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Reibkugelwechselgetriebe. Bei den bekannten Reibkugelwechselgetrieben,
welche in Gittern oder zwischen Stiften o. dgl. gelagert sind, ist der Wirkungsgrad
infolge der dadurch bedingten unnötigen Reibung ungünstig. Auch die Anordnung der
Kugeln in der `'eise, daß sie sich um eine verstellbare Achse drehen, ist wegen
der dadurch bedingten Drehrichtungsänderung des angetriebenen Teiles in bezug auf
den antreibenden Körper infolge der dadurch bedingten Reibung an der Achse sehr
nachteilig. Der Wirkungsgrad ist gering, aber die Abnutzung sehr stark und die Lebensdauer
eines solchen Getriebes daher kurz.
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Diese -Mängel werden bei dem Getriebe nach der Erfindung beseitigt.
Entgegen dem obenerwähnten Prinzip werden hier die Ku--reln vollkommen frei zwischen
drei Körpern gelagert welche sich unabhängig voneinander drehen können, wodurch
die Drehrichtung der Kugeln um sich selbst bestimmt wird und die Drehrichtung des
angetriebenen Körpers und des antreibenden Teiles die gleiche ist.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den Abb. i bis 6 in verschiedenen
Ausführungstormen beispielsweise dargestellt. Bei den bekannten Anordnungen wird
die Kraft dadurch übertragen, daß die Kugeln einen Käfig oder zwischen denselben
angeordnete Stifte o. dgl. antreiben, oder die um einen Kegel oder eine Welle angeordneten
Kugeln treiben z. B. einen um diese Kugeln angeordneten kegelförmigen oder zylindrischen
Ring in entgegengesetzter Drehrichtung zur treibenden Welle dadurch an, daß man
sie daran behindert, die kreisende Bewegung der Welle oder des treibenden Körpers
mitzumachen.
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Beim Getriebe nach der Erfindung wirkt die durch die Kugeln bewirkte
Reibung nicht nachteilig, vielmehr im Sinne der Kraftübertragung, so daß keine Kraft
verlorengeht. Zugleich kann aber auch mit diesem Getriebe mit nur einer Kugelbahn
die Kraft mit einer beliebigen Geschwindigkeit übertragen werden. Das hierbei zur
Anwendung kommende Prinzip ist folgendes: Bringt man zwischen zwei drehbar und beweglich
angeordnete Körper Kugeln, so werden diese durch den Druck des einen treibenden
Körpers in eine um sich selbst rollende Bewegung in Richtung der Kreisbahn versetzt.
Auf den anderen Körper wird nur ein Druck ausgeübt, welcher ihn nicht veranlaßt,
die kreisende Bewegung der Kugeln mitzumachen. Beeinflußt man aber die Kugeln derart,
daß sie sich während der kreisenden Bewegung ununterbrochen in anderen Richtungen
um sich selbst drehen, die also nicht der Richtung der kreisenden Bewegung entsprechen,
so üben sie auf den anderen Körper eine Reibung aus und sind bestrebt, ihn in Drehung
zu versetzen. Zu diesem Zwecke sind die Kugeln i zwischen drei Körpern 2, 3 und
d. gelagert, deren Flächen io, ii und 12, welche die Kugeln berühren, hohl (s. Fläche
i2), gerade (s. Fläche ii) und abgestuft oder unterbrochen (s. Fläche io) sein können.
Der Körper 2 in Abb. i ist mit seinem Gewinde 5 auf die treibende Welle geschraubt.
Sobald durch den Kegelkörper q. die Kugeln i mit genügendem Druck an die Körper
2 und 3 gedrückt werden, werden die Kugeln der Drehung des Körpers 2 entsprechend
in kreisende Bewegung versetzt. Zu diesem Zwecke kann der Kegel q., welcher auf
dem Zapfen 6 des Körpers :2 drehbar, aber seitlich beweglich an-#;eordnet ist, durch
das Exzenter 7 der Welle 8 mittels des Hebels g nach rechts verschoben ;werden.
Dieser Zug oder Druck wird zweckdienlich durch eine Feder bewirkt. Die so gelagerten
Kugeln i üben nun dem jeweiligen Drucke des Kegels entsprechend eine Reibung auf
den Körper 3, welcher lose, also drehbar angeordnet ist, in Richtung der kreisenden
Bewegung aus. Diese Reibung entsteht folgendermaßen.
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Läuft eine Kugel geradeaus, so dreht sie sich um ihren größten Umfang.
Läßt man sie auf einer Ebene im Kreise laufen, so bilden die Unterstützungspunkte
auf der Kugel während dieses Laufes einen Kreis, der kleiner ist als der Kugelumfang.
Je mehr dieser Kreis mit seinem Durchmesser von dem der Kugel abweicht, desto kleiner
ist auch der
Durchmesser der Krcislaufballn. Er wird bestimmt durch
das Effet, das die Kugel erhält, und zwar durch Stoß, wie z.@B. beim Billardspiel
mit dem Billardstock, oder während ihres ganzen Laufes, z. B. die auf dem Billard
in einem Reifen abrollende Kugel. Eine Kugel erhält dadurch Effet, daß sie links
oder rechts von ihrer Schwerpunktlinie oberhalb oder unterhalb ihres Schwerpunktes
an ihrem Umfange beeinflußt wird; das ist durch die Anordnung der Kugeln i in Abb.
i zwischen den im Dreieck angeordneten Flächen io, i i und 12 der Fall. Der Unterstützungspunkt
einer auf einer ebenen Fläche rollenden Kugel liegt in der Richtung der Schwerpunktlinie
senkrecht unter dem Schwerpunkt, der bei der Kugel zugleich Mittelpunkt ist, bzw.
die Schwerpunktlinie stellt senkrecht zur Ebene. Soll die Kugel geradeaus rollen,
so darf sie kein Effet erhalten und muß vielmehr in Richtung dieser Schwerpunktlinie
bzw. in der Mitte der Kugel beeinflußt werden. Bei der Anordnung der Kugel zwischen
den drei Bahnen i o, i i und 12 ist dieses betreffs keiner derselben der Fall. Die
Flächen io, ii und 12 geben den Kugeln sämtlich Effet, da sie die Kugeln in den
punktiert eingezeichneten Richtungen zti beeinflussen streben, welche sämtlich von
der Richtung der kreisenden Bewegung um den Kegel ,4 oder in der Bahn io-i:2 abweichen.
Je nach der Kraft, mit welcher das Effet ausgeübt wird, bzw. dem Druck, mit welchem
die Flächen io, i i und 12 die Kugeln berühren, drehen sich dieselben mehr oder
weniger energisch abweichend von der Drehrichtung ihrer Kreisbahn während derselben
um sich selbst. Die Drehrichtung der Kugel um sich selbst ist am besten durch folgenden
Vergleich klarzustellen Die Erde ist eine Kugel und dreht sich w iihrend ihrer Ellipsenbahn
um die Sonne um sich selbst, und zwar tim ihre Erdachse, also in Richtung der Breitengrade,
dagegen nicht in Richtung der Längengrade. Die wie oben beschrieben gelagerten Kugeln
drehen sich während ihrer Kreisbahn iin Sinne der Erde in Richtung der Breitengrade,
aber zugleich auch in Richtung der Längengrade. Da sie sich aber nicht zugleich
in zwei oder mehr Richtungen um sich selbst drehen können, machen sie die Drehung
um sich selbst in kombinierter Richtung bzw. in der der Beeinflussung entsprechenden
überwiegenden oder resultierenden Richtung, die also stets von der Kreisbahnrichtung
abweicht. Um noch eine andere Erklärung anzuführen, sei bemerkt, daß eine Kugel
sich nur dann beständig in einer bestimmten Richtung um sich selbst drehen kann,
wenn sie sich um ihren Unterstützungspunkt auf einer Ebene oder um die N erbindungslinie
zweier sich an ihrem Umfange genau gegenüberliegenden Berührungspunkte als ihre
Achse dreht. Dieses ist also bei den Kugeln i, welche zwischen drei Berührungsflächen
gelagert sind, nicht möglich, da drei Berührungspunkte vorhanden sind und die Kugel
sich nicht zugleich um drei Unterstützungspunkte drehen kann, sonderxi sie müssen
ihre Drehrichtung ständig wechseln, oder sie drehen sich in der Richtung, die durch
die überwiegende Beeinflussung durch größeren Druck oder eine größere Berührungsfläche
bewirkt wird. Hierdurch kann man die Richtung der Dreliung der Kugel um sich selbst
bestimmen, so daß die Richtung der Eigendrehung der Kugel sich mit der Rollrichtung
kreuzt, welche sie bei der kreisenden Bewegung ohne diese Beeinflussung ausführen
müßte. Es läßt sich also diese abweichende Richtung, wie sie am wirksamsten ist,
durch die Form der Flächen i o, i i und 12 sowie durch die Winkel des Dreiecks bestimmen,
welches entsteht, wenn man die Berührungspunkte verbindet. Während die Kegelmantelfläehe
i i nur einen Berührungspunkt bietet, berührt die Fläche 12 als hohle innere Ringfläche
eine kleine Fläche des Umfanges der Kugel. Durch die Fläche io als gerade innere
Ringfläche wird die Kugel mehr als durch die Fläche i i, aber weniger als durch
die Fläche 12 mit gleichem Druck berührt. Die Kugeln üben also auf den Körper 3
eine Reibung in Drehrichtung des Körpers :2 aus, wodurch mit verhältnismäßig geringem
Druck des Körpers 2 auf die Kugel der Körper 3 leicht und sanft mitgenommen wird,
wobei die Kugeln selbst nicht unrund werden können, sondern ihre Form behalten.
Ein nach längerem Gebrauch gegebenenfalls verkleinerter Durchmesser der Kugel wird
durch den Kegel d. ausgeglichen.
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Denkt man sich .den Körper 3 als Zahnrad, Riemscheibe o. dgl. ausgeführt,
so stellt schon diese Vorrichtung ein Wechselgetriebe dar. Durch dieses Getriebe
wird die denkbar größte, ruhigste und zuverlässigste Geschwindigkeitsregelung während
der Kraftübertragung gewährleistet, wobei die Abnutzungen ungewöhnlich gering bleiben,
da die Kugeln stets am ganzen Umfange beansprucht werden.
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Lm das eingangs beschriebene Getriebe als Anlaßv orrichtung für ein
weiteres Getriebe wirken zu lassen, ist der Körper 3 auf dein zvlindrischen Teil
des Kegels .a. seitlich verschiebbar angeordnet. Bei zunehmendem Drucke des Kegels
bzw. der Fläche i i werden die Kugeln i mit entsprechend erhöhtem Drucke auf die
Fläche 12 des Körpers 2 gedrückt und rollen der Form dieser Fläche entsprechend
so weit nach außen, als der Körper 3 mit der Führungsfläche io nach links
diesem
Drucke ausweicht. Es überträgt sich also der Druck vom Kegel 4 auf die Kugeln, den
Körper 2 und zugleich den Körper 3, die Kugeln 13, den Gehäusedeckel 14 und das
kegelförmige Gehäuse 15, «-elches die seitliche Bewegung des Körpers 3 mitmacht.
Da der Körper :2 nach dieser Richtung feststeht, entsteht hierdurch zwischen seiner
äußeren kegelförmigen Mantelfläche und der inneren Kegelfläche des Gehäuses 15 eine
Reibung. Diese Flächen sind durch Schmiernuten 16, welche durch den Kanal 17 mit
den mit Ü1 angefüllten Hohlräumen des Gehäuses verbunden sind, gut geschmiert. Die
Reibung bezweckt also nicht nur wie bei den bekannten Kegelkupplungen eine starre
Kupplung, sondern zunächst eine dem jeweiligen Drucke entsprechende gleitende Reibung,
wobei mit zunehmendem Drucke die Geschwindigkeit des Gehäuses 15 sich derjenigen
des Körpers 2 angleicht. Wird der Hebel 9 so weit bewegt, daß das Exzenter 7 den
Kegel 4 mit genügender Kraft bewegt, so erhöht sich die Reibung der Kugeln i und
der Kegelflächen der Körper 15 und 2 so stark, daß eine starre oder die Vollkupplung
erreicht wird, wodurch der Körper 15 die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit des Körpers
2 annimmt und die Kugeln nicht mehr rollen. Die Reibung kann dadurch wirksam erhöht
werden, daß man die Kreiskugelbahn der Kugeln 13 z. B. in einer Schlangenlinie entweder
im Gehäusedeckel 14. oder im Körper 3, wie in Abb. 2 dargestellt, ausführt. Dadurch
wird erreicht, daß die Kugeln 13 abwechselnd ähnlich wie die Kugeln i beeinflußt
werden, also auch ihrerseits eine Reibung bewirken. Die zwischen den Kegelflächen
des Gehäuses 15 und des Körpers 2 auftretende Reibungswirkung kann dadurch sanfter
und veränderlich gestaltet «-erden, daß man z. B. im Körper :2 Walzen 18 oder Kugeln
i9 in Bahnen anordnet.
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Je nach dem Verwendungszweck des Getriebes kann aber auch das zweite
Getriebe, wie es z. B. in Abb. 3 dargestellt ist, nur durch Flächenreibung bewegt
werden. Hierbei ist auch die Kugelbahn 13 fortgefallen, und der Körper 3 bewirkt
mit mehr oder weniger Druck eine Flächenreibung an dem Gehäusedeckel 14 und das
Gehäuse 15 in gleicher Weise am Kegelkörper 2. Um die Reibung des Körpers 2 noch
wirksamer zu gestalten, kann der Getriebekörper 2 verdoppelt oder, wie beispielsweise
in Abb. 4 dargestellt ist, verdreifacht bzw. beliebig oft abgestuft erden.
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Abb. 5 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei welcher zwei Getriebekörper
mit entgegengesetzt gerichteten Kegeln Anwendung finden. Mit der Maschinenwelle
2o dreht sich der auf ihr fest angeordnete kegelförmige Getriebekörper 21. Die auf
dieser Welle drehbar und verschiebbar angeordnete Kegelhohlwelle 22 übt den Druck
auf die Kugel i wie in Abb. i aus. Dadurch bewegt sich der auf dieser Welle in Richtung
derselben verschiebbar angeordnete Getriebekörper 2 nach oben und kommt hierdurch
in innigere Berührung mit der Kegelfläche 24 des Gehäuses 25. Bei weiter zunehmendem
Drucke der Kugeln i wird das Gehäuse 25 etwas nach oben (s. Abb. 5) gedrängt, und
es entsteht auch eine Reibung zwischen der Kegelfläche 26 und dem Getriebekörper
21. Auch hierbei sind die Reibungsflächen mit entsprechenden Schmiernuten versehen
und dauernd gut geölt. Der Gehäusekörper 25 stellt den angetriebenen Teil dar und
kann als Riemscheibe, Zahnrad o. dgl. entsprechend ausgebildet werden. Der angetriebene
Körper 15 in Abb. i ist z. B. zugleich als Riemscheibe 27 mit trapezartigem Querschnitt
ausgebildet.
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In Abb.6 ist eine weitere Ausführungsform eines solchen Getriebes
in einen Getriebekasten 28 eingebaut dargestellt. Die von der Maschine erzeugte
Kraft wird durch das Kettenzahnrad 29 auf die Getriebewelle 30 und den mit ihr verbundenen,
aber in Richtung derselben beweglich angeordneten kegelförmigen Getriebekörper 31
übertragen. Der Getriebekörper 32 ist lose auf der Kegelhohlwelle 33 angeordnet,
welche wieder lose auf der Getriebewelle 30 gelagert ist. Wird durch eine
Drehung des Zahnsegmentes 34 die Welle 33 auf der Welle 3o nach links verschoben,
so werden die Kugeln i von dem Kegel der Welle 33 zwischen die beiden Getriebekörper
31 und 32 gepreßt, wodurch sie, bei dem Bestreben auseinanderzugleiten, sich mit
mehr oder weniger Druck gegen die kegelförmigen Gehäuseflächen 35 und 36 legen und
eine dem Drucke der Welle 33 entsprechende Reibung verursachen, so daß die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Welle 30 mehr oder weniger auf den Abtriebkörper 32 und durch die Klauenkupplung
38 auf den anzutreibenden Hohlkegel 43 übertragen wird. Der Getriebekörper 31 ist
durch einen Keil o. dgl. mit der Welle 30 verbunden. Um die zwischen den
Getriebekörpern und dem Gehäuse 37 erzeugte Reibung im Sinne des Getriebes sanfter
und wirksamer, außerdem veränderlich zu gestalten, ist es zweckmäßig, je nach dem
Verwendungszweck die Kugelbahnen 39 entweder auf einem oder beiden Getriebekörpern
schraubengangartig, im Zickzack oder in einer Schlangenlinie um den Kegelkörper
anzuordnen. Die in einer solchen Bahn rollenden Kugeln machen, obwohl sie nur zwischen
zwei Körpern gelagert sind, ähnliche Bewegungen wie die großen Kugeln i. Sie sind
fortgesetzter wechselnder Effetbeeinflussung
unterworfen. Die Kugeln
bewegen sich dauernd abwechselnd nach links und rechts in einer Bahn, welche einer
ununterbrochenen abwechselnden Weichenbahn gleicht, wobei sich außerdem der Durchmesser
dieser Kreisbahn fortgesetzt abwechselnd vergrößert und verkleinert infolge ihrer
Auf- und Abwärtsbewegung um den Kegel.
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Die Kugeln führen also alle Bewegungen aus, die überhaupt möglich
sind. Von einer bestimmten Drehrichtung der Kugeln um sich selbst kann nicht mehr
gesprochen werden, weil sie fortgesetzten Änderungen oder Wechseln unterworfen sind.
Mithin kann die Drehrichtung nicht der Richtung entsprechen, welche die Kugeln beim
Abrollen am Innenkegel 35 einer normalen Kreisbahn entsprechend zu machen streben,
sondern sie ist dieser mehr oder weniger entgegengerichtet. Die Kugeln wirken also
bremsend, wodurch die Reibungswirkung bei verhältnismäßig geringem Druck beginnt
und dann unbegrenzt veränderlich durch dieses einfache Getriebe eingestellt werden
kann. Es wird also die Kraft nicht wie bei den bekannten Getrieben durch möglichst
leicht in Richtung ihrer normalen Kreisbahnen rollende Kugeln, sondern vielmehr
durch mit zunehmender Belastung oder Umdrehungsgeschwindigkeit des angetriebenen
Körpers schwerer und in anderer Richtung und schließlich gar nicht mehr rollende,
also stehende Kugeln übertragen. D. h. wird z. B. die Kraft mit einer hohen Umlaufzahl
übertragen, so rollen die Kugeln bei den bekannten Kugelgetrieben entsprechend schnell,
beim Getriebe nach der Erfindung dagegen sehr langsam oder gar nicht.
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Das Gehäuse läuft auf - Kugellagern 41 und 42 im fest eingebauten
Getriebekasten 28. Bei der Ausführungsform nach Abb. i steht das Öl im Exzentergehäuse
q.q., der Bewegung des Kegelkörpers q. Rechnung tragend, durch die Bohrung 45 im
Boden desselben in Verbindung mit den übrigen mit Öl angefüllten Räumen. Entsprechend
der Bewegung der beiden Getriebekörper 32 und 33 (s. Abb. 6) kann das
01 durch die Kanäle 46 und 47 von innen nach außen und umgekehrt hindurchtreten,
wodurch zugleich die Kegelflächen gut geschmiert werden. Der Getriebekasten kann
auch als Ölbehälter dienen, wozu sich besonders der Raum 48 gut eignet.