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BESCHREIBUNG
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Diese Erfindung findet ihre Anwendung bei einer mechanischen Übertragung
der Art, bei welcher eine Bewegung durch ein Teil übertragen wird, welches veranlaßt
wird, einer konischen Taumelbewegung unterzogen zu werden. Die Bedeutung des Ausdrucks
konische Taumelbewegung" wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten
Zeichnungen erläutert.
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Mechanische Übertragungen der bezeichneten Art wurden von anderen
Erfindern in verschiedenen Patenten beschrieben, aber die praktische Ausführung
dieser Konstruktionen legt verschiedene, zugehörige Probleme offen, welche die praktische
Verwendung der Erfindungen verhindert haben: a) das Sicherstellen eines gewünschten
Drehzahl-(und Drehmoment)Ubertragungsverhältnisses b) das Verhindern der Drehung
des taumelnden Teiles, und c) das Sicherstellen der korrekten Taumelbewegung.
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Im allgemeinen haben die Konstrukteure aus dem Stand der Technik Zahnradzähne
oder andere, getrennte Antriebsflächen verwendet, um das Drehmoment zwischen dem
taumelnden Teil und einem rotierenden Zahnrad zu übertragen, und sie haben die offensichtliche
Tatsache betont, daß die Relativanzahl an Zähnen der antreibenden und angetriebenen
Teile
mit dem Drehzahl-Ubersetzungsverhältnis der Vorrichtung übereinstimmen
muß; sie sind jedoch nicht zum Verständnis der Faktoren gelangt, welche das Drehzahl-Ubersetzungsverhältnis
bestimmen. In der Extremform hat das Unvermögen zur Lösung dieses Problems zu Feststellungen
geführt, daß für eine vorgegebene Geometrie einer mechanischen Kraftübertragung
die relative Anzahl von Zähnen frei gewählt werden kann, um das Drehzahl-Übertragungsverhältnis
zu ändern, das Verhältnis umzukehren, oder die Relativdrehung eines taumelnden Teiles
sowie eines mit diesem in Eingriff stehenden Zahnringes zu verhindern - beispielsweise
GB-PS 1 098 513 (A.B.Hagglund und Soner) sowie 1 168 381 (Schell) und US-PS 1 611
981 (Amberg) und 3 179 772 (Maroth).
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Ein Aspekt dieser Erfindung befaßt sich mit Versuchen, das Problem
b dadurch zu lösen, daß man den Eingriff zwischen einer gleichen Anzahl von Zähnen
oder ihrer mechanischen Äquivalent am taumelnden Teil und einem Führungsteil hergestellt
hat, bezüglich welchem sich das taumelnde Teil nicht drehen darf, mit Ausnahme der
Rotationskomponente der normalen Lemniskate-Bewegung des taumelnden Teils. Lösungen
dieses Typs wurden in GB-PS 1 096 779 (Baldanello), US-PS 2 699 690 (Kobler) und
3 139 771 (Maroth) sowie DE-PS 1 300 399 (Schell) und 2 106 459 (Schweigert) vorgeschlagen.
GB-PS 1 098 513 (A.B. Hagglund und Soner) fällt, obwohl es die Verwendung von Zähnen
als Hemmeinrichtung zeigt, in jene Klasse, in welcher die vorgeschlagene Lösung
des Problemes b in der Verwendung radialer Zapfen oder anderer Teile an einem taumelnden
Teil liegt, welche in Schlitzen in einem Führungsteil festgelegt sind.
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In allen Druckschriften aus dem Stand der Technik ist vorgeschlagen,
daß es ausreicht, eine gleiche Anzahl von Zähnen am taumelnden Teil und dem Führungsteil
vorzusehen. Der Erfinder hat aber herausgefunden, daß es ebenso notwendig ist,
die
Position der Zähne und deren Eingriff der inherenten Geometrie einer Taumelantriebsübertragung
zuzuordnen.
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Ein anderer Gesichtspunkt der hier beschriebenen Erfindung ist es,
den Zusammenhang zwischen dem Drehzahlübersetzungsverhältnis einer mechanischen
Übersetzung der beschriebenen Art und der Geometrie der Einrichtung zu definieren
und eine Lehre zu erstellen, wie man ein vorgegebenes Drehzahlübersetzungsverhältnis
sicherstellt.
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Beispiele einiger Taumeleinrichtungen sind in der US-PS 3 895 540
des Anmelders gezeigt.
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Diese Erfindung liefert eine mechanische Kraftübertragung der beschriebenen
Art, wobei sowohl das Maß der Taumelbewegung eines konisch taumelnden Teiles als
auch die Lage der Antriebsfläche oder -flächen des taumelnden Teiles als Funktion
des Drehzahlübersetzungsverhältnisses der Einrichtung in Relation stehen; die Erfindung
liefert insbesondere eine derartige mechanische Kraftübertragung, bei welcher die
genannten Antriebsflächen derart angeordnet sind, daß sie am Mittelpunkt der Taumelbewegung
konisch konvergieren und das Verhältnis der Drehzahl (gemessen in Taumel zyklen
pro Zeiteinheit) des taumelnden Teiles zur Drehzahl (gemessen in Umdrehungen pro
Zeiteinheit) eines nichttaumelnden Teiles, das das taumelnde Teil antreibt oder
von diesem angetrieben ist, lautet wie folgt: cos x - sin'x tån y cos x - sin x
. tan y - 1 wobei x der Taumelwinkel des taumelnden Teiles und y der Kegel-bzw.
Abschrägungswinkel seiner Zähne oder anderen Antriebsoberfläche oder -flächen ist,
wie nachfolgend noch
näher beschrieben wird.
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Die Erfindung liefert ferner bei einer mechanischen Kraftübertragung
der beschriebenen Art eine Einrichtung zum Verhindern der Drehung des taumelnden
Teils bezüglich einem Führungsteil, mit gegenseitigen Berührungsflächen am taumelnden
Teil und am Führungsteil, welche konisch am Mittelpunkt der Taumelbewegung konvergieren,
und es gilt y=-2x, wobei y der Kegel-Abschrägungswinkel der Oberfläche am taumelnden
Teil und x der Taumelwinkel ist, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.
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Die Erfindung betrifft somit eine mechanische Kraftübertragung, welche
eine Theta-Einrichtung aufweist, welche im Eingriff mit einem Stator taumelt und
sich nicht relativ zum Stator dreht. Die Theta-Einrichtung ist derart angebracht,
daß sie einer konischen Taumelbewegung um einen Mittelpunkt unterzogen wird, welcher
auf der Achse des Stators angeordnet ist, und um eine Achse drehbar ist, welche
einen Taumelwinkel x bezüglich der Statorachse bildet. Die Berührungsfläche der
Theta-Einrichtung ist beim Taumeleingriff mit einer Berührungsfläche des Stators
derart abgeschrägt, daß eine Linie zwischen dem Eingriff punkt und dem Mittelpunkt
einen Winkel y bezüglich einer Ebene senkrecht zur Statorachse bildet, wobei der
Winkel y gleich ist. Eine zweite Berührungsfläche ist an der Theta-Ein-2 richtung
für den Taumeleingriff mit einer Berührungsfläche an einem Läufer vorgesehen, der
um die Statorachse zentriert ist.
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In den beigefügten Zeichnungen ist Fig. I eine schematische Darstellung
einer typischen mechanischen Kraftübertragung der beschriebenen Art, Fig.II ein
Diagramm, welches die Arbeitsgrundlagen der Kraftübertragung der Fig. I zeigt,
Fig.
III die Ansicht eines Schnittes durch ein taumelndes Teil für eine mechanische Kraftübertragung
der beschriebenen Art, Fig. IV eine Tabelle von Werten für Abschrägungswinkel und
Taumelwinkel für mechanische Kraftübertragungen der beschriebenen Art, und zwar
für einen Bereich von Untersetzungswerten von einem taumelnden Teil auf einen Rotor,
Fig. V eine Tabelle von Werten von Abschrägungswinkeln und Taumelwinkeln für einen
Bereich von Ubersetzungswerten von einem taumelnden Teil zu einem Rotor, Fig. VI
eine Tabelle von Drehzahlübersetzungsverhältnissen für Bereiche von Werten von Abschrägungswinkeln
und Taumelwinkeln Fig. VII ein Schnitt durch eine erfindungsgemäß aufgebaute, mechanische
Kraftübertragung, Fig. VIII ein Diagramm, das noch weiter die Betriebsgrundlagen
der in Fig. I gezeigten mechanischen Kraftübertragung darstellt und Fig. IX ein
Schnitt durch eine weitere, mechanische Kraftübertragung, welche die Erfindung verkörpert.
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Fig. I der beigefügten Zeichnungen stellt schematisch eine typische
mechanische Kraftübertragung für den Taumelantrieb dar. Ein Ritzel 1 ist zur Drehung
um eine Achse 2 angebracht.
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Ein Rad 3 ist derart angebracht, daß es eine konische Taumelbewegung
um einen Mittelpunkt 4 durchführt, der auf der Achse 2 liegt. Typischerweise ist
das Rad 3 an einer exentrischen Welle angebracht, welche längs einer Achse 5 angeordnet
ist, wobei die Achse 5 um die Achse 2 derart gedreht wird, daß ein gerader Kegel
mit dem Scheitel am Punkt 4 erzeugt wird und daß die hieraus resultierende Bewegung
des Rades 3 als konische Taumelbewegung beschrieben wird. Das Rad 3 ist imstande,
sich um die Achse 5 zu drehen, und wenn demzufolge die konische Taumelbewegung fortschreitet,
dann läuft das
Rad 3 rund um das Ritzel 1. Wenn das Rad 3 an der
freien Drehung gehindert ist, dann erzeugt der Unterschied zwischen seinem Umfang
uns dem Umfang des Ritzels 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Relativdrehung
an den Ausgängen der Einrichtung. Die Linie 6 der Fig. I ist ein Schnitt durch eine
Ebene durch den Mittelpunkt 4, worauf die Achse 5 senkrecht steht, und die Linie
6 bewegt sich deshalb zusammen mit dem Rad 3 und schwenkt um einen gleichen Winkel
x zu jeder Seite einer Ebene 7, welche am Mittelpunkt 4 senkrecht zur Achse 2 steht.
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Zum Zwecke der Deutlichkeit und der bündigen Erläuterung werden die
nachfolgenden Begriffe definiert, die in diesen Unterlagen verwendet werden: a)
das Ritzel 1 wird unabhängig davon, ob es in irgendeinem speziellen Ausführungsbeispiel
größer oder kleiner ist als das taumelnde Teil oder ob es sich dreht oder ob es
ortsfest ist, als "Stator" bezeichnet, obwohl es als auch Rotor bezeichnet werden
könnte, b) das Rad oder das taumelnde Teil 3 und irgendein anderes Teil, wie etwa
eine Taumelplatte, welche einer ähnlichen Taumelbewegung unterzogen wird, wird als
"Theta-Einrichtung" bezeichnet, c) die Linie 6 wird als "Bezugslinie" bezeichnet,
d) der Winkel x wird als "x" oder als "Taumelwinkel" bezeichnet, e) eine exentrische
Welle auf der Achse 5 wird dort, wo sie verwendet wird, als "Kosinus-Spindel" bezeichnet.
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Es wird darauf hingewiesen, daß die gewünschte Bewegung der Achse
5 und der Theta-Einrichtung durch andere Mittel erzielt werden kann als durch eine
Kosinus-Spindel (beispielsweise durch das geneigte Betätigungsteil um das Kardan-
bzw.
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Kugelgelenk der US-PS 3 139 772 (A.M. Maroth), aber in den meisten
Verwendungsformen wird aus Gründen der Einfachheit, Festigkeit, niedrigen Reibungsverluste
und Genauigkeit der Steuerung der Taumelbewegung die Kosinus-Spindel bevorzugt,
und sie gestattet die Verwendung genormter Lagerungskomponenten.
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Bei der folgenden Beschreibung der Erfindung wird darauf abgezielt,
die Bedingungen zu erläutern, welche bei der Konstruktion einer Steuereinrichtung
für ein taumelndes Teil der beschriebenen Art beachtet werden sollen, um zu erläutern,
wie man diese Bedingungen auf die Konstruktion von Getrieben anwendet. Obwohl die
Beschreibung mathematische Ausdrücke umfassen wird, wird ausdrücklich darauf hingewiesen,
daß nicht darauf abgezielt wird, einen mathematischen Beweis der Erfindung zu liefern.
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Fig. II der beigefügten Zeichnung zeigt die Linien 2, 5, 6 und 7,
den Punkt 4 und den Winkel x der Fig. I. Zusätzlich ist ein Punkt 8 als Punkt für
den Antriebseingriff des Stators 1 und der Theta-Einrichtung 3 gewählt. Am Punkt
8 sind die wirksamen Radien des Stators bzw. der Theta-Einrichtung senkrecht auf
die Achse 2 und die Achse 5 als Lote gefällt und in Fig. II als r und R bezeichnet.
Bei dieser Beschreibung und auch in den Ansprüchen soll das Symbol r zur Darstellung
des wirksamen Radius des Stators und das Symbol R zur Darstellung des wirksamen
Radius der Theta-Einrichtung bei jedem vorgegebenen Punkt der Antriebsberührung
verwendet werden, unabhängig davon, ob r und R unterschiedlich oder gleiahsind.
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Die Linie 9 verbindet den Punkt 8 mit dem Taumelmitt punkt 4 und bildet
am Taumelmittelpunkt 4 mit der Bezugslini 6 einen Winkel y. Durch Auswertung der
Dreiecke in Fig. II wird die folgende Formel erzielt:
was zeigt, daß die Werte x und y vom Verhältnis von r zu R an
jedem vorgegebenen Punkt der wirksamen Antriebsführung abhängig sind.
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Wenn die Theta-Einrichtung einen Taumelzyklus fertigstellt, dann bewegt
sich der Punkt 8 in einem Kreis mit dem Radius r um die Achse 2 und beschreibt ein
Stator einen Kreis von zur Umfang, und an der Theta-Einrichtung einen Kreis von
2T/R Umfang. Wenn r und R gleich sind, dann liegt keine Relativdrehung zwischen
Stator und Theta-Einrichtung vor, aber wenn sie unterschiedlich sind, dann liefert
der ständige Eingriff des Stators und der Theta-Einrichtung bei einem vollständigen
Taumel zyklus der Theta-Einrichtung eine Drehverlagerung des Stators bezüglich der
Theta-Einrichtung, welche an dem durch den Punkt 8 beschriebenen Kreis gleich ist
dem Unterschied zwischen 2 X R und 2 kr. Wenn das Symbol S verwendet wird, um die
Eingangsdrehzahl bzw. -frequenz zu bezeichnen, die durch die Ausgangsdrehzahl geteilt
ist, dann ist das Verhältnis der zyklischen Taumelfreuqenz der Theta-Einrichtung
zur Drehzahl der Relativdrehung des Stators und der Theta-Einrichtung (B) S= r r-R
Es wird vermerkt, daß die Gleichung B einen negativen Wert für S ergibt, wenn R
größer ist als r, und dies liegt in der Tatsache, daß unter solchen Umständen der
Läufer in der entgegengesetzten Richtung zur zyklischen Taumelbewegung der Theta-Einrichtung
dreht. Wenn beispielsweise die Theta-Einrichtung an eine Kosinus-Spindel angebracht
ist, dann können Anordnungen, bei welchen der Wert von R größer ist als r deshalb
verwendet werden, um zusätzlich zur Drehzahl-bzw.
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Frequenzänderung eine Drehrichtungsumkehr zu liefern.
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Aus der Gleichung B kann ferner die folgende Gleichung abgeleitet
werden:
(c) r = S R 5-1 welche es ermöglicht, daß das Drehzahlübersetzungsverhältnis
der Einrichtung in die Gleichung A eingesetzt wird, so daß sich dann ergibt:
Die Gleichung D kann derart umgeformt werden, daß sie einen unmittelbaren Wert für
S liefert, der ausgedrückt ist durch die Winkel x und y: (E) 5 = cos x - tan y.
sin x cos x - tan y. sin x - 1 Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die
Gleichungen A, D und E in anderen Ausdrücken als trigonometrischen Funktionen gemäß
der Gesetze der Trigonometrie ausgedrückt werden können, jedoch die gewählte Ausdrucksweise
ist die einfachste und in der Praxis die am leichtesten verwendbare, um die Geometrie
einer zu bauenden Einrichtung abzuleiten. Es wird auch darauf hingewiesen, daß sich
aus der Gleichung A ergibt, daß für cos x = r y = O. In dieser Be R' schreibung
wird dieser spezielle Wert von x als e bezeichnet, d.h. e = arccos
Durch Anwenden der von Fig. II abgeleiteten Gleichungen ist ersichtlich, daß für
jedes Getriebe mit einem vorgebenen Drehzahlübertragungsverhältnis S und Taumelwinkel
x ein einziger Wert des Verhältnis r.R für alle Punkte der Antriebsberührung beachtet
werden muß, d.h., alle derartigen Punkte müssen auf einer einzigen Linie 9 liegen,
welche durch den Taumelmittelpunkt 4 hindurchgeht. Jeder Berührungspunkt zwischen
Stator und Theta-Einrichtung, der nicht auf dieser
Linie 9 liegt,
oder auf dem Konus, von welchem die Linie 9 ein Schnitt ist, wird einen unterschiedlichen
Wert für das Verhältnis r:R haben und wird daher dazu neigen, ein unterschiedliches
Drehzahlübertragungsverhältnis zu liefern, weil der Wert von S, der aus den Gleichungen
B oder C abgeleitet ist, unterschiedlich sein wird. Wenn die Einrichtung Antriebszähne
verwendet, dann wird das Ergebnis eine Beschädigung der Zähne sein.
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Es ist nun ersichtlich, daß die Konstruktionen aus dem Stand der Technik
deshalb versagt haben, weil sie nicht die abgeleiteten Prinzipien angewandt hatten.
In US-PS 2 699 690 (A.J.
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Kobler) wird beispielsweise den Leser gelehrt, Antriebsflächen zu
verwenden, welche auf einer Linie liegen, die die Achse des Rotors fern vom Taumelmittelpunkt
schneidenlund welche zerstört werden würden, wenn die Einrichtung betätigt würde.
In der Praxis ist die Theta-Einrichtung üblicherweise als eine Platte mit Stirnflächen
gebildet, die parallel zur Ebene laufen, die im Schnitt durch die Bezugslinie 6
dargestellt ist, und der Winkel y stellt den Kegelwinkel dar, unter welchen die
Zähne oder andere Antriebsflächen der Theta-Einrichtung gebildet sind. Fig. III
zeigt eine typische Theta-Einrichtung für eine mechanische Kraftübertragung, bei
welcher der Wert von R größer ist als von r. Die Theta-Einrichtung ist eine flache,
kreisförmige Platte 10, die in ihrer Mitte eine Bohrung 11 zur Aufnahme einer Kosinus-Spindel
und eines Lagers aufweist. Die Platte ist mit einer ringförmigen Berührungsfläche
12 versehen, welche der Einfachheithalber als Reibungsantriebsfläche gezeigt ist.
Die Berührungsfläche 12 ist an der Oberfläche eines Kegels ausgebildet, dessen Scheitel
am Taumelmittelpunkt 4 liegt, und ist unter einem Kegelwinkel y ausgebildet, der
aus der Gleichung D abgeleitet ist. Wenn x = e , dann ist der Kegelwinkel y Null
und die Kontaktfläche 12 würde an der Platte 10 eben ausgebildet.
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In dieser Beschreibung und den Ansprüchen wird der Winkel y als "Kegelwinkel"
bezeichnet. Der Wert des Winkels y ist die Winkelverlagerung der Linie 9 von der
Bezugslinie 6 gegenüber der Ebene, die durch die Linie 7 dargestellt ist, und ist
positiv, wenn der Winkel von jener Seite der Bezugslinie 6 ausgemessen ist, welche
von der Linie 7 abgewandt ist, und ist negativ, wenn er von jener Seite der Bezugslinie
6 aus gemessen wird, welche der Linie 7 zugewandt ist. Wenn y positiv ist, dann
ist der Kegel, wie dies in Fig. III gezeigt ist, als Vertiefung ausgebildet, und
wenn Antriebszähne verwendet werden, wird die beste Leistung geliefert durch "Zusammenwirkendeloder
"KonvexgKonkave Zähne". Wenn y negativ oder Null ist, dann ist ein vorspringender
oder gar kein Kegel verwendet, und die herkömmlichen Erzeugungsmethoden sind geeignet.
Zu diesem Zweck wird es, wo es der gewählte Wert S und der annehmbare Bereich von
x gestatten, bevorzugt, einen Nullwert oder negativen Wert für y zu wählen, im Gegensatz
zu den meisten Ausführungen, welche der Stand der Technik liefert.
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In Fig. IV, V und VI sind Tabellen für Werte der Größen S, x und y
dargestellt. In Fig. IV sind die Werte S von minus 100 bis minus 1 und von plus
2 bis plus 100 in der äußersten linken Spalte aufgetragen, und die Werte x von 1
bis 30° sind in der oberen Linie aufgetragen. Die entsprechenden Werte von y in
G raden sind im verbleibenden Abschnitt der Figur dargestellt. Fig. V ist ähnlich,
aber für einen unterschiedlichen Bereich der Werte S. Beide Tabellen zeigen die
Werte von y bis auf zweiDezimalstellen, und zwar abgeleitet unter Verwendung der
Gleichung D. Es wird vermerkt, daß keine Werte für ein Drehzahlübertragungsverhältnis
von + 1 vorgelegt sind, da dieser Wert keine rationale Lösung auf die Gleichungen
A oder D liefern kann.
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Werte für minus 1 sind allerdings vorgelegt und stellen die Drehung
des Stators relativ zur Theta-Einrichtung mit
derselben Drehzahl,
aber in der entgegengesetzten Richtung zur Taumelbewegung dar. Es wird auch vermerkt,
daß die Tabellen unzweckmäßige Werte umfassen; wo (x + y) größer ist als 900, ist
die Konstruktion der Einrichtung unzweckmäßig bzw. praktisch nicht verwirklichbar.
In Fig. VI sind Werte S für entsprechende Werte von x und y gezeigt,welche längs
der horizontalen bzw. vertikalen Achse gezeigt sind, und es wird darauf hingewiesen,
daß keine rationalen Werte vorgelegt werden können, wenn y= - 2x ist; bei diesem
Wert von y liegt keine Relativdrehung vor, und der Eingriff mit einem Stator bei
diesem Wert y kann verwendet werden, um die Drehung der Theta-Einrichtung zu verhindern.
Mehr über dieses Merkmal der Erfindung wird im Zusammenhang mit den Fig. VIII und
IX vorgetragen.
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Die Tabellen sind nicht dazu bestimmt, jede wahrscheinliche Kombination
der Werte x, y und S zu liefern. In der Praxis muß der Konstrukteur die Gleichungen
anwenden, die vorgelegt wurden, aber die Tabellen zeigen die besseren Bereiche,
aus denen x und y gewählt werden sollten.
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Die Auswahl von y ist nicht völlig frei, da vermerkt werden wird,
daß für bestimmte Kombinationen von x und S sehr kleine Änderungen im Werte von
y großen Änderungen im Werte von S entsprechen. Derartige Kombinationen sollten,
falls möglich, wegen der Schwierigkeit vermieden werden, genau den gewünschten Wert
von S sicherzustellen, wenn normale Herstellungsungenauigkeiten in Rechnung gezogen
werden; der Leser sollte vielmehr Kombinationen wählen, bei welchen große Änderungen
im Wert von y kleinen Änderungen im Wert von S entsprechen. Unter Verwendung der
Tabellen kann der Leser den allgemeinen Bereich der Werte x und y auswählen, welcher
den gewünschten Wert von S in der für seine Zwecke vorteilhaftesten Weise liefern
wird, und dann die genauen Werte unter Verwendung der Gleichung D ermitteln. Die
Verwendung der Gleichung D wird vorgeschlagen, weil in den
meisten
Verwendungsfällen S vorgegeben sein wird und dann ein Wert x gemäß dem Bereich von
Kosinus-Spindelwinkeln gewählt wird, der für den Benutzer und für verschiedenartige
praktische Erwägungen verfügbar ist, was noch den genauen, erforderlichen Wert y
übrigläßt, der bestimmt werden muß, um den vorgegebenen Wert S zu erhalten.
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Es wird nun ein Beispiel der Leistungsfähigkeit der Erfindung unter
Bezugnahme auf Fig. VII der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es wird darauf
abgezielt, eine mechanische Kraftübertragung zu konstruieren, bei welcher S = +
20 (d. ist hier ein Drehzahl-Untersetzungsverhältnis von 20:1, wobei der Stator
relativ zu Theta-Einrichtung in derselben Richtung wie die Taumelbewegung dreht),
unter Verwendung einer verfügbaren Kosinus-Spindel mit einem Exzentritätswinkel
von 120. Fig. IV zeigt, daß die Kombination zweckmäßig ist und in einen Bereich
fällt, in welchen kleine Änderungen im Wert von y keine großen Änderungen im Wert
von S hervorrufen. Unter Anwendung der Gleichung D ist für S = + 20 und x = 120
der erforderliche Wert von y = - 19,710. Da y einen negativen Wert aufweist, wird
ein vorspringender Kegel an der Theta-Einrichtung erforderlich sein, und zum Zwecke
der Klarheit wird die Verwendung von Reibungsflächen gezeigt. Wenn Zähne verwendet
werden sollen, dann liefert die Gleichung C das Verhältnis der Zähne zahl am Rotor
zur Zähnezahl an der Theta-Einrichtung, wobei für S = 20 das Verhältnis 20:19 ist,
und zwar beispielsweise 40 Zähne am Stator und 38 Zähne an der Theta-Einrichtung.
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Eine normgerechte, kreisförmige Platte ist die Grundlage für die Theta-Einrichtung
13 und ist derart bearbeitet, daß eine Kegelringfläche 14 mit 19, 710 geliefert
wird, welche mit einer Reibungsbeschichtung bzw. Reibungsfläche 15 versehen ist.
Die Theta-Einrichtung 13 weist eine mittige Bohrung 16 auf, welche ein genormtes
Lager 17 aufnimmt,
das sich rund um die gewählte Kosinus-Spindel
18 erstreckt, die an einer Welle 19 ausgebildet ist. Die Drehung der Welle 19 veranlaßt
eine konische Taumelbewegung der Theta-Einrichtung über einen Taumelwinkel hinweg,
der gleich ist der Exzentrizität der Kosinus-Spindel bezüglich der Welle 19, und
zwar in diesem Fall 120.
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Ein Stator 20 wird dann mit einer ringförmigen Reibungsfläche 21 gebildet,
die derart angeordnet ist, daß sie mit der Fläche 15 der Theta-Einrichtung in Eingriff
tritt, wie dies in Fig. VII gezeigt ist: die Fläche 21 ist auf der Drehachse der
Welle 19 zentriert. Wenn die Welle 19 gedreht wird, dann erzeugt das Abrollen der
Theta-Einrichtung rund um die Fläche 21 des Stators eine Relativdrehung der Theta-Einrichtung
und des Stators um die Achse der Welle 19.
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Wenn die freie Drehung der Theta-Einrichtung verhindert wird, dann
wird die Drehung des Stators in der selben Richtung wie die Drehung der Welle 19
mit 1/20 der Drehzahl erfolgen.
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Wenn der Stator an der Drehung gehindert ist, dann wird sich die Theta-Einrichtung
selbst mit 1/19 der Drehzahl drehen, aber in der entgegengesetzten Richtung. Zwischenliegende
Bedienungen können durch kontrolliertes Hemmen der Drehung eines oder beider Einrichtungen,
und zwar der Theta-Einrichtung und des Stators, erhalten werden. In einigen Anwendungsfällen
kann es erwünscht sein, eine genormte Theta-Einrichtung herzustellen, welche mit
einer Vielzahl von Kosinus-Spindeln (oder anderen Betätigungseinrichtungen) verwendet
werden kann, um eine Auswahl aus einem Bereich der Werte S herzustellen.Füreinen
verhältnismäßig weiten Bereich negativer Werte von S zeigt Fig. VI, daß es praktisch
ist, eine flache bzw. ebene Theta-Einrichtung zu verwenden, d.h. eine, bei welcher
y = o. Abgesehen von der einfachen und mühelosen Herstellung der derart geformten
Theta-Einrichtung gestattet ihre Konstruktion auch eine einfache Errechnung des
Wertes des erforderlichen Taumelwinkels. Wie bereits festgestellt, ist, wenn y =
O, x =
und es ist somit einfach, den Taumelwinkel zu bestimmen,
der für x = e = arcco
erforderlich ist. Bei spielsweise ist für ein Drehzahluntersetzungsverh<nis
von - l0Qe= arccos 100/101= 8,070, und eine Kosinus-Spindel dieses Exzentrizitätsgrades
wird gewählt werden.
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Wenn der genaue Wert von S nicht kritisch ist, wird eine 8°- Kosinus-Spindel
ein annehmbares Drehzahluntersetzungsverhältnis von - 101,75 liefern, wie durch
die Gleichung E festgestellt wird.
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Es muß darauf verwiesen werden, daß, obwohl die Erfindung anhand des
Eingangs an der Theta-Einrichtung beschrieben wurde, es im Prinzip möglich ist,
ihre Wirkungsweise umzukehren und den Eingang am Stator oder durch Drehung der Theta-Einrichtung
anstelle durch deren Taumelbewegung herzustellen. Angesichts der mangelnden Praktizierbarkeit
der meisten Kombinationen von x und y, die in Fig. V vorgelegt sind, ist es üblicherweise
ratsam, diesen umgekehrten Gebrauch zu verwenden, wenn eine Drehzahlerhöhung erforderlich
ist. Bei dieser Beschreibung und den Ansprüchen wird auf den Winkel y als "Kegelwinkel"
Bezug genommen. Wenn eine Relativdrehung zwischen der Theta-Einrichtung und dem
Stator vermieden werden soll, sollte die gesamte derartige Berührung an dem Konus
stattfinden, von welchem die Linie 9 ein Schnitt ist, wobei der Winkel y die Lage
einer derartigen Linie 9 relativ zur Bezugslinie 6 definiert, welche derart ist,
daß r = R oder r = 1. Die Gleichung A definiert den er-R forderlichen Wert von y
wie folgt: (F) y = - x 2
Der Negativwert zeigt an, daß die Winkelverlagerung
y der Linie 9 gegenüber der Bezugslinie 6 von jener Seite der Bezugslinie 6 aus
gemessen ist, welche der Ebene 7 am nächsten liegt. Die Linie 9 wird stets zwischen
der Ebene 7 und der Bezugslinie 6 mit einer Winkelverlagerung von 1 x gegenüber
der letztgenannten angeordnet sein und 2 somit einen vorspringen Kegel für eine
Berührungsfläche gestatten, die auf der Linie 9 an der Theta-Einrichtung gelegen
ist.
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In Fig. VIII zeigt der Pfeil 110 den Berührungsbereich mit dem Stator
an, der in Fig. 1 gezeigt ist. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß gleichzeitig
die entgegengesetzte Seite der Theta-Einrichtung in Berührung mit einem zweiten
Stator an der anderen Seite der Theta-Einrichtung in jenen Bereich gebracht werden
kann, der durch-den Pfeil 111 angezeigt ist. Relativ zu einem derartigen Bereich
findet die Berührung zwischen der Theta-Einrichtung und dem Stator an der Linie
19' statt. Somit kann eine Theta-Einrichtung konstruiert werden, die dieArbeits-Antriebsoberflächen
an der einen Seite zum Betrieb am Bereich -110 aufweist,und Kontrollflächen an der
entgegengesetzten Seite zur Wirkung am Bereich 111 aufweist. Diese Anordnung ist
allerdings nicht allgemein zu empfehlen, weil die Drehmomentübertragung und die
Reaktionskräfte in einer Theta-Einrichtung an der Arbeits-Antriebsfläche und dem
Punkt oder den Punkten wirksam sind, an welchen die Gegendrehungskraft aufgebracht
wird, und diese Punkte sollten, um Spannungen auf ein Mindestmaß zu reduzieren,
so nahe zusammengebracht werden wie möglich. Es ist deshalb bevorzugt, dic vorliegende
Erfindung dadurch anzuwenden, daß man sowohl Arbeits- als auch Kontrollfläche derart
vorsieht, daß sie an der selben Seite der Theta-Einrichtung so nahe wie möglich
zueinanderliegend wirksam sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. IX gezeigt. Ein
Gehäuse 112 enthält eine Theta-Einrichtung 113 und einen Rotor bzw. Läufer 114,
wobei die Theta-Einrichtung an einer Kosinus-Spindel 115 mit 150 angeordnet ist,
um einen Taumelwinkel von 150 zu erzielen. Um die Drehung der Theta-Einrichtung
innerhalb des Gehäuses zu verhindern, weist die Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung einen Zahnring 116 an der Theta-Einrichtung und einen hiermit zusammenwirkenden
Zahnring 117 am Gehäuse vor, wobei die beiden Ringe derart angeordnet sind, daß
ihr Eingriff so nahe wie möglich am Eingriff der Theta-Einrichtung mit dem Läufer
14 stattfindet. Der Eingriff der beiden Zahnringe 116, 117 ist derart angeordnet,
daß er an einer Linie 118 an einer Stelle - 1 x stattfindet, 2 d.h. bei einem Winkel
von 7 1o gegenüber der Ebene 19, 2 welche senkrecht zur Achse 120 des Läufers beim
Taumelmittelpunkt 121 steht. Weil r = R , ist eine gleiche Zähnezahl an beiden Ringen
vorgesehen. Die Theta-Einrichtung ist somit an der Drehung relativ zum Gehäuse 112
gehindert, obwohl ausdrücklich darauf hingewiesen wird, daß sich auch das Gehäuse
selbst relativ zu irgendeinem vorgegebenen Bezugsrahmen drehen kann, um beispielsweise
eine Einrichtung zum Verändern der Ausgangsdrehzahl der Vorrichtung relativ zu einem
derartigen Bezugsrahmen zu liefern.
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Mit der vorgegebenen Kosinus-Spindel, deren Winkel notwendigerweise
x entspricht, sowie einem Kegelwinkel y = - 1 x wird, wenn sich die Welle 122 dreht,
das Teil 2 113 um den Taumelmittelpunkt 121 taumeln, aber soweit die Werte r und
R der Eingriffsflächen des Stators und des Taumelteils gleich sind, wird sich das
Taumelteil 113 nicht relativ zum Stator oder Gehäuse 112 drehen.
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Der Übertragungsmechanismus beim bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt
auch einen Rotor 120, dessen Achse mit der Achse der Welle 122 zusammenfällt und
der eine Eingriffsfläche 123 aufweist, welche mit einer zweiten Eingriffsfläche
124 des Taumelteiles 113 in Eingriff steht.
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Der Eingriff kann über eine Reibungsberührung, Zahnräder oder dergleichen
stattfinden. Der Eingriff der Flächen 124 und 123 bildet eine Linie, die sich durch
den Taumelmittelpunkt 121 erstreckt. Der Zusammenhang zwischen dem Übertragungsverhältnis
S (dem Verhältnis der Taumel zyklen pro Zeiteinheit zu den Rotorzyklen pro Zeiteinheit),
der Taumelwinkel x und der Kegelwinkel y(der Winkel zwischen der Bezugslinie 6 und
der Kegellinie 125) ist bevorzugt wie folgt: S = cos x - tan y . sin x cos x - tan
y . sin x - 1 Zusätzlich ist, wenn Zahnradzähne verwendet werden, das Proportionalitätsverhältnis
der Zähne an der Oberfläche 24 zu jenen an der Oberfläche 23 ebenso definiert wie
folgt: Zähne am Taumelteil -- R = 5-1 Zähne am Rotor r s Es wurde ein Ausführungsbeispiel
beschrieben, bei welchem der Steuereingriff mittels Zähnen stattfindet. Er kann
auch mittels Reibungsflächen oder durch Vorsprünge und Ausnehmungen oder durch irgendeine
andere Eingriff einrichtung der Theta-Einrichtung und des Gehäuses, jedoch im wesentlichen
nur an der Linie 118 bei - 1/2 x stattfinden. Wo eine getrennte Eingriffseinrichtung
verwendet wird, muß, da r = R, eine gleiche Anzahl oder eine Eins-Zu-Eins-Zuordnung
an der Theta-Einrichtung und dem Gehäuse oder einem anderen Teil vorliegen, in Relation
zu welchem die Drehung der Theta-Einrichtung verhindert werden soll. Obwohl ein
Ausführungsbeispiel einer Taumelantriebsübertragung beschrieben wurde, sollte ausdrücklich
darauf hingewiesen werden, daß die selben Prinzipien
und auch
der selbe Aufbau, der die Ringe 116 und 117 umfaßt, verwendet werden könnte, wenn
die Theta-Einrichtung 13 lediglich als Taumelplatte wirksam wäre, statt den Rotor
114 anzutreiben oder von diesem angetrieben zu werden. Obwohl es bevorzugt ist,
zwei Taumel-Eingriffsoberflächen an der selben Fläche des Taumelteils aufzuweiten,
könnte ferner auch die Oberfläche, die mit dem Rotor in Eingriff steht, auf jener
Fläche angeordnet sein, welche gegenüber der Fläche liegt, die mit dem Stator in
Eingriff steht.
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