DE4241231A1

DE4241231A1 - Umschlingungsgetriebe mit periodisch veränderlicher Übersetzung

Info

Publication number: DE4241231A1
Application number: DE19924241231
Authority: DE
Inventors: Wilfried Rahe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-08
Filing date: 1992-12-08
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2012-12-09
Also published as: DE4241231C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschlingungsgetriebe mit periodisch veränderlicher Übersetzung, insbesondere Zahnriemengetriebe, bestehend aus zwei oder mehreren umschlungenen Scheiben mit feststehenden Drehachsen.

Stand der Technik

Ungleichförmig übersetzende Getriebe werden immer dann benötigt, wenn das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten bzw. das Verhältnis der Drehmomente von An- und Abtriebswelle einen von der Stellung abhängigen, veränderlichen Wert besitzen soll. Beispielsweise läßt sich mit Hilfe solcher Getriebe der Leistungsbedarf eines Antriebs vergleichmäßigen, wenn die getriebene Maschine nur während eines Teils der Umdrehung einen hohen Drehmomentbedarf besitzt.

Ein weiterer häufiger Anwendungsfall besteht darin, die Geschwindigkeit einer Bewegung für kurze Zeit zu verlangsamen, um in der Zwischenzeit einen anderen Vorgang präziser ausführen zu können.

Diese Forderung wird z. B. oft an den Antrieb von Verpackungsmaschinen gestellt.

Für die Erzeugung der hier interessierenden ungleichförmigen Bewegungen kommt eine Vielzahl von Getrieben in Betracht. Eine Zusammenfassung bekannter Getriebe findet sich z. B. im VDI-Forschungsheft 461, "Erzeugung ungleichförmiger Umlaufbewegungen", Beilage zu "Forschung auf dem Gebiete des Ingenieurwesens", Ausgabe B Band 23 1957.

Eine seit langem bekannte und gebräuchliche Konstruktion ist die umlauffähige Form des Viergelenkgetriebes; das Doppelkurbelgetriebe. Es wird oft als Vorschaltgetriebe für andere Getriebe verwendet, um z. B. die Rastdauer von Schrittgetrieben zu vergrößern. (Siehe: Autorenkollektiv: Getriebetechnik - Koppelgetriebe. Herausgeber Volmer, J., VEB Verlag Technik, Berlin 1976).

Auch Zahnradgetriebe mit unrunden Rädern erlauben die genaue Erzeugung geforderter Übersetzungsverläufe, die sich in der Regel nach einem vollem Umlauf des kleinen Rades periodisch wiederholen. (Siehe "Getriebelehre" von Otto Kraemer, Verlag Braun, Karlsruhe 1978). Eine verallgemeinerte Ausführung eines solchen Getriebes wird in DE-O 28 24 728 beschrieben, bei dem die Berührpunkte beider Räder nicht in einer Ebene liegen, sondern wendelförmig in Achsrichtung versetzt sind, wodurch die Bewegung erst nach mehr als einer Umdrehung periodisch wird.

Getriebe mit Umschlingungsorganen zur Erzeugung ungleichförmiger Übersetzungen werden bislang nur als offene Bandgetriebe verwendet, bei denen für die Bewegungsübertragung ein endliches Band verwendet wird, das an zwei Kurvenscheiben befestigt ist. Solche Getriebe sind eng mit den Viergelenkgetrieben verwandt; im Unterschied zu diesen überträgt das als Koppel wirkende Band jedoch nur Zugkräfte.

Umlauffähige Umschlingungsgetriebe mit endlosem Umschlingungsorgan lassen sich prinzipiell dadurch verwirklichen, daß zur Konstanthaltung der Riemenspannung ein beweglicher Spanner eingesetzt wird, der die veränderliche Riemenlänge ausgleicht. Diese Getriebe sind jedoch nur begrenzt zur Übertragung wechselnder Drehmomente geeignet, da sich die Spannrolle im Leertrum befinden sollte. Bei höheren Drehzahlen bereiten die bei der schnellen Bewegung des Spanners auftretenden Trägheitskräfte Schwierigkeiten.

Diese Nachteile lassen sich vermeiden, wenn die Geometrie der verwendeten Scheiben gemäß der vorliegenden Erfindung selbst immer eine konstante Riemenspannung garantiert.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, wartungsfreies Getriebe zur Erzeugung eines ungleichförmigen Bewegungszusammenhangs zwischen zwei oder mehreren umlaufenden Wellen zu schaffen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wellen Scheiben tragen, die von einem Umschlingungsorgan, vorzugsweise von einem Zahnriemen, umschlungen werden. Die Scheiben besitzen eine im allgemeinen unrunde Form, weil die Wirkradien der Scheiben am Ein- und Auslauf des Riemens in jeder Stellung entsprechend dem gewünschten momentanen Übersetzungsverhältnis andere Werte annehmen.

Mit Hilfe geeigneter mathematischer Methoden wird für die Scheiben diejenige Form ermittelt, bei der die Umschlingungslänge in jeder Stellung gleich ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Umschlingungsgetriebe, bestehend aus dem Antriebsrad 1, dem Abtriebsrad 2, einem Ausgleichsrad 3 und dem Umschlingungsorgan 4.

Im Interesse einer kostengünstigen Herstellung sind die Räder 1 und 2 in diesem Beispiel gemäß Anspruch 2) kreisförmig, jedoch exzentrisch gelagert. Rad 3 besitzt die dargestellte unrunde Form.

Das Übersetzungsverhältnis hat in der gezeigten Stellung des Getriebes den Wert i = ω₂/ω₁ = a₁/a₂. Dabei sind a₁ und a₂ die senkrechten Abstände des Trums von den Drehachsen.

Der Umfang aller drei Räder ist in diesem Ausführungsbeispiel gleich, damit der Vorgang nach einem vollständigen Umlauf der Räder periodisch ist.

Für eine volle Umdrehung von Rad 1 zeigt Fig. 2 den Verlauf des Übersetzungsverhältnisses i in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel α₁ des Antriebsrades. Es ist ersichtlich, daß auch große Schwankungen des Übersetzungsverhältnisses, in diesem Fall i_max/i_min = 2,5 realisierbar sind.

Erzielbare Vorteile

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Getriebes gegenüber anderen gattungsgemäßen Getrieben liegt vor allem in der Bauart als Umschlingungsgetriebe begründet. Ohne Schmierung ist ein wartungsarmer und geräuscharmer Betrieb möglich.

Die Scheiben des Getriebes können an beliebigen Stellen, z. B. auch zwischen Lagern auf den Wellen montiert werden. Demgegenüber ist bei umlaufenden Doppelkurbeln in der Regel eine fliegende Anordnung der Kurbeln auf gegenüberliegenden Wellenenden erforderlich.

Im Vergleich zu Zahnradgetrieben mit unrunden Rädern ist das erfindungsgemäße Getriebe gut geeignet, bei geringem Bauraum auch größere Wellenabstände zu überbrücken. Die unrunden Räder lassen sich bezüglich der Drehachsen dynamisch auswuchten. Die verbleibenden, durch die ungleichförmige Bewegung des massearmen Riemens verursachten Trägheitskräfte sind gegenüber den auf die umlaufende Koppel der Doppelkurbel wirkenden gering, so daß sowohl die innere Beanspruchung des Getriebes durch Massenkräfte als auch die nach außen wirkenden Trägheitskräfte auch bei höheren Drehzahlen gering sind.

Darüberhinaus lassen sich mit einem einzigen Riementrieb mehrere Wellen mit vorgeschriebenen Bewegungsabläufen antreiben.

Claims

1. Umschlingungsgetriebe mit periodisch veränderlicher Übersetzung, insbesondere Zahnriemengetriebe, bestehend aus zwei oder mehreren umschlungenen Scheiben mit feststehenden Drehachsen, dadurch gekennzeichnet, daß die An- oder Abtriebsscheibe oder beide einen über dem Umfang veränderlichen Wirkradius zur Erzeugung der veränderlichen Übersetzung aufweisen, daß die Umfänge aller Scheiben in einem ganzzahligen Verhältnis zueinander stehen und daß die im allgemeinen unrunde Form der Scheiben so gewählt wird, daß die Länge des Umschlingungsorgans beim synchronen Umlauf des Getriebes in jeder Stellung gleich ist.

2. Umschlingungsgetriebe nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus zwei exzentrisch gelagerten Kreisscheiben und einer dritten unrunden Scheibe besteht, die zum Konstanthalten der Länge des Umschlingungsorgans dient.