-
Stufenlos regelbares Getriebe Im Patent 82I 307 ist ein stufenlos
regelbares Getriebe mit zwei einander gegenüberliegenden Kegelscheibenpaaren und
zwischen ihnen laufender Keilgliederkette, insbesondere zum Antrieb von Wickelvorrichtungen
u. dgl., unter Schutz gestellt, bei dem die Kegelscheiben auf der Abtriebswelle
und gegebenenfalls auch auf der Antriebswelle durch eine dem übertragenen Drehmoment
proportionale Kraft und die Antriebskegelscheiben, gegebenenfalls zusätzlich, durch
eine vom Drehmoment unabhängige Steuerkraft an die Keilgliederkette gepreßt werden.
Bei einem derartigen Kegelscheibengetriebe, bei dem die Wickelgeschwindigkeit und
der Zug in der Wickelbahn unter drehmomentabhängiger Anpressung der abtriebsseitigen
und gebenenfalls auch der antriebsseitigen Kegelscheiben selbsttätig geregelt werden,
ist es bekannt, die auf die Anstriebskegelscheiben wirkende Steuerkraft durch Gewichtsbelastung
zu erzeugen, wobei ein auf einem Hebel verschiebbarer Gewichtskörper über eine Kurvenscheibe
und weitere Hebel auf die Antriebskegelscheibe wirkt. Ferner ist es durch das Hauptpatent
bekannt, an Stelle der Gewichtsbelastung für die Erzeugung der Steuerkraft Federn
zu verwenden.
-
Bei diesen bekannten Anordnungen kann durch die Wahl der Masse des
Gewichtskörpers und durch dessen entsprechende Einstellung auf dem Hebel die
Größe
des Wickelzuges bestimmt werden, während die Gesetzmäßigkeit, nach der sich der
Wickelzug beim Durchfahren des Regelbereiches des Getriebes verändert, durch entsprechende
Ausbildung der Form der Kurvenscheibe festgelegt werden kann. Die den Kegelscheibengetrieben
eigene Lastabhängigkeit des Verhältnisses der an- und abtriebsseitigen Spreizkräfte
zueinander hat aber zur Folge, daß sich mit Hilfe der gewählten Kurvenscheibenform
ein bestimmter Verlauf des Wickelvorganges, z. B. mit konstantem Wickelzug, nur
für eine einzige der am gewichtsbelasteten Hebel möglichen Einstellungen des Steuermoments
genau verwirklichen läßt. Bei Einstellungen des Gewichtskörpers auf dem Hebel, die
von dieser einzigen Stellung abweichen, ergibt sich außer der beabsichtigten Neueinstellung
der Größe des Wickelzuges auch eine unerwünschte Änderung der Gesetzmäßigkeit seines
Verlaufes beim Durchfahren des Regelbereiches. Je nachdem, ob das am Gewichtshebel
wirkende Drehmoment größer oder kleiner gemacht wird, tritt bei zunehmendem Wickeldurchmesser
eine Abweichung vom geforderten Wickelzug nach oben oder nach unten ein. Infolgedessen
ist es beispielsweise nicht möglich, bei einem Wechsel des Wickelgutes die erforderliche
Änderung des Wickelzuges durch einfaches Verstellen des Gewichtskörpers auf dem
Gewichtshebel vorzunehmen, ohne daß sich gleichzeitig die Gesetzmäßigkeit der Regelung
des Wickelvorganges in unerwünschter Weise ändert.
-
Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Mittel
zur Erzeugung der Steuerkraft und für deren Übertragung auf die Antriebskegelscheiben
in der Weise ausgebildet und angeordnet sind, daß sowohl die mittlere Größe der
Steuerkraft als auch deren Verlauf über den beim Durchfahren des Regelbereiches
beschriebenen Weg mittels Einstellglied veränderbar ist. Für die Ausgestaltung und
Anordnung dieser Mittel sind die verschiedenartigsten Ausführungsformen möglich,
die jeweils durch die geforderte Gesetzmäßigkeit des Wickelvorganges und die sonstigen
Betriebsanforderungen bestimmt sind. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform
der Erfindung ist das Einstellglied für die Größe der Steuerkraft mit dem Einstellglied
für deren Verlauf gekuppelt, und für beide Einstellglieder ist ein gemeinsames Bedienungsglied
vorgesehen, so daß jeder Einstellung der Größe der Steuerkraft zwangsläufig ein
bestimmter Verlauf dieser Größe über dem Regelbereich zugeordnet ist. Die den Verlauf
der Größe der Steuerkraft über dem Regelbereich bestimmenden Mittel sind beispielsweise
derart ausgebildet, daß unabhängig von der Größeneinstellung der den Wickelzug bestimmenden
Steuerkraft ein über dem Regelbereich gleichbleibender oder sich nach ein und demselben
Gesetz ändernder Wickelzug erhalten wird.
-
Die Größe der mittels Gewichts- oder Federbelastung erzeugten Steuerkraft
ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Richtungsänderung
und/oder durch Änderung des Kraftangriffspunktes an einem schwenkbaren, vorzugsweise
mittels Kurvenscheibe auf die Antriebskegelscheiben wirkenden Hebel, Scheibe od.
dgl. einstellbar, z. B. durch Verschieben eines Gewichtskörpers auf einem Hebel
oder durch Verwendung von Seilkurvenscheiben od. dgl. mit verschiedenen Radien.
Der Verlauf dieser Steuerkraft über den Regelbereich läßt sich in der Weise beeinflussen,
daß für die Übertragung der Steuerkraft auf die Antriebskegelscheiben mehrere verschieden
gestaltete Kurvenscheiben vorgesehen sind, von denen jeweils die dem gewünschten
Verlauf der Größe der Steuerkraft entsprechende Scheibe im Kraftübertragungsweg
liegt. Die einzelnen Kurvenscheiben sind dabei so geformt, daß, wenn das Gewicht
in der Mitte des zu der betreffenden Kurvenscheibe gehörenden Hebelabschnittes steht,
der Wickelzug beim Durchfahren des Regelbereiches vorzugsweise konstant bleibt.
Die Aufgabe läßt sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer
einzigen Kurvenscheibe lösen, wenn diese Kurvenscheibe derart im Übertragungsweg
der Steuerkraft zu den Antriebskegelscheiben angeordnet ist, daß für das Durchfahren
des Regelbereiches des Getriebes wahlweise verschiedene Abschnitte ihres Umfanges
zur Kraftübertragung benutzt werden können.
-
Eine weitere Möglichkeit, den gewünschten Verlauf der auf die Kegelscheiben
einwirkenden Steuerkraft mit einer einzigen Kurvenscheibe zu erreichen, besteht
darin, die Anordnung so zu treffen, daß der Angriffspunkt der Steuerkraft am mit
der Kurvenscheibe verbundenen Hebel sich beim Regelvorgang so verschiebt, daß sich
infolge Richtungsänderung dieser Kraft der gewünschte Verlauf ihrer Größe über dem
Regelbereich ergibt. Auch die Änderung der Größe der Kraft, die sich durch die Bewegung
des Hebels während, des Regelvorganges ergibt, sowie ihre Richtungsänderung beim
Verschieben des Gewichtskörpers oder bei einer Verschiebung des Angriffspunktes
einer die Steuerkraft erzeugenden Feder am Hebel kann zur Verwirklichung des geforderten
Verlaufes der Steuerkraft herangezogen werden. Bei Verwendung von Federn kann die
Änderung der Federkraft über den Federweg noch durch Verwendung von Federn beeinflußt
werden, bei denen eine nichtlineare Beziehung zwischen Kraft und Weg besteht, z.
B. Schraubenfedern mit einer über ihre Länge sich ändernden Steigung. An Stelle
eines Hebels zur Übertragung der Gewichts-oder Federkraft können auch andere Übertragungsglieder,
wie Lenker, Kurvenscheiben und unrunde Zahnräder od. dgl., treten.
-
Bei Verwendung eines schwenkbaren gewichtsbelasteten Hebels zur Erzeugung
der Steuerkraft kann für den, Gewichtskörper eine tangentiai zum Drehpunkt des Hebels
verlaufende und/oder gekrümmte Bahn vorgesehen sein. Dadurch ändert sich beim Verschieben
des Gewichtskörpers nicht nur das auf die Hebelachse ausgeübte Drehmoment, sondern
die Kurve dar beim Hebelausschlag für die einzelnen Punkte des Hebelweges erhaltenen
Drehmomente hat für jede Einstellung des Gewichtskörpers auf dem Hebel einen anderen
Verlauf. Die
gleiche Wirkung kann erreicht werden, wenn statt der
Gewichtskraft eine auf andere Weise, z. B. durch Federn oder mittels eines hydraulischen
Kraftkolbens erzeugte Kraft auf den Hebel oder auf eine diesem entsprechende Scheibe
od. dgl. einwirkt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, mehrere der vorstehend
beschriebenen Maßnahmen zur Beeinflussung des Verlaufes der Steuerkraft über den
Regelbereich gleichzeitig anzuwenden.
-
Gemäß einer Abwandlung des Erfindungsgedankens findet für die Übertragung
der Steuerkraft auf die Antriebskegelscheiben an Stelle einer oder mehrerer Kurvenscheiben
ein um seine Längsachse drehbarer Kurvenkörper Anwendung, von dem jeweils der den
gewünschten Verlauf der Größe der Steuerkraft über den Regelbereich entsprechende
Bereich seiner Mantelfläche zur Kraftübertragung dient. Der Kurvenkörper entspricht
einer größeren Anzahl nebeneinanderliegender Kurvenscheiben, deren Kurvenbahnen
stetig ineinander übergehen. Es empfiehlt sich, eine für die Übertragung der Steuerkraft
auf der Mantelfläche des Kurvenkörpers aufliegende drehbare Rolle längs verschieblich
an einem schwenkbaren, zur Drehachse des Kurvenkörpers etwa parallelen Hebel anzuordnen
derart, daß sich für jede Einstellung der Steuerkraftgröße durch Längsverschiebung
der Rolle ein bestimmter Verlauf der Steuerkraftgröße ergibt.
-
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen Fig. I bis 3 in graphischer Darstellung den Verlauf
des Wickelzuges Z bei gleichbleibender Wickelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von
dem jeweiligen Wickeldurchmesser d bzw. der Spulendrehzahl n, Fig. 4 den Grundriß
eines Regelgetriebes mit einem gewichtsbelasteten Hebel für die Erzeugung der Steuerkraft,
der mehrere Kurvenscheiben verschiedener Formen aufweist, Fig. 5 eine Seitenansicht
des Getriebes nach Fig. 4, Fig. 6 eine Vorderansicht des gewichtsbelasteten Hebels
nach Fig. 4, Fig.7 einen gewichtsbelasteten Hebel entsprechend Fig. 6 mit gekrümmter
Bahn für den Gewichtskörper, Fig. 8 einen Teilgrundriß einer Ausführungsform, bei
der ein mittels Gewichtskörper und Hebel erzeugtes Drehmoment über Kurvenbahnen
und Wälzkörper in Axialschub umgeformt wird, Fig. 9 einen Teilgrundriß einer Anordnung
mit Steuerkrafterzeugung durch eine Druckfeder, Fig. Io eine Vorderansicht einer
Anordnung mit federbelastetem Hebel und einem feststellbaren Hebel als Einstellglied,
Fig. II einen Grundriß entsprechend Fig. 4 einer Ausführungsform mit Wälzkörper
und Fig. I2 eine Vorderansicht des Wälzkörpers nach Fig. II mit Federbelastung.
-
In Fig. I bedeutet die Linie a einen Verlauf des Wickelzuges Z, wie
er mit den bisherigen Einrichtungen durch passende Ausbildung der Kurven-Scheibe
für eine bestimmte Einstellung des Gewichtes auf dem Hebel erreicht werden kann.
Wie ersichtlich, bleibt hierbei der Wickelzug während des ganzen Wickelvorganges,
d. h. unabhängig von dem sich stetig ändernden Wickeldurchmesser d und der bei konstanter
Wickelgeschwindigkeit sich ebenfalls ändernden Spulendrehzahl n konstant. Die Kurven
b und c zeigen, wieder Wickelzug bei den bekannten Einrichtungen beim Verschieben
des Gewichtskörpers zwar in der gewünschten Weise erhöht oder erniedrigt, gleichzeitig
aber in unerwünschter Weise in seinem Verlauf geändert wird. Er ist nun nicht mehr
während des ganzen Wickelvorganges konstant, sondern nimmt mit wachsendem Wickeldurchmesser
zu bzw. ab. Die gleichen Abweichungen vom vorgeschriebenen Verlauf treten natürlich
auch dann auf, wenn nicht ein beim Wikkeln konstant bleibender Wickelzug, sondern
ein anderer Verlauf desselben vorgeschrieben ist.
-
Die Diagramme Fig. 2 und 3 zeigen, wie die Wickelkurven entsprechend
den Anforderungen des Wickelvorganges verlaufen müßten und wie sie bei den erfindungsgemäß
ausgeführten Wickelvorrichtungen auch wirklich verlaufen. Durch die Kurven a', b'
und c' in Fig. 2 sind die Verhältnisse für den praktisch meist geforderten Fall
dargestellt, daß der Wickelzug bei allen Einstellungen seiner Größe konstant verlaufen
soll, während Fig. 3 den ebenfalls vorkommenden Fall behandelt, in dem der Wickelzug
sich mit zunehmendem Wickeldurchmesser nach einem bestimmten Gesetz ändern soll.
Es ist aber auch möglich, jede der Wickelkurven a, b, c nach einem anderen Gesetz
verlaufen zu lassen.
-
Mit den nachfolgend beschriebenen Einrichtungen nach der Erfindung
können die in den Diagrammen Fig. 2 und 3 an Beispielen dargestellten, beliebig
verlaufenden Wickelkraftkurven erreicht werden.
-
Die Fig. 4 bis 6 zeigen schematisch ein Getriebe der bisher bekannten
Anordnung mit einer Einrichtung zur Erzeugung der Steuerkraft nach der Erfindung.
Die Abtriebswelle I hat die üblichen Einrichtungen zur drehmomentabhängigen Anpressung
der Kegelscheiben an die Kette, während die Antriebswelle 2 unabhängig vom An- oder
Abtriebsmoment durch die Wirkung eines Gewichtes 3 auf einen Hebel 4 angepreßt wird.
Anordnung und Wirkungsweise entsprechen im Prinzip der jenigen nach Patent 82I 3o7,
nur sind hier statt einer Kurvenscheibe zur Übertragung des Gewichtsmoments drei
Kurvenscheiben 5, 6 und 7 angeordnet. Diese sind untereinander und mit dem Hebel
4 fest verbunden. Sie können auf der Achse 8 in Längsrichtung verschoben und in
mehreren Stellungen gegen weitere Längsverschiebung durch eine Arretiervorrichtung29
gesichert werden. In jeder dieser Stellungen ist eine der Kurvenscheiben 5, 6, 7
mit einer Rolle 9 in Kontakt, welche in einem Doppelhebel io gelagert ist. Dieser
wirkt mit seinem anderen Ende auf die Kegelscheiben der Antriebswelle 2. Am Gewichtshebel
q. sind drei Abschnitte d, e, f markiert (Fig. 6), von denen je einer zu
einer der drei Kurvenscheiben 5, 6 und 7 gehört. Die Kurvenscheiben sind so geformt,
daß der
geforderte Verlauf der Steuerkraft und damit auch derjenige
des Wickelzuges vorhanden ist, wenn das Gewicht in der Mitte des Hebelabschnittes
steht, der zu der betreffenden Kurvenscheibe gehört. In den Zwischenstellungen treten
gewisse Abweichungen auf, die aber durch Wahl einer entsprechenden Kurvenscheibenzal
genügend klein gehalten werden können.
-
Der in Fig. 7 dargestellte Hebel II entspricht dem Hebel 4 nach Fig.
6. Diese Ausführung hat nur eine Kurvenscheibe I2. Der verschiedenartige Verlauf
der Steuerkraftkurve bei allen Einstellungen des Wickelzuges wird hier dadurch erreicht,
daß der Gewichtskörper 3 nicht auf einem geraden, radial verlaufenden Hebelarm,
sondern auf einer besonders geformten Bahn I3 verschoben wird. Diese kann als tangential
verlaufende, gerade oder gekrümmte Bahn ausgeführt werden. Je nach der Einstellung
des Gewichtskörpers 3 auf der Bahn I3 ist der Winkel a, den die Verbindungslinie
von Gewichtskörperschwerpunkt und Drehpunkt der Kurvenscheibe I2 mit der Waagerechten
in der Anfangslage des Hebels bildet, verschieden groß. Die Größe des auf die Kurvenscheibe
I2 wirkenden Drehmoments ist von der Gewichtskomponente T = G ₧ cos a abhängig,
und die über dem Hebelausschlag veränderliche Größe des Winkels hat in jeder Lage
des Gewichtes auf dem Hebel II andere Werte. Durch geeignete Wahl der Form der geraden
oder gekrümmten Bahn I3 und der Kurvenscheibe I2 ist es möglich, die Wickelzugkurven
nach Fig. 2 und 3 oder andere erforderliche Formen dieser Kurven zu verwirklichen.
-
Die Übertragung der Gewichtskraft auf die Kegelscheiben kann natürlich
auch durch andere geeignete Anordnungen erfolgen. Eine solche ist in Fig. 8 dargestellt.
Der Hebel II mit der Führungsbahn I3, auf welcher das Gewicht 3 verschoben und festgelegt
werden kann, entspricht den entsprechenden Teilen nach Fig. 7. Der Hebel II ist
bei dieser Anordnung mit einer Scheibe I4, welche Kurvenbahnen I5 trägt und sich
in axialer Richtung gegen das Getriebegehäuse stützt, fest verbunden. Durch das
vom Gewichtskörper 3 auf die Scheibe I4 ausgeübte Drehmoment wird über Wälzkörper
I6 auf die längs verschiebbare, aber gegen Drehung gesicherte Scheibe I7 mit den
Kurvenbahnen I8 eine Axialkraft ausgeübt, die über ein Wälzlager auf die Kegelscheiben
übertragen wird. Diese Axialkraft entspricht derjenigen, welche nach Fig. 4 durch
den Doppelhebel Io auf die Antriebskegelscheiben übertragen wird. Die Wirkungsweise
bezüglich des Steuerkraftverlaufes ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig.
7.
-
In der Anordnung nach Fig. 9 wird die Steuerkraft durch eine Druckfeder
I9 erzeugt, welche axial zur Antriebswelle 2 unmittelbar auf die Kegelscheiben wirkt.
Zur Einstellung verschiedener Steuerkraftgrößen kann die Feder I8 durch eine beliebige
Vorrichtung, hier durch die Spannschraube 2o angedeutet, verschieden stark vorgespannt
werden. Um bei den verschiedenen Einstellungen der Federspannung eine flachere oder
steilere Kraft-Weg-Linie zu erhalten und damit einen entsprechend geänderten Verlauf
der Steuerkurve, ist die Feder I9 mit progressiver Steigung gewickelt derart, daß
sich mit zunehmender Zusammendrückung immer mehr Federwindungen aneinanderlegen,
wodurch die Kennlinie zunehmend steiler Wird.
-
In der Anordnung nach Fig. Io wird die Steuerkraft über einen einfachen
Hebel 4, eine Kurvenscheibe I2 und einen Doppelhebel Io auf die Kegelscheiben übertragen.
An Stelle des Gewichtskörpers wirkt hier auf den Hebel 4 eine Zugfeder 2I, deren
anderes Ende mittels eines schwenk- und feststellbaren Hebels 22 an beliebiger Stelle
innerhalb des Hebelausschlages festgelegt werden kann. Durch die Einstellung des
Hebels 22 wird sowohl die Federspannung als auch die Federkräftrichtung geändert.
Dadurch wird einerseits die mittlere Größe der Steuerkraft, andererseits aber auch
der Verlauf der Steuerkraftgröße über den Regelweg geändert (entsprechend cos-Einfluß
nach Fig. 7). Zur Erzielung bestimmter Gesetzmäßigkeiten kann es auch hier vorteilhaft
sein, an Stelle der Feder 2I eine solche mit progressiver Kraft-Weg-Linie zu verwenden.
-
Die Fig. II und I2 zeigen, wie der Erfindungszweck mit Hilfe einer
räumlichen Kurve erreicht werden kann. Die Kegelscheiben auf der Antriebswelle 2
eines stufenlos regelbaren Getriebes, ähnlich wie in Fig. 4, werden durch eine über
einen Hebel 23 ausgeübte Kraft gegeneinandergepreßt. Der andere Arm des Hebels 23
trägt eine auf ihm drehbare und längs verschiebbare Rolle 24, die mittels eines
Handgriffs 25 in Längsrichtung des Hebels verschoben und an beliebiger Stelle festgehalten
werden kann. Ein Kurvenkörper 26 ist in seiner Längsachse drehbar im Getriebegehäuse
gelagert. An ihm greift über einen Hebel 27 (Fig. I2) eine Feder 28 an, die ihn
um seine Drehachse zu drehen sucht. Durch das von der Zugkraft der Feder 28 herrührende
Drehmoment wird über die Kurvenfläche auf die Rolle 24 eine Kraft ausgeübt, welche
durch den Hebel 23 auf die Kegelscheiben der Antriebswelle übertragen wird. Je nach
der durch die Regelstellung des Getriebes bestimmten Lage der Kegelscheiben und
des Hebels 23 kommt eine andere Kurvenneigung zur Wirkung.
-
Soll eine andere Größenordnung des Wickelzuges eingestellt werden,
so wird die Rolle 24 in eine andere Stellung auf dem Hebel 23 gebracht. Dadurch
ändert sich das wirksame Hebelverhältnis L1 : L2, welches die Größenordnung der
Steuerkraft bestimmt. Gleichzeitig kommt auch ein anderer Abschnitt des Kurvenkörpers
2-q. in Eingriff, welcher entsprechend dem bei der neuen Größenordnung des Wickelzuges
erforderlichen Verlauf der Steuerkraft geformt ist. Durch passende Ausbildung des
Kurvenkörpers kann bei dieser Anordnung erreicht werden, daß der Wickelzug bei jeder
beliebigen Einstellung seiner Größe während des ;atzen Wickelvorganges konstant
bleibt öder sich nach irgendeinem bei der betreffenden Wickelauf-;abe geforderten
Gesetz ändert. Selbstverständlich 'sönnen hierbei andere kinematische Anordnungen
zur
Übertragung der Kräfte gewählt werden. So kann statt der Rolle 24 der Kurvenkörper
verschiebbar gemacht werden, oder die Steuerkraft kann von der Rolle ohne Vermittlung
eines Hebels, z. B. ähnlich wie nach Fig. 8, unmittelbar auf die Kegelscheiben übertragen
werden.