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Geschwindigkeitswechselgetriebe. Die Erfindung betrifft selbsttätig
regelnde Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei welchen die anzutreibenden Wellen
durch Freilaufschaltwerke angetrieben werden die ihren :antrieb mittels Zugstangen
von einer auf -der treibenden Welle angeordneten Taumelscheibe erhalten, die in
Gegenwirkung zu einem elastischen Ausgleichsystem unter Änderung ihrer Neigung gegen
die treibende Welle mitsamt dieser in deren. Längsrichtung verschiebbar ist.
Man
hat festgestellt, daß bei bekannten derartigen Getrieben die treibende Welle nebst
Taumelscheibe ständig unnötigerweise ein Verstellen des Getriebes bewirkenden kleinen
Verschiebungen unterworfen ist, die von nur geringen Widerstandsänderungen sowie
von Ungleichmäßigkeiten in der Bewegungsübertragung herrühren.
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Die Erfindung bezweckt, diese geringen Verschiebungen von treibender
Welle nebst Täumelscheibe zu unterdrücken, dadurch, da a die Zugstangen und die
Kurbelradien ihrer Angriffspunkte an den Freilaufschaltwerken verschiedene Längen
erhalten derart, daß sämtliche Schaltwerke gleiche Winkelgeschwindigkeit besitzen
und das Ausgleichsystem unter Wirkung einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung steht.
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Auf der Zeichnung zeigen: Abb. i die Gesamteinrichtung des Getriebes
im Längsschnitt, Abb.2 einen senkrechten Querschnitt nach Linie A-A in Abb. i, Abb.3
einen senkrechten Querschnitt nach Linie B-B in Abb. 4, Abb. 4 und 5 Längsschnitte
nach den Ebenen, die durch die Linien C-C und D-D in Abb.2 gehen, Abb.6 eine Draufsicht
der Einrichtung nach Abb.4 und 5, Abb.7 einen senkrechten. Querschnitt nach Linie
E-E in Abb. i, Abb. 8 einen wagerechten Querschnitt nach einer Ebene, welche durch
die den beiden angetriebenen Wellen gemeinsame Achse gelegt ist, Abb.9 eine Skizze
der Verteilung der Angriffspunkte der Schubstangen auf das Sys-em der Freilaufschaltwerke,
Abb. io einen senkrechten Querschnitt nach Linie F-F in Abb. B.
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Die Hauptwelle i der Vorrichtung ist mit der Kurbelwelle des Motors
vermittels eines Gelenkes oder einer deformierbaren Kupplung 2 verbunden, welche
am Ende einer Mitnehmermuffe 3 angeordnet ist, in deren Ausbohrung das Ende i' der
Hauptwelle eingreift. Die Muffe 3 und die Welle i sind auf Drehung miteinander verbunden,
indem nur Längsverschiebungen der Welle i relativ zur Muffe 3 möglich sind. Eine
Rückführfeder 3' ist zwischen dem Ende i' der Welle E und dem Boden der Ausbohrung
4 der Muffe ,; vorgesehen.
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Die Welle i wird in ihrem mittleren Teile gestützt durch eine gelenkige
Lagerschale 5, angeordnet in dem Lager 6, das fest mit dem die Vorrichtung umschIießenden
Gehäuse 7 verbunden ist. Mit ihrem anderen Ende 8 greift die Welle i in eine hohle
zentrale Stange 45 eines Kolbens 9 ein, mit dem sie j fest bei der Drehung durch
ein System von Federkeilen i o und Nuten i o' verbunden ist. Der Zylinder i-i, in
welchem der Kolben 9 verschiebbar ist, wird bei 12 durch einen aufgeschraubten Deckel
13 verschlossen. In dessen zentralen rohrförmigen Teil i 3' kann sich die Muffe
14 verschieben, welche mit ihrem vorspringenden Teile 14' sich gegen den Teil
13' des Deckels legt und mit ihrem Ende 14" sich gegen die Seitenfläche einer
Exzenterscheibe 15 stützt. Letztere ist auf der Welle i bei 15' aufgekeilt und wird
außerdem durch dexi Bund 16 der Welle i gehalten. Eine elastische Rückführeinrichtung
wirkt zwischen den Vorsprüngen 14' an der Muffe 14 und 17 an den Kolben 9, um letzteren
in die Anfangslage zurückzubringen, d. h. zu dem Außenboden des Zylinders i i hin.
Auf den Kolben 9 kann mittels einer im folgenden beschriebenen Einrichtung im Zylinder
i i ein hydraulischer Druck ausgeübt werden, wodurch der Kolben in bestimmter Lage
gehalten wird.
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Die Taumelscheibe T hat einen äußeren Kranz 18, der mit hohlkugelförmigen
Ausnehmungen versehen ist, welche gleichmäßig ?auf dem Umfange verteilt sind und
die Kugelgelenke i 9 aufnehmen. Letztere bilden das Ende der Zugstangen 2o. Die
Zahl dieser Zugstangen ist in der Praxis gleich sechs, und ihre bezüglichen Längen
wie auch die Kurbelradien ihrer Angriffspunkte 35 an den Schaltwerken S (Abb. i
und 8) werden derartig bestimmt, da13 für eine gegebene Neigung der Tah-melschenbe
gegen ihre Antriebswelle i die Winkelgeschwindigkeiten sämtlicher Schaltwerke, deren
Drehung auf die anzutreibenden Wellen 41 übertragen wird, gleich sind.
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Abb.9 zeigt das Schema, welches ermöglicht, die Längen L der Schubstangen
ao und der Kurbelradien r ihrer Angriffspunkte 35 an den Schaltwerken so zu bestimmen,
daß die beabsichtigte Wirkung eintritt. Wenn die Taumelscheibe in der Mittellage
ist, so muß jede Schubstaxige Tangente an einen um die anzutreibende Welle 41 beschriebenen
Kreis sein, der den Mittelpunkt des Angriffsgelenkes 3 5 der Schubstange an dem
zugehörigen Schaltwerk enthält als Berührungspunkte der Tangente-Die Taurnelscheibe
T ist in Abb. 9 auf die Blattebene projiziert dargestellt, und die Angriffspunkte
i bis 6 der Schubstangen an der Taumelscheibe sind .entsprechend den Ecken eines
Sechseckes verteilt, welches derart gelegen ist, daß der von dem aus dem Punkte
2 kommenden Radius und der Achse y-y gebildete Winkel amlällernd gleich ra° 54'
ist. Die Mittellage der TaumeIscheibe wird durch die Achse x-x dargestellt. Die
Konstanten dieses
Systems mit Bezug auf Abb.9 sind folgende: c.
a.
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Die Werte von r sind durch die Formel gegeben: r=(Zo.-c) #cosb=asin.b.
| 3 4 S - ' 6 |
| mm Inm mm mm mm mm |
| L 317,i4 282,42 277,456 275,76 292 325,075 |
| r 92277 95,o67 84,352 91,522 95-,5x9 85 |
Die Taumelscheibe T ist mittels Kugellager 31 bis 34 auf der Muffe 26 gelagert,
die ihrerseits um die mit der treibenden Welle 1 verbundene, senkrecht dazu verlaufene
Achse 25 schwenkbar ist.. Um die Taumelscheibe an der Drehung um die Welle i zu
hindern, ist der mit der Taumelscheibe fest verbundene äußere Kranz 18 mit zwei
seitlichen Zapfen Z versehen, welche in Richtung des horizontalen Durchmessers der
Taumelscheibe verlaufend angeordnet und in Lagern einer Gahelstü.tze 2 1 gelagert
sind. Bei der auf der Zeichnung dargestellten Lage der Teile verlaufen die Zapfen
Z in Richtung der Achse 25. Die Gabelstintze 21 ist an ihrem unteren Ende mit eine
m. Zapfen 22 versehen, der in einer Gelenkkugel- 23. geführt ist, welche in einem
fest mit dem Gehäuse 7 verbundenen Lager 24 drehbar gehalten wird.
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Die Muffe 26 hat einen Arm 27, w,-lcher durch eine Achse 28 mit einer
Rolle 28' in das Auge 2-g eines Gehäuses 3:o eingreift, das fest mit der Mitnehmermuffe
3, verbunden ist. Die Muffe 3, bewirkt die Mitnahme der Muffe 26 und der Hauptwelle
1 infolge ihrer Verbindung miteinander.
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Durch diese Einrichtung wird die stetig(-Drehtang der Welle i in eine
periodisch hin und her gehende Bewegung, Taumelbewegung, der Taumelscheibe T um
den horizontalen Durchmesser bewirkt, der bei der in = Abb. i dargestellten Lage
der Teile der Achse 25 entspricht. Die Amplitude dieser Bewegung hängt ab von der
Neigung der Taumelscheibe gegen die Welle i. Diese Neigung wird bestimmt durch den
horizontal gemessenen Abstand zwischen der Achse z5 und der von der Achse 28 aus
auf die Welle i gefällten - Senkrechten. Die -Taumelbewegung der Taunelsrheibe hört
auf, wenn letztere senkrecht zur Welle i steht.
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Die Schubstangen 20, welche die Taumelbewegvng der Taumelscheibe T
auf die Schaltwerke S elbertragen, sind bei - Punkt 35 an In. dem besonderen Falle
in der Praxis. wo diese Konstanten bestimmt sind wie folgt: ;,-9o, c.-85, a= 29o
findet man für die Schubstangen 1, 2, 3, 4. 5, 6: deren Schaltkränzen 36 angelenkt,
die mit ihrer .glatten Innenfläche 37 auf Klemmerrollen 38 gelagert sind. Die Rollen
38 liegen außerdem an geneigten Flächen F an, die an der Außenfläche eines Rohres
4o in dessen Längsrichtung verlaufend angebracht sind, wodurch ein System von Freilaufschaltwerken
gebildet wird,, die dieses Rohr 4:o nur in einer Drehrichtung antreiben. Diese Richtung
entspricht der Richtung der von jeder der Schubstangen auf ihren S'chaltliranz ausgeübten
Zugkraft. Die Schaltwerke arbeiten - derart zusammen, daß das Rohr 40 sich stetig
dreht.
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Dieses System in Anwendung beim Antrieb der Räder von Fahrzeugen ermöglicht,
ein Differentialgetriebe von äußerst einfacher Weise zu schaffen. Es genügt zu diesem
Zwecke,, die Bewegung des Rohres q.o auf die voneinander unabhängigen anzutreibenden
Wellen 4.i, welche je ein Rad mitdrehen, zu übertragen mittels eines Freilaufes,
der gleich dem ist, welcher die Schaltkränze 36 mit dem Rohr q.o verbindet. Mit
den Wellen 41 ist ein drehbares Rohr 73' kuppelbar, welches am äußeren Umfange ebenfalls
mit schrägen F,ächen F' versehen ist, zwischen denen und der glatten Innenfläche
des Rohres 40 sich Kletnmerrollen 38' befinden, die die Teile 73' und 40 zeitweilig
verbinden.
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Die Geschwindigkeitsänderungen der stetigen Drehbewegung des Rohres
40 werden automatisch - zu einer Funktion des Widerstandsmomentes gemacht, von welchem
dieses Rohr in folgender Weise beeinflußt,wird Das zwischen den Vorsprüngen 17 am
Kolben 9 und i q.' an der Muffe 14 angeordnete und durch die Feder 3' abgestützte
elastische System E wird durch eine Reihe von. Belleville-Scheiben q.3 gebildet,
deren mechanische Eigenschaften oder Wirkungen infolge schwächer werdender Ausbildung
der aufeinanderfolgenden Scheibenpaare allmählich in der Kompressionseinrichtung
.des Systems-..abnehmen, d. h. in der Richtung. cies Pfeiles 42
(Abb.
i). Angenommen, der Kolben 9 steht fest, so wird die Resultierende der durch die
Schubstangen -o auf die Taumelscheibe ausgeübten Zugkräfte eine Verstellung der
Taumelscheibe und somit auch der Welle i in der Pfeilrichtung 42 zur Folge haben.
Diese Verstellung, welche unmittelbar von dem auf das Rohr 4o ausgeübten Widerstandsmoment
abhängt, ist in jedem Augenblicke ausgeglichen durch die elastische Gegenwirkung
des Belleville-Scheibensystems E. Die B°11eville-Sch;°iben 43 mit der schwächsten
mechanischen Wirkung sind zunächst abgeplattet, und wenn der Kompressionsdruck wächst,
so vollzieht sich die Abplattung der benachbarten Scheiben allmählich. Die Abplattung
jedes Scheibenpaares wird durch Zwischenstücke 4.4. begrenzt, die lose auf der hohlen
Stange 4.5 des Kolbens 9 angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine elastische Gegenwirkung
geschaffen, die proportional dem Werte des- Widerstandsmomentes ist. Diesem Werte
entspricht eine bestimmte Neigung der Taumelscheib.-und folglich eine entsprechende
Drehgeschwindigkeit des Rohres 40. Diese Ge-
schwindigkeit des Rohres 40 ist
um so geringer für dieselbe Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle i, je größer
das Widerstandsinoment ist.
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Zum Abstellen des Antriebes der angetriebenen Wellen 41, ohne die
Drehung der Antriebswelle i zu unterbrechen, genügt es, die Welle i in der Längsrichtung
so zu verschieben, daß die Taumelscheibe T zu ihr senkrecht steht. Diese Verschiebung
wird bewirkt durch Aufhebung des hydraulischen Druckes, der hinter dem Kolben 9
ausgeübt wird, um ihn festzuhalten, und wird unterstützt durch die Entspannung der
Feder 3'.
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Der hydraulische Druck, welcher nach Belieben hinter dem Kolben 9
ausgeübt werden kann, wird hervorgebracht durch eine Druckpumpe P, welche Öl aus
dem Gehäuse 7 ansaugt, dessen unterer Teil einen Behälter bildet, und es hinter
den Kolben 9 drückt, um so diesen letzteren im Sinne der Kompression der elastischen
Scheiben 43 zu verschieben. Diese Druckpumpe P besteht aus einem Kolben 46 in Form
einer Stange, deren oberes Ende 47 den Ring der auf der Antriebswelle i festgekeilten
Exzenterscheibe 15 bildet, und aus einem Zylinder 48, dessen unterer Teil mit dem
Kugelgelenk 49 in einem an dem Gehäuse 7 befestigten Lager 50 gelagert ist
und gleichzeitig als Verteilergehäuse der Pumpe dient. Das öl wird hinter
den Kolben 9 durch die Leitung 51 gedrückt, in welcher ein Auslaßventil at eingeschaltet
ist, das durch eine regelbare Feder 53 derartig beeinflußt wird, daß es sich bei
einem bestimmten Druck öffnet. _ Die Spannung dieser Feder 53 kann von außen her
durch eine nicht dargestellte Einrichturig geregelt werden, um entsprechend den
Bedürfnissen das Ventil a einzustellen. Denn von der Einstellung des Ventiles a
hängt ab die Kompression des elastischen Systemes E .unter dem Druck des Kolbens
9. Es sind das Ansaugventil der Pumpe mit 54 und die beiden Druck- oder Rückstoßventile
mit 55 und 55' bezeichnet (Abb. 1, 4, 5, 7). Die beiden zylindrischen Schieber 56
und 56' sind in einem auf dem Gehäuse 7 befestigten Vorteilergehäuse 57 angeordnet
und können unabhängig mittels Hebel 5 8 und 5 8' (Abb. i und 2) betätigt werden,
welche von außen her durch auf den Wellen 59 und 59' verkeilte Pedale bewegt werden.
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Zum Abstellen des Antriebes der Wellen 41 genügt es, den Schieber
56 (Abb. 5) in eine Stellung zu bringen, bei welcher die öffnungen 6o und 61 sich
decken und in das Gehäuseinnere 7 ausmünden. Der Zylinder i z ist somit auf Entleerung
gestellt, und die Pumpe, welche stetig arbeitet, solange die Hauptwelle i sich dreht,
kann nur Öl aus dem Gehäuse 7 mitnehmen, um es wieder in letzteres zurückzuschicken.
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Zur Anstellung des Antriebes der Wellen 41 genügt es, den Schieber
56 in die Stellung nach Ab. 5 zu bringen.
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Die Pumpe P wird auch zur hydraulischen Steuerung der Einrichtung
zur Änderung der Drehrichtung der anzutreibenden Wellen 41 benutzt. Zur Übertragung
der Drehung der Rohre 73' auf die Wellen 41 dient folgende Einrichtung: In Abb.8
bezeichnet 62 einen Käfig, in dessen Aushöhlungen sich die Kugeln 63 drehen können.
Dieser Käfig ist in dem fest mit dem Rahmen verbundenen Lager 64 fest angeordnet
und bildet gleichzeitig ein Lager 62' für das Kugellager 65, auf dem sich das Rohr
4o mit seinem Ende aufstützt. Dieses Rohr 40 wird außerdem in seinem Hauptteile
in dem glatten Lager 66 zentrisch geführt. Jede angetriebene Welle 41 ist kuppelbar
entweder für Vorwärtsgang direkt mit dem Rohr 73' oder für Rückwärtsgang mit einem
Teller 67, dessen innere Seitenfläche 68 in dauernder Berührung mit den Kugeln 63
steht. In dem Teller 67 ist ein fest mit dem Kolben 70 verbundener Teil 69
achsial beweglich, der mit dem Kolben sich in einem Zylinder 71 verschieben kann,
welcher in dem Ende der Welle 41 ausgebohrt ist. Die Verzahnung 72 dieses Teiles
69 kann in Eingriff kommen entweder für Vorwärtsgang der Wellen 41 mit der entsprechenden
Verzahnung 72' der Scheibe 73 am äußeren Ende des Rohres 73', das die Differentialnabe
des Freilaufrades bildet, oder -für Rückwärtsgang der Wellen 41 mit einer entsprechenden.
Verzahnung
am Teil 67. Der Umfang der Scheibe 7-3 hat eine
konische Oberfläche 74 und kann durch achsiales Verschieben des Rohres 73' gegen
die Kugeln 63 gedrückt werden, um den Rückwärtsgang der angetriebenen Wellen 4 i
zu bewirken. In dem Rohr 7 3' ist ein Zentrierungsstift 75 angeordnet, dessen konisches
Ende »76 in Eingriff kommt mit einer Ausfräsung in der Mitte des Teiles 69.
Jedes der Rohre 73' ist fest mit einem Kolben 77 verbunden, dessen gewölbter Boden
mit dem seines Nachbars eine ringartige Höhlung 78 bildet, die dauernd durch die
Öffnungen 79 mit der Ringkammer 8o (Abb. r und 8) des Lagers 66 in Verbindung steht.
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Beim Vorwärtsgang der Wellen 41 nimmt der Schieber 56' (Abb. ¢) eine
derartige Stellung ein, daß die Öffnungen 8i und 82 sich gegenüberstehen. In dieser
Stellung entleert der Kanal 83, der in den Ringraum 8o des Lagers 66 mündet, in
das Gehäuse 7 durch die Kammer 84 und Öffnungen 85 und 88. Die Pumpe drückt so das
öl durch das Ventil 55' und die riffnung 8i in die Leitung 86 und damit in den Zylinder
7 i hinter den Kolben 7o, der den Teil 69 in Eingriff mit der Scheibe 73 für den
Vorwärtsgang bringt. Wenn man den Schieber 56' derart verschiebt, daß die Mündungen
87 und 85 zusammenfallen, so entleert der Zylinder 7 i durch ciie Leitung 86, die
Öffnung 82, die Kammer 84 und die Mündung 88 in das Gehäuse 7. Infolge der hinter
den Stiften 75 wirkenden Federn 89 wird der Tei169 zurückgeschoben und mit dem Teile
67 gekuppelt, während die Pumpe durch die Öffnungen 87 und 85 und die Leitung 83
Ö1 in den Kanal 78 zwischen den beiden Kolben 77 drückt, wodurch die Scheibe 73
die Kugeln 63 gegen den Teil 67 preßt, um den Rückwärtsgang zu bewirken.