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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung
mit stufenlos veränderlicher Übersetzung, bei dem die Drehbewegung durch ein erstes
Teilgetriebe zunächst in eine translatorische Bewegung umgesetzt wird, deren Hub
entsprechend dem Übersetzungverhältnis verstellt wird, und bei dem die translatorische
Bewegung anschließend durch ein zweites Teilgetriebe wieder in eine Drehbewegung
zurückgewandelt wird.
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In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, die Drehzahl
einer Antriebsquelle möglichst stufenlos an die gewünschte Drehzahl einer angetriebenen
Maschine oder dergleichen anzupassen, ohne daß dabei viel Leistung verlorengeht
oder die Antriebsquelle außerhalb ihres optimalen Arbeitsbereiches arbeiten muß.
Zur stufenlosen Veränderung der Übersetzung sind hydrodynamische Getriebe1 stufenlose
Keilriemengetriebe und Kettengetriebe sowie elektrische Antriebe (z.B. dieselelektrische
Antriebe) bekannt. Diese bekannten Getriebe haben jedoch den Nachteil, entweder
zu aufwendig aufgebaut zu sein oder einen schlechten Wirkungsgrad zu haben, so daß
sie für viele Verwendungszwecke nicht in Frage kommen.
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Aus der DE-OS 19 10 698 ist bereits ein Getriebe zum Übertragen einer
Drehbewegung mit stufenlos veränderlicher Übersetzung der eingangs angegebenen Art
bekannt, bei der die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung mit veränderlichem
Hub umgesetzt und anschließend durch ein weiteres Getriebe in eine Drehbewegung
zurückgewandelt wird. Bei diesem Getriebe hat die translatorische Bewegung jedoch
eine sinoide Form, so daß sich bei der anschließenden Rückwandlung mittels Zahnstangen-Zahnrad-Getriebe
keine gleichförmige Drehbewegung ergibt, was einen ungleichmäßigen Antrieb der zu
treibenden Maschine, erhöhten Verschleiß und hohe Arbeitsgeräusche zur Folge hat.
Außerdem hat das bekannte Getriebe den Nachteil, daß der Kraftfluß nicht umkehrbar
ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe
mit stufenlos veränderlicher Übersetzung vorzuschlagen, das sich bei großem Wirkungsgrad
durch eine lineare Drehwinkelgeschwindigkeit an der Ausgangswelle auszeichnet.
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Das erfindungsgemäße Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß als
erstes Teilgetriebe ein Kurbelgetriebe vorgesehen ist, dessen Pleuelstange mit ihrem
freien Ende in einer auf einer Kurvenscheibe angeordneten Kurvenbahn geführt ist,
daß die Kurvenscheibe und das zweite Teilgetriebe zur Erzeugung einer translatorischen
Schrägkomponente relativ zueinander schwenkbar sind, wobei der Winkel der Verschwenkung
für die Übersetzung maßgebend ist, daß das freie Ende der Pleuelstange zum Übertragen
einer Schrägkomponente mit dem zweiten Teilgetriebe gekuppelt ist und daß die Kurvenbahn
auf der Kurvenscheibe einen solchen Verlauf hat, daß sich am Ausgang des zweiten
Teilgetriebes eine Drehbewegung mit linearem Drehwinkelverlauf ergibt.
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Ein solches Getriebe hat den Vorteil, daß auf einfache Weise gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung die Drehrichtung der Abtriebswelle dadurch umkehrbar
ist, daß die Kurvenscheibe und das zweite Teilgetriebe von einer Mittelstellung
heraus, in der keine Schrägkomponente erzeugt wird, zur Erzeugung einer Vorwärts-
oder Rückwärtsbewegung nach beiden Seiten relativ zueinander schwenkbar sind. Das
erfindungsgemäße Getriebe hat den weiteren Vorteil, daß der Kraftfluß umkehrbar
ist, was bei Getrieben mit Freiläufen nicht möglich ist.
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Da das erfindungsgemäße Getriebe die Drehbewegung der Eingangswelle
nur über einen begrenzten Bereich übertragen kann, besteht eine vorteilhafte Getriebeanordnung
aus zwei Getrieben der erfindungsgemäßen Art, wobei die Kurbeln der beiden Getriebe
um 90" gegeneinander versetzt angeordnet sind und die Ausgänge der zweiten Teilgetriebe
über von Nocken gesteuerte Schaltkupplungen mit einer Ausgangswelle verbunden sind.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Getriebeanordnung in Draufsicht auf die in Nullstellung stehenden Kurvenscheibe,
Figur 2 einen Ausschnitt aus der Figur 1 mit der Kurvenscheibe in Antriebstellung,
Figur 3 eine Ansicht der Getriebeanordnung nach Figur 1 mit der Kurvenscheibe von
der Seite gesehen und Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der Kurvenscheibe, aus
der die Form der Kurvenbahn hervorgeht.
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Die erfindungsgemäße Getriebeanornung mit zwei Getrieben wird zunächst
anhand der Figuren 1 und 3 näher beschrieben. Die Antriebswelle 1 treibt über die
Zahnräder 25 und 26 zwei Kurbelwellen 2 an. Da die beiden Getriebe zur Erzeugung
einer gleichförmigen Drehbewegung an der Ausgangswelle 23 zwar um 90" phasenverschoben
arbeiten, aber sonst gleich aufgebaut sind, soll nachfolgend nur eines der Getriebe
näher erläutert werden.
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An der Kurbelwelle 2 ist eine Kurbel 3 angeordnet, die eine Pleuelstange
4 antreibt. Das freie Ende 7 der Pleuelstange 4 ist in einer Kurvenbahn 6 einer
Kurvenscheibe 5 geführt und beschreibt die durch die Kurvenbahn 6 vorgegebene Bahn.
Mit diesem freien Ende 7 der Pleuelstange 4 ist starr ein Gelenk 8 verbunden, das
über einen Lenker 9 und ein Übertragungsglied 10 mit einer durch eine Parallelführung
11 geführten Zahnstange 13 verbunden ist.
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Die Zahnstange 13 treibt wiederum ein Zahnrad 14 an.
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Bei der in der Figur 1 gezeigten Nullstellung der Kurvenscheibe 5
gegenüber der Parallelführung 11 des Zahnstangengetriebes wird beim Umlauf des freien
Endes 7 der Pleuelstange 4 keine Schrägkomponente auf die Zahnstange 13 übertragen.
Aus diesem Grunde steht das Zahnrad 14 am Ausgang des zweiten Getriebeteils 11,
13, 14 still. Wird jedoch, wie Figur 2 zeigt, das zweite Getriebeteil 11, 13, 14
mittels des Bedienungshebels 29 um ein Schwenklager 12 gegenüber der strichpunktierten
Nullinie 28 verstellt, so wird beim Durchlauf des freien Endes 7 der Pleuelstange
4 entlang der Kurvenbahn 6 an der Zahnstange 13 ein Hub 27 erzeugt, der das Zahnrad
14 antreibt. Dieser Hub ist um so größer, je mehr das zweite Getriebeteil 11, 13,
14 mittels des Bedienungshebels 29 gegenüber der Nullinie 28 verstellt wird. Der
sich ergebende Hub 27 ist ein Maß für das Übersetzungsverhältnis.
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Da die Zahnstange 13 und damit das Zahnrad 14 bei einem vollen Umlauf
der Kurbel 3 eine Hin- und Herbewegung ausführt, ist ein Dazwischenschalten von
Schaltkupplungen erforderlich, um an der Ausgangswelle 23 eine kontinuierlich umlaufende
Drehbewegung in einer Richtung zu erzeugen. Wie insbesondere aus Figur 3 hervorgeht,
ist das Zahnrad 14 jedes Getriebes über zwei Schaltkupplungen 15 und 16 mit Zahnrädern
17 bzw. 19 kuppelbar. In der ersten Drehrichtung des Zahnrades 14 wird z.B. diese
Bewegung über Kupplung 15 auf das Zahnrad 17 übertragen, während in der zweiten
Drehrichtung die Kupplung 16 die Drehbewegung des Zahnrades 14 auf das Zahnrad 19
überträgt. Die Hinbewegung gelangt von dem Zahnrad 17 über das Zahnrad 21 auf die
Ausgangswelle 23, während die Rückbewegung des Zahnrades 19 über ein Umkehr zahnrad
20 und das Zahnrad 22 auf die Ausgangswelle 23 gekuppelt wird.
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Die Steuerung der beiden Schaltkupplungen 15 und 16 erfolgt durch
auf einer der Kurbelwellen 2 angeordnete Steuernocken 24 (Figur 1) die die Kupplungen
im richtigen Zeitpunkt schalten.
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Die Schaltpunkte der Kupplungen 15 und 16 sind so gelegt, daß die
Drehbewegung des Zahnrades 14 nur dann auf die Zahnräder 17 bzw.
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19 übertragen wird, wenn sich das Kurvenbahngetriebe 6,7 im linearen
Arbeitsbereich befindet, d.h., wenn die Drehbewegung an der Kurbelwelle 2 in eine
translatorische Bewegung mit linearem Verlauf umgewandelt wird. Im Bereich der Umkehrpunkte
der Bewegung ist die translatorische Bewegung nicht linear, so daß die Kupplungen
15 bzw. 16 getrennt werden müssen.
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Um diesen nicht verwertbaren Bereich zu überbrücken, ist das (in den
Figuren 1 und 3 rechts gezeichnete) zweite Getriebe vorgesehen, das gegenüber dem
ersten um 90" phasenverschoben arbeitet.
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Hierzu ist die Kurbel 3 um 900 verdreht auf der Kurbelwelle 2 angeordnet.
Die entsprechenden Kupplungen 15 und 16 des zweiten Getriebes arbeiten gegenüber
den ersten ebenfalls um 90" verschoben.
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In Figur 4 ist in vergrößerter Darstellung der Kurvenverlauf der Kurvenbahn
6 auf der Kurvenscheibe 5 gezeigt. Die Kurvenbahn 6 wird durch eine innere Begrenzung
32 und eine äußere Begrenzung 31 gebildet. Das freie Ende 7 der Pleuelstange 4 wird
mittels zweier Stützrollen 37 und 38 in der Kurvenbahn 6 geführt. Die Arbeitswinkel
34 (für den Hinlauf) und 35 (für den Rücklauf) dieses Getriebes betragen je ca.
1100, d.h., daß in diesen Bereichen eine lineare Beziehung zwischen der Drehbewegung
der Eingangswelle 1 und der translatorischen Bewegung am Eingang des zweiten Getriebeteils
11, 13, 14 besteht, so daß ein Arbeitsbereich der Kupplungen 15 bzw. 16 von 90"
gewählt werden kann.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle des Zahnstangen-Zahnrad-Getriebes
13, 14 ein Seilzuggetriebe mit Seiltrommel vorzusehen. Entscheidend ist nur, daß
bei dieser Art von zweitem Teilgetriebe die Eingangsbewegung an der Parallelführung
11 eine lineare Beziehung zum Drehwinkelverlauf der Antriebswelle 1 hat.
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Diese Beziehung kann durch entsprechende Gestaltung der Kurvenbahn
6 hergestellt werden.
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Es ist auch möglich, das zweite Teilgetriebe 11, 13, 14 zur Verstellung
der Übersetzung stationär zu lassen und stattdessen die Kurvenscheibe 15 zu schwenken,
um die Schrägkomponente zum Antrieb zu erzeugen.
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Um die Drehrichtung an der Ausgangswelle 23 umzukehren, muß der Verstellhebel
29 in die gegenüber der Figur 2 entgegengesetzte Richtung, also (in der Zeichnung)
nach unten, verstellt werden.
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