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Umlaufgetriebe. Die Erfindung betrifft ein Umlaufgetriebe, bei dem
die Übersetzung innerhalb bestimmter Grenzen beliebig verändert werden kann.
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Es ist bekannt, die Übersetzung eines Umlaufgetriebes dadurch beliebig
zu ändern, daß man beispielsweise die Umdrehungszahl eines Zentralrades durch Bremsen
verändert. Allein diese Regelung geht auf Kosten des mechanischen Wirkungsgrades.
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Bei dem Getriebe nach der Erfindung wird die Übersetzung ebenfalls
durch Veränderung der Umdrehungszahl eines umlaufenden Getriebeteiles, beispielsweise
eines Zentralrades, geändert, und zwar mittels für verschiedene Geschwindigkeiten
einstellbarer Schaltwerke, die zwischen treibender und getriebener Welle angeordnet
sind. Die Übersetzungsänderung oder Regelung der Umdrehungszahl der getriebenen
Welle geschieht dabei unter Vermeidung der bei der obenerwähnten Bremsung auftretenden
Verluste.
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In den Abb. i bis 13 der Zeichnung sind einige beispielsweise
Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
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Ausführung nach Abb. i bis :l: Auf dem Träger 2 (Abb. i), der auf
der von der Kraftquelle angetriebenen, im folgenden mit Antriebswelle bezeichneten
Welle i sitzt, sind die miteinander fest verbundenen Umlaufräder 3 und 4. drehbar
angeordnet. Die Umlaufräder 3 kämmen mit dem mit der getriebenen Welle 5 fest verbundenen
Zentralrad 6, während die Umlaufräder 4 mit einem auf einer Schaltwelle 7 sitzenden
Zentralrad 8 in Eingriff stehen. Mit dem Träger 2 ist mittels einer Stange io ein
Drehkörper 9, der trommelförmig ausgebildet und in einem Gehäuse i i drehbar gelagert
ist, gelenkig verbunden. Das Gehäuse i i, dessen Achse 0, (Abb. 2) mit derjenigen
des Drehkörpers 9 zusammenfällt, kann auf bekannte Art parallel zu seiner Achse
in Richtung X-X verschoben werden, ist aber gegen Drehung im Getriebegehäuse 13
gehalten. Die Achse 0, des Drehkörpers kann also sowohl zentrisch als exzentrisch
zur Getriebeachse O eingestellt werden, wobei die Verstellvorrichtung des Drehkörpers
derart zu konstruieren ist, daß dessen Achse in jeder Lage zwischen O und
01 (Abb. 2) festgehalten werden kann, d. h. daß die Exzentrizität bezüglich
der Getriebeachse O beliebig zwischen Null und einem Maximalwert e eingestellt werden
kann. Auf der Schaltwelle 7 sitzen drehbar nebeneinander eine Reihe von Schaltorganen
12 (Abb. i.), deren jedes mittels einer Stange 1q. mit dem Drehkörper 9 gelenkig
verbunden ist. Dabei befinden sich die am Drehkörper 9 angebrachten Gelenke 15
auf einem Kreis und in gleichen Abständen voneinander. Auf jedem der Schaltorgane
12 sitzen in einem Kreis eine Anzahl Schaltklinken 17, die mit den Zähnen
einer auf der Schaltwelle 7 angebrachten Klinkenradzahnung 18 zum Eingriff gelangen.
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In Abb. q. ist zur Erläuterung der '#,Virkungsweise das Schaltwerk
besonders dargestellt. In einer Rille des Schaltorgans 12 (Abb. i ) sind die Klinken
17 (Abb. 2 und q.) um Zapfen i9 drehbar gelagert, und Klinkenzähne und Klinken
sind derart bemessen und angeordnet, daß, wie in der Stellung nach Abb. q., stets
eine Klinke um einen gewissen Betrag in die Zahnlücke des Klinkenrades hineinragt.
Demgemäß stößt, wenn das Schaltorgan 12
(das sich ebenso wie das
Klinkenrad 18 stets im Sinne des Pfeiles 2o dreht, aber mit veränderlicher Geschwindigkeit)
die Geschwindigkeit des Rades 18 erreicht hat, die Klinke auf die Steilseite eines
Klinkenradzahnes, und dadurch wird das Klinkenrad 18 und damit die Schaltwelle 7
mit dem Schaltorgan i2 gekuppelt. Beim Nacheilen des Schaltorgans 12 gegenüber dem
Klinkenrad 18 tritt Entkuppeln ein, indem die Klinken mit .einer kleinen drehenden
Bewegung über die Zähne des Klinkenrades hinweggleiten.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Bei zentrischer Lage
des Drehkörpers, 9, d. h. wenn die Achsen O und 01 zusammenfallen, werde die Antriebswelle
i im Sinne des Pfeiles 21 (Abt. i bis 3) gedreht (Abt., 3 zeigt einen Schnitt nach
Linie C-C in. Abb. i). Alsdann läuft auch der Drehkörper g mitsamt den Schaltorganen
12 im gleichen Sinne mit derselben Drehzahl um, wobei durch die Klinken 17 der Schaltorgane
12, die in -die Zahnung der Klinkenräder 18 eingreifen, die Schaltwelle 7 -mit dem
Drehkörper 9 gekuppelt ist. Es dreht sich also auch die Schaltwelle 7 und mit ihr
das Zentralrad 8 mit der Umdrehungszahl des Trägers 2. Somit stehen die Umlaufräder
3, 4 bezüglich ihrer Achsen still, die gegenseitige Drehung der Räder des Umlaufgetriebes
ist blockiert, und das Get3iebe samt dem Drehkörper dreht sich als ein einziger
Rotationskörper um die Getriebeachse 0. Bei dieser zentrischen Lage des Drehkörpers,
bei der also die Drehzahl der getriebenen Welle 5 gleich ist derjenigen der Antriebswelle
i, bewegt sich auch kein Glied des Drehkörpers gegenüber einem andern. Auch hier
sind die Relativbewegungen aller Glieder blockiert.
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Verstellt man den Drehkörper 9, wie oben angeführt, derart, daß seine
Achse 01 exzentrisch zur Getriebeachse 0 zu liegen kommt (Abt, 2), so wird bei gleicher
Drehrichtung 21 der Antriebswelle i der Drehkörper 9 wiederum in derselben Drehrichtung
mit gleicher Drehzahl gedreht, jedoch um die Achse 0l. Da sich bei dieser Stellung
des Drehkörpers 9 die Gelenkverbindungen 15 um die Achse 01 drehen, die Schaltorgane
12 aber um die Achse O, so bewegen sich die Gelenkpunkte 15 auf einer zur Drehachse
O der Schaltwelle 7 exzentrisch verlaufenden Bahn. Jeder dieser Punkte 15 nähert
sich also bei jeder Umdrehung einmal der Achse O und entfernt sich wieder von ihr,
so daß das Schaltorgan 12 während einer halben Umdrehung des Drehkörpers beschleunigt
und während der anderen verzögert angetrieben wird.
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Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß dann, wenn das Schaltorgan 12, das
ebenso wie das Schaltrad 18 auch in Richtung des Pfeiles 2 i umläuft, die
Geschwindigkeit des Klinkenrades 18 erreicht hat, die Schaltklinken 17 mit den Zähnen
des Klinkenrades 18 in Eingriff kommen und das Schaltorgan 12 mit der Schaltwelle
7 kuppeln.. Da hierbei die Winkelgeschwindigkeit des Schaltorgans 12 größer ist
als diejenige des Drehkörpers, so wird die mit dem Schaltorgan gekuppelte Schaltwelle
7 und mit ihr das Zentralrad 8 mit größerer Winkelgeschwindigkeit gedreht als der
Drehkörper 9 und der Träger 2. Aus Abb. 3 ersieht man, daß in diesem Falle die Umlaufräder
3, 4 eine Drehung im Sinne des Pfeiles 22 ausführen und das Zentralrad 6 eine zusätzliche
Drehung im Sinne der Drehrichtung des Trägers 2, wodurch die Umdrehungszahl der
getriebenen Welle 5 erhöht wird. Damit die Drehung der Welle 5 möglichst gleichförmig
erfolgt, wird nach Abb. i und 2 eine Anzahl Schaltorgane 12 im Kreise angeordnet,
die in der Phase verschieden auf die Welle 7 einwirken. So kommen die einzelnen
Schaltorgane nacheinander zur Wirkung.
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Da die Winkelgeschwindigkeit jedes Schaltorgans 12 im Verlauf einer
Umdrehung sich stetig ändert, so ändert sie sich auch während der Zeit, während
welcher das Schaltorgan mit dem Schalter 18 gekuppelt ist; um einen gewissen Betrag.
Diese Geschwindigkeitsänderung ist um so kleiner, j e kleiner der Drehwinkel ist,
während dessen das Schaltorgan ia mit dem Schaltrad 18 in Eingriff ist, und dieser
Winkel ist um so kleiner, je größer die Anzahl der Schaltorgane ist. Man kann also
durch Vermehrung der Schaltorgane die Gleiehmäßigkeit der Drehung der Schaltwelle
7 und damit der getriebenen Welle 5 beliebig erhöhen. Ein weiteres Mittel, die Übertragung
gleichmäßiger oder sanfter zu gestalten, besteht darin, in die Organe, die die Verbindung
zwischen Drehkörper und getriebener Welle herstellen, elastische Glieder, z. B.
Federn, einzubauen.
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Je größer die Exzentrizität e des Drehkörpers 9 ist, desto größer
wird die Winkelgeschwindigkeitsänderung der Schaltorgane 12 im Verlaufe einer Umdrehung,
und desto mehr wird bei gleicher Drehzahl der Antriebswelle i die Umdrehungszahl
der getriebenen Welle 5 erhöh:, und desto größer wird auch das übersetzungsverhältnis
des Getriebes,. Da die Verlegung der Drehachse 0l des Drehkörpers auf bekannte Art
stetig erfolgen kann, so kann also eine stetige Übersetzungsänderung erfolgen.
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In der obigen Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes wurde stillschweigend
eine gleichbleibende Winkelgeschwindigkeit des Drehkörpers 9 angenommen. Die Verbindung
dieses
mit dem Träger 2 durch die Stange io ergibt indessen bei exzentrischer Lage des
Drehkörpers eine veränderliche Winkelgeschwindigkeit, die eine ebensolche der getriebenen
Welle 5 zur Folge hat. Bei schnelllaufenden Getrieben ist dies unzulässig.
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Ausführung nach Abb. 5 bis 7: Eine konstante Winkelgeschwindigkeit
des Drehkörpers 9 wird erreicht, wenn als Verbindungsglied von Drehkörper 9 und
Träger 2 beispielsweise ein Zahnradvorgelege nach Abb.5 bis 7 angeordnet wird. Der
auf dem Träger 2 befestigte Zahnkranz 23 überträgt dann das Drehmoment auf das Vorgelege
24, 25, das in dem im Raume stillstehenden Support 16 gelagert ist, und durch dieses
auf den mit dem Drehkörper 9 fest verbundenen Zahnkranz 26. Abb. 6 zeigt die Anordnung
bei exzentrischer, Abb. 7 bei zentrischer Lage des Drehkörpers 9 zur Getriebeachse.
Das Zahnrädervorgelege könnte natürlich auch durch ein Riemen- oder Kettengetriebe
ersetzt werden.
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Wird die Übersetzung des Vorgeleges derart gewählt, daß die Umdrehungszahl
des Drehkörpers 9 kleiner ist .als diejenige der Antriebswelle i des Getriebes,
so hat bei zentrischer Lage des Drehkörpers bezüglich der Getriebeachse O, d. h.
in dem Falle, wo der Drehkörer 9 und die von ihm angetriebene Schaltwelle 7 dauernd
miteinander gekuppelt sind und als Ganzes umlaufen, das Zentralrad 8 (Abb. i) eine
kleinere Umdrehungszahl als der Träger 2 und die Antriebswelle i. In diesem Falle
ist auch die Umdrehungszahl der getriebenen Welle 5 kleiner als diejenige der Antriebswelle
i. Verstellt man bei einem solchen Getriebe den Drehkörper exzentrisch zu der Achse
O der Schaltwelle 7, so daß die Schaltorgane 12 zur Tätigkeit gelangen, so wird
die Umdrehungszahl des Zentralrades 8 gegenüber derjenigen des Drehkörpers 9 in
dem Maße erhöht, als die Exzentrizität e des Drehkörpers vergrößert wird. Entsprechend
nimmt auch die Umdrehungszahl der getriebenen Welle 5 zu. je nach der Größe der
Exzentrizität e und der Übersetzungen des Vorgeleges und der Räder des Umlaufgetriebes
kann die Umdrehungszahl der getriebenen Welle auf diejenige der Antriebswelle oder
sogar über jene hinaus erhöht werden.
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Ausführung nach Abb. 8 bis i o: Man kann das Schaltwerk (Abb.8) auch
mit zwei Klinkenrädern 18 je Schaltorgan 12 ausführen, von denen das eine nach Abb.9
im einen, das andere nach Abb. io im umgekehrten Sinne verzahnt ist, und die Schaltorgane
12 nach Abb. 8 achsial verschiebbar anordnen, so daß nach Belieben das Schaltorgan
derart eingestellt werden kann, daß ein Zusammenarbeiten desselben entweder mit
dem einen oder mit dem anderen Zahnrad möglich ist. Diese Einrichtung ist für die
Umkehrung der Drehrichtung der getriebenen Welle 5 und dort nötig, wo bei unveränderter
Drehrichtung treibende und getriebene Welle ihre Rolle vertauschen. Das ist beispielsweise
bei einem Automobilgetriebe der Fall, wenn das eine Mal der Motor den Wagen, das
andere Mal, beim Bremsen mittels Motors, der Wagen den Motor treiben soll. je nachdem
der Motor zum Treiben oder Bremsen benutzt wird, wird das Schaltorgan 12 zum Zusammenarbeitenmit
dem einen oder dem anderen Schaltrad 18 gebracht. Der Zwischenraum zwischen den
Schalträdern 18 ist breiter als die Schaltklinke 17, so daß bei Einstellung des
Schaltorgans 12 entsprechend Abb. 8 Leerlauf möglich ist. Wenn Antriebs- und Getriebewelle
ihre Rolle vertauschen, so wird auch die Wirkungsweise des Drehkörpers 9 und der
Schaborgane 12 umgekehrt. Während im einen Falle der Drehkörper 9 über die Schaltorgane
12 die Schaltwelle 7 antreibt, erfolgt im umgekehrten Falle der Antrieb des Drehkörpers
9 über die Schaltorgane 12 von der Schaltwelle 7 aus. Das Getriebe ist also umkehrbar,
d. h. läuft es, von der Antriebswelle angetrieben, beispielsweise als Reduktionsgetriebe,
so kann es auch umgekehrt, wenn der Antrieb von der anderen Seite aus erfolgt, als
Erhöhungsgdtriebe laufen.
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Ausführung nach Abb. i i und 13.- Bei dieser sind die Anordnung und
Ausbildung der Schaltorgane 12 und des Drehkörpers 9 identisch mit denjenigen nach
Abb. i bis ¢. Der Drehkörper ist ebenfalls, wie in Abb. i bis 4, durch eine Stange
io mit seinem Antriebsorgan verbunden, das aber im Gegensatz zu dem Getriebe nach
Abb. i bis ¢ ein auf der Antriebswelle i sitzendes Innenrad 27 ist, während der
Träger 2 der Umlaufräder 3 auf der getriebenen Welle 5 sitzt. Abb. 13 zeigt einen
Schnitt des Getriebes nach Linie B-B in Abb. i i. Selbstverständlich wird auch bei
den Anordnungen ;nach Abb. i i und 13 der Drehkörper 9 zweckmäßig über ein Vorgelege
24, 25 (Abb. 5) mit seinem Antriebsorgan 27 verbunden.
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Ausführung nach Abb. 12: Bei den Getrieben nach den Abb. i bis 4 und
den Abb. i i und 13 trägt die Schallwelle 7 ein Zentralrad B. In Abb. 12 wird noch
ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Schaltwelle 7, die hier die
getriebene Welle ist, den Träger 2 der Umlaufräder 3 trägt. Der Antrieb des Getriebes
hat in diesem Falle . entweder durch das Innenrad 27 oder den Drehkörper 9 zu erfolgen.
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Es sind aber auch noch andere Ausführungen möglich. Stets muß aber
die Schaltwelle
7 entweder mit einem - der beiden Zentralräder
des Umlaufgetriebes oder mit dem Träger desselben in Verbindung stehen.
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In der Beschreibung und den Abbildungen sind als Schaltwerke stets
solche -mit Klinkenrädern und Klinken angenommen. Es können indessen auch beliebige
andere, nur in einer Richtung wirkende Schaltwerke, d. h. sogenannte Freilaufschaltwerke
oder auch sogenannte Reibungsgesperre usw., verwendet werden. Ebenso sind nur Umlaufgetriebe
mit Stirn- und Innenrädern dargestellt und beschrieben. Es können ,aber ebensogut
auch solche mit Kegelrädern oder Ketten in An-Wendung kommen. Fernei könnte die
bewegliche Verbindung der Schaltorgane 12 mit denn Drehkörper 9 auch in anderer
Weise, als in den Abbildungen dargestellt, bewerkstelligt werden, beispielsweise
indem man im Drehkörper radial verlaufende Schlitze oder Rillen anordnet und in
diesen die Schaltorgane führt. An Stelle der Verbindungsstange 14 könnte auch eine
Zahnstange angeordnet werden, die mit einem am Schaltorgan 12 angebrachten Zahnkranz
kämmt. Ebenso könnte die Schaltwelle nur mit einem einzigen Schaltkranz, jedoch
von größerem Durchmesser, ausgerüstet werden, wobei dann die Schaltorgane 12 beispielsweise
in derselben Ebene,. jedoch am Umfang gegeneinander versetzt, anzuordnen wären.
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Statt die Schaltwelle 7 konzentrisch zur Achse O des Umlaufgetriebes
anzuordnen, könnte man dieselbe samt dem vom Träger 2 oder der Antriebswelle angetriebenen
Drehk örper 9 auch in einem gewissen Abstände und parallel zu der Achse O anordnen.
In diesem Falle wäre dann noch eine besondere Verbindung zwischen der Schaltwelle
7 und dem Zentralrad 8 bzw.- dem Träger 2 des Umlaufgetriebes durch Zahnräder, Ketten
o. dgl. herzustellen.