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Vorrichtung zum Anzeigen von Übersetzungsverhältnissen zwischen umlaufenden
Maschinenteilen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen von Übersetzungsverhältnissen
zwischen umlaufenden Maschinenteilen oder zur Auslösung von Schalt- und anderen
Reguliervorgängen bei bestimmten Übersetzungsverhältnissen.
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Zum stoßlosen Einrücken von Zahnrädern hat man bereits vorgeschlagen,
Fliehkraftregler zu verwenden, die von den einzelnen Zahnradwellen aus beeinflußt
werden und in dem Augenblick, in welchem die Zahnräder gleiche oder nahezu gleiche
Umfangsgeschwindigkeiten besitzen, eine Steuerung beeinflussen, die das Einrücken
der Zahnräder veranlaßt. Die Regler sind dabei in keiner Weise gekuppelt. Ferner
sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, bestehend aus zwei ebenfalls nicht miteinander
gekuppelten Flilehkraftreglern, die eine Scbaltscheibe mit elektrischen Kontakten
und einen Schalthebel gegeneinander verstellen. Diese bekannten Vorrichtungen sind
in ihrer Wirkungsweise von den absoluten Geschwindigkeiten der Regler abhängig.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es möglich
ist, eine Vorrichtung zu schaffen, welche als genauer Anzeiger von Übersetzungsverhältnissen
zwischen umlaufenden Maschinenteilen oder zum Auslösen von Schalt- und anderen Reguliervorgängen
bei jeweils genau bestimmten Übersetzungsverhältnis verwendet werden kann, wenn
man bei Fliehkraftreglern, die in bekannter Weise auf ein gemeinsames Zwischenglied
einwirken und deren jeder nit beliebiger Winkelgeschwindigkeit antreibbar ist, erfindungsgemäß
die axial verschiebbaren Teile der beiden Regler derart gegeneinanderkuppelt, daß
die Regler sich gegenseitig so beeinflussen, daß jeweils einer Verkleinerung des
Ausschlages des einen Reglers eine bestimmte Vergrößlerung des Ausschlages des anderen
Reglers entspricht. Die Änderungen in den Ausschlägen lassen sich durch einfache
mechanische Mittel auf einen Zeiger, ein Relais o. dgl. übertragen. Die weiteren
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
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Die Erfindung wird auf den Zeichnungen verdeutlicht. Abb. 1 zeigt
schematisch eine erste Ausführungsform. Abb. 2 zeigt ebenfalls schematisch eine
zweite Ausführungsform.
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Abb. 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform,
wie sie in. der Praxis aussieht. Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie 1-1 in
Abb. 3.
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Die Vorrichtung besteht aus zwei Fliehkrafttreglern, die mit A und
B bezeichnet sind und deren einander zugekehrte Enden durch ein Zwischenglied D
drehbar verbunden sind so daß sie mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten umlaufen
können. Das Zwischenglied D besteht erfindungsgemäß aus zwef drehbar ineinandergreifenden
Teilen, von denen der eine mit dem Regler A und der andere mit dem ReglerB verbunden
ist. Die äußeren Enden der Regler A und B sind in Lagern 5 fixiert, so daß der Abstand
L0 zwischen ihnen konstant ist. Die Verwendbarkeit der Vorrichtung als Anzeiger
des Übersetzungsverhältnisses zwischen umlaufenden Maschinenteilen beruht darauf,
daß die Lage des Zwischengliedes D ausschließlich von dem Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten
der Regler A und B abhängt. Solange dieses Verhältnis konstant bleibt, können die
Winkelgeschwindigkeiten beliebig vergrößert oder verkleinert werden, ohne dalS die
Lage des Zwischengliedes 1) sich ändert.
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Es läßt sich dies wie folgt beweisen.
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Die beiden Regler A und B werden der Einfachheit halher als identisch
angenom men; die Winkelgeschwindigkeiten werden mit #A und ess, die Länge der gewichtsios
gedachten Pendelarme mit R die Winkel zwischen diesen Pendelarmen und den Reglerachsen
mit a und ß, die Masse jedes Schwunggewichtes mit m, die Differenz zwischen Lc,
und der Länge d des Zwischengliedes D mit L und der senkrechte Abstand von der Reglerachse
zu den Lagerpunkten der Pendelarme mit a bezeichnet.
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Man hat dann (vgl. Abb. x) cos α + cos ß = L/2 R. (1) Die auf
die Schwunggewichte wirkenden Zentripetalkräfte sind CA m#²A (a Ö R sin <i) α),
CB = m#²B(a + R sin ß) Die auf das Zwischenglied D wirkenden, entgegengesetzt gerichteten
Axialkräfte sind PA = ½ CA cot α, (3) PB = ½ CB cot ß.
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Wenn Gleichgewicht vorhanden ist, ist PA = PB, also CA cot u = CB
cot ß. (4) Gleichung (4) ergibt mit Gleichung (a + R sin a) cot a (a + R sin ß)
cot ß
In GLeichung (5) kann mit Hilfe der Glei. chung (i) a durch fl ersetzt werden oder
umgekehrt. Es leuchtet daher ein, daß die Winkel a und ß und mithin die Lage des
Zwischengliedes D ausschließlich von dem #A Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten
abhängt.
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Bei praktischer Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung läßt
man das Zwischenglied 13 beispielsweise einen mit einem Zifferblatt zusammenwirkenden
Zeiger beeinflossen. Zu diesem Zweck kann, wie gezeigt, auf dem Zwischenglied D
eine als Zahnstange ausgebildete Hülse 28 drehbar gelagert sein, welche in ein Zahnrad
30 eingreift, dessen Welle 29 mlit dem Zeiger verbunden ist.
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Auf einem Motorfahrzeug init Zahnradwechselgetriebe wird z. B. der
Regler A mit der Motorwelle und der Regler 10 mit der Kardanwelle z. B. durch Zahnradgetriebe
gekuppelt. Wenn man von einem rang auf einen anderen übergehen will. schaltet man
den erstgenannten Gang aus, ohne die Kupplung zwischen dem Motor und dem Wechselgetriebe
zu lösen. Darauf wird die Drehzahl des Motors im Verh iltnis zur Drehzahl der Kardanwelle
verkleinert (oder vergrößert).
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Infolge der axialen Bewegung des Zwischengliedes 13 bewegt sich dabei
der Zeiger über dem mit die verschiedenen Getriebestufen anzeigenden Skalenstrichen
versehenen Zifferblatt. Wenn sich der Zeiger gerade vor einem solchen Strich befindet,
bedeutet dies, daß Synchronismus vorliegt zwischen den zu verbindenden Getrieberädern.
In diesem Augenblick wird der neue Gang mittels des Schalthebels eingeschaltet.
Es leuchtet ein, daß hierbei nicht allein die Getrieberäder, sondern auch der Motor
synchronisiert ist, was sehr vorteilhaft ist.
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Die Welle 29 kann selbstverständlich auch eine Vorrichtung beeinflussen,
welche die selbsttätige Einschaltung von sukzessiven Stufen des Zahnradwechselgetriebes
bewirkt oder welche den Getriebschalthebel normaler. weise sperrt und nur bei eingetretenem
Synchronismus zwischen den Getriebrädern freigibt. Auch in einem solchen Falle kann
jedoch eine Anzeigevorrichtung irgendwelcher Art wünschenswert sein. damit man sehen
kann, welche Stufe augenblicklich eingeschaltet ist.
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Die Vorrichtung kann mit sehr kleinen Abmessungen ausgeführt werden
und in einem Gehäuse angebracht werden, welches an der Seite des Getriebekastens
angeordnet oder mit diesem zusammengebaut wird. Sie ist unempfindlich gegenüber
Stößen in einer zu den Regler senkrechten Ebene, da die Schwunggewichte der beiden
Regler A und B
bei einem derartigen Stoß gleich große, aber entgegengesetzt
gerichtete Kräfte auf das Zwischenglied D auslösen. Um die Vorrichtung auch axialen
Stößen gegenüber -unempfindlich zu machen, kann man sie erfindungsr gemäß, wie Abb.
2 zeigt, doppelt ausführen, d. h. ein genau identisches Regelpaar A', B' durch eine
Zahnstange 31 das Zahnrad 30 auf der der Zahnstange 28 diametral gegenüberliegenden
Seite beeinfiussen lassen. Die Regler und A' und die Regler 10 und B' sind dabei
durch Zahnräder gekuppelt.
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Wenn gewünscht, können die Lager 5 oder das eine dieser Lager einstellbar
sein, so daß die Länge wo und damit die Konfiguration geändert werden kann.
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Wie Berechnungen und praktische Versuche zeigen, läßt sich das Reglerpaar
A', B' (Abb. 2) mit genau derselben Wirkung durch ein gewöhnliches Gegengewicht
ersetzen. Hierdurch wird die Vorrichtung kleiner und einfacher.
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Abb. 3 und 4 zeigen eine praktische Ausführungsform mit Gegengewicht.
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Die Vorrichtung ist von einem Gehäuse umgeben, weiches aus einer
oberen Hälfte 1 und einer unteren Hälfte 2 besteht, die durch Bolzen 3 miteinander
verbunden sind. In den Seitenwänden des Gehäuses sind Aussparungen 4 vorhanden,
in welchen die Kugellager 5 für die Regierwellen angeordnet sind. Die Welle 6 des
Reglers 10 geht durch das Gehäuse hindurch und ist in der Welle 7 des Reglers A
gelagert. Jede Reglerwelle trägt nahe an der Seitenwand des Gehäuses einen gabelförmigen
Teil 8 bzw. 9, auf welchem die äußeren Pendelarme 10 der Regler gelagert sind. Wie
besonders aus Abb. 4 hervorgeht, gibt es für jedes Schwunggewicht zwei äußere Pendelarme
10, die auf der Außenseite der Schenkel des gabelförmigen Teils 9 liegen und in
diesen mittels Zapfen 1 1 und Kugellagern 12 gelagert sind. Die anderen Enden der
Pendelarme 10 sind durch einen Bolzen 13 miteinander verbunden, weicher das aus
zwei Teilen 14, 15 bestehende Schwunggewicht trägt.
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Zwischen den Teilen I4, 15 ist auf dem Bolzen 13 ein Kugellager 16
angeordnet, und auf diesem ist das eine Ende des inneren, in der Längsrichtung geteilten
Pendelarmes 17 des Schwunggewichtes gelagert, dessen anderes Ende zwischen den Schenkein
eines gabelförmigen Teils 18 eingreift, in weichen es mit Hilfe von zwei Kugellagern
19 und einem Bolzen 20 gelagert ist. Das Ganze wird durch auf den Enden der Bolzen
13 und 20 aingebrachte Muttern zusammengehalten.
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Der gabelförmfige Teil 18 ist mit einer hülsenförmigen Ve-rlängerung
21 versehen, die direkt auf der Welle 6 gelagert ist. Die inneren Pendelarme I7
des zweiten Reglers 10 sind auf ähnliche Weise in einem gabelförmigen Teil 22 gelagert.
Dieser ist mit der Hülse 21 durch ein Kugellager 23 verbunden, dessen innerer Laufring
gegen eine Mutter 24 auf der Hülse 21 anliegt, während sein äußerer Laufring gegen
eine Endflansche 25 auf einer Verlängerung des gabelförmigen Teils 22 anliegt.
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Auf der Hülse 21 ist ferner mit Hilfe eines Kugellagers 26 eine äußere
Hülse 27 gelagert.
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Diese trägt auf der Außenseite eine Zahnstange 28, welche in ein auf
der Zei<xerwelie 29 o.dgl. befestigtes Zahnrad 30 eingreift.
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Auf der der Zahnstange 28 diametral gegenüberliegenden Seite des
Zahnrades 30 greift in ihm eine andere Zahnstange 31 ein, welche auf dem erfindungsgemäß
zur Ausbalancierung von axialen Stößen dienenden Gegengewicht sitzt. Dieses Gegengewicht
hat die Form eines Blockes 32, welcher mit auf Kt'gellagern gelagerten Rädern 33
(im Ausführungsbeispiel besteht der Radreifen einfach aus dem äußeren Laufring des
Kugellagers) in Spuren 34 in einer Platte 35 läuft. Der Block läuft vorzugsweise
auf drei Rädern 33. Die Platte 35 wird etwa an der Mitte von Feinem .durch den Boden
des Gehäuses geschraubten Bolzen 36 getragen, welcher sie gegen die Köpfe dreier
am Rande der Platte vorgesehener Schrauben 37 preßt, welche durch Löcher in der
Platte hindurchgeführt und im Boden des Gehäuses eingeschraubt sind. Durch Betätigung
der Schrauben 37 und des Bolzens 36 kann die das Gegengewicht tragende Platte 36
leicht in die richtige Lage eingestellt werden.
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Das Gewicht des Blockes 32 wird so bemessen, daß, wenn man die Vorrichtung
mit der Welle 6 vertikal stellt, Gleichgewicht vorbanden ist zwischen dem Reglerpaar
A, 10 auf der einen und dem Gegengewicht 32 auf der anderen Seite um das Zahnrad
30 als Waage.
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Es ist vön großer Bedeutung für die gute Funktion der Vorrichtung,
daß diese Abwägung so genau wie möglich wird.
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Wie aus Abb. 4 ersichtlich, sind die inneren und die äußeren Pendelarme
10 und 17 sowie die gabelförmigen Teile 8, 9, 18, 22 derart angeordnet, daß sie
erfindungsgemäß eine vollständige oder wenigstens in der Hauptsache vollständige
Zusammendrückung jedes Reglers gestatten, so daß die Pendelarme sich gegenseitig
decken. Hierdurch wird es möglich, die Konfigurationsmöglichkeiten der Vorrichtung
auf die beste Weise auszunutzen. Bei Verwendung der Vorrichtung ist es zweckmäßig,
die Reglerwellen 6, 7 mit den umlaufenden Maschinenteilen erfindungsgemäß durch
derart gewählte Getriebe zu verbinden, daß die Konfiguration bei dem kleinsten vorkommenden
Übersetzungsverhältnis zwischen den umlaufenden Maschinenteilen das Spiegelbild
der Konfiguration bei dem größten vorkommenden
Übersetzungsverhältnis
wird. Wenn beispielsweise der eine Regler von der Rardanwelle eines Motorfahrzeuges
mit dem Obersetzungsverhältnis 1 : 1 angetrieben wird, so sollte man zur Erreichung
des obengenannten Resultats den zweiten Regler mit der Motorzelle durch ein Getriebe
verbinden, welches diesem Regler die Drehzahl 1 n . n0 verleiht, wobei II die Drehzahl
der Kardanwelle bei der ersten Stufe des Zahnradwechselgetriebes und llo die Drehzahl
der Motorwelle bei derselben Stufe ist.
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In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die beiden Regler
derart angeordnet, daß sie auf das Zwischenglled D Zugkräfte ausüben. Es ist aber
selbstverständlich auch möglich, die Regler auf das Zwischenglied Druckkräfte ausüben
zu lassen.
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Da die Vorrichtung als genauer Anzeiger von Übersetzungverhältnissen
verwendet werden soll, muß sie so wenig wie möglich be lastet sein. Wenn Schalt-
und andere Reguliervorgänge bei bestimmten Übersetzungsverhältnissen eingeleitet
werden sollen, muß man daher selbstverständlich eine Hilfskraft verwenden, welche
von dem Reglerpaar ausgelöst wird. Die Welle 29 kann z.B. auf magnetischem oder
photoelektrischem Wege einen Stromkreis schließen oder ein Ventil für ein Druckmedium
öffnen.