DE603224C - Geschwindigkeitswechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei dem die Geschwindigkeit durch Ändern des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser einer an dem Umlauf nicht teilnehmenden, zur Motorwelle konzentrischen Oberfläche und dem Durchmesser von Reibrollen geändert wird, die unter Zwischenschaltung von Kniegelenken von der Antriebswelle getragen werden und der Fliehkraft ausgesetzt sind, um unmittelbar oder mittelbar die Reibung zwischen der genannten Oberfläche und den Reibrollen zu erhöhen. Gemäß der Erfindung wird die durch, die Wirkung der Reibungskupplung erzeugte Drehbewegung der Reibrollen auf die angetriebene Welle mittels einer zwangsläufigen kinematischen Verbindung der Reibrolle und der getriebenen Welle übertragen, die beispielsweise aus einem zwischen jeder Rolle

sto und der getriebenen Welle angeordneten Zahnräderübersetzungsgetriebe besteht. Die Reibrollen drehen sich also um ihre eigene Achse mit einer bedeutend größeren Geschwindigkeit als die getriebene Welle. Es gelingt auf diese Weise, viel größexie Leistungen zu übertragen als mit den bisher bekannten Vorrichtungen ähnlicher Art.

Den Gegenstand der Erfindung bilden ferner Einzelheiten, die an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausfüh-. rungsbeispiele beschrieben werden.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Getriebe mit innenzylindrischen Reibungsflächen in Vorder- und Seitenansicht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Getriebe, bei welchem mittels Riemens die Bewegung auf die Reibrollen übertragen wird, in Vorder- und Seitenansicht.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Getriebe mit Reibungsflächen auf kegelförmigen Ringscheiben in Vorder- und Seitenansicht.

Fig. 7 zeigt in axialem Schnitt ein Getriebe nach den Fig. 6 und 7 in baulich weiter durchgebildeter Ausführung. ' ..

Fig. 8 zeigt eine zusätzliche Einrichtung für die in den Fig·. 1 bis 7 dargestellten Getriebe.

In den Fig. 1 und 2 ist auf der treibenden Welle ι eine Muffe mit Armen 2,1', 2" angeordnet. An jedem dieser Arme ist mittels je eines Zapfens 3, 3', 3" je ein Schwing·- arm 4, 4', 4" angelenkt, der mit dem Arm 2, 2', 2" ein Kniegelenk bildet. Die Schwingarme 4, 4', 4" tragen an ihren freien Enden die Zapfens, S'. S" ^der Reibrollen 6, 6', 6", die durch die Fliehkraft gegen die zylindrische Innenfläche einer an dem Umlauf nicht teilnehmenden Trommel 7 mit veränderlichem Durchmesser gedrückt werden. Die Reibrollen 6, 6', 6" haften infolge des durch die Fliehkraft bedingten Druckes an der Innenfläche der Trommel 7 an und wälzen sich auf dieser ab. Ihre Drehung wird mittels je dreier Zahnräder 8, 9, 10; 8', 9', 10' und 8", 9", 10" auf das mit der Welle 12 fest verbundene Zahnrad 11 und damit auf die getriebene Welle 12 selbst übertragen. Die Zahnräder 8, 8', 8" sind mit den Reib-

rollen 6, 6', 6" fest verbunden, während die beiden Zwischenräder 9, 10; 9', 10'; 9", 10" jeweils untereinander fest verbunden sind, da sie beide auf den Zapfen 3, 3', 3" verkeilt sind.

Deutlichkeitshalber ist in Fig. 2 nur das zu einer Reibrolle 6 gehörende Zahnräderübersetzungsgetriebe dargestellt.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Wellen 1 und 12 ergibt sich durch Multiplikation des Verhältnisses Dfd (wobei D der Durchmesser der Tromel 7 und d der Durchmesser der Reibrollen 6, 6', 6" ist) mit dem konstanten Untersetzungskoeffizienten der Getriebes, 9, 10, 11; 8', 9', 10', 11' und 8", 9", 10", 11". Die Räder 9, 10; 9', 10'; 9", 10" des Getriebes sind außer der durch die treibende Welle bedingten Umlaufbewegung auch der Drehung um ihre eigne Achse unterworfen, die durch das Abwälzen der Reibrollen 6, 6', 6" bewirkt wird und deren Größe sich mit der Änderung des Durchmessers D der zylindrischen Fläche der Trommel 7 ändert, d. h. durch Änderung des Durchmessers D kann sowohl Größe wie Richtung der durch das Zusammenwirken der Eigendrehung und des Umlaufes der Räderpaare 9, 10; 9', 10'; 9", 10" bewirkten Drehung des Rades 11, also der getriebenen Welle 12, verändert werden, und bei bestimmten Werten des Durchmesers D wird die getriebene Welle entweder stillstehen oder sich in entgegengesetzter Richtung wie die treibende Welle ι drehen.

Bei einem solchen Getriebe ändert sich der Druck der Reibrollen 6, 6', 6" auf die Trommel 7 mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit der treibenden Welle, die übertragbare Leistung daher sowohl mit der dritten Potenz dieser Geschwindigkeit als auch mit dem Durchmesser D der zylindrischen Oberfläche als auch schließlich mit dem Verhältnis k ;= r₉ r_u : r_s r₁₀ , wobei r₈, r_a, r₁₀, r_n die Halbmesser der Zahnräder 8, 9, 10, 11 usw.

sind. Es ist dies eine Eigenschaft der Übertragung mittels epizykloidaler Getriebe und insofern für den Erfindungsgegenstand von Bedeutung, als mit den Getrieben von geringer Raumeinnahme eine bedeutende Leistung übertragen werden kann.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform des Getriebes gleicht der vorstehend beschriebenen mit der Ausnahme, daß an Stelle der außerhalb der Laufbahn der Reibrollen angeordneten Trommel 7 eine innerhalb dieser Laufbahn liegende, am Umlauf nicht teilnehmende Scheibe J" mit veränderlichem Durchmesser vorgesehen ist. Die Reibrollen 6, 6', 6" sind mittels je eines durch die Fliehkraft der Rollen gespannt gehaltenen Riemens 13, 13', 13" mit der Scheibe 7° verbunden. Die Wirkung ist daher im Ergebnis die gleiche wie im Falle der Fig. ι und 2. Auf jedem Zapfen 3, 3', 3" ist eine Scheibe 14 lose angeordnet, gegen die sich der zugeordnete der Riemen 13, 13', 13" legt, wenn das Kniegelenk zwischen den Armen 2,4 bzw. 2', 4' und 2", 4" sich so weit öffnet, daß der Zapfen 3, 3', 3" in die Laufbahn des Riemens kommen würde.

(Dadurch, daß die Trommel 7 bzw. die Scheibe 7° am Umlauf nicht teilnehmen, ist ihre Bauart leichter und einfacher als bei der bisher üblichen Ausbildung als drehbare Teile. Sie können z. B. durch elastische Platten, ausdehnbare Sektoren usw, gebildet sein. In den Fig. 5 und 6 ist ein Getriebe schematisch dargestellt, bei dem die am Umlauf nicht teilnehmende Reibungsfläche aus Ringscheiben besteht. In dem oberen Teil der Fig. 6 sind die Reibrollen kegelig; bei der in dem unteren Teil der Abbildung dargestellten Abänderung sind die am Umlauf nicht teilnehmenden Flächen kegelig. In der Vorderansicht weist dies Getriebe gegenüber dem in Fig. ι dargestellten nur die Abweichung auf, daß die Trommel 7 als eine kreisförmige Rinne erscheint. Diese ist durch zwei Ringscheiben 15 und 16 gebildet, die in Axialrichtung voneinander entfernt und einander genähert werden können. Während bei der Ausführungsfprm nach den Fig. 1 und 2 bei der Abwälzbewegung die Berührung jeweils längs einer Erzeugenden einer jeden Reibrolle und bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 auf einer zylindrischen Fläche erfolgt, findet sie hier in einem einzigen Punkt jeder kegeligen Fläche statt. Um die Zahl dieser Punkte zu vergrößern, ist es zweckmäßig, die Zahl der Reibrollen zu erhöhen; in Fig. 6 trägt daher jeder Zapfen 5, 5' drei Reibrollen 6^a bzw. 6^b, die in je zwei Punkten die Scheibenpaare 15, 16 berühren. Die Scheiben 15 sind mit der Stange 17 und die Scheiben 16 mit der Stange 18 fest verbunden; werden die beiden Stangen in entgegengesetztem Sinne verschoben, so entfernen sich die Ringscheiben 15, 16 voneinander oder nähern sich einander, d. h. die Rinne, in die die Reibrollen 6^a und 6⁶ durch die Fliehkraft no geschleudert werden, erweitert oder verengt sich. Sind, wie in dem oberen Teil der Fig. 6 dargestellt, die Rollen 6^a kegelig, so ist die Erweiterung der Rinne gleichbedeutend mit der Verringerung des Halbmessers des Abwälzkreises der Reibrollen, ohne daß der Halbmesser der Ringscheiben geändert wird. Sind dagegen, wie in dem unteren Teil der Abb. 6 dargestellt, die Flächen der Ringscheiben z. B. tegelig, so ist ihre Entfernung voneinander gleichbedeutend mit der Vergrößerung des Halbmessers des Kreises, auf

welchem sich die Reibrollen 6^b abwälzen, deren Halbmesser gleichbleibt. In dem ersten Fall entspricht einer Entfernung der beiden Ringscheiben 15, 16 und in dem anderen Fall der Annäherung der beiden Ringscheiben eine Verringerung des Übersetzungsverhältnisses und umgekehrt.

Bei dem Geschwindigfeeitswechselgietriiebe nach Fig. 7 sind zwei starke Seitenplatten 20 und 21 untereinander mittels Zugstangen verbunden (sie können auch Teile eines Gehäuses bilden) und tragen in entsprechenden Büchsen die Spindeln 22, 22', die zur Hälfte mit rechtsgängigem und zur Hälfte mit linksgängigem Gewinde versehen sind und mittels je eines der Zahnräder 23, 23', die mit den auf den Spindeln 22, 22' sitzenden Ritzeln 24, 24' kämmen, gleichzeitig gedreht werden können. Jede Hälfte der Spindeln trägt in symmetrischer Anordnung die Muttern 25, 25' bzw. 2 ζ^α, 2 ζ"', die mit den Ringscheiben 15 bzw. 16 fest verbunden sind, welche nach innen zu konische, den Scheiben 15, 16 der Abb. 6 entsprechende Flächen 7 aufweisen. Durch Drehung· der Zahnräder 23, 23' bzw. der Ritzel 24, 24' können die beiden Ringscheiben voneinander entfernt und einander genähert werden. Die Achse der Kegelflächen ist zu gleicher Zeit die Achse der treibenden Welle 1 und der getriebenen Welle 12, welche mittels Büchsen in den Seitenplatten 20, 21 gelagert sind. Die treibende Welle 1 erstreckt sich zwischen den beiden Seitenplatten 20, 21 und trägt in der Mitte eine Muffe. mit drei Armpaaren 2, 2', deren jedes einen Drehzapfen 3, 3' mit Ritzel 9, 9' trägt. An den Zapfen 3, 3' ist je ein Schwingarmepaar 4, 4' angelenkt, das den Zapfen 5 mit dem mit dem Zahnrad 9, 9' kämmenden Ritzel 8 und beiderseits sphäroidische Reibrollen 6,6^a trägt, die unter der Einwirkung der Fliehkraft gegen die Kegelflächen 7, 7" geschleudert werden, auf welchen sie sich abwälzen. Die Zapfen 3, 3' tragen an ihrem nach der Seitenplatte 21 zu gerichteten Ende die mit dem Zahnrad 11 der getriebenen Welle 12 kämmenden Ritzel 10, 10'. Auf dem Ende der treibenden Welle 1 ist eine zweite, mit Armen 26, 26' versehene Muffe zur Ab-Stützung der Enden der Zapfen 3, 3' angeordnet.

Die höchste Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle 12 wird erhalten bei dem kleinsten Abstand zwischen den Scheiben 15 und 16, d. h. bei dem kleinsten Abwälzhalbmesser der Reibrollen 6, also bei dem kleinsten Winkel der Kniegelenke 2, 4; 2', 4'. In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 7 besteht die Mög-, lichkeit einer der Drehgeschwindigkeit der treibenden Welle gleichen Höchstgeschwindigkeit der getriebenen Welle. Zu diesem Zweck werden die beiden Ringscheiben 15 und 16 'einander so weit genähert, daß die Reibrollen 6, 6^a zwischen den innerhalb dieser Scheiben drehbarenRingen 27, 27« und den !keilförmigen Muffen 28, 28° der treibenden Welle eingespannt werden. Unter diesen Bedingungen findet keine Abwälzung statt, und das ganze Getriebe dreht sich wie ein einziges Schwungrad, das von den Scheiben 15, 16 abgestützt wird. Die Reibrollen 6, 6° gelangen von den Kegelflächen 7, 7° auf die Innenflächen der Ringe 27, 27° sanft und stoßfrei, da die eine Fläche allmählich in die andere übergeht.

Die einwandfreie Einspannung der sphäroidischen Reibrollen 6, 6° zwischen den Ringen 27, 27^a und den keilförmigen Muffen 28, 28^s wird durch die Wirkung der Federn 29, 29"* gesichert, die bei der Annäherung der Scheiben 15, 16 zusammengedrückt werden und die Reibrollen 6, 6^a von der Wellenachse zu entfernen streben, wodurch diese gegen die Ringe 27, 27^s gedrückt werden.

ITm einen allmählichen Übergang vom unmittelbaren Antrieb zum ersten Gang des Wechselgetriebes (und umgekehrt) zu gestatten, ist die innere Fläche der Ringe 27, 27° leicht kegelförmig ausgebildet. Außerdem sind die keilförmigen Muffen 28, 28" derart geformt, daß sie die sphäroidischen Reibrollen 6, 6^a in mehreren Punkten berühren, so daß deren Umlauf wirksam gebremst wird.

Beim Ändern des Verhältnisses zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der treibenden Welle ι und der getriebenen Welle 12 geht man durch Annähern der Scheiben 15, 16 stetig von dem kleinsten oder sogar Nullwert bis zu einem positiven Höchstwert und durch Entfernen der Scheiben voneinander von Null bis zu einem negativen Höchstwert über.

Bei den dargestellten Getrieben wird das Anhaften zwischen den am Umlauf nicht teilnehmenden Flächen und den auf diesen sich abwälzenden Oberflächen der Reibrollen ausschließlich durch Fliehkraft bewirkt, ändert sich deshalb mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit der treibenden Welle. Sinkt also deren Geschwindigkeit bedeutend unter den Normalwert, für den das Getriebe berechnet worden ist, so vermindert sich der Wert n₀ der übertragbaren Leistung in bedeutend höherem Maß als der Wert der genannten Winkelgeschwindigkeit. Soll der Anpreßdruck auch bei bedeutend unter dem Normalwert liegenden Geschwindigkeiten einen hohen Wert be- ng halten, so ist es zweckmäßig, wenigstens für die niedrigeren Geschwindigkeiten die Wirkung der Fliehkraft durch eine mechanische, hydraulische, magnetische oder andere Einwirkung zu ergänzen.

In Fig. 8 ist beispielsweise eine für diesen Zweck geeignete Anordnung schematisch dar-

gestellt. Die (nicht sichtbare) Muffe, die die Arme mit den Zapfen 3 für die Schwingarme 4^S des Kniegelenkes trägt, ist nicht auf der treibenden -Welle 1 verkeilt, sondern lose auf ihr angeordnet. Die mittels Zapfen 5 die Rollen 6 tragenden Schwinganne 4^s sind an ihrem inneren Ende mit einem Zahnsegment 4^a versehen, das in das Zahnrad 31 der mit der Welle 1 konzentrischen Muffe 32 eingreift. Die Muffe 32 trägt die Zapfen 33, 34 der Doppelritzel 35, 36 und 37, 38, von denen die Ritzel 36 und 37 untereinander in Eingriff stehen. Das kleine Rad 38 des einen Doppelritzels kämmt mit dem großen Zahnrad *5 39) das an der die· Arme der Zapfen 3 tragenden Muffe befestigt ist. Das große Rad 35 des anderen Doppelritzels steht mit dem auf der Welle 1 angeordneten Zahnrad 40 in Einr griff. Die Zahnsegmente φ aller Arme 4^s sind mit demselben Zahnrad 31 in Eingriff, das Getriebe kann deshalb allein aus den genannten Ritzelpaaren bestehen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Die treibende Welle 1 nimmt nicht unmittelbar die Muffe mit den Zapfen 3 der Schwingarme 4^S beim Umlauf mit, sondern versetzt mittels ihres Ritzels 40 das Zahnrad 35 in Umlauf; dieses letztere überträgt über das Getriebe 35, 36, 37, 38 die Bewegung auf das feste Rad 39, wodurch die Muffe 32 zusammen mit ihrem Zahnrad 31 gedreht wird. Die Schwingarme 4·' sind deshalb einem Drehmoment um die Zapfen 3 unterworfen und zwingen die Rollen 6, an den am Umlauf nicht teilnehmenden zylindrischen oder kegeligen Flächen 7 anzuhaften und sich auf diesen abzuwälzen. Die die Zapfen selbst tragende Muffe wird nach, 'einer gewissen Winkelverschiebung sich zusammen mit der Motorwelle ι drehen, als ob sie auf dieser aufgekeilt wäre, und auf diese Weise werden sich alle anderen Räder zusammen mit der Motorwelle drehen.

Im Ergebnis wälzt sich die Rolle 6 auf der entsprechenden Fläche 7 ab, indem sie infolge des von der Motorwelle ausgeübten und ausschließlich von dem Antriebsmoment abhängigen mechanischen Druckes oder durch Einwirken der ausschließlich von der Drehgeschwindigkeit der Welle selbst abhängigen Fliehkraft sich gegen diese Fläche anpreßt; auf diese Weise wird in jedem Fall wenigstens ein Kleinstwert des Anpreßdruckes gesichert. Zum Ein- und Ausschalten des Getriebes 35, 36» 37. 38 kann eine einfache Vorrichtung vorgesehen sein; z. B. wird die die Arme der Zapfen 3 tragende Muffe mit der Motorwelle fest verbunden, und das zusätzliche Anpressen kann im gewünschten Zeitpunkt, z.B. mittels einer kleinen Kegelkupplung, bewirkt werden, die auch selbsttätig durch die Fliehkraft einer kleinen Schwungmasse beim Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit der treibenden Welle in Wirkung treten könnte.

Für den vorerwähnten Zweck kann man auch andere Vorrichtungen, z. B. durch Druckflüssigkeit usw. betriebene, verwenden. Man kann auch die Reibrollen als Anker eines oder mehrerer äußerer Elektromagneten wirken lassen, deren ungleichmäßige Pole von der an dem Umlauf nicht teilnehmenden Oberfläche bzw. den beweglichen Ringscheiben gebildet werden.

Claims (6)

1. 75 Patentansprüche:

   i. Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei dem die Geschwindigkeit durch Ändern des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser einer an dem Umlauf nicht teilnehmenden, zur Motorwelle konzentrischen Oberfläche und dem Durchmesser von Reibrollen geändert wird, die unter Zwischenschalten von Kniegelenken von der Antriebswelle getragen und der Fliehkraft ausgesetzt sind, um unmittelbar oder mittelbar die Reibung zwischen der an dem Umlauf nicht teilnehmenden Oberfläche und den Reibrollen zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Reibrollen (6, 6', 6", 6", &>), die durch die Wirkung der Reibungskupplung erzeugt · wird, auf die getriebene Welle (12) mittels einer zwangsläufigen kinematischen Verbindung zwischen den Reibrollen und der getriebenen Welle übertragen wird, z. B. durch ein zwischen jeder Rolle und der getriebenen Welle angeordnetes Zahnräderübersetzungsgetriebe.
2. 2. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Umlauf nicht teilnehmende Reibungsfläche von einer Scheibe veränderlichen Durchmessers gebildet wird, die z. B. durch je einen Riemen (13, 13', 13") mit den unter der Wirkung der Fliehkraft als Spannrollen wirkenden Reibrollen (6, 6', 6", 6^a, 6^b) verbunden ist.
3. 3. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach, den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, · daß die an dem Umlauf nicht teilnehmende Reibungsfläche aus zwei Ringscheiben (15, 16) besteht, deren gegenüberliegende Flächen (7, 7⁰) kegel- . förmig und in der Längsrichtung in entgegengesetztem Sinne auf in dem Getriebegehäuse gelagerten Führungen verschiebbar sind und daß die auf den Ringflächen sich abwälzenden Reibrollen (6, 6^a, 6^b) Sphäroid- oder Eiform haben.
4. 4- Gescnwindigkeitswechselgetriebe nach den Ansprüchen ι oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Ringscheiben (15, 16) an den Stellen ihres kleinsten Durchmessers drehbar angeordnete Ringe (27, 27^s) tragen und daß die treibende Welle (1) in Längsrichtung verschiebbare, aber nicht drehbare keilförmige Muffen (28, 28°) trägt, die bei der größten Annäherung der Ringscheiben die Reibrollen zwischen sich und den Ringen (27, 27^s), z.B. durch Wirkung von Federn (29, 29°) verspannen und somit die treibende Welle (1) mit der getriebenen Welle (12) fest verbinden.
5. 5. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen der Fliehkraft die die Reibrollen (6) tragenden Teile als Schwinghebel (4*) ausgebildet sind, die durch Zahneingriff (4°, 31) die Reibrollen (6) beim Drehen der Motorwelle nach außen drücken.
6. 6. Geschwindigkeitswechsekjetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhöhen der Fliehkraft die Reibrollen (6, 6', 6", 6^a, 6^b) als Anker eines oder mehrerer äußerer Elektromagnete wirken, deren ungleichmäßige Pole von der an dem Umlauf nicht teilnehmenden Oberfläche bzw. den beweglichen Ringscheiben gebildet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen