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Schaltwerksgetriebe mit 'stufenloser Drehzahlregelung, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Bei den bekannten Ausführungsarten von mechanischen Getrieben
mit stufenloser Drehzahlregelung beruht die eine Gruppe auf dem Prinzip der Kraftübertragung
durch Reibung, indem entweder zwei gegeneinandergedrückte Räder bei veränderlichem
Durchmesser des einen Rades oder beider Räder sich auf ihrem Umfang abwälzen oder
eine Spezialkette mit Rollen bzw. ein massiverRing zwischen je zwei kegelförmigen
Scheibenpaaren verschoben werden. Der Nachteil dieser Reibungsgetriebe besteht darin,
daß nur relativ kleine Drehmomente .bei verhältnismäßig .hohem Eigengewicht dieser
Getriebe nicht schlupffrei zu übertragen sind.
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Die zweite Gruppe von stufenlosen Getrieben mit zwangsläufiger Kraftübertragung
weist eine Speziallamellenlizette auf, die ebenfalls zwischen je- zwei kegelförmigen,
radial genuteten Scheibenpaaren mit veränderlichem Abstand auf je zwei veränderliche
Laüfkreisdurchmesser .gebracht wird und bei der sich die Lamellen der sich auf den
Kegelpaaren bei verändertem Laufkreisdurchmesser ändernden Teilung anpassen. Die
stumpfen Kegel der Scheibenpaare erfordern, wenn die Treibkette auf einen größeren
Durchmesser auf der Antriebsseite gebracht «:erden soll, sehr große Kräfte, die
zu einer solchen Bemessung der gesamten Verstelleinrichtung und des Gehäuses zwingen,
daß das übertragbare Drehmoment im, Vergleich zum Gewicht dieser Getriebe nur als
gering bezeichnet werden kann. Außer dem Nachteil der Nichtregelbarkeit bei Stillstand
kommt als weiterer Nachteil die Art der Verzahnung hinzu,
bei der
es naturgemäß kein Abrollen der Kettenlamellen gibt: so daß der mechanische Wirkungsgrad
niedrig ist.
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Die dritte Gruppe von stufenlos regelbaren Getrieben sind sogenannte
Schaltwerksgetriebe, bei denen beispielsweise eine Anzahl auf einem getriebenen
Rad beweglich angeordneter Klinken derart gesteuert werden. daß sie wahlweise finit
größerem oder kleinerem Hebelarm auf ein exzentrisch angeordnetes Sperrzahnrad wirken.
Abgesehen von der steten Ungenauigkeit des Eingriffs der Klinken in die Zähne des
Sperrzahnrades. gellt ein großerTeil der mechanischenEnergie bei der Steuerung der
unter Last stellenden Klinken verloren, so daß'solche oder ähnliche Getriebe bestenfalls
bei Uhrwerken Verwendung finden.
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Bei anderen Schaltwerksgetrieben wird die Bewegung von einem treibenden
auf e'nen getriebenen Teil durch einen beweglich angebrachten Isurbelzapfen und
mehrere konzentrisch zum Kurbelzapfen angeordnete Klemmkupplungen aufweisende Schaltwerke
übertragen. Der hauptsächlichste Nachteil solcher Schaltwerksgetr:ebe besteht, abgesehen
von der Unsicherheit der Kraftübertragung und der Schwierigkeit, derartige Schaltwerke
bei hohem zu übertragendem Drehmoment genügend bemessen zu können, darin, daß die
Verschiebung des umlaufenden Kurbelzapfens zwecks Vergrößerung oder Verkleinerung
seines Hubes. die erhebliche Kräfte erfordert, trotz Inkaufnahme eines hohen Baugewichtes
für das Getriebe nur sehr schwer durchführbar ist. Darüber hinaus ist die Hubveränderung
des Kurbelzapfens, schwingungstechnisch gesellen, sehr ungünstig.
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Außerdem gibt es Schaltwerksgetriebe, bei denen die Hubbewegung eines
im treibenden Teil verstellbar angeordneten Kurbelzapfens in eine taumelnde Bewegung
umgesetzt wird, die über Zalinriicler, oder Zalinseginente und Schaltwerke die Antriebswelle
unter Berücksichtigung des jeweils eingestellten Hubes des Kurbelzapfens in schnellere
oder langsamere Umdrehung versetzt.
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Abgesehen von dem Nachteil, der s'-ch, wie bei allen Getrieben dieser
Art, durch die Notwendigkeit einer Verstellung des umlaufenden Kurbelzapfens ergibt,
kann mit letzterem Getriebe keine oder nur eine auf uniständlichein Wege zu ermöglichende
gleichföringe Bewegung der Abtriebswelle erzielt werden.
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Aus vorerwähnten Gründen konnten bislang beim Antrieb voll Arbeitsmaschinen
und 6\'erl.:zeugmascliinen mit größerem Leistungsbedarf (io bis 30 PS) ausschließlich
nur die. nit konischen Scheiben und Speziallainellencetten ausgerüsteten Getriebe
Eingang in die Praxis finden, während beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, bei denen
das Bedürfnis be sonders groß ist, keine der zahlreichen Kon struktionen in Anwendung
kommen konnte Gemäß der Erfindung wurde ein Schalt Werksgetriebe mit stufenloser
Drehzahlrege '.eng geschaffen, bei dein alle Nachteile bis heriger Konstruktionen
vermieden sind unc das sich praktisch für jeden Zweck verwenden läßt, wobei trotz
der Übertragung hohe Drelinioinente ein niedriges Baugewicht füi das Getriebe möglich
ist. ErfindungsgemiiC weist eine vom Antriebsmotor getriebene Rad. Scheibe konzentrisch
in gleichem-,Albstand angeordneteWellen auf, all deren EndenSchaltwerke und Kettenräder
befestigt sind, die durch entsprechende Ketten auf der einen Seite der Radscheibe
mit einer Antriebswelle und auf der anderen Seite der Radscheibe mit um die Getriebeachse
angeordneten feststehenden Verstellvorrichtungen verbunden sind, deren jeweils kleinster
Durchmesser für (las Übersetzungsmoment zwischen den feststehenden Verstellvorrichtungen
und den sich in der Radscheibe hei Drehung derselben auch a1 gleicher Drehrichtung
um ihre eigenen Wellen drehenden Kettenrädern maßgebend ist. Die feststehenden Verstellvorrichtungen
und die einlaufenden Kettentriebe sind in solcher Anzahl vorgesehen, daß ein gleichf6riniger
Abtrieb erreicht wird, wobei Unsicherheiten und Ungenauigkeiten beim Weiterleiten
der Antriebskraft von einem Schaltwerk auf das andere durch zuverlässig arbeitende
Freiläufe deren Aufgabe darin besteht, die bei Drehung größer «-erdenden Durchinesser
der Verstellvorrichtungen wirkungslos zu machen, völlig vermieden sind.
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Die feststehenden Verstellvorrichtungen, die finit Spindeln oder mittels
Plangewindescheibe nach Art der bekannten Spannfutter von Werkzeugmaschinen leicht
zu betätigen sind, gewährleisten ein genaues Abwickeln der Ketten auf ihrem Umfang
bei stets gleichbleibender Teilung der Verzahnung, während der große stufenlose
Verstellbereich vorn Stillstand der Abtriebswelle bei beliebig hoher Drehzahl der
vom Antriebsmotor getriebenen Radscheibe bis zum Verhältnis i :?, von -der Abtriebswelle
auf die Racisclieibe gesellen, eine besondere Kupplung zum Anfahren, beispielsweise
bei Kraftfahrzeugen, überflüssig macht. Eine Umkehr der Drehrichtung der Abtriebswelle
wird durch einen zusätzlich angeordneten Kettentrieb in Verbindung mit einer verschiebbaren
Schaltkupplung erzielt, wobei die Verstellvorrichtungen wie bei Vorwärtsdrehung
Verwendung finden.
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Der Erfindungsgegenstaild kann als Getriebe mit stufenloser Drehzahlregelung
für jeden Zweck Verwendung finden, da nachstehende Forderungen erfüllt sind:
i.
Die gesamte Verstellvorrichtung steht still.
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a. Die Verstellvorrichtung gewährleistet ein genaues Abwicheln und
einen genauen Eingriff der Ketten in ihre Verzahnung.
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3. Die Treibketten sind genormte Rollenketten.
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Als Schaltwerke finden in der Praxis erprobte und jedem durch das
Getriebe zu übertragenden Drehmoment genau anzupassende Freilaufkränze Verwendung.
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5. Zwangsläufiges, stoßfreies und sicheres Weiterleiten der Antriebskraft
von einem Schaltwerk auf das .andere.
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6. Großer Verstellbereich vom Stillstand der Abtriehswelle bei beliebig
hoher Drehzahl der o vom Antriebsmotor getriebenen Radscheibe 3is zum Verhältnis
i : a, von der Abtriebswelle auf die Radscheibe gesehen.
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7. Wegfall einer besonderen Kupplung, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen
zum Anfahren.
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Hoher mechanischer Wirkungsgrad in allen Übersetzungsbereichen.
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Weitgehende Verwendung von Normteilen. io. Niedriges Baugewicht, da
keine umlaufenden oder hoch übersetzten Verstellorgane vorhanden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichattng als Untersetzungsgetriebe
mit .dem vorstehend gekennzeichneten Regelbereich als Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Abb. z a, i b, i c, i d und i e dienen zur grundlegenden Erläuterung
der Wirkungsweise des Getriebes.
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Abb. :2 zeigt das Getriebe mit Sicht auf die Abtriebswelle.
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Abb. 3 zeigt das Getriebe mit Sicht senkrecht zur Getriebeachse.
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Abb.4 zeigt das Getriebe mit Sicht auf die Verstellvorrichtungen zur
Änderung des Übersetzungsverhältnisses.
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In einer drehbar angeordneten, vom Antriebsmotor getriebenen Radscheibe
a ist die Welle b gelagert, auf deren Enden die Kettenräder c und d fest angebracht
sind. Kettenrad c ist durch eine Kette e mit dem auf der Abtriebswelle f fest angebrachten
Kettenrad g verbunden und Kettenrad d durch eine Kette h mit :dem stillstehenden
und festgehaltenen Kettenrad i. Die Zähnezahl der Kettenräder c, d, g und i sind
in Abb. i a einander gleich. Bei einer Drehung der Radscheibe a in Pfeilrichtung
rollen die Ketten e und 1a auf den zugehörigen Kettenrädern c, d, ä und
i ab, so daß die Abtriebswelle f stillsteht, d. h. der Antrieb läuft-
leer.
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Abb. ih: DieZähnezahlen derKettenräderc, d, g sind einander gleich,
während die Zähnezahl des festgehaltenen Kettenrades i' nur die Hälfte der Zähnezahl
der Räder c, d, g aufweist.
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Die in Pfeilrichtung umlaufende Radscheibe a nimmt nun die Welle
b mit den Kettenrädern c, d ebenfalls in Pfeilrichtung mit, Da das
Kettenrad i' und damit die Ketteln s *llstellen, dreht sich die Welle
b in der Radt, scheibe a entgegengesetzt zu dieser, jedoch mit der halben
Drehzahl von a und nimmt über den Kettentrieb c, e, g die Abtriebswelle
f in der Drehrichtung :der Scheibe a mit. Die Abtriebsdrehzahl ist dabei
halb so groß wie die Antriebsdrehzahl.
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Ab.b. ic: Die Zähnezahlen der Kettenräder c; d, ä sind einander gleich,
während das festgehaltene Kettenrad i" eine größere Zähnezahl als die Räder c, d,
g aufweist. Bei einer Umdrehung der Radscheibe a in Pfeilrichtung dreht sich das
Kettenrad d wie vorher entgegengesetzt zur Radscheibe a, jedoch mit höherer Drehzahl
als a, und nimmt über Welle b und den Kettentrieb c, e, g- die Antriebswelle f ebenfalls
in entgegengesetzter Richtung zur Radscheibe a mit.
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Denkt man s:ch nunmehr an Stelle des festgehaltenen Rades i eine feststehende
und verstellbare Vorrichtung j mit Zähnen k und l
(ebb. id), die ein
Abwickeln der Kette h auf ihrem Umfang bei Drehung der Radscheibe a gestattet, so
beeinflußt diese Vorrichtung, angefangen vom Kleinstdurchmesser bis zum Größtdurchmesser,
die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle f, und es ergibt sich bei weiterer
Drehung der Radscheibe a ein laufender Wechsel einer verzögerten und beschleunigten
Umdrehungszahl der Abtriebswelle f.
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Greift man die Bewegung der innerhalb .der Radscheibe a gelagerten
Welle b mit den Kettenrädern e, d innerhalb des Winkels a heraus, so ist
die während dieses Umdrehungswinkels bestehende Übersetzung zwischen der Verstellvorrichtung
j und Kettenrad d gleich i ::2.
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Wird dieses Übersetzungsverhältnis nunmehr durch eine weitere Anordnung
von Verstellvorrichtungen und umlaufenden Kettenrädern derart gesteuert, daß stets
nach Drehung der Radscheibe a. um den Betrag des Winkels a immer das Übersetzungsverhältnis
i : a wirksam bleibt, wobei der größer werdende Durchmesser der Verstellvorrichtung
j durch die in den umlaufenden und mit der Verstellv orrichtung durch Ketten verbundenen
Kettenrädern eingebauten Freilaufkränze stets unwirksam gemacht wird, so ergibt
sich zwischen Radscheibe a und Abtriebswelle fein gleichbleibendes Übersetzungsverhältnis
von z : i. Die Verstellvorrichtung j gestattet ohne Änderung ihres Umfanges eine
Vergrößerung ihres wirksamen Durchmessers
auf das Doppelte, so daß,
wie in Abb. 1e gezeigt, ihr Durchmesser gleich dem Durchmesser des Kettenrades d
ist, was bei Drehung der Radscheibe a entsprechend Abb. ia einen Stillstand der
@lbtrieliswelle f zur Folge hat. Hat die Verstellvorrichtung diese Al)niesstiligen
iln Vergleich zu Kettenrad d, so ergeben sich -beim Abwickeln der Kette 1a auf
j nur unwesentliche Längenänderungen, die praktisch bedeutungslos sind.
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Ab1i. 2 bis d.: In der Radscheibe i sind Wellen 2, 3, d., an denen
die Kettenräder 5, 6, (i', 7 befestigt sind, drehbar gelagert. Die Kettenräder j,
6, 7 sind untereinander durch eine Kette 8 und über Kettenrad 6' durch eine Kette
9 mit dem Kettenrad io, das mit der Abtriebswelle ii durch eine lösbare Kupplung
29 gekuppelt ist, verbunden. Auf der andern Seite der Radscheibe i sind mit Freilaufkränzen
versehene Kettenräder 12, 13, 1d., 15-
16, 17 auf den Wellen 2, 3, d. angebracht
und durch ILetten 18, 19, 20 mit einer feststellenden V erstellvorrichtullg 24 und
ferner durch Ketten 21, 22_ 23 mit einer um 9o= zur ersteren versetzten gleichen
Verstellvorrichtung 2; verbunden.
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Die Verstellvorrichtungen 2d., 25 bestehen beispielsweise aus je zwölf
Gliedern 31, die durch Spindeln oder mittels Plangewindescheibe nach Art der Spannfutter
von Werkzeugmaschinen bis zur Kreisform verstellt werden können, womit eine Grenzlage
erreicht ist. In der anderen Grenzlage wird im Zuge einer ellipsenähnl?chen Verformung
ein Kleinstdurchmesser erreicht, der gleich dem halben Durchmesser der Kettenräder
12, 13, 1.I, 15. 16, 17 ist. Während dieser Verformung ändert sich der Umfang der
Verstellvorrichtungen nicht. Demzufolge bleibt auch die Teilung der Verzahnung,
die für jede Verstellvorrichtung aus an mindestens zwei syniinetrisch liegenden
Kettengliedern angebrachten Kettenzähne" 3 2 besteht, für den Eingriff der Ketten
18, 19, 20, -21, 22, 23 stets gleich.
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Die Verstellvorrichtungeli 2d., 25 sind so ausgeführt, daß der jeweils
e?ngestellteKleinstdurchmesser zunimdest während eines Drehcvirllcels von
30- der Radscheibe i wirksam bleibt und so bei Anordnung von sechs unilaufenden
Kettenrädern. die über sechs Ketten auf die zwei um c)o'' versetzten Verstellvorrichtuligell
24, 25 wirken, ein stets gleichmäßiges L bersetzungsverhältnis zwischen der
Radscheibe i und der Abtriebswelle i i bei gleicher Drehrichtung wie die Radscheibe
i gewährleistet ist.
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Wird die Kupplung 29 zwischen Abtriebswelle i i und Kettenrad io gelöst
und dafür die Abtriebswelle i i durch Verschieben der Kupplung 29 mit Rad 28 gekuppelt,
das über eine Kette 27 finit dem auf einem Bolzen 30 drehbar angeordneten Doppelkettenrad
26 verbunden ist, «-elches mit einem Rad in den äußeren Umfang der Kette 8 eingreift,
so erhält die Abtriebswelle i i eine entgegengesetzte Drehrichtung wie die Radscheibe
i.