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Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwandler gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-A-2864259
bekannt. Die US-A-4194407 offenbart eine variable
Drehzahländerung, die nicht alle Merkmale des Oberbegriffes des
Patentanspruches 1 hat, die aber vom Typ mit variabler
Kurbelkröpfung ist und die eine Vielzahl von indirektionalen
Antriebssystemen umfaßt, die reversibel sind, um die
Drehrichtung der Ausgangswelle umzukehren.
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Ein Nachteil des Drehzahlwandlers, der aus den vorstehend
genannten Publikationen bekannt ist, ist die
Steuervorrichtung, die in die Antriebswelle eingebaut ist. Insoweit, als
diese Steuervorrichtung eine mechanische Konstruktion hat,
ist ihr Zusammenbau sehr kompliziert. Weiterhin ist die
bekannte Steuervorrichtung Verschleiß unterworfen und muß
daher periodisch überprüft und falls notwendig ausgetauscht
werden. Darüberhinaus sind die Herstellkosten der bekannten
Steuervorrichtung infolge der großen Anzahl von Teilen, aus
denen sie zusammengesetzt ist, hoch.
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Für einige Anwendungen hat die aus der US-A-2864259
bekannte Vorrichtung den Nachteil, daß unabhängig von der
Rotation der Eingangswelle die Ausgangswelle immer diesselbe
Drehrichtung hat. Um zu ermöglichen, daß die Ausgangswelle
in beide Richtungen gedreht werden kann, muß daher ein
separates Drehrichtungsumkehrgetriebe an die Ausgangswelle
angeschlossen werden. Abgesehen von den zusätzlichen
Kosten, die ein derartiges Getriebe mit sich bringt, hat
dieses Getriebe einen weiteren Nachteil, daß es eine
zusätzliche Reibungsquelle darstellt und daß weiterhin häufig eine
Reib- oder Fluidkupplung notwendig ist, um die
Bewegungsrichtung der Ausgangswelle umzukehren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehzahlwandler ohne
die vorstehenden Nachteile zu schaffen.
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Insoweit ist ein Drehzahlwandler von dem im Oberbegriff
beschriebenen Typ durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.
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Insoweit, als die Steuervorrichtung für die exzentrischen
Scheiben, die in die Antriebswelle eingebaut ist, eine
hydraulische, pneumatische oder elektromechanische
Konstruktion hat, ist die Anzahl der Teile derselben
beträchtlich kleiner, verglichen mit der bekannten mechanischen
Steuervorrichtung, und die Kosten der Herstellung einer
derartigen Steuervorrichtung sind signifikant niedriger.
Gleichzeitig ist die Montage der Steuervorrichtung gemäß
der Erfindung beträchtlich einfacher. Weiterhin ist die
hydraulische, pneumatische oder elektromechanische
Steuervorrichtung kaum Verschleiß unterworfen, und demgemäß
schafft die Erfindung eine haltbare, zuverlässige
Betriebssteuervorrichtung. Weiterhin ist bei einem derartigen
Drehzahlwandler die Rotationsrichtung der Ausgangswelle
umkehrbar, ohne daß es notwendig ist, daß zusätzliche
Umkehrstufen in Form von Zahnrädem in der Vorrichtung vorgesehen
werden müssen, und ohne daß damit zusätzliche Reibung
eingeführt wird. Darüberhinaus macht es die hydraulische,
pneumatische oder elektromechanische Steuervorrichtung
leicht möglich, daß die Umkehrfunktion der indirektionalen
Antriebssysteme an sie angekuppelt wird.
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Insoweit ist der Drehzahlwandler gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung durch die Merkmale des
Patentanspruches 2 gekennzeichnet.
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Eine derartige Anordnung macht es unmöglich, daß die
Ausgangswelle des Drehzahlwandlers während der Umkehr des
indirektionalen Antriebssystems in Bewegung gesetzt wird.
Diese Sicherheitsmaßnahme ist notwendig, um zu verhindern,
daß die Ausgangswelle für den Fall, daß sie dreht, nach dem
Umkehren des indirektionalen Antriebssystems, dazu neigt,
die Kurbelarme der Umfangseinheiten mit einer Rotation zu
beaufschlagen, wodurch der Drehzahlwandler irreparabel
zerstört würde.
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Um eine bessere Verteilung der auf die Zwischenwellen zu
übertragenden Leistung zu erzeugen und damit eine größere
Kraftübertragung zu ermöglichen, ist der Drehzahlwandler
gemäß einer weiteren Ausarbeitung der Erfindung durch die
Merkmale gemäß dem Patentanspruch 3 gekennzeichnet.
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Gemäß einer weiteren Ausarbeitung der Erfindung ist der
Drehzahlwandler durch die Merkmale des Patentanspruches 4
gekennzeichnet.
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Ein doppeltwirkendes Antriebssystem mit dieser Konstruktion
ist einfach zu betatigen und nimmt einen so geringen Raum
ein, wie ein normales einfach wirkendes Freilaufsystem.
Weiterhin ist die Konstruktion eines derartigen,
indirektionalen Antriebssystems einfach, so daß es im Betrieb
dauerhaft und zuverlässig ist. Weiterhin stellt das
vorliegende reversible indirektionale Antriebssystem in keiner
Weise irgendwelche zusätzlichen Reibungsquellen im
Drehzahlwandler dar. Anzumerken ist, daß ein doppelt wirkender
Freilauf dieses Typs an sich aus der GB-A-2131900 bekannt
ist, die einen Freilauf zur Verwendung in einem
Differentialmechanismus offenbart.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es
insbesondere vorteilhaft, wenn der Wandler durch die
Merkmale des Patentanspruches 5 gekennzeichnet ist.
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Die Kupplung der hydraulisch, pneumatisch oder
elektromechanisch betätigbaren Umkehrringe kann auf eine einfache
Art und Weise über eine zentrale hydraulische, pneumatische
oder elektromechanische Betriebsvorrichtung realisiert
werden.
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Gemäß einer weiteren Ausarbeitung der Erfindung ist ein
Drehzahlwandler von dem vorstehend beschriebenen Typ weiter
durch die Merkmale des Patentanspruches 6 gekennzeichnet.
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Eine Steuervorrichtung dieser Konstruktion ist dauerhaft
und im Betrieb zuverlässig. Die Kolben/Zylinder-Baugruppen
können so positioniert sein, daß die Kolbenstangen mit den
exzentrischen Scheiben zentral im Eingriff stehen, so daß
die exzentrischen Scheiben in radialer Richtung verschoben
werden können, ohne daß sie aus dem Mitnehmer gezogen
werden können.
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Darüberhinaus ist die Baugruppe gemäß der vorliegenden
Steuervorrichtung einfach, und die Welle wird insoweit
minimal geschwächt, als der Raum, der erforderlich ist, um
die Steuervorrichtung einzubauen, minimal ist. Demgemäß
kann der Durchmesser der Eingangswelle mit kleineren
Abmessungen als bei der bekannten Vorrichtung versehen sein. Die
Feder, die in den entsprechenden Zylindern angeordnet ist,
dient als eine Sicherheitsmaßnahme und stellt sicher, daß,
wenn der Druck der Druckmedienquellen ausfällt, die
exzentrischen Scheiben in die neutrale Position gedrückt werden,
so daß kein Drehmoment der Eingangswelle auf die
Ausgangswelle übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der
Drehzahlwandler durch die Merkmale des Patentanspruches 7
gekennzeichnet.
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Um die Erfindung zu erläutern, wird eine Ausführungsform
des Drehzahlwandlers anhand der begleitenden Figuren
beschrieben. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Ausführungsform des Drehzahlwandlers teilweise
im Schnitt;
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Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung entlang der
Schnittlinie II-II in Fig. 1;
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Fig. 3 eine Einzelheit eines reversiblen indirektionalen
Antriebssystems, das in einer Umfangseinheit eingebaut ist;
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Fig. 4 eine Einzelheit der in der Fig. 2 gezeigten
Schnittdarstellung, die die Steuervorrichtung für die
exzentrischen Scheiben zeigt; welche in die Antriebswelle eingebaut
ist; und
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Fig. 5 eine Einzelheit aus Fig. 1 aus der der
Druckmedienquellenanschluß an die Kanäle der Steuervorrichtung der
Antriebswelle zu ersehen ist.
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Die Zeichnung zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des
Drehzahlwandlers gemäß der Erfindung. Fig. 1 zeigt eine
Ansicht teilweise im Schnitt. Der Drehzahlwandler hat eine
Antriebswelle 1, die mit wenigstens einem Paar
exzentrischer Scheiben 2a, 2b versehen ist, deren Exzentrizität
auch während des Betriebes von einer neutralen Position mit
der Exzentrizität 0 bis zu einem Maximalwert über eine
Steuervorrichtung 3 variiert werden kann, die in die
Antriebswelle eingebaut ist. Die Exzentrizitäten der
exzentrischen Scheiben 2a, 2b sind einander entgegengesetzt.
Eine Anzahl von Umfangseinheiten 4a, 4b sind auf einem
Teilkreis 5 angeordnet, dessen Mittelpunkt mit der
Mittellinie
H1 der Antriebswelle 1 übereinstimmt und der in oder
in der Nähe einer Ebene angeordnet ist, in welcher die
exzentrischen Scheiben 2a, 2b während des Betriebes schwingen
können. Die Umfangseinheiten sind jeweils mit einem
Kurbelarm 5 versehen, der durch eine der exzentrischen Scheiben
2a, 2b angetrieben werden kann, um zu schwingen. Die
Kurbelarme 5 der jeweiligen Umfangseinheiten sind jeweils über
wenigstens ein indirektionales Antriebssystem 6, bestehend
aus einem Freilaufsystem 6, über entsprechende
Zwischenwellen 7 und ein Getriebe 8 mit einem festliegenden
Übersetzungsverhältnis dynamisch mit der Ausgangswelle 9
verbunden. Auf jeder der Zwischenwellen 7 sind zwei
Umfangseinheiten 4a, 4b montiert, nämlich jeweils eine für jede
exzentrische Scheibe 2a, 2b. Das festliegende
Übersetzungsverhältnis des Getriebes 8, das in diesem Fall durch drei
Zahnräder gebildet ist, kann 1:1 sowie auch als Schnellgang
(overdrive) beispielsweise 1:2 sein. Gemäß der Erfindung
können die jeweiligen unidirektionalen Antriebssysteme 6
insoweit umgekehrt werden, als sie mit einem doppelt
wirkenden Freilaufsystem 6 versehen sind, das für das
Antreiben der jeweiligen Zwischenwellen 7 in einer ersten
Richtung des Antriebs und in einer zweiten, entgegengesetzten
Richtung des Antriebs ausgebildet ist. Die
Steuervorrichtung 3 für die exzentrischen Scheiben 2a, 2b, das in der
Antriebswelle eingebaut ist, hat eine hydraulische,
pneumatische oder elektromechanische Konstruktion, und die
jeweiligen unidirektionalen Antriebssysteme 6 können nur
umgekehrt werden, wenn die Drehgeschwindigkeit der
Ausgangswelle 9 Null ist. Durch Kuppeln der hydraulischen
Steuervorrichtung 3 der exzentrischen Scheiben 2a, 2b auf die
unidirektionalen Antriebssysteme 6 kann sichergestellt
werden, daß diese Systeme 6 nur umgekehrt werden können, wenn
die exzentrischen Scheiben 2a, 2b in der neutralen Position
sind.
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Die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 9 hängt von dem
Ausmaß der Exzentizität der exzentrischen Scheiben 2a, 2b
ab. Wenn die exzentrischen Scheiben 2a, 2b in der neutralen
Position sind, ist die Ausgangswelle 9 stillstehend, selbst
wenn die Antriebswelle 1 dreht. Wenn die Ausgangswelle 9
infolge der Trägheitskraft mit ihrer Rotation in ihrer
normale Richtung des Antriebes fortfährt oder durch die daran
gekuppelte Last (nicht dargestellt) zum Drehen gebracht
wird, dreht die Ausgangswelle 9 zusammen mit den
Zwischenwelle 7 frei. Die Rotation der Zwischenwellen 7 wird
infolge der Zwischenschaltung der Freilaufkupplungen 6 nicht
auf die Kurbelarme 5 übertragen. Der Drehzahlwandler
arbeitet somit als eine Freilaufkupplung. Wenn die Antriebswelle
1 und die Ausgangswelle 9 gleiche Geschwindigkeit haben,
können sie über eine feststehende Kupplung 19, die an sich
bekannt ist, miteinander verbunden werden, um einen
Direktantrieb zu bewirken. Vorzugsweise erfolgt dieses Kuppeln
hydraulisch oder pneumatisch. Es ist jedoch auch eine
mechanische Betätigung dieser feststehenden Kupplung 19
möglich. Eine derartige Konstruktion ist in der Figur gezeigt
und durch die Bezugsziffer 20 angegeben.
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Um die Leistungsübertragung auf die Zwischenwellen 7 so gut
als möglich zu verteilen, und um zu ermöglichen, daß auf
jede Zwischenwelle eine große Leistung übertragen werden
kann, hat jede Umfangseinheit 4 des Drehzahlwandlers zwei
reversible unidirektionale Antriebssysteme 6a, 6b bzw. 6c,
6d. Bei der gezeigten Ausführungsform sind daher auf jeder
Zwischenwelle vier reversible unidirektionale
Antriebssysterne 6a, 6b, 6c, 6d befestigt.
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Wie klar in der Fig. 3 gezeigt ist, die eine Detailansicht
im Schnitt eines unidirektionalen Antriebssystems 6 einer
Umfangseinheit 4 ist, hat jedes unidirektionale
Antriebssystern 6 einen Außenring 10, der einen Kurbelarm 5 trägt, wie
dies vorstehend erwähnt worden ist, und einen Innenring 11,
der beispielsweise über einen Keil 12 mit einer
entsprechenden Zwischenwelle 7 verbunden ist, um mit dieser
umzulaufen. Der Außenring 10 und der Innenring 11 teilen
wenigstens teilweise eine gemeinsame Umfangskontaktfläche 13
über jeweils eine innere bzw. außenliegende Umfangsfläche
derselben. In der Umfangskontaktfläche 13 sind Aussparungen
14 vorgesehen, die im wesentlichen rautenförmig sind,
gesehen in einer Seitenansicht in einer Querschnittsebene, die
sich rechtwinklig zu der Mittellinie der entsprechenden
Zwischenwelle 7 erstreckt. In jeder Aussparung ist ein
Rahmen 15 angeordnet, der zwei federnd gelagerte Kugeln oder
Zylinder 16a, 16b trägt. Innerhalb einer Aussparung 14 hat
jeder Rahmen 15 zwei feststehende Positionen, die über
einen Reversierring 17 eingestellt werden können (siehe
Fig. 1). In einer ersten Position wird wie dargestellt eine
der Kugeln oder Zylinder 16a des Rahmens 15 federnd in eine
Ecke 14a der Aussparung 14 gedrückt. Die Ecke 14a ist durch
den Außenring 10 und den Innenring 11 gebremst. Die andere
Kugel oder der andere Zylinder 16b wird durch den Rahmen 15
gegenüber den Wänden der Aussparung 14 freigehalten. In
einer zweiten Position des Rahmens 15 wird die andere Kugel
oder der andere Zylinder 16b des Rahmens 15 federnd in die
gegenüberliegende Ecke 14b der Aussparung 14 gedrückt,
während die eine Kugel oder der eine Zylinder 16a durch den
Rahmen 15 von den Wänden der Aussparung 14 freigehalten
wird.
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Im Betrieb wird der Reversierring 17 beispielsweise mittels
eines Reversierarms 18, der im Gehäuse des Drehzahlwandlers
angeordnet ist, betatigt, wobei der Reversierarm 18
zeitweilig mit Vorsprüngen in Eingriff gelangen kann, die an
dem Reversierring 17 vorgesehen sind. Gemäß der Erfindung
ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Betrieb der
entsprechenden Reversierringe 17 hydraulisch, pneumatisch oder
elektromechanisch ist, wobei die hydraulische, pneumatische
oder elektromechanische Steuervorrichtung 3 für das Paar
exzentrischer Scheiben 2a, 2b hydraulisch, pneumatisch oder
elektromechanisch an den Betrieb der Reversierringe 17
gekoppelt ist. Somit kann über den hydraulischen,
pneumatischen oder elektromechanischen Betrieb bewirkt werden, daß
die Reversierringe 17 nur betätigt werden, wenn die
exzentrischen Scheiben 2a, 2b in der neutralen Position sind und
die Geschwindigkeit der Ausgangswelle Null ist.
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Wie klar aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sind die
exzentrischen Scheiben 2 mit der Antriebswelle so verbunden, daß
sie mit dieser umlaufen, und sie haben eine kreisförmige
Umfangsfläche. Die exzentrischen Scheiben sind so
angeordnet, daß sie rechtwinklig zur Mittellinie der Antriebswelle
verschoben werden können. An der kreisförmigen
Umfangsfläche jeder exzentrischen Scheibe 2 ist unter
Dazwischenanordnung von Wälz- oder Radiallagern 21 wenigstens ein Ring
32 präsent, der nicht dreht und dynamisch mit den
Kurbelarmen 5 der entsprechenden Umfangseinheiten 4 verbunden ist.
Die hydraulische, pneumatische oder elektromechanische
Steuervorrichtung 3 für das Paar exzentrischer Scheiben 2
ist in die Antriebswelle eingebaut. Die Steuervorrichtung 3
hat zwei Kolben/Zylinder-Baugruppen 3, die sich
rechtwinklig zur Mittellinie der Antriebswelle 1 erstrecken, wobei
diese Baugruppen jeweils eine der exzentrischen Scheiben
des exzentrischen Paares 2a, 2b in einander
entgegengesetzte Richtungen steuern. Der Kolben 22 der entsprechenden
Kolben/Zylinder-Baugruppen 3 hat zwei Kolbenstangen 24, 25,
die an einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 22 in
Richtung der Mittellinie der jeweiligen Zylinder 23 oder
entlang von Präzisionsbohrungen erstrecken. Innerhalb des
Zylinders der entsprechenden Kolben/Zylinder-Baugruppen 3
ist eine vorab zusammengepreßte Feder 26 enthalten, die den
Kolben 22 in eine Position drückt, in welcher die
exzentrischen Scheiben 2a, 2b in einer neutralen Position sind.
Jeder Zylinder 23 ist an zwei Kanäle 28, 29 bzw. 28a, 29a
angeschlossen, die in den Zylinder 23 an einander
gegenüberliegenden
Seiten des Kolbens 22 münden und jeweils über
Bohrungen 28, 29 bzw. 28a, 29a, die in der Antriebswelle
vorgesehen sind (siehe Fig. 5) an Quellen 30, 31 für ein
hydraulisches oder pneumatisches Druckmedium angeschlossen
sind. Mittels der Druckmedium-Quellen 30, 31 ist die
Position des Kolbens 22 im Zylinder 23 und damit die
Exzentrizität der exzentrischen Scheiben 2a, 2b, steuerbar.
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Aus Sicherheitsgründen sind die Kanäle 29, 29a, die in den
Zylinderraum 23, in welchem die Feder 26 angeordnet ist,
münden, an eine erste Druckmedium-Quelle 30 angeschlossen,
und die Kanäle 28, 28a, die in den Zylinderraum 23 an der
anderen Seite des Kolbens 22 münden, sind an eine zweite
Druckmedium-Quelle 31 angeschlossen, wobei die erste
Druckmedium-Quelle 30 einen konstanten Basisdruck zuführt, der
die exzentrischen Scheiben 2a, 2b in eine neutrale Position
vorspannt, und die zweite Druckmedium-Quelle 31 einen
variablen, steuerbaren Druck hat, mittels dem das Ausmaß der
Exzentrizität der exzentrischen Scheiben 2a, 2b gesteuert
werden kann. Somit ist durch den konstanten Basisdruck der
Druckmedium-Quelle 30 und den Druck der Feder 26 eine
doppelte Sicherheit geschaffen, so daß die exzentrischen
Scheiben von der neutralen Position nur durch positive
Aktion, nämlich durch Erhöhen des Druckes der Druckmedium-
Quelle 31 auf einen Druck oberhalb des Druckes der
Druckmedium-Quelle 30 bewegt werden können.