DE19842898A1 - Getriebe mit zwei über ein Koppelglied koppelbaren Getriebegliedern und Verfahren zum Koppeln zweier Getriebeglieder - Google Patents

Abstract

Bei einem Getriebe mit zwei Kurbeln (1, 2), die über eine Koppelstange (3) gekoppelt sind, entspricht die Koppelstange (3) in ihrer Länge zumindest der zweiten Kurbel (2) der beiden Kurbeln (1, 2) und es weist die erste Kurbel (1) einen Ruhepunkt (4) am Drehpunkt der zweiten Kurbel (2) auf. Das erste Getriebeglied (1) kann wahlweise dadurch mit dem zweiten Getriebeglied (2) gekoppelt werden, daß das Koppelglied (3) zwischen den beiden Getriebegliedern (1, 2) im Umkehrpunkt (4) eingekuppelt bzw. ausgekuppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit zwei über ein Koppelglied koppelbaren Getriebegliedern, von denen zumindest ein erstes Getriebeglied wenigstens einen Ruhepunkt durchläuft. In konkreter Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Getriebe mit zwei Kurbeln, die über eine Koppelstange gekoppelt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum wahlweisen Koppeln eines wenigstens einen Umkehrpunkt durch­ laufenden ersten Getriebegliedes mit einem zweiten Getriebeglied.

Es sind Getriebe bekannt, bei welchen zwei Getriebeglieder durch ein Koppelglied zwangsgekoppelt sind. Dieses gilt insbesondere für Hebelgestänge und ähnliches. Derartige Getriebe finden beispielsweise im Motorenbereich sowie bei Werkzeugmaschinen Verwendung. Neben einer Beeinflussung des Verhältnisses bei der Kraftübertragung können derartige Getriebe auch der Ausbildung eines gewünschten Geschwindigkeitsprofils bei der Kraftübertragung dienen. Diese Getriebe bedingen jedoch eine Zwangkopplung der beiden Getriebeglieder, so daß - abgesehen von einem Übersetzungsverhältnis - das eine Getriebeglied einer Bewegung des zweiten Getriebegliedes zwangsweise folgt.

Um die Bewegung der beiden Getriebeglieder wahlweise zu koppeln, sind Kupplungen bekannt, die zwischen den Getriebegliedern angeordnet sind und bei welchen die Bewegung der beiden Getriebeglieder zum Einkuppeln über eine Reibverbindung in ihrer Geschwindigkeit angepasst wird. Zum Auskuppeln wird der Reibschluß in der Kupplung wieder gelöst, so daß sich beide Getriebeglieder wieder unabhängig voneinander bewegen können.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, gattungsgemäße Getriebe bzw. ein gattungsgemäßes Koppelverfahren bereitzustellen, bei welchem ein Koppeln der beiden Getriebeglieder verlustfrei erfolgt.

Als Lösung schlägt die Erfindung einerseits ein Getriebe mit zwei über ein Koppelglied koppelbaren Getriebegliedern vor, von denen zumindest ein erstes Getriebeglied wenigstens einen Ruhepunkt durchläuft. Hierbei koppelt das Koppelglied die beiden Getriebeglieder in ihrer Bewegung zwangsweise, solange das erste Getriebeglied sich nicht in seiner Ruheposition befindet. Wenn das erste Getriebeglied sich in seiner Ruheposition befindet, kann das Koppelglied der Bewegung des zweiten Getriebegliedes folgen. Darüber hinaus sind Mittel vorgesehen, die das erste Getriebeglied wahlweise in seiner Ruheposition halten bzw. aus der Ruheposition heraus bewegen.

Solange somit sich das erste Getriebeglied in seiner Ruheposition befindet, folgt das Koppelglied der Bewegung des zweiten Getriebegliedes und die Bewegung der beiden Getriebeglieder ist entkoppelt. Wird das erste Getriebeglied aus seiner Ruheposition herausbewegt, koppelt das Koppelglied die beiden Getriebeglieder. Der zum Einkuppeln bzw.

Auskuppeln notwendige Energieaufwand, der durch die Mittel, die das erste Getriebeglied wahlweise in seiner Ruheposition halten bzw. aus der Ruheposition herausbewegen, aufzubringen ist, ist lediglich durch die Energie definiert, die zum Halten des ersten Getriebegliedes in seiner Ruheposition bzw. zum Bewegen des ersten Getriebegliedes aus seiner Ruheposition heraus notwendig ist. Insbesondere ist dieser durch die Haltemittel aufzubringende Energieaufwand nicht mit der Relativbewegung zwischen den beiden Getriebegliedern korreliert, wie dieses bei Kupplungen nach dem Stand der Technik der Fall ist.

In einer konkreten Ausgestaltung schlägt die Erfindung darüber hinaus ein Getriebe mit zwei Kurbeln, die über eine Koppelstange gekoppelt sind, vor, bei welchem die Koppelstange in ihrer Länge zumindest einer zweiten Kurbel der beiden Kurbeln entspricht und die erste Kurbel einen Ruhepunkt am Drehpunkt der zweiten Kurbel aufweist.

Wird bei einer derartigen Anordnung die erste Kurbel in ihrem Ruhepunkt am Drehpunkt der zweiten Kurbel gehalten, so kann die zweite Kurbel sich frei bewegen und nimmt hierbei die Koppelstange mit, ohne daß die erste Kurbel ihren Ruhepunkt verlässt. In diesem Betriebszustand ist somit der Ruhepunkt der Verbindungsstelle zwischen der ersten Kurbel und der Koppelstange auch der Drehpunkt der zweiten Kurbel und der Koppelstange.

Statt der Verwendung von zwei Kurbeln, die über eine Koppelstange gekoppelt sind, kann in erfindungsgemäßer Weise jede Getriebeanordnung Verwendung finden, bei welcher die Getriebeglieder jeweils einen Freiheitsgrad aufweisen und diese Freiheitsgrade durch das Koppelglied derart gekoppelt sind, daß diese zwei Freiheitsgrade zu einem Freiheitsgrad reduziert werden. Hierbei ist diese Freiheitsgradreduktion in eingekuppeltem Zustand durch das Koppelglied bedingt, während in ausgekuppeltem Zustand das erste Getriebeglied in seiner Ruheposition verbleibt und somit keinen Freiheitsgrad aufweist. Beispielsweise können die Getriebeglieder auch als in Führungen gelagerte Kulissensteine, Nockenfolger oder ähnliches ausgebildet sein, die in erfindungsgemäßer weise gekoppelt sind.

Wie unmittelbar ersichtlich, ermöglichen die vorbeschriebenen Anordnungen ein nahezu verschleißfreies Koppeln und Entkoppeln der beiden Getriebeglieder bzw. der beiden Kurbeln. Insbesondere ist eine Reibkupplung nicht vorhanden, durch welche normalerweise große Energieverluste bedingt sind. Aus diesem Grunde eignen sich die erfindungsgemäßen Getriebe insbesondere dafür, Energie in einem mechanischen Zwischenspeicher, wie beispielsweise in einem Schwungrad, zu speichern und gegebenenfalls einer Nutzung zuzuführen.

Ein Koppeln unter minimalen Verschleiß läßt sich insbesondere dann zwanglos realisieren, wenn die Ruheposition des ersten Getriebegliedes bzw. der Ruhepunkt der ersten Kurbel ein Umkehrpunkt ist.

In jedem Falle beschleunigt das erste Getriebeglied bzw. die erste Kurbel beim Einkuppeln aus der Ruheposition heraus, so daß unabhängig davon, ob das erste Getriebeglied mit dem zweiten Getriebeglied gekoppelt ist oder nicht, ein identisches Geschwindigkeitsprofil durchlaufen wird. Dieses bedeutet, daß der Einkuppelvorgang keine besonderen Kräfte auf das Getriebe ausübt. Vielmehr liegen nahezu identische Kraftverhältnisse vor unabhängig davon, ob das erste Getriebeglied gerade nach einer Haltezeit aus seiner Ruheposition herausbewegt wird oder ob es diese Ruheposition lediglich im Rahmen der Bewegung bei vorliegender Zwangskopplung durchläuft.

Ebenso schlägt die Erfindung ein Verfahren zum wahlweise Koppeln eines wenigstens einen Umkehrpunkt durchlaufenden, ersten Getriebegliedes mit einem zweiten Getriebeglied vor, bei welchen ein Koppelglied zwischen den beiden Getriebegliedern im Umkehrpunkt eingekuppelt bzw. ausgekuppelt wird.

Dieses Ein- bzw. Auskuppeln im Umkehrpunkt ermöglicht es, den Kupplungsvorgang nahezu verlustfrei durchzuführen. Durch die Richtungs­ umkehr im Umkehrpunkt besteht für das Getriebe an sich kein Unterschied, ob es diesen Umkehrpunkt in eingekuppeltem Zustand durchläuft oder diesen Umkehrpunkt gerade eingekuppelt verlässt.

Das Verfahren läßt sich besonders einfach durchführen, wenn das Koppelglied auch im ausgekuppelten Zustand mit beiden Getriebegliedern verbunden ist. In diesem Falle erfolgt das Einkuppeln dadurch, daß das erste Getriebeglied aus dem Umkehrpunkt heraus bewegt wird. Umgekehrt erfolgt das Auskuppeln dadurch, daß das erste Getriebeglied in dem Umkehrpunkt gehalten bzw. fixiert wird.

Insofern kann das Koppelglied in ausgekuppeltem Zustand der Bewegung des zweiten Getriebegliedes folgen, während das erste Getriebeglied in ausgekuppeltem Zustand im Umkehrpunkt verbleibt.

Die Bewegungsverhältnisse eignen sich besonders für Motoren bzw. Werkzeugmaschinen, wenn das erste und/oder das zweite Getriebeglied eine periodische Bewegung durchlaufen, solange die jeweiligen Getriebeglieder sich nicht in einer Ruheposition befinden. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß das entsprechende Getriebeglied regelmäßig durch den Ruhepunkt bzw. durch den Umkehrpunkt läuft.

Vorzugsweise ist die periodische Bewegung eine sinusartige Bewegung. Bei einer derartigen Bewegung liegen Umkehrpunkte und somit auch Ruhe­ punkte zwangsläufig vor, die in erfindungsgemäßer Weise genutzt werden können.

Andererseits ist es auch möglich, eine kreisförmige Bewegung bzw. eine einen Kreislauf durchlaufende Bewegung als periodische Bewegung zu nutzen. Insbesondere kann eine derartige kreisförmige Bewegung bzw. einen Kreislauf durchlaufende Bewegung bei dem zweiten Getriebeglied vorgesehen sein.

Das zweite Getriebeglied kann ebenfalls eine Ruheposition aufweisen. Das Koppelglied kann dann derart ausgestaltet werden, daß es der Bewegung des ersten Getriebegliedes folgen kann, wenn sich das zweite Getriebeglied in seiner Ruheposition befindet. Hierbei sind Mittel vorgesehen, die das zweite Getriebeglied wahlweise in seiner Ruheposition halten bzw. aus der Ruheposition heraus bewegen.

Das Koppelglied sowie die Getriebeglieder können auch aus mehreren Baugruppen bestehen.

Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Anordnungen, bei denen ein Getriebeglied eine periodische Bewegung durchführt, da vorliegende Erfindung ein Ein- bzw. Auskuppeln ermöglicht, ohne diese periodische Bewegung unterbrechen zu müssen.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen Ruhe- bzw. Umkehrpunkte relativ zu einem Getriebegehäuse gewählt sind. Insofern ist es auch möglich, daß das Getriebegehäuse selbst bewegt wird.

Weiter Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand der Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Getriebe dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes,

Fig. 2 verschiedene Getriebegliederpositionen eines weiteren Ge­ triebes und

Fig. 3 verschiedene Getriebegliederpositionen eines dritten Getriebes.

Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe weist eine erste Kurbel 1 als erstes Getriebeglied und eine zweite Kurbel 2 als zweites Getriebeglied auf, die über eine Koppelstange 3 als Koppelglied gekoppelt sind.

Hierbei ist die erste Kurbel 1 mit einem Kolben 10 über ein Gestänge 11 verbunden, während die zweite Kurbel 2 mit einer Schwungscheibe 20 über ein Gestänge 21 verbunden ist.

Die zweite Kurbel 2 und die Koppelstange 3 weisen dieselbe Länge auf, und die beiden Kurbeln 1, 2 sind derart angeordnet, daß der Befestigungspunkt zwischen erster Kurbel 1 und Koppelstange 3 über dem Drehpunkt der zweiten Kurbel 2 angeordnet ist, wenn sich die zweite Kurbel 2 in ihrem durch die Schwungscheibenbewegung bestimmten oberen Umkehrpunkt befindet. Durch diesen Umkehrpunkt ist somit auch ein erfindungsgemäßer Ruhepunkt 4 definiert.

Auf Höhe des Ruhepunktes 4 sind des weiteren Mittel 5 vorgesehen, welche die erste Kurbel 1 wahlweise in ihrer Ruheposition 4 halten bzw. aus der Ruheposition 4 herausbewegen können - wie durch die Pfeile schematisch dargestellt. Diese Mittel 5 zum wahlweisen Fixieren bzw. Loslösen der ersten Kurbel 1 können beispielsweise einerseits eine Federanordnung, die komprimiert wird, wenn die erste Kurbel 1 in die Ruheposition 4 einläuft, und andererseits eine Halterung sein, mit welcher die erste Kurbel 1 wahlweise in ihrer Ruheposition 4 gehalten werden kann.

Läuft somit die erste Kurbel 1 in ihre Ruheposition ein, wird die Federanordnung komprimiert. Dreht sich die Bewegungsrichtung in dem Ruhepunkt 4 um, so bewegt diese Federanordnung die erste Kurbel 1 wieder aus der Ruheposition 4 heraus.

Wird andererseits die Halterung betätigt, kann die erste Kurbel 1 ihre Ruheposition nicht verlassen. Erst wenn die Halterung wieder gelöst wird, kann die Federanordnung die Kurbel 1 wie vorstehend beschrieben aus ihrer Ruheposition 4 herausbewegen.

Im Betrieb treibt nunmehr der Kolben 10 des Verbrennungsmotors das Schwungrad 20 solange an, wie die Halterung 5 in ihrer Freigabestellung ist. In dem Moment, in welchem die Halterung 5 die erste Kurbel 1 in ihrem Ruhepunkt 4 fixiert, wird der Kurbel 1 jeglicher Freiheitsgrad genommen und der Verbrennungsmotor bzw. der Kolben 10 kommen zum Stillstand. Andererseits behält die Koppelstange 3 ihren Freiheitsgrad und kann mit der zweiten Kurbel 2 hin und her schwenken. Das Schwungrad 20 läuft somit aufgrund seiner kinetischen Energie um.

Wird in diesem Zustand die Halterung der Mittel 5 zum wahlweisen Fixieren bzw. Loslösen der ersten Kurbel 1 gelöst, so drückt die Federanordnung die erste Kurbel 1 aus ihrem Ruhepunkt 4, sobald dieses die Position der Koppelstange 3 zulässt. Hierdurch werden die beiden Kurbeln 1, 2 wieder zwangsgekoppelt und die kinetische Energie kann zum Verdichten des Verbrennungsmotors genutzt werden.

Es versteht sich, daß die in Fig. 1 beschriebene Anordnung nicht nur für Verbrennungsmotoren geeignet ist, sie kann vielmehr unter anderem bei Werkzeugmaschinen vorteilhaft verwendet werden. Beispielsweise kann das Schwungrad 20 angetrieben sein und ein Stempel oder ein ähnliches Werkzeug statt des Kolbens 10 Verwendung finden. Mit einer derartigen Anordnung kann dann bei konstant umlaufenden Schwungrad 20 wahlweise der Stempel bzw. das Werkzeug bewegt werden.

Durch geeignete Wahl der Länge der Kurbeln 1, 2, der Koppelstange 3 sowie der übrigen Gestänge 11 und 21 können die Geschwindigkeitsprofile in gewünschter Weise beeinflußt werden. Ebenso ist es möglich, hierdurch die Kraftverhältnisse den gegebenen Umständen anzupassen.

Fig. 2 zeigt eine Getriebeanordnung, bei welcher beide Kurbeln 1, 2 freilaufen können. Beispielhaft ist ein möglicher Bewegungsablauf dargestellt.

Hierbei führt zunächst die zweite Kurbel 2 gemeinsam mit der Kurbelstange 3 eine freilaufende Pendelbewegung von 0° auf 180° aus, wie in der linken Spalte angedeutet. Wird in der 180°-Stellung die erste Kurbel 1 freigegeben, so schwingen beide Kurbeln 1, 2 gemeinsam mit der Koppelstange 3 wieder zurück, wie in der mittleren Spalte von unten nach oben dargestellt. Von der oben in der mittleren Spalte dargestellten Position ausgehend, kann die zweite Kurbel 2 fixiert werden, so daß die erste Kurbel 1 gemeinsam mit der Koppelstange 3 freilaufend schwingt, wie dieses in der rechten Spalte von oben nach unten dargestellt ist.

Es versteht sich, daß hierbei auch andere Koppelreihenfolgen vorgesehen sein können. Insbesondere ist es auch möglich, die beiden Kurbeln 1, 2 Kreisbewegungen ausführen zu lassen, solange eine erfindungsgemäße Ruheposition durchlaufen wird.

Während die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform insbesondere aufgrund ihrer Pendelbewegung der beiden Kurbeln 1, 2 einem zwei-taktigen Verfahren nahekommt, führt die Anordnung nach Fig. 3 einen vier-taktigen Durchlauf aus, wobei der Kolben 10 doppelt so häufig hin- und her läuft, wie die zweite Kurbel 2. Bei dieser Verfahrensführung ist somit der Kolben 10 als erstes Getriebeglied im erfindungsgemäßen Sinne anzusehen, welches durch die Koppelglieder 1, 3, 11 mit der zweiten Kurbel 2 als zweites Getriebeglied gekoppelt werden kann.

Claims (11)

1. Getriebe mit zwei über ein Koppelglied (3; 1, 3, 11) koppelbaren Getriebegliedern (1, 2; 10, 2) von denen zumindest ein erstes Getriebeglied (1; 10) wenigstens einen Ruhepunkt (4) durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (3; 1, 3, 11) die beiden Getriebeglieder (1, 2; 10, 2) in ihrer Bewegung zwangskoppelt, solange das erste Getriebeglied (1; 10) sich nicht in seiner Ruheposition (4) befindet, und daß das Koppelglied (3; 1, 3, 11) der Bewegung des zweiten Getriebegliedes (2) folgen kann, wenn das erste Getriebeglied (1; 10) sich in seiner Ruheposition (4) befindet, wobei Mittel (5) vorgesehen sind, die das erste Getriebeglied (1; 10) wahlweise in seiner Ruheposition (4) halten bzw. aus der Ruheposition (4) heraus bewegen.

2. Getriebe mit zwei Kurbeln (1, 2) die über eine Koppelstange (3) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstange (3) in ihrer Länge zumindest einer zweiten Kurbel (2) der beiden Kurbeln (1, 2) entspricht und die erste Kurbel (1) einen Ruhepunkt (4) am Drehpunkt der zweiten Kurbel (2) aufweist.

3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruhepunkt (4) ein Umkehrpunkt ist.

4. Verfahren zum wahlweisen Koppeln eines wenigstens einen Umkehrpunkt durchlaufenden, ersten Getriebegliedes (1; 10) mit einem zweiten Getriebeglied (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein Koppelglied (3; 1, 3, 11) zwischen den beiden Getriebegliedern (1, 2; 10, 2) im Umkehrpunkt (4) eingekuppelt bzw. ausgekuppelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (3; 1, 3, 11) auch in ausgekuppeltem Zustand mit beiden Getriebegliedern (1, 2; 10, 2) verbunden ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (3; 1, 3, 11) in ausgekoppeltem Zustand der Bewegung des zweiten Getriebegliedes (2) folgt, wobei das erste Getriebeglied (1; 10) in ausgekoppeltem Zustand im Umkehrpunkt (4) verbleibt.

7. Getriebe bzw. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Getriebeglied (1; 10), solange es sich nicht in seiner Ruheposition (4) befindet, eine periodische Bewegung durchläuft.

8. Getriebe bzw. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Getriebeglied (2), solange es nicht in seiner Ruheposition befindet, eine periodische Bewegung durchläuft.

9. Getriebe bzw. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Bewegung eine sinusartige Bewegung ist.

10. Getriebe bzw. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Bewegung eine kreisförmige Bewegung ist.

11. Getriebe bzw. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Getriebeglied (2) ebenfalls eine Ruheposition aufweist und das Koppelglied (3) der Bewegung des ersten Getriebegliedes (1) folgen kann, wenn das zweite Getriebegliedes (2) sich in seiner Ruheposition befindet, wobei Mittel vorgesehen sind, die das zweite Getriebeglied (2) wahlweise in seiner Ruheposition halten bzw. aus der Ruheposition heraus bewegen.