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Selbsttätiges Übersetzungsgetriebe.
Es sind selbsttätige Übersetzungsgetriebe bekannt, bei welchen das Übersetzungsverhältnis zwischen angetriebener und treibender Welle durch ein unter Vermittlung eines Zwischenorgans aktiv angetriebenes Planetenschneckengetriebe erfolgt. Bei den Getrieben dieser Art wurde dieses Zwischenorgan in Abhängigkeit von der Tourenzahl der Treibwelle durch einen von einer äusseren Energiequelle gespeisten Elektromotor od. dgl. betätigt. Diese Art des Antriebes des Planetengetriebes hat den Nachteil, dass die Leistung des Motors nicht so genau bemessen werden kann, dass sie in jedem Betriebsfalle nur die für die Herstellung des Übersetzungsverhältnisses notwendige Energiemenge liefert.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Übersetzungsgetriebe der geschilderten Art, durch welches dieser Nachteil behoben und ausserdem eine bauliche Vereinfachung des Getriebes erzielt wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass das den aktiven Antrieb des Planetengetriebes bewirkende Element in Abhängigkeit vom Regulator der angetriebenen Welle, d. h. in Abhängigkeit vom Verhältnis der Drehmomente der beiden Wellen, gesteuert wird, und das dieses Element derart zwischen Triebwelle und dem Planetengetriebe eingebaut ist, dass bei Änderungen des Verhältnisses der Drehmomente an den beiden Wellen, je nach der Grösse dieses Verhältnisses, eine grössere oder kleinere Schlüpfung zwischen Triebwelle und dem genannten Element entsteht, so dass jeweils nur soviel Antriebsmittel erzeugt wird, als für die jeweilige Regelung des Übersetzungsverhältnisses notwendig ist.
Durch den erfindungsgemässen Einbau des Zwischenorgans zwischen Triebwelle und Planetengetriebe wird ferner eine wesentliche Verringerung der baulichen Ausmasse des gesamten Getriebes erzielt, was insbesondere für Kraftfahrzeuge von ausschlaggebender Bedeutung ist.
Das den Antrieb des Planetengetriebes bewirkende Element kann auf eine beliebige Weise, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch, betätigt werden.
Bei Verwendung eines hydraulischen Zwischenorgans wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, dass in einem mit dem Schwungrad des Motors fest verbundenen Gehäuse einer Primärpumpe ein Laufrad angeordnet ist, das mit dem Gehäuse eines Sekundärmotors in fester Verbindung steht, das an seiner Innenwandung Planetenschnecken trägt, die mit einem Laufrad des Sekundärmotors zweckmässig mittels Zahnräder und mit der angetriebenen Welle zweckmässig mittels eines Schneckenrades in bewegungs- übertragender Verbindung stehen. Hiedurch wird das verlangte Drehmoment an der angetriebenen Welle mit dem augenblicklichen Drehmoment des Motors vermöge des zwischen dem Laufrade und dem Gehäuse des Primärmotors auftretenden Schlupfes und der Riicklaufbewegung der Planetenschnecken auf dem Sehneckenrad in Übereinstimmung gebracht.
Auf vollkommen analoge Weise kann ein pneumatisch wirkendes Zwischenorgan ausgebildet werden.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit hydraulischem Antrieb der Planetensehnecken.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Übersetzungsgetriebe, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie a-b durch die Primärpumpe und Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie e durch das Schneckengetriebe, Fig. 4 stellt die Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung des Laufrades des Sekundärmotors auf die Planetenschnecken dar, Fig. 5 gibt das Ventil der Flüssigkeitsverbindung in vergrössertem Massstabe wieder und deutet das Zusammenwirken der Regulatoren in schematischer Weise an.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Schwungrad des Motors mit dem Gehäuse P einer Kapselpumpe fest verbunden. Das Laufrad L dieser sogenannten Primärpumpe ist einerseits mit dem Gehäuse S eines Sekundärmotors fest verbunden. In dieses Gehäuse sind Schnecken Sch, nach der Zeichnung zwei, derart eingebaut, dass sie mit dem Gehäuse um die verlängerte Motorachse umlaufen und sich ausserdem um ihre eigene Achse drehen können. Diese Schnecken (Planetschnecken) stehen mit dem Laufrad Ls des
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Sekundärmotors mittels Zahnräder Z in bewegungsübertragender Verbindung und greifen in ein Schnecken- rad R ein, das mit einer zum Kardangelenk führenden Welle 7c fest verbunden ist.
Sobald das verlangte
Drehmoment an dieser Welle eine Grösse erreicht hat, die das augenblickliche Drehmoment des Motors nicht übersteigt, kommt das gesamte Getriebe als starres System zur Wirkung und die Schnecken werden, ohne sich um ihre eigene Achse zu drehen, das Schneckenrad R mit derselben Umdrehungszahl, die der
Motor augenblicklich innehat, mitnehmen, da in dem Falle, dass das verlangte Drehmoment an der an- getriebenen Welle und das augenblickliche Drehmoment des Motors einander das Gleichgewicht halten, ein einfaches Regulatorensystem die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Primärpumpe und dem Sekundär- motor vollkommen gesperrt hält. Eine nennenswerte Schlüpfung zwischen Laufrad L und Gehäuse P der Primärpumpe tritt in diesem Falle nicht ein.
Wenn hingegen das verlangte Drehmoment wächst, ohne dass dem Motor mehr Brennstoff zugeführt wird, muss die Umdrehungszahl des Motors vorerst um ein kleines Mass sinken. Die Regulatoren werden ein Ventil, im Falle des vorliegenden Ausführung- beispieles einen Schieber Rs betätigen, so dass eine entsprechende Flüssigkeitsbewegung zwischen Primär- pumpe und Sekundärmotor erfolgt, wobei zwischen dem Gehäuse P und dem Laufrad L der Primär- pumpe Schlupfung auftritt. Je grösser das verlangte Drehmoment geworden ist, um so mehr öffnet der
Schieber Rs die Verbindung zwischen Pumpe und Sekundärmotor, um so grösser wird die Schlüpfung und um so mehr nimmt die Umdrehungszahl des Sekundärmotors zu.
Obgleich der Motor sofort wieder auf seine der eingestellten Brennstoffmenge entsprechende Umdrehungszahl hinaufgeht, wird der Schieber vermöge des Zusammenwirkens zweier Regulatoren, wie in Fig. 5 im Prinzip schematisch dargestellt ist, in der notwendigen Stellung gehalten. Das nun rascher umlaufende Laufrad Ls des Sekundärmotors überträgt seine Drehung auf die Schnecken Seit, u. zw. so, dass sich die Schnecken entgegengesetzt der
Drehrichtung des Schneckenrades R auf diesem aufschrauben. Das Schneckenrad wird in der Motor- drehrichtung laufend mitgenommen, u. zw. vermindert um die Umdrehungszahl, mit der die Schnecken ihre Planetenbewegung um das Schneckenrad entgegengesetzt der Motorwellendrehung durchführen.
Die
Umdrehungszahl des Schneckenrades verringert sich somit um die Zahl der rückläufigen Umdrehungen der Schnecken um die Motorachse vermehrt um die Schlüpfe des Laufrades L im Gehäuse P.
Der Schieber Ps dient zur Steuerung der Druck-und Saugöffnungen im Laufrad L. Die Druck- leitung zum Laufrad Ls des Sekundärmotors führt durch den Regulierschieber Rs. Die verbrauchte
Flüssigkeit kann unter Umgehung des Regulierschiebers ungehindert in die Primärpumpe zurückfliessen.
Um ein stossfreies Anfahren zu ermöglichen, sind in dem Regulierschieber Rs Fenster derart angeordnet, dass bei einer verhältnismässig noch niedrigen Umdrehungszahl des Motors und Ruhezustand des Wagens eine volle Verbindung der Druckseite mit der Saugseite in der Primärpumpe hergestellt ist und keine
Flüssigkeit in den Sekundärmotor gedrückt wird.
Erst bei Zunahme der Motorumdrehungen beginnt das Fenster des Schiebers Rs sich mit dem entsprechenden Fenster der Druckleitung zum Laufrad Ls zu decken und den Übergang von Druckflüssigkeit direkt zur Saugseite der Primärpumpe zu bremsen.
Der auf diese Weise erhöhte Widerstand in der Flüssigkeitsbewegung verursacht das Mitgehen des Lauf- rades L mit seinem Gehäuse P und somit auch der Schnecken. Gleichzeitig wird den Schnecken auch bereits eine Rüeklaufbewegung erteilt, deren Grösse so geregelt ist, dass eine Übertragung der Dreh- bewegung durch die Schnecken auf das Schneckenrad vorläufig nicht stattfindet. Bei vollständigem Ab- schluss des freien Überganges des Druckmittels von der Druck-zur Saugseite und gänzlicher Überleitung des durch die Schlüpfung im Primärmotor geförderten Druckmittels in den Sekundärmotor erhalten die Schnecken eine Umlaufzahl, die ihre Planetenbewegung um das Schneckenrad nicht ganz kompensiert.
Infolge dieser auftretenden Differenz wird das Schneckenrad mitgenommen. Entsprechend den fallenden
Bewegungswiderständen wird durch Vermittlung der Regulatoren das Regulierventil in drosselndem
Sinne betätigt und dadurch eine Abnahme der Umlaufzahl der Schnecken bewirkt. Daraus folgt eine weitere Erhöhung der Umlaufzahl der Kardanwelle und so in Wechselwirkung weiter, bis der Gleich- gewichtszustand erreicht ist.
Die Regulatoren beider Wellen wirken somit zusammen auf den Schieber Rs, bis eine den Fahrwiderständen und der eingestellten Gasmenge entsprechende Übersetzung durch Rück-
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Übergang von der Druckseite zur Saugseite in der Primärpumpe vorerst gesperrt und zugleich der volle Öffnungsquerschnitt zwischen Primärpumpe und Sekundärmotor hergestellt wird, worauf der Schieber wieder absperren wirkt, bis der Gleichgewichtszustand hergestellt ist.
Bei grossen Belastungen, wie z. B. beim Fahren auf grossen Steigungen, werden die Schnecken um so mehr in Tätigkeit treten, je grösser das Verhältnis des gegebenen Motordrehmomentes zum verlangten Drehmoment an der Welle k ist. Auch beim Langsamfahren bei Verkehrshindernissen wird einfach durch Drosseln des Motors das Übersetzungsgetriebe selbsttätig in Tätigkeit gesetzt. Durch die Verkleinerung des Drehmomentes des Motors infolge der Drosselung wird der Schieber Rs so gestellt, dass die Schlüpfung und die Flüssigkeitsbewegung so lange wachsen, bis die Widerstände der erhöhten Flüssigkeitsbewegung auf das notwendige Mass gewachsen sind und die Schnecken die für die Übersetzung erforderliche Rücklaufbewegung durchführen.
Im Falle der Beschleunigung der Motorbewegung, nämlich falls dem Motor mehr Gas als notwendig ist zugeführt wird oder die Widerstände sich verkleinern, findet der umgekehrte Vorgang statt. Die
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Motorumdrehungszahl wächst, und der Regulator wirkt auf Absperrung des Schiebers hin, was eine Erhöhung der Umdrehungszahl der Welle k und eine ergänzende Absperrwirkung des Wellenregulators zur Folge hat. Gleichzeitig gleichen sich die Drehmomente aus und der Motor kehrt wieder zu seiner eingestellten wirtschaftlichen Umdrehungszahl zurück. Dieser Vorgang vollzieht sich in einer meist nicht bemerkbaren Zeitspanne.
Beide Regulatoren können in ihrer Zusammenwirkung so eingestellt werden, dass z. B. bei einer Wagengeschwindigkeit von 30 km per Stunde und einer Motorumdrehungszahl, welche unterhalb der wirtschaftlichen liegt, der Schieber Es ganz gesperrt und die Schlüpfung nahezu Null wird. Die Schnecken vollführen in diesem Falle keine Umdrehungen um ihre eigene Achse, sondern wirken bloss als Mitnehmer.
Die direkte Übertragung ist somit hergestellt und jede weitere Gaszufuhr hat direkte Beschleunigungen des Wagens zur Folge.
Bei der vorliegenden Konstruktion hat der Wirkungsgrad der hydraulischen Apparatur auf den
Gesamtwirkungsgrad des Getriebes keinen überragenden Einfluss. Hingegen ist auf die Konstruktion des
Schneckengetriebes besonderes Augenmerk zu legen, da hohe Gleitgeschwindigkeiten, wenn auch nur für kurze Betriebszeiten auftreten. Der Steigungswinkel soll, soweit dies die Konstruktion zulässt, über dem Reibungswinkel gewählt werden. Der ganze Schneckenantrieb muss separat eingekapselt werden und in Öl laufen. Die Auswuchtung des Getriebes ist besonders zu berücksichtigen.
Für Fahrzeuge mit hochtourigen Motoren, empfiehlt es sich, eine pneumatische Ausführung mit umlaufendem Kolbenkompressor und direktem Antrieb durch Pfeilräder (Luftturbinen), wie solche bereits seit Jahren für Bergwerksmasehinen verwendet werden, zu benutzen. Bei dieser Ausführung entfallen die bei der dargestellten Ausführungsform als Übertragungsorgane auf die Schnecken wirkenden
Zahnräder. Ausserdem hat die Zwischenschaltung eines Kompressors, der die Rolle einer Primärpumpe übernimmt, eine vorteilhafte Wirkung hinsichtlich der Abnutzung der Übertragungsorgane vom Motor bis zu den Hinterrädern sowie auch für die Beanspruchung der Motorwelle. Analog wie bei der hydrau- lischen Ausführung wäre auch hier der Wirkungsgrad der pneumatischen Apparatur von keinem ein- schneidenden Einfluss.
In ähnlicher Weise lässt sich das selbsttätige Übersetzungsprinzip auch unter Verwendung eines
Reibradgetriebes oder einer elektrischen Einrichtung für die Einstellung der veränderlichen Umdrehungs- zahl der Schnecken verwenden. Der Leistungsverbrauch für den Schneckenantrieb ist nicht hoch, da nur die Reibungswiderstände zu überwinden sind.
Als Beispiel der Anwendung des Übersetzungsgetriebes nach der Erfindung wurde das Fahrzeug gewählt, da hier besonders hohe Forderungen an den raschen und stossfreien Übersetzungswechsel ge- stellt werden. Auch in Anbetracht der Notwendigkeit leichter Bedienung und Wirtschaftlichkeit im
Betriebe von Fahrzeugen ist das selbsttätige Getriebe nach vorliegender Erfindung von einschneidende
Bedeutung. Das Übersetzungsgetriebe nach der Erfindung ist für Maschinen verschiedenster Art mit wechselnder Belastung wie Krane, Aufzüge, Pressen usw. geeignet. Im Falle der Zwischenschaltung eines Schwungrades kann die Übertragung ohne weiteres von einer Transmission abgeleitet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätiges Übersetzungsgetriebe für Maschinen verschiedenster Art mit wechselnder Be- lastung, insbesondere für Fahrzeuge, bei welchem das Übersetzungsverhältnis zwischen angetriebener und antreibender Welle durch ein unter Vermittlung eines Zwischenorgans aktiv angetriebenen Planeten- schneckengetriebes geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das den aktiven Antrieb des Planeten- getriebes bewirkende Element in Abhängigkeit vom Regulator der treibenden und vom Regulator der angetriebenen Welle, d. h.
in Abhängigkeit vom Verhältnis der Drehmomente der beiden Wellen, gesteuert wird, und dass dieses Element derart zwischen Triebwelle und dem Planetengetriebe eingebaut ist, dass bei Änderungen des Verhältnisses der Drehmomente an den beiden Wellen, je nach der Grösse dieses Verhältnisses, eine grössere oder kleinere Schlüpfung zwischen Triebwelle und dem genannten
Element entsteht, so dass jeweils nur soviel Antriebsmittel erzeugt wird, als für die jeweiligeRegelung des Übersetzungsverhältnisses notwendig ist.