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Getriebe zur Kraftübertragung mittels Kreiselsystems. Das Kreiselsystem
ist schon zur Kraftübertragung mit veränderlicher Geschwindigkeit vorgeschlagen
worden. .Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft eine Einrichtung, bei
welcher <las Kreiselsystem von einem Rahmen getragen wird, der durch die Drehung
der Triebwelle mitgenommen wird. Ein derartiges Kreiselsystem wirkt nun derart,
daß die Achse dieses Rahmens gezwungen wird, einen Kegel zu beschreiben, der nicht
notwendigerweise ein Rotationskegel zu sein braucht und dessen öffnung und Form
von der Drehgeschwindigkeit des Kreisels und der äußeren Widerstände abhängen. Diese
kegelförmige Bewegung wird dann in Schwingbewegungen zerlegt, welche unter Vermittlung
an sich bekannter geeigneter Schaltvorrichtungen der oder den anzutreibenden Wellen
als Drehimpulse mit#geteilt werden. Auf der Zeichnung stellt Abb. i schematisch
das Prinzip eines Kreiselsystems dar, welches zweiphasige Schwingungen ausführt.
Abb.2 stellt in Seitenansicht ein Kreiselsvstem nach der Erfindung dar, bei welchem
der die Gesamtheit der Kreisel tragende Rahrnen zur Vereinfachung der Darstellung
als in die Ebene der Abbildung gelegt angenommen ist. Abb.3 ist eine Draufsicht
des Kraftübertragungssystems. Abb. d. stellt eine Ausführungsforrn der Einrichtung
zur selbsttätigen Regelung der Geschwindigkeitsverhältnisse dar.
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Abb. i zeigt den Rahmen A B, der um eine in geeigneten Lagern
gelagerte Achse a drehbar ist. Dieser Rahmen _ 1 B trägt die lotrecht zur Achse
a stehende Achse b, um welche ein Rahmen B C sich drehen kann. Dieser Rahmen
B C trägt seinerseits in geeigneten Lagern eine Welle c, die senkrecht zur
Achse
b steht und in einem Stück mit einem Rahmen C D eines Kreisels K ausgeführt ist,
dessen Welle d wiederum lotrecht zur Welle c steht.
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Wenn sich der Kreisel K dreht und wenn sein Rahmen C D um die
Achse c gedreht wird (beispielsweise durch Übertragung einer Drehbewegung vermittels
einer biegsamen Welle f auf die Welle c), so antwortet der Kreisel in der Weise,
daß er die Achse c -zwingt, einen Kegel zu beschreiben, dessen Spitze der Mittelpunkt
des ganzen Systems ist und dessen Öffnung und Form unter sonst gleichen Umständen
von der Drehgeschwindigkeit des Kreisels und den äußeren Widerständen abhängen.
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Diese kegelförmige Bewegung der Achse c wird in zwei Schwingbewegungen
zerlegt, von denen die eine um die Achse a und die andere um die Achse b erfolgt,
wobei diese beiden Schwingbewegungen um eine viertel Periode gegeneinander verschoben
sind. Ihre Frequenz hängt lediglich von der Drehgeschwindigkeit der Triebwelle ab.
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An Stelle der beiden :Rahmen A B und
C D könnte auch
ein einziger Rahmen oder eine größere Anzahl von Rahmen verwendet werden.
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Abb. 2 stellt eine Kraftübertragung durch Kreisel dar, bei welcher
ein System zur Erzeugung von zweiphasigen Schwingungen nach dem Schema der Abb.
i verwendet ist.
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Der Rahmen i, welcher dem Rahmen A B entspricht, wird durch die Drehzapfen
2 und 3 von den Lagern q. und 5 getragen.
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Dieser Rahmen i steht lotrecht zur Ebene der Abbildung, ist aber in
Strichlinien als um die Achse X' X auf die Ebene der Abbildung niedergelegt
dargestellt.
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Der Rahmen i trägt zwei Lager 6 und ; für die Drehzapfen 8 und 9 eines
Rahmens io. Diese Lager 8 und o sind um 9o° zu den Drehzapfen :2 und 3 versetzt.
Der Rahmen io trägt seinerseits um 9o° zu den Drehzapfen 8 und 9 versetzte Lager
i i und 12 für die Welle 13, die durch eine biegsame Welle 15 oder ein System von
Cardangelenken o. dgl. mit der Triebwelle verbunden ist und sich durch einen Rahmen
1 4. erstreckt. Der Rahmen 1 4. trägt Spurlager T6, 17, in welchen die Achse
18 eines Kreisels gelagert ist, dessen Massen mit i9 bezeichnet sind. Die Welle
18 steht lotrecht zur Welle 13. Die Bewegung des Kreisels wird mittels einer geeigneten
Vorrichtung elektrisch, durch Druckluft o. dgl. unterhalten.
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In der Abb. 2 ist ein Elektromotor 2o vorgesehen, der mittels der
Stützen 21 auf <lein Rahmen 14. gelagert ist. Kurbelstangen 2.1. und 25 sind
durch Kugelgelenke 22-23 mit den Lagern 6 und 7 verbunden. Der Rahmen
io (Abb. 3) ist mit einem Rahmen 26 starr verbunden, der lotrecht zu ihm steht und
durch Kugelgelenke 27, 28 mit Kurbelstangen 29, 30 verbunden ist. Die Kurbelstangen
2.4, 25, 29, 30 greifen an ihren anderen Enden durch Kugelgelenke jede an
einem Freilauf schaltwerk 3 t an. Alle Schaltwerke sind auf der anzutreibenden Welle
32 angeordnet. Jedes Schaltwerk besteht aus einer Art von Freilaufrad, z. B. aus
einem Radkranz 31, der mittels einer Anzahl von Nocken die angetriebene Welle 32
in der einen Richtung mitnimmt, aber in der entgegengesetzten Richtung sich frei
um dieselbe dreht.
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Die Abb. 2 und 3 zeigen, daß die Kurbelstangen in Armen 34. enden,
die mittels Kugelgelenken 35 in den Radkranz 31 eingreifen.
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Um jedes Schaltwerk ist eine Bremse 36 angeordnet (Abb. 2 und 3),
die so eingerichtet ist, daß sie die Größe der Schaltbewegungen des Radkranzes 31
begrenzt und folglich auch die Schwingbewegungen der Rahmen. Durch übermäßig große
Schwingungen würde nämlich das aus einer biegsamen Welle oder aus geeigneten Gelenken
bestehende System 15 beschädigt werden können.
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Die Bremsen 36 gestatten das sofortige Bremsen der Schaltwerke und
folglich auch der Rahmen.
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Wenn sich der Kreisel i9 dreht und der Rahmen 14 durch die Triebwelle
15 gedreht wird, so wirkt der Kreisel in der Weise, daß er die mit dem Rahmen 14
fest verbundene Welle 13 zwingt, einen Kegel zu beschreiben, dessen Spitze der Mittelpunkt
des Kreisels ist. Dieser Kegel ist nicht notwendig ein Rotationskörper, und seine
öffnung und Form hängen unter sonst gleichen Umständen von der Drehgeschwindigkeit
des Kreisels und den äußeren Widerständen ab. Diese kegelförmige Bewegung der Achse
13 wird in zwei Schwingbewegungen zerlegt. Einmal schwingt der Rahmen i um die Zapfen
2 und 3, d. h. um eine Achse, die senkrecht zur Ebene der Abb. 2 steht. Dann beginnen
die Rahmen io und 26, welch letzterer mit dem Rahmen i o fest verbunden ist und
senkrecht auf ihm steht, um die Achse X' X der Abb. 2 zti schwingen (bzw.
um eine Achse, die senkrecht oder nahezu senkrecht zur Ebene der Abb. 3 steht).
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Diese beiden Schwingbewegungen sind annähernd um eine viertel Periode
zueinander versetzt. Sie werden auf die Schaltwerke 31 durch die Kurbelstangen 2.4,
25, 29, 30 übertragen, und die Schaltwerke 31 nehmen die getriebene Welle
32 in der gewählten Richtung mit, während sie sich in umgekehrter Richtung frei
um diese Welle drehen.
Um das System auszuschalten, genügt es, den
Motor auszuschalten, worauf der Kreisel -rum Stillstand kommt, die Schwingbewegungen
gedämpft «>erden und der Stillstand des Systems allmählich erfolgt. Zum Einschalten
verfährt man umgekehrt, läßt also den Motor 2o an, worauf die Größe der Schwingungen
allmählich bis zum gewünschten Werte zunimmt.
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Man. kann einen plötzlichen Stillstand durch jeden Vorgang erzielen,
welcher der Bildung des durch die Achse 13 des Rahmens i-1 beschriebenen
Kegels entgegenwirkt, insbesondere wenn die Schaltwerke 31 durch die Bremsen 36
gebremst werden oder indem die Schwingbewegungen der Rahmen durch Anbringung von
Bremsen auf ihren Achsen verhindert «-erden.
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Bei einem solchen Kraftühertragungssystem ist bei einer gegebenen
Geschwindigkeit der Triebwelle r5 die Drehgeschwindigkeit - der getriebenen Welle
32 proportional der Geschwindigkeit der Schaltwerke 31 oder auch der Größe
der Schwingungen des Kreiselsystems. Um das Geschwindigkeitsverhältnis der Triebwelle
und der getriebenen Welle zu verändern, genügt es daher, die Größe der Schwingungen
zu verändern.
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Es hat sich gezeigt, daß unter gewissen Verhältnissen bei einer gegebenen
Geschwin-. digkeit der Triebwelle die Größe der Schwingungen proportional dem kinetischen
Moment des Kreisels ist, vorausgesetzt, daß alle anderen Bedingungen gleich sind.
Im allgemeinen Fall ist das Gesetz weniger einfach, aber diese Schwingungsgröße
wächst immer mit dem kinetischen Moment. Man wii71 sic verändern, indem man das
kinetische Moment des Kreisels ändert.
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Wenn, wie bei dem angegebenen Beispiel, der Kreisel elektrisch angetrieben
wird, so verändert man seine Geschwindigkeit, finden, man einen Widerstand verändert.
Die Veränderung der Geschwindigkeit kann auch selbsttätig erfolgen, derart, daß
ein konstantes Antriehsinoment erzeugt wird oder irgendeine andere Bedingung mit
Bezug auf die Momente oder Geschwindigkeiten erfüllt wird.
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In Abt). -. ist eine selbsttätig wirkende Einrichtung zur Änderung
der Geschwindigkeit dargestellt. Die getriebene Welle 32 ist durch Ritzel mit einem
Tachometer 3; verbunden. Das empfindliche Organ des Tach;>-ineters dreht den Nocken
39 um die Welle 38. Dieser Nocken 39 wirkt auf einen Hebel -.o, welcher durch eine
Feder 41 gegen den Nocken gedrückt wird und auf einer Welle 42 aufgekeilt ist. Diese
Welle 42 trägt ferner ein Zahnrad 4.3, welches mit dem Zahnrad t.I in Eingriff steht,
auf dessen Welle ein Handgriff 45 sitzt, welcher sich auf den Kontakten 46 eines
Widerstandes verschiebt, der die Drehgeschwindigkeit des Kreiselmotors steuert.
Indem man die Form des -Nockens und die Widerstände in geeigneter Weise wählt, kann
man die Bedingungen des konstanten Antriebmomentes oder jede andere Bedingung erfüllen.
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Der Apparat, welcher den Kreiselmotor selbsttätig steuert, kann anstatt
durch die getriebene Welle auch durch die Triebwelle angetrieben werden. Er kann
selbst von einer großen Zahl Veränderlicher abhängen und eine beliebige Funktion
dieser Veränderlichen bewirken.
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Andererseits kann die selbsttätig bleibende Regelung auch vom Willen
des Fahrers abhängen. Man kann z. B. anstatt eines einzigen Nockens 39 eine Anzahl
von Nocken auf der Welle 38 anordnen, die fortlaufend abgestuft sind. Der Fahrer
wird dann durch Verschiebung der Nocken auf der Welle 38 einen beliebigen Nocken
einschalten können.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das schwingende System zweiphasig
und mit vier Kurbelstangen ausgestattet. Es kann aber auch eine beliebige Anzahl
von Rahmen und folglich von Phasen vorgesehen sein, wobei' natürlich eine entsprechende
Anzahl von Kurbelstangen angeordnet sein muß.
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Andererseits können jedem Rahmen mehr als zwei Kurbelstangen beigeordnet
sein, wobei gewisse Kurbelstangen an Zwischenpunkten angelenkt sind.
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Das Rahmensvsteni kann ferner mehrere Kreisel besitzen, auf welche
durch Zahngetriebe die Bewegung des Motors übertragen wird. Je nach dem Antrieb
des Kreisels wird man bei einer gegebenen Geschwindigkeit des Motors diese oder
jene Frequenz der Schwingungen erhalten. Dieses System würde sich übrigens auch
mit Kupplungen oder Vorrichtungen zur Geschwindigkeitsveränderung oder Unterbrechungsvorrichtungen
bekannter Art vereinigen lassen.
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Man kann Kreisel mit veränderlichem Beharrungsmoment entsprechend
der eigenen Drehgeschwindigkeit verwenden. Es genügt z. B., sie aus Massen herzustellen,
die durch Gelenke mit ihrer Welle verbunden sind und unter der Wirkung von Federn
stehen. Wenn die Drehgeschwindigkeit größer wird, entfernen sich die Massen voneinander,
tind das Trägheitsmoment wächst, so daß bei einer gegebenen Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Kreisels sich eine wesentlich bedeutendere Veränderung des kinetischen Momentes
ergibt.
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Die Kraftübertr agungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann einen eelbsttä
tigen Schalter bilden, welcher z. B. für ein gegebenes
-#Ionient
oder für eine gegebene Geschwindigkeit der Triebwelle oder der getriebenen Welle
in Wirksamkeit tritt. Zu diesem Zweck genügt es, die Vorrichtung, welche die Geschwindigkeit
des den Kreisel antreibenden -Motors regelt, durch ein Tachometer oder durch ein
System antreiben zu lassen, welches ein Dynamometer bildet: Bei Kraftfahrzeugen
dient diese Kraftübertragungsvorrichtung zugleich zur Geschwindigkeitsveränderung.
Diese Geschwindigkeitsveränderung kann sowohl selbsttätig als auch vom Willen des
Fahrers abhängig sein. Sie gestattet im übrigen für den Fall von mehrphasigen Schwingungen
das Differentialgetriebe fortzulassen. Man kann z. B. bei der Ausführungsform nach
den Abb. 2 und 3 anstatt die vier Schaltwerke auf einer einzigen Welle anzuordnen,
die beiden zu den Kurbelstangen 2.1 und 25 gehörigen Schaltwerke auf der Welle des
einen Triebrades und die beiden anderen Schaltwerke, die mit den Kurbelstangen 29
und 30 verbunden sind, auf der Welle des anderen Triebrades anordnen.
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Die Schwingungsamplituden der beiden schwingenden Systeme sind kinematisch
unabhängig, und jede derselben ist in gewissem Maße lediglich durch den vorhandenen
äußeren Widerstand begrenzt. Infolgedessen wird bei einer Wendung des Fahrzeuges
die Schwingungsamplitude des aas Außenrad antreibenden Systems von selbst einen
größeren Wert annehmen als die Schwingungsamplitude des das Innenrad treibenden
Systems. Hieraus ergibt sich, daß beide Räder selbst bei einer `%eiidunb triebfähig
sind. Infolgedessen wird das rr::ultierrnde Monient unter allen Umständen in bezug
auf den Antrieb des Wagegis konstant bleiben, und das Differentialgetriebe ist entbehrlich.
Ein durch die Achse 13 während gerader Fahrt er zeug--ter Kegel wird 1,-ei
einer Wendung elliptischen C)tierschnitt annehmen.
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Man wird die vorteilhaftesten Formen für die Trägheitsellipsen der
verschiedenen Teile wählen und besonders für einige derselten .,13härische Trägheitsellipsen.