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Kreiselgetriebe. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe,
das die Arbeit einer Kraftmaschine an eine Arbeitsmaschine durch Kreiselwirkung
weitergibt, wobei die kinetische Arbeitsweise des Kreisels bei Geschwindigkeitsunterschieden
zwischen den beiden Maschinen den Momentenausgleich oder die Untersetzung bewirkt.
Die beiden Wellen der Maschinen werden hier mit einer nach Art des kardanischen
Gelenkes aufgehängten Schwungmasse verbunden, derart, daB die Schwungmasse unter
dem Einflusse der treibenden und der getriebenen Welle zu einer gleichzeitigen Drehung
um zwei etwa aufeinander senkrecht stehende
Achsen gezwungen wird,
sobald Kräfte zu übertragen sind.
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Eine solche Einrichtung besteht allgemein darin, daß der Schwungkörper
auf einer Achse einer kardanischen Aufhängung angeordnet ist, deren andere Achse
die treibende Welle bildet, und durch ein Kegelrädergetriebe mit der getriebenen
Welle verbunden ist.
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Damit sich der Kreiseleffekt auslöst, wird das mit dem Umlaufrade
fest verbundene Schwungrad kugelgelenkig an seiner aufgehängten Achse gelagert,
so daß dieser Lagerungspunkt etwa in eine auf der Zahnmitte zur Mantellinie des
Zahnkegels senkrecht stehende Gerade fällt, die Schwungmasse also in bezug auf Drehung
und Kippung neutral erfaßt wird.
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Um die kugelige Beweglichkeit des Umlaufrades mit der Schwungmasse
nicht zu stören, wird das Zahnspiel der Kreiselschwankung entsprechend vergrößert,
und die Zahnstirn oder der Zahngrund oder beide nach dem Aufhängungspunkt gerundet.
Bei dem schwankenden Umlauf des Kreiselrades arbeitet die Verzahnung nur vollkommen,
wenn die Schwankung die Mittellage durchläuft, in den anderen Stellungen überschneiden
sich die Zähne bzw. ihre Mantellinien, sie liegen dann nur in einem Punkte aneinander,
wodurch denn auch erst die geometrische Schwungradachse allseitig beweglich wird.
Die damit verbundene kürzere Lebensdauer der Verzahnung wird behoben, wenn die Zähne
gleich so gehobelt werden, daß ihre Form den Schwankungen Rechnung trägt, die bisher
geraden Zähne also kreisförmige Mantellinien und konkave oder konvexe Flanken erhalten,
was durch entsprechende Lenkung des Hobelstahles oder des Werkstückes auf der Zahnräderhobelmaschine
zu erreichen ist. Zweckmäßig wird das Werkstück beim Hobelgang nach der einen, der
Hobelstahl nach der anderen Krümmung geführt.
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Das vorliegende Getriebe ist nur schwer umsteuerbar, sein Wert für
Kraftfahrzeuge wäre dadurch sehr herabgemindert. Eine einfache Lösung dafür besteht
nun darin, daß man zwei solcher Getriebe in der bekannten Weise (Patent
314795) in der HinterachsbrÜcke verwendet, wobei jedes ein Hinterrad antreibt,
und auf deren gemeinsamer Antriebswelle zwei Winkelräder, die rechts und links in
das Winkelrad der Kardanwelle greifen, lose drehbar anordnet, so daß durch Kupplung
des einen oder anderen mit der gemeinsamen Welle der Antriebssinn für beide Getriebe
und damit auch für das Fahrzeug geändert wird.
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Bei Getriebemotorrädern, wo ein Rückwärtsfahren nicht in Frage kommt,
braucht dieses Getriebe nicht umsteuerbar zu sein. Dort wird jedoch der Riemen-
oder Kettentrieb nach dem Hinterrade sehr stark beansprucht, denn er muß der größten
Getriebeuntersetzung Rechnung tragen. Mit dem vorliegenden Getriebe läßt sich dieser
Übelstand beseitigen, da es sich infolge seines selbsttätigen Einstellens, insbesondere
aller Untersetzungsgrade, vorteilhaft in die treibende Radnabe einbauen läßt, wodurch
der Ketten-oder Riementrieb von den Untersetzungen des Getriebes nicht mehr betroffen
wird, so daß, wie bei Rädern ohne Getriebe, nur das einfache Motormoment zu übertragen
bleibt.
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In Abb. I der beiliegenden Zeichnung ist das neue Getriebe dargestellt.
Die kardanische Aufhängung a wird vermittels der Welle b
durch die
Kraftmaschine in Umlauf gesetzt. Die Arbeitsmaschine ist mit der Welle c verbunden.
Ohne Hinzutreten einer Kreiselwirkung wird diese Welle unter dem Widerstande der
Arbeitsmaschine stehen bleiben und das Umlaufrad d mit dem Schwungrade e, die beide
ein Ganzes bilden, an dem Grundrade f, das auf der Welle c festsitzt, abrollen,
wobei das als Kreisel vorgesehene Schwungrad um seine Figurenachse dreht und zugleich
um die gemeinsame Achse der beiden Wellen b und c schwingt. Das Schwungrad dreht
sich dann um den Kugelzapfen der Aufhängung a, kann also mit seiner geometrischen
Achse sowohl nach rechts und links wie auch relativ vorwärts und rückwärts aus der
dargestellten Mittellage schwingen; das freie Ende dieser Achse kann einen Kreis
beschreiben, als Basis eines von ihr selbst umschriebenen Kegels. Damit die Verzahnung
diese Beweglichkeit nicht behindert, -ist ihr ein genügendes Spiel gegeben. Nur
beim Durchschwingen der Mittellage liegen dann die Zähne der beiden Räder längs
der Flanke aneinander, in allen anderen Lagen überschneiden sich ihre Mantel- oder
Flankenlinien, sie berühren sich dann nur in einem Punkte, woraus sich erklärt,
daß auch der Zahndruck das Vor- und Rückwärtskippen des Schwungrades um das Kugelzapfenmittel
nicht behindern kann.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist nun folgende: Wird das beispielsweise
an der Welle b im Pfeilsinne angetriebene Getriebe durch Schaltung der Kraftmaschine
auf Leistung beschleunigt, so rollt das Kreiselrad, wie das Schwungrad mit dem Umlaufrade
fernerhin genannt wird, schneller ab; da diese Rollbeschleunigung in der neutralen
Trägheitsebene X-X auf das Schwungrad übergeht, wird das Kreiselrad zugleich vorangekippt.
Die Rollbeschleunigung erfolgt hier, wie man bald erkennt, überhaupt erst auf Grund
der Träg heit gegen dieses Kippen, wie auch umgekehrt. Die Beschleunigungsenergie
verteilt sich mithin
immer auf beide Trägheiten des Kreiselrades,
und zwar im Verhältnis zu den jeweiligen Bewegungsgrößen derselben.
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Durch Abb. a läßt sich die Wirkung dieser Kippung leicht erklären.
Es ist bekannt, daß an dem im Pfeilsinne drehenden Kreiselrad durch Kippen im Sinne
des Kräftepaares P1, P3 ein Kräftepaar' p2, p4 ausgelöst wird, wodurch die resultierende
Kippung gleich einer Kippung der Achse Y über die Achse H wird. Diese
Kippung löst dann an den Schnittpunkten des Kreiselrades mit der H-Achse ein neues
Kräftepaar aus, das den Kreisel mit derjenigen Energie in die Anfangslage zurückzuführen
sucht, mit der er aus ihr herausgeführt wurde. Diese Kippung X über
Y, die sich in der neutralen Trägheitsebene X-X auswirkt, nimmt dann die
Arbeitsmaschine am Getriebegrundrade mit, weil die Kraftmaschine dieser Kippung
natürlich nur ein wenig nachgibt. Das Spiel wiederholt sich dann in steter Folge.
Man kann auch die Welle c antreiben und die Arbeit der Welle b entnehmen. Die erklärende
Abb. 2 gilt hierbei unverändert, wenn man den Antriebssinn umgekehrt annimmt.
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Die Übertragung vollzieht sich also immer durch Übergang der Energie
in kinetische Form. Hat die Kraftmaschine überhand, so kippt sie so lange im Sinne
Y über X, bis das Gegenmoment im Sinne H über Y überwiegt.
Hat sich letzteres durch Beschleunigen der Arbeitsmaschine unter Verzögerung der
Kraftmaschine ausgewirkt, so wird die Kraftmaschine zur Zuführung eines. neuen Impulses
frei usf.
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Die kinetische oder Impulsenergie ist das Produkt aus Moment mal Winkelbeschleunigung.
Wird das Getriebe beispielsweise mit der Winkelgeschwindigkeit w1 - i57 m entsprechend
i5oo Umdrehungen betrieben und durch die Kraftmaschine jeweilig um i Hundertstel
winkelbeschleunigt, so beträgt die Winkelbeschleunigung 1,57 m. Läuft die Arbeitsmaschine
nur mit beispielsweise 1,57 m Winkelgeschwindigkeit, also nur mit r'5 Umdrehungen
um, wobei das Umlaufrad sehr stark abrollt, so würde sie durch den Impulseffekt
bei gleicher Energiezusammensetzung jedesmal um 1,53 m mit dem Motormoment winkelbeschleunigt,
also auf 30 Umdrehungen gebracht werden. Gibt die Arbeitsmaschine infolge
ihrer Trägheit - bei den hier gedachtenVerwendungsfällen also das Fahrzeugsolchen
Geschwindigkeitsschwankungen nicht Raum, so formt sich diese sekundäre Energie dort
von selbst in, solche mit entsprechend höherem Moment und kleinerer Winkelbeschleunigung
um, woraus sich die Untersetzungwirkung erklärt.
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Die Abb. 3 zeigt in schematischer Darstellung die eingangs erklärte
Zahnform für dauerndes Anliegen der Zähne längs der Flanke, trotz der Schwankungen.
Die Zähne bzw. ihre Flanken sind nicht nur nach dem Radius R1, sondern auch nach
dem Radius R2 gekrümmt. Der Krümmungssinn muß dabei der Antriebsart des Getriebes
Rechnung tragen. In der beiliegenden Abbildung ist das Grundrad treibend gedacht.
Das Zahnspiel muß auch hier in der Mittellage größer als üblich sein, damit sich
die Zähne mit dem Einwärtsschwanken nicht verkeilen. Die Schwankungen des Kreisels
sind jedoch sehr klein, so daß auch das Zahnspiel erträglich bleibt.