DE854301C - Stufenlos veraenderbares, mechanisch formschluessiges Geschwindigkeitswechsel- und Wendegetriebe - Google Patents

Description

• Stufenlos veränderbares, mechanisch formschlüssiges Geschwindigkeitswechsel- und Wendegetriebe Ein in der Technik vielfach auftretendes Erfordernis ist es, die Drehzahl einer antreibenden Maschine in eine andere der Arbeitsmaschine umzuformen oder auch deren Drehsinn zu ändern. Dieser Vorgang wird durch Übersetzungs- und Wendegetriebe ermöglicht. Solche Getriebe sind die Riemen-, Ketten-, Reibrad- und Zahnradgetriebe oder auch Flüssigkeitsgetriebe für die verschiedensten Anwendungsgebiete.
• Die im folgenden beschriebene Erfindung stellt ein stufenlos veränderbares, mechanisch formschlüssiges Geschwindigkeitswechsel- und Wendegetriebe dar, das die Vorteile eines Zahnradwechselgetriebes (unbegrenzte Leistungs- und Drehmomentübertragung, großer Schaltbereich, hoher Wirkungsgrad, geringes Gewicht) mit den Vorteilen bekannter stufenloser Übersetzungsgetriebe (stufenlose Drehzahlumformung ohne Unterbrechung des Kraftflusses und ohne Kuppeln bis zur Umkehr der Drehrichtung) verbindet.
• Die Abb. i, 2 und 3 zeigen eine beispielsweise Ausführung der Erfindung. Die Antriebswelle i (Abb. i) versetzt über die beiden Zahnritzel 2 die Getriebetrommel 3 in gleichmäßige Drehung um die Getriebeachse 4. Die Getriebetrommel 3 ist mit Wälzlagern 5 auf der hohlen starr mit dem Getriebegehäuse 6 verbundenen Getriebeachse 4 gelagert. In den Seitenwänden der Getriebetrommel sind zwei Kulissen 7 ausgespart, in denen zwei Kulissensteine 8 und 9 radial verschiebbar angeordnet sind. In den Kulissensteinen ist die Planetenwelle io drehbar gelagert. Diametral zur Planetenwelle ist ein entsprechendes Gegengewicht ii angebracht. Durch vier im Mantel der Getriebetrommel gelagerte Spindeln 12, die zur Hälfte mit Links- und zur Hälfte mit Rechtsgewinde versehen und die durch die Kulissensteine und durch das Gegengewicht geschraubt sind, können die Planetenwelle und das Gegengewicht mehr oder weniger exzentrisch verstellt werden. Damit diese Verstellung symmetrisch erfolgt, ist die Drehung der Spindeln über die Zahnritzel 13 und das gemeinsame Sonnenrad 14 synchron gesteuert. Auf der Planetenwelle io sind vier Planetenritzel 15 befestigt, die in ein feststehendes Kettenrad 16 eingreifen. Am Ende der Planetenwelle ist ein Kegelrad 17 befestigt, das mit dem im Kulissenstein 8 gelagerten Kegelrad 18 einen Winkeltrieb bildet. Das Kegelrad 18 ist auf der genuteten Welle i9 verschiebbar, wodurch der Winkeltrieb der Verstellung der Kulissensteine folgen kann. Das innere Ende der Welle i9 ist mit einem Wälzlager 2o in einer Auskragung der Getriebetrommel gelagert. Ein weiteres Kegelrad 21 am inneren Ende der Welle i9 bildet mit dem Kegelrad 22 einen zweiten Winkeltrieb, der die Drehung der Welle i9 auf die Zahnräder 23 und 23 ° des Abtriebs überträgt. Antriebs- und Abtriebswelle sind gleichachsig angeordnet und sind über ein Gleitlager gegenseitig zentriert. Die Bolzen der zum Kettenrad gehörenden Kette 16 bestehen zur Hälfte aus Hohlzylindern 24, in denen sich je zwei durch einen Federkörper 25 verbundene Kolben 26 und 27 befinden, die sich mit ihren freien Enden auf die beiderseitig der Kette konzentrisch zur Getriebeachse 4 angeordneten Bahnen 28 abstützen. Diese Bahnen 28 (Abb. i, 2 und 3) werden aus je einer Serie von verstellbaren, exzentrisch zur Getriebeachse angelenkten Schwenkhebeln 29 gebildet, an deren äußeren Enden gewölbte Blattfedern 3o (Abb. 2) scharnierartig befestigt sind, die sich schuppenartig überdecken und so zwei kreisförmige Bahnen bilden; deren innere Enden als verzahnte Kreissektoren ausgebildet sind, die in eine verzahnte Verstellwalze 31 eingreifen. Durch diese Kupplung der Schwenkhebel erfolgt die Verstellung des Hebelsystems so, daß die äußeren Enden der Schwenkhebel jeweils auf zur Getriebeachse konzentrischen Kreisen liegen. In der hohlen Verstellwalze ist eine starke Feder 32 eingebaut, die bestrebt ist, die Verstellwalze gegenüber der Getriebeachse in die Richtung zu drehen, in der die Enden der Schwenkhebel einen möglichst großen Kreis beschreiben, was aber durch die die Bahnen umfassende Kette 16 verhindert wird. Je nach der gewünschten Abtriebsdrehzahl wird mit Hilfe der ausgefahrenen Kettenglieder ein Kettenrad anderen Durchmessers gebildet, der auch den der Bahnen bestimmt. Das freie, jeweils überschüssige Kettenende 33 wird von der auf der Verstellwalze 31 drehbar gelagerten Haspel 34 aufgenommen, die mit Hilfe der Spiralfeder 35 das Kettenende straff hält. An zwei sich gegenüberliegenden (Haupt-) Schwenkhebeln ist bei 29 das Kettenschloß 36 (Abb.3) ängelenkt, an den der Kettenanfang 37 befestigt ist und in dem Aussparungen 38 vorgesehen sind, in die die Kolben 26 und 27 des jeweils letzten Gliedes des ausgefahrenen Kettenkreises zwecks Arretierung der Getriebestellung einrasten. Die Führungsleisten 39 des Kettenschlosses schieben die Kolben in die Hohlzylinder für das Hindurchtreten der Kettenglieder zwischen den Bahnen. Am Sonnenrad 14, das im Mantel der Getriebetrommel gelagert ist, befindet sich außerhalb der Trommel ein Verstellkreuz 40. Stifte 41 und 42, die im Getriebegehäuse 6 geführt sind, bewirken eine Rechts- bzw. Linksdrehung des Verstellkreuzes, wenn sie in den Drehkreis des Verstellkreuzes niedergedrückt werden. Mit der Verdrehung des Verstellkreuzes werden auch die Spindeln und damit die Kulissensteine, die Planetenwelle, das Gegengewicht und das Kettenrad verstellt, wodurch die Abtriebsdrehzahl erhöht bzw. erniedrigt wird. Bei der Nullstellung des Getriebes (Abtrieb steht still) muß das Kettenrad so viel Glieder aufweisen, daß die Planetenwelle bei einer Umdrehung der Getriebetrommel infolge des Abwälzens der Planetenritzel auf dem Kettenrad gerade so viel Eigenumdrehungen ausführt, wie sie ausführen würde, wenn das Kettenrad nicht vorhanden wäre und die Getriebetrommel einmal um den ruhenden Abtrieb herumgedreht wird. Hierbei wälzt sich das Kegelrad 21 auf dem ruhenden Kegelrad 22 ab. Ist, wie im vorliegenden Falle, von der Planetenwelle io bis zum Abtrieb 23 und 23 a eine Untersetzung von 3 : i vorgesehen, so muß das Kettenrad für den Leerlauf dreimal soviel Glieder aufweisen, wie ein Planetenritzel 15 an Zähnen besitzt. Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Das Getriebe befindet sich in seiner neutralen Leerlaufstellung, wenn das ständig stillstehende Kettenrad 16 dreimal soviel Glieder aufweist, wie die Planetenritzel 15 Zähne aufweisen. Das bedeutet, daß die Planetenritzel bei einer Umdrehung der Trommel drei Eigenumdrehungen ausführen, indem sie sich auf dem Kettenrad abwälzen. Diese Drehzahl überträgt sich über den Winkeltrieb 17, 18 und die Nutwelle i9 auf das Kegelrad 21. Das Kegelrad 22 soll wiederum dreimal soviel Zähne aufweisen, wie das Kegelrad2i. Das Kegelrad 21 führt dann ebenfalls drei Umdrehungen aus, wenn es sich bei blockiertem Abtrieb während einer Umdrehung der Trommel auf dem Kegelrad 22 abwälzt. Die Trommel kann in diesem Zustand jede beliebige Drehzahl annehmen, und trotzdem verharrt der Abtrieb 23, 23a immer in Ruhe. Drückt man jetzt den Verstellstift 41 nieder, dann läuft das Verstellkreuz .gegen den Stift und führt eine Teildrehung aus. Diese Verdrehung überträgt sich über das Sonnenrad 14 und die Zahnritzel 13 auf die Spindeln 12. Die Gleitsteine 8 und 9 und das Gegengewicht bewegen sich dabei um einen geringen Betrag nach außen. Dieser Betrag soll und ist nicht so groß, daß die Planetenritzel etwa überhaupt nicht mehr in das Kettenrad 16 eingreifen. An den Gleitsteinen befinden sich je ein Nocken, in der Zeichnung nicht sichtbar, die um diesen Betrag nach außen verschoben werden und dabei gegen die Nocken 43 und 44 des Kettenschlosses 36 stoßen, diese nach innen treiben, wodurch die Kolben 26 und 27 des letzten Gliedesdes ausgefahrenen Kettenkreisesin diel-lohlzylinder 24 geschoben werden. Damit ist die Arretierung der alten Getriebestellung gelöst. Das unter Federspannung stehende Schwenkhebelsystem drängt nach außen, wobei es die Bahnen 28 vergrößert und ein weiteres Kettenglied von der Haspel 34 herunter auf den Kettenkreis zieht. Sobald das Kolbenpaar des neu ausgefahrenen Kettengliedes die Aussparungen 38 des Kettenschlosses erreicht, springen die Kolben unter der Wirkung des Federkörpers 25 in die Aussparungen hinein, wodurch die neue Getriebestellung wieder arretiert ist, und zwar bevor noch die Planetenritzel das Kettenschloß passieren. Damit hat sich die Gliederzahl des Kettenrades um eins vergrößert. Die Eigenrotation der Planetenritzel entspricht jetzt einer höheren Drehzahl pro Minute als bei der Leerlaufstellung, wo drei Umdrehungen der Planetenritzel auf eine Trommelumdrehung kamen. Diese Drehzahlerhöhung wird durch das Kegelradpaar 21, 22 im Verhältnis 3 : 1 untersetzt auf den Abtrieb 23, 23a übertragen. Das läßt sich mit dem beschriebenen Getriebe noch 40mal wiederholen, wobei vierzig Kettenglieder von der Haspel herunter auf den Kettenkreis gezogen werden. Das Kettenrad nimmt zum Schluß den doppelten Durchmesser wie beim Leerlauf an. In gleicher Art und Weise kann man das Getriebe durch Niederdrücken desVerstellstiftes 42 vom schnellsten Gang des Abtriebs auf den Leerlauf zurück und gegebenenfalls über diesen hinaus auf entgegengesetzte Abtriebsdrehzahlen (Rückwärtsgang) regeln. Die Verstellung des Getriebes während einer Trommelumdrehung ist praktisch so gering und verteilt sich auf die Zeit einer Trommelumdrehung, daß sie sich am Abtrieb nur als stetig und stufenlose Änderung der Drehzahl anzeigt. Die Vergrößerung des Halbmessers des Kettenrades bei Hinzutreten eines Kettengliedes erfolgt um den gleichen Betrag, um den die Kulissensteine und damit die Planetenritzel bei einer Verstellung der Spindeln nach außen wandern, wodurch die Eingriffsverhältnisse der Planetenritzel mit dem Kettenrad bei jeder Getriebestellung erhalten bleiben. Der Schaltbereich des Getriebes kann beliebig vergrößert werden und ist nur abhängig vom Getriebedurchmesser und der verwendeten Kettenteilung. Gewichtlich und räumlich steht es den normalen Zahnradwechselgetrieben nicht nach. Kupplungen sind nicht erforderlich.

Claims (7)

1. PATENTANSI'RCC11E: i. Stufenlos veränderbares, mechanisch formschlüssiges Geschwindigkeitswechsel- und Wendegetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in Kulissen drehbar gelagerte Zahnritzel als Planetenritzel (15) vom Antrieb in mehr oder weniger großen Kreisbahnen je nach dem gewünschten Übersetzungsverhältnis konzentrisch um die Getriebeachse (4) bewegt werden, wobei sie sich auf einem der Exzentrizität der Planetenritzel angepaßten konzentrisch um die Getriebeachse angeordneten verstellbaren Kettenrad (16) abwälzen und die Drehung um ihre eigeneAchsemit bekannten Mitteln, z. B. einer mit zwei Kardangelenken versehenen Teleskopwelle, oder über zwei Winkeltriebe (17, 18) und (21, 22) und eine Nutenwelle (i9) auf den Abtrieb (23, 23a) übertragen wird.
2. 2. Getriebe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das verstellbare Kettenrad (16) aus einer Serie als Radspeichen dienende, exzentrisch zur Getriebeachse (4) gelagerte und durch eine Verstellwalze (31) untereinander gekoppelte Schwenkhebel (29), aus einer Serie paarweise an den äußeren Enden der Schwenkhebel scharnierartig angelenkten Blattfedern (30), die sich schuppenartig von Hebel zu Hebel überdecken und so zwei konzentrische Bahnen (28) bilden, und aus einer Kette, die die Bahnen umspannt, indem sie sich mit verlängerten Kettenbolzen (26, 27) auf sie abstützt, besteht.
3. 3. Getriebe nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenrad (16) in seinem Durchmesser dadurch geändert wird, daß Teile der Kette in das Innere des Kettenrades eingezogen und auf eine Haspel (34) aufgewickelt werden, wobei die unter Federspannung stehende Haspel das überschüssige Kettenende straff hält.
4. 4. Getriebe nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen der einfahrbaren Kettenglieder Hohlzylinder darstellen, in denen zwei durch einen Federkörper (25) verbundene Kolben (26, 27) angeordnet sind, die beim Hindurchtreten der Kettenglieder zwischen den Bahnen (28) in den Hohlzylinder (24) hineingeschoben werden.
5. 5. Getriebe nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenpaar des jeweils zuletzt auf den Kettenkreis heraustretenden Kettengliedes zwecks Arretierung der neuen Getriebestellung in geeignete Aussparungen (38) in dem am Ende der (Haupt-) Schwenkhebel angelenkten Kettenschloß (36), an dem auch der Kettenanfang (37) befestigt ist, einrastet.
6. 6. Getriebe nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenschloß (36) mit Führungsleisten (39) versehen ist, die das Einschieben der Kolben in den Hohlzylinder für das Hindurchtreten der Kettenglieder zwischen den Bahnen bewirken.
7. 7. Getriebe nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Getriebes dadurch erfolgt, daß die in den Kulissensteinen (8, 9) gelagerte Planetenwelle (io) durch synchron gesteuerte Spindeln (12) während einer Umdrehung der Getriebetrommel (3) um ein der Veränderung des Halbmessers des Kettenrades (16) bei Hinzufügung oder Wegnahme eines Kettengliedes entsprechendes Stück radial verschoben wird und durch unmittelbar darauf folgende Lösung der Arretierung die Schwenkhebel (29) und damit das Kettenrad (16) sich automatisch der neuen Getriebestellung anpaßt, indem der Kettenkreis um ein Glied vergrößert oder verkleinert wird, und die erreichte Getriebestellung durch Einrasten eines neuen Kolbenpaares in das Kettenschloß wieder fixiert wird. Hierbei wird die Vergrößerung des Kettenrades (16) durch die Feder (32) vermittels der Verstellwalze (31) und der mit ihr im Eingriff stehenden verzahnten Kreissektoren der Schwenkhebel (29) bewirkt, während die Verkleinerung des Kettenrades (16) entgegen der Wirkung der Feder (32) durch den radialen Druck der nach innen verschobenen Planetenritzel (15) auf den Kettenkreis erzielt wird. B. Getriebe nach Ans@ pruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Eigenrotation der Planetenritzel (Z5) über zwei Winkeltriebe (i7, 18 und 21, 22) und eine Nutwelle (ig) auf den Abtrieb (23, 23 °) so gewählt wird, daB die Drehung des Abtriebs hervorgerufen durch die Eigenrotation der Planetenritzel infolge ihres Abwälzens auf dem Kettenrad (i6) und die Drehung des Abtriebs hervorgerufen durch die Rotation der Planetenwelle (io) um die Getriebeachse (¢) einander entgegen gerichtet sind, so, daB von einem bestimmten Durchmesser des Kettenrades an der Abtrieb seinen Drehsinn ändert. g. Getriebe nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB die Verstellung des Getriebes durch Drehung der Spindeln (i2) automatisch von Fliehkraftreglern in Abhängigkeit von den Drehzahlen der An- oder Abtriebswelle, bzw. von beiden erfolgt.