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Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Übertragung einer Drehbewegung von einer treibenden Welle auf
wenigstens eine getriebene Welle.
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Gegenstand der Erfindung ist eine derartige übertragungsvorrich:tung,
bei welcher die Übertragung durch elastische, zwischen der treibenden Welle und
der getriebenen Welle oder den getriebenen Wellen angeordnete Mittelerfolgt, wobei
die Ausbildung so getroffen ist, daß sich. für jeden Wert des Antriebsmoments das
Übertragungsverhältnis infolge der veränderlichen Verformungen der erwähnten, elastischen
Mittel in Abhängigkeit von dem widerstehenden Moment ändert. Erfindungsgemäß. weist
die Übertragungsvorrichtung eine gekröpfte Anitriebswelle, wenigstens, eine zu der
Antriebswelle parallele angetriebene Welle mit einer Zahl von Kurbelarmen, die gleich
der der Kröpfungen der Antriebswelle ist, wobei diese Kurbelarme an der angetriebenen
Welle mit Hilfe von nur in. einer Richtung wirkenden Antriebsmitteln, wie Freilaufanordnungen,
angebracht sind, sowie Verbindungsmittel zwischen dem Kurbelzapfen eines jeden dieser
Kurbelarme und dem entsprechenden Kurbelzapfen der Antriebswelle auf, wobei diese
Übertragungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß, jedes dieser Verbindungsmittel
durch
wenigstens eine gebogene Blattfeder gebildet wird, die an einem Ende an dem Kurbelzapfen
der angetriebenen Welle und an ihrem anderen Ende an dem entsprechenden Kurbelzapfen
der Antriebswelle gelenkig befestigt ist, so daß sie eine elastische Kuppelstange
bildet, die so auf Dehnung arbeitet und ihre Länge verändern kann, daß für jeden
Wert des Antriebsmoments das Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle
und der Winkelgeschwindigkeit der angetriebenen Welle oder der angetriebenen Wellen
eine Funktion des widerstehenden Moments ist.
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Dank der Verwendung von Blattfedern als elastische Kuppels;tangen
kann man bei geeigneter Wahl derselben einen Leistungsschlupf (oder ein Rutschen)
verhindern. oder, anders ausgedrückt, eine fast vollständige Übertragung der Leistung
von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle selbst bei großen widerstehenden
Momenten erhalten. Das erfindungsgemäße elastische System ist nämlich so ausgebildet,
daß die Kurve, welche in rechtwinkligen Koordinaten die Veränderungen der Dehnung
der Elemente dieses Systems (durch Blattfedern gebildete elastische Kuppelstangen)
in Abhängigkeit von der auf sie wirkenden Kraft darstellt, eine Kurve mit einer
zu ,der Kräfteachse parallelen Asymptote ist. Anders ausgedrückt, man erhält ein
elastisches System, welchest -eine theoretisch unendliche Kraft mit einer Dehnung
seiner Elemente übertragen kann, welche asymptotisch nach einem endlichen Wert strebt.
Diese Bedingung wäre bei Benutzung von Federn der üblicherweise für Zugkräfte verwendeten
Art, nämlich meistens Schraubenfedern, nicht erfüllt.
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Gemäß einer bevorzugten; Ausführungsform werden die Kurbelarme durch
starre Teile gebildet, die mit Hilfe von Freilaufanordnungen an jeder angetriebenen
Welle angebracht sind, wobei die Kurbelzapfen,dieser Kurbelarme mit den Kurbelzapfen
der Antriebswelle durch gebogene Blattfedern verbunden sind, welche an ihren Enden
mit den Kurbelzapfen der Antriebswelle bzw. mit den Kurbelarmen gelenkig verbunden
sind.
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Es, ist leicht einzusehen, daß man bei geeigneter Wahl des Abstands
zwischen den parallelen Wellen, der Längen der Kröpfungen der Antriebswelle und
der Kurbelarme der angetriebenen Welle, welche übrigens gleich oder verschieden
sein können, der Länge der Blattfedern und der Biegung und der Kraft derselben ein
Untersetzungsverhältnis:erhalten kann, welches in vollkommen stetiger Weise veränderlich
ist.
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Es ist wohlverstanden, daß die Erfindung keineswegs hinsichtlich der
Zahl der Kröpfungen oder Kurbelzapfen der Antriebswelle und infolgedessen der Zahl
der Kurbelarme der angetriebenen Weile oder der Form oder der Art der zwischen den
beiden Wellen angeordneten; Blattfedern beschränkt ist, wobei diese Federn entweder
durch einfache gebogene Blattfedern oder durch Gruppen von geeignet ausgebildeten
Blattfedern gebildet werden.
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Es ist leicht einzusehen, daß die übertragene Bewegung um so gleichmäßiger
ist, je größer die Zahl der Kröpfungen ist. Ferner kann, falls die übertragungsvorrichtung
zwischen einem Kolbenmotor und einer beliebigen angetriebenen Welle, z. B. einer
Kardanwelle eines Kraftfahrzeugs, angeordnet ist, bei geeigneter Wahl der Zahl der
Kröpfungeri und bei Synchronisierung der Arbeitsweise mit den Takten des Motors
ein Ausgleich der Bewegung des Motors erhalten werden, der sich sehr vorteilhaft
auf den Wirkungsgrad auswirkt.
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Gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist bei der Anwendung
auf Kraftfahrzeuge zwischen den beiden Wellen eine Vorrichtung vorgesehen, die so
ausgebildete ist, daß sie die Antriebswelle zwingt; sich wenigstens mit einer Geschwindigkeit
zu drehen, die mit der der angetriebenen Welle oder der angetriebenen Wellen in
einem gegebenen Verhältnis steht.
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Gemäß einer Ausführungsfarm wird diese Vorrichtung durch ein Getriebe
gebildet, welches einen an der Antriebswelle angebrachten Freilauf, ein auf der
angetriebenen, Welle befestigtes Rad und ein Zahnrad aufweist, welches gleichzeitig
mit den beidem erwähnten Rädern im Eingriff steht, so daß der Motor bei einer Abwärtsfahrt
das, Fahrzeug bremsen kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zur Vergrößerung der Zahl
der gebogenen Blattfedern oder Gruppen von gebogenen Blattfedern zur Verringerung
der von jeder Feder oder Federgruppe übertragenen Kraft in der erwähnten Vorrichtung
ohne Vergrößerung der Zahl der Kröpfungen der gekröpften Welle die Bewegung der
gekröpften Antriebswelle nicht auf eine, -sondern auf mehrere getriebene Wellen
mit Hilfe von sternförmig um jeden Kurbelzapfen der gekröpften Welle angeordneten
gebogenen Blattfedern oder Gruppen von gebogenen Blattfedern übertragen, wobei jeder
getriebenen Welle an jedem Kurbelzapfen eine bestimmte Feder oder Federgruppe zugeordnet
ist, worauf die Bewegung der getriebenen, Wellen durch zwangsläufige Verbindungsmittel,
wie Kuppelstangen od. dgl., auf eine oder mehrere angetriebene Wellen übertragen
wird.
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Die Übertragung der Bewegung von der Antriebswelle auf jede getriebene
Welle erfolgt in der gleichen Weise, wie wenn nur eine getriebene Welle vorgesehen
ist.
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Die Erfindung wird durch die nachstehende Beschreibung erläutert,
welche auf die Zeichnungen Bezug nimmt, welche nur beispielshalber einige Ausführungsformen
der Erfindung zur Festlegung der Begriffe zeigen.
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Fig. x und 2 sind Schaubilder zur Erklärung der Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der Vorrichtung; Fig.
q. ist eine Draufsicht auf eine konstruktive Ausbildung.der in Fig. 3 dargestelltenVorrichtung;
Fig. 5 ist eine Ansicht einer Einzelheit; Fig. & zeigt in einem schematischen,
Schnitt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher
drei Federn sternförmig
um jeden Kurbelzapfen der Antriebswelle
herum angeordnet sind; Fig. 7 zeigt einen schematischen Schnitt. der Kupplung der
drei getriebenen Wellen der Vorrichtung der Fig. 6 mit der angetriebenen Welle mittels
einer starren Kuppelstange.
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In dem theoretüschen Schaubild der Fig. z ist die Antriebswelle bei
y und eine getriebene Welle bei x dargestellt. Die Antriebswelle y ist eine Kurbelwelle
mit einer gewissen Zahl von Kurbelarmen 2, und an der getriebenen Welle x ist eine
gewisse Zahl von Kurbelarmen i angebracht, deren jeder einem Kurbelarm 2 entspricht,
wobei die Kurbelarme i mit der Welle x infolge der Zwischenschaltung einer nur in
einer Richtung wirkenden Antriebsvorrichtung, z. B. des Freilaufs 5, zwischen jedem
Arm i und der Welle x nur in einer einzigen Richtung auf Drehung fest verbunden
sind.
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Der Kurbelzapfen q. eines jeden Kurbelarms i ist . mit dem Kurbelzapfen
3 des. entsprechenden Kurbelarms 2 durch eine gebogene Blattfeder 6 oder eine Gruppe
derartiger Federn verbunden, wobei die Enden dieser Federn an den Kurbelzapfen q.
bzw. 3 gelenkig befestigt sind.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende: In Fig. i stellt
a die Stellung dar; welche der Kurbelzapfen q. in dem Augenblick einnimmt, in welchem
der Kurbelzapfen 3 die bei e dargestellte Stellung einnimmt. Die Verlängerung der
Sehne a-e des durch die Feder 6 gebildeten Bogens geht in diesem Augenblick durch,
die Achse der Welle y. Wenn sich die Welle y dreht, beschreibt jeder Kurbelzapfens
3 den strichpunktiert dargestellten Kreisumfang um die Achse von y. Wenn der Kurbelzapfen
3 den auf der Figur durch den Bogen e-f dargestellten Winkelweg zurücklegt, beschreibt
der Kurbelzapfen q. einen durch den Bogen a-b dargestellten@Winkelweg. Wenn der
Kurbelzapfen 3 den Bogen f-g durchläuft, durchläuft der Kurbelzapfen q. den durch
b-c dargestellten Winkelweg. Die Welle y hat sich dann um i8o° gedreht, während
sich die Welle x um einen gewissen Winkel gedreht hat, der dem Winkelweg a-c des
Kurbelzapfens q. entspricht. Nachdem die Welle y den der größten Spannung der Feder
entsprechenden Totpunkt überschritten hat, welcher der Schnittpunkt der Bahne des
Kurbelzapfens 3 mit der Sehne im Augenblick ihres, Durchgangs. durch die Achse der
Welle y ist, übt, die gespannte Feder weiter einen Zug auf den Kurbelzapfen q, aus;
bis sie ihre ursprüngliche Form wieder annimmt, worauf sich der Kurbelzapfen q.
nach rückwärts bewegt und den Punkt d durchläuft, wobei er den vorher durchlaufenen
Winkelweg in umgekehrter Richtung durchläuft, um schließlich in dem Augenblick nach
a zurückzukehren, in' welchem der Kurbelzapfen 3 nach Ausführung einer vollen Drehung
nach e zurückkommt.
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Hierauf beginnt das Arbeitsspiel von neuem. jeder Drehung :der Welley
entspricht somit schließlich ein gewisser Drehwinkel der Welle x, wobei der Rücklauf
des Kurbelarms i ohne Einfuß auf diese Drehung infolge des Vorhandenseins des Freilaufs
5 bleibt. Wenn der Widerstand der Welle x zunimmt, spannt sich die Feder 6 stärker
und plattet sich infolgedessen stärker ab, so daß, dann jeder Umdrehung der Welle
y ein kleinerer Drehwinkel der Welle x entspricht, wobei jedoch eine größere Kraft
durch: die Feder von der Welle y auf die Welle x
übertragen wird.
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In dem Schaubild der Fig.2, welches im wesentlichen der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung entspricht, ist die Länge der Feder 6 gleich der Summe
der Sehne a-e des von dieser Feder in ungespanntem Zustand gebildeten Bogens a-m-e
und dem Doppelten e-g der Länge Y-g des Kurbelarms: 2. Wenn daher der Widerstand
der Welle x sehr groß ist, d. h. wenn z. B. die Welle x festgebremst wird, hat der
Kurbelzapfen q. des Kurbelarms, i, wenn der Kurbelzapfen 3 an dem Punkt g' ankommt,
der dem auf der durch a und die Achse Y der Welle y gehenden Geraden liegenden,
Punkt g benachbart ist, praktisch nicht den Punkt a verlassen, und die Feder ist
praktisch vollständig abgeplattet, so daß sie praktisch die Rolle einer starren
Kuppels.tange spielt, so daß eine theoretisch unendliche Kraft bei a auf den Kurbelzapfen
q. wirkt. Dies läßt die mit der Verwendung von Blattfedern verbundenen Vorteile
klar hervortreten.
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Fig. 3 zeigt eine praktische Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung. In dieser Figur weist die Antriebskurbelwelle y vier um go° gegeneinander
versetzte Kurbelarme 7, 8, g, io auf. Die Welle x trägt ihrerseits über Freilaufanordnungen
1i, 12, 13 vier Kurbelarme 1q., 15, 16, 17. Die Kurbelzapfen der Arme 7,
8, g, 1o sind mit den Kurbelzapfen der Arme 1q., 15, 16, 17 durch
gebogene Blattfedern 18, ig, 2o, 21 verbunden. jede durch Kurbelarme und ihr Verbindungsorgan
gebildete Anordnung, die aus einem Kurbelarm, z. B. 7, einer gebogenen Blattfeder,
z. B. 18, und einem Kurbelarm, z. B. 1q., besteht, arbeitet in der oben unter Bezugnahme
auf Fig. i beschriebenen. Weise. Bei dem in Fig. 3 und q. -dargestellten Beispiel
weist die Kurbelwelle vier Kurbelarme und die Vorrichtung vier elastische Kuppelstangen
auf. Da die Betriebsphasen dieser Kuppelstangen um go° verschoben sind, addieren
sich die von jeder derselben übertragenen Kräfte an der angetriebenen Welle, und
diese Phasenverschiebung gewährleistet ein gleichmäßiges Arbeiten. Da die Federn
nach ihrer Entspannung bei jeder Umdrehung wieder ihre Ausgangsstellung einnehmen,
tritt kein merklicher Energieverlust auf, und die ganze Leistung der Welle y wird
praktisch auf die Welle x übertragen, wenn die Blattfedern richtig gewählt sind.
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In Fig. 3 ist der Apparat in der Ruhestellung dargestellt, wobei alle
Federn entspannt sind.
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Bei dem in Fig. q. und 5 dargestellten Beispiel ist die Antriebswelle
y ferner mit der getriebenen Welle x -durch ein Getriebe 22, 23, 2q. verbunden,
wobei das Zahnrad 22 mit der Antriebswelle y auf Drehung in der Richtung fest verbunden
ist, in welcher dieses Zahnrad diese Welle durch eine nur in einer Richtung wirkende
Vorrichtung, z. B; den Freilauf 25, antreibt, während das Zahnrad 23 mit der getriebenen
Welle x auf Drehung fest verbunden
is@i. Diese Anordnung- ist insbesondere
zur Anwendung der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung auf Kraftfahrzeuge bestimmt.
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Sie gestattet bei der Abwärtsfahrt eine Bremsung des Fährzeugs durch
den Motor.
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In: Fig. 6 stellt y die Antriebswelle und x, x' und x ' @drei:getri,ebene
Duellen dar. 'III@stellteinen Kürb,elzapfen einer Kröpfung 2 dar Welle y dar. Drei
durch i,'i' und i" dargestellte Arme sind mit den Wellen x bzw. x bzw:
x" mit -Hilfe der schematisch durch 5, 5' und 5" dargestellten Freilaufvorrichtungen
auf Drehung in einer einzigen Richtung fest verbunden. Gebogene Blattfedern 6, 6'
und 6", welche mit den Kurbelzapfen q. bz- w.- rl' bzw. q." gelenkig verbunden sind,
verbinden die Arme i, z' und i" miti dem Kurbelzapfen III mittels eines Hauptkopfes.
II, an welchem gis bei 3 bzw. 3' bzw. 3" gelenkig befestigt sind.
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In zig. 7 -sind die drei getriebenen Wellen x, x'
und x" mittels
einer dreiarmigen starren Küppelstange 29 mit einer einzigen angetriebenen Welle
x"' verbunden. Diese Kuppelstange ist einerseits um die Kurbelzapfen' 26, 26' und
26", welche auf mit den Wellen x, x' und x" starr befestigten Armen
27 bzw. 27' bzw. 27" sitzen, und andererseits um den an einem mit der_ Welle x..
starr verbundenen Exzenter 3o sitzenden Kurbelzapfen 28 schwenkbar.
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In Fig. 6 und 7 stellen die Pfeile die Drehrichtunr gen der Antriebswelle
und der angetriebenen Welle dar.
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Die Verbindung zwischen jeder getriebenen Welle und der Antriebswelle
ist, mit der bei: der ersten Ausführungsform -beschriebenen identisch, und die drei
getriebenen Weilen sind durch die Küppelstange 29 gekuppelt. Die Arbeitsweise dieser
Vorrichtung ist mit der für die erste Ausführungsform beschriebenen identisch für
den Fall, daß eine einzige Welle durch drei Federn 6 angetrieben wird, die an drei
Kröpfüngen einer gekröpften Ant'riebswelle gelenkig befestigt sind, wobei die drei
Kröpfungen gegeneinander so versetzt sind, wie die drei getriebenen Wellen der Ausführungsform
der Fig. 6 und 7.
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Es ist wohlverstanden, daß die Vorrichtung keineswegs-hinsichtlich
der Zahl der Kröpfungen der Antriebswelle oder der Zahl der getriebenen Zwischenwellen
zwischen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle beschränkt ist:. Man . kann
auch die getriebenen Wellen nicht alle mit einer einzigen angetriebenen Welle verbinden,
sondern gruppenweise mit zwei oder mehreren -unabhängigen angetriebenen Wellen.
Dies gestattet, die Verwendung der unter .dem Namen Differential bekannten Vorrichtung
zu vermeiden sowie z. B. die Benutzung in einem Kraftfahrzeug, welches vier oder
mehrere voneinander unabhängige Triebräder haben soll. Antriebswelle ist, wobei
diese Kurbelarme an ,der angetriebenen Welle mit Hilfe von nur in einer Richtung
wirkenden Antriebsmitteln, wie Freilauf anordnurigen, angebracht sind, sowie mit
Verbindungsmitbeln zwischen dem Kurbelzapfen eines jeden dieser Kurbelarme und dem
entsprechenden Kurbelzapfen der Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß jedes
dieser Verbind dungsmittel durch wenigstens eine gebogene Blattfeder (6) gebildet
wird, die an einem Ende an dem Kurbelzapfen (q.) der angetriebenen Welle und an
ihrem anderen Ende an dem entsprechenden Kurbelzapfen (3) der Antriebswelle gelenkig
befestigt ist, wobei die Feder oder die Federn die Rolle einer elastischen Kuppelstange
spielen, die auf Dehnung arbeitet und ihre Länge verändern kann, so daß für jeden
Wert des Antriebsmoments das Verhältnis zwischen der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle
und der. Winkelgeschwindigkeit der angetriebenen Wele oder Wellen eine Funktion
des widerstehenden Moments ist.
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2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jede gebogene
Blattfeder oder Gruppe von: gebogenen Blattfedern eine solche Länge und eine solche
Biegung aufweist, daß die Kurve, welche in rechtwinkligen Koordinaten die Veränderungen
der Dehnung eines jeden elastischen Elements in Abhängigkeit von den auf das gesamte
System wirkenden Kräften darstellt, eine zu der Kräfteachse parallele Asymptote
hat.
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3. Vorrichtung nach Anspruch i, bei welcher die Bewegung auf eine
einzige getriebene Welle übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß,, wenn eine
Feder oder eine Federgruppe spannungslos ist, die Länge des von ihr gebildeten,
zwischen den Achsen der entsprechenden Kurbelzapfen (a, e) der beiden Wellen
gemessenen Bogens (a-m-e, Fig.2) gleich der Summe der Länge der Sehne (a-e) dieses
Bogens und des Doppelten des Abstands (Y-g) zwischen der Achse des entsprechenden
Kurbelzapfens der Antriebswelle und der Achse derselben ist.
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q.. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch
eine einzige gekröpfte Antriebswelle und eine Mehrzahl von zu dieser Antriebswelle
parallelen und um dieselbe herum angeordneten angetriebenen Wellen, gebildet wird,
wobei: jede angetriebene Welle eine Zahl von Kurbelarmen trägt, die gleich der der
Kurbelzapfen der Antriebswelle ist, wobei diese Arme über einen Freilauf an der
entsprechenden angetriebenen Welle angebracht sind, wobei jeder Kurbelzapfen der
Antriebswelle durch eine auf Dehnung arbeitende gebogene Blattfeder mit dem entsprechenden
Arm einer jeden der angetriebenen Wellen verbunden ist (Fig. 6).
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5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß: sie durch
eine einzige gekröpfte Antriebswelle und eine Mehrzahl von zu dieser Antriebswelle
parallelen und um diese herum angeordneten angetriebenen Wellen ge-