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Schaltwerksgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf ein Schaltwerksgetriebe, vor allem für Kraftfahrzeuge, zur gleichförmigen
Übertragung der Drehbewegung mittels schwingender Hebelsysteme, wobei die Drehgeschwindigkeit
der getriebenen Welle durch Verschiebung des Drehpunktes eines Übertragungsgliedes
stetig und allmählich veränderlich ist.
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Der Erfindung gemäß vollführt das an dem Schaltwerk angreifende Glied
des Hebelsystems während seines Arbeitshubes infolge entsprechender Rückwärtskonstruktion
der Antriebsvorrichtung eine gleichförmige Bewegung. Dies wird dadurch erzielt,
daß in die Hebelanordnung ein Zwischenglied eingeschaltet ist, das unter Berücksichtigung
der Bewegungsverhältnisse des gesamten Hebelsystems derart ausgebildet ist, daß
das an dem Schaltwerk angreifende Glied während seines Arbeitshubes eine gleichförmige
Bewegung vollführt. Die einzelnen gleichförmigen Arbeitshübe des letzten Systemgliedes
reihen sich mit Pausen aneinander, die durch die versetzten gleichförmigen Einzelhübe
des letzten Gliedes eines odermehrerer anderer gleichen Hebelsysteme überdeckt werden
können, so daß das Schaltwerk eine ununterbrochen vollkommene gleichförmige Be-_
wegung überträgt, die durch einfache Verschiebung eines Drehpunktes beliebig verändert
werden kann.
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Das erwähnte Zwischenglied ist als Kurvenscheibe ausgebildet. Hierdurch
wird es ermöglicht, daß zur Erzielung gleichförmiger Bewegung der getriebenen Welle
schon zwei nebeneinanderliegende Hebelanordnungen genügen; denn es wird auf diese
Weise ermöglicht bei einem Doppelhub (Vor- und Rückhub) des letzten Gliedes den
gleichförmigen Arbeitshub zeitlich größer bzw. länger als den Rest des Doppelhubes
zu gestalten. Alsdann werden sich die gleichförmigen Arbeitshübe teilweise überdecken,
so daß man dann schon mit zwei gegeneinander versetzten Antriebssystemen die ununterbrochen
gleichförmige Gesamtbewegung des Schaltwerks erhält.
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Meistens wird bei der praktischen Ausführung des Erfindungsgedankens
die Drehbewegung der treibenden Welle auf den Hebelmechanismus mit schwingender
Bewegung und von diesem durch ein Schaltgetriebe wieder als Drehbewegung auf die
getriebene Welle übertragen, wobei das letzte Glied der Hebelanordnungen in einem
Schwingungssinne das Schaltrad mitnimmt (etwa durch Eingreifen einer Schaltklinke
in Schaltzähne oder durch Einfallen von federbelasteten Schaltdaumen in entsprechende
Löcher
des Schaltrades), während im entgegengesetzten Schwingungssinne der Hebel außer
Eingriff mit dem Schaltrad zurückschwingt. Es sind also mindestens zwei, jedoch
zweckmäßig noch mehr, etwa vier um 9o° versetzte Hebel anzuordnen, die als letzte
Glieder ebenso vieler Schaltsysteme am Schaltrad eingreifen.
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Die Übertragungsbewegung der treibenden Welle auf das erste Glied
des Antriebssystems geschieht in an sich bekannter Weise dadurch, daß eine an diesem
Glied oder an einem Vorglied angebrachte Rolle o. dgl. in mindestens einer Führungskurve
rollt oder gleitet, die an einer auf der treibenden Welle sitzenden Scheibe angebracht
ist, wodurch diesem ersten Übertragungsglied eine schwingende Bewegung erteilt wird.
Diese Führungskurve ist durch Rückwärtskonstruktion von dem letzten gleichförmig
sich bewegend gedachten Glied des Hebelsystems aus ermittelt, d. h. also die Kurve
ist derart, daß unter Berücksichtigung aller kinematischen Zwischenglieder das letzte
am Schaltwerk angreifende Übertragungsglied einen gleichförmigen Arbeitshub erhält.
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Für die sich immer wiederholende Kupplung des letzten Gliedes des
Hebelmechanismus mit dem Schaltrad ist es erfindungsgemäß wichtig, däß diese Kupplung
in beiden Drehrichtungen wirksam ist, damit auch eine Bewegungsumkehr ermöglicht
wird. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß die an den Schaltwerken wirksamen Kupplungsglieder
als radial bewegliche Mitnehmen ausgebildet sind und eine zwangsläufige Kupplung
der Hebelanordnungen mit der getriebenen Welle herstellen. Jedoch können diese Kupplungsglieder,
wie erwähnt, auch in anderer Weise anisgeführt werden und z. B. bei einem Verzicht
auf Vorwärts- und Rückwärtslauf des Getriebes als einfache Schaltklinken ausgebildet
sein.
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Zur Veränderung der Geschwindigkeit ist zweckmäßig in an sich bekannter
Weise der Drehpunkt eines zweiarmigen Zwischenhebels verschiebbar, etwa dadurch,
daß dieser Drehpunkt in einem Gleitstück angeordnet ist, welches durch einen Zahnstangentrieb
von außen auf einer Gleitbahn hin und her bewegt werden kann. Dadurch wird das Verhältnis
der Längen der beiden Arme des Zwischenhebels und damit die Winkelgeschwindigkeit
des Endpunktes des die Kraft abgebenden Hebelarmes geändert, während dem Endpunkt
des die Kraft aufnehmenden Hebelarmes immer die gleiche Geschwindigkeit erteilt
wird.
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Abb. i zeigt schematisch die Bewegungsverhältnisse des in Abb.2 beispielsweise
dargestellten Getriebes. In Abb. i ist i die treibende Welle, 2 die Scheibe mit
Führungskurve. Der Hebel 3 liegt am Endpunkt q. fest und gleitet mit dem Punkt 5
auf der Scheibe 2, so daß sein Endpunkt 6 eine auf und ab schwingende Bewegung ausführt.
Diese Bewegung wird durch Stange 7 auf Hebel 8 übertragen, der um den Punkt 9 schwingt
und in diesem in der Längsrichtung gleiten kann. Seine Endpunkte io und ii führen
schwingende Bewegungen aus. Am Punkt ii ist der Hebel i2 angelenkt, der mit dem
Endpunkt 13 festliegt und die Bewegung des Hebels 8 mitbestimmt. Dieser Lenkhebel
i2 hat in Wirklichkeit entgegengesetzte Lage, wie es Abb. 2 zeigt. Er ist in Abb.
i der leichteren Veranschaulichung wegen umgeklappt. Die Bewegung' des Punktes ii
wird auf die Stange 14 übertragen, die mit dem Endpunkt 15 am Schaltrad 16 angreift.
Das Schaltrad sitzt auf der getriebenen Welle 17.
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Im gezeichneten Beispiel ist ein Geschwindigkeitsuntersetzungsverhältnis
von Welle i auf Welle 17 von q.:1 angenommen. Die Bewegung des Punktes 15 auf dem
Achtelkreis A -A entspricht also einer halben Umdrehung der Motorwelle i
und der Führungskurve 2, und zwar entsprechen gleiche Stücke des Kreisbogens
A -A
gleichen Winkelwegen der Kurve B-B der Führungskurve 2, so daß gleichförmige
Bewegung der Welle i auch gleichförmige Teilbewegungen der Welle 17 im Geschwindigkeitsverhältnis
¢:1 hervorrufen muß, die bei Anordnung von mindestens zwei versetzten Hebelsystemen
zu einer ununterbrochen gleichförmigen Bewegung werden. Da Hebel 8 infolge der Kreisbewegung
C-C des Punktes ii um den Punkt 13 sich etwas verschiebt, rnuß der Drehpunkt 9 als
Gleitlager ausgebildet sein. Wird nun Punkt 9 verschoben, etwa bis 9a, so beschreibt
Punkt ii einen kleineren Weg Cl-Cl, so daß auch der Punkt 15 einen kleineren Kreisbogen
All-,11 beschreibt, d. h. die Geschwindigkeit der Welle 17 wird kleiner. Die Geschwindigkeit
kann bis auf o verringert werden, d. h. bis die Punkte 9 und i1 zusammenfallen.
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Abb. 2 entspricht in den Bezeichnungen i bis 17 genau der Abb. i.
Wie schon erwähnt, hat der Lenker 12 in Wirklichkeit nicht die Lage nach der Darstellung
in Abb. i, sondern die Lage nach Abb. 2. Er macht nicht nur das Hebelsystem, dessen
Hebel 8 im Gelenk 9. gleitet, zu einem kinematisch bestimmten System, sondern führt
den Gelenkpunkt ii so, dass die durch die Schwingung des Gelenkpunktes zo sonst
veranläßte Abweichung von der die gleichförmige Bewegung des Endgliedes herbeiführendenÜbertragung
ausgeglichen wird. Natürlich muß Lage und Länge des Lenkers so gewählt werden, daß
der gewollte Ausgleich erreicht wird, was durch Berechnung erzielbar ist. Der Lenker
i2 stellt also ein kinematisches Hilfsglied dar, das dazu beiträgt, die gleichförmige
Endbewegung zu sichern. Selbstverständlich können zum gleichen Zweck auch andere
kinematische Hilfsglieder gewählt werden, die dem Fachmann, wenn ihm der Zweck bekannt
ist, in verschiedenen Aus=
führungsarten geläufig sind. Das Getriebe
ist in einem Gehäuse 18 untergebracht. Der Drehpunkt 9 ist als Gleitlager ausgebildet
und mit Gleiflächen l9 versehen, die auf Gleitschienen 20 gleiten. An der oberen
Gleitschiene ist eine Zahnstange 21 befestigt, in die ein Zahnrad 22 eingreift.
Durch Verstellen eines um Punkt 23 drehbaren Hebels 24, der unten mit einem gezahnten
Kreissegment 25 in das mit dem Zahnrad 22 auf einer Welle 40 sitzende Zahnrad 26
eingreift, kann der Punkt 9 verschoben und so die Geschwindigkeit geändert werden.
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Die Stange 14 greift in Punkt 15 an einen um das Schaltrad 16 liegenden
Ring 27 an. Dieser Ring27 trägt eine gröBereAnzahl federbelasteter, radial beweglicher
Daumen 28, die in Löcher des Schaltrades 16 eingreifen. Die Abstände der Daumen
sind nicht genau gleich den Abständen der Löcher des Schaltrades, so da,ß fast in
jedem Augenblick ein Daumen einspringen kann und der Verschiebeweg bis zum Einspringen
eines Daumens nur sehr klein wird. Um die Sperrung zwischen Schaltrad 16 und Ring
27 während des Rückganges der Stange 14 aufzuheben, ruhen die Daumen 28 während
des Eingreifens mit Stiften 29 an ihrem oberen Ende in Aussparungen 3o eines Ringes
31. Dieser Ring 31 wird von Ring 27 dadurch mitgenommen, daß ein Hebel 32 einen
Stift 33 des Ringes 31 umfaßt. Dieser Hebel 32 ist um Punkt 15 drehbar angeordnet
und trägt am äußeren Ende einen Hammerkopf 34, der in den äußersten Stellungen des
Punktes 15 an Anschläge 35 und 36 anschlägt, dadurch gedreht wird und den =Ring
31 relativ zu Ring 27 bewegt. Beim oberen Anschlag gleiten die Stifte 29 aus den
Aussparungen 30 in die Rasten 37; beim unteren Anschlag ist es umgekehrt.
Die Entfernung der Anschläge 35 und 36 voneinander muß genau proportional sein der
der jeweiligen Geschwindigkeit entsprechenden Bewegung des Punktes 15. Zu diesem
Zweck sind die Anschläge in einer Kreiskurve 44 geführt und werden durch zwei Arme
38 einander mehr oder weniger genähert. Diese Arme werden därch Drehen einer Spindel
39 mit Rechts- und Linksgewinde aufeinander zu-oder voneinander fortbewegt. Die
Spindelbewegung wird von der Welle 4o abgeleitet.
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Abb.3 zeigt eine zweckmäßige Ausführung des Punktes 5. Die auf Kugellager
laufenden Rollen 41 des Hebels 3 werden durch Federn 42 gedrückt, so daß dauernd
feste Berührung zwischen jeder olle 41 und der zugehörigen Führungsrille 2 gesichert
ist. Umkehren der Bewegung, z. B. für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, geschieht durch
_ Stirnradübersetzung 45 oder durch Kegelradwendegetriebe o. dgl.
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Die radial einfallenden Schaltdaumen sperren die angetriebene Welle
auch während des Stillstandes. Will man also einen mit dem Getriebe ausgerüsteten
Kraftwagen bei Stillstand des Motors schieben können, so muß irgendeine Vorrichtung
vorgesehen sein, die das willkürliche Ausheben der Schaltdaumen ermöglicht. Wenn
man statt der radialen Schaltdaumen, die das Schaltrad nach beiden Richtungen festhalten,
die üblichen tangentialen Schaltklinken nach Abb.4, die in eine Verzahnung einsinnig
eingreifen, verwendet, so ist das Schieben des Kraftwagens auch ohne besondere Auslösevorrichtung
in einer Richtung möglich. Da bei der Schaltart mit radialen Schaltdaumen die arbeitenden
Hebelsysteme in ihrer Gesamtheit dauernd mit der getriebenen Welle verbunden sind,
bleibt auch die mechanische Verbindung mit der treibenden Welle dauernd aufrechterhalten.
Wenn demnach äußere Kräfte, z. B. beim Berg-.abfahren eines Kraftwagens, auf die
getriebene Welle so einwirken, daß sie schneller umlaufen will, als es der von der
treibenden Welle durch das Hebelsystem übertragenen Geschwindigkeit entspricht,
so erhält die treibende Welle durch die Wirkung der erwähnten äußeren Kräfte eine
beschleunigte Drehung im normalen Umlaufssinne. Das ruft eine selbsttätige Bremsung
hervor; bei einem Kraftfahrzeug biespielsweise derart, wie es durch Herunterschalten
auf einen kleineren Gang üblich ist, wobei Reibung, Kompression und Hebelübersetzung
eine Rolle spielen ; bei elektrischen Antriebsmaschinen beispielsweise derart, daß
sie in dem Fall nicht mehr als Motoren, sondern als Generatoren wirken und auf die
Netzspannung arbeiten. Durch entsprechendes Herunterschalten der Geschwindigkeit
--kann jede beliebige Bremswirkung erzielt werden.
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Soll auf die Bremswirkung verzichtet werden, so kommt man mit einem
gewöhnlichen Klinken-oder Klemmgesperre aus, welches nur in einer Bewegungsrichtung
sperrt.
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Besonders bemerkenswert ist es, daß die Anwendung radialer Schaltdaumen
oder überhaupt von Schaltgliedern, die eine Kupplung des Hebelsystems mit der getriebenen
Welle in beiden Drehrichtungen herstellen, nur in der Verbindung mit einer Richtung
möglich ist, die eine gleichförmige Bewegung des Schaltgliedes während des Arbeitshubes
bewirkt, weil bei einer Abweichung von der gleichförmigen Bewegung ein Zusammenspiel
des Schaltrades mit den nach i beiden Drehrichtungen kuppelnden Schaltgliedern zu
Bruchschäden führen müßte.