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Schaltgetriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis
Gegenstand der Erfindung ist ein Schaltgetriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis
zwischen einer treibenden und einer getriebenen Welle, bei welchem die treibende
Welle beim Umlaufen jedem von mehreren primären Schwenkorganen eine hin-und hergehende
Schwenkbewegung von gleichbleibender Amplitude erteilt, welche eine hin- und hergehende
Schwenkbewegung eines mit dem primären Schwenkorgan und über eine Freilaufvorrichtung
mit der getriebenen Welle gekuppelten sekundären Schwenkorgans bewirkt, wobei die
Amplitude dieser Schwenkbewegung jedes sekundären Schwenkorgans und somit das Übersetzungsverhältnis
des Getriebes durch Veränderung der gegenseitigen Lage der Schwenkachsen des primären
und des sekundären Schwenkorgans veränderbar ist.
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Die meisten bekannten Schaltgetriebe unterscheiden sich vom vorstehend
umschriebenen Getriebe dadurch, daß bereits die Amplitude der Schwenkbewegung der
primären Schwenkorgane veränderbar ist, während die sekundären Schwenkorgane sich
mit einer Amplitude bewegen, die jener der primären gleich ist; die primären Schwenkorgane
können dann mit den sekundären aus einem Stück bestehen. Es ist aber auch ein Getriebe
der vorstehend umschriebenen Art bekannt, bei dem die Bewegung der primären Schwenkorgane
von der treibenden Welle aus durch einen Kurbeltrieb mit konstanter Amplitude und
die Bewegung jedes sekundären Schwenkorgans vom zugeordneten primären aus über eine
Kuppelstange, also durch einen zweiten Kurbeltrieb bewirkt wird, wobei zwecks Veränderung
der Amplitude der Bewegung der sekundären Schwenkorgane der Winkel zwischen den
Wirkungsrichtungen der beiden Kurbeltriebe veränderbar ist. Diese bekannten Schaltgetriebe
sind von komplizierter Bauart und erlauben nur dann eine große Gleichförmigkeit
der Winkelgeschwindigkeit der getriebenen Welle zu erreichen, wenn eine große Zahl
von Schwenkorganen verwendet wird, was wegen der damit verbundenen baulichen Schwierigkeiten
meist nicht angängig ist.
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Gemäß der Erfindung kann schon mit einer geringen Zahl von Schwenkorganen
eine hohe Gleichförmigkeit der Drehbewegung der getriebenen Welle erreicht werden;
bei bestimmten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes lassen sich auch weitere
Nachteile der bekannten Schaltgetriebe vermeiden.
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Das Schaltgetriebe gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß jedes sekundäre Schwenkorgan mit dem entsprechenden primären Schwenkorgan durch
ein Gelenk gekuppelt ist, dessen Abstand von einer der genannten Schwenkachsen sich
für einen Teil der möglichen gegenseitigen Lagen dieser Schwenkachsen im Verlauf
jeder Halbperiode der Schwenkbewegung derart ändert, daß bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit
(dα/dt) der treibenden Welle die verhältnismäßige Änderung der Winkelgeschwindigkeit
(dγ/dt) des sekundären Schwenkorgans kleiner ist als die verhältnismäßige
Änderung der Winkelgeschwindigkeit (dß/dt) des primären Schwenkorgans.
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In der Zeichnung sind ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
und eine Variante dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein Schaltgetriebe;
Fig. 2, 3 und 4 sind Querschnitte nach den Linien II-II, III-III und IV-IV von Fig.
1; Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht von Schwenkorganen des Getriebes; Fig.
6 ist ein Schema zur Verdeutlichung der Wirkungsweise dieser Schwenkorgane; Fig.
7 bis 9 sind Diagramme zur Darstellung der Bewegungsverhältnisse von Teilen des
Getriebes; Fig. 10 stellt schematisch eine Variante des Antriebes eines Getriebeorgans
dar; Fig. 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise dieser Variante.
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In Fi.g. 1 biss 5 ist mit 1 das Gehäuse des Getriebes bezeichnet;
dieses ist an beiden Enden durch je einen angeschraubten Lagerschild 2 bzw. 3 abgeschlossen..
In
diesem Gehäuse 1 sind ferner eine durch Rippen 4 mit dem Lagerschild 3 fest verbundene
Lagerplatte 5 und eine schwenkbare, kreisrunde Lagerplatte 6 zentriert. Letztere
ist auf einem Teil ihres Umfanges mit einer Verzahnung 8 nach Art eines verzahnten
Planrades versehen. In dieses greift ein Kegelrad 9 ein, dessen Welle 10 in einem
von oben in das Gehäuse 1 eingeschraubten Einsatz 11 gelagert ist. Das vorstehende
Ende der Welle 10 trägt einen Handhebel 12, mittels dessen das Kegelrad 9 von außen
gedreht werden kann, so daß es die Lagerplatte 6 im Gehäuse 1 verschwenkt. Gegen
Verschiebung in Richtung ihrer Schwenkachse ist die Lagerplatte 6 einerseits durch
das Kegelrad 9, andererseits durch einen Innenflansch 7 des Lagerschildes 2 gehalten.
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Die treibende Welle 13 des Getriebes ist einerseits in einem Kugellager
14 im Lagerschild 2, andererseits in einem Kugellager 15 im Zentrum der schwenkbaren
Lagerplatte 6 angeordnet. Die getriebene Welle 16 ist mit der treibenden Welle 13
gleichachsig und läuft in einem zweiten Kugellager 17 im Zentrum der Lagerplatte
6 sowie in einem Kugellager 18 im Lagerschild 3. Die treibende Welle 13 ist mit
einem Exzenter 19 versehen.
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Symmetrisch zur gemeinsamen Achse der Wellen 13 und 16 sind vier primäre
Schwenkorgane 20 in je zwei Kugellagern 21 in der schwenkbaren Lagerplatte 6 gelagert.
Jedes dieser Schwenkorgane 20 besteht aus einem Zapfen 22, der mit einem auf der
vom Lagerschild 2 abgewandten Seite der Lagerplatte 6 befindlichen gebogenen Arm
23 aus einem Stück besteht und auf seinem dem Lagerschild 2 zugewandten Ende einen
zweiten Arm 24 trägt. In diesem Arm 24 ist ein Zapfen 25 eingeschraubt, auf dem
eine Rolle 26 mittels eines Kugellagers 27 drehbar gelagert ist. Diese Rolle läuft
auf dem Exzenter 19 der treibenden Welle 13. Der Zapfen 25 trägt noch ein Röllchen
28, das an seinem Umfang eine Rille aufweist. Ein Ring 29 läuft durch diese Rille
und die entsprechenden Rillen der Röllchen 28 der drei anderen primären Schwenkorgane
20 und hält alle vier Rollen 26 in Berührung mit der Lauffläche des Exzenters 19.
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Das Getriebe weist ferner vier sekundäre Schwenkorgane 30 auf, deren
Zapfen 31 symmetrisch zur Achse der getriebenen Welle 16 in je einem Kugellager
32 im Lagerschild 3 und in- je einem Kugellager 32, in der Lagerplatte 5
gelagert sind.
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Die Achse jedes Zapfens 31 hat von der gemeinsamen Achse der Wellen
13 und 16 den gleichen Abstand wie die Achse jedes Zapfens 22 der primären Schwenkorgane.
Auf dem der schwenkbaren Lagerplatte 6 zugewandten Ende jedes Zapfens 31 ist ein
Arm 32 aufgekeilt, der einen Zapfen 33 mit einer Rolle 34 trägt. Diese Rolle 34
jedes der vier sekundären Schwenkorgane 30 greift in eine in den Arm 23 eines der
vier primären Schwenkorgane 20 eingefräste Ausnehmung 35 ein und bildet somit ein
Gelenk zwischen den Armen 23 und 32. Die Ausnehmung 35 hat auf ihrer ganzen Länge
eine dem Durchmesser der Rolle 34 entsprechende Breite; ihre Mittellinie ist ein
Kreisbogen, dessen Radius normalerweise gleich dem Abstand der Achse des Zapfens
22 von der gemeinsamen Achse der Wellen 13 und 16 ist. Er kann auch etwas größer
gewählt werden.
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Jeder der Zapfen 31 trägt eine Freilaufkupplung 36, deren trommelförmiges
äußeres Kupplungsglied 37 durch einen Keil 38 mit dem Zapfen 31 verbunden ist, während
das innere Kupplungsglied 39 mittels Rollen 40 auf diesem Zapfen drehbar gelagert
ist. Dieses innere Kupplungsglied weist an seinem äußeren Umfang Zähne auf, deren
eine Flanke 41 in bezug auf die Drehachse des Gliedes ungefähr radial steht, deren
andere Flanke 42 dagegen in bezug auf diese Achse spiralförmig verläuft; die diesen
Zähnen gegenüberliegende Innenfläche 43 des äußeren Kupplungsgliedes 37 ist zylindrisch.
In jeder Zahnlücke liegt zwischen den Flächen 41, 42 und 43 eine Rolle 44. Dreht
sich das äußere Kupplungsglied 37 im Sinne des Pfeiles 45 (Fig. 4) in bezug auf
das innere, 39, so werden die Rollen 44 gegen die Flanken 41 gewälzt, so daß sie
in den tiefsten Teil der Zahnlücken zu liegen kommen, wo sie sich nicht zwischen
den Flächen 41 und 43 verklemmen können und deshalb keine Kräfte zwischen ihnen
übertragen. Dreht sich dagegen das äußere Kupplungsglied 37 im Sinne des Pfeiles
46 schneller als das innere, 39, so werden die Rollen 44 gegen die Flanken 42 gewälzt
und verklemmen sich zwischen diesen und der Fläche 43, so daß das äußere Kupplungsglied
37 das innere, 39, über die Rollen 44 durch Reibung mitnimmt.
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Auf dem inneren Kupplungsglied 39 jeder Freilaufkupplung 36 ist ein
Zahnrad 47 aufgekeilt. Diese Zahnräder der vier Freilaufkupplungen kämmen alle mit
einem Ritzel 48, das auf der getriebenen Welle 16 sitzt.
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Wenn sich die treibende Welle 13 mit dem Exzenter 19 dreht, so werden
die Rollen 26 abwechselnd von der Achse der Welle 13 weggedrückt und durch den Ring
29 gegen diese zurückgezogen, so daß das primäre Schwenkorgan 20 eine hin- und hergehende
Schwenkbewegung von gleichbleibender Amplitude um die Achse seines Zapfens 22 ausführt.
Die Periode dieser Schwenkbewegung entspricht der Dauer einer vollen Umdrehung der
treibenden Welle 13; die Phasen der Schwenkberwegungen der vier primären Schwenkorgane
20 sind entsprechend der Anordnung ihrer Lager 21 in der schwenkbaren Lagerplatte
6 um je eine Vierteldrehung der Welle 13 gegeneinander versetzt.
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Bei dieser Schwenkbewegung nehmen die Arme 23 der primären Schwenkorgane
20 die in ihre Ausnehmungen 35 eingreifenden Gelenkrollen 34 der sekundären Schwenkorgane
30 mit und erteilen diesen somit eine hin- und hergehende Schwenkbewegung um die
Achse ihrer Zapfen 31. Die Amplitude der Schwenkbewegung der sekundären Schwenkorgane
30 ist nicht konstant, sondern richtet sich nach dem Verhältnis der Abstände, die
die Achse jeder Gelenkrolle 34 jeweils in den Endlagen ihrer hin- und hergehenden
Bewegungen von den Achsen der Zapfen 22 und 31, d. h. den Schwenkachsen des entsprechenden
primären und sekundären Schwenkorgans hat. Für das sekundäre Schwenkorgan ist dieser
Abstand (Fig. 5 und 6) unveränderlich, da die Gelenkrolle 34 auf dem an diesem Schwenkorgan
festen Zapfen 33 gelagert ist. Dagegen ist die Lage der Achse des Zapfen 22 und
damit deren Abstand r von der Achse der Ralle 34 durch Verschwenken der Lagerplatte
6 mittels des Hebels 12 und des Ritzels 9 veränderbar. Mithin kann trotz der gleichbleibenden
Amplitude der Schwenkbewegung der primären Schwenkorgane 20 .das Verhältnis der
genannten Achsabstände und somit die Amplitude der Schwenkbewegung des sekundären
Organs 30 verändert werden. In einem Extremfall kann z. B. die Lagerplatte 6 so
verschwenkt werden, daß die Achsen der Gelenkrollen 34 in der Verlängerung der Achsen
der Zapfen 22 liegen; dann stehen die Gelenkrollen 34 trotz der Bewegung der primären
Schwenkorgane 20 still. und die Schwenkbewegung der Organe 30 hat die Amplitude
Null. In einem anderen Spezialfall können
die Achsen der Zapfen
22 durch Verschwenken der Platte 6 in die Verlängerung der Achsen der Zapfen 31
gebracht werden; die zusammen wirkenden Schwenkorgane 20 und 30 bewegen sich dann
als ob sie aus dem gleichen Stück bestünden, so daß die Amplitude der Bewegung der
sekundären Schwenkorgane 30 gleich derjenigen der Bewegung der primären Schwenkorgane
20 ist.
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Die Konstruktion ist so getroffen, daß jedes primäre Schwenkorgan
20 um möglichst gleiche Winkel nach beiden Seiten einer Mittellage verschwenkt wird,
bei der die Achse der Rolle 26 den gleichen Abstand von der Achse der Wellen 13
und 16 hat wie die des Zapfens 22 und bei der ferner das Zentrum der kreisbogenförmigen
Mittellinie der Ausnehmung 35 des Armes 23 auf der Achse der Wellen 13 und 16 liegt.
Das bedingt, daß sich die Mitte der Rolle 34 bei erfolgendem Einwärts- und Auswärtshub
und die entsprechende Mittellage des sekundären Schwenkorgans 30 nicht verschiebt,
wenn die Lagerplatte 6 zwecks Veränderung der Amplitude der Schwenkbewegung des
sekundären Organs 30 gedreht wird.
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Bei seiner hin- und hergehenden Schwenkbewegung nimmt jedes sekundäre
Schwenkorgan 30 mittels der zugehörigen Freilaufkupplung 36 das auf dem inneren
Kupplungsglied 39 der letzteren aufgekeilte Zahnrad 47 jeweils dann mit, wenn es
sich im Verlaufe dieser Schwenkbewegung im Sinne des Pfeiles 46 mit einer höheren
Winkelgeschwindigkeit bewegt, als sie dieses Zahnrad augenblicklich hat.
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Das betrachtete Zahnrad 47 treibt hierbei über das Ritzel 48 die getriebene
Welle 16 sowie die drei übrigen Zahnräder 47 stets in gleichem Sinne an. Die Winkelgeschwindigkeit
jedes Schwenkorgans 30 nimmt bei jeder Schwenkung im Sinne des Pfeiles 46 von Null
auf einen Höchstwert zu und dann wieder auf Null ab, wobei die Phasen dieser Bewegung
von einem Organ 30 zu dem in der Umfangsrichtung benachbarten jeweils um eine Vierteldrehung
der treibenden Welle 13 gegeneinander versetzt sind. Daher überschreitet jeweils
nach einer Vierteldrehung der treibenden Welle 13 die zunehmende Winkelgeschwindigkeit
eines der Organe 30 die abnehmende Winkelgeschwindigkeit des ihm zugeordneten, augenblicklich
von dem in der Drehrichtung der Welle 13 vorangehenden gleichen Organ angetriebenen
Zahnrades 47. Die Freilaufkupplung 36 zwischen dem betrachteten Organ 30 und diesem
Zahnrad 47 kommt daher zum Eingriff, während die Kupplung 36 zwischen dem erwähnten
vorangehenden Organ und dessen Zahnrad sich löst. Die Welle 16 wird daher nacheinander
von allen vier sekundären Schwenkorganen 30 während je einer Vierteldrehung der
treibenden Welle 13, also kontinuierlich angetrieben. Der Winkel, um den jedes Organ
30 das zugehörige Zahnrad 47 bei jedem Eingriff der Freilaufkupplung 36 weiterdreht,
ist in erster Näherung der Amplitude der Schwenkbewegung dieses Organs proportional
und kann daher mittels des Handhebels 12 verändert werden. Dadurch kann auch das
Übersetzungsverhältnis zwischen der treibenden Welle 13 und der von den Zahnrädern
47 getriebenen Welle 16 stufenlos verändert werden.
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Im folgenden sei an Hand der Fig. 6 bis 9 auf die Verhältnisse eingegangen,
von denen beim beschriebenen Getriebe die Gleichförmigkeit der Drehung der getriebenen
Welle 16 abhängt, wenn die treibende Welle 13 gleichförmig umläuft.
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Mit α sei der Drehwinkel der treibenden Welle 13, mit ß der
Schwenkwinkel eines primären Schwenkorgans 20 und mit γ der Schwenkwinkel
des entsprechenden sekundären Schwenkorgans 30 bezeichnet, wobei diese Winkel von
jener Stellung dieser Organe aus gerechnet werden, in der die Rolle 26 den Exzenter
19 an dem Punkt der Exzenterlauffläche berührt, der der Drehachse der Welle 13 am
nächsten liegt. Die Schwenkorgane 20 und 30 befinden sich hierbei, gemäß Fig. 2
bzw. 3 gesehen, in der Endstellung ihrer Schwenkbewegung im Uhrzeigersinn.
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In Fig. 7 ist über dem Drehwinkel α das Verhältnis dß/dα
aufgetragen, d. h. das Verhältnis des Winkels dß, um den das primäre Organ 20 bei
einer Drehung der Welle 13 um einen kleinen Winkel dα verschwenkt wird, zu
diesem Winkel dα, und zwar für eine halbe Umdrehung der Welle 13; die Drehung
der letzteren um diese halbe Umdrehung bewirkt unabhängig vom Drehsinn der Welle
13 eine Schwenkung des Organs 20 entgegen dem Uhrzeigersinn (Fig. 2). Ist die Winkelgeschwindigkeit
dα/dt der Welle 13 konstant, so ist dß/dα ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit
dß/dt des Organs 20.
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Wie aus der Kurve dß/dα hervorgeht, nimmt diese Winkelgeschwindigkeit
vom Nullwert für α = 0 auf einen Höchstwert zu und hierauf wieder auf einen
Nullwert ab, der etwas nach α = 180° erreicht wird. Vernachlässigt man, daß
der Abstand der Achse der Rolle 26 von der Schwenkachse des Organs 20 nur eine endliche
Größe hat, so ist diese Kurve eine Sinuskurve mit Scheitel bei a = 90°, d. h., die
Winkelgeschwindigkeit des Organs 20 hat nach einer Vierteldrehung der Welle 13 ihren
Höchstwert.
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Fig. 6 stellt schematisch das Zusammenwirken des gebogenen Armes 23
des primären Schwenkorgans 20 mit dem Arm 32 des sekundären Schwenkorgans 30 dar,
der durch die Gelenkrolle 34 mit dem Arm 23 im Einsgriff steht. Mit l ist der feste
Abstand der Achse der Rolle 34 von der Schwenkachse des Organs 30, mit r der veränderliche
Abstand der genannten Rollenachse von der Schwenkachse des Organs 20 bezeichnet.
Veränderlich ist dieser Abstand r einerseits deshalb, weil die Lage der Schwenkachse
des Organs 20 mittels des Hebels 12 durch Drehen der Lagerplatte 6 verändert werden
kann, während die Rolle 34 im festen Abstand l von der festen Achse des Organs 30
bleibt, und andererseits deshalb, weil sich die Rolle 34, außer in den oben angeführten
zwei Sonderfällen, in der Ausnehmung 35 des Armes 23 verschieben muß, wenn sich
das Organ 20 um seine Schwenkachse dreht. Im ersten der erwähnten Sonderfälle ist
der gegenseitige Abstand der Schwenkachsen der beiden Organe 20 und 30 gleich 1,
und r stets gleich Null, im zweiten ist r stets gleich l. Durch Begrenzung des Winkels,
um den die Lagerplatte 6 gedreht werden kann, kann nun dafür gesorgt werden, daß
der Abstand der genannten Schwenkachsen höchstens gleich l wird (zweiter Sonderfall),
so daß r immer kleiner ist als l. In Fig. 6 sind die Rollen 34 und die Ausnehmung
35, in die sie eingreift, in der Endstellung gezeichnet, bei der die oben definierten
Winkel ß und y gleich Null sind. Wird nun das Organ 20 entgegen dem Uhrzeigersinn
verschwenkt, so beschreibt, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Achse der Rolle
34 ein Kreiszylindersegment vom Radius, l um die Schwenkachse des Organs 30; infolgedessen
nimmt r ab, bis die genannte Rollenachse in der gleichen Ebene liegt wie die beiden
Schwenkachsen, und hierauf wieder zu. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei
einer Schwenkung des primären Schwenkorgans 20 um einen bestimmten kleinen Winkel
dß das sekundäre Schwenkorgan 30 einen um so kleineren Winkel d y durchlaufen
muß, je kleiner r ist. Bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit
dß/dt
des primären Schwenkorgans 20 nimmt somit die Winkelgeschwindigkeit dγ/dt
des sekundären Schwenkorgans 30 ab, bis die Achse der Rolle 34 die erwähnte Ebene
erreicht, worauf sie bei weiterer Schwenkung des Organs 20 wieder zunimmt. In Fig.
8 ist das Verhältnis dγ/dß, das ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit dγ/dt
bei konstantem dß/dt darstellt, über dem Drehwinkel der treibenden Welle 13 aufgetragen,
und zwar für verschiedene Abstände zwischen den Schwenkachsen des primären und des
sekundären Schwenkorgans, ausgedrückt durch das Verhältnis des Kleinstwertes rmin
von r zur Länge l. Wie ersichtlich, ist die Ab- und Zunahme dieses Verhältnisses
dγ/dß um so ausgesprochener, je kleiner r im Verhältnis zu l, je größer also
der Abstand zwischen den Schwenkachsen der beiden Organe 20 und 30 und je kleiner
die Amplitude der Bewegung des Schwenkorgans 30 ist. Umgekehrt ist im schon erwähnten
Sonderfall, in dem beide Schwenkachsen zusammenfallen, r also gleich l ist, das
Verhältnis dγ/dß jederzeit gleich 1.
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Durch Multiplikation der Ordinatenwerte der Kurven für dß/dγ
(Fig. 7) und für dγ/dß (Fi.g. 8) für jeweils gleiche Werte von α ergeben
sich die in Fig. 9 aufgezeichneten Kurven dγ/dα, die angeben, um welchen
Winkel dγ das sekundäre Schwenkorgan bei jeweiliger Drehung der treibenden
Welle 13 um einen kleinen Winkel dα verschwenkt wird. Bei gleichförmiger Drehung
der Welle 13 ist dieser Wert dγ/dα ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit
des sekundären Schwenkorgans 30. Wie ersichtlich, verläuft die Kurve von Fig. 9
im Bereich ihres Scheitels namentlich bei kleinen Werten von rmin/l wesentlich flacher
als die von Fig. 7. In Fig. 9 sind für eine volle Umdrehung der treibenden Welle
13 die Kurven dγ/dα für alle vier sekundären Schwenkorgane 30 des Getriebes
aufgetragen. Wie bereits ausgeführt, bewirkt infolge der Freilaufkupplungen 36 jeweils
dasjenige Schwenkorgan 30 den Antrieb der Zahnräder 47, des Ritzels 48 und der getriebenen
Welle 16, dessen Winkelgeschwindigkeit augenblicklich am größten ist. Der Antrieb
der Zahnräder 47 erfolgt also mit einer Winkelgeschwindigkeit, die dem dick ausgezogenen
Teil der Kurven für die einzelnen Schwenkorgane 30 entspricht. Die Winkelgeschwindigkeit
der getriebenen Welle 16 bei gleichförmiger Drehung der treibenden Welle 13 ist
derjenigen der Zahnräder 47 proportional und entspricht für eine volle Umdrehung
der Welle 13 der kontinuierlichen Folge der dick ausgezogenen Kurventeile. Für eine
bestimmte Drehstellung der Lagerplatte 6 ist infolge der Abflachung der Kurven dγ/dα
die Ungleichförmigkeit der Drehung der Welle 16 geringer, als wenn der Antrieb dieser
Welle statt von den sekundären Schwenkorganen 30 aus in gleicher Weise unmittelbar
von den primären Schwenkorganen 20 aus erfolgte, wie dies etwa bei den eingangs
erwähnten bekannten Schaltgetrieben der Fall ist, bei denen die Veränderung des
Übersetzungsverhältnisses zwischen treibender und getriebener Welle dadurch erfolgt,
daß die Amplitude der Schwenkbewegung der primären und einzigen Schwenkorgane verändert
wird.
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Überdies ist beim beschriebenen Getriebe die verhäsltnismäßige Ungleichförmigkeit
der Drehung der getriebenen Welle um so geringer, je kleiner die Amplitude der Schwenkbewegung
der sekundären Organe 30, je geringer also bei gegebener Drehzahl der treibenden
Welle 13 die Drehzahl der getriebenen Welle 16 ist. Dies ist einerseits deshalb
erwünscht, weil die getriebene Welle bei kleinen Drehzahlen in der Regel größere
Drehmomente zu übertragen hat als bei hohen Drehzahlen und eine ungleichförmige
Drehung bei diesen großen Drehmomenten besonders unangenehm ist. Andererseits wird
die noch vorhandene Ungleichförmigkeit des Antriebes der Welle 16 zum Teil ausgeglichen
durch die Trägheit der den Freilaufkupplungen 36 nachgeordneten rotierenden Elemente
des Getriebes (Kupplungsglieder 39, Zahnräder 47, Ritzel 48, Welle 16) der angetriebenen
Maschine und gegebenenfalls eines auf der Welle 16 aufgekeilten Schwungrades. Diese
Trägheit bewirkt, daß beim Nachlassen der Winkelgeschwindigkeit des jeweils wirksamen
sekundären Schwenkorgans 30 die Winkelgeschwindigkeit der Welle 16 und der Zahnräder
47 nicht sofort in gleichem Maße abnimmt, sondern beispielsweise nach den in Fig.
9 gestrichelt eingezeichneten Kurventeilen d, bis die Freilaufkupplung 36 des nächsten
Organs 30 zum Eingriff kommt. Diese ausgleichende Trägheitswirkung ist bei kleiner
Drehzahl der getriebenen Welle 16 weniger ausgesprochen als bei großer Drehzahl,
was ebenfalls den erwähnten ausgeglicheneren Antrieb bei kleiner Drehzahl wünschbar
macht.
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Es könnte darauf verzichtet werden, den Winkel, um den die Lagerplatte
6 gedreht werden kann, so zu begrenzen, daß der gegenseitige Abstand der Schwenkachsen
der Organe 20 und 30 höchstens gleich dem Abstand l zwischen der Achse der Gelenkrolle
34 und der Schwenkachse des sekundären Organs 30 wird. In diesem Falle kann der
Abstand r zwischen der Gelenkrollenachse und der Schwenkachse des primären Organs
20 auch größer als l werden. Trifft dies zu, so wird die Amplitude, zugleich aber
auch die Ungleichförmigkeit der Schwenkbewegung des sekundären Organs 30 größer
als die der Bewegung des primären Organs 20. Eine Ausführungsvariante des beschriebenen
Getriebes könnte beispielsweise darin bestehen, daß statt vier aus primärem und
sekundärem Schwenkorgan 20 bzw. 30, Freilaufkupplung 36 und Zahnrad 47 bestehenden
Antriebssätzen deren fünf oder sechs oder auch nur drei vorhanden sind. Der Drehwinkel
der treibenden Welle 13, währenddessen jeweils ein Antriebssatz den Antrieb der
getriebenen Welle 16 bewirkt, betrüge dann 72 oder 60° bzw. 120 statt 90°. je kleiner
dieser Winkel, desto kleiner kann auch die Ungleichförmigkeit der Drehung der getriebenen
Welle 16 bei gleichförmigem Antrieb durch die Welle 13 gemacht werden, da für jedes
sekundäre Schwenkorgan 30 der Wert von d y/d a bzw. der Winkelgeschwindigkeit
d yldt im Augenblick, in dem die Freilaufkupplung 36 zum Eingriff kommt und
dieses Organ 30 den Antrieb der Welle 16 übernimmt, um so weniger von seinem Höchstbetrag
abweicht, je kürzer der für den Antrieb benötigte Teil der Amplitude der Schwenkbewegung
dieses Organs ist. Bei Vergrößerung dieses Winkels nimmt jedoch die Ungleichförmgkeit
unverhältnismäßig stark zu, so daß es meist nicht möglich ist, mit weniger als vier
Antriebssätzen auszukommen.
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Nach einer weiteren Variante könnte die Lagerplatte 6 im Gehäuse fest
und der Lagerschild 3 mit der Lagerplatte 5 schwenkbar sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante könnte der Antrieb. jedes
primären Schwenkorgans 20 von der Welle 13 durch eine an dieser z. B. an Stelle
des Exzenters 19 angebrachte Kurbel mittels einer Schubstange erfolgen, die an einem
am genannten Schwenkorgan sitzenden Zapfen angreift. Eine solche Variante
ist
in Fig. 10 schematisch dargestellt. In dieser Figur bezeichnet 50 einen auf der
Welle 13 sitzenden Kurbelarm, der einen Kurbelzapfen 51 trägt. Dieser ist durch
die Schubstange 52 mit dem Zapfen 53 gekuppelt, der seinerseits statt des Zapfens
25 am Arm 24 des primären Schwenkorgans 20 sitzt. Der Kurbelradius R, d. h. der
Abstand der Achse des Kurbelzapfens 51 von der Achse der treibenden Welle 13 beträgt
hier ein Drittel des Abstandes zwischen dieser Achse und der Schwenkachse dies Organs
20, könnte aber auch kleiner gewählt werden. Der Zapfen 53 sitzt in einem Abstand
von 1,4 R von der Schwenkachse des Organs 20 auf dessen Arm 24, und die Länge der
Schubstange 52, gemessen zwischen den Achsen der Zapfen 51 und 53, an denen sie
angelenkt ist, soll praktisch 0,9- bis 1mal so groß sein wie die Entfernung zwischen
der Achse der treibenden Welle 13 und der Schwenkachse des Organs 20; im vorliegenden
Beispiel beträgt diese Länge das 2,8fache des Kurbelradius R, d. h. das 0,933fache
der genannten Entfernung.
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Bei jeder Umdrehung der treibenden Welle 13 führt das primäre Schwenkorgan
20 eine volle Hin- und Herbewegung zwischen zwei Endlagen aus, bei denen die Achse
des Zapfens 53 die Stellungen 53' bzw. 53" einnimmt. Der Stellung 53' dieses Zapfens
entspricht eine Stellung 51', der Stellung 53" eine solche, 51", des Kurbelzapfens
51. Mit α sei wieder der Drehwinkel der treibenden Welle 13, gerechnet von
ihrer Drehstellung für die Lage 51' des Kurbelzapfens, und mit ß der Schwenkwinkel
des Organs 20, gerechnet von der Stellung für die Lage 51' des Zapfens 51, bezeichnet.
Die Kurve a für dß/dα in Fig. 12 gibt in Abhängigkeit von α an, um welchen
kleinen Winkel dß das Schwenkorgan 20 geschwenkt wird, wenn sich die treibende Welle
13 um einen kleinen Winkel dα dreht. Dreht sich die Welle 13 gleichförmig,
ist also ihre Winkelgeschwindigkeit dα/dt konstant, so ist dß/dα ein
Maß für die Winkelgeschwindigkeit dß/dt des Schwenkorgans 20.
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Maßgebend für die Ungleichförmigkeit von dß/dα ist der Abstand
(hier 1,4 R) zwischen der Schwenkachse des primären Organs 20 und dem Zapfen 53.
Wird dieser Abstand größer gewählt, so nimmt die Ungleichförmigkeit zu. Praktisch
soll er zwischen den Grenzen 1,2 R und 1,6 R liegen.
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Vergleichsweise ist in Fig. 12 auch eine Kurve b für die Werte von
dß/dα eingezeichnet, die sich ergäben, wenn der Kurbelradius R bei absolut
gleichen Werten der übrigen Maße nur halb so groß wäre wie in Fig. 11. Dies wäre
beispielsweise der Fall, wenn in bekannter Weise zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes der Kurbelradius R und damit die Amplitude der Schwenkbewegung des
Organs 20 verändert würde. Die gestrichelte Kurve b' entspricht der Kurve b, doch
ist bei ihr zur Erleichterung des Vergleiches der Ordinatenmaßstab so gewählt, daß
die Ordinate ihres Scheitels gleich groß ist wie die Ordinate des Scheitels der
Kurve a.
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Sind wie im Beispiel nach Fig. 1 bis 5 vier Antriebssätze 20, 30,
36, 47 vorhanden, so wird die Welle 16 über jeden von ihnen während derjenigen Vierteldrehung
der Antriebswelle angetrieben, während welcher die Winkelgeschwindigkeit des sekundären
Schwenkorgans 30, in der Regel also auch die des primären Schwenkorgans 20 dieses
Satzes am größten ist. In Fig. 11 ist für jede Kurve der Bereich von α hervorgehoben,
für den dies zutrifft. Es läßt sich daraus ersehen, daß in diesem Bereich dß/dα
nach der Kurve a um 20% und nach der Kurve b bzw. b' um 28% des Scheitelwertes der
Ordinate schwankt. Solange durch das beschriebene Zusammenwirken der Schwenkorgane
20 und 30 keine Überkorrektur der Ungleichförmigkeit erfolgt, ist also eine im Verhältnis
zum Kurbelradius geringe Länge der Schubstange 52 für die Verminderung der Ungleichförmigkeit
der Drehung der getriebenen Welle 16 von Vorteil. Die Fig. 12 bringt auch zum Ausdruck,
daß bei den erwähnten bekannten Getrieben, bei denen die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
zwischen treiben der und getriebener Welle durch Änderung des Kurbelradius R erfolgt,
die verhältnismäßige Ungleichförmigkeit der Bewegung der Schwenkorgane und somit
der Drehung der getriebenen Welle um so größer ist, je kleiner die Amplitude der
Bewegung der Schwenkorgane und daher die Drehzahl der getriebenen Welle ist. Dies
ist, wie bereits erläutert, meist unerwünscht, wird aber durch den beschriebenen
Antrieb der primären Schwenkorgane mit unveränderlicher Amplitude vermieden.
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Es ist zu bemerken, daß der Antrieb des primären Schwenkorgans 20
mittels Kurbel und Schubstange gemäß Fig. 11 demjenigen mittels Exzenter und Rolle
gemäß Fig. 1 bis 5 kinematisch gleichwertig ist, wenn der Kurbelradius R gleich
der Exzentrizität des Exzenters 19 und die Länge der Schubstange 52, zwischen den
Zapfen 51 und 53 gemessen, gleich der Summe der Radien des Exzenters 19 und der
Rolle 26 ist.