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Umlaufräderwechselgetriebe Die Erfindung betrifft ein Umlaufräderwechselgetriebe
mit rotierenden, treibenden und getriebenen Teilen. Das Getriebe enthält einen oder
mehrere durch den treibenden Teil planetenartig in Umlauf gesetzte Umlaufkörper
mit Schwungmassen und weiterhin Verbindungen zwischen dem getriebenen Teil und den
Umlaufkörpern derart, daß die Umlaufkörper gedreht «erden, sobald der getriebene
Teil langsamer als der treibende Teil umläuft.
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Gemäß der Erfindung sind Führungen eines jeden Umlaufkörpers vorhanden,
welche die Be«-egungen der Schwungmasse längs einer Bahn derart bestimmen, daß die
Reaktion der Masse im wesentlichen an allen Stellen ihrer Bahn der Drehung bzw.
der Planetenbewegung des Umlaufkörpers entgegenwirkt und so auf den getriebenen
Teil ein Drehmoment dauernd in einer Richtung überträgt.
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Die im Umlaufkörper vorgesehene Bahn der Schwungmasse enthält erfindungsgemäß
einen Abschnitt, der die Achse des Umlaufkörpers kreuzt und von hier aus nach jedem
Ende zu kurvenförmig verläuft.
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Die nachstehend eingehender beschriebene Erfindung enthält Besonderheiten,
welche im Ausführungsbeispiel näher erläutert «-erden.
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Abb. i stellt das Getriebe im Schnitt nach Linie I-I der Abb. 2 dar.
Die dargestellte Lage der Getriebeteile entspricht einem Übersetzungsverhältnis
von i : i.
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Abb. 2 zeigt das Getriebe im Schnitt nach Linie II-II der Abb, i.
Abb. 3 zeigt einen Teil des Getriebes im Schnitt nach Linie III-III der Abb. 2.
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Abb.4 zeigt einen Massenträger bildlich dargestellt.
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Abb. 5 stellt einen der Massenkörper .dar. Abb. 6 und 7 bringen andere
Ausführungsformen des Massenträgers.
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Abb. 8 bringt ein Diagramm, auf welches noch später in der Beschreibung
Bezug genommen wird.
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Der treibende Teil 13 kann die Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine
sein. Mit dieser Welle ist der Teil 14 verbunden, der- in seiner Wirkung einem Schwungrade
gleichkommt. Teil 14 wird durch einen Flansch- 15 zu einem Hohlkörper, der mit einem
Deckel 16 abgeschlossen ist. In der Schwungradscheibe 1d. sind Zapfen 17 gelagert,
die bestimmten, weiter unten noch näher bezeichneten Getriebeteilen eine Lagerstelle
zu geben haben. Schwungradscheibe und Deckel besitzen Aussparungen 18, in denen
die Lager für die Umlaufkörper bzw. Massenkörper untergebracht werden. Die Teile
13 bis 18 sind unter sich starr verbunden und gehören dem treibenden System
an.
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Die getriebenen Teile sind die Welle ig mit der durch Schraube 2i
hergestellten Verbindung 2o. Der getriebene Teil ig ist gegenüber dem Ende der treibenden
Welle auf Kugeln 22 gelagert. Zahnrad 23 ist mit der getriebenen Welle verkeilt.
Die Lage dieses Rades wird zugleich durch Distanzbuchsen z4. gesichert.
Zuerst
soll eine einfache Umsteuerung beschrieben werden. Ein mittleres Rad 25 sitzt lose
auf einer über die getriebene Welle gezogenen Hülse 2.1. Die ,Tabe dieses Rades
springt nach rechts etwas vor. Daneben liegt eine Hülse 27, die zugleich die Nabe
der Bremstrommel bzw. der Bremsscheibe 28 bildet. Beide Hülsen sind ähnlich wie
bei einer Klauenkupplu.ng miteinander verkuppelt (bei 29). Die Bremstrommel
28 hängt also mit dem Rad 25 fest zusammen.- Rechts von 24 liegt eine Scheibe
30, während zwischen den Hülsen 26, 27 und dem Deckel 16 ein Kugellager 31 vorgesehen
ist. Beim Rückwärtsgang wird die Trommel 28 mit Hilfe des Bremsbandes 32 festgehalten
Lind bewirkt den Rückwärtsgang über Planetenräder 37, 38, die mit dem Zahnrade 25
und dem auf der getriebenen Welle sitzenden Zahnrade 23 in Eingriff stehen. Die
Räder 37 und 38 sitzen auf den Haltezapfen 17 der Umlaufkörper und sind durch
Stifte 39 zusammengeschlossen. Zwischen den Rädern und dem zugehörigen Bolzen ist
eine Buchse .Io eingeschoben. Das Rad 25 ist größer als das Rad 23, -während das
Rad 37 wiederum kleiner als 3'8 ist. Wird Rad 25 also mit Hilfe des Fußhebels 35
festgehalten, so werden die Umlaufräder um ihre Zapfen rotieren müssen und dadurch
den Umlauf des Rades 23 als auch den Umlauf der getriebenen Welle (mit langsamer
Geschwindigkeit) veranlassen. Die Drehrichtung ist entgegengesetzt der Drehrichtung
der treibenden Teile, die, wie aus Abb. 2, 7 und 8 ersichtlich, entgegengesetzt
dem Uhrzeiger verläuft. Wenn das Umkehrgetriebe freigegeben wird, so -werden sieh
die Räder 25, 37 und die Bremstromirieln frei drehen. Wenn die Bremse gelüftet ist,
ist eine Kraftübertragung nur möglich, wenn die Umlaufräder ihrer Drehung einen
Widerstand entgegensetzen. Dieser Widerstand wird durch Umlaufkörper erreicht, die
mit den Planetenrädern in Verbindung stehen. Die Umlaufkörper (Abb.2) bestehen aus
einer Kurvenscheibe 5q., in deren Bahn 6o sich Gewichtskörper 62 vermittels Rollen
63 und Achsbolzen 64 bewegen. Der Fliehkraft des Schwungradgehäuses 14, 15, 16 folgend,
-werden diese Gewichte stets nach außen treiben. Da sie durch die Formgebung der
Kurve bei einer Drehung der Kurvenscheibe nach innen mitgenommen werden, üben sie
auf die Scheiben und Planetenräder ein Moinent aus, das eine Antriebskupplung bewirkt.
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Jede der Massen 62 wird mit dem Umlaufkörper zusammenarbeiten. - Der
Umlaufkörper bzw. Massenträger ist zugleich Führer der Zlassen und wird versuchen,
letztere entgegen deren Zentrifugalkraft nach einwärts zu bewegen. Die Zentrifugalkraft
der Masse wird somit auf das Drehmoment der Umlaufkörper wirken, so daß ein dauernd
einseitig gerichteter Antrieb erzielt wird. Je mehr sich die Geschwindigkeit der
getriebenen Welle der Geschwindigkeit der treibenden Welle nähert, um so mehr wird
o das Spiel zwischen den in Frage kommenden Teilen vermindert. Bei einem Übersetzungsverhältnis
von z : r werden im Innern des Getriebes keine Bewegungen vorhanden sein, und die
Zentrifugalkraft wird all jene Teile dann im Gleichgewicht halten.
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Der Träger bzw. Massenträger 45 stellt einen Planetenumlaufkörper
dar und ist gewöhnlich in Form eines Rades oder einer Scheibe gegeben. Zu seiner
Lagerung ist er an den Seiten mit Zapfen .l6 versehen. Die Lagerung soll auf Kugeln
.47 geschehen. Um die Träger ,45 zum Planetenumlauf zu bringen, -werden sie mit
einem Zahnrad .48 versehen, das bei .1 .9 auf einem der Zapfen .46 gelagert und
mit Stiften 5o befestigt wird. Jedes Rad ,.8 kämmt mit einem der Planetenräder 38,
die wiederum mit dem Rade 23 der getriebenen Welle kämmen. Jede relative Drehung
zwischen beiden Wellen wird sonach einen Planetenumlauf der Massenträger zur Folge
haben. Der Einfachheit halber hat das Rad 23 bei diesem Ausführungsbeispiel denselben
Durchmesser wie die Räder d.8 bekommen. Wenn die getriebene Welle festgehalten wird,
werden die Räder 4.8 und die Massenträger daher in bezug auf das Gehäuse mit derselben
Geschwindigkeit wie die treibende Welle umlaufen. Durch die Zwischenräder 38 wird
die Drehrichtung in eine der Drehung der treibenden Welle entgegengesetzte Richtung
verwandelt. Da iii diesem Falle die Räder 23 und 4.8 gleichen Durchmesser haben
sollen, wird jeder Umlaufkörper bzw. Massenträger beim Planetenumlauf am Schwungrade
wohl eine relative, aber keine tatsächliche Drehung ausführen. Das ergibt sich aus
Abb. 8, laut welcher der Tragei- 45 in all seinen verschiedenen Stellungen steht,
die gleiche Lage innebehält. Das ist ohne jede Bedeutung, da der Planetenumlauf
schneller oder langsamer als der Umlauf der treibenden Welle sein kann. Immerhin
werden die eben gegebenen Ausführungen das Verständnis des folgenden Teiles der
Beschreibung erleichtern.
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Jeder Umlaufkörper (Abb. q.) läßt z%v ei Hälften 5.2 und 53 unterscheiden,
die mit je einem der schon erwähnten Zapfen -.6 versehen sind. Zwischen den beiden
Hälften 52, 53 sitzt die mit 5,4 bezeichnete Führung der -lasse. Die Teile 52, 53
sind an den Enden mit Ansätzen 55, 56 versehen. Die Führung 54 wird zwischen diesen
Ansätzen mit Nieten 57 fest-ehalten.
Die Führung 54. steht mit der
Masse in unmittelbarer Berührung, und zwar in der kurvenförmig verlaufenden Rille
6o, die so geformt ist. daß sie die Masse in der schon beschriebenen Weise verschieben
bzw. fortbewegen wird.
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Die Zentrifugaltnasse kann verschiedene Forin annehmen und z. B. in
Form des in Abb. t, 2, 3 und 5 dargestellten Gewichtes 6a gegeben sein. Dieses Gewicht
besitzt große -lasse, wird also große Zentrifugalkräfte erzeugen und somit eine
wirksame Übertragung vermitteln. Das Gewicht läuft mit Rollen 63 in der Rille 6o.
Bolzen 6d., die als Lager für die Rollen 63 dienen, halten zugleich die beiden Scheiben
65 zusammen. Abb.2 zeigt die einzelnen Gewichte in ihren verschiedenen Stellungen
im -Massenträger.
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An Stelle der offenen, in Abb. z bis .I wiedergegebenen Konstruktion
kann für den -Tassenträger auch eine geschlossene Form :I5a, so wie in Abb. 6 und
i dargestellt, gewählt werden. In diesem Falle sind die Teile 52a, 53a unmittelbar
aneinandergesetzt. Im Innern bilden sie einen Raum Goa. Bevor die Teile 52a, 53a
zusammengesetzt werden, muß die Masse 62a, z. B. Ouecksilber, eingeführt werden.
Die -lasse kann auch. wie Abb. 8 zeigt, in Form einer Kttgel gegeben sein.
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Das Diagramrn (Abb. 8) erläutert die Wirkung. Der Träger .I5
dreht sich gemeinsam finit dem Schwungrad und wird sich dabei zugleich uni die eigene
Achse bewegen, zumeist in entgegengesetzter Richtung (Räder 23, 38. 48). Der Einfachheit
halber haben die Räder 23 und ,48 gleiche Durchmesser bekommen. Der Planetenumlauf
wird sich also bei Stillstand der getriebenen Welle mit derselben Geschwindigkeit
vollziehen, wie das Schwungrad umläuft. Der --Tassenträger bzw. Umlaufkörper erscheint
dann überall in gleicher Lage. Veränderungen des Übersetzungsverhältnisses würden
einen schnelleren oder langsameren Planetenumlauf und eine ständige Änderung der
Lage des Umlaufkörpers zur Folge haben, ohne im Prinzip jedoch etwas an der Sache
zu ändern.
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Im Diagramm sind bei A, B, C usw. acht verschiedene Stellungen
dargestellt, die vom Träger .1 .5 nacheinander eingenommen werden. Die Bewegung
des Körpers 52 mag sich verändern. Beobachtungen ergaben, daß die Bewegung im großen
und ganzen so wie hier angegeben verläuft. Läuft der Massenträger mit dein Schwungrade
um, so wird die in der Rille 6o geführte Kugel 62 unter Einwirkung der Zentrifugalkraft
Schritt für Schritt die Lage in der Führung 6o verändern. Der Körper schwingt in
seiner Bahn. Räumlich betrachtet, beschreibt der Körper eine mehr oder weniger bestimmte
kurvenförmige, tun die Achse des Systems laufende Bahn. Die Zentrifugalkraft der
Masse sticht ihre Bewegung in geradliniger Bahn zu erhalten, wohingegen der Umlaufkörper
bztv. die Massenführung immerwährend sucht die Masse aus jener Bahn herauszubringen.
Die Masse muß sich daher in kurvenförmiger Bahn bewegen, die sich von der natürlichen
Bahn stets nach innen krümmt. Die Massenführung zwingt den Körper nach einwärts,
während dieser selbst immer das Bestreben hat, sich nach außen zu bewegen. So wird
erreicht, daß die Zentrifugalkraft eine den Planetenumlauf des Massenträgers bzw.
-Tassenführers entgegenwirkende Kraft darstellt.
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Für jede Stellung des Körpers 62 ist ein Teil a, b, c usw.
eingezeichnet, der die Richtung des Druckes angibt, welcher vom Massenkörper auf
den Massenführer ausgeübt wird. Die Linie X und Y im Diagramm (Abb.8) deuten die
ungefähre Bahn des Massenkörpers an. Z bezeichnet die beiden äußersten Punkte dieser
Bahn.
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Die Reaktionen lassen sich an Hand des Diagramms wie folgt erklären:
Es ist anzunehmen, daß die getriebene Welle r9 und das Zahnrad 23 ortsfest gehalten
werden, während das Zwischenrad 38 dem Umlaufkörper eine Drehung in Richtung des
Uhrzeigers erteilt, wenn die Drehung des Schwungrades 14 entgegengesetzt dem Uhrzeiger
verläuft.
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In Stellung A wird der Körper 62 ungefähr die aus dem
Diagramm ersichtliche Lage einnehmen. Er bewegt sich nun längs der Bahn Y nach außen,
wobei seine Bewegung aber an den Seiten bzw. Kanten der Rille 6o verzögen wird.
Körper 62 wird daher in Richtung des Teiles a einen Druck auf den Umlaufkörper bzw.
-tassenträger ausüben. Damit entsteht nun ein Kräftemoment, das den Umlaufkörper
in Richtung entgegengesetzt dem Uhrzeiger um dessen eigene Achse zu drehen sucht.
Mit anderen Worten: Der Druck arbeitet dem durch die Verbindung mit der treibenden
Welle erzwungenen Planetenumlauf entgegen, was offenbar einer Drehmomentübertragung
auf die getriebene Welle gleichkommt.
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In Stellung B ist der Körper verschoben; er bewegt sich jetzt längs
der Bahn X und wird dabei zugleich eine Beschleunigung durch seinen Umlaufkörper
bzw. Träger erfahren. Demzufolge-muß der Körper 62 den mit Pfeil b angegebenen Druck
ausüben. Das Kräftemoment ist wieder derart, daß die 'Masse des Körpers einen der
Drehung des Uhrzeigers entgegengesetzt gerichteten Stoß ausübt. Auf der Bahn A-B
werden ähnliche Beschleunigungen und Drücke vorliegen.
Körper 62
kommt schließlich in eine Stellung C. Für kurze Zeit mag der Körper vollkommen frei
sein und sich langsamer als der Umlaufkörper bewegen. Er steht jetzt im Begriff,
seine Bewegung umzukehren und sich in entgegengesetzter Richtung, so wie es aus
der nächstfolgenden Stellung D hervorgeht, fortzubewegen. Jenseits der Stellung
D, also zwischen Stellung D und Stellung E schiebt sich Körper 6a nach. der anderen
Seite der Rille 6o. In den übrigen Stellungen E, F, G, H sind die Wirkungen
im wesentlichen gleich den eben beschriebenen.
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Die Körperbewegung kann man mit Bezug zum Umlaufkörper in mehrere
Phasen teilen. Hier ist sie z. B. in vier Phasen aufgeteilt. Von einem zwischen
H und A gelegenen Punkte wandert der Körper längs des einen Teiles
oder längs der einen Seite seiner Führung bis zu einer Stellung C. Alsdann kehrt
der Körper um, um längs derselben Bahn sich zurückzubewegen. An einem bestimmten
Punkte zwischen D und E verläßt er die erste Seite der führenden Rille, kreuzt ungefähr
die Mitte des Umlaufkörpers, um sich dann längs der anderen Seite der führenden
Rille ungefähr bis zu einem Punkte E fortzuschieben. In der vierten Phase bewegt
sich der Körper auf der eben erwähnten Bahn wieder zurück. An den Übergangspunkten
zwischen den eben unterschiedenen vier Stellungen wird der Körper eine neutrale
Lage einnehinen, die man jedoch ohne weiteres außer Acht lassen kann. Jedenfalls
wird die Zentrifugalkraft der Masse dem Planetenumlauf immer entgegenarbeiten, in
Richtungen, die hier durch Pfeile a, b, c usw. angedeutet sind. Das Drehmoment
wird somit stets in einer Richtung auf die getriebene Welle übertragen. Es würde
vielleicht schon eine Masse oder ein Umlaufkörper für regelrechte Übertragung genügen.
Da sich die Größe des Massendruckes jedoch in den einzelnen Stellungen ändern wird,
ist es vorzuziehen, mehrere Massenträger bzw. Umlaufkörper also auch mehrere Massen
zu verwenden. Im vorliegenden Falle werden vier Umlaufkörper , benutzt. Je zwei
sich gegenüberliegende Umlaufkörper ergänzen sich zueinander, d. h. die Gesamtwirkungen
überdecken sich, zum Teil, um die Kraftübertragung möglichst stetig und gleichmäßig
zu gestalten. Wenn im vorstehenden von vier Hauptstellungen die Rede war und diese
Stellungen durch einen Umlaufkörper bedingt sind, dessen Klassenführung S-Form besitzt,
so soll das nur als Beispiel für die praktische Ausführung des Getriebes gelten.
Die S-Kurve der Massenführung kann durch andere Kurvenformen ersetzt werden, die
mehr oder weniger Hauptstellungen in der Kraftübertragung unterscheiden lassen.
Die Masse selbst wird aber immer dem Planetenumlauf des Massenträgere entgegenwirken
und damit den Antrieb der getriebenen Welle veranlassen. Die 5-
förmig oder
ähnlich gekrümmte Rille zur Führung der Masse ist nicht das Wichtigste, da jede
andere Vorrichtung, soweit sie der Masse eine bestimmte Bahn vorzuschreiben vermag,
verwendet werden kann. Die hier dargestellte Bahn oder Rille, in welcher die blasse
geführt wird, ist größer als notwendig, was noch den Vorteil hat, daß die hasse
ihren Weg unter sich ändernden @'erhä@tnissen ebenfalls etwas ändern. kann.