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Anzeigevorrichtung für das Geschwindigkeitsverhältnis zweier Wellen,
insbesondere zum Steuern einer Geschwindigkeitsänderung, einer Ubersetzungsänderung
oder zum Schalten einer Klauenkupplung od. dgl.
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Bekanntlich muß man zum richtigen Andern der Geschwindigkeit bei
Wechselgetrieben mit Zahneingriff oder mit Klauenkupplnug das Schalten für den Zahneingriff
in dem Augenblick vornehmen, in dem die Zähne od. dgl. der zu kuppelnden Teile die
gleiche oder annähernd gleiche Lineargeschwindigkeit haben. Dieses Angleichen der
Geschwindigkeit kann in bekannter Weise durch doppeltes Auswirkeii oder durch synchronisierten
Eingriff erfolgen, und zwar mittels einer Art Kupplung, die durch Reibung die beiden
zu verbindenden Teile kuppelt und ihre Geschwindigkeiten synchronisiert, oder in
anderer geeigneter Weise.
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Der Eingriff vollzieht sich ohne Stoß, wenn die in Berührung zu bringenden
Zähne die gleiche Liueargeschwindigkeit haben oder wenn, was auf das gleiche hinaus
kommt, die Primär- und Sekundärwelle mit Geschwindigkeiten umlaufen, die genau im
Verhältnis der Kombination für die neue Geschwindigkeit stehen.
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Die Synchronisierung muß, gleichgültig wie sie erfolgt, sehr genau
sein., wenn die zu vertindenden Teile schwer sind oder wenn man geräuschlos schalten
will. Es ist also gut zu wissen, mit welchem Geschwindigkeitsverhältnis Primär-
und Sekundärwelle umlaufen.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum Anzeigen des Geschwindigkeitsverhält.nisases
bekannt. Der Gegenstand der Erfindung ist eine neuartige Anzeigevorrichtung für
das Geschwindiglkeitsverhältnis zweier Wellen und dient zum Steuern der Geschwindigkeitsänderung
oder zum Schalten des Ganges oder zum Kuppeln von Klauenkupplungen od. dgl. Die
Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer
Kugel, die durch zwei
von je einer Welle angetriebene Rollen gleichzeitig in Drehung versetzt wird, wobei
eine oder zwei bewegbare Scheiben die resultierende Drehachse der Kugel und infolgedessen
das gesuchte Verhältnis der Geschwindigkeiten anzeigen.
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Nach der Erfindung kann die von einer derartigen Anzeigevorrichtung
gegebene Angabe zum Schalten oder Steuern einer Klauenkupplung od. dgl. dienen,
und zwar mittels eines elektrischen Kontaktes, der durch den Zeiger der Anzeigevorrichtung
in dem Augenblick geschlossen wird, in dem das Verhältnis der Geschwindigkeiten
den gesuchten Wert hat.
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Bei einer anderen Ausführungsform steuert das Anzeigeglied des Geschwindigkeitsverhältnisses
mittels einer Mehrzahl elektrischer Kontakte das Offnen oder Schließen des Gaseinlasses
derart, daß der Motor die gewünschte Drehzahl aufnimmt, und ermöglicht es, nur in
diesem Augenblick einen anderen Gang zu schalten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Einrichtung s.ind aus der Beschreibung
ersichtlich.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
dargestellt; es zeigt Fig. I schematisch ein vierstufiges Wechselgetriebe, Fig.
2 schematisch das Prinzip der Anzeigeeinrichtung für das Geschwindigkeitsverhältnis
nach der Erfindung, Fig. 3 eine Anzeigeeinrichtung für das Geschwindigkeitsverhältnis,
deren Zeiger unmittelbar an der Kugel sitzt, Fig. 4 eine Anzeigeeinrichtung für
das Geschwindigkeitsverhältnis, deren Zeiger durch einen Zahnantrieb betätigt wird,
Fig. 5. schaubildlich eine Gesamtansicht der Anzeigeeinrichtung, Fig. 6 und 7 schematisch
eine Einrichtung, bei der die Anzeigevorrichtung zum Steuern einer Schaltung dient,
Fig. 8 schematisch eine Einrichtung, bei der die Anzeigevorrichtung unmittelbar
die Erhöhung und Herabsetzung der Motordrehzahl zur Synchronisierung steuert, und
Fig. g und Io eine Ausführungsform der Geschwindigkeits anzei'gevorrichtung.
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Fig. I zeigt beispielsweise schematisch ein vierstufiges Wechselgetriebe.
Die Primärwelle a ist mit dem Motor durch eine Kupplung b verbunden und hat vier
Primärzahnräder c, d, e, f, die aufgekeilt sind.
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Je zwei Sekundärzahnräder g, F, i, j sind miteinander derart verbunden,
daß sie auf der Sekundärwelle k verschiebbar sind und bei der Drehung von dieser
mitgenommen werden. Man braucht nur eines der Zahnräderpaare in dem einen oder anderen
Sinn zu verschieben, um den einen der vier Gänge durch Zahneingriff zwischen Primär-
und Sekundärelementen zu schalten.
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Fig. 2 zeigt schematisch das Prinzip der Geschwindigkeitsanzeigevorrichtung.
Einer Kugel S, deren Mittelpunkt raumfest ist, erteilt man eine Primärdrehung mittels
einer Reibrolle 1, die sich z. B. in der Pfeilrichtung I' dreht. Eine zweite, in
der Pfeilrichtung 2' umlaufende Rolle 2 nimmt die Kugel durch Reibung in einem Punkt
mit, der auf einem Radius liegt, der einen Winkel a' mit dem dem Berührungspunkt
X der Rolle I entsprechenden Radius bildet.
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Angenommen V1 und V2 sind die Lineargeschwindigkeiten der Punkte
A und B, die senkrecht zur Ebene AOB stehen. Die jeweilige Drehung der Kugel durch
die Rolle I um OB wird durch einen Vektor W1 = f vl, - dargestellt r sin a (r =
Radius der Kugel). Die jeweilige Drehung der Kugel durch die Rolle 2 um 0 A wird
durch einen VI Vektor W2 = t sin a' dargestellt. W1 und W2 liegen in der Ebene A
OB und wie 0 A bzw. OB gerichtet.
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Die resultierende Drehung der Kugel wird durch einen Vektor W dargestellt,
der die geometrische Summe der Vektoren W1 und W2 ist und die Drehachse der Kugel
bildet.
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Es ist ersichtlich: vvl; - ferner wird der WI V2' Winkel b' zwischen
dem Vektor W und der Achse O A bestimmt durch das Verhältnis: W1 V1 W oder Mit anderen
Worten: Sämtliche Punkte der Kugel beschreiben Kreise, deren Ebene senkrecht zu
W steht; insbesondere laufen die auf dem großen Kreis 3 liegenden Punkte in der
Pfeilrichtung senkrecht zu W um.
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Wenn man eine Scheibe 4, die von der Kugel mitgenommen wird, um eine
durch 0 gehende Achse senkrecht zu AOB bewegt (nach Art einer Möbelrolle), so stellt
sich diese Rolle derart ein, daß sie die geringste Reibung erfährt, 4. h. in die
Bewegungsrichtung der Punkte des großen Kreises.
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Der Winkel b" zwischen der Ebene der Rolle 4 und der festen zu OA
senkrechten Ebene ist gleich dem Winkel b'; daher wird die Stellung der Rolle 4
(Winkel b") eindeutig und genau durch das Verhältnis der Geschwindigkeiten V3 und
V2 und infolgedessen auch durch das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Rollen
I und 2 bestimmt.
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Es ist also möglich, eine solche Vorrichtung aIs Anzeigeeinrichtung
des Augenblicks zu benutzen, indem man die beiden in einem gegebenen Geschwindigkeitsverhältnis
umlaufenden Wellen miteinander stoßfrei durch Zahneingriff oder Kuppeln verbinden
kann. Es genügt für diesen Zweck, dem Halter der Rolle 4 einen Zeiger 5 zu geben
(Fig. 3), der sich vor einem Bogen 6 mit einer Skala des Geschwindigkeitsverhältnisses
bewegt. Die eine Rolle I wird durch die eine Welle und die andere Rolle 2 wird durch
die andere Welle angetrieben.
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Es ist ersichtlich, daß das Untersetzungsverhältnis zwischen jeder
Rolle und ihrer antreibenden Welle beliebig sein kann.
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Anstatt den Zeiger 5 am Halter derRolle4 anzuordnen, kann man ihn
auch an einer anderen Welle befestigen und ihn durch den Halter der Rolle 4 betätigen,
und zwar in beliebiger Weise (mechanisch, elektrisch usw.). Insbesondere kann man
ihn durch Zahneingriff betätigen, wie Fig. 4 zeigt. Der Halter der Rolle 4 hat dort
ein Zahnrad 6t, das ein Zahnrad 7 der Welle des Zeiger 5 verstellt.
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Es ist möglich, daß die Primär- und Sekun!därwelle des zu steuernden
Gliedes in beiden Drehrichtungen umlaufen, z. B. wenn eine Bewegungsumkehreinrichtung
vor dem gesteuerten Glied, wie in Fig. 5, vorgesehen ist.
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Es ist ersichtlich, daß für den Drehsinn in der Pfeilrichtung A'
die Rollen, deren Antrieb beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist, der Kugel eine
derartige Drehung erteilen, daß die Gleichgewichtslage der Rolle derart ist, wie
bei C dargestellt. Beim umgekehrten Drehsinn, angezeigt durch den Pfeils', wird
die Rolle eine Stellung D einnehmen, die zur Stellung C um I800 versetzt ist, sofern
die Geschwindigkeiten den gleichen absoluten Wert haben.
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Im allgemeinen braucht man zwei Skalen, eine für jede Fahrtrichtung.
Die beiden Skalen sind um I80° zueinander versetzt.
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Wenn der Zeiger nicht unmittelbar von dem Halter der Rolle verstellt
wird, fügt man eine Übersetzung im Verhältnis 1 :2 zwischen Halter und Zeiger zum
Drehen des Halters der Rolle um I800 ein; der Zeiger führt dann eine Drehung von
3600 aus. In diesem Fall dient die gleiche Skala für beide Fahrtrichtungen. Bei
der Ausführung nach Fig. 4 z. B. genügt es, dem Zahnrad 6' die doppelte Anzahl Zähne
wie dem Zahnrad 7 zu geben.
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Die vorbeschriebene Einrichtung ermöglicht es, den richtigen Augenblick
zum Verbinden der Wellen zu wählen.
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Man kann die Vorrichtung benutzen, um z. B. elektrisch die Verbindung
zu steuern oder um die Schaltung auf einen geeigneten Augenblick zu beschränken,
indem der Zeiger als Hilfseinrichtung dient oder indem man diesen durch einen Kontaktarm
8 (Fig. 6) ersetzt und auf der Skala g Kontaktstücke 10, II, 12, 13... an den den
Geschwindigkeitsverhältnissen der Wellen entsprechenden Stellen anordnet, für die
die Verbindung möglich ist. Die Skala muß dann aus iXsolierendem Werkstoff sein.
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Es genügt dann, durch die Kontaktstücke I0, 11, I2, I3... die Leiter
hindurchgehen zu lassen, die die entsprechenden Geschwindigkeiten steuern, um sicher
zu sein, daß die gewählte Geschwindigkeit nur in dem Augenblick eintritt, in dem
der bewegbare Kontakt des Armes 8 über dem Kontaktstück dieser Geschwindigkeit steht.
Eine derartige Anordtmng ist in Fig. 7 dargestellt.
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Ein Schalter Iq ermöglicht es, den Strom einer Stromquelle 15 z.
B. in die Leitung II der Kontaktreihe 1, II, III, IV zu schicken, die das Steuerglied
II' einer der Geschwindigkeitsstufen betätigt; im Wege dieser Leitung befindet (sich
die Kontakt vorrichtung I6, die vom Zeiger für das Geschwindigkeitsverhältnis gesteuert
wird.
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Diese Vorrichtung ermöglicht mittels des bewegbaren Armes I7 den
Stromdurchfluß nur dann, wenn der Arm Kontakt mit dem Kontaktstück II" der Kontaktreile
1", II", III", IV" herstellt, das dem Geschwindigkeitsverhältnis der gewählten Stufe
entspricht.
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Die Glieder I', II', III', IV' können Elektroventile sein, die Druckluft
in einen Servomotor einlassen, oder Elektromagneten, die unmittelbar die Klauenkupplung
od. dgl. oder ein anderes Glied elektrisch betätigen, das die Schaltstufe ein'schaltet.
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Es ist auch möglich, sich der vorbeschriebenen Einrichtung zum Beschleunigen
oder Verlangsamen des Motors für die gewünschte Synchronisierung zu bedienen. Es
genügt dann (Fig. 8), getrennt von oder zusammenwirkend mit dem bereits beschriebenen
Kontaktsatz, eine zweite konzentrische Skala vorzusehen, und zwar mit leitenden
Stücken V, VI, VII, VIII, IX, die gegeneinander isoliert sind und mit dem bewegbaren
Arm I8 in Kontakt gebracht werden können.
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Fig. 8 zeigt beispielsweise, wie eine solche Einrichtung bei einem
vierstufigen Getriebe angeordnet werden kann. Die Stücke V bis IX sind mit Kontaktstücken
V' bis IX' verbunden, die auf einer zu den Erzeugenden einer Trommel parallelen
Linie angeordnet sind. Die Trommel hat zwei Stücke I9, 20, die schießschartenartig
und gegeneinander isoliert angeordnet sind. Zwei Außenkontaktstücke X und XI sind
mit zwei Elektromagneten 2I, 22 verbunden; sie werden von einer Stromquelle 23 gespeist.
Die beiden Elektromagneten steuern die Verlangsamung bzw. die Beschleunigung einer
Brennkraftmaschine z. B. mittels einer Klappe 24, wobei mit 25 das Saugrohr bezeichnet
ist.
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Es soll angenommen werden, daß man den zweiten Gang schalten will.
Nachdeiu die Steuerung der Geschwindigkeit auf den toten Punkt gestellt ist, kuppelt
man wieder ein und stellt die Trommel derart, daß das Glied II" mit der Reihe der
Kontaktstriche in Kontakt steht. In dieser Stellung stehen die Stücke V und VII
mit X in Kontakt, d. h. mit dem Stromkreis für die Verlangsamung, und die Stücke
VII, VIII, IX stehen in Kontakt mit XI, d. h. mit dem Stromkreis für die Beschleunigung.
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Wenn der bewegbare Arm I8 die gezeichnete Stellung einnimmt, läuft
die Primärwelle zu langsam, und die geschlossenen Kontakte werden den Motor schneller
laufen lassen. Das Umgekehrte erfolgt z. B., wenn der Arm auf I8' steht. Nur wenn
der Arm 18 durch Synchronisierung über den Teil II geht, hört der Strom auf, in
die Elektroventile zu fließen. Wenn die Kontaktstücke I, II, III, IV zum Steuern
der Geschwindigkeit vorgesehen sind, fließt ein Strom in dem Schaltkreis für den
zweiten Gang und das Schalten erfolgt stoßfrei.
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In den Fig. 9 und 10 ist beispielsweise eine andere Ausführungsform
der Anzeigevorrichtung für das Geschwindigkeitsverhältnis dargestellt. Die Kugel
S wird durch die beiden Rollen 26, 27 mitgenommen, die hier um go0 zueinander versetzt
dargestellt sind. Die Rollen erhalten ihren Antrieb
von der Primär-
und Sekundärwelle; die erstere durch eine endlose Kette 28, die zweite durch eine
endlose Kette 29 und die Zahnräder 30 und 3I. Die Kugel wird in der Horizontalebene
durch Führungsrollen 32, 33 zentriert, die durch Federn 34, 35 gegen die Kugel gedrückt
werden. In senkrechter Richtung ruht die Kugel auf einer bewegbaren Scheibe' 36,
deren senkrechte Achse 37 durch den Mittelpunkt der Kugel S geht.
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Am oberen Teil wird eine andere bewegbare Scheibe 38, deren Richtungsachse
39 die Verlängerung von 37 ist, gegen die Kugel mittels einer Feder 40 gedrückt.
Kugellager qI, 42 erleichtern die Einstellung der Scheiben 36 und 38. Die Scheiben
werden in gleicher Richtung durch Zahnräder 43, 44 und 45, 46 und eine Welle 47
gehalten, die 44 und 46 verbindet.
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Die Welle 47 hat einen Kontaktarm 48, der eine Kohle 49 hat, die
den Strom, der durch den Draht 50 und die Kontaktstücke 5I, 52 der Skala fließt,
in die Masse leitet.
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Es ist ersichtlich, daß bei dieser Vorrichtung die beiden Scheiben36
und 38 ihre Wirkung auf den Arm 48 vereinigen. Aus dem vorher angegebenen Grunde
haben die Räder 43 und 45 die doppelte Anzahl Zähne wie die Zahnräder 44 und 46.
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Es ist natürlich auch möglich, im Rahmen der Erfindung viele Änderungen
vorzunehmen.
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PATENTANSPROCHE: I. Vorrichtung zum Messen und Anzeigen des Geschwindigkeitsverhältnisses
zweier umlaufender Wellen, gekennzeichnet durch eine Kugel, die durch zwei von je
einer Welle angetriebene Rollen in Drehung versetzt wird, wobei eine oder zwei an
der Kugel anliegende Rollen durch ihre jeweilige Stellung die resultierende Drehung
der Kugel und infolgedessen das Geschwindigkeitsverhältnis anzeigen.