DE2731354A1 - Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Achse, auf der eine Platte angeordnet ist, die mit einer oder mehreren Pleuelstangen zusammenarbeitet, die mit je einem Pleuelstangenkopf mit zwei kugelförmigen Oberflächen versehen sind, gegen die zwei Gleitkörper ebenfalls mit einer kugelförmigen Oberfläche ruhen, welche Körper mit der anderen abgeflachten Seite mit zwei Laufflächen auf der Platte zusammenarbeiten, wobei jede der Laufflächen auf der Platte durch eine Anzahl gerader Linien gebildet wird, die sich je wenigstens nahezu senkrecht zur Umfangsgeschwindigkeit erstrecken und bei jeder Lauffläche einen zugehörenden Torus berühren, wobei die Mittellinien der beiden Tori durch zwei in parallelen Ebenen übereinander liegende Ellipsen gebildet werden.

Ein Getriebe der obenstehend beschriebenen Art ist aus der DT-OS 24 27 516 bekannt. Bei diesem bekannten Getriebe ist die Platte mit der Achse in der Drehrichtung sowie der Kipprichtung fest verbunden.

Dadurch, daß die Platte wie obenstehend beschrieben ausgebildet wird, ist erreicht worden, daß der Spielraum zwischen der Platte, den Gleitkörpern und der schalenförmigen Ausnehmung über den ganzen Umfang konstant ist. Dies gilt jedoch nur für eine Stellung der Platte gegenüber der Achse.

Nun sind an sich auch derartige Getriebe bekannt, bei denen die Platte gegenüber der Achse kippbar ist, siehe beispielsweise die DT-OS 25 33 095. Durch Kippung der Platte kann bei diesem Getriebe die Hublänge der mit den Kolbenstangen verbundenen Kolben geändert werden. Bei diesem bekannten Getriebe sind die Gleitkörper mit einer leicht gewölbten Oberfläche versehen, die sich über flache parallele Laufbahnen auf beiden Seiten der Platte erstrecken, wobei die Mitten der schalenförmigen Ausnehmungen, in die die Gleitkörper aufgenommen sind, zusammenfallen. Auf diese Weise ist es möglich, den Spielraum zwischen der Platte, den Gleitkörpern und den schalenförmigen Ausnehmungen über den ganzen Umfang der Platte und für alle Stellungen der Platte gegenüber der Achse konstant zu halten.

Ein Nachteil dieses Getriebes ist jedoch, daß die gewölbten Oberflächen der Gleitkörper einem relativ großen Verschleiß ausgesetzt sind, so daß man auch in diesem Falle, also mit einer kippbaren Platte, gerne Linienberührung zwischen Platte und Gleitkörpern erzielen möchte ohne allzu große Spielraumschwankungen einzuführen.

Die Erfindung bezweckt nun, ein Getriebe der obengenannten Art zu schaffen mit einer kippbaren Platte, mit Linienberührung zwischen den Hauptflächen und den Gleitkörpern und wobei die Spielraumschwankungen innerhalb akzeptierbarer Grenzen bleiben und zwar über den ganzen Umfang und für alle Stellungen, die die Platte gegenüber der Achse einnehmen kann.

Das erfindungsgemäße Getriebe weist dazu das Kennzeichen auf, daß Mittel vorhanden sind um durch Kippen der Platte den Winkel, den die Platte mit einer Ebene senkrecht zur Achse einschließt, zwischen einem minimalen Winkel und einem maximalen Winkel zu variieren während bei einer Lage der Platte, in der die zwei parallelen Ebenen einen Winkel mit einer Ebene senkrecht zur Achse entsprechend einschließen, die Ellipsen durch die Schnittlinien der betreffenden Ebenen und eines Zylinders um die Mittellinie der Achse und durch die Krümmungsmitten der kugelförmigen Oberflächen auf den Pleuelstangenköpfen gebildet sind und wobei der Abstand zwischen den Krümmungsmitten bei jedem der Pleuelstangenköpfe dem nachfolgenden Wert entspricht

in der

R = Abstand der Krümmungsmitten der kugelförmigen Oberflächen von der Mittellinie der Achse,

Beta = der Winkel, den die Geraden, aus denen die Laufflächen gebildet werden, mit der Mittenebene der Platte einschließen, bzw. <Formel>

der maximale bzw. minimale Winkel ist, den die Platte mit einer Ebene senkrecht auf der Achse einschließen kann.

Beim erfindungsgemäßen Getriebe ist durch die durchgeführten Maßnahmen die Spielraumschwankung auf einen zulässig kleinen Wert zurückgebracht.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß beim Kippen einer Platte mit einer gewölbten Oberfläche der Spielraum zwischen dieser Platte, den Gleitkörpern und den kugelförmigen Pleuelstangenoberflächen dadurch schwankt, daß in den äußersten Stellungen (der Pleuelstangen) die Platte zwischen den Gleitkörpern um eine Achse parallel zur Kippachse dreht und weiter in radialer Richtung pendelt und in den Mittelstellungen (der Pleuelstangen) die Platte zwischen den Gleitkörpern nur um die Kippachse dreht. Bei einem Abstand Null zwischen den Ebenen, in denen die genannten Ellipsen liegen, tritt bei den äußersten Stellungen eine große Spielraumschwankung auf, während die Spielraumschwankung in den Mittenstellungen Null ist.

Durch die Wahl eines bestimmten Abstandes zwischen den genannten Ebenen stellt es sich heraus, daß durch die genannte Drehung und Translation in den äußersten Stellungen eine Abnahme der Spielraumschwankung auftritt, während durch die auftretende Drehung in den Mittenstellungen eine Zunahme der Spielraumschwankung erhalten wird. Es stellt sich heraus, daß die Summe der Spielraumzunahme und -abnahme annähernd konstant ist. Kleine Spielraumschwankungen lassen sich jedoch dadurch erreichen, daß die Spielraumschwankungen in den äußersten Stellungen und in den Mittenstellungen einander gleichgemacht werden und man diese Spielraumschwankungen zur Hälfte in der minimal gekippten Lage der Platte und zur anderen Hälfte in der maximal gekippten Lage der Platte auftreten läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 und 2 schematische und nicht maßgerechte axiale Schnitte durch die Platte eines Getriebes mit einer auf einer Achse befestigten kippbaren Platte,

Figur 3 und 4 eine schematische Darstellung gewisser Teile der Platte in verschiedenen Stellungen,

Figur 5, 6 und 7 eine schematische graphische Darstellung des Verlaufes des Spielraumes unter verschiedenen Umständen für eine Platte, die zwischen = 0

und = 22°

kippbar ist,

Figur 8 einen schematischen und nicht maßgerechten Schnitt durch Konstruktionen der Platte, wobei die Gleitkörper in einer Rille in der Seite der Platte untergebracht sind.

Das Getriebe nach Fig. 1 enthält eine Platte 1, die in der Mitte mit einem Loch 2 versehen ist. Die Platte 1 ist um eine Achse 3 angeordnet und mit zwei zylinderförmigen Zapfen 4 und 5 in einem Block 6 gelagert, der mit der Achse 3 fest verbunden ist. Auf diese Weise kann die Platte 1 nicht um die Achse 3 drehen, wohl aber um die Mittellinie der Zapfen 4 und 5 kippen. Die Achse 3 ist an der Stelle 6, 7 und 8 im Gehäuse gelagert.

Die Platte 1 ist weiter mit zwei in einer Bohrung in dieser Platte angeordneten Stiften 9 und 10 versehen, die an der Stelle des Loches 2 freiliegen und auf einer Seite durch einen Teil 11 bzw. 12 der Platte unterstützt sind.

Der Stift 9 ist andererseits in einer Ausnehmung 13 eines Teils 14 gelagert, der mit einem Kolben 15 verbunden ist, der über die Achse 3 schiebbar ist. Der Stift 10 ist auf dieselbe Art und Weise in einer Ausnehmung 16 des Teils 17 gelagert, der mit einem Kolben 18 verbunden ist, der über die Achse 3 verschiebbar und auf der anderen Seite der Platte 1 als der Kolben 15 liegt.

Die Kolben 15 und 18 sind dabei derart ausgebildet, daß ihre Schwerpunkte neben der Mittellinie der Achse 3 liegen und zwar auf derselben Seite wie die Kupplung 13, 14, 9 bzw. 16, 17, 10 des betreffenden Kolbens mit der Platte 1.

Statt der obenstehend beschriebenen Stift-Schlitz-Kupplung zwischen den Kolben und der Platte kann beispielsweise auch eine Kupplung mit zwei Zahnradsegmenten oder mit einem Zahnrad- und einem Zahnstangensegment angewandt werden.

Der Teil 14 des Kolbens 15 ist weiter mit einem Kolben 19 verbunden, der auf derselben Seite der Platte 1 wie der Kolben 18 verschiebbar auf der Achse 3 angeordnet ist.

Die Kolben 18 und 19 sind dabei derart ausgebildet, daß die einander zugewandten Seiten derselben ineinanderschieben können und auf diese Weise einen Raum 20 veränderlichen Volumens begrenzen.

Der Kolben 19 ist derart konstruiert, daß sein Schwerpunkt in derselben Ebene durch die Mittellinie der Achse 3 liegt wie der Schwerpunkt des Kolbens 15, wobei ihr gemeinsamer Schwerpunkt in der Mittenebene der Platte 1 liegt.

Auf dieselbe Weise ist der Teil 17 des Kolbens 18 mit einem Kolben 21 verbunden, der auf derselben Seite der Platte 1 liegt wie der Kolben 15. Zwischen den Kolben 15 und 21 gibt es einen Raum 22 veränderlichen Volumens. Weiter sind die Massen und die Lage der Kolben 18 und 21 wieder derart gewählt worden, daß ihr gemeinsamer Schwerpunkt wieder in der Mittenebene der Platte 1 aber auf der anderen Seite der Kippachse 4 als der Schwerpunkt der Kombination der Kolben 15 und 19 liegt.

Den Räumen 20 und 22 kann über einen Kanal 23 in der Achse 3 Flüssigkeit unter Druck mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Pumpvorrichtung zugeführt werden.

Mit der Platte 1 arbeiten vier Pleuelstangen 25 zusammen, die mit je einem Pleuelstangenkopf 29 mit zwei darin vorgesehenen schalenförmigen Ausnehmungen 30 und 31 versehen sind, in denen Gleitkörper 32 und 33 gelagert sind. Diese Gleitkörper arbeiten mit ihrer flachen Seite mit Laufflächen 34 und 35 auf der Platte 1 zusammen. Die Kolbenstangen sind mit ihrem anderen Ende mit Kolben beispielsweise einer Pumpe, eines Kompressors bzw. eines Motors verbunden.

Die Bewegung der Kolben wird über die Pleuelstangen usw. und die Platte 1 in eine Drehbewegung der Achse 3 umgewandelt. Der Hub der Kolben und der Pleuelstangen wird dabei durch den Winkel Alpha bestimmt, den die Platte 1 mit einer Ebene senkrecht zur Achse 3 einschließt. Durch Änderung dieses Winkels kann folglich der Hub geändert werden.

Der Winkel wird nun bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch geändert, daß über den Kanal 23 Flüssigkeit zu- bzw. abgeführt wird zu bzw. aus den Räumen 20 und 22. Dadurch tritt eine Kippbewegung der Platte 1 auf.

Damit eine gute hydrodynamische Schmierwirkung zwischen den Gleitkörpern 32 und 33 und den Laufflächen 34 und 35 auf der Platte 1 erhalten wird, ist die Platte doppelt kegelförmig ausgebildet. Dabei ist jede der Laufflächen 34 und 35 als Kegeloberfläche ausgebildet, deren Beschreibenden eines Torus 36 bzw. 37 konstanten Durchmessers um eine Mittellinie 38 bzw. 39 berühren, die je durch eine Ellipse in parallelen Ebenen 40 bzw. 41 gebildet werden, welche Ebenen einen Winkel Alpha mit der Waagerechten einschließen. Die Ebenen 40 und 41 erstrecken sich dabei parallel zueinander und liegen in einem axialen Abstand d voneinander.

Die Platte 1 läßt sich zwischen zwei äußersten Stellungen kippen, wobei der Winkel Alpha einen Minimalwert und einen Maximalwert aufweist.

Es dürfte einleuchten, daß zwischen der Platte 1, den Gleitkörpern 32 und 33 und den schalenförmigen Ausnehmungen 30 und 31 ein gewisser Spielraum h vorhanden ist. Für einen bestimmten Winkel Alpha wird dieser Spielraum bei der Konstruktion der Platte 1 wie obenstehend erörtert, während einer völligen Umdrehung der Platte konstant sein können. Wird jedoch durch Kippen der Platte 1 der Winkel Alpha geändert, so wird der Spielraum auch ändern. Dieser Spielraum kann ausgehend von einer Platte, die bei Alpha = 0 einen konstanten Spielraum aufweist, bei Alpha = 22° um 60 % zugenommen haben, was unakzeptierbar viel ist.

Der Erfindung liegt nun die nachfolgende Erkenntnis zugrunde. Bei d = 0 tritt in den äußersten Stellungen eine große Spielraumschwankung Delta S auf, während in den Mittelstellungen die Spielraumschwankung Null ist. Bei einem bestimmten Wert von d stellt es sich heraus, daß durch die Drehung und die Translation in den äußersten Stellungen eine Abnahme der Spielraumschwankung Delta S[tief]D erhalten wird, während in den Mittelstellungen die Spielraumschwankung bis Delta S[tief]M zunimmt. Annähernd stellt es sich heraus, daß die Summe dieser Zunahme und Abnahme konstant ist (siehe Figur 4b, wobei Delta S[tief]D den Verlauf des Spielraumes für die äußersten Stellungen und Delta S[tief]M für die Mittelstellungen als Funktion des Abstandes D zeigt).

Die Spielraumschwankungen können nun nach der Erfindung durch die nachfolgende Wahl klein sein:

|Delta S[tief]D| = |Delta S[tief]M| = Delta S'.

Spielraumabweichung in den äußersten Stellungen für Alpha = ,

Spielraumabweichung in den Mittelstellungen für Alpha = ,

Weiter wird dann:

(in den äußersten Stellungen),

(in den Mittelstellungen).

Bei einem bestimmten gewählten Wert des Abstandes d kann der Spielraum h, bei den Totlagen (äußerste Stellungen der Kolben) als Funktion des Verschiebungswinkels Alpha wie folgt berechnet werden. In Figur 3 ist ein Teil der Platte 1 nach Fig. 1 vergrößert dargestellt. Soll der Spielraum h in den beiden Stellungen derselbe sein, so soll 2a[tief]1 = a[tief]2 + a[tief]3 sein.

Nun ist:

S[tief]1 = a[tief]1 : tg Beta

S[tief]3=S[tief]1 - S[tief]2 = S[tief]1-(S[tief]1+R) (1 - cos Alpha) = (S[tief]1 + R) cos Alpha -R

Dies ergibt: (1)

das erste Glied dieser Formel wird Null für Alpha = 0 und das zweite Glied wird Null, wenn Alpha die nachfolgende Beziehung erfüllt

Der Spielraum bei den Totlagen schwankt nun zwischen Alpha = und Alpha = bei beliebig gewähltem Wert von a[tief]1 wie folgt:

Eine Ausarbeitung dieser Formeln ergibt den Spielraumunterschied für die Totlagen und zwar die Spielraumabnahme, die von Alpha = nach Alpha = geht.

(2)

Die Änderung des Spielraumes in den Mittelstellungen (der Kolben) zwischen Alpha = und Alpha = bei beliebig gewähltem Wert von a[tief]1 läßt sich wie folgt berechnen (siehe Figur 4): Spielraum bei Alpha minus Spielraum bei Alpha = 0 entspricht: -2 Delta

Bei Verschiebung von Alpha = nach Alpha = ist die Spielraumabnahme in der Mittelstellung: (3)

Diese Spielraumabnahme soll nach der Erfindung der Spielraumzunahme bei den Totlagen, von Alpha = nach Alpha = gehend, entsprechen also der nachstehenden Formel entsprechen: siehe (2):

Dies tritt auf, wenn:

oder in guter Annäherung

Dies ergibt:

Der Abstand d zwischen den //-Ebenen 40 und 41 (siehe Figur 1) entspricht dem Wert 2a. Wenn also: (4)

dann wird die Spielraumzunahme in den Totlagen der Spielraumabnahme in den Mittellagen entsprechend und innerhalb akzeptierbar enger Grenzen liegen.

Da die Änderung des Spielraumes h bei einem beliebigen Achsenwinkel Omega t symmetrisch in Alpha sein muß, kann h annähernd wie folgt geschrieben werden: h = a + b Alpha[hoch]2.

Die äußersten Stellungen treten auf bei Omega t = 0, Pi, 2 Pi, ... und die Mittelstellungen bei Omega t = Pi : 2, 3 Pi : 2, 5 Pi : 2,

Wird dies auf eine Konstruktion der Platte 1 angewandt, wobei für einen Abstand d eine gleiche Spielraumänderung in den Mittelstellungen entsteht wie in den äußersten Stellungen (siehe (4)), so läßt sich finden:

Omega t = 0

Omega t = Pi : 2

wobei Delta h dem Wert Delta S', wie dieser auf Seite 13 verwendet wurde, entspricht.

Weiter stellt es sich heraus, daß h = h[mit Oberstrich] also konstant wird bei

Wenn = 0

und = 22

ist, wird ein konstanter Spielraum erhalten bei Alpha =

= 15,6°.

Die Platte 1 kann dann wie für einen festen Winkel Alpha = 15,6° gemacht werden (die Ebenen 40 und 41 schließen dann einen Winkel von 15,6° der Waagerechten ein) und der Abstand d wird für diesen Fall entsprechend dem Wert der Formel (4) gewählt.

In den Figuren 5 bis 7 ist der Spielraumverlauf auf schematische Weise für eine doppelkegelförmige Platte dargestellt, die von = 0

bis = 22

verschoben werden kann.

Bei einem Abstand zwischen den Krümmungsmitten d = 0, was bedeutet, daß a[tief]1 = 0 ist, nimmt der Spielraum bei den Totlagen von Alpha = 0 nach Alpha = gehend zu und zwar (siehe (1))

Dies ist annähernd gleich:

Dieser Spielraum in den Mittelstellungen für d = a[tief]1 = 0 bleibt dann konstant (siehe (3)).

Bei einer Wahl von bleibt bei den Totlagen konstant (siehe (1)) und der Spielraum nimmt bei den Mittelstellungen um den nachfolgenden Wert ab (siehe (3)):

Dies ist annähernd auch gleich dem Wert

In den beiden Fällen treten folglich gleich große aber entgegengesetzt gerichtete Spielraumänderungen auf. Dadurch, daß für a die Hälfte des genannten Wertes gewählt wird, stellt es sich nun heraus, daß die Größe der auftretenden Spielräume halbiert wird, d.h. es tritt dann bei den Totlagen sowie in den Mittellagen eine Spielraumänderung auf, die in ihrer Größe halbiert und in ihrer Richtung entgegengesetzt sind.

In Figur 5 ist die Lage dargestellt für einen Abstand d = 0 zwischen den Ebenen 40 und 41. Die Spielraumänderungen in den Totlagen, also Omega t = 0, Pi, 2 Pi betragen +/- Delta h und in den Mittelagen sind sie Null.

In Figur 6 ist die Lage für einen Abstand dargestellt. Die Spielraumänderungen sind nun Null in den Totlagen (Omega t = 0, Pi, 2 Pi, ) und +/- Delta h in den Mittellagen (Omega t = Pi : 2, 3 Pi : 2, ...).

In Figur 7 letzten Endes ist die Lage dargestellt für einen Abstand

Die Spielraumänderungen sind nun +/- 1/2 Delta h sowohl in den Tot- als auch in den Mittellagen.

In Figur 8 ist angegeben, wie die Erfindung auch auf ein Getriebe angewandt werden kann, bei dem die Gleitkörper nicht an den Außenseiten der Platte gleiten sondern in einer Rille in der Seite der Platte angeordnet sind. Auch dabei soll der Abstand d zwischen den Ebenen 40 und 41 wieder dem in der Formel (4) gegebenen Wert entsprechen. Die benutzten Bezugszeichen entsprechen denen aus Fig. 1.

Claims (1)

1. Getriebe mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Achse, auf der eine Platte angeordnet ist, die mit einer oder mehreren Pleuelstangen zusammenarbeitet, die mit je einem Pleuelstangenkopf versehen sind, der mit zwei kugelförmigen Oberflächen versehen ist, gegen die zwei Gleitkörper mit einer ebenfalls kugelförmigen Oberfläche ruhen, welche Körper mit der anderen abgeflachten Seite mit zwei Laufflächen auf der Platte zusammenarbeiten, wobei jede der Laufflächen auf der Platte durch eine Anzahl gerader Linien gebildet ist, die sich je wenigstens nahezu senkrecht zur Umfangsgeschwindigkeit erstrecken und bei jeder Lauffläche einen zugehörenden Torus berühren, wobei die Mittellinien der beiden Tori durch zwei in parallelen Ebenen übereinander liegende Ellipsen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind um durch Kippen der Platte den Winkel, den die Platte mit einer Ebene senkrecht zur Achse einschließt, zwischen einem Minimalwinkel und einem Maximalwinkel zu variieren, während bei einer Lage der Platte, in der die zwei parallelen Ebenen einen Winkel mit einer Ebene senkrecht zur Achse entsprechend einschließen, die Ellipsen durch die Schnittlinien der betreffenden Ebenen und eines Zylinders um die Mittellinie der Achse und durch die Krümmungsmitten der kugelförmigen Oberflächen auf den Pleuelstangenköpfen gebildet sind und wobei der Abstand zwischen den Krümmungsmitten bei jedem der Pleuelstangenköpfe gleich dem nachfolgenden Wert ist:

   worin: R = der Abstand der Krümmungsmitten der kugelförmigen Oberflächen von der Mittellinie der Achse,

   Beta = der Winkel, den die Geraden, aus denen die Laufflächen gebildet sind, mit der Mittenebene der Platte einschließen, bzw. <Formel>

   der Maximal- bzw. Minimalwinkel ist, den die Platte mit der Ebene senkrecht zur Achse einschließen kann.