DE2900373C3

DE2900373C3 - Getriebe zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Hubbewegung veränderlicher Amplitude

Info

Publication number: DE2900373C3
Application number: DE2900373A
Authority: DE
Inventors: Dino Albano Laziale Roma Dinelli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-06
Filing date: 1979-01-05
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2900373B2; NL7900099A; FR2414157A1; AR220924A1; SE441772B; JPS54101053A; SE7900108L; BE873328A; DE2900373A1; AU520600B2; NL176600B; MX148210A; GB2012017A; CA1109293A; NZ189302A; FR2414157B1; PL212679A1; BR7900144A; YU1679A; PL119339B1

Description

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b die Länge der Verbindungsstange (45) ist. welche den Zapfen (43, 44) an der Scheibe (41, 42) oder Kurbel mit der mittleren Verbindungs- -»s stange (46) verbindet.

b\ die Länge der Verbindungsstange (47). welche die mittlere Verbindungsstange (46) mit dem Zapfen (50) an der Wippe (51) verbindet.

λ der Winkel, den die Verbindungsstange (45) der Länge (b) mi: der Hubrichtung bilde), wenn der Zapfen (43,44) an der Scheibe (41,42) oder Kurbel auf der die Drehpunkte der beiden Scheiben oder Kurbeln verbindenden Linie liegt.

β der Winkel, den die Verbindungsstange (47) der Länge (b\) mit der Hubrichtting bilde), wenn der Zapfen (43,44) an der Scheibe (41,42) oder Kurbel auf der die Drehpunkt der beiden Scheiben oder Kurbein verbindenden Linie liegt.

γ der Winkel, den die Verbindungsstange (47) der Länge (b\) mit der Htibrichiung bildet, wenn von den Zapfen (43,44) an den Scheiben (41,42) oder Kurbeln der eine Zapfen (41) die obere Stellung und der andere Zapfen (44) die untere

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60 Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.

Bei einem bekannten Getriebe dieser Art (FR-PS 1J 88 925) koppeln die Verbindungsstangen unmittelbar, das heißt ohne Zw ischenschaliung weiterer Lenker oder dgL die Zapfen an der Wippe mit den Zapfen an der Scheibe. Ein exakter Nuühub des hin- und herbeweglichen Bauteils ist bei einer solchen Konstruktion nicht realisierbar.

Es ist auch schon ein Getriebe bekannt (GB-PS 4 50 347). das ebenfalls zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine Hubbewegung veränderlicher Amplitude dient und bei dem" ein hin- und herbewegliches Bauteil, wie der Kolben einer Kolbenpumpe mit dem Zentrum einer Wippe verbunden ist. Diese Wippe hat an ihren beiden Enden Längsschlitze, in welche Kulissensteine an den Enden von entgegengesetzt antreibbaren Kurbeln greifen. Durch Verändern der Phasenlage dieser Kurbeln zueinander läßt sich der Hub des hin- und herbeweglichen Bauteils zwischen einem Maximalwert und dem Wert Null einstellen. Dieses bekannte Getriebe ist zur Übertragung großer Kräfte wegen der Verwendung der Kulissensteine nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die kleinste Amplitude der Hubbewegung des hin- und herbeweglichen Bauteils exakt auf Null einstellbar ist!

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs.

Bei Verwirklichung der Merkmale des Patentanspruchs IaBt sich eine Einstellung auf exakt Null dadurch erreichen, daß die Phasenverschiebung zwischen den beiden Scheiben oder Kurbel·? bei cc !gegengesetzten Drehrichtungen zu Null Grad und bei gleichen Drehrichtungen zu 180 Grad gewählt wird.

Das erfindungsgemäße Getriebe besteht aus bekannten Bauteilen, die gewöhnlich in mehreren Ausführungstypen und Größen für verschiedene Zwecke hergestellt werden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, beim Bau von Maschinen auf der Basis des erfindungsgemäßen Getriebes Einsparungen zu verwirklichen und ihre Betriebssicherheit selbst Ober lange Betriebszeiten sicherzustellen.

Die Möglichkeit, die kleinste Amplitude der Hin- und Herbewegung exakt auf Null zu verringern, hat bei.-ächtliche Bedeutung für zahlreiche praktische Anwendungsfälle, z. B. bei Verwendung des Getriebes zum Betätigen einer Kolbenpumpe, die eine Flüssigkeit in ein unier Druck stehendes System einspeist.

In solchen Fällen bleibt die Widerstandskraft konstant, ungeachtet der Amplitude der Hin* und Herbewegung, selbst wenn diese sehr klein, aber nicht Null, ist.

Die Aniriebsquelle muß daher unier hasl einschalten= so daß die Notwendigkeit einer speziellen Vorrichtung zwingend wird.

Wenn es umgekehrt möglich ist. den Pumpenhub auf Null einzustellen, kann der Anlauf vorgenommen werden, selbst wenn keine Arbeit geleistet wird, und der Motor kann praktisch belastungsfrci eingeschaltet werden. Es ist somit möglich, den Motor erst dann

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allmählich /u belasten, wenn er eine bestimmte siehende Drehzahl erreicht hat. Ein großes Anwendunsgebiet besieht für das erfindungsgemaße Getriebe in Verbindung mit Kolbenpumpen mit veränderlichem Hub.

Als Beispiele in diesem Zusammenhang können genannt werden:

a) das Bewegen von Flüssigkeiten in kontinuierlichen Prozessen, bei denen Veränderungen der Durchflußrate im Betrieb vorteilhaft sind;

b) die völlige Ausnutzung von innerhalb weiter Grenzen veränderlicher Antriebskräfte, beispielsweise jener von Windmotoren, für das Verpumpen von Flüssigkeiten, und

c) die optimale Ausnutzung einer unveränderlichen vorhandenen Kraft, z. B. wenn durch eine lange Rohrleitung Flüssigkeiten veränderlicher Eigenschaften, denen verschiedene Druckabfälle entsprechen, gepumpt werden sollen oder wenn die gleiche Flüssigkeit auf verschiedene Niveaus hochgepumpt werden soll, wie es beim Füllen eines großen Behälters durch Hochpumpen der rlüssigkeit geschieht.

Die Änderung der Phasenverschiebung zum Zwecke der Einstellung der Amplitude der Hin- und Herbewegung auf den zweckdienlichsten Betrag läßt sich dadurch automatisieren, daß die Schwenkstellung des Differentialgetriebegehäuses über eine Folgesteuerung an die Beträge eines zweckentsprechend gewählten meßbaren Parameters gekoppelt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform eines Getriebes nach der Erfindung und

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Verändern der Phasenverschiebung zwischen zwei drehbaren Scheiben des Getriebes nach F i g. 1.

Gemäß Fig. 1 sind zwei Scheiben 41 und 42, die mit derselben Frequenz drehantreibbar sind und in gleichem Abstand von den zugehörigen Drehpunkt angeordnete Zapfen 43 und 44 tragen, über Verbindungsstangen 45, 46 und 47 und Zapfen 48,49 und 50 mit den Enden einer Wippe 51 verbunden die mit einem zentral angeordneten Zapfen 52 mit einem Bauteil 53 verbunden ist. das ausschließlich nur hin- und herbewegbar ist.

Die Länge der Verbindungsstangen 45 ist mit b bezeichnet, die Länge der Verbindungsstangen 46 mit k, die Länge der Verbindungsstangen 47 mit b\, der Schwenkradius der Wippe 51 mit /. der Drehradius der Zapfen 43 und 44 mit r, der Abstand zwischen den beiden Drehpunkten der Zapfen 43 und 44 mit d; <x und β bezeichnen die Winkel, welche die Verbindungsstangen 45 und 47 mit der Vertikalen bilden, wenn die Zapfen 43 und 44 eine Stellung an der waagerechten Linie einnehmen, die durch ihre Drehpunkte geht; γ ist der Winkel, den die Verbindungsstangen 47 mit der Vertikalen bilden, wenn der Zapfen 43 die obere und der Zapfen 44 die untere Stellung an der zugehörigen Kreisbahn einnimmt, die von ihm durchwandert wird.

Begriffe wie »oben«, »unten«, »vertikal« und »waagerecht« beziehen sich ausschließlich auf die Darstellung in Fig. I, da das gesamte Getriebe willkürlich geschwenkt werden kann, ohne daß irgendeine Änderung in den Ergebnissen eintritt.

Es hat sich herausgestellt, daß. damit die kleinste Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung auf Null einstellbar wird, die geometrischen Abmessungen des Systems ·>α gewählt sein sollten, daß die Beziehung

b cos \ -τ b\ cos β = b-r b\ cos γ

', erfüllt wird.

Werte für die Abmessungen, welche die vorstehend genannte Null-Bedingung im Einklang mit den gestellten Forderungen erfüllen, lassen sich durch eine einfache mathematische Berechnung ermitteln. Für das κι in Fi g. I dargestellte Beispiel ist angenommen worden, daß die maximale Amplitude der Hin- und Herbewegung 4 betragen soll.

Durch Einsetzen beispielsweise der Werte

b = b, = 8.

r == 2 (entsprechend der größten

Amplitude 4),
k =6,

d = 93 und
/ = 3,75

erhält man

a = β = 14° 30',
cos et = cos β = 03682,
γ = 20° 30',
cos γ = 03367,

so daß die Nulleinstellungsbedingung erfüllt ist, insofern als

8 - 0,9682 + 8 · 03682 = 15.49

8 + 8 · 03367.

Selbstverständlich ist in dem Beispielsfall, in dem für die größte Amplitude ein bestimmter Betrag, nämlich 4. gefordert wurde, die angegebene Lösung nur eine unter unendlich vielen möglichen Lösungen.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung, mit der es möglich ist. die Phasenverschiebung während der Drehung der beiden drehbaren Scheiben willkürlich zu verändern. Eine von einer Antriebsvorrichtung drehantreit-bare treibende Welle 25 betätigt direkt eine drehbare Scheibe 21 oder eine Kurbel, die einen Zapfen 23 trägt. Die Welle 25 überträgt ihren Antrieb über ein Differentialgetriebegehäuse 27 auch auf eine drehbare Welle 26, die eine Scheibe 22 mit einem Zapfen 24 dreht.

Scheiben und Zapfen entsprechen den anhand F i g. 1 beschriebenen, dort jedoch mit 41, 42, 43, 44 bezeichneten Bauteilen.

Das Differentialgetriebegehäuse 27 ist mittels einer Welle 28 willkürlich verriegelbar oder schwenkbar.

Wenn die Ausgangsstellung die in F i g. 2 gezeichnete ist und die Welle 25 beginnt, sich in der angegebenen Richtung zu drehen, dann wird, wenn die Welle 28 blockiert und somit das Differentialgetriebegehäuse 27 station³·/- gehalten ist, die Drehbewegung der Welle 25 auch auf die Welle 26 übertragen und die Scheiben 21 und 22 werden mit derselben Frequenz in derselben Richtung drehangetrieben. Zum Umkehren der Drehrichtung der Scheibe 22 genügt es, ein Zahnrad 29 in die mit strichpunktierten Linien gezeichnete Stellung 29' zu wechseln. Für die Zapfen 23 und 24 herrscht Phasenübereinstimmung, so daß die Amplitude der hin- und hergehenden Bewegung ihren größten Betrag hat.

Es sei nun angenommen, daß in der vorstehend angegebenen Ausgangsstellung bei stillstehender Welle 25 die Welle 28 in der mit einem Pfeil angegebenen Richtung gedreht wird, so dall das Differentialgetriebegehäuse 27 um 90° geschwenkt wird und eine Achse 35 eine Stellung rechtwinklig zur Zeichnungsebene «in-

nimmt. Während der Bewegung des Differenlialgctriebegeliiiuses 27 bleibt ein Zahnrad 31 still stehen, da sieh die Welle 25 nicht dreht, Zahnräder 32 und 33 führen jedoch eine Viertelumdrehung in der Gegenrichtung aus. so daß ein Zahnrad 34 ein..' halbe Umdrehung gedreht wird und die Welle 26 und die Scheibe 22 dreht: die folge ist eine Versetzung des Zapfens 24 um 180 . Somit wurde zwischen den beiden Zapfen 23 und 24 eine Phasenverschiebung von 180 herbeigeführt. Daraus ergibt sich, daß es durch entsprechendes Drehen der Welle 28 möglich ist. /wischen den Zapfen 23 und 24 eine willkürliche Phasenverschiebung herzustellen.

Dies gilt auch für das in Betrieb befindliche Getriebe. Wenn die Welle 25 mil einer bestimmten Geschwindigkeit drehangetrieben wird und die Welle 28 stillsteht, werden die Zahnräder 30, 31, 34 und 29 ebenso mit derselben Geschwindigkeit gedreht. Durch Drehen der Welle 28 und somit des Differentialgetriebegehäuses 27. wahrend die Zahnräder 3ö und 3i ihre Bewegung beibehalten, da das Zahnrad 31 an die Bewegung der Welle 25 gebunden ist. wird den Zahnrädern 32, 33 und 34 eine zusätzliche Bewegung erteilt, die sich so lange. wie sich die Welle 28 weiterdreht, zur vorhandenen Bewegung addiert. Wird die Drehung der Welle 28 gestoppt, wird das Zahnrad 34 erneut mit der Drehzahl des Zahnrades 31 gedreht, es behält jedoch die Phasenverschiebung bei. die während der Uewegung der Welle 28 stattgefunden hat. Die in Cig. 2 dargestellte Aiisführiingsform ist selbst\erständlich abwandelbar, beispielsweise durch Anordnen der Wellen 25 und 26 rechtwinklig zueinander. F.rsetzen der Scheiben 21 und 22 durch Kurbelwellen. Schwenken des Differenlialgetriebegehäuses 27 mittels eines Hebels und durch andere Maßnahmen.

Das Getriebe unterscheidet sich deutlich von jenen mit Differcntialgehäuse. z. B. in Kraftfahrzeugen, weil die Kraft auf die Welle 25 und somit auf das Zahnrad 31 übertragen wird und nicht auf die Welle 28. welche die Antnebsübertragung auf die Zahnräder 31 und 34 durch das Schwenken des Dit'fereniiaigeiriebegeiiäiises 27 vornimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Getriebe zum Umwundein einer Drehbewegung in eine Hubbewegung veränderlicher Amplitude, bei dem

a) ein hin- und herbewegliches Bauteil durch einen Zapfen mit dem Zentrum einer Wippe verbunden ist. die an ihren Enden zwei in gleichem Abstand vom genannten Zentrum angeordnete Zapfen trägt, welche ihrerseits mit zwei Verbindungsstangen verbunden sind, die über Zapfen an zwei mit derselben Frequenz drehangetriebenen Scheiben oder Kurbeln mit gleicher Exzentrizität angelenkt sind, und bei dem

b) die Phase in der Anlenkung an den Scheiben oder Kurbeln gegeneinander verschiebbar ist.

dadurch gekennzeichnet, daß

c) die an den beiden mit derselben Frequenz drehangetriebenen Scheiben (41, 42) oder Kurbeln außermittig angeordneten Zapfen (43, 44) mit den zugehörigen Zapfen (50, 50) an der Wippe (51) jeweils durch drei in Reihe gelenkig miteinander gekoppelte Verbindungsstangen (45, 46, 47) verbunden sind, von denen die mittlere (46) für eine Hin- und Herbewegung parallel zi-r Hubbewegung zwangsgeführt ist. welche durch den D.rehpus':t der zugehörigen Scheibe (41,42) oder Kurbel geht:

d) die geometrischen Abmessungen des Getriebes so gewählt sind, daß die Bedingung

b cos λ + b\ cos β = b+b\ cos γ
erfüllt ist. worin

Stellung seiner zugehörigen kreisb.ihn einnimmt.