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Umlaufräder- Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Es sind Umlaufräder-Wechselgetriebe bekannt, die aus zwei hintereinander geschalteten Umlaufgetrieben bestehen, deren jedes durch zwei ringförmig im Getriebegehäuse angeordnete Elektromagnete geschaltet wird. Hiedurch kann jedes Umlaufgetriebe entweder in sich blockiert werden, so dass es ein starr umlaufendes Ganzes bildet, oder es kann einer seiner Umlaufteile festgehalten werden, so dass eine Geschwindigkeitsübersetzung erfolgt. Je nach der Einstellung der beiden hintereinander geschalteten Umlaufgetriebe ergibt sich dann eine unterschiedliche Gesamtübersetzung.
Auch die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein solches Umlaufräder-Weehselgetriebe. sie bezweckt eine solche Ausbildung des Getriebes, dass es ohne Veränderung der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse den Antrieb in beiden Drehrichtungen wahlweise zu übertragen vermag. Ferner bezweckt sie eine Vereinfachung der Bauart unter Vermeidung einer Drehzahlerhöhung der umlaufenden Teile im Verhältnis zur Drehzahl der Antriebswelle.
Erfindungsgemäss wird zu diesem Zweck die Anordnung derart getroffen, dass zwischen dem Motor und den Umlaufgetrieben eine Umkehrvorrichtung eingeschaltet ist, mittels welcher der Drehsinn der Umlaufgetriebe in bezug auf die Antriebswelle gewechselt und in beiden Drehrichtungen dieselben Geschwindigkeiten erhalten werden können, während in einer dritten, neutralen Stellung der Umkehrvorrichtung die Antriebswelle vom Getriebe losgekuppelt werden kann.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Getriebe, bei welchem zwei Umlaufteilgetriebe und eine Umkehr Vorrichtung hintereinander geschaltet sind, Fig. 2 zeigt den Schnitt nach der Linie X-X der Fig. 1, Fig. 3 veranschaulich einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der die Antriebswelle durch das Getriebe hindurch geführt ist, Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Getriebe mit elektromagnetisch geschalteter Umkehrvorriehtung und mit drei hintereinander geschalteten Umlaufteilgetrieben und Fig. 5 eine Teilansicht der Fig. 4 bei einer andern Einstellung des Getriebes.
Wie Fig. 1 zeigt, ragt die treibende Welle 16 in die linke Hälfte des quergeteilten Gehäuses 8 hinein und ist in dieser mittels eines Wälzlagers 7 gelagert und mit einer axialen Bohrung versehen, in welcher die getriebene Welle 6 hineinragt. Diese ist in der rechten Hälfte des Gehäuses 8 mittels eines Wälzlagers gelagert. Das Ende der Welle 16 läuft in einen verjüngten Zapfen 88 aus, auf dem ein Zahnrad 91 befestigt ist. Ferner ist auf dem Zapfen 88 eine verzahnte Buchse 83 verschiebbar. In diese ragt
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Arm S2 einer am Gehäuse gelagerten Welle verschoben werden kann. Am Gehäuse ist ein innenverzahnter Ring 89 angeschraubt, in den die Verzahnung der Buchse 83 eingreifen kann. Ein Planetenradträger 84 ist auf der Verzahnung der Buchse 83 mit inneren Zähnen 90 geführt.
Der Planetenradträger trägt mehrere zweistufige Umlaufräder ( ?, deren Zahnkranz kleineren Durchmessers mit dem Zahnrad 91 kämmt, während der Zahnkranz grösseren Durchmessers mit einer Innenverzahnung eines Zahnkranzes 87 kämmt. Wird die Buchse 83 nach rechts verschoben, so greift ihr rechtes Ende in die Verzahnung der Umlaufräder 85 ein. An dem Zahnrad 91 ist eine Scheibe 92 angenietet, die mit ihrem Rand zwischen die beiden Zahnkränze der Umlaufräder M eingreift und dadurch verhindert, dass sich der Umlaufradträger in der Achsenrichtung verschiebt.
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. Das Umlaufgetriebe 91, 85, 87 stellt ein dem Hauptgetriebe vorgeschaltetes Hilfsgetriebe dar. welches als Umkehrvorrichtung wirkt. Je nach der Stellung der Buchse 83 wirkt das Hilfsgetriebe als starre Kupplung oder als Wendegetriebe für den Rückwärtsgang des Kraftfahrzeuges. Nimmt die Buchse 83 die gezeigte Stellung ein, so kann sich der Planetenradträger 84 samt der Buchse auf dem Zapfen 88 frei drehen, und seine Umlaufräder 85 wälzen sich daher auf dem Zahnkranz 87 ab, ohne diesen anzutreiben, wenn die Planetenräder durch das umlaufende Zahnrad 91 in Umdrehung versetzt werden.
Das Drehmoment wird also nicht übertragen. Wird die Buchse 83 in ihre linke Endstellung verschoben. so dass sie in den am Gehäuse angeschraubten Ring 89 eingreift, so wird hiedurch der Planetenradträger 84 festgehalten. Die Umlaufräder 85 wirken dann als Zwischenräder, die die Drehung des Zahnrades 91 im umgekehrten Drehsinne auf den Zahnkranz 87 übertragen, u. zw. im Übersetzungsverhältnis 1 : 1.
Nimmt die Buchse 83 ihre rechte Endstellung ein, so dass sie in die äussere Verzahnung der Umlaufräder 85 eingreift, so verhindert sie diese am Umlauf, so dass der Zahnkranz 87 mit dem Zapfen 88 zu gemeinsamem Umlauf gekuppelt wird.
Der Zahnkranz 87 wird von einer auf der Welle 6 frei drehbaren Buchse getragen, auf der nebeneinander ein scheibenförmiger Elektromagnet 1 und ein inneres Sonnenrad 23 aufgekeilt sind. Die verhältnismässig lange Nabe des Sonnenrades 23 dient als Lagerzapfen für eine Ankerscheibe 9, die in der Achsenrichtung etwas verschiebbar ist und deren Kranz sich entweder an die Kupplungsfläche des Kranzes der Scheibe 1 oder an die Kupplungsfläche eines am Gehäuse 8 befestigten Ringmagneten 2 anlegen kann. Auch trägt die Ankerscheibe 9 den innenverzahnten Sonnenzahnkranz 10, der zusammen mit dem inneren Sonnenrad 23 und den Umlaufrädern 21, 22 den einen Hauptgetriebeteil bildet.
Die beiden Zahnkränze 21, 22, die mit den Sonnenrädern 23, 10 kämmen, werden von einem gemeinsamen Radkörper getragen, dessen Lagerzapfen in einem Planetenradträger 13 befestigt ist, der mittels eines Wälzlagers auf der getriebenen Welle 6 gelagert ist. In Fig. 1 ist nur ein Lagerzapfen veranschaulicht. aber es versteht sich, dass der Träger 13mehrere derartige Lagerzapfen für eine Reihe von Zahnrädern 21, 22 trägt. Wie ersichtlich, hat der Zahnkranz 22 einen grösseren Durchmesser als der Zahnkranz 21.
Nunmehr sei der zweite Getriebeteil erläutert, der seinerseits wieder aus einem Planetenradgetriebe besteht, dessen Planetenradträger 15 mittels einer verhältnismässig langen Nabe auf der getriebenen Welle 6 verkeilt ist. Die Nabe bildet gleichzeitig den Lagerzapfen für das innere Sonnenrad 12, das mit einer Kupplungsankerscheibe 11 aus einem Stück besteht. Ebenso, wie für die Ankerscheibe 9 beschrieben, liegt der Kranz der Ankerscheibe 11 zwischen den Kupplungsflächen zweier Ringmagnete, deren einer, mit 3 bezeichnet, innen am Gehäuse 8 befestigt ist, während der andere, mit 4 bezeichnet, von einer auf der getriebenen Welle 6 aufgekeilten Scheibe getragen wird. Die auf dem Zapfen des Planetenradträgers 15 laufenden Planetenräder 24 kämmen einerseits mit dem inneren Sonnenrad 12 und anderseits mit dem äusseren, innenverzahnten Zahnkranz 14.
Erfindungsgemäss besteht nun das die beiden Umlaufgetriebe 23, 13, 10 einerseits und 14, 1512 anderseits vereinigende Organ aus einem Ring, der den Planetenradträger 13 des auf der Antriebsseite gelegenen Umlaufgetriebes mit dem äusseren Sonnenrad 14 des auf der Abtriebsseite gelegenen Umlaufgetriebes starr vereinigt. Dementsprechend ist der Ring am Planetenradträger 13 starr befestigt oder aus einem Stück mit ihm hergestellt. Der Ring trägt zweckmässig auch unmittelbar selbst die Verzahnung 14.
Die umlaufenden Ringmagnete 1 und 4 erhalten ihren Erregerstrom über Schleifringe und Bürsten.
Zweckmässig werden Einrichtungen vorgesehen, mit deren Hilfe man die Abtriebswelle 6 ohne die Verwendung elektrischer Mittel gegen Drehung verriegeln kann, um das stillstehende Kraftfahrzeug so vor ungewollter Bewegung zu sichern. Zu diesem Zweck ist der Ringmagnet 4 auf seinem Umfang mit radialen Bohrungen 102 versehen, in die ein im Getriebegehäuse verschiebbar geführter Bolzen 98 mittels eines Knebels 99 eingeführt werden kann. Eine Feder 101 sucht den Bolzen 98 für gewöhnlich einzurücken.
Um auch bei neutraler Stellung des Umkehrgetriebes, also bei stillstehender Abtriebswelle, die Schmierung, insbesondere der Wellenteile, sicherzustellen, ist auf der treibenden Welle 16 eine Ölpumpe 93 angebracht, welche Öl in die Wellenbohrung hineinpresst, von wo es auf die verschiedenen Gleitflächen durch nicht näher veranschaulichte Kanäle verteilt wird.
In Fig. 2 ist die Ölpumpe näher veranschaulicht. Sie besteht aus einem festen Gehäuse 93 mit einer exzentrischen Ausdrehung 94, in welcher ein Flügelkolben 96 umläuft, der in der Welle 16 in deren Durchmesserrichtung verschiebbar geführt ist. Der Flügelkolben drückt bei seinem Umlauf das Öl aus dem sichelförmigen Raum heraus, der zwischen der Welle 16 und der äusseren Wandung der Aussparung 94 verbleibt, und drückt das Öl in das Innere der Welle hinein. Durch die Öffnung 97 wird Öl wieder angesaugt.
Die Wirkungsweise ist folgende ; Jedes Umlaufgetriebe kann für sich auf zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse eingestellt werden, nämlich entweder beim Ankuppeln der Ankerscheibe an den umlaufenden Ringmagneten auf das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 oder beim Ankuppeln der Ankerscheibe an den am Gehäuse befestigten Ringmagneten auf eine bestimmte Geschwindigkeitsuntersetzung.
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Durch die Reihenschaltung der beiden Umlaufgetriebe können vier verschiedene Geschwindigkeiten der getriebenen Welle 6 bei einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle 16 herbeigeführt werden.
Für die erste Stufe, also für die grösste Geschwindigkeitsuntersetzung, werden die beiden am
Gehäuse befestigten Ringmagnete 2 und 3 erregt. Infolgedessen steht beim ersten Planetengetriebe der äussere Sonnenzahnkranz 10 und beim zweiten Planetengetriebe das innere Sonnenrad 12 still. Die
Umlaufräder 22 rollen, getrieben durch das Sonnenrad 23, an der Kranzverzahnung 10 ab, und der
Planetenradträger 13 dreht sich daher langsamer als die Antriebswelle 16. Da er erfindungsgemäss mit dem Zahnkranz 14 des zweiten Planetenradgetriebes verbunden ist, findet im zweiten Planetenradgetriebe wiederum eine Untersetzung der Geschwindigkeit mittels der Umlaufräder 24 statt, so dass die Planetenradträger 15, der mit der getriebenen Welle 6 verkeilt ist, noch langsamer umläuft. Diese Einstellung ergibt also die kleinste Geschwindigkeit der getriebenen Welle.
Die zweite Geschwindigkeitsstufe ergibt sich bei Erregung der Magnete 2 und 4. Hiebei findet im ersten Planetenradgetriebe wie vorher eine bestimmte Untersetzung der Geschwindigkeit statt, während das zweite Planetenradgetriebe durch die Kupplung des Planetenradträgers M mit dem inneren Sonnenrad 12 blockiert wird und daher als starre Kupplung wirkt, welche die Drehzahl des Planetenradträgers 13 im Verhältnis 1 : 1 auf die getriebene Welle 6 überträgt.
Zur Einstellung der dritten Gesehwindigkeitsstufe wird umgekehrt das erste Planetenradgetriebe blockiert und das zweite freigegeben. Dies geschieht durch Erregen der Ringmagnete 1 und 3. Das Übersetzungsverhältnis entspricht dann also dem des zweiten Getriebeteils, das wegen der konstruktiven Ausführung der Planetenräder geringer ist als das Übersetzungsverhältnis des andern Planetengetriebes.
Es ergibt sich also eine höhere Abtriebsgeschwindigkeit als bei der zweiten Stufe.
Für die vierte Stufe werden durch Erregen der Magnete 1 und 4 beide Planetengetriebe blockiert, so dass sie eine unmittelbare Kupplung zwischen der Antriebs-und der Abtriebswelle bilden.
Mittels des vorgeschalteten Hilfsgetriebes können diese vier Geschwindigkeitsstufen auch in entgegengesetztem Drehsinn in gleicher Grösse auf die Abtriebswelle 6 übertragen werden. Bei der in Fig. 1 veranschaulichten neutralen Einstellung der Buchse 83 ist die treibende Welle 16 mit dem Motor vom Getriebe losgekuppelt.
Das vorgeschaltete Wendegetriebe kann gleichfalls so ausgebildet werden, dass es elektromagnetisch umgeschaltet werden kann und dass es bei Vorwärts-und Rückwärtsgang das gleiche Übersetzungsverhältnis ergibt. Eine solche Ausführung des Hilfswendegetriebes ist in Fig. 4 veranschaulicht, in der der Einfachheit halber die Schmierölpumpe und die Wellenbohrung fortgelassen sind. Die treibende Welle 47, in deren Axialbohrung die getriebene Welle hineinragt, trägt eine auf ihr befestigte Scheibe mit einem Magnetring M, in welchem eine Magnetspule untergebracht ist. Ferner ist das Ende der Welle 47 mit einem verzahnten Flansch 80 versehen, der das innere Sonnenrad des Wendegetriebe bildet.
Zwischen der Scheibe des Magnetringes 51 und dem verzahnten Flansch 80 ist auf der Welle 47 der Planetenradträger 65 frei drehbar, aber ohne axialen Spielraum gelagert. Er trägt achsenparallele Zapfen für die Planetenräder 78, die mit zwei Zahnkränzen verschiedenen Durchmessers versehen sind. Der Zahnkranz des kleineren Durchmessers kämmt mit der Verzahnung 80, während der Zahnkranz 79 grösseren Durchmessers mit dem innenverzahnten Sonnenrad 48 kämmt. Dieses entspricht dem innen, verzahnten Rad 87 der Fig. 1.
Auf dem Umfang des runden scheibenförmigen Planetenradträgers 66 sitzt axial verschiebbar, aber gegen relative Drehung gesichert, der Ankerring 61. Die Sicherung gegen relative Drehung erfolgt beispielsweise durch Rundkeile 76, die durch Kopfscheiben gegen Herausfallen gesichert sind. An dem Planetenradträger sind Blattfedern 77, 77'angenietet, die sich von beiden Seiten an den Ankerring 61 anlegen und diesen in der in Fig. 4 gezeigten Mittelstellung zu halten suchen. An dem Gehäuse 60 ist innen ein Magnetring 62 mit einer Magnetspule befestigt, wie dies Fig. 4 zeigt. Wird diese Spule erregt, so wird der Ankerring 61 angezogen, so dass die Blattfeder 77'nachgibt, wie dies Fig. 5 erkennen lässt.
Der Planetenradträger wird hiedurch festgehalten, so dass die Planetenräder als ortsfeste Übertragungsräder wirken, welche die Drehung der Antriebswelle 47 in umgekehrter Richtung aber mit der gleichen Drehzahl auf das innenverzahnte Sonnenrad 48 übertragen. Wird der Magnetring 51 erregt, so wird hiedurch das innere Sonnenrad 80 mit dem Planetenradträger 65 starr gekuppelt, so dass das Wendegetriebe blockiert ist und die Drehung der Antriebswelle 47 unmittelbar auf das innenverzahnte Sonnenrad 48 überträgt.
Ist keiner der beiden Ankerringe 61 und 52 erregt, so halten die Federn 77, 77'die Ankerscheibe 61 in einer neutralen Mittelstellung, in der die Ankerscheibe ausser Berührung mit den Magnetringen steht und sich daher frei drehen kann. Dies hat zur Folge, dass das Antriebsmoment der Welle 47 auf das innenverzahnte Sonnenrad 48 nicht weiter übertragen wird.
Im übrigen zeigt Fig. 4 ein Getriebe mit acht verschiedenen Geschwindigkeiten, das drei Umlaufgetriebe enthält. Diese werden gesteuert durch Elektromagnete 63-58. Der Elektromagnet 63 ist mit der Nabe des Sonnenrades 48 starr verbunden. Der Elektromagnet J6 ist an einem Planetenradträger 60 befestigt. Der Elektromagnet 6"1 ist mit einem Planetenradträger 60 und mit einem äusseren Sonnenrad 69 verbunden. Die Elektromagnete 54, 56 und 58 sitzen fest am Gehäuse 60. Zwischen den
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Elektromagneten befinden sich die Ankerscheibe 62,63 und 64, die befestigt sind an dem äusseren Sonnenrad 66 und dem inneren Sonnenrad 67 bzw. dem inneren Sonnenrad 68.
Die Umlaufräder 70 des
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Drehsinne angetrieben.
Die Wirkungsweise ist folgende : Für die erste Geschwindigkeitsstufe werden die festen Elektromagnete 54, 55 und 68 erregt. Man erhält dann drei aufeinanderfolgende Geschwindigkeitsänderungen, eine in jedem Umlaufgetriebe,
Für die zweite Geschwindigkeitsstufe werden die festen Elektromagnete 54, 55 und der Umlaufmagnet 57 erregt. Man erhält dann zwei Geschwindigkeitsänderungen in den beiden ersten Getrieben und unmittelbare Übertragung durch das dritte.
Für die dritte Geschwindigkeitsstufe werden die festen Elektromagnete 54 und 58 und der umlaufende Elektromagnet 56 erregt. Infolgedessen bewirken das erste-und das dritte Umlaufgetriebe eine Übersetzung, während das zweite als unmittelbare Kupplung wirkt.
Für die vierte Geschwindigkeit werden der feste Elektromagnet 54 und die umlaufenden Elektromagnete 56 und 57 erregt. Hiebei wirkt das erste Umlaufgetriebe übersetzend, das zweite und dritte dagegen als starre Kupplung.
Für die fünfte Geschwindigkeitsstufe werden der umlaufende Elektromagnet 53 und die festen Elektromagnete 55 und 68 erregt. Dann wirkt das erste Umlaufgetriebe als starre Kupplung, das zweite und dritte jedoch als Übersetzung.
Bei der sechsten Geschwindigkeitsstufe werden die umlaufenden Elektromagnete 53 und 57-und der feste Elektromagnet 55 erregt. Infolgedessen wirken das erste und dritte Umlaufgetriebe als starre Kupplung, das zweite als Übersetzung.
Für die siebente Geschwindigkeitsstufe werden die umlaufenden Elektromagnete 53 und 56 und der feste Elektromagnet 55 erregt. Dies hat zur Folge, dass das erste und das zweite Umlaufgetriebe als starre Kupplung wirken, das dritte aber-eine Übersetzung der Geschwindigkeit herbeiführt.
Bei der achten Geschwindigkeitsstufe werden die umlaufenden Elektromagnete 53, 56 und 57 erregt. Hiebei wirken sämtliche Umlaufgetriebe als starre Kupplung, so dass sich die Antriebswelle mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Abtriebswelle dreht.
Man sieht, dass man acht zweckentsprechend abgestufte Geschwindigkeiten erhält, wenn das Übersetzungsverhältnis des ersten'Umlaufgetriebes grosser ist als das Produkt der Übersetzungen des zweiten und des dritten und dass in entsprechender Weise das Übersetzungsverhältnis des zweiten Getriebes grösser sein muss als dasjenige des dritten.
Statt die Antriebswelle als Hohlwelle auszubilden, in welche die Abtriebswelle hineinragt, kann die Anordnung auch umgekehrt getroffen werden. In diesem Falle ist also die Abtriebswelle hohl und die Antriebswelle ragt in sie hinein. Bei dieser Anordnung kann die Antriebswelle durch die hohle Abtriebswelle und das ganze Getriebe hindurchgeführt und auf der von dem vorgeschalteten Wendegetriebe abgewandten Seite mit dem Motor gekuppelt werden. Auf das Ende der Abtriebswelle kann man z. B. eine Schnecke aufsetzen, die mit einem im Gehäuse gelagerten Schneckenrad kämmt, dessen Welle die Getriebeachse rechtwinklig kreuzt.
Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist das innere Sonnenrad 23'mit der Ankerscheibe 9 zu einem Stück vereinigt, während das äussere Sonnenrad 10' mit dem Sonnenrad 8"1 des vorgeschalteten Wendegetriebes starr verbunden ist. Der Hauptunterschied von der Ausführungsform der Fig. 1 besteht jedoch darin, dass die Antriebswelle 16'durch das ganze Getriebe hindurchgeführt ist und daher von dem Motor angetrieben werden kann, der auf derselben Seite vom Getriebe angeordnet ist wie die Abtriebswelle 6'. Die Abtriebswelle 6'selbst überträgt ihre Kraft weiter durch eine auf ihr angebrachte Schnecke oder durch ein Kegelrad auf eine Welle 28. Man erkennt, dass die Achse des Getriebes diejenige der Welle 28 rechtwinklig kreuzt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Umlaufräder-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus hintereinander geschalteten Umlaufgetrieben, deren jedes durch zwei Elektromagnete betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor und den Umlaufgetrieben eine Umkehrvorriehtung eingeschaltet ist, mittels welcher der Drehsinn des Wechselgetriebes in bezug auf die Antriebswelle gewechselt und in beiden Drehrichtungen dieselben Geschwindigkeiten erhalten werden können, während in einer dritten neutralen
Stellung der Umkehrvorrichtung die Antriebswelle vom Getriebe losgekuppelt werden kann.