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Schaltwerksgetriebe, vorzugsweise zum stufenlosen Verändern des übersetzungsverhältnisses
zwischen einer treibenden und einer getriebenen Welle Die Erfindung betrifft ein
Schaltwerksgetriebe, vorzugsweise zum stufenlosen Verändern des übersetzungsverhältnisses
zwischen einer treibenden und einer getriebenen Welle, bestehend aus mindestens
einem ersten Getriebe zum Umformen einer gleichförmigen Bewegung der treibenden
Welle in periodischungleichförmigeBewegungenmehrererphasenverschoben arbeitender
übertragungsmittel und mindestens einem weiteren Getriebe zum Umformen bestimmter
hinreichend großer Abschnitte dieser phasenverschobenen ungleichförmigen Bewegungen
in eine gleichförmige Bewegung der getriebenen Welle.
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Bei bekannten Schaltwerksgetrieben werden zur Vermeidung der Ungleichförmigkeit
in der Drehung einer getriebenen Welle Federn verwendet, die an einer mit der Abtriebswelle
verbundenen Scheibe angebracht sind und die an der Scheibe beweglich angebrachten
Nutenkörper angreifen. An diese beweglichen Nutenkörper greifen zugleich auch die
von der Abtriebswelle auf die auf eine andere Abtriebswelle zu übertragenden Kräfte
an, die dabei im Gleichgewicht mit den Federkräften der Federn stehen sollen. Weiterhin
ist vorgesehen, daß die Federkräfte in Abhängigkeit des durchfahrenen Drehwinkels
der Scheibe die Nutenkörper so bewegen, daß die Ungleichförmigkeit in der Bewegung
der Scheibe der Abtriebswelle beseitigt ist. Dazu sind Federwege erforderlich, die
den benötigten Regelwegen der Nutenkörper genau entsprechen. Diese Bedingung muß
auch erfüllt sein, wenn die zu übertragenden Kräfte sich in ihrer Größe ändern,
wie es der Fall ist, wenn ein anderes übersetzungsverhältnis eingestellt wird oder
sich bei unverändertem übersetzungsverhältnis die Getriebebelastung ändert. Wegen
der Abhängigkeit der Federwege von den Übertragungskräften ist mit einer Federvorrichtung
dieser bekannten Ausführung die ungleichförmige Bewegung der Scheibe nicht zu verhindern.
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Es ist weiterhin ein Schaltwerksgetriebe bekannt, bei dem durch eine
exzentrisch verstellbare und mit der Antriebswelle umlaufende Führungsbahn eine
radiale Bewegung einer gestellfest geführten Zahnstange erzeugt und eine Bewegungsphase
dieser Radialbewegung auf die getriebene Welle übertragen wird. Zu diesen Schaltwerksgetrieben
ist vorgesehen, daß der Führungsexzenter als Kreuzscheibe einer Kreuzscheibenkupplung
ausgebildet ist, deren eine Kupplungsscheibe gegenüber der anderen Scheibe in radialer
Richtung verstellbar angeordnet ist. Auch diese Schaltwerksgetriebe haben den Nachteil,
daß sich die getriebene Welle nicht gleichförmig dreht, wenn eine Veränderung des
Übersetzungsverhältnisses vorgenommen wird.
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Die Erfindung bezweckt, ein Schaltwerksgetriebe zu schaffen, das bei
allen Regelstellungen eine exakt gleichförmige Drehung der getriebenen Welle gewährleistet
und das in seinem Aufbau einfach ist. Als Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung
vor, daß die übertragungsmittel des ersten Getriebes Wälzkurven haben, bei deren
Abrollen das übersetzungsverhältnis stetig gemäß dem Gesetz einer geometrischen
Reihe geändert wird, und übertragungsmittel des zweiten Getriebes Wälzkurven haben,
bei deren Abrollen das Übersetzungsverhältnis nach derselben geometrischen Reihe
mit dem reziproken Faktor geändert wird, und daß Stellmittel. vorgesehen sind zum
Verstellen der Übertragungsmittel zueinander für die übersetzungsänderung zwischen
der treibenden Welle und der getriebenen Welle. Dabei ist es vorteilhaft, wenn für
die Bewegungsumformung phasenverschoben arbeitende Einzahngetriebe verwendet werden.
Sind die Antriebswelle und die Wellen versetzt zueinander gelagert, ist es günstig,
wenn die Welle der übertragungsmittel auf einem Kreisbogen schwenkbar um die Antriebs-
oder Abtriebswelle angeordnet ist. Für die Bewegungsumformung können schrägverzahnte
Einzahnräder vorgesehen werden, die zu den gepaarten Zahnrädern axial verschiebbar
angeordnet sind. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das erste Getriebe eine Nutenscheibe
mit mindestens einer Kurvennut für die Führung eines Kurbelzapfens vom Kurbelarm
der Zwischenwelle aufweist, die radial ausgerichtet ausgebildet ist.
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Bei dieser Anordnung wird die Leistung des Schaltwerksgetriebes über
jeweilig bestimmte Ab-
schnitte der Wälzkurven übertragen.
Dazu ist die Möglichkeit gegeben, diese Abschnitte durch Verstellen der übertragungsmittel
verändern zu können und damit auch das übersetzungsverhältnis zwischen der treibenden
und getriebenen Welle. Das Ändern des Übersetzungsverhältnisses ist begleitet von
einer Phasenverschiebung.der Eingriffe der übertragungsmittel, was durch ein Verstellen
der übertragungsmittel zu berücksichtigen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Getriebeeinheit des Schaltwerksgetriebes
in schematischer Darstellung in der Seitenaansic ,
F i g. 2 das Getriebe
nach F i g. 1 im Schnitt nach der Linie II-11, F i g. 3 eine Vorderansicht
des Getriebes von F i g. 1 von der Seite III-III, F i g. 4 einen Ausschnitt
der Anordnung von F i g. 3 mit Wälzkurven und Eingriffslinie in vergrößertem
Maßstab, Fig* 5 ein Ausführtingsbeispiel eines Schaltwerksgetriebes im Querschnitt,
F i g. 6 das Schaltwerksgetriebe gemäß F i g. 5 im Längsschnitt, F
i g. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII der F i g. 6,
F i
g. 8 einen Ausschnitt aus F i g. 7 mit Wälzkurven und Eingriffslinie
in vergrößertem Maßstab. - Eine nach den F i g. 1, 2 und
3 auf einer Antriebswelle 1 fest angebrachte Nutenscheibe 2 ist mit
einer S-förmig gekrümmten in allgemeiner Richtung radial verlaufenden Kurvennut
3 versehen. In diese Kurvennut 3 greift mit ihrem Kurbelzapfen 4 ein
Kurbelarm 5 ein, der mit einer parallel zur Antriebswelle 1
mit dem
Abstand a' versetzt zu ihr angeordneten Zwischenwelle 6 fest verbunden ist.
Am abtriebsseitigen Ende der Zwischenwelle 6 ist ein mit dem Zahnrad
7 kämmendes Einzahnrad 8 mit einem Zahn 8a befestigt. Das Zahnrad
7 ist in einer um die Achse der Zahnwelle 6 schwenkbaren und über
den Winkelbereich y verstellbaren Schwinge 9 drehbar gelagert. Die
Schwinge 9 sei in der gezeichneten Stellung fest eingestellt..
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Bei gleichförmigem Drehen der Antriebswelle 1
wird die Winkelgeschwindigkeit
der Zwischenwelle6, bedingt durch den Verlauf der Kurvennut 3 und durch die
Versetzung der Zwischenwelle 6 zur Antriebswelle 1 während eines Umlaufes
ständig geändert. Der Verlauf der Kurvennut 3 und die Wellenversetzung a
sind so gewählt, daß das Ändern der Winkelgeschwindigkeit der Zwischenwelle
6 bei Bewegen des Kurbelarmes 5 im Bereich A-B-C einer geometrischen
Reihe folgt. Der diese Reihe regelnde Faktor sei mit q bezeichnet. Die Polbahnen
bzw. Wälzkurven dieser Bewegungen im Bereich A-B-C haben dementsprechend diejenige
Form, die bei ihrem Abwälzen aufeinander das zwischen ihnen bestehende momentane
Übersetzungsverhältnis nach dieser geometrischen Reihe ändern.
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Ebenso liegen nach F i g. 4 der Zahnflankenausbildung des Zahnes
8a des Einzahnrades 8 und der Zähne 7 a des Zahnrades 7 Wälzkurven
(w1, W2) ZU-grunde, bei deren Abwälzen während des Durchganges des Zahnes 8a das
momentane übersetzungsverhältnis i2"". zwischen dem Einzahinrad 8 und dem
Zahnrad 7 gemäß der geometrischen Reihe geändert wird, wobei der diese Reihe
regelnde Faktor den reziproken Wert von dem Faktor q der ersten Reihe hat.
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Aufeinanderfolgenden Punkten auf der Eingriffslinie E,-E2 (F i
g. 4) des zweiten Getriebes sind zugehörig momentane übersetzungsverhältnisse
'21ftom und den Punkten auf der Kurvennut 3 des ersten Getriebes momentane
übersetzungsverhältnisse ilmom. Bei gegebener Einstellung der Schwinge
9 sind die Punkte auf der Eingriffslinie E,-E2 einem bestimmten Reihenabschnitt
aufeinanderfolgender Punkte der Kurvennut 3 zugeordnet. Die einander zugeordneten
Punkte werden bei Drehen der Antriebswelle 1 auf der Kurvennut
3 von dem Kurbelzapfen 4 und auf der EingriffslinieEI-E2 von dem Zahn 8a
gleichzeitig durchfahren.
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Bei Verstellen der Schwinge 9 wird die Punktreihe der Eingriffslinie
E.-E. einem anderen Reihenabschnitt der Punkte momentaner Übersetzungsverhältnisse
auf der Kurvennut 3 zugeordnet. Die Reihen der momentanen Übersetzungsverhältnisse
i""" und i2.,. verschieben sich hierbei stufenlos zueinander.
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Angenommen, es sei bei der gezeichneten Einstellung der Schwinge
9 bei Eingriffbeginn des Zahnes 8 a, wenn sich dieser am Anfangspunkt
E, der Eingriffsstrecke Ei-E" (F i g. 4) befindet, das momentane übersetzungsverhältnis
zwischen der Antriebswelle 1
und der Zahnwelle 6i:tn,." und das momentane
übersetzungsverhältnis zwischen dem Einzahnrad 8
der Welle 6 und dem
Zahnrad 7 i2",. n. Dann ist für die aufeinanderfolgenden Punkte der momentanen
übersetzungsverhältnisse das Gesamtübersetzungsverhältnis ii"". n zwischen der Antriebswelle
1 und dem Zahnrad 7 während des Durchganges des Zahnes 8
a das Produkt der zugeordneten Glieder -beider geometrischen Reihen, nämlich
wobei der Index n ein n-tes Glied der Reihen anzeigt. Es ist somit während des Durchganges
des Zahnes 8a das Gesamtübersetzungsverhältnis i""" bei jedem Einstellwinkel der
Schwinge 9 konstant mit der jeweilig zugehörigen Größe.
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Das Schaltwerksgetriebe ist aus mehreren solcher Getriebeeinheiten
zu bilden, die phasenverschoben zueinander arbeiten.
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An einem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 bis 8
sei
ein solches Schaltwerksgetriebe näher beschrieben. Auf der Antriebswelle IL ist
eine Nutenscheibe 2 aufgekeilt, die mit vier über ihre abtriebsseitige Stirnseite
gleichmäßig verteilten S-förmigen Kurvennuten 3 versehen ist. Parallel zur
Antriebswelle 1 und mit dem Abstand a (F i g. 5) zu ihr versetzt sind
vier in ihrer Länge gestaffelte und teleskopartig ineinandergesteckte Hohlwellen
6 angeordnet, die antriebsseitig mit je einem fest angebrachten Arm
5
ausgestattet sind, welcher jeweils an ihrem freien Ende mittels eines Kurbelzapfens
4 in die zugeordnete Kurvennut 3 der Scheibe 2 eingreift.
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Die abtriebsseitigen Enden der Hohlwellen 6 sind mit je einem
fest angebrachten Zweizahnrad 8 ausgestattet,
das mit den
auf der Welle 10 angeordneten Zahnradpaaren 7 kämmt.
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Die Welle 10 ist in der Schwinge 9 drehbar gelagert,
die um einen Winkel y um die Achse der Hohlwellen 6 schwenk- und einstellbar
ist. Das auf der Welle 10 aufgekeilte Zahnrad 12 kämmt mit dem auf der Abtriebswelle
15 festsitzenden Zahnrad 13.
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Die auf der Welle 10 aufgereihten Zahnradpaare 7
sind
mittels bekannter Maßnahmen durch Anziehen einer auf der Welle 10 aufgeschraubten
Stellmutter mit der Welle 10 auf Reibungsschluß so verbunden, daß zu deren
Drehung zueinander ein größeres Drehmoment nötig ist, als das auf die Abtriebswelle
15
zu übertragende Drehmoment. Die um einen Winkel zueinander verstellten
Zahnradpaare 7 bilden zusammen eine Walze.
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Die Zweizahnräder 8 bestehen aus einstufig abgesetzten Scheiben
mit zwei axial und radial gegeneinander versetzten Zähnen, während die mit ihnen
zu-
sammenarbeitenden Zahnradpaare 7 aus zwei starr miteinander verbundenen
Zahnrädern mit entsprechend verschiedenen Teilkreisen bzw. Durchmessern bestehen,
wie besonders deutlich der F i g. 8 zu entnehmen ist.
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Die Flankenform der Zähne 7 a und 8 a und das Maß ihrer
radialen Versetzung sind gemäß F i g. 8
so gewählt, daß über die zwei Zahnbereiche
die erfindungsgemäßen Wälzkurven (w1, w.) entstehen.
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Den Bewegungsvorgängen zwischen der Antriebswelle 1 und den
Hohlwellen 6 liegen gemäß den genannten geometrischen Reihen ausgebildete
Wälzkurven zugrunde, die sich über den Bereich A-B-C erstrecken.
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Die Antriebswelle 1 mit der Nutenscheibe 2 treibt über die
Hohlwellen 6 mit ihren Endkurbeln 5 und den Zweizahnrädern
8 die aus den Zahnradpaaren 7
gebildete Walze an, wobei die Zweizahnräder
8 mit einem Phasenwinkel dem der Verstellwinkei der Zahnradpaare
7 der Walze zueinander entspricht, nacheinander in die Walze eingreifen.
Die Walze und damit die Abtriebswelle 15 werden gleichförmig angetrieben.
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Der Phasenwinkel des Eingriffs der Zweizahnräder 8 in die Walze
verändert sich bei Verstellen der Schwinge 9. So ist im Regelbereich der
niedrigen Abtriebsdrehzahlen der Phasenwinkel kleiner und damit die Zahnüberdeckung
größer als in dem der hohen Abtriebsdrehzahlen.
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Während der Schwingenverstellung entstehen bei Durchgang des Zahnes
8 a an die Zahnradpaare 7 der Walze angreifende Einstellmomente, die
größer sind, als das auf die Abtriebswelle 15 zu übertragende Drehmoment.
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Das Schaltwerksgetriebe arbeitet damit nach der Erkenntnis, daß ein
hinreichend großer Abschnitt der periodisch ungleichfönnigen Bewegungen der Zwischenglieder
6 nach einem vorgeschriebenen mathematischen Gesetz verläuft. Denn das Umformen
der gleichförmigen Bewegungen der treibenden Welle 1 in periodisch ungleichförmige
Bewegungen der Zwischenglieder 6 und diese wiederum in eine gleichförmige
Abtriebsbewegung muß dem Gesetz der geometrischen Reihe folgen, wobei zwei gleiche
geometrische Reihen gekoppelt werden, von denen die eine ansteigt und die andere
abfällt. Bei den diesen geometrischen Reihen folgenden Geschwindigkeitsänderungen
kann durch die einfache Maßnahme des Verstellens bestimmter Wälzkurvenabschnitte
zueinander das stufenlose Verändern des übersetzungsverhältnisses bei Aufrechterhaltung
einer exakt gleichförmigen Abtriebsbewegung erreicht werden., Die Umfonnungen der
Bewegungen in die Abtriebsbewegung verlaufen nach der Verstellung in anderen Abschnitten
derselben geometrischen Reihen, und nur bei geometrischen Reihen ergibt sich dann
durch Multiplikation der momentanen Übersetzungsverhältnisse in diesen Abschnitten
der Bewegungsumformungen wieder ein konstantes übersetzungsverhältnis.
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Es wird also mit Hilfe einer einfachen Kinematik bei Aufrechterhaltung
eines spielfreien vollen Formschlusses die gleichförmige Antriebsbewegung in eine
über einen Bewegungsabschnitt der Zwischenglieder sich erstreckende exakt gleichförmige
Bewegung stufenlos regelbarer Geschwindigkeit erreicht.
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Dabei ist es ohne Bedeutung, durch welche Arten der getrieblichen
Mittel die Bewegungen und übersetzungen erzeugt werden.
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Die Formen von Zahnflanken und Kurvennuten sind mit Hilfe bekannter
Regeln zu ermitteln.
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Als ein Beispiel für eine mögliche Abwandlung des beschriebenen Schaltwerksgetriebes
sind gepaarte, exzentrisch drehbar gelagerte Zahnräder zu nennen, deren Maß der
Außermittigkeit und deren Zahnformen Wälzkurven zugrunde liegen, die bei Drehen
der Zahnräder das übersetzungsverhältnis nach der geometrischen Reihe steigen und
fallen lassen. Auch ist es möglich, die Welle 10 der F i g. 6 mit
Nuten zu versehen, die unter verschiedenen Winkeln zur Längsachse der Welle
10 derart verlaufen, daß die Zahnradpaare 7 auf der Welle
10, die mittels Ansätzen in die zugeordnete Nut eingreifen, bei Axialverschiebung
der Welle 10 zu den Zahnrädern 8
gegeneinander verdreht werden. Eine
weitere Maßnahme ist die Verwendung schrägverzahnter, axial zum gepaarten Zahnrad
verschiebbarer Zahnräder mit verschiedenen Zahnbreiten.
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Es ist weiterhin möglich, statt der stufenlosen Regelung ein Stufengetriebe
zu verwenden.
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Für die Drehzahlregelung können verschiedene Relativverstellungen
der übertragungsmittel dienen. Anstatt die Welle 10 auf der Abtriebsseite
des Getriebes verstellbar anzuordnen, kann auch die antriebsseitige Nutenscheibe
2 in einer um die Achse der Hohlwellen 6 verstellbaren Schwinge drehbar gelagert
und durch Verstellen dieser Schwinge das übersetzungsverhältnis geändert werden.