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Stufenloser Drehmomentwandler Im folgenden wird ein stufenloser Drehmomentwandler
beschrieben, der nach dem Prinzip eines Schaltwerkgetriebes aufgebaut ist. Bei dieser
Getriebeart wird eine rotierende Bewegung zunächst in eine oszillierende mit veränderlicher
Amplitude umgewandelt. Dann wird die oszillierende Bewegung bei ihrer größten in
einer Richtung auftretenden Schwinggeschwindigkeit über ein Schaltwerk (Freilaufschalter)
auf die Abtriebswelle übertragen. Die Variierung der Schwingungsamplitude und damit
des Maximalwertes der Schwinggeschwindigkeit bewirkt eine Veränderung der Abtriebsdrehzahl
zur Antriebsdrehzahl. Die Drehmomente ändern sich dabei im umgekehrten Sinne wie
die Drehzahlen.
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Einige wesentliche Nachteile von bekannten derartigen Getrieben sind:
i. Die Massenkräfte der hin und her gehenden Teile sind nicht ausgeglichen und verursachen
störende Schwingungen, die die Lebensdauer verringern und zur Geräuschbildung führen.
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a. Die Freilaufschalter haben infolge der häufigen stoßartigen Beanspruchung
nur begrenzte Lebensdauer.
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3. Bei hohen Frequenzen versagt die Funktion des Freilaufschalters,
da die Sperrglieder des Freilaufschalters Eigenschwingungen ausführen, die mit den
Schaltschwingungen nicht übereinstimmen.
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Das im folgenden beschriebene Getriebe vermeidet diese Fehler weitgehend
durch folgende Maßnahmen: i. Die Massenkräfte der Schwingglieder sind weitgehend
ausgeglichen. Der Gesamtschwerpunkt liegt stets in der Symmetrieachse des Getriebes,
die
zugleich die Achse der treibenden . wie der getriebenen Welle
ist.
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2. Die Anzahl der nacheinander wirkenden Schwingglieder ist groß und
damit der Ungleichförmigkeitsgrad klein.
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3. Die Sperrglieder sind so ausgebildet, daß ihre spezifische Beanspruchung
klein ist.
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4. Die Freilaufschalter sind so angeordnet, daß die Klemmelemente
keine radialen oder tangentialen Bewegungen ausführen, so daß Eigenschwingungen
dieser Teile nicht auftreten können.
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5. Die Härte des Schaltstoßes im Freilaufschalter wird durch zwischengeschaltete
dämpfende Glieder vermindert.
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Im folgenden ist das in Abb. i und 2 dargestellte Getriebe beschrieben.
In dem Gehäuse i ist die treibende Welle 2 gelagert. Um den Querbolzen 3 ist die
Schrägscheibe 4 auf der Welle 2 schwenkbar gelagert. Ihre Schräglage wird beispielsweise
von dem Hebel 5, der mittels zweier Gleitsteine 6 in die verschiebbare Muffe 7 eingreift,
über den Koppelhebel 8 eingestellt. Auf der Schrägscheibe 4 ist die Taumelscheibe
9 in der Form eines Ringes vierdrehbar angeordnet. Die Taumelscheibe 9 wird an einer
Drehbewegung gehindert, indem beispielsweise ein drehbarer Gleitstein io an der
Taumelscheibe 9 in einer Rille i i des Gehäuses i geführt wird. An dem Umfang der
Taumelscheibe 9 ist eine Anzahl von Stangen 12 gelenkig angeordnet, die mit einer
gleichen Anzahl von Schlitten 13 ebenfalls gelenkig in Verbindung stehen. Diese
Schlitten 13 sind im Kreise um die verlängerte Achse 14 der treibenden Welle 2 angeordnet
und gleiten in Führungen 15 des Gehäuses i in Richtung parallel zur treibenden Welle
2. Auf den Schlitten 13 sind um die nicht drehbaren Bolzen 16 die schräg verzahnten
Zahnräder 17 drehbar, die jedoch durch die zwischen Bolzen 16 und Zahnrad 17 dazwischengeschalteten
Sperrglieder 18 in der Art eines Freilaufes sich nur in einer Richtung zu drehen
vermögen. Diese Zahnräder 17 stehen stets mit der schräg verzahnten Walze i9 im
Eingriff, die mit der getriebenen Welle 20 verbunden ist. Diese Welle 20 liegt gleichachsig
mit der treibenden Welle 2. Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Getriebes ist
die treibende Welle 2 in der Walze i9 drehbar gelagert. Durch die gleichachsige
Anordnung der Schlitten 13 um die Wellen wird ein gedrungener Aufbau des Getriebes
erreicht. Der Schwerpunkt des Getriebes liegt somit bei jeder Schräglage der Scheibe
4 in der gemeinsamen Achse 14 von Antriebs- und Abtriebswelle.
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Wirkungsweise: Bei einer Schräglage der Schrägscheibe 4 bzw. der Taumelscheibe
9 werden bei Drehung der treibenden Welle 2 die Schlitten 13 zusammen mit den Zahnrädern
17 in eine annähernd sinusförmige oszillierende Bewegung versetzt. Der Maximalwert
dieser Schwinggeschwindigkeit steigt mit Vergrößerung der Schräglage der Schrägscheibe
4 bei konstant angenommener Antriebsdrehzahl. Bei senkrechter Lage der Schrägscheibe
zur Antriebswelle stehen die Schlitten 13 still. Infolge der Schrägverzahnung verdrehen
sich bei einer axialen Verschiebung des Zahnrades 17 dieses und die Walze i9 gegeneinander.
Wird bei der einen Bewegungsrichtung das Zahnrad 17 durch die Sperrglieder 18 an
der Verdrehung gehindert, so dreht sich lediglich die Walze i9 mit der getriebenen
Welle 2o. Die höchste Drehzahl dieser getriebenen Welle wird im Augenblick der größten
Schwinggeschwindigkeit des Schlittens erreicht. Die größte Schwinggeschwindigkeit
und damit die größte Kraftübertragung tritt bei dem dargestellten Getriebe auf,
wenn eines der Stangengelenke 21 in der Verlängerung der Achse des Querbolzens 3
liegt. Also übt die Kraft in der Stange 12 kein Drehmoment auf die Schrägscheibe
4 bzw. den Einstellhebel 5 aus.
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Einer Steigerung der Abtriebsdrehzahl zur Antriebsdrehzahl entspricht
eine Verminderung des Abtriebsdrehmomentes zum Antriebsdrehmoment in dem Sinne,
daß das Produkt von Drehzahl und Drehmoment, von Reibung abgesehen, an der Antriebsseite
gleich dem an der Abtriebsseite sein muß. Das Verhältnis des Antriebsdrehmomentes
zum Abtriebsdrehmoment ist also eine Funktion der Schräglage der Schrägscheibe 4,
die stufenlos einstellbar ist.
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Bei Vorhandensein von nur einem Schlitten 13 würde die getriebene
Welle 2o durch das Abtriebsdrehmoment so lange verzögert werden, bis 'die treibende
Welle eine volle Umdrehung gemacht hat und die größte Schwinggeschwindigkeit des
Schlittens 13 in der anfänglichen Richtung wieder eingetreten ist. Um diese Verzögerung,
die bei jeder Schaltung einen Stoß zur Folge hat, zu verringern, sind möglichst
viele derartige Schlitten 13 so angeordnet, daß sie nacheinander zur Wirkung kommen
und bei einer Anzahl von n Schlitten 13 bereits nach zln Umdrehung eine weitere
Kraftübertragung stattfindet.
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Damit auch bei kleinsten Schwingungsamplituden das Klemmen der Sperrglieder
18 schlupffrei erfolgt, werden die Sperrglieder 18 und 25 durch leichte Federn 22
(s. Abb. 3) gegen den Bolzen 16 und die Innenwand des Zahnrades 17 angedrückt. Als
besonders vorteilhaft ist anzusehen, wie auch immer der Freilaufschalter ausgebildet
sein mag, daß die Sperrglieder 18 außer einer gemeinsamen hin und her gehenden Bewegung
mit dem Schlitten 13 und den Zahnrädern 17 keine radialen oder tangentialen Bewegungen,
bezogen auf die Drehachse 23 der Zahnräder 17, ausführen. Die Sperrglieder können
also keine Eigenschwingungen ausführen, die zu einer Störung der Funktion des Freilaufs
führen können, sobald z. B. eine Phasenverschiebung der Eigenschwingung zur Schaltschwingung
auftritt.
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Die oben beschriebene Anordnung der Schlitten mit den Schrägzahnrädern
und Freiläufen kann auch in Verbindung mit einem andern Antrieb als einer Taumelscheibe,
wie oben beschrieben, Verwendung finden.
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Zur Verringerung der Beanspruchung der sich festklemmenden Sperrglieder
18 sind diese so ausgebildet,
daß sie mit einer möglichst großen
Fläche zur'Anlage kommen. Um dieses zu erreichen, sind die Sperrglieder 18 als beidseitig
abgerundete Leisten ausgebildet, die in Rillen 24 und 27 mit gleicher Rundung einerseits
am Bolzen 17, andererseits an den Klemmschuhen 25 anliegen. Diese liegen an der
zylindrischen Innenwandung 26 des Zahnrades 17 mit einer entsprechenden zylindrischen
Fläche 31 an.
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Zur Verringerung des Stoßes im Freilaufschalter schaltet man zweckmäßigerweise
ein dämpfendes Glied in die Reihe der kraftübertragenden Bauteile, also von der
treibenden Welle 2 bis zur getriebenen Welle 2o, ein. Dieses kann z. B. an dem einen
Lager 3o der Gelenkstange 12 in Form einer kurzen, harten Feder 29 ausgeführt sein,
wie in Abb. 4 dargestellt ist.