DE623517C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die bekannten Maschinenregleranordnungen mit Reibräderwechselgetriebe, bei denen eine Veränderung der durch den Regler eingestellten Drehzahl der Kraftmaschine durch Einschaltung einer veränderlichen Übersetzung zwischen Reglerwelle und Maschinenwelle herbeigeführt wird.

Der Grund dafür, daß diese Art der Drehzahlverstellung trotz ihrer großen Vorzüge bisher nur in beschränktem Maße Verwendung gefunden hat, liegt darin, daß die bisher für diesen Zweck vorhandenen Reibräderwechselgetriebe mit Regler sperrig, wenig betriebssicher, kompliziert und teuer sind. Es wurden für diesen Zweck vereinzelt schon solche Getriebe verwendet, die zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, d. h. für erheblich größere Leistungen, entwickelt worden sind und deshalb für den vorliegenden Zweck zu groß bauen. Weiterhin wurde für diesen Zweck vorgeschlagen, verstellbare Reibscheiben zu verwenden, die mit ihren Plänflächen aneinanderreihen und mit einem Zahnradgetriebe verbunden sind. In dieser Weise baut sich der Reglerantrieb jedoch sperrig und ist sehr verwickelt. Die Reibscheiben nutzen sich ungleichmäßig ab und haben eine geringe Lebensdauer. Wenn der Reglerantrieb in der heute fast allgemein üblichen Weise unmittelbar an der Nockenwelle des Dieselmotors angebaut wird, so werden die Zahnräder durch die von den Nocken herrührenden Erschütterungen und Stöße schnell zerstört. Weiterhin ist für diesen Zweck ein Getriebe mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Reibscheiben vorgeschlagen worden, bei dem die Reibscheiben ohne Vermittlung von Reibkörpern in unmittelbarem Eingriff miteinander stehen. Derartige Getriebe sind für große Drehzahlverstellbereiche wegen ihres sperrigen Gesamtaufbaues und ihrer geringen Betriebssicherheit nicht geeignet.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein Reibräderwechselgetriebe mit Regler zu schaffen, das den besonderen, für diesen Anwendungszweck an eine solche Vorrichtung zu stellenden Ansprüchen gerecht wird. Die Veränderung der Übersetzung zwischen Reglerwelle und Maschinenwelle wird erzeugt durch Schwenkung von drei oder mehr an sich bekannten, drehbar gelagerten kugelförmigen Reibkörpern, die in Richtung ihrer Drehachsen durch Federn angedrückt werden gegen ein treibendes, auf der Maschinenwelle sitzendes Reibrad von großem Durchmesser und gegen ein getriebenes, auf der Reglerwelle sitzendes Reibrad von kleinerem Durchmesser. Die Maßnahme, den Durchmesser des treibenden Reibrades größer zu wählen als den des getriebenen Reibrades, in Verbindung mit der Anordnung der Anpreßfedern in Richtung der Drehachsen der Reibkörper ergibt in bezug auf die Änderung des Anpreßdrucks eine weiter unten näher auseinandergelegte, für den vorliegenden Anwendungsfall

günstige Gesetzmäßigkeit, die es gestattet, die Anpreßfedern schwach und die Reibkörper und Reibräder klein zu wählen. Dadurch werden die Länge und der Durchmesser des Getriebes sehr klein. Ferner werden die Reibkörper gleichzeitig als Lager für die Welle des Fliehkraftfederreglers verwendet. Dadurch wird die eine der beiden Lagerungen der Reglerwelle entbehrlich und die Gesamtlänge des Getriebes mit Regler noch weiter verkleinert. Die eigenartige Ausbildung dieses Antriebs ermöglicht es, die hier nicht gezeigten Hilfsmittel, die zur Abstellung des Steuerungsorgans beim Stillsetzen und im Falle einer Überschreitung der zulässigen Höchstdrehzahl der Kraftmaschine erforderlich sind, ohne zusätzlichen Raumbedarf in das Ganze einzufügen. Durch Anwendung all dieser Mittel wird erreicht, daß der Regler mit dem Reibräderwechselgetriebe zu einer außerordentlich gedrungenen Einheit verschmolzen wird.

Die Erfindung ist in den beiliegenden "Zeichnungen beispielsweise in einer Ausführungsform dargestellt.

. Fig. ι zeigt den Längsschnitt nach Linie A-B.

Fig. 2 zeigt den Querschnitt nach Linie C-D.

Fig. 3 zeigt das Schema des zur Drehzahlverstellung dienenden Reibräderwechselgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt das zu Fig. 3 gehörige Diagramm der Übersetzungsverhältnisse i der Maschinendrehzahl zur Reglerdrehzahl, aufgetragen über den Schwenkwinkeln der Reibkörperachse.

Fig. 5 zeigt zum Vergleich das Schema eines Reibräderwechselgetriebes mit gleich großen Reibscheiben (D = d).

Fig. 6 zeigt das zu Fig. 5 gehörige Diagramm der Übersetzungsverhältnisse i.

Die treibende Welle ι ist die Hauptwelle oder die Nockenwelle der Kraftmaschine oder eine besondere Welle, die durch Kegel- oder Schneckenräder von der Hauptwelle aus angetrieben wird. Diese Welle sei im folgenden der - Einfachheit halber als Maschinenwelle bezeichnet. Auf der Maschinenwelle 1 ist die Reibscheibe 2 befestigt. Dieselbe steht mit drei oder mehr kugelförmigen Reibkörpern 4 in Berührung. Diese Reibkörper drehen sich um die Achsen 5 unter Vermittlung der Kugellager 6. Der innere Ring des Kugellagers 6 ist auf die Büchse 7 fest aufgepaßt. Die Büchse 7 sitzt mit Gleitsitz auf der Reibkörperachse 5. In diese Achse ist die Druckfeder 8 eingebaut, die den Reibkörper gegen die Reibscheibe andrückt. Die Reibkörper 4 werden durch die Wellen 9, 10 und -i'i geschwenkt mittels eines auf der Welle 9 fest aufgekeilten Hebels 12. Auf der Welle 9 sitzen zwei Zahnsegmente 13 und 14, die mit den fest mit den Wellen 10 und 11 verbundenen Zahnsegmenten 15 und 16 im Eingriff stehen. Die Reibkörper 4 stehen in f im Eingriff mit dem Reibrad 17, das auf der' Reglerwelle 18 sitzt. Die Feder 19 dient dazu, die Reibscheibe 17 gegen die Reibkörper anzudrücken. Die Welle 18 ist außen durch das Lager 20 in dem feststehenden Gehäuse gelagert. Auf der Welle 18 ist ein Fliehkraftfederregler 21 von bekannter Konstruktion befestigt.

Die Wirkungsweise dieser neuen Anordnung ist folgende: Die Reglerwelle 18 läuft mit einer konstanten Drehzahl. Die Drehzahlverstellung wird bewirkt durch Drehung der Welle 9 mittels des Hebels 12. Dadurch werden gleichzeitig die Welle 10 und 11 gedreht und damit die Reibkörper 4 geschwenkt und somit das Übersetzungsverhältnis zwischen Maschinenwelle 1 und Reglerwelle 18 verändert. Das Übersetzungsverhältnis i der Maschinendrehzahl zur Reglerdrehzahl errechnet sich aus der Formel

d-a

wobei d unveränderlicher Durchmesser des kleinen Reibrades 17, D unveränderlicher Durchmesser des großen Reibrades 2, α veränderlicher Abstand der Drehachse der Reibkörper 4 von dem Berührungspunkt e mit dem großen Reibrad 2 (s. Fig. 3), b veränderlicher Abstand der Drehachse der Reibkörper 4 von dem Berührungspunkt f mit dem kleinen Reibrad 17 (s. Fig. 3) ist.

Das Übersetzungsverhältnis i wird theoretisch gleich Null, wenn α gleich Null ist, d. h. wenn die Drehachse der Reibkörper 4 so weit geschwenkt ist, daß sie durch den Berührungspunkt e zwischen Reibkörper 4 und Reibrad 2 geht (s. Fig. 3 und 4). Wird die Drehachse der Reibkörper 4 im entgegengesetzten Sinne geschwenkt, so wird α größer und b kleiner. Das Übersetzungsverhältnis i vergrößert sich. Die Drehzahl der Maschinenwelle ι 'steigt an. Schwenkt man die Drehachse der Reibkörper 4 so weit, daß sie durch den Berührungspunkt der Reibkörper 4 mit dem Reibrad 17 geht, so wird b gleich Null. Das Übersetzungsverhältnis i wird also theoretisch gleich unendlich. Im praktischen Betriebe lassen sich der unterste Teil und der oberste Teil der i-Kurve nicht verwenden, weil das Getriebe wegen des zu kleinen Hebelarmes α bzw. b rutscht. Es sei demnach angenommen, daß die niedrigste Betriebsdrehzahl der Welle 1 in der Stellung o-g und die höchste Betriebsdrehzahl in der Stellung o-h der Reibkörperachse erreicht ist.

Die Erfindung schlägt vor, dem Reibrad 2 einen größeren Durchmesser zu geben als dem Reibrad 17. Es ist also D > d. Dadurch und durch die Verwendung von zwischen diesen Reibkörpern angeordneten verstellbaren Reibkörpern 4 wird erreicht, daß das Übersetzungsverhältnis i der Maschinendrehzahl zur Reglerdrehzahl in der oberen Betriebsdrehzahl verhältnismäßig klein wird, d. h. das Getriebe hat eine große Untersetzung. Fig. 4 zeigt die Kurve des Übersetzungsverhältnisses % für das in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel des Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei also D>d. Fig. 6 zeigt zum Vergleich dieselbe Kurve für ein in Fig. 5 schematisch dargestelltes Getriebe, wobei D = d. Auf der Abszissenachse sind die Schwenkwinkel aufgetragen, um die die Reibkörperachsen geschwenkt werden, und in der Ordinatenrichtung das Übersetzungsverhältnis i der Maschinendrehzahl zur Reglerdrehzahl. Der Maßstab von i ist auf der Ordinatenachse aufgetragen. Das Verhältnis vom größten i zum kleinsten i, das dem Drehzahlverstellbereich entspricht, ist für beide Beispiele gleich groß gewählt mit 1 : 14. Gemäß Fig. 4 ist i = 0,08 in der als praktisch brauchbar angenommenen Grenzstellung o-g der Reibkörperachsen und i — 1,10 in der Grenzstellung o-h. Gemäß Fig. 6 ist das kleinste i — 0,22 und das größte i = 3,00. Wenn man für beide Fälle als Beispiel eine Drehzahlverstellung zwischen 150 und 2100 pro Minute annimmt, so ist mit D> d nach Fig. 3 und 4 die konstante Reglerdrehzahl = 2100 : 1,1 = 1900. Mit D = d nach Fig. 5 und 6 ist dagegen die konstante Reglerdrehzahl = 2100 : 3 = 700, also bedeutend niedriger. Da sich die Verstellungskraft des Fliehkraftfederreglers im quadratischen Verhältnis mit der Drehzahl ändert, so kann man infolgedessen bei D> d mit einem erheblich kleineren Fliehkraftfederregler auskommen, als dies bei D = d möglich wäre.

Die übertragbare Leistung L errechnet sich aus der Formel

L =

F-μ·

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wobei L übertragbare Leistung in PS, F Anpreßdruck im Berührungspunkt e bzw. f in kg, //. Reibungsdrehzahl zwischen den Reibkörpern 4 und den Reibrädern 2 bzw. 17 ist. Dies ist ein konstanter Wert, ν ist Umfangsgeschwindigkeit im Berührungspunkt e bzw. / in m/Sek.

Da die Schwungmassen und die Drehzahl des von dem Reibräderwechselgetriebe angetriebenen Fliehkraftfederreglers über den gesamten Drehzahlverstellbereich konstant sind, so ist auch die zu übertragende Leistung konstant. Das Getriebe muß deshalb für den vorliegenden Anwendungszweck, abweichend von den an Arbeitsmaschinen gebrauchten Getrieben, durch seine Konstruktion für die Übertragung einer in allen Drehzahlen konstanten Leistung geeignet sein. Mit Rücksicht auf die Betriebssicherheit soll aber ebenso wie an Arbeitsmaschinen der absolute Wert der übertragbaren Leistung möglichst groß sein. Im Berührungspunkt/ wird der Reibungseingriff zwischen den Reibkörpern 4 und dem Reibrad 17 erzeugt durch den Druck der Feder 19. Da die Umfangsgeschwindigkeit ν und der Anpreßdruck F in diesem Punkt über das gesamte Drehzahlverstellbereich konstant sind, so ist auch die Leistung L konstant. Im Berührungspunkt e liegen die Verhältnisse insofern anders, als die Umfangsgeschwindigkeit ν mit sinkender Drehzahl mehr oder weniger stark abfällt. Man muß deshalb bestrebt sein, durch die Konstruktion des Getriebes eine solche Gesetzmäßigkeit zwischen dem Anpreßdruck F und der Umfangsgeschwindigkeit ν zu erzielen, daß beide Größen sich im umgekehrt proportionalen Verhältnis ändern. Wie die Formel ergibt, wird alsdann die übertragbare Leistung L konstant, und es genügt ein verhältnismäßig kleiner Anpreßdruck, um auch in den niedrigen Drehzahlen der Maschinenwelle eine gleitungsfreie Übertragung der Leistung zu gewährleisten. Im Sinne dieser Bestrebung wirkt der Umstand günstig, daß gemäß der vorliegenden Erfindung der Reibraddurchmesser D größer gewählt ist als der Reibraddurchmesser d und daß gleichzeitig die den Anpreßdruck im Berührungspunkt e erzeugenden Federn 8 in Richtung der Drehachsen der kugelförmigen Reibkörper und nicht in der Achsrichtung der Welle 1 angeordnet sind. Zufolge dieser Anordnung wirkt die Kraft der Federn 8 nicht in ihrer vollen Größe als Anpreßdruck im Berührungspunkt e, sondern nur mit der Komponente, die in Riehrung o-e entsteht. In der Stellung o-g der Reibkörperachse wirkt also beispielsweise die Komponente F_g der Kraft der Feder 8 und in der Stellung o-h der Reibkörperachse die Komponente F_h dieser Kraft (s. Fig. 3). Der Anpreßdruck F im Berührungspunkt e vergrößert sich also mit sinkender Drehzahl der Maschinenwelle 1, während die Umfangsgeschwindigkeit ν sich verkleinert. Beide Größen ändern sich demnach im umgekehrten Verhältnis. Bei einer Anordnung der Anpreßfeder in der Achse der Welle 1 würde dagegen der Anpreßdruck über das ganze Drehzahlverstellbereich konstant sein, während die Umfangsgeschwindigkeit ν sich mit sinkender Drehzahl verkleinert. Die übertragbare Leistung würde deshalb in den unteren Dreh-

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zahlen verhältnismäßig klein und in den oberen Drehzahlen unnötig groß sein, und man wäre gezwungen, große Anpreßfedern und starke Anpreßdrücke und große Reibräder und Reibkörper zu wählen. Außerdem würde man für eine axial an der Maschinenwelle angeordnete Anpreßfeder eine zusätzliche Einbaulänge benötigen. Durch die gemäß der vorliegenden Erfindung gefundene Problemlösung kommt man dagegen mit verhältnismäßig kleinen Anpreßdrücken und kleinen Reibkörpern und Reibrädern aus und erhält dadurch ein betriebssicheres Getriebe von kleinen Außenabmessungen. Ferner ergibt "sich noch der Vorteil, daß in den am meisten gebrauchten oberen Drehzahlen die Anpreßdrücke, die von den in die Reibkörper eingebauten Federn herrühren, sich gegenseitig ziemlich aufheben und eine verhältnismäßig kleine Komponente in axialer Richtung erzeugen, wodurch die Lager weniger beansprucht werden.

Die Erfindung bleibt natürlich nicht auf das dar gestell te und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstatt des gezeigten Fliehkraftfederreglers kann auch ein Fliehkraftfederregler anderer Konstruktion Verwendung finden. Anstatt drei kugelförmiger Reibkörper 4 können auch- Reibkörper in größerer Anzahl öder von anderer Gestalt Verwendung finden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Regleranordnung für Kraftmaschinen mit Veränderung der Kraftmaschinendrehzahl durch Änderung der Übersetzung zwischen der Kraftmaschinen- und der zweifach gelagerten Fliehkraftreglerwelle mittels eines Reibrädergetriebes, gekennzeichnet durch drei oder mehrere gleichzeitig eines der beiden Lager für den Fliehkraftregler bildende, kugelförmige, durch mit Bezug auf ihre Drehachse axial angeordnete Federn gegen ein auf der Maschinenwelle fliegend angeordnetes Reibrad mit großem Durchmesser angepreßte und mit einem auf der Maschinenwelle in derselben Achsrichtung angeordneten Reglerwelle sitzenden Reibrad mit kleinem Durchmesser, und zwar durch eine dieses Reibrad axial belastende Feder im Eingriff gehaltene und mit Hilfe von durch Zahnsegmente untereinander in Verbindung stehenden Wellen gemeinsam verstellbare Reibkörper.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen