DE543395C

DE543395C - Getriebe mit allmaehlich veraenderbarem UEbersetzungsverhaeltnis

Info

Publication number: DE543395C
Application number: DE1930543395D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1929-10-01
Filing date: 1930-09-25
Publication date: 1932-02-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit allmählich veränderbarem Übersetzungsverhältnisj bei welchem eine Drehbewegung mittels Kurbeltriebes in mehrere gegeneinander phasenversetzte, Hn und her gehende Bewegungen verwandelt wird., aus welchen die resultierende Drehbewegung gewonnen wird; diese entsteht durch Überlagerung der einzelnen Phasen der Hinundherbewegungen, und ihre Winkelgeschwindigkeit kann durch Änderung der Exzentrizität des Kurbeltriebes beliebig verändert werden.

Gemäß der Erfindung wird auf einfache Weise eine resultierende Drehbewegung von vollkommener Gleichförmigkeit erzielt, wobei nur zwei um 90⁰ phasenversetzte,, hin und her gehende Systeme erforderlich sind. Zu diesem Zwecke wird der antreibenden Welle eine regelmäßig schwankende Winkelgeschwindigkeit erteilt, und zwar erfolgt eine Schwankung innerhalb des Winkels, um den die Phasen versetzt sind. Bei zwei um ■ 90⁰ versetzten Phasen führt somit die treibende Welle innerhalb einer Umdrehung vier Schwankungen ihrer Winkelgeschwindigkeit aus. Eine derartige Bewegung kann in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß die treibende Welle, von der die hin und» her gehenden Bewegungen, abgeleitet werden, von einer Vorgelegewelle mit einer Übersetzung von 1:4 angetrieben wird, wobei die Vorgelegewelle innerhalb einer Umdrehung nur eine Schwankung ihrer Winkelgeschwindigkeit ausführt.

Als hin und her gehende Systeme werden Zahnstangen verwendet, mit welchen je zwei Zahnräderkämmen, die mittels Freilaufen; auf zwei miteinander zu gegenläufiger Bewegung verbundenen Wellen wirken. Hierdurch wird erzielt, daß die absatzweise Drehbewegung wechselnder Richtung nur in einer Richtung auf die getriebene Welle übertragen wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, mittels welcher das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bzw. die Exzentrizität des Kurbeltriebes in einfacher Weise, und zwar auch während des Laufes, geändert werden kann. Zu diesem Zwecke greifen die radial verstellbaren Kurbelzapfen in Plangewinde von mit der treibenden Welle gleichachsigen Scheiben ein, wobei eine Verstellung der Kurbelzapfen durch Relatiwerdrehung dieser Scheiben gegenüber der treibenden Welle erfolgt. Eine solche Relativverdrehung kann mittels der weiter unten beschriebenen Vorrichtung bewirkt werden.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Getriebes beispielsweise dargestellt. Fig. 1

und 2 zeigen das Getriebe in Ansicht und Draufsicht bzw. teilweise im Schnitt. Fig. 3 zeigt durch Diagramme die Geschwindigkeitsverhältnisse~ des Getriebes. Fig. 4 und 6 zeigen abgeänderte Formen der Antriebsvorrichtung, und Fig. 5 zeigt eine Änderung hinsichtlich der Ausführung der Kurbeltriebe des Getriebes.

Auf der Motorwelle 1 ist eine Scheibe 2 aufgekeilt; die einen Kurbelzapf en 3 trägt; exzentrisch zur Motorwelle 1 ist eine Vorgelegewelle 4 angeordnet, auf der eine Scheibe 5 aufgekeilt ist, in deren Schlitz 6 der Kurbelzapfen 3 eingreift. Auf der im Lagerbock 7 gelagerten Welle 8 sitzt das Zahnrad 9 fest, welches von dem auf der Vorgelegewelle 4 sitzenden Ritzel ι ο angetrieben wird. Die Welle 8 trägt an einem Ende eine Scheibe 11, in deren radial verlaufender Nut der Kurbelarm 12 verschiebbar ^St. Im Zahnrad 9 ist eine gleichartige Nut, jedoch gegenüber der ersten Nut um 90⁰ versetzt, vorgesehen, in der ein zweiter Kurbelarm 13 ebenfalls verschiebbar ist. Auf den an den Kurbelarmen i2_} 13 sitzenden Kurbelzapfen 14 sind Schubstangen 15, 16 gelagert, deren andere Enden an Bolzen 17 angelenkt sind, die an je einer Zahnstange 1 &, 19 sitzen, die in Führungen 20 in waagerechter Richtung geführt sind.

Über den Zahnstangen sind zwei Wellen 21, 22 angeordnet, die durch ein Zahnradpaar 23, 24 zu gegenläufiger Bewegung verbunden sind. Auf den Wellen sitzen ferner je zwei Zahnräder 25, 26 bzw. 27, 2'8 welche mit ihren Wellen durch Freilaufe verbunden sind, die schematisch durch 29, 30 bzw. 31, 32 angedeutet sind. -Die auf der Welle 21 sitzenden Freiläufe wirken z. B. in Richtung des Pfeiles X₁, die auf der Welle 22 sitzenden Freiläufe in entgegengesetzter Richtung £₂. Die Zahnräder 26, 27 stehen mit der Zahnstange 19, die Zahnräder 25, 28 mit der Zahnstange 18 in Eingriff. Im Gehäuse sind ferner zwei zur treibenden Welle 8 gleichachsig^ Scheiben 33, 34 drehbar gelagert, die an ihren Innenseiten mit Plangewinden 3 5 und an ihrem Umfang mit Zahnkränzen 3 6 versehen sind, mit welchen zwei auf gemeinsamer Welle 37 sitzende Ritzel 38 in Eingriff stehen, so daß beide Scheiben zu synchroner Bewegung verbunden sind. Auf den verlängerten Kurbelzapfen 14 sind Scheiben 39, 40 aufgesteckt, die mit in die Plangewinde eingreifenden Zahnsegmenten 41 versehen sind. Bei relativer Verdrehung dieser beiden Scheiben gegenüber der treibenden Welle 8 werden die Kurbelzapfen 14 und mit ihnen die Kurbelarme 12, 13 gleichmäßig radial verstellt.

Die Scheibe 34 sitzt auf einer Hohlwelle 42, welche zwei gegenüberliegende Längs schlitze 43 aufweist. Neben der Scheibe 34 ist eine Scheibe 44 angeordnet, die auf einer innerhalb der Hohlwelle gelagerten Welle 45 festsitzt. Die Scheibe 44 weist einen radialen Schlitz 46 auf, in welchem die auf dem Kurbelzapfen 14 aufgesteckte Scheibe 40 radial verschiebbar ist. Mit der Mutter 48 ist eine die Hohlwelle 42 umgebende Büchse 49 verbunden, in deren Ringnut 50 ein (nicht dargestellter) Gabelhebel eingreift.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes sei vorerst angenommen, daß die treibende Welle eine konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist. Die Zahnstange 18 erhält durch ihren Kurbeltrieb eine hin und her gehende Bewegung, deren jeweilige Geschwindigkeit im Geschwindigkeitszeitdiagramm (unter Vernachlässigung der endlichen Länge der Schubstangen) durch eine Sinuslinie dargestellt wird (Kurve I, Fig. 3b), deren oberhalb der Abszissenachse liegende Teile den Zahnstangenhüben in Richtung des Pfeiles y₂, deren unterhalb liegende Teile den Hüben in Richtung y_x entsprechen. Diese Kurve stellt gleichzeitig den Geschwindigkeitsverlauf der Zahnräder 25 und 28 dar. Da das Zahnrad 28 die Welle 22 nur in Richtung X₂, das Zahnrad 25 die Welle 21 nur in Richtung x¹ mitnimmt, so werden die Hübe y₂ (Kurventeil Ij direkt auf die Welle 22 übertragen, während die Übertragung der Hübe y_x (Kurventeile Γ) über die Welle 21 auf die Welle 22 erfolgt. Beim zweiten hin und her gehenden System, das aus Zahnstange 19 und den Zahnrädern 26j 27 besteht und dem ersten System um 90⁰ vorauseilt, sind die Vorgänge die gleichen, und die Wellen 21, 22 wurden, wenn nur dieses System vorhanden wäre, Bewegungen mit Geschwindigkeiten nach den Kurventeilen II, ΙΓ, jedoch um 90⁰ phasenverschoben, ausführen. Da nun beide Systeme gleichzeitig wirken, so entsteht für die Wellen 21, 22 eine resultierende Geschwindigkeit, die der Fig. 3b entspricht.

Der resultierende Kurvenzug der Fig. 3b zeigt noch eine beträchtliche Ungleichförmigkeit, die aber auf folgende Weise beseitigt wird. Durch die exzentrische Lagerung der Vorgelegewelle 4 gegenüber der Motorwelle 1 erhält die Vorgelegewelle eine regelmäßig schwankende Winkelgeschwindigkeit, und zwar erfolgt eine Schwankung pro Umdrehung. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Vorgelegewelle 4 und treibender WeEe 8 beträgt 1:4; mithin erfährt letztere innerhalb einer Umdrehung vier Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit (Fig. 3a), wobei die Anordnung derart getroffen, ist, daß die Winkelgeschwindigkeit der treibenden Welle immer am größten ist, wenn die Kurbelradien

um 45° gegen die Horizontale geneigt sind. Es ist klar, daß die Wellen des resultierenden Kurvenzuges hierdurch flacher gestaltet werden können. Bei geeigneter Exzentrizität zwischen Motorwelle ι und Vorgelegewelle 4 geht diese Kurve annähernd in eine Gerade g nach Fig. 3c über.

Die Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes erfolgt in einfacher Weise durch Längsverschiebung der Mutter 48, welche auch während des Laufes vorgenommen werden kann. Hierbei werden die Scheiben 39, 40 gegenüber der Welle 8 verdreht und durch radiale Verstellung der Kurbelzapfen 14 die Größe der resultierenden Winkelgeschwindigkeit geändert.

Eine Antriebsvorrichtung, welche die zur vollkommenen Gleichförmigkeit der resultierenden Bewegung erforderliche schwankende Winkelgeschwindigkeit liefert, zeigt Fig. 4 im Schnitt; eine andere praktische Ausführungsform der Antriebsvorrichtung, die auf demselben Prinzip beruht, zeigt Fig. 6.
Motorwelle 1 (Fig. 4) und Vorgelegewelle 4 sind nicht nur exzentrisch gelagert, sondern ihre Achsen schließen außerdem einen bestimmten Winkel ein. In den Schlitz 61 der Scheibe 2, welche auf der Welle 1 aufgekeilt ist, greift ein kreisförmig gebogener Ansatz 62 ein, der an der Scheibe 5, welche auf der Vorgelegewelle 4 sitzt, befestigt ist. Durch diese Konstruktion wird bewirkt, daß die durch die exzentrische Lagerung hervorgerufene periodische Schwankung der Winkelgeschwindigkeit der Vorgelegewelle 4 weiter noch dadurch beeinflußt wird, daß durch die Schiefstellung der Scheiben sich der Angriffspunkt des treibenden geradlinigen Schlitzes 61 an dem Ansatz 62 während einer Umdrehung selbsttätig verschiebt, wodurch, sich außer den Angriffsradien des treibenden Armes auch die Angriffsradien des getriebenen Armes periodisch während jeder Umdrehung ändern. Durch richtige Wahl der Exzentrizität, des Kreismittelpunktes des Ansatzes 62 und des Winkels der beiden Achsen erreicht man, unendliche Länge der Schubstangen vorausgesetzt, die zur vollkommenen Gleichförmigkeit der Endbewegung erforderliehe schwankende Winkelgeschwindigkeit.

Eine praktische Ausführungsform dieser

. Antriebsvorrichtung ist in Fig. 6 dargestellt.

An der Motorwelle 1' ist ein Flansch 2' mit einem Führungsschlitz 61' aufgekeilt, welcher am Rande durch prismatische Leisten 57 begrenzt ist. In diesen Schlitz greift eine Rolle 58 ein, welche auf einer Kugel 59 drehbar ist, um die Bewegungen in sämtlichen! Richtungen mitmachen zu können. Die Kugel 59 ist an einer Gabel o. dgl. 56 befestigt, welche um den Bolzen S S an der Vorgelegewelle 4' drehbar ist. Bei dieser Konstruktion tritt im Schlitz der treibenden Scheibe keine gleitende Reibung auf.

Fig. S zeigt außer der Antriebsvorrichtung in Ansicht eine Konstruktion, welche die Einflüsse endlicher Schubstangen auf die Endbewegung des Getriebes aufhebt. Der in radialer Richtung verschiebbare Kurbelarm ist mit 13 bezeichnet, der an ihm befestigte Bolzen mit 14. In der horizontalen Führung 20 wird nicht nur die Zahnstange 19 geführt, sondern auch die Schiene 54, am welcher die Schubstange 16 mittels des Bolzens 17 angelenkt ist. An der Schubstange 16 ist außerdem ein Bolzen 53 befestigt, um den die kurze Schubstange 52 drehbar ist, die mit ihrem anderen Ende an- der Zahnstange 19 mittels eines Bolzens 51 angelenkt ist. Die Wirkung dieser Verbindung ist die folgende: Dreht sich der Kurbelzapfen 14 aus der Stellung I, welche der horizontalen Lage des Kurbelarmes 13 entspricht, gegen die Stellung II, so wird die Schiene 54 durch die fortschreitende Drehbewegung der treibenden! Welle 8 beschleunigt. Diese Beschleunigung! entspricht jedoch nicht genau jener einer harmonischen Bewegung, da sie aus dem Grunde, daß die Schubstange 16 sich aus der horizontalen Richtung herausdreht, verringert wird. Der entgegengesetzte Vorgang vollzieht sich, wenn sich der Kurbelzapfen 14 vom der Stellung II nach der Stellung III dreht. Hier tritt die Verzögerung durch die fortschreitende Drehbewegung nicht in ihrer vollen Größe auf, da das Zurückdrehen der Schubstange 16 in die horizontale Richtung eine Beschleunigung der Schiene 54 hervorruft. Da nun aber die Zahnstange 19 durch eine zweite Schubstange 52 angetrieben wird, welche um den an der Zahnstange 19 befestigten Bolzen 51 und den an der Schubstange 16 befestigten Bolzen 53 drehbar ist, wird, wenn sich die Schubstange 16 z.B. aus der horizontalen Richtung nach oben herausdreht, was die Beschleunigung durch die fortschreitende Drehbewegung verzögert, die Zahnstange 19 dadurch, daß sich die Schubstange 52 ebenfalls aus der horizontalen Richtung herausdreht, eine zusätzliche Beschleunigung er- no fahren, welche die eben erwähnte Verzögerung aufhebt. Dieser Vorgang spielt sich während aller Phasen der Umdrehung ab, so daß die Bewegung der Zahnstange 19 bei richtiger Wahl der Länge der Schubstange 52 eine derartige wird, daß sie von der horizontalen Stellung des Kurbelarmes 13 bis zu seiner Stellung senkrecht zur horizontalen,' Richtung in genau demselben Maße ansteigt, als sie bei einer weiteren Drehung des Kurbelarmes um 90⁰ abfällt. Diese Bewegung ergibt im Geschwindigkeitszeitdiagramm eine Sinuslinie,

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die sich mit der durch die vorher beschriebene Antriebsvorrichtung gelieferten; Bewegung schwankender Winkelgeschwindigkeit vollkommen genau zu einer Geraden zusammensetzen läßt.

Die eben beschriebene Konstruktion- der Kurbeltriebe wird man in ■ der Praxis nur dann verwenden, wenn besonders große Exzentrizitäten der Kurbelwelle des Getriebes ίο auftreten, denn bei verhältnismäßig geringen Exzentrizitäten sind die Abweichungen der Zahnstangenbewegungen von harmonischen Bewegungen mir minimal.

Claims

*5 Patentansprüche:

i. Getriebe mit allmählich veränderbarem Übersetzungsverhältnis, bei welchem eine Drehbewegung durch Kurbeln in mehrere geradlinig hin und her gehende Bewegungen von Zahnstangen umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwelle (8) eine regelmäßig schwankende Winkelgeschwindigkeit erteilt wird, derart, daß die aus den hin und her gehenden Bewegungen; abgeleitete resultierende Drehbewegung eine konstante oder annähernd konstante Winkelgeschwindigkeit aufweist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle durch eine Vorgelegewelle (4) angetrieben wird, deren Winkelgeschwindigkeit pro Umdrehung eine Schwankung vollführt, wobei zwischen diesen Wellen eini Übersetzungsverhältnis entsprechend der Phasenzahl der hin und her gehenden Bewegungen geschaltet wird.
3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgelegewelle

(4) gegenüber der Motorwelle (1) exzentrisch angeordnet ist und durch einen in einem radialen Schlitz gleitendem Zapfen, RoUe o. dgl. angetrieben wird.
4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Motorwelle (1) und die Vorgelegewelle einen Winkel miteinander bilden.
5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die auf der Motorwelle (1) sitzende, einen radialen Schlitz (6) enthaltende Scheibe (2) ein an 'der auf die Vorgelegewelle aufgekeilten Scheibe

(5) befestigter kreisbogenförmiger Ansatz (62) eingreift, der die Bewegung von der Motorwelle auf die Vorgelegewelle (4) übermittelt.
6. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorgelegewelle (4, Fig. 6) ein ihre Achse senkrecht schneidender Bolzen (55) befestigt ist, um den eine Gabel o. dgl. (56) drehbar ist, an welcher eine Kugel (59) befestigt ist, um die eine in den Schlitz (61') der treibenden Scheibe (2') eingreifende Rolle drehbar ist.
7. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede der durch die Kurbeltriebe betätigten Zahnstangen (19)---in zwei Zahnräder (26, 27 und 25, 28) eingreift, welche mittels nach entgegengesetzten Richtungen wirkenden Freilaufkupplungen auf zwei miteinander zu gegenläufiger Bewegung verbundene Wellen (21, 22) wirken.
8. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (8) radial verstellbare Kurbelzapfen aufweist, die in Plangewinde vom mit der Kurbelwelle (8) gleichachsigen, untereinander verbundenen Scheiben (33, 34) eingreifen, wobei die Verstellung der Kurbelzapfen durch Relativverdrehung dieser Scheiben gegenüber der Kurbelwelle erfolgt.
9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine der die Plangewinde tragenden Scheiben (33, 34) mit einer Hohlwelle (42) verbunden ist, in welcher eine von der Kurbelwelle (8) getriebene Welle (45) angeordnet ist.
10. Getriebe nach Anspruchs und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Hohlwelle (42) befindliche Welle (45) ein steilgängiges Gewinde trägt, auf dem eine in der Hohlwelle längsgeführte Mutter (48) sitzt, wobei erne RelatLwerdrehung beider Wellen durch Längsverschiebung der Mutter erfolgt.
11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des durch die endliche Schubstangenlänge des Kurbeltriebes entstandenen Geschwindigkeitsfehlers an den Zahnstangen die Schubstange an zu den Zahnstangen parallelen Geradführungen angreifen und die Zahnstangen mit den Schubstangen durch Lenker (52) verbunden sind, die mittels eines Lenkerbolzens (53) an den Schubstangen angelenkt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen