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Verfahren und Vorrichtung zur Leistungsübertragung zwischen hin und
her gehenden und umlaufenden Maschinenteilen. Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und auf Vorrichtungen, um von einer Verbrennungskraftinaschine oder einer
anderen Antriebsenergie her, die mit einem bestimmten Drehmoment arbeiten soll,
Kraft auf eine Welle oder Wellen zu übertragen, und ist besonders anwendbar für
Lokomotiven und andere Fahrzeuge und Anlagen, die durch Verbrennungskraftmaschinen,
Dampfturbinen, Elektromotoren o. dgl. angetrieben werden.
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Das den Gegenstand- der Erfindung bildende Verfahren kennzeichnet
sich dadurch, daß in der Kupplung die Trägheit einer schwingenden Masse verwendet
wird, in der Weise, daß die hin und her gehende Bewegung in zwei Komponenten derselben
Frequenz zerlegt wird, wobei die eine Komponente der :Masse eine schwingende Bewegung
erteilt und die andere Komponente auf Schaltvorrichtungen einwirkt, derart, daß
die Frequenz bzw. die Schwingungszahl des Systems im konstanten Verhältnis zur Umdrehungszahl
der antreibenden Welle bleibt.
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Die zur Ausübung des Verfahrens dienenden Vorrichtungen kennzeichnen
sich dadurch, claß die hin und her gehende Bewegung einem schwingenden Kopplungsglied
mitgeteilt wird. das mit einem Punkt mit der schwingenden Masse verbunden ist und
mit dem dritten Punkt mit dem Gestänge der Schaltvorrichtungen. Hierbei wird das
Antriebsmoment einer regelmäßig oder gleichmäßig umlaufenden Kraftwelle durch die
schwingende Masse auf die angetriebene Welle übertragen, die gegen ein veränderliches
Drehmoment arbeitet, wobei das Drehmoment sich selbsttätig vergrößert, wenn das
Verhältnis der Geschwindigkeiten zwischen der treibenden und der getriebenen Welle
wächst und sich verringert, wenn dieses Verhältnis abnimmt oder sich verringert.
Die hier auftretende sinusförmige Bewegung, die von der Kraftwelle abgeleitet wird,
wird in Komponenten derselben Frequenz zerlegt, wobei die eine Komponente eine wechselnde
Bewegung zu beiden Seiten einer mittleren Lage auf eine Masse überträgt, während
die andere Komponente -eine wechselnde Bewegung auf ein Schaltwerk übermittelt,
das nach derselben Richtung geht und mindestens zwei Impulse auf die angetriebene
Welle bei jeder Drehung der treibenden Welle überträgt. Wenn die Einrichtung bei
einem hohen Widerstandsdrehmornent an der angetriebenen Welle angelassen wird, beginnen
die schwingenden Massen unmittelbar in ihrer maximalen Amplitude zu schwingen und
erzeugen auf diese Weise große, abwechselnde Kräfte in den Verbindungsstangen, wobei
diese Kräfte proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit der Antriebsweile sind.
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Zur Erläuterung der Erfindung dient die beiliegende Zeichnung.
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Die Abb. r und a zeigen schematisch _v_ erschiedene mögliche Anordnungen.
Abb.
3 läßt schematisch die Kräfte erkennen, die bei einer Ausführungsform wirksam werden.
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Abb. :f ist ein Kurvenbild, welches die verschiedenen relativen Werte
zwischen der Geschwindigkeit der Antriebswelle, dem Drehmoment der angetriebenen
Welle und der Geschwindigkeit derselben erkennen läßt, wenn das Drehmoment der Antriebswelle
konstant gehalten wird.
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Abb. 5 ist eine schematische Ansicht einer gemäß der Erfindung gebildeten
Ausführung. Abb. 6 ist ein Querschnitt durch diese beispielsweise einfache Konstruktion.
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In dem in Abb. i dargestellten Diagratnni ist die Kurbel :2 der treibenden
Welle i direkt mit einem schwingenden Kopplungshebel i i verbunden, welcher eine
Masse 12 trägt. An einem Zwischenpunkt des Kopplungshebels sind zwei Verbindungsstangen
8, 9 angeschlossen,-die auf die auf der anzutreibenden Wellew angeordneten Schaltvorrichtungen
io einwirken.
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Sollen die Trägheitskräfte ausgeglichen werden, so können zwei oder
mehrere der beschriebenen Systeme auf derselben antreibenden bzw. angetriebenen
Welle angeordnet werden, wobei die Phasenwinkel zwischen den Kurbeln in entsprechender
Weise auszuwählen sind.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 liegt die Antriebswelle i rechtwinklig
zur angetriebenen Welle 16, und die Kurbel 2- ist durch eine Stange 3 mit einem
Ende des schwingenden Kopplungshebels 13 verbunden, welcher in der Mitte mit einer
Kurbel 1q. der schwingenden Scheibe 15 verbunden ist. Das andere Ende des s@hw ingenden
Kopplungshebels 13 ist durch Stangen 8 und 9 mit Schaltvorrichtungen io verbunden.
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Gemäß dem Schema nach Abb.3 ist die antreibende Kurbelwelle 2 durch
eine Stange 3 mit dem unteren Ende des schwingenden Kopplungshebels 13 verbunden,
dessen oberes Ende mit einer Kurbel rd. vereinigt ist, welche sich mit der schwingenden
Scheibe 15 bewegt. Der Kopplungshebel 13 ist oberhalb seiner Mitte durch die Stangen
8 und -9 mit der Schaltvorrichtung verbunden.
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In allen Diagrammen sind die festen Drehpunkte durch 2o bezeichnet.
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Es ist ersichtlich, daß- bei den vorbeschriebenen schematischen Anordnungen
unter Vernachlässigung der Trägheit der schwingenden Masse die Bewegung der treibenden
Teile unbestimmt ist. Es ist demgemäß notwendig, die Stabilität des Systems, wenn
es sich in Bewegung befindet, in Betracht zu ziehen, da bei inkorrekten Stellungen
der festen Achse und der beweglichen Lager die Amplitüde der schwingend gelagerten
Masse das Bestreben hat, sich ins unendliche zu vergrößern, wodurch das ganze System
unstabil werden würde mit dem Ergebnis, daß die Gelenkverbindungen zerrissen und
zerbrochen würden.
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Um dieses zu erläutern, sind die Kräfte, die in den verschiedenen
Teilen der Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wirksam sind,
im Schema nach Abb.3 eingezeichnet. Betrachtet man die Gleichgewichtsstellung der
schwingenden Scheibe 15, so ergibt sich, daß die Resultante der Kräfte, die durch
die Stangen 3 und 8 übertragen werden, sich immer zwischen den gestrichelt gezeichneten
Linien a' und a4 befinden, während die Resultante, die durch die Kräfte in den Stangen
3 und 9 übertragen wird, immer zwischen den Linien d--und-.d liegen wird. Es sei
festgestellt, daß entgegengesetzte Drucke in den Stangen 8 und 9 durch die Trägheit
der zurückgehenden Teile erzeugt werden, und daß diese Drucke : stets klein sind
im Vergleich zu den antreibenden Kräften. Infolgedessen werden bei dieser Anordnung
die resultierenden Kräfte, welche auf die schwingende Scheibe 15 einwirken -also
die mittleren Resultanten -, abwechselnd nach links oder nach rechts und immer nach
einer Richtung verlaufen, die von der Achse der schwingenden Scheibe fortgerichtet
ist, so daß die Stabilität des Systems aufrechterhalten wird.-Gemäß dem Schema -der-
Abb. d.- wird beispielsweise die Geschwindigkeit v der angetriebenen Welle als Abszisse
betrachtet, wobei das Drehmoment - der angetriebenen Welle durch die Ordinate der
Kurve z angedeutet wird. Die Geschwindigkeit des Antriebsmotors ist durch die Ordinate
der Kurve u angegeben, während das Drehmoment der antreibenden Welle konstant gehalten
wird. Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß, wenn die Geschwindigkeit der angetriebenen
Welle einen bestimmten Betrag überschreitet, das Drehmoment der angetriebenen Welle
das Bestreben hat, unter einen bestimmten Wert zu fallen, und die Geschwindigkeit
der Antriebswelle sich in geradlinigem Verhältnis mit der der angetriebenen Welle
ändert wie bei einem gewöhnlichen Getriebe mit konstanter Übersetzung. Wenn andererseits
die Geschwindigkeit der angetriebenen Welle unter einen bestimmten Wert sinkt, so
wächst das Drehmoment der angetriebenen Welle sehr rasch, und gleichzeitig nimmt
auch -die Geschwindigkeit des Antriebsmotors zu.
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Um die Erfindung zu verwirklichen, ist in den Abb. 5, 6 ein Ausführungsbeispiel
dargestellt. Gemäß demselben treibt der Antriebsmotor die Welle a an, die eire Scheibe
b besitzt und durch eine Stange c mit dem Mittelpunkt eines schwingender - Kopplungshebels
d
verbunden ist. Das obere Ende dieses Kopplungshebels ist bei e an einem schwingenden
Hebel f gelagert, der seinerseits bei x gelagert ist und an seinem unteren Ende
eine Masse g trägt. Das untere Ende des schwingenden Kopplungshebels d ist durch
ein Paar Stangen h, k mit einer doppelten Schaltvorrichtung q verbunden,
die für jede Umdrehung der Antriebswelle zwei Impulse der angetriebenen Welle A
übermittelt. Die unteren Verbindungsstangen k arbeiten unter Zugspannung und die
oberen Stangen h unter Druck, um den Stabilitätszustand zu sichern.
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Es ist ersichtlich, daß mit der beschriebenen Vorrichtung die Drehung
der antreibenden Welle ein Schwingen des Kopplungshebels d hervorruft, und daß dieses
Schwingen entweder auf die Masse g durch den Hebel f oder durch die Verbindungsstangen
1a, k
auf die Schaltvorrichtung übertragen werden kann. Wenn .die Einrichtung
bei einem hohen Widerstandsdrehmoment an der angetriebenen Welle angelassen wird,
beginnen die schwingenden Massen in ihrer maximalen Amplitude zu schwingen und erzeugen
auf diese Weise große, abwechselnde Kräfte in den Verbindungsstangen h, k, wobei
diese Kräfte proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit der Antriebswelle sind.
Infolgedessen wird, wenn die Geschwindigkeit der Antriebsrnaschine genügend gesteigert
ist, das Drehinoment an der getriebenen Welle durch die Schaltvorrichtung überwunden,
und die angetriebene Welle beginnt gegen den Widerstand sich zu drehen. Wenn sich
der Widerstand verringert, so erreicht die Welle eine höhere Tourenzahl. Die angetriebene
Welle dreht sich dann mit einer entsprechenden Verminderung der Bewegung der schwingenden
Masse. Das Drehmoment, welches durch den Widerstand an der angetriebenen Welle überwunden
wird, wird direkt durch Kräfte erzeugt, die in den Verbindungsstangen h,
k vorhanden sind. Diese Kräfte werden durch die Schaltvorrichtungen in nach
einer Richtung wirkende Drehimpulse umgewandelt. Andere Ausführungsformen des Mechanismus
können verwendet werden. Die Schaltvorrichtung kann jede geeignete Ausführungsform
erhalten. Ferner kann die Masse, anstatt an einem Hebel in einer Scheibe angeordnet
sein, und es kann auch eine Masse beliebiger Formgebung verwendet werden.
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Es ist ersichtlich, daß bei dem vorbeschriebenen Mechanismus eine
Vertikalbewegung beiderseitig der Mitten, entweder der angetriebenen Welle oder
der Achse der Masse oder der Antriebswelle und außerdem eine leichte Horizontalbewegung
dieser Mitten zulässig ist. Es ist daher möglich, bei einem solchen Mechanismus
geringe Veränderungen der Entfernungen zuzulassen, die zwischen je zwei Tragzentren
der angetriebenen Welle, der Masse und der Antriebswelle vorhanden sind. Dies ist
zweckmäßig für Motorfahrzeuge, da einige Teile der Vorrichtung auf Federn montiert
sein können gleichzeitig mit anderen, welche direkt auf den Laufräderachsen sitzen
können.
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Die Erfindung ist geeignet für Zugzwecke, wie z. B. Lokomotiven, Fahrzeuge
usw.; das Übertragungsgetriebe dagegen wird, wie ersichtlich, für eine große Anzahl
anderer Zwecke benutzt werden können, bei welchen es erwünscht ist, ein Drehmoment
an der angetriebenen Welle zu überwinden, das sich zwischen sehr w_ :eiten Grenzen
ändert, und dieses entweder mit einem konstanten Drehmoment der Antriebswelle oder
mit einer Antriebswelle, die andere charakteristischeMerkmale besitzt, indem man
z. B. das Übertragungsgetriebe für den Antrieb von Walzwerken durch Dampfturbinen,
Verbrennungskraftmaschinen oder Elektromotoren benutzt. Auch kann das Getriebe für
Werkzeugmaschinen benutzt werden, wie z. B. für Bohrmaschinen, oder auch als Reduziergetriebe,
um Energien von schnellaufenden Wellen für verschiedene Zwecke abzuleiten. Weitere,
andere Übertragungsmöglichkeiten, für welche das Getriebe zweckdienlich ist, ergeben
sich von selbst.