ZAHNRAD MIT VARIABLER ZAHNEZAHL
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad mit variabler Zähnezahl gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Derartige Schaltgetriebe sind aus der DE-OS 21 62 074, der DE-OS 18 06 571, der DE-PS 854 301, der DE-PS 727 593, der DE-PS 142 329, der FR-PS 1 114 218 und der FR-PS 1 295 478 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine einfache Variierung der Zähnezahl während des Betriebs ggf. auch unter Belastung möglich ist und bei dem die Betriebsgeräusche niedrig sind.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Dadurch kann das Hilfszahnrad optimal platzsparend mit geringstmöglichem Abstand vom Zahnkranz angeordnet werden. Eine gedrungene Bauweise bei optimal geringem Konstruktionsgewicht ist daher möglich. Die Umlenkung der Treibkette in den Speicher kann so platzsparend mit geringstem Umlenkradiuε erfolgen. Im Betrieb wird die Treibkette an der Umlenkseite so abgestützt, daß das letzte Glied noch voll im Teilkreisdurchmesser liegt. Es wird somit eine oti ale Kraftübertragung bei optimal geringen Betriebsgeräuschen erreicht. Eine Übersetzungsänderung im Betrieb auch unter Last ist möglich, wobei allerdings der Schaltvorgang nur durchgeführt werden kann, wenn das Energieübertragungsorgan diesen nicht formschlüssig unterbindet. Das erfindungsgemäße Zahnrad eignet sich besonders zum Einsatz in einem Umlaufgetriebe, bei dem sich das Zahnrad nicht dreht.
Die Übersetzungsänderung wird konstruktiv besonders einfach realisiert, wenn die Glieder der Treibkette seitliche
Abstützflächen aufweisen, die mit zwei in ihrem axialen Abstand veränderbaren Konen zusammenwirken, wobei die axiale Abstandsänderung der Konen mit einer Änderung des Teilkreisdurchmessers des Zahnkranzes korreliert und damit eine entsprechende Änderung des Übersetzungsverhältnisses verbunden ist.
Eine Führungsoptimierung kann dadurch erreicht werden, daß die Form der Abstützflächen auf beiden Seiten der Treibkette je zwei in einem Winkel zueinander geneigte Ebenen sind, so daß sich alle vier Ebenen, zwei je Konus, linienförmig an den Konussen abstützen. Die Linienberührungen bleiben in jedem Gang erhalten. Damit liegen Abstützflächen vor, die eine geringe Herzsche Pressung aufweisen und die eine lineare radiale Verschiebung der Hilfzahnradachse, im Bezug auf die axialen Konusverschiebungen, zulassen.
Die seitlichen Abstützflächen können auch durch zwei am Umfang mindestens teilweise Kreiskegelform aufweisende Gegenkonen der Treibkette gebildet sein, die dann vorzugsweise koaxial zu den Gelenken der Treibkette angeordnet sein können.
Um auch sicher größere Drehmomente übertragen zu können, kann das Hilfszahnrad besonders vorteilhaft radial verschiebbar in radialen etwa parallel zu den Konusflächen verlaufenden Führungsausnehmungen der beiden Konen geführt sein. Eine stoßfreie Energieübertragung bei einem großen Schaltbereich kann dadurch gewährleistet werden, daß die neutralen Biegelinien von Treibkette und Übertragungsorgan in Form eines Zahnriemens oder der Kette mindestens im Bereich der Energieübertragung mindestens annhähernd zusammenfallen.
Normalerweise wird eine Kette im Gelenk nur sehr gering abgeknickt. Die Treibkette wird jedoch beim Eintritt in die Umschlingung um das Hilfszahnrad sehr stark abgeknickt, was
bei hohen Drehzahlen zu einem überhöhten
Kettengelenkverschleiß führt. Eine lange Lebensdauer der Treibkette oder einer darin kämmenden Kette dann insbesondere bei Schnellaufenden Getrieben dadurch erreicht werden, daß deren Glieder Schmiermittel mit Fliehkrafthilfe durch das Kettengelenk transportiert.
Besonders vorteilhaft kann in jedem Konus ein walzenförmiges Hilfszahnrad radial schräg parallel zur Konusfläche verlaufend und im wesentlichen'hinter der Konusfläche liegend, vorgesehen sein, wobei durch ein schlitzförmiges Fenster der Konusfläche Zähne des Hilfszahnrads die Konusfläche überragend in Eingriff mit einer seitlichen Verzahnung der Treibkette sind und die Hilfszahnräder über ein Schrittschaltwerk schrittweise drehbar sind, wobei ein Schaltschritt eine Verschiebung der Treibkette um ein Glied bewirkt.
Besonders vorteilhaft können die beiden walzenförmigen Hilfszahnräder und die Verstellung des Achsabstands der Konusflächen miteinander gekoppelt sein, und zwar derart, daß die Abstandänderung der Konusflächen und die Umfangslängenänderung der von den Konusflächen getragenen Treibkette einander entsprechen.
Weitere erfindungsgemäße Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen und werden mit ihren Vorteilen anhand der beigefügten Zeichnungen in der nachstehenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die schematisierte Anordnung einer Treibkette in Zahnkranzform mit einem Speicher für das freie Ende der Treibkette;
Figur 2 einen schematisierten Schnitt II-II durch ein
Schaltgetriebe im Bereich des Hilfszahnradε;
Figur 3 einen Teilquerschnitt durch eine Treibkette in größerem Maßstab; und
Figur 4 einen Teilquerschnitt des erfindungsgemäßen
Zahnrades gemäß Figur 2, mit einem in jeder Konusschräge liegenden Hilfszahnrad.
Beim in Figur 1 teilweise schematisch dargestellten Zahnrad ist eine aus vielen einzelnen Gliedern 1 zusammengesetzte Treibkette 2 dargestellt, wobei die einzelnen Glieder 1 der Kette über Gelenke 3 beweglich miteinander verbunden sind. Durch die in exakter Kreisform angeordneten Glieder 1 wird ein Zahnkranz 4 gebildet, dessen Außenverzahnung auf einem Teilkreis 5 liegt. Die Gelenke 3 der den Zahnkranz 4 bildenden Glieder 1 sind auf einer kreisförmigen neutralen Biegelinie 6 angeordnet, wobei die einzelnen Glieder 1 ein regelmäßiges Vieleck bilden.
Im Inneren des Zahnkranzes 4 ist ein Speicher 7 vorgesehen, für das über ein Hilfszahnrad 8 nach innen gelenkte freie Ende 9 der Treibkefcte 2. Das Hilfszahnrad 8 hat, wie aus Figur l ersichtlich, etwa die Form einer Stachelwalze mit sechs am Umfang verteilten Mitnahmestegen 10, die zwischen die abgewinkelten Glieder 1 der nach innen geführten Treibkette 2 eingreifen.
Das freie Ende 9 der Treibkette 2 steht unter Wirkung einer Zugkraft, die das freie Ende 9 in den Speicher 7 geordnet hineinzieht. Die Treibkette 2 weist zum Zusammenwirken mit einem nicht näher dargestellten Übertragungsorgan, bspw. einem Zahnrad, einem Zahnriemen, einer Kugelschnur, einem Lochband oder einer Kette eine, in Figur 1 angedeutete Außenverzahnung auf. Die Innenseite der Treibkette 2 ist praktisch ebenfalls als Verzahnung ausgebildet, die mit dem Hilfszahnrad 8 zusammenwirkt.
In Figur 2 ist ein schematisierter Schnitt entlang der Linie II-II in Figur 1 dargestellt, in dem die radiale Verschiebbarkeit des Hilfszahnrades 8 ersichtlich ist. Dieses ist auf je einem Schlitten 11 antreibbar gelagert, der T-Nut-förmig ausgebildet ist und dessen Schenkel 12,12' in schräg verlaufenden Führungsausnehmungen 13,13' in T-Nuten 14,14' zweier Konen 15,15' geführt sind. Die Führungsausnehmungen 13,13' gehen in zur Drehachse 16 konzentrische Ausnehmungen 17,17' über, die praktisch als Speicher 7 für das oder die freien Enden 9 der Treibkette 2 dienen.
Durch ein Verkürzen der Treibkette 2 über eine Drehung des Hilfszahnrads 8 um einen vorbestimmten Drehwinkel wird ein Glied 1 der Treibkette 2 oder bei größeren Drehwinkeln mehrere Glieder 1 dem Speicher 7 zugeführt. Durch das damit verbundene Kürzen der Treibkette 2 wird der Durchmesser des Teilkreises 5 kleiner und es werden die Konen 15,15' auseinandergedrückt unter gleichzeitiger radialer Verschiebung der Treibkette 2 zusammen mit dem Hilfszahnrad 8.
Das Ende der Treibkette 2, welches sich stets im Treilkreis 5 befindet, ist gabelförmig ausgebildet und eingehängt, in Ausnehmungen 18,18' des Schlittens il, der selbst das Hilfszahnrad 8 trägt. Damit ist dieses Ende mit dem Schlitten 11 gelenkig verbunden. Damit wird auch im Bereich des Hilfszahnrads 8 gewährleistet, daß die Zahnteilung des gesamten Zahnkranzes 4 exakt eingehalten wird.
In Figur 3 ist ein Schnitt durch einen Seitenbereich der Treibkette 2 in großem Maßstab dargestellt. Das Gelenk der Kette wird durch einen Hohlbolzen 19 gebildet, der eine entgegen der Fliehkraft gerichtete Bohrung 20 aufweist, so daß eine Schmierung der Abflachung 21 ermöglicht wird. Das Öl wird durch eine Ölfangtasche 22 aufgefangen. Zusätzlich wird von
der Rückseite des den Zahnkranz 4 bildenden Teils des Glieds l der Treibkette durch eine Ölzuführnut 23 sich ansammelndes Schmieröl in das Innere des Hohlbolzenε 19 weitergeleitet, die Nut 26 ermöglicht ein leichtes Abfließen des Schmiermittels.
Außerdem ist fluchtend zur Gelenkachse 3' ein Gegenkonus 24 vorgesehen, der mit der Konusfläche 30 zusammenwirkt und zur Erzielung einer gleichmäßigen Lastverteilung den gleichen Konuswinkel 25 aufweist wie der Konus 15.
In der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. In schlitzförmigen Fenstern der Konen 15,15' sind einander gegenüberliegend die Hilfszahnräder 8 drehbar gelagert. Diese Hilfszahnräder 8 sind walzenförmig lang mit ihren Drehachsen 37 parallel zu den Konuεflachen 30,30' verlaufend so in den Fenstern angeordnet, daß gerade noch die Zähne 31 die Konusflächen 30' überragen. Die Zähne 31 kämmen in entsprechend zugeordneten stirnseitig vorgesehenen Zähnen der Treibkette 2 , wie dies in Figur 4 angedeutet iεt. Auf einer Mittelwelle 27 ist eine Speicherrolle 28 für das Aufrollen des Endes der Treibkette 2 vorgesehen. Das Ende der Treibkette 2 ist, wie in Figur 4 angedeutet, über eine Feder 29 unter Vorspannung gehalten. Die Vorspannkraft muß relativ groß sein, um bei hohen Drehzahlen die auf das Kettenstück zwischen Speicher 7 und Zahnkranz 4 wirkende Fliehkraft zu überwinden. Um hier die Feder 29 besser auslegen zu können, ist die Speicherrolle 28 drehgekoppelt mit der Schaltbewegung der Hilfszahnräder 8, so daß bei einer Weiterschaltbewegung der Hilfszahnräder 8 das Ende 9 der Treibkette 2 entweder aufgewickelt oder abgewickelt wird entsprechend der Schaltrichtung.
Zur Führung des Kettenendes 9 der Treibkette 2 in den Speicher 7 erfolgt die Umlenkung kurz nach den Hilfszahnrädern 8, wie dies in Figur 4 dargestellt iεt. Dort ist ersichtlich, daß die
Treibkette 2 mit ihrem ersten Glied l^ in einer Einhängenut 32 des Konus 15 eingehängt ist. Sie verläuft dann im Gegenuhrzeigersinn bis zum Hilfszahnrad 8 und von dort durch eine Speichereinführnut 33 in den Speicher 7. Ein Verbindungsglied 12 verbindet das letzte Glied der Treibkette 2 mit einem Band 34, das seinerseitε mit dem Speicheraufroller 28 verbunden iεt.
Daε Hilfεzahnrad 8 sorgt für die tangentiale Verschiebung der Glieder 1 der Treibkette 2 auf den Konusflächen 30,30' beim Schalten. Gleichzeitig trägt es die letzten Glieder. Zur Abstützung des jeweiligen Gegenkonusses 24 am Hilfszahnrad 8 sind die zahnfreien Stellen 35 vorgesehen, wie dies in der Figur 4 ersichtlich ist. Schließlich ist mit 36 ein Schrittschaltwerk bezeichnet, über welches das jeweilige Hilfszahnrad 8 verdreht wird.