19709816A1 - Mechanischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Drehmomentwand­ ler mit zwei einarmigen Hebeln, jeweils als Antriebs- bzw. Abtriebshebel bezeichnet. Diese beiden Hebel sind im Ab­ stand voneinander auf einer gemeinsamen Querwelle drehbar gehalten und über eine Schräg-Hebelanordnung derart kraft­ wirksam verbunden, daß die Kraft am freien Ende des Ab­ triebshebels ein n-faches der Kraft am freien Ende des An­ triebshebels beträgt, wobei n < 1 ist. Die Querwelle ist um ihre Symmetrie-Normale um zwei Freiheitsgrade gelenkig drehbar gelagert. Bei einem derartigen Drehmomentwandler wird der Antriebshebel über eine Kraftquelle, beispiels­ weise eine motorgetriebene Kurbelschwinge angetrieben. Der Abtriebshebel ist demgegenüber mit einem entsprechenden Kurbelgetriebe verbunden, daß das Abtriebsmoment weiter­ gibt. Eine derartige Vorrichtung dient dazu, mechanisch ein Eingangsdrehmoment umzusetzen in eine Ausgangsdrehmo­ ment, wobei bei geeigneter Dimensionierung große Umset­ zungsverhältnisse möglich sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der österreichischen Patentanmeldung 10A 1452/94-1 bekannt.

Ausgehend von der dort beschriebenen Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wandler der genannten Art zu schaffen, der bei kleinen Abmessungen eine verbesserte Ausnutzung des Drehmoments ermöglicht. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bereits eine rotie­ rende Bewegung durch den Wandler an der Momenten-Abnahme­ vorrichtung einzuspeisen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine zwangsgeführte Mitnehmervorrichtung mit dem Abtriebshebel gekoppelt ist. Durch diese Merkmalskombination erfolgt bei einem Druck auf den Antriebshebel infolge der Zwangsverbindung eine Drehbewegung der gesamten Vorrichtung. Diese Drehbewegung entspricht einer Ausweichbewegung der auf den Antriebshe­ bel gerichteten Kraftkomponente. Bei einer vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, daß mindestens ein im Ab­ stand im wesentlichen parallel zu den einarmigen Hebeln angeordneter Mitnehmerhebel vorgesehen ist, dessen der Querwelle zugewandtes Ende in einer Basisvorrichtung in Dreiecksanordnung zu der Querwelle gehalten ist, wobei die Basisvorrichtung gemeinsam mit der Querwelle gelenkig drehbar ist und wobei das nach oben gerichtete freie Ende des Mitnehmerhebels im wesentlichen starr mit dem freien Ende des Abtriebshebels gekoppelt ist.

Vorteilhaft ist dabei, daß die Mitnehmervorrichtung eine Laufeinrichtung aufweist, die mit einer Rolle/Gleitfläche auf einer Laufbahn abrollt/gleitet.

Diese Ausweichbewegung wird insbesondere dadurch erleich­ tert, daß die Vorrichtung auf einer schiefen Ebene ange­ ordnet und aus der Normalen zu der schiefen Ebene heraus­ geneigt ist. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Vor­ richtung eine hinreichend große Drehung beschreibt, ohne daß eine Klemmwirkung zu befürchten wäre.

Die Drehfähigkeit wird insbesondere dadurch begünstigt, daß die Basisvorrichtung scharnierartig um die Querwelle drehbar ist und eine drehbare Rolle aufweist, mit der sie sich auf der schiefen Ebene abstützt.

Die Drehfähigkeit wird zusätzlich dadurch begünstigt, daß die Querwelle mit einer Achse, die im wesentlichen in der Normalen auf die schiefe Ebene liegt, kardanisch verbunden ist.

Um unterschiedliche Neigungen α der Vorrichtung während des Drehbereichs zu erreichen, kann auf der schiefen Ebene eine besondere Laufbahn für die Rolle ausgebildet sein.

Vorteilhafterweise ist die Laufbahn mit einer räumlichen Krümmung versehen.

Dabei kann die Laufbahn nach Art einer Schrauben-Wendel­ fläche ausgebildet sein.

Statt mit einer gleitenden oder rollenden Führung kann die Mitnehmervorrichtung an der Koppelvorrichtung mindestens einen Gelenkpunkt aufweisen, an dem eine an einem externen Fixpunkt gelenkig gehaltene Führungsstange gelenkig gela­ gert angreift. Hierdurch wird eine Zwangsführung erreicht, ohne daß über die Rollen an der Querwelle hinaus weitere Führung oder Rolleneinrichtungen vorgesehen sein müßten.

Um eine geeignete Krafteinleitung ohne Zerstörung der Vor­ richtung durch große Kräfte sicherzustellen, weist die Koppelvorrichtung eine Führung für den Antriebshebel auf, so daß der Antriebshebel sich nicht ausbiegen kann.

In der Koppelvorrichtung ist eine Einrichtung zum Einstel­ len unterschiedlicher Koppelverhältnisse zwischen dem Ab­ triebshebel und dem Mitnehmerhebel ausgebildet.

Diese Einrichtung kann darin bestehen, daß in einer Kop­ pelplatte eine Reihe von Befestigungsbohrungen vorgesehen sind, deren Lage zum Abtriebshebel entfernungsmäßig zu- bzw. abnimmt. In diesen Befestigungsbohrungen kann das freie Ende des Mitnehmerhebels festgelegt werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Drehmomentwand­ lers kann vorgesehen sein, daß parallel zu den An- und Ab­ triebshebeln mindestens ein zweites sekundäres Hebelpaar gleicher Schräghebelkonstruktion vorgesehen ist, wobei der sekundäre Antriebshebel mittels einer Kraftverbindung mit dem Abtriebshebel des ersten Systems im wesentlichen form­ schlüssig verbunden ist und der sekundäre Abtriebshebel mit der Mitnehmervorrichtung zusammenwirkt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Anordnung des Drehmomentwandlers von vorne;

Fig. 2 eine Seitenansicht;

Fig. 3 eine perspektivische Koppelvorrichtung mit Füh­ rungszapfen;

Fig. 4 eine Ansicht des Führungszapfens kugelförmig;

Fig. 5 einen Systemschnitt mit zwei Hebelarmen.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung des erfin­ dungsgemäßen mechanischen Drehmomentwandlers wiedergege­ ben. Der mechanische Drehmomentwandler besteht aus zwei einarmigen Hebeln 10 und 11, die auf einer gemeinsamen Querwelle 12 gelenkig gehalten sind. Die Hebel 10 und 11, im weiteren Antriebs- bzw. Abtriebshebel genannt, spannen gemeinsam mit der Querwelle 12 eine Ebene E auf. Zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebshebel ist eine Übertragungs­ anordnung, im vorliegenden Fall ein Schräghebel 13, in­ stalliert. Der Kraftangriffspunkt 25 des Schräghebels 13 an dem Antriebshebel 10 liegt ca. 1/4 der Gesamthebellänge vom Drehpunkt 24 an der Querwelle 12 entfernt. Im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel ist der abtriebsseitige An­ griffspunkt 26 des Schräghebels ca. 1/4 der Hebellänge vom freien Ende des Abtriebshebels entfernt. Die Hebelvorrich­ tung ist auf einer schiefen Ebene 17 angeordnet und wird dabei von einer Achse 19 gehalten, die im wesentlichen normal zur schiefen Ebene verankert ist. Die Verbindung zwischen der Achse 19 und der Querwelle 12 kann aus einem Kardangelenk 27 bestehen.

An den Enden der Welle 12 sind Rollen 28, 28' angeordnet, mit denen die Querwelle 12 auf der schiefen Ebene 17 rollt.

Die Querwelle 12 ist mit einer Basisvorrichtung 16 verbun­ den, die an ihrer der Querwelle abgewandten Seite eine Rolle 18 trägt, mit der sie sich auf der schiefen Ebene abstützt. Auf der Basisvorrichtung 16 ist ein Mitnehmerhe­ bel 15 im wesentlichen starr angeordnet, dessen freies En­ de über eine Koppelvorrichtung 20 im wesentlichen starr im Sinne von kraftwirksam mit dem freien Ende des Abtriebs­ hebels 11 gekoppelt ist.

An der Koppelvorrichtung ist eine Einrichtung 22 zum Fi­ xieren der geometrischen Verhältnisse zwischen dem freien Ende des Mitnehmerhebels 15 und des Abtriebshebels 11 aus­ gebildet.

Aus Stabilitätsgründen ist an der Koppelvorrichtung eine Führung 21 für den Antriebshebel 10 vorgesehen, damit die­ ser bei Krafteinleitung nicht ausbiegen kann.

Infolge der Krafteinleitung am Antriebshebel 10 und der Zwangskopplung zwischen dem Abtriebshebel 11 und dem Mit­ nehmerhebel 15, kommt es zu einer Drehbewegung der Hebel­ vorrichtung um die Achse 19.

Zur Verhinderung eines Klemmzustands beim Aufbringen der Antriebskraft an dem Antriebshebel ist die Wandlervorrich­ tung, wie aus Fig. 2 ersichtlich, um einen vorbestimmten Winkel α aus der Normalen zur schiefen Ebene 17 herausge­ kippt. Die zeichnerische Darstellung gibt einen Winkel α wieder, der nicht in jedem Fall dem tatsächlichen Winkel α der Vorrichtung entspricht. Die übertriebene Darstellung soll lediglich der Verdeutlichung dienen. Auch ist der Winkel der schiefen Ebene nicht in jedem Fall derjenige, der im tatsächlichen Gebrauch auftritt, da alle Winkel von dem gewünschten Einsatzzweck und den zu übertragenden Kräften abhängen. Die Laufbahn 17a erstreckt sich dabei über einen Winkelweg von ca. 30°.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Darin ist eine wei­ tere Ausführungsform der Mitnehmervorrichtung dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Mitnehmer­ vorrichtung aus der Koppelvorrichtung 20, auf der ein Zap­ fen 29 angeordnet ist, der eine Rolle 30 trägt. Die Rolle 30 ist in einer Zwangsführungsbahn 31 geführt, die ledig­ lich schematisch durch zwei Linien 31 wiedergegeben ist. Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Mitnehmerhe­ bel 15 entfallen. Die Laufrolle 30 kann durch ein Gleit­ element ersetzt sein, das in der Führungsbahn, die als Ku­ lisse ausgebildet ist, geführt wird.

In der in Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungsvari­ ante ist am freien Ende des Zapfens 29 ein Kugelkopf 32 ausgebildet, an dem ein Führungsstab 33 gelenkig gehalten ist. Am anderen Ende des Führungsstabes 33 ist eine ähnli­ che gelenkige Halterung an einem Fixpunkt 38 außerhalb des Systems vorgesehen, so daß bei einer Bewegung der Mitneh­ mervorrichtung die Führungsstange 33 eine Zwangsführung für die Vorrichtung darstellt.

In Fig. 5 ist eine verbesserte Form des Hebelsystems dar­ gestellt, mit dem ein effizienteres Umsetzungsverhältnis erlangt werden kann. Hierzu sind zwei Hebelvorrichtungen, nämlich ein primäres und ein sekundäres Hebelsystem, syn­ chron nebeneinander parallel liegend vorgesehen. Das pri­ märe Hebelsystem ist in Verbindung mit Fig. 1 bereits er­ läutert. Das sekundäre Hebelsystem weist einen Antriebshe­ bel 35 auf, der in enger Nachbarschaft neben dem Abtriebs­ hebel 11 auf der Querwelle 12 drehbar gelagert ist. In un­ mittelbarer Nachbarschaft des Antriebshebels 10 ist ein Abtriebshebel 37 des sekundären Hebelsystems vorgesehen, wobei die beiden Hebel 35 und 37 mittels eines Querstabs 36 vergleichbar mit der Konstruktion des Schräghebels 13 miteinander verbunden sind. An den freien Enden der Hebel 11 und 35 ist eine formschlüssige Verbindung 34 vorgese­ hen, mittels welcher die Kraft des Abtriebshebels 11 auf den Antriebshebel 35 übertragen wird.

Die zwangsgeführte Mitnehmervorrichtung greift dann an dem Abtriebshebel 37 der sekundären Hebelanordnung an, mit dem Ergebnis, daß durch diese einfache Hebelübersetzung ein gegenüber der einfachen Anordnung vergrößertes Moment er­ halten wird. Insgesamt entsteht eine kompaktere räumlich kleinere Ausbildung bei vergrößertem Moment, da sowohl die Antriebskraft als auch die effizientere Abtriebskraft aus dem Abtriebshebel 37 des sekundären Hebelsystems nebenein­ ander wirken. Die Hebelanordnungen können dabei in einer Ebene liegen. Der Schräghebel 36 kann als Doppelstange ausgebildet sein, die die Hebel 11, 13 und 10 seitlich passieren.

Claims (14)

1. Mechanischer Drehmomentwandler mit mindestens zwei einarmigen Hebeln, als Antriebs- bzw. Abtriebshebel (10; 11) bezeichnet, die in einer Ebene E im Abstand voneinan­ der auf einer gemeinsamen Querwelle (12) gehalten und über eine Schräg-Hebelanordnung (13) derart kraftwirksam ver­ bunden sind, daß die Kraft am freien Ende des mindestens einen Abtriebshebels (11) ein n-faches der Kraft am freien Ende des Antriebshebels (10) beträgt, mit n < 1, wobei die Querwelle um ihre Symmetrie-Normale (14) gelenkig drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch eine zwangsgeführte Mitnehmervorrichtung (15, 16, 18, 20; 20, 29, 30, 31), die mit dem Abtriebshebel gekoppelt ist.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmervorrichtung mindestens einen im Abstand im wesentlichen parallel zu den einarmigen Hebeln (10, 11) angeordneten Mitnehmerhebel (15) aufweist, dessen der Querwelle zugewandtes Ende in einer Basisvorrichtung (16) in Dreiecksanordnung zu der Querwelle gehalten ist, wobei die Basisvorrichtung gemeinsam mit der Querwelle gelenkig drehbar ist, und dessen nach oben gerichtetes freies Ende mittels einer Koppelvorrichtung (20) im wesentlichen starr mit dem freien Ende des mindestens einen Abtriebshebels (11) verbunden ist.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmervorrichtung eine Laufeinrichtung (16, 18; 29, 30) aufweist, die mit einer Rolle/Gleitfläche auf einer Laufbahn (17a, 31) abrollt/gleitet.

4. Drehmomentwandler nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Querwelle (12) auf einer schiefen Ebene (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene E der Hebelanordnung aus der Normalen auf die schiefe Ebene herausgeneigt ist.

5. Drehmomentwandler nach einem der Anspruche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisvorrichtung (16) scharnierartig um die Quer­ welle (12) drehbar und mittels einer drehbaren Rolle (18) auf der schiefen Ebene (17) abgestützt ist.

6. Drehmomentwandler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwelle (12) kardanisch aufgehängt mit einer im wesentlichen normal in der schiefen Ebene (17) stehenden Achse (19) drehverbunden ist.

7. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der schiefen Ebene (17) eine besondere Laufbahn (17a) für die Rolle (18) ausgebildet ist.

8. Drehmomentwandler nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (17a; 30) eine räumliche Krümmung auf­ weist.

9. Drehmomentwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (17a; 30) nach Art einer Schrauben-Wen­ delfläche ausgebildet ist.

10. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Koppelvorrichtung (20) mindestens ein Gelenk­ punkt (32) angeordnet ist, an dem eine an einen externen Fixpunkt (38) gelenkig gehaltene Führungsstange (33) ge­ lenkig gelagert angreift.

11. Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelvorrichtung (20) zwischen dem freien Ende des Mitnehmerhebels (15) und dem Abtriebshebel (11) eine Führung (21) für den Antriebshebel (10) aufweist.

12. Drehmomentwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Koppelvorrichtung (20) eine Einrichtung (22) zum Einstellen unterschiedlicher Koppel-Geometrieverhält­ nisse zwischen dem Abtriebshebel (17, 38) und dem Mitneh­ merhebel (24) ausgebildet ist.

13. Drehmomentwandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22) zum Einstellen eine vorbestimmte Anzahl von Befestigungsbohrungen (23) für das freie Ende des Mitnehmerhebels (24) aufweist, deren Lage in bezug auf die Abtriebshebel (17, 38) die gewünschte Momentenverände­ rung bestimmt.

14. Drehmomentwandler nach mindestens einem der vorange­ henden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den An- und Abtriebshebeln (10, 11) minde­ stens ein zweites, sekundäres Hebelpaar (35, 37) gleicher Schräghebelkonstruktion (36) vorgesehen ist, wobei der se­ kundäre Antriebshebel (35) mittels einer Kraftverbindung (34) mit dem Abtriebshebel (11) im wesentlichen form­ schlüssig verbunden ist und der sekundäre Abtriebshebel (37) mit der Mitnehmervorrichtung (15, 16, 18, 20; 20, 29, 30, 31) zusammenwirkt.