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Selbsttätige Hubeinstellung an Getrieben, bei denen eine drehende
Bewegung in eine Hubbewegung oder umgekehrt umgesetzt wird Die Erfindung betrifft
eine selbsttätige Hubeinstellung an Getrieben, bei denen eine drehende in eine hin
und her gehende Bewegung oder umgekehrt umgesetzt wird. Bei Kolbenmaschinen, z.
B. Brennkraftmaschinen, Dampfmaschinen, Pumpen, Verdichtern usw., läßt sich durch
die Hubeinstellung, die Veränderung des Hubraumes zur Folge hat,. in weiten Grenzen
Leistung und Drehmoment unabhängig von der Drehzahl ändern. Besondere Bedeutung
hat die Erfindung für Anwendung auf Fahrzeugmotore.
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Hierfür sind bereits einige Ausführungen zur selbsttätigen Verstellung
der Scheibenneigung von Taumelgetrieben bekanntgeworden. Diese Ausführungen leiten
die Hubverstellung entweder von der Drehzahl der Motorwelle oder der Drehzahl und
dem Arbeitsdruck in den Zylindern oder schließ-. lich von dem Schub der Antriebsräder
ab. Diese Lösungen erscheinen für eine selbsttätige Regelung von Fahrzeugmotoren
wenig geeignet.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Ausführungen benutzt die Erfindung
als Verstellimpuls das am Abtrieb benötigte Drehmoment. Änderungen des Drehmomentes
haben sofortige Verstellung des Getriebehubes zur Folge, so daß also stets jedem
Drehmoment eine ganz bestimmte Hubstellung entspricht. Mit steigendem Drehmoment
muß Vergrößerung des Kolbenhubes undHubraumes erfolgen, mit fallendem Drehmoment
Verkleinerung. Jede Veränderung des Kolbenhubes hat eine entsprechende Veränderung
des Antriebsdrehmomentes zur Folge. Erfindungsgemäß wird nun die selbsttätigeHubeinstellung
dadurch erreicht, daß Antrieb (Motorseite) und Abtrieb (Fahrwerkseite) miteinander
elastisch gekuppelt werden. Die elastische Kupplung bewirkt über eine besondere
Verstelleinrichtung Hubverstellung so lange, bis Drehmomentengleichgewicht zwischen
An- und Abtrieb erreicht ist.
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Hierdurch ist es möglich, z. B. einen Fahrzeugmotor innerhalb eines
größeren Regelbereiches, dem von den Fahrzeugrädern geforderten Drehmoment selbsttätig
anzupassen, ohne indessen, wie bisher notwendig, hierfür sich eines Wechselgetriebes
bedienen zu müssen. Das Drehmoment ändert sich beim Antrieb von Fahrzeugen ständig.
Die größten Werte werden erreicht beim Beschleunigen und beim Befahren großer Steigungen,
wohingegen bei Langsamfahrt auf ebener Straße ohne Gegenwind die kleinsten Drehmomentwerte
für den Vortrieb benötigt werden. Wird das Drehmoment des Abtriebes größer als das
des Antriebes (Beschleunigen, übergang in größere Steigung oder infolge Herabsetzung
der Gasgabe des Motors), so wird von der Abtriebsseite her Hubvergrößerung und damit
Erhöhung des Antriebsdrehmomentes bewirkt. Steigt dagegen das Drehmoment des Antriebes
(z. B. durch Erhöhung der Gasgabe oder Sinken des Drehmomentes an den Antriebsrädern),
so erfolgt von der Abtriebsseite her so lange Verstellung auf
kleineren
Hub, bis wieder Drehmorrientengleichgewicht hergestellt ist. Diese Verstellung auf
kleineren Hubraum hat aber, da ja infolge gleicher Gasgabe auch die Aasbeladung
der Zylinder gleichbleibt, eine Drehzahlerhöhung und damit Übergang zu größerer
Fahrzeuggeschwindigkeit zur Folge. Die Fahrgeschwindigkeit steht stets im umgekehrten
Verhältnis zum Fahrwiderstand (Drehmoment), sofern die Gaszuführung (Einstellung
der Gasdrossel) unveränderlich bleibt. Steigt der Fahrwiderstand, so sinkt die Fahrgeschwindigkeit
und umgekehrt; und zwarselbsttätig, ohnean irgendwelcheStufen, wie beim Wechselgetriebe,
gebunden zu sein. Es ergibt alsoFahrgeschwindigkeit undFahrwiderstand ein Produkt,
das als annähernd unveränderliche Funktion der Fahrleistung anzusehen ist, dessen
Größe aber von der jeweiligen Gasgabe abhängt. Man ist also, unabhängig von allen
eventuellen auf das Fahrzeug einwirkenden Widerstandskräften, in der Lage, allein
durch Verstellen der' Gäsdross;el das Fahrzeug stufenlos auf größere Fahrgeschwindigkeiten
zu beschleunigen und durch Gaswegnahme die Fahrgeschwindigkeit bis zum Fußgängertempo
zu verlangsamen.
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Die elastische Kupplung kann z. B. bestehen in einem Hubglied, das
auf einem Steilgewinde der Getriebewelle drehend-verschiebbar gelagert ist, wobei
den am Hubglied angreifenden Hubkräften der Federdruck einer Verstellfeder entgegenwirkt.
Diese Federkraft und die Summe aller Hubkräfte müssen sich gegenseitig das Gleichgewicht
halten. Bei Störung des Gleichgewichtes erfolgt dann drehende Verschiebung des Hubgliedes
bis zur Wiederherstellung des Gleichgewichtes, wobei jeder Stellung des Hubgliedes
eine ganz bestimmte Hubgröße und Drehmomentgröße zugeordnet ist. Sofern sich die
Summe der Hubkräfte, die z. B. bei Anwendung auf Brennkraftmaschinen den Kolbenkräften
entsprechen, im Verlaufe einer Umdrehung wesentlich ändert, kann durch die Kraftschwankung
eine Verstellung des Hubgliedes eintreten. In diesem Falle wird es zweckmäßig erscheinen,
dem Hubglied eine größere umlaufende Trägheitsmasse zu geben bzw. dieses starr mit
einem Schwungrad zu kuppeln, um die achsrecht sich auswirkenden Kraftschwingungen
durch die umlaufenden Trägheitsmassen auszugleichen. Es wirken dann nämlich die
umlaufenden Trägheitsmassenden bei .der Drehverschiebung des Hubgliedes auftretenden
Drehschwingungen vollständig ausgleichend entgegen. Man hat es dabei in. der Hand,
durch die Größe des Schwungrades-die Geschwindigkeit des Verstellprozesses den günstigsten
Verhältnissen anzupassen. Andererseits kann durch richtige Auswahl der Federcharakteristik
den Drehmomenten innerhalb großer Drehzahlbereiche jeder gewünschte Verlauf gegeben
werden. In solchen Fällen, in denen die Massenträgheit des Abtriebes bei Kraftmaschinen,
des Antriebes bei Arbeitsmaschinen, gering ist, kann es vorteilhaft erscheinen,
auch auf -der Antriebswelle Trägheitsmassen, z. B. ein Schwungrad, anzuordnen, um
eine allmähliche und dem Arbei,tsprozeßangepaßteHubverstellung zu erreichen.
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Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes
dar, und zwar ist Abb. z ein Axialschnitt durch einen Verbrennungsmotor mit Taumelgetriebe.
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Die Welle r ist axial nicht verschiebbar in zwei Lagern z gelagert
und ist mit gegenläufigen Steilgewinden 3 und q. versehen. Auf dem Gewinde 3 sitzt
ein schiefexzentrischer Teil 5, dessen Achse A-A geneigt ist. Der schiefexzentrische
Teil 5 trägt dem ebenfalls schief gebohrten Teil 6. Die Achse B-B des Teiles 6 weicht
um einen Winkel von der Drehachse ab, der doppelt so groß ist wie der zwischen Achse
A-A und der Drehachse gebildete Winkel. Der Teil d hat zwei Lappen 7, .die mit kreisbogenförmigerAussparung
versehen sind, in die eine auf dem Gewinde. sitzende Gewindemuffe 8 mit kreisbogenförmigen
Führungsleisten eingreift. Auf dem schiefexzentrischen Teil 6 ist eine Hubscheibe
g gelagert, die durch eine Geradführungzo an derDrehung um die Drehachse gehindert
wird. Mit der Taumelscheibe g sind durch Stangen r r Arbeitskolben verbunden. Mit
dem schiefexzentrischen Teil 5 ist ein Schwungrad 13 verbunden, gegen dessen
Nabe eine Feder 1,4 zur Anlage kommt, die, mit der Welle umlaufend, sich mit ihrem
anderen Ende gegen einen Bund der Welle z abstützt.
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Die Wirkungsweise ist nun wie folgt: Die Verstellfeder bewirkt bei
Entspannung auf das schiefexzentrische Teil 5, das zusammen mit dem schiefexzentrischen
Teil 6 das Hubglied bildet, eine Verdrehung und Verschiebung in Richtung auf die
Zylinder. Diese Axialverschiebung hat ein entgegengesetztes Verdrehen der beiden
schiefexzentrischen Teile 5 und 6 zur Folge und damit eine Verringerung des zwischen
Drehachse und Achse B-B gebildeten Winkels, wodurch eine Hubverringerung des Hubgliedes
eintritt. Dagegen erzeugt das vom Arbeitsgang der Maschine herrührende Drehmoment
am Hubglied, da dieses nur verdreh- und verschiebbar mit der Welle-gekuppelt ist,
eine der Verstellkraft der Feder entgegenwirkende Kraftäußerung,- deren Größe von
der Drehmomentengröße abhängt. Es entspricht also jeder Federstellung eine ganz
bestimmte Hubgröße
und damit Drehmomentenerzeugung, vollständig
unabhängig von der Drehzahl der Maschine. In der Zwischenstellung zwischen Kleinst-
und Größthub muß also stets Gleichgewicht zwischen Verstellfeder und Drehmomentenerzeugung
herrschen, dagegen bewirkt eine Störung dieses Gleichgewichtes eine Hubverstellung
bis zur Wiederherstellung des Gleichgewichtszustandes: Wird nun vom Antrieb ein
größeres Drehmoment gefordert, so wird infolge Drehzahlabfall der Antriebswelle
durch das Trägheitsmoment des mit dem Hubgliede gekuppelten Schwungrades eine auf
Hubvergrößerung mittels des Wellengewindes 3 wirkende Verdrehung des Hubgliedes
entgegen der Federkraft so lange bewirkt, bis wieder Gleichgewichtszustand eintritt
durch ein vom Motor gleich groß erzeugtes Drehmoment.
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Dieses selbsttätige Hubeinstellprinzip kann natürlich auch auf andere
Kraft- oder Arbeitsmaschinen übertragen werden, auch auf solche, die ihren Antrieb
mittels- Kurbel-oder Exzentergetriebe auf die Arbeitskolben übertragen. Es würde
sich hierbei nur um eine sinngemäße Übertragung der einzelnen hier beschriebenen
Teile handeln, so daß auf eine ausführlichere Beschreibung verzichtet werden kann.