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Kraftübertragungsgetriebe. Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet
ein Übertragungsgetriebe mit selbsttätig veränderlichem Drehmoment, bei welchem
in die kraftübertragenden Teile elastische Zwischenglieder so eingeschaltet sind,
daß diese Zwischenglieder Arbeit aufspeichern können, um sie nachwirkend an die
getriebenen Teile weiterzugeben, wodurch in Abhängigkeit vom Widerstande der getriebenen
Teile ein veränderliches Drehmoment und Übersetzungsverhältnis erreicht wird.
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In der Zeichnung, Abb. r, 2, 3 und q., ist eine beispielsweise Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes, und zwar nur je ein Aggregat, schematisch zur Darstellung
gebracht, da das Maß der Veränderlichkeit des Drehmomentes an der getriebenen Welle
W nur von der Anzahl der auf dieser Welle angeordneten gleichartigen Aggregate abhängt.
In Abb. z ist als elastisches Zwischenglied eine Spiralfeder ohne Vorspannung eingebaut,
während in Abb. 2 diese Spiralfeder mit Vorspannung eingebaut ist. Diese Vorspännung
wird durch die Anschläge a am Federgehäuse und a1 an der getriebenen Welle bewirkt.
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Mit der getriebenen Welle Wist das eine Ende der Spiralfeder S fest
verbunden, wogegen das andere Ende der Spiralfeder mit einem Doppelsperrwerk Sw
verbunden ist, welches lose auf der Welle W sitzt und durch den von der Triebkraft
betätigten schwingenden Mitnehmer M weiterbewegt wird, wobei der mit dem Gehäuse
verbundene Festhalter F eine Rückwirkung auf die treibenden Teile verhindert.
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Wird für die Bewegung des Mitnehmers eine Kurvenscheibe verwendet,
dann kann diese Kurvenscheibe so ausgebildet werden, daß der Festhalter F wegfallen
kann und daher nur ein einfaches Sperrwerk notwendig ist.
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Die Veränderlichkeit der Drehmomente wird durch die Art des Antriebes
der Mitnehmer wie auch durch das Diagramm und die Größe der Vorspannung in den Spiralfedern
beeinflußt. Die Kraftquelle wird je nach Ausführungsart mehr oder weniger Kraftreserve
haben müssen.
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Zur Erklärung der Wirkungsweise eines vollständigen Getriebes sei
daher folgendes angenommen. Die Spiralfedern sind wie in. Abb. 2 durch die Anschläge
a und a1 mit so großer Vorspannung eingebaut, daß die Normalleistung der Kraftquelle
durch Kurvenscheiben noch ohne Nachgeben der Federelemente übertragen werden kann.
Die Weichheit der Spiralfedern ist so groß, daß der Vorspannungsweg ein vielfaches
des Mitnehmerweges ist. Die Form der Kurvenscheiben ist derartig; daß die Impulse
nicht ineinandergreifen, sondern sich aneinanderreihen und jedes Aggregat nur einen
Impuls pro Treibwellenumdrehung erhält.
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Ist nun der Widerstand der getriebenen
Welle kleiner
als das Vorspannungsmoment der Spiralfedern, so wird der Weg des Mitnehmers durch
das Sperrwerk direkt auf die getriebene Welle übertragen, die Federgehäuse haben
in diesem Falle gleichförmig rotierende Bewegung. Wird nun der Widerstand der getriebenen
Welle größer als das Vorspannungsmoment der einzelnen Spiralfedern, dann wird der
Weg des Mitnehmers nur teilweise auf die getriebene Welle übertragen, die Tourenzahl
derselben sinkt und die hierbei aufgespeicherte Kraft muß das Drehmoment verstärken,
da dann mehrere Federn gleichzeitig auf die getriebene Welle wirken. Die Federgehäuse
werden jetzt ungleichförmige Bewegungen ausführen.
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Vernachlässigt man die geringe Erhöhung der Federnvorspannung bei
Kraftaufspeicherung, dann ergeben sich folgende Beziehungen. Ist n die größte Tourenzahl
der getriebenen Welle, nl die jeweilige Tourenzahl der getriebenen Welle, Z die
Anzahl der auf die getriebenen Welle dauernd wirkenden Feder, md das Federvorspannungsmoment
jeder Feder, Md das Drehmoment der getriebenen Welle, dann ist
unmittelbar 12 A W , jeder Z kann auch eine gebrochene Zahl sein.
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Das abgegebene Drehmoment- wird in diesem Falle schwanken.
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Bei Verwendung von Federn ohne Torspannung,wie Abb. r, ergeben sich
ähnliche Verhältnisse. Die Anzahl der Aggregate wird doppelt so groß sein müssen
wie im Fall Abb. 2, da immer mindestens zwei Federn auf die getriebene Welle wirken,
die Kraftquelle 6o' muß eine viel größere Kraftreserve haben.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung mit Antrieb der
Schwingen durch versetzte urirunde Scheiben ist in Abb. 3 in der Seitenansicht,
teilweise im Schnitt, in 9,40 ' tlbb. q. im Querschnitt bzw. in der Stirnansicht
dargestellt; Abb.5 zeigt eine andere Ausführungsform der Kurvenscheiben, Abb.7 in
der Querschnittansicht eine andere Ausführungsform des Schwingenantriebes mittels
Exzentern, welche versetzt auf der Motorwelle angeordnet sind; in Abb. g ist für
die in den Abb. 5 und 6 dargestellte Ausführung in einem Schaubild gezeigt, wie
groß das aufgewendete mittlere Drehmoment n-ad der Schwingen und das mittlere Drehmoment
der getriebenen Welle Md, bezogen auf denselben Umfang ist, wenn verschieden große
Teile des ganzen ussch agswinkels u der Schwinge unmittelbar zur Drehung der getriebenen
Welle verwendet werden.
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In Abb. =3 ist für die in Abb. g ver-Welle. anschaulichte Ausführung
ein Schaubild der auf die getriebene Welle wirkenden Spannungen unter der Annahme,
daB die Schwankung jeder Schwinge nur zur Hälfte auf die getriebene Welle übertragen
wird, in Abb. rq. unter der Voraussetzung, daß nur ein Viertel jedes Schwingenausschlages
unmittelbar zur Drehung der getriebenen Welle benutzt wird, dargestellt. Hierbei
sind die Spannungsgrößen den Schanzbildern Abb. zz und entnommen, welche wie Abb.
zo deren Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel der Feder zeigen, wobei letztere bbildung
für den Fall gilt, wenn die getriebene Welle keine Drehung erfährt, so daß die Feder
längs dem ganzen Winkel a. angespannt und ihr schließlich die Spannung S erteilt
wird.
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Auf der angetriebenen Welle sind sechs gleiche Federn a an je einem
Ende befestigt, während die anderen Enden an den Innenteilen v von je einem Schaltwerk
festgemacht sind, dessen Außenteil mit je einer Schwinge na fest verbunden ist und
bei Verschwenkung derselben in der Richtung des Pfeiles a mit den Innenteilen gekuppelt
wird.
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Bei der in den Abb. 5 und 6 dargestellten Ausführung ist am freien
Ende Schwinge stz eine Rolle b gelagert; die Rollen werden durch je eine Feder f
mit je einer von sechs gleichmäßig um je 60° versetzt auf der Motorwelle t angeordneten,
urirunden Scheiben I bis VI im Eingriff gehalten. Die Flanken dieser urirunden Scheiben
bestehen aus einer Anlauffläche z=2 mit zunehmenden Halbmessern, einem zur Welle
t konzentrischen Teile 2-3 und einer Ablauffläche 3-z mit . abnehmenden Halbmessern.
Die Anlauf- sowie die Ablaufflächen erstrecken sich über je einen Zentriwinkel und
sind so gestaltet, daB sie im von' Eingriff mit den Schwingenrollen diesen eine
gleichförmige Geschwindigkeit bei ihren jeweiligen Ausschlägen um den Winkel u erteilen;
durch den konzentrischen, einen Zentriwinkel von umfassenden Teil 2-3 der Scheibe
wird bezweckt, der zugehörigen Schwinge keine Bewegung zu erteilen, während deren
Rolle b an diesem Scheibenteile abrollt. Die Ablauffläche 3-z ermöglicht mit Unterstützung
der Feder f die Rückkehr der Schwinge in ihre innere Lage. Die Feder f hat keinen
EinfluB auf die getriebene Welle.
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Durch diese Anordnung könnten die Schwingenwinkel a, nur dann vollständig
auf die getriebene Welle übertragen werden, wenn deren Widerstand Null wäre. Je
größer der Widerstand ist, ein um so geringerer Teil des Schwenkungswinkels u wird
unmittelbar auf die getriebene Welle übertragen und ein um so größerer Teil wird
zur Erzeugung der Federspannungen verwendet, und um so geringer ist die Geschwindigkeit
der getriebenen Ist der Widerstand derselben so groß (die
Geschwindigkeit
demgemäß so klein), daß weniger als des 9chwenkungswinkels a, unmittelbar auf
die getriebene Welle-_übertragen werden, so sind an der Stelle 3 der Scheibenflanken
noch Federspannungen vorhanden und diese werden daher durch die Ablaufkurve teilweise
an die treibende Welle zurückgegeben. Wird der Widerstand größer als die Summe aller
Spannungen in den Federn, so muß die getriebene Welle w stehenbleiben, während die
treibende Welle t weiterlaufen kann, wobei dann die vermittels der Anlaufflanken
in den Federn hervorgerufenen Spannungen vermittels der Ablaufflanken wieder an
die Welle t zurückgegeben werden und daher eine Leistungsübertragung aufhört, während
eine Spannung 5 S dauernd auf die getriebene Welle wirkt, da immer vier Schwingungen
sich in der äußeren Lage mit der Spannung von je = S befinden und von den Rollen
der restlichen zwei Schwingungen sich eine auf der Anlauf-, die andere auf der Ablauffläche
befindet; die Summe dieser beiden Schwingenspannungen, die auf die getriebene Welle
wirken, wird immer x S sein, da z. B. dem Ausschlag der .einen Schwinge von i%4
a nach außen eine Spannung von
und dem gleichzeitigen restlichen Ausschlag von 3/4 cc der zurückschwingenden Schwinge
nach innen eine Spannung von 3/4 S entspricht. Mit der Größe des Widerstandes sinkt
die Geschwindigkeit der getriebenen Welle, während sich die Zahl der gleichzeitig
wirksamen Federn erhöht. Das Zusammenwirken der Federn ergibt sich nach den Schaubildern
Abb. r3 und 1q. mit den von der getriebenen Welle durchlaufenen Winkeln in Bogenmassen
als Abszissen und den auf dieselbe wirkenden Tangentialspannungen als Ordinaten
unter Berücksichtigung folgender Erwägungen: die von dem Ausschlag einer Schwinge
herrührende, auf die getriebene Welle übertragene Spannung setzt mit dessen Beginn
bei der Stelle i mit dem Nullwert ein und erreicht ihren größten Wert, z. B.
bzw. 3 Si
beim größten Ausschlag der Schwinge bei 2. Dieser größte Wert der Spannung ist so
groß wie die größte Federspannung, z. B.
bzw.
die dem nicht unmittelbar auf die getriebene Welle übertragenen Teile des Schwingenausschlages,
z. B.
bzw. 3/4 u, entspricht und wirkt dann auf die getriebene Welle, wenn der bei einer
Schwingung unmittelbar auf diese Welle übertragene Teil des Schwingungsbogens erreicht
ist, z. B. bei bzw.
B eim Entspannen
2 4 einer Feder hört deren Wirkung auf die getriebene Welle dann auf, wenn der Winkelausschlag
dieser Welle ebenso groß als der der Schwinge (also = a) geworden ist, weil die
getriebene Welle, welche durch die Anspannung der Feder während der Periode r-z
gegen den Schwingenwinkel cc zurückgeblieben ist, nur unter der Spannung dieser
sich hinter Stelle z entspannenden Feder bleibt, bis die getriebene Welle (bei 3*)
auch den Winkel cc der Schwinge erreicht hat. Wenn also bei Aggregat I an der Stelle
2 die Höchstspannung erreicht ist, hört die Wirkung der treibenden Welle auf dieses
Aggregat auf und das Aggregat II setzt mit dem Spannungsbeginn ein usw. Die von
der Motorwelle abgenommene Schwingung schwankt also dauernd von o bis zum jeweiligen
Höchstwert und da die Geschwindigkeiten gleichförmig sind, entsteht für jeden Impuls
=-2 eines Dreiecksdiagramm, die mittlere Motorwellenspannung entspricht daher der
halben Spannung, weiche in 2 erreicht wird. Diese mittlere Motorwellenspannung ist
in Abb. z3 durch Linie c-d, in Abb. durch Linie g-h dargestellt, während die Widerstandsspannung
als Summe der auf die getriebene Welle vermittels zwei bzw. vier von den sechs Federn
gleichzeitig übertragenen Spannungen in Abb. durch Linie e-f und in Abb. rq. durch
Linie i-j dargestellt ist. Die Schwingendrehung ist somit auf die Drehung der getriebenen
Welle w in Abb. im Verhältnis 2: r, in Abb. rq. im Verhältnis : z übersetzt.
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Die in Abb. 7 gezeichnete Flankenausführungsform der unrunden Scheibe,
wobei die Ablaufflanke schon nach Erreichung des größten Halbmessers der Anlaufflanke
beginnt, das Zurückfließen von Arbeit aus der getriebenen Welle durch die Federn
in die ; treibende Welle schon bei z und damit die beliebige Anderung des Drehmomentkurvenverlaufes.
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Bei einer anderen Ausführungsform (Abb. 8), wobei versetzt auf der
Antriebswelle angeordnete Exzenter zur Kraftübertragung auf die Schwingen verwendet
werden, wird ebenfalls die Rückgabe von Arbeit aus den Federn an die Motorwelle,
wie bei Abb. 7, früher beginnen, als bei der Ausführungsform nach den Abb. 5 @ und
6.