DE1300756B

DE1300756B - Gearbox with directional clutch

Info

Publication number: DE1300756B
Application number: DE1967T0033446
Authority: DE
Original assignee: Thermo Industrie GmbH and Co KG
Current assignee: Thermo Industrie GmbH and Co KG
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1967-03-15
Publication date: 1969-08-07

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos regelbares Schaltwerksgetriebe mit Exzenterwalzen zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung, die auf entgegengesetzten Seiten mit in festem Abstand angeordneten Rollen stetig kraftschlüssig zusammenwirken, wobei die Exzenterwalzen so kalibriert und ausgebildet sind, daß sie zum stufenlosen Regeln der Winkelgeschwindigkeit axial verschiebbar gelagert sind, nach Patent 1252498. The invention relates to an infinitely variable gearbox with eccentric rollers for converting a rotary movement into a reciprocating movement, which continuously cooperate positively on opposite sides with rollers arranged at a fixed distance, the eccentric rollers being calibrated and designed so that they are continuously variable Control of the angular velocity are axially displaceable, according to patent 1252498.

Bei diesen Schaltwerksgetrieben muß während des Kupplungsvorganges bis zur-vollen Krafttibertragung ein bestimmter Drehwinkel überwunden werden. Das hat die nachteilige Folge, daß die Drehzahl der Abtriebswelle vorübergehend absinkt und dadurch das Drehmoment nicht stoßfrei übertragen wird.In these gearboxes, during the clutch process a certain angle of rotation can be overcome until full power transmission is achieved. That has the disadvantageous consequence that the speed of the output shaft drops temporarily and as a result the torque is not transmitted smoothly.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auch bei hoher Drehzahl der Antriebswelle einen sicheren und stoßfreien Eingriff von treibenden und getriebenen Schaltwerksteilen während des Kupplungsvorganges zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Rollenträger und getriebener Welle als Richtgesperre eine Klauenkupplung und ein auf die mit den Rollenträgern verbundene Antriebskupplungsklaue wirkendes Stellglied vorgesehen ist, durch das eine Verschiebung der Rollen in Längsrichtung der Antriebswelle zur vorübergehenden Steigerung der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsklaue über die der Abtriebsklaue erreicht wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein periodisches Zusammenwirken des Stellgliedes mit der Klauenkupplung bei jeder Umdrehung der Antriebsw,elte in für-die Gleichmäßigkeit der Drehbewegung der Abtriebswelle vorteilhafterweise erreicht.The object of the present invention is, even at high speed the drive shaft a safe and shock-free engagement of the driving and driven To enable rear derailleur parts during the coupling process. This task will according to the invention solved in that between the roller carrier and driven shaft as a directional lock a claw coupling and one connected to the roller carriers Drive clutch claw acting actuator is provided through which a displacement the rollers in the longitudinal direction of the drive shaft to temporarily increase the Angular speed of the drive claw via which the output claw is reached. The measures according to the invention result in a periodic interaction of the actuator with the claw coupling with every revolution of the drive shaft, elte in for-the evenness the rotational movement of the output shaft advantageously achieved.

Als konstruktiv und funktionell besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Stellglied aus einem die Axialverschiebung der Rollenträger periodisch steuernden Nocken besteht, der durch eine Feder in ständigem Kraftschluß mit einer Rollenträger und Antriebsklaue verbindenden Welle gehalten wird. Dadurch* läßt sich In eilidthei, weise die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsklaue vor dem Kupplungseingriff über die der Abtriebsklaue steigern und nach erfolgtem Eingriff auf die Geschwindigkeit der Abtriebswelle vermindern, wodurch das unerwünschte Absinken der Geschwindigkeit der Abtriebswelle vermieden wird.It has proven to be particularly advantageous in terms of construction and function exposed when the actuator consists of an axial displacement of the roller carrier periodically controlling cam consists of a spring in constant frictional connection is held with a roller carrier and drive claw connecting shaft. Through this* can be In eilidthei, wise the angular velocity of the drive claw before the Increase clutch engagement via that of the output claw and after engagement to reduce the speed of the output shaft, causing the undesirable drop the speed of the output shaft is avoided.

In den Fällen, in denen der Eingriffs.weg.f.ür.die, Antriebsklaue verhältnismäßig kurz isf, so daß die Verschiebung der Rollen auf den Exzenterwalzen in Längsrichtung der Antriebswelle keine genügende Steigerung der Geschwindigkeit der Antriebsklaue zur Folge hat,_ ist."es zwecWVßig, gipe -, ztj5 4iche Exzenterradiusve-r-gr'ö'13er#un#g'>##>iii'##'ife##m#'-,Üuer#ich'--'de-t-', Exzenterwalzen vorzusehen, in gehende Steigerung der WinkelgtgdhWindigkilt' der Antriebsklaue über die der Abtriebsklaue erreicht werden soll.In those cases in which the engagement path for the drive claw is relatively short, so that the displacement of the rollers on the eccentric rollers in the longitudinal direction of the drive shaft does not result in a sufficient increase in the speed of the drive claw. " es zwecWVWEIS, gipe -, ztj5 4iche eccentric radius ve-r-greater'13er # un # g '>##>iii'##'ife## m #' -, Üuer # ich '-' de-t- 'To provide eccentric rollers, in going increase of WinkelgtgdhWindigkilt' of the drive claw over which the output claw is to be reached.

Ein Vermindern der Eingriffsfrequenz der einzelnen Klauenpaare, was insbesondere bei hohen Drehzahlen der Ä#ntriebswelle im Hinblick auf den Verschleiß der Kupplungsteile von Vorteil ist, wird dadurch erreicht, daß entweder die Antriebs- und die Abtriebsklaue je zwei Eingriffsflächen tragen, die paarweise mittels des die Axialbewegung der Antriebsklaue steuernden Nockens bei jeder Umdrehung abwechselnd zum Eingriff kommen, oder daß eine Vielzahl von in ihrer Eingriffsfolge durch Nocken gesteuerten, einander zugeordneten Klauenpaaren vorgesehen ist.A reduction in the frequency of engagement of the individual pairs of claws, which is particularly advantageous at high speeds of the drive shaft with regard to the wear of the coupling parts, is achieved in that either the drive and output claws each have two engagement surfaces, which are connected in pairs by means of the Axial movement of the drive claw controlling cam alternately come into engagement with each revolution, or that a plurality of claw pairs controlled in their engagement sequence by cams is provided.

An Hand der Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsforinen dargestellt sind, wird die Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 das erfindungsgemäße Schaltwerksgetriebe mit als Schwinghebel ausgebildeten Rollenträgern, teilweise geschnitten, F i g. 2 ein Diagramm des Winkelgeschwindigkeitsverlaufs der Rollenträger bzw. der mit ihnen verbundenen Antriebsklauen, F i g. 3 eine mögliche Ausgestaltung der Schrägverzahnung der Kupplungsklauen, F i g. 4 eine Kupplung mit mit je zwei Eingriffsflächen versehener Antriebs- und Abtriebsklaue. Gemäß F i g. 1 ist die Antriebswelle 1 mit einem aus zwei Exzenterwalzen 2 und 3 bestehenden Doppelexzenter versehen. Dieser steht auf seiner Vorderseite mit einer Rolle 4 und auf seiner Rückseite mit einer Rolle 5 -in, kraftschlüssiger Verbindung. Die Rollen sind je;,#eils durch Achsen 6 bzw. 7 mit den gabelförmigen Enden 8 bzw. 9 der als Schwinghebel 10 bzw. 11 ausgebildeten Rollenträger verbunden. Auf der Abtriebswelle 12 ist eine Hohlwelle 13 drehbar gelagert, die die Hebel 10 und 11 trägt -und an ihrem- einen Ende als Antri#bsklaue 14 auijebildet ist, die in vorbestimmtern Rhythmus mit der -mit der Abtriebswelle verbundenen Abtriebsklaue 15 in Eingriff gebracht wird.' Hierzu dient eine Spiralfieder 16 und ein Exzenter 17, dessen Bewegungen von der Antriebswelle 1 gesteuert -werden. Die Greifflächen der Klauen 14 und 19 können aus einer aufge#auhten Metallfläche sowie aus Leder, Kunststoff od. dgl. bestehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die ' Eingriffsflächen mit einander entsprechenden Verz#hnungen ausgerüstet.The invention is explained in more detail with reference to the drawings, in which preferred embodiments are shown. In the drawings, F i g. 1 the gearbox according to the invention with roller carriers designed as rocker arms, partially in section, FIG. 2 shows a diagram of the angular velocity curve of the roller carriers or the drive claws connected to them, FIG . 3 shows a possible embodiment of the helical toothing of the coupling claws, FIG. 4 a coupling with drive and output claws each provided with two engagement surfaces. According to FIG. 1 , the drive shaft 1 is provided with a double eccentric consisting of two eccentric rollers 2 and 3. This stands on its front with a roller 4 and on its back with a roller 5 - in, non-positive connection. The rollers are each connected by axles 6 and 7, respectively, to the fork-shaped ends 8 and 9 of the roller carriers designed as rocking levers 10 and 11, respectively. On the output shaft 12, a hollow shaft 13 is rotatably mounted, which carries the levers 10 and 11 - and is designed at one end as a drive claw 14, which is brought into engagement with the output claw 15 connected to the output shaft in a predetermined rhythm . ' A spiral feather 16 and an eccentric 17, the movements of which are controlled by the drive shaft 1, are used for this purpose. The gripping surfaces of the claws 14 and 19 can consist of a sutured metal surface as well as leather, plastic or the like. In the present embodiment, the 'engagement surfaces with each respective delay # io n are equipped.

Das ganze Schaltwerksgetriebe besteht beispielsweise aus drei li(ippeltxzefttetfi mit entspredhenden Schwinghebeln und Klauenkupplungen gemäßF i g. 1. Mii'diesem Schaltwerksgbiriebesoll ein Geschwiindigkeitsverlauf gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Diagramm erreicht werden. Auf der senkrechten Achse ist die7 Winkelgeschwindigk'eif der Schwinghebel, auf der waagerechten die Zeit bzw. der Drehwinkel der Antriebswelle dargestellt. Die Geschwindigkeit des ersten Schwinghebelpaares entspricht der ausgezogenp,a,,Linie, d.j-e",des gweitender gestrichelten£-ldie des dritten der strichpunktierten. Das Diagramm. geht von einem Betriebszustand aus, bei dem die Antriebsklaue des dritten Hebelpaares im Eingriff mit der Abtriebsklaue steht. Die Geschwindigkeit des ersten He#elpaares wird, von.. Null ausgehend, über die Wienlke.l'g.es-c'lfw'i4ii#digkeit'# de'r'A6triebswelle gesteigert und während des 'Eingriffes auf -deren Geschwindigkeit reduziert (L-Itile0ab,c). Sobald der Punktc erreicht ist, übernimmt die mit diesem Hebelpaar verbundene Antriebsklaue die übertragung des Drehmoments auf die Abtriebswelle bis zum Punkt d. Bei Punkt d überlappen sich die übertragungen des Drehmoments der zweiten und der ersten Klaue während einer kurzen Zeitspanne. Danach vermindert die erste Antriebsklaue ihre Geschwindi-keit auf Null (vgl. Punkt e), ändert ihre Richtung, wird auf die Rückführgeschwindigkeit (Punkt f) beschleunigt und behält diese Geschwindiokeit bis zum Punkt g bei, von wo aus die Geschwindigkeit wieder auf den C Nullpunkt zurückgeht, von dem aus sich der dargestellte Ablauf wiederholt.The whole gearbox consists for example of three li (ippeltxzefttetfi with corresponding rocker arms and dog clutches according to Fig . 1. With this gearbox a speed curve according to the diagram shown in Fig. 2 is to be achieved. On the vertical axis is the 7 angular speed of Rocker arm, on the horizontal the time or the angle of rotation of the drive shaft is shown. The speed of the first rocker arm pair corresponds to the solid p, a "line, dj-e", of the broader dashed line £ -l the third of the dash-dotted line. The diagram an operating state from where the drive dog of the third lever pair is in engagement with the output dog. the speed of the first He # elpaares is starting from zero .., on the Wienlke.l'g.es-speed c'lfw'i4ii # '# de'r'A6triebswelle increased and during the' engagement reduced to - its speed (L-Itile0ab, c). As soon as point c is reached, ü The drive claw connected to this pair of levers takes over the transmission of the torque to the output shaft up to point d. At point d , the transmissions of the torque of the second and the first claw overlap for a short period of time. Then the first drive claw reduces its speed to zero (see point e), changes its direction, is accelerated to the return speed (point f) and maintains this speed up to point g , from where the speed returns to the C Zero point from which the sequence shown repeats itself.

Ein derartiger Geschwindigkeitsverlauf kann mit verschiedenen Mitteln erreicht werden. Bei einer Verzahnung der Klauen gemäß Fig.3 kann unter dem Einfluß der Feder 16 im Zusammenspiel mit den sich ändernden Geschwindigkeitsverhältnissen von Antriebs- und Abtriebsklaue selbsttätig der in F i g. 2 dargestellte Geschwindigkeitsverlauf periodisch erreicht werden.Such a speed profile can be achieved by various means. In a toothing of the jaw according to Figure 3 may, under the influence of the spring 16 in conjunction with the changing speed ratios of the driving and driven claw automatically in F i g. 2 can be achieved periodically.

Bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verschiebung der Hohlwelle 13 und somit der gewünschte Geschwindigkeitsverlauf und der periodische Eingriff durch den mit der Hohlwelle kraftschlüssig verbundenen, in seiner Bewegung von der Antriebswelle 1 gesteuerten Nokken 17 hervor-erufen. Dabei wird der Nocken in seiner Form so ausgebildet, daß er die für ein einwandfreies Ein- und Auskuppeln notwendige Hin-und Herbewegung der Hohlwelle garantiert, wobei gleichzeitig der angestrebte Geschwindigkeitsverlauf erreicht wird, da die durch den Nocken 17 hervorgerufene axiale Verschiebung der Hohlwelle 13 zu einer anderen Exzenterbahn für die Rollen 4 und 5 führt. Bei geeigneter Auslegung des Nockens und seiner Steuerung kann sowohl auf die Feder 16 verzichtet als auch die in F i g. 3 dargestellte Schrägverzahnung durch eine symmetrische Zahnausbildung ersetzt werden.In the embodiment shown in the drawings, the displacement of the hollow shaft 13 and thus the desired speed profile and the periodic engagement are brought about by the cam 17 , which is non-positively connected to the hollow shaft and controlled in its movement by the drive shaft 1. The shape of the cam is designed in such a way that it guarantees the back and forth movement of the hollow shaft necessary for proper coupling and decoupling, while at the same time the desired speed profile is achieved since the axial displacement of the hollow shaft 13 caused by the cam 17 closes another eccentric track for the rollers 4 and 5 leads. With a suitable design of the cam and its control, the spring 16 can be dispensed with and the one shown in FIG. 3 shown helical gearing can be replaced by a symmetrical tooth formation.

Wenn die durch den Nocken 17 hervorgerufene axiale Verchiebung der Hohlwelle eine ausreichende Geschwindigkeitssteigerung zum gewünschten Zeitpunkt nicht gewährleistet, was beispielsweise bei nur geringem Kupplun#gsweg der Antriebsklaue der Fall sein kann, besteht die Möglichkeit, den in F i g. 2 dargestellten Geschwindigkeitsverlauf durch entsprechende Kalibrierung der Exzenterwalzen zu erreichen.If the axial displacement of the hollow shaft caused by the cam 17 does not ensure a sufficient increase in speed at the desired point in time, which can be the case, for example, with only a short coupling path of the drive claw, it is possible to use the method shown in FIG . 2 can be achieved by calibrating the eccentric rollers accordingly.

Die Winkelgeschwindigkeit der Schwinghebel und der mit ihnen über die Hohlwelle 13 verbundenen Antriebsklaue 14 wird durch die Vergrößerung des Radius der Exzenterwalzen je Grad Umdrehung der Antriebswelle bestimmt. Soll nun an einer bestimmten Stelle die Geschwindigkeit der Antriebsklaue vorübergehend über die der Abtriebsklaue gesteigert werden, so muß an dieser Stelle des Exzenters, der dem Punkt a des Diagramms entspricht, eine zusätzliche Vergrößerung des Radius je Winkelgrad vorgesehen werden (entsprechend Strecke a, b, c des Diagramms), während in der Folgezeit (Strecke e, e des Diagramms) die Zunahme des Radius je Winkelgrad konstant gehalten wird. So läßt sich also durch entsprechende Kalibrierung der Doppelexzenter ebenfalls der in F i g. 2 dargestellte Geschwindigkeitsverlauf erreichen.The angular speed of the rocker arms and the drive claw 14 connected to them via the hollow shaft 13 is determined by the increase in the radius of the eccentric rollers per degree of rotation of the drive shaft. If the speed of the drive claw is to be temporarily increased above that of the output claw at a certain point, an additional increase in the radius per angular degree must be provided at this point of the eccentric, which corresponds to point a of the diagram (corresponding to distance a, b, c of the diagram), while in the following period (distance e, e of the diagram) the increase in the radius per degree of angle is kept constant. Thus, by appropriate calibration of the double eccentric, the same as shown in FIG. 2 can achieve the speed curve shown.

Um einen stoßfreien Eingriff zu bekommen, ist es zweckmäßig, die bei der Geschwindigkeitsüberschreitung gemäß Strecke a, b, c erzielte Voreilung auf den Abstand der Zähne abzustimmen. Die für die Klauenkupplung geschilderten Maßnahmen lassen sich sinngemäß anwenden, wenn an Stelle der Klauen Zahnstangen und Zahnräder zur übertragung des Drehmoments benutzt werden.In order to achieve a smooth engagement, it is advisable to match the lead achieved when exceeding the speed according to distance a, b, c to the distance between the teeth. The measures described for the claw clutch can be applied accordingly if racks and gears are used to transmit the torque instead of the claws.

Gemäß F i g. 1 muß die Hohlwelle 13 periodisch in axialer Richtung hin- und herbewegt werden, um den periodischen Kupplungsvorgang zu erreichen. Damit können bei hoher Drehzahl der Antriebswelle Schwierigkeiten verbunden sein, die durch Reduzierung der Kupplungsvorgänge pro Zeiteinheit erheb-C lieh vermindert bzw. behoben werden können. Gemäß F i g. 4 ist eine derartige Reduzierung dadurch möglich, daß die mit den Schwinghebeln verbundene Klaue 14 mit zwei Eingriffsflächen 18 und 19 auf ihrer Vorder- und Rückseite versehen ist, während die Abtriebsklaue 15 zwei, sich mit Abstand gegenüberliegende Eingriffsflächen 20 und 21 aufweist. Durch den Nocken 17 wird die mit den Schwinghebeln verbundene Hohlwelle 13 hierbei so gesteuert, daß in ihrer linken Stellung die Flächen 19 und 20 ineinandergreifen. Nach erfolgtem Eingriff wird die Hohlwelle 13 nach rechts bewegt, so daß beim Arbeitshub der zweiten Umdrehung der Antriebswelle die Flächen 18 und 21 miteinander in Verbindung stehen. Während bei der Ausführung nach F i g. 1 bei jeder Umdrehung eine Hin- und Herbewegung der Antriebsklaue 14 erfolgt, wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 die Antriebsklaue 14 bei der ersten Umdrehung vor dem Eingriff der Flächen 18 und 21 von links nach rechts, bei der zweiten Umdrehung vor dem Eingriff der Flächen 19 und 20 rechts nach links bewegt. So läßt sich für die einzelnen Eingriffsflächen die Häufigkeit des Eingriffs und für die Welle 13 die Häufigkeit der Hin-und Herbewegung halbieren.According to FIG. 1 , the hollow shaft 13 must be moved back and forth periodically in the axial direction in order to achieve the periodic coupling process. At high speed of the drive shaft, this can be associated with difficulties which can be reduced or eliminated considerably by reducing the coupling processes per unit of time. According to FIG. 4, such a reduction is possible in that the claw 14 connected to the rocker arms is provided with two engagement surfaces 18 and 19 on its front and rear side, while the output claw 15 has two engagement surfaces 20 and 21 which are located opposite one another at a distance. The hollow shaft 13 connected to the rocker arms is controlled by the cam 17 in such a way that in its left position the surfaces 19 and 20 mesh with one another. After the engagement has taken place, the hollow shaft 13 is moved to the right, so that the surfaces 18 and 21 are connected to one another during the working stroke of the second revolution of the drive shaft. While in the execution according to FIG. 1 a back and forth movement of the drive pawl 14 takes place with each revolution, in the exemplary embodiment according to FIG. 4 the drive pawl 14 moves from left to right on the first rotation before the engagement of the surfaces 18 and 21 and from right to left on the second rotation before the engagement of the surfaces 19 and 20. The frequency of engagement can thus be halved for the individual engagement surfaces and the frequency of the to-and-fro movement for the shaft 13.

Durch Verbindung mehrerer Kupplungen mit einem Schwinghebelpaar läßt sich darüber hinaus das Verhältnis der Drehzahl der Antriebswelle zur Anzahl der Eingriffe der einzelnen. Klauenpaare beliebig vermindern.By connecting several clutches with a pair of rocker arms In addition, the ratio of the speed of the drive shaft to the number of Interventions of the individual. Reduce claw pairs as desired.

Claims

Claims: 1. Infinitely variable gear mechanism with eccentric rollers for converting a rotary movement into a reciprocating movement, which continuously work together positively on opposite sides with fixedly spaced rollers, the eccentric rollers being calibrated and designed so that they can be used to continuously regulate the Angular velocity are axially displaceable, according to patent 1252498, characterized in that a claw coupling and a drive coupling claw (14) connected to the roller carriers (10, 11 ) acting as a directional lock is provided between the roller carrier and the driven shaft, through which a displacement of the rollers (4, 5) in the longitudinal direction of the drive shaft (1) to temporarily increase the angular speed of the drive claw (14) via which the output claw (15) is reached.

2. Gearbox according to claim 1, characterized in that the actuator consists of a cam (17) which periodically controls the axial displacement of the roller carriers (10, 11) and which is in constant frictional engagement with a roller carrier and drive claw (14) by a spring (16) connecting shaft (13) is held. 3. Gearbox according to claims 1 and 2, characterized in that an additional eccentric radius enlargement is provided in the area of the eccentric rollers (2, 3) in which a temporary increase in the angular speed of the drive claw (14) is achieved over that of the output claw (15) shall be. 4. Gearbox according to claims 1 to 3, characterized in that the drive and output claws each carry two engagement surfaces (18, 19 or 20, 21), which in pairs by means of the axial movement of the drive claw (14) controlling the cam (17) come into engagement alternately with each revolution. 5. Gearbox according to claims 1 to 4, characterized in that a plurality of mutually assigned pairs of claws (19, 20; 18, 21) controlled in their engagement sequence by cams (17) is provided for reducing their respective engagement frequency.