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Schaltwerkwechselgetriebe. Es gibt bereits Schaltwerkwechselgetriebe,
cl. h. Vorrichtungen zur selbsttätigen Änderung der Übersetzung bei Motorwagen,
Fahrrädern USW., welche sich entsprechend dem zu überwindenden Widerstand
der Fahrbahn selbsttätig einstellen. Das Getriebe gemäß vorliegender Erfindung zeichnet
sich gegenüber den bekannten dadurch aus, daß es die Verwendung von Antriebsketten
gegenüber den raschen abnutzbaren und weniger sicheren Treibriemen gestattet.
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Die Vorrichtung gemäß Erfindung beruht auf folgendem bekannten Prinzip:
Wenn ein materieller Punkt A (Abb. i ) sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf
einen Kreis um den Mittelpunkt 0 bewegt, welcher Kreis als der Treibkreis bezeichnet
werden kann, und mit einem zweiten Punkt B durch die Anordnung von gelenkig verbundenen
Armen A-B und B-0 verbunden ist, welche beiden Arme gleich dem Halbmesser
des Kreises sind, so wird der Punkt B auf dem Kreis um den Mittelpunkt 0 mit derselben
Geschwindigkeit wie der Punkt A umlaufen.
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Wird der Mittelpunkt 0 derart verstellt, daß er in die Lage 0' gelangt,
so wird der Punkt B' auf einem Kreis um den Mittelpunkt O' herumlaufen, welcher
Kreis als der angetriebene Kreis bezeichnet werden kann, dessen Halbmesser gleich
dem vorigen ist; jedoch wird die Geschwindigkeit des Punktes B' nicht mehr
derjenigen des Punktes A
gleichen und wird eine veränderliche sein, j.# nach
der Lage, welche von diesem Punkt B' auf dem angetriebenen Kreis eingenommen wird.
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Die Änderungen dieser Geschwindigkeit sina in dem Diagramm (Abb.2)
verzeichnet, in welchem die Kurven I, 1I, 11I, IV, V den Änderungen des Abstandes
der Mittelpunkte O und 0' um je ein Fünftel des Halbmessers der beiden Kreise entsprechen.
In diesem Diagramm sind die Zeiteinheiten als Abszissen und die in jeder Zeiteinheit
erreichten Zu- bzw. Abnahmen der durchlaufenden Stücke in Ordinaten eingezeichnet.
Um die Kurven besser voneinander zu trennen, ist für die Ordinaten ein doppelt so
großer Maßstab verwendet wie für die Abszissen.
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Die Kurve I, welche dem Zusammenfallen der Mittelpunkte 0 und 0' entspricht,
bildet in diesem Fall eine zu der A? szissenachse parallele Gerade, da der Punkt
B mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Punkt A mitgenommen wird.
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Die übrigen Kurven zeigen, daß die Geschwindigkeitsänderungen in den
beiden Sinnen im Maße gesteigert werden, wie der Abstand zwischen den Mittelpunkten
0 und 0' vergrößert wird. Diese Geschwindigkeitsänderung wird daher ihr Maximum
erreichen, wenn der Mittelpunkt des angetriebenen Kreises in die Lage 0" (Abb. i)
gelangt, in welcher Lage der angetriebene Kreis durch den Mittelpunkt 0 des Treibkreises
hindurchgeht.
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In diesem Moment wird die angetriebene Bewegung unbestimmt und die
Bewegungsübertragung in dem einen oder entgegengesetzten Sinne erfolgen.
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Wenn der vom Punkt A ausgehende Arm A-B" im Sinne der antreibende-i
Bewegung mitgenommen wird, so wird` der Punkt B" auf dem angetriebenen Kreis .Strecken
durchlaufen, die den vom Punkt A auf dem antreibenden
Kreis durchlaufenen
gleich sind. Wenn dagegen beim Anlassen irgendein Widerstand in den Gelenken A oder
B auftritt, so wird der Punkt A auf dem Kreis um den Mittelpunkt 0 herumlaufen,
während der Punkt B" unbeweglich bleiben wird.
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- Die 'Kurven der Abb. 2 entsprechen einer Länge der Arme A-B, --welche
- dem Halbmesser der beiden Kreise gleich sind: Man kann aber diesem Arme eine größere
Länge verleihen; wodurch es möglich wird, die Mittelpunkte der beiden Kreise in
noch größereru Maße .voneinander zu entfernen. Diese Einrichtung bringt einige besondere
Wirkungen hervor, welche in dem Diagramm gemäß Abb: i i veranschaulicht sind.
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Das erläuterte Prinzip hat verschiedene technische Anwendungen erhalten,
bei welchen im wesentlichen ein Zahnradvorgesehen ist; welches von einem -in- bezug
auf dasselbe beweglichen Antriebsrad mittels beweglicher Arme angetrieben wird,
die in die -Zähne eingreifen. Diese Anwendungsart ist in Abb.4 dargestellt. Dieselbe
zeichnet sich durch große Einfachheit -aus, gestattet jedoch -nur d'ie Ausnutzung
desjenigen Teiles, der Diagramntgeschwindigkeit, welcher oberhalb- der Gerade I-I
(Abb. 2) verläuft, die -dem Zusammenfällen der - Mittelpunkte, d. h. der geringsten
erzielbaren Geschwindigkeit, entspricht. In der Tat sind die einzigen Arme, welche
auf das Zahnrad einwirken, diejenigen, welche die größte Geschwindigkeit besitzen,
während die anderen dann auf den Zähnen gleiten, deren Geschwindigkeit eine höhere
ist. Jedoch finden die ,großen Geschwindigkeiten, welche oberhalb der Wagerechten
(A'-b.2) gelegen sind, nur während einer sehr kurzen Zeit für eine gegebene-Stelle
des Zahnrades statt. Da die Anzahl der Arme auf 5 oder 6- beschränkt ist, so folgt
daraus, daß die Übersetzung -nichtgleichmäßig sein kann.
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Die - vorliegende Erfindung ' bezweckt die Ausnutzung, der kleinen
Geschwindigkeiten, welche unterhalb der Wagerechten (Abb:2 und 3) - gelegen sind,
und zwar mit weAentlicher Gleichmäßigkeit der Übersetzung.
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Zu diesem Zweck ist an dem Umkreis des Antriebsrades i vom Mittelpunkt
0 eine Reihe von sechs Mitnehmerarmen 5 . an den Ecken eines regelmäßigen Sechseckes
a, b, c,
d, e, f drehbar gelagert, deren Länge gleich dem Halbmesser
der Kreise i und 7 ist. Es ist nun ersichtlich, daß , die -geringsten Geschwindigkeiten
auf dem Umkreis 7 sich auf dem Teil d', e' befinden, welcher durchlaufen wird, wenn
das' angelenkte Ende des Mitnehmerarmes auf dem Umkreis i von dem Punkt d- zutn
Punkt t- gelangt.
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Wird. der Mittelpunkt 0l- des 'angetriebenen Kreises dem Mittelpunkt
0 des Kreises i genähert, so wird der geometrische Ort der Punkte d' und e' durch
zwei Kreisbogen gebildet, welche von- den Punkten d und e als Mittelpunkte
beschrieben werden. Für jede relative Lage der- beiden Kreise i und 7 werden die
geringsten übertragenen Geschwindigkeiten stets innerhalb des Kurvendreiecks
0, e und f einbegriffen sein.
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Wenn die - beiden Mittelpunkte 0, 0' zusammenfallen, so sind die Kreisbogen
d, e und d', e' einander gleich, wobei die sekundäre Geschwindigkeit gleichmäßig
und der treibenden Geschwindigkeit gleich wird. _ .
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Umgekehrt, wenn der Mittelpunkt 0' mit dem Punkt c des Kreises i zusammenfällt,
so verringert sich der Bogen cl', e' auf einen einzigen Punkt, welcher mit
dem Mittelpunkt O zusammenfällt; so daß die sekundäre Geschwindigkeit Null wird:
Das in, Abb.-7-dargestellte Diagramm zeigt, daß die Geschwindigkeitskurve in den
gestrichelten- Teil bedeutende Gleichmäßigkeit besitzt, insbesondere zwischen den
beiden Punkten d und e, selbst -wenn- die beiden Mittelpunkte ihren größten Abstand
aufweisen.
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Die praktische Verwendung ,dieser Verhältnisse ist -in -Abb., 6 gezeigt.
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Da, wie bereits oben erwähnt, sich mehrere Mitnehmerarme nicht gleichzeitig
in der Eingriffslage befinden können, wodurch jede Bewegung unmöglich' wäre,-so@
ist es nötig, daß lediglich ein Teil -desselben, der benutzt-werden soll" frei frei
bleibt. -Die Endhaken der Mitnehmerarme können zu diesem Zweck während der Umdrehung
des Antriebsrades auf einer Verdeckscheibe gleiten und in die betreffenden Zähne
des angetriebenen Rades einfallen und dann- aus diesen wieder heraustreten, wobei
sie durch an den Enden der zweiteiligen Verdeckscheibe vorgesehene-Rampen geführt
werden. Da die Strecke, - auf -welcher der Eingriff .stattfinden soll; mit dem Abstand
der Mittelpuhkte 0, 0' veränderlich ist,-,so ist-es erforderlich, daß die das Ineingriffkommen
der Hakenenden bewirkenden Endteile der Verdeckscheibe - selbsttätig in die erforderliche
Läge gebracht werden. -Zu diesem Zweck können die beiden Teile 33, 34 der Verdeckschei>`e
sich um eine Achse frei drehen, welche zu der Ebene des Rades 7 senkrecht steht
-Lind durch .den Mittelpunkt 0' des letzteren . hindurchgeht, wobei- 'sich die beiden
Teile nach Art vol Scherenblättern öffnen und schließen. An dem oberen Teil einer
jeden Hälfte der. Verdeckscheibe sind feste Zapfen 35, 36 angeordnet; welche .'die
Bewegung -der Scheibenhälften -dadurch bewirken: daß.sie z. B. in zwei Nuten .35',
36'
eingreifen, welche zu den Kurven D, e und 0, f parallel
verlaufen und in einem nicht dargestellten Gehäuse vorgesehen sind. welche die Bewegungen
des Mittelpunktes 0 mitmacht, ohne um ihn drehbar zu sein.
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Mittels dieser Einrichtung wird durch die Bewegung der Annäherung
oder der Entfernung der beiden Mittelpunkte 0, 0' voneinander selbsttätig den erforderlichen
Grad der Öffnung der Verdeckscheibe bewirken, um die möglichst geringe Geschwindigkeit
verwenden zu können.
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Die Geschwindigkeit Null sollte theoretisch erhalten werden können,
wenn der Mittelpunkt 0' des Kreises ; mit dein Punkte c des Kreises i zusammenfällt;
in diesem Zeitpunkt müßten sämtliche Endhaken der Mitnehmerarme über den Mittelpunkt
ül:ergelagert sein bzw. dort zusammenfallen, was jedoch praktisch nicht möglich
ist, weil diese Haken eine bestimmte Dicke besitzen und sich in gleicher vertikaler
Ebene befinden. Infolgedessen ist es notwendig, die Nullgeschwindigkeit zu erzielen,
bevor die Punkte 0' und c zusammenfallen.
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Zu diesem Zweck sind die Zapfen 35,36 genügend weit von den Enden
der Scheibenhälften angeordnet, und die ortsfesten Nuten sind derart ausgebildet,
daß die Verbindungsrampen etwas vor der Grenzlage vollständig zusammenfallen. Die
Zähne des Rades ; sind dann sämtlich verdeckt, und eine Mitnahme des Rades 7 kann
nicht erfolgen.
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In den Abb. 8, 9 und io ist eine andere Anwendungsart der Vorrichtung
gezeigt, mittels welcher man alle verfügbaren sekundären Geschwindigkeiten ausnutzen
sowie einen Stillstand der Übertragung bewirken kann.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist eine besondere Kurvenscheibe
37 vorgesehen, deren Umfangslinie derart gewählt ist, daß je nach ihrer unterschiedlichen
Lage, welche durch Drehen der Scheibe um ihre Achse 38 eingestellt werden kann,
die äußersten Endhaken der Mitnehmerarme 5, welche bei a, b, c, d,
e, f,
g, h auf dem Antriebsrad i angelangt sind, mit dem Zahnkranz des Rades 7, sei
es nur an dem der geringsten Geschwindigkeit entsprechenden Teil (Abb.8), sei es
nur an dem der größten Geschwindigkeit entsprechenden Teilen (Abb. io) in Eingriff
kommen können oder auch zwecks Stillstandes der Übertragung ständig von dem Zahnkranz
entfernt gehalten werden (Abb. 9).
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Die Selbsttätigkeit des Geschwindigkeitswechsels, mit anderen die
Ausschaltung des Maschinenführers bei .der Wahl der zunehmenden Geschwindigkeit,
wird durch die Einrichtung gemäß Abb. q. erreicht. Die Kette 2 geht an einer gezahnten
Spannwalze 2o vorhei, welche von einem Arm 21 getragen wird. (ler um eine Achse
22 drehbar gelagert ist. Diese Achse 22 wird von einer Muffe 23 auf lein Teil 24
des Gestelles getragen, welche Muffe außerdem einen Zahnsektor a5 trägt. finit welchem
die Klinke 26 auf der Achse 27 zusammenwirkt, deren Hinterteil28 mittels der Leitstange
29 mit dem Sperrad 30 in Verbindung steht. Das Sperrad 3ö ist auf der Achse
31 der Spannwalze 2o frei drehbar gelagert und wirkt mit einer auf der Spann-@@
nlze drehbar befestigten Sperrklinke 32 zusammen, Die Wirkungsweise dieser Einrichtung
ist folgende: Wird das Rad i mit einer Geschwindigkeit angetrieben, wobei die Mittelpunkte
0, 0' \-c,neinander abstehen, durchlaufen die Endhaken 6 der Mitnehmerarine 5 auf
dein mitgenommenen Umkreis 7 während der gleichen "Zeiteinheiten ungleiche Strecken.
Die Geschwindigkeitsveränderungen sind auf dein Diagramm in Abb. 3 verzeichnet,
in welchem die von den Gelenkenden i i der Arme 5 durchlaufenden gleichen Strecken
als Abszissen und die von den Endhaken 6 dieser Arme durchlaufenen ungleichen Strecken
als Ordiilaten eingezeichnet sind. Die gestrichelte Fläche dieses Diagramms entspricht
dein verfügbaren Maximum der Geschwindigkeitsderungen, während das Minimum derselben
# är eintritt, wenn die Mittelpunkte 0, 0' zusammenfallen. In diesem letzteren Fall
sind die von den Endhaken 6 durchlaufenen Strecken gleich, so daß die entsprechende
Kurve die Gestalt der Geraden I-Y annimmt, welche zur Abszissenachse parallel ist.
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Die unterschiedlichen Teile nehmen bei normalem Betrieb die in Abb.4
in vollen Linien dargestellten Lagen ein, wobei die Mittelpunkte 0, 0' der beiden
Räder i und ; sich in größtem Abstand voneinander befinden, welcher der maximalen,
auf das Rad ; übertragenen Geschwindigkeit entspricht.
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Tritt ein Widerstand auf, so wird die zusätzliche, auf die Kette 2
übertragene Kraft die Wirkung haben, daß die beiden Mittelpunkte 0, 0' einander
genähert werden, wodurch selbsttätig die Verminderung der Geschwindigkeit eintritt.
In diesem Zeitpunkt ist es vorteilhaft, die Wirkung der Feder i8 aufzuheben, deren
.Spannung den Vorteil der Verminderung der vom Radfahrer zu liefernden Kraft herabsetzen
würde.
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Zu diesem Zweck wird das System selbsttätig bei beliebiger Geschwindigkeit
durch die oben beschriebene Verriegelungsvorrichtung verriegelt.
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Dagegen wird die Entriegelung des Systems in einfacher Weise bewirkt,
indem man die Trittkurbel leicht nach rückwärts vorstößt; wobei durch die Einwirkung
der
Kette 2 auf die gezahnte Spannwalze 2o die letztere in dem Sinne
gedreht wird, daß durch die Klinke 32 das Sperrad 3o in Drehung kommt, wodurch mittels
der Leitstangen 29 die Sperrklinke 26 vom Zahnsektor 25 entkuppelt wird. Es folgt
hieraus, daß die Feder 18 nunmehr ihre Wirkung auf den Arm 15 ausüben kann, wodurch
der Radkörper 12 in der Richtung verschwenkt wird, welche der Lage der größten Geschwindigkeit
entspricht.
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Die beschriebene Vorrichtung des selbsttätigen und stufenweise wirkenden
Geschwindigkeitswechsels ist nicht nur für bewegliche Maschinen, wie Fahrräder und
Selbstfahrer, anwendbar, sondern auch für ortsfeste Maschinen, beispielsweise Werkzeugmaschinen.
Ferner ist die Vorrichtung zur Steuerung der Hebezeuge benutzbar, wodurch bei der
Handhabung derselben die verfügbare Kraft proportional der dem Widerstand entsprechenden
Beanspruchung angepaßt wird.
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Es ist noch zu bemerken, daß eine technische sehr bemerkenswerte Wirkung
erzielt werden kann, wenn die vorliegende Vorrichtung doppelt angeordnet wird, und
zwar derart, daß die kleinen und die großen Geschwindigkeiten unter sich übereinstimmen.
Angenommen, daß jeder der beiden Teile der Vorrichtung Geschwindigkeitsänderungen
von i bis io liefern kann, so ist ersichtlich, daß das Ganze Geschwindigkeitsänderungen
von i bis ioo zu liefern vermag.