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Selbsttätiges Gesehwindigkeitsweehsel-Planetengetriebe.
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Planetenrad kämmen, dessen Welle in einem auf der Antriebs-und Abtriebswelle gelagerten Träger gelagert ist.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines derartigen Planetengetriebes, bei dem ein direkter
Gang oder aber ein Antrieb mit niedrigerer Geschwindigkeit über das Getriebe erhalten werden kann, insbesondere eines solchen, bei dem die Umschaltung von einer Geschwindigkeitsübersetzung auf eine andere automatisch oder halbautomatisch erfolgen kann. Es soll demnach eine automatische Umschaltung von einem direkten Gang auf einen Antrieb mit niedrigerer Geschwindigkeit durch das Getriebe sowie eine halbautomatische Umschaltung vom Antrieb über das Getriebe auf den direkten Gang, u. zw. unter ganz geringer Verwendung einer Fliehkraft erzielt werden.
Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung einer Übertragungsvorriehtung mit einer Flieh- krafteinrichtung, die nicht ausgeglichen ist, während die Vorrichtung mit der einen Übersetzung arbeitet, hingegen ausgeglichen ist, wenn die Vorrichtung mit einer andern Übersetzung arbeitet. Hiezu sollen Fliehkraftgewichte verwendet werden, die Veränderungen im Ausmass der Bewegung während der Kraft- übertragung nicht unterworfen sind, so dass keine Verluste entstehen, und wobei von diesen Gewichten beim Umschalten von einer Übersetzung zur andern keine Arbeit gefordert wird, da ihre Tätigkeit sich ausschliesslich auf die Aufrechterhaltung des Gleichlaufes zwischen der treibenden und getriebenen Welle beschränkt.
Gleichzeitig wird bezweckt, sämtliche Epizykloiden-oder Hypozykloiden-Bewegungen überflüssig zu machen und bloss einfache kreisförmige Bewegungen zu verwenden, wodurch eine höhere Ausgangsleistung und geringere Abnützung erzielt wird.
Gemäss der Erfindung ist auf der Planetenradwelle des Planetengetriebes eine Einrichtung befestigt, die unter dem Einfluss der Fliehkraft zwei verschiedene Gleichgewichtsstellungen einnehmen kann, wobei der Planetenradträger auf der Antriebs-und Abtriebswelle frei drehbar und durch eine Freilaufkupplung mit einem ortsfesten Teil verbunden ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Sonnen-und Planetenrädern ist derart gewählt, dass die Abtriebswelle langsamer läuft als die Antriebswelle und der Planetenradträger das Bestreben hat, um die Antriebs-und Abtriebswelle in entgegengesetzter Richtung als diese umzulaufen.
Die auf der Planetenradwelle sitzende Einrichtung besteht aus Fliehkraftgewiehten, die beim Umlauf des Planetenradträgers unsymmetrische, hingegen bei Stillstand desselben symmetrische Stellungen einnehmen können. So kann z. B. das eine Fliehkraftgewicht direkt auf der Planetenradwelle gelagert sein, wohingegen das andere Gewicht auf dieser Welle mittels eines Exzenters gelagert ist, wobei die grösste Ausladung des Exzenters gegenüber dem direkt gelagerten Gewicht um etwa 180 versetzt ist.
Die auf der Planetenradwelle sitzende Einrichtung kann auch aus einem Quecksilber enthaltenden Zylinder bzw. Gehäuse bestehen, wobei das Quecksilber bei rotierendem Planetenradträger eine unsymmetrische und bei stillstehendem Planetenradträger eine symmetrische Lage einnehmen kann. Die unsymmetrisehe Lage des Quecksilbers wird in ihrer Fliehkraftwirkung wesentlich verbessert, wenn im Zylinder bzw. im Gehäuse eine radiale Teilwand vorgesehen ist, wobei das Quecksilber bei rotierendem Planetenradträger eine Stellung neben dieser Teilwand einnimmt.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt, im Wesen nach der Linie 1-1 der Fig. 2, durch ein gemäss der Erfindung ausgebildetes Planetengetriebe, wobei einige Teile in Ansicht dargestellt sind. Fig. 2 ist ein Querschnitt des Getriebes nach Fig. 1, wobei ein Teil des Gehäuses weggebrochen und eine in die Vorrichtung eingebaute Freilaufkupplung im Schnitt ersichtlich ist. Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Quecksilberkapsel-Fliehkraftein- richtung, die an der Planetenwelle des Getriebes nach den Fig. 1 und 2 anstatt der in denselben dargestellten Gewichte vorgesehen sein kann, wobei die Lage des Quecksilbers während der Drehung der Welle um ihre eigene Achse ersichtlich ist.
Fig. 3 A zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 3 die Lage des Quecksilbers bei Drehung der Planetenwelle um die Achse der treibenden und getriebenen Welle des Getriebes. Fig. 4 zeigt im Schnitt nach der Linie 4--4 der Fig. 5 die beim Getriebe nach den Fig. 1 und 2 verwendeten Fliehkraftgewichte in der Stellung bei Drehung der Planetenwelle um ihre eigene Achse. Fig. 5 zeigt in Stirnansicht bzw. im teilweisen Schnitt die Fliehkraftgewichte nach Fig. 4.
Fig. 6 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 5 die Gewichte in der Stellung bei Drehung der Planetenwelle um die Achse der treibenden und getriebenen Welle. Fig. 7 ist ein Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 6.
In sämtlichen Figuren sind analoge Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Das Getriebe gemäss den Fig. 1 und 2 überträgt Bewegung von der treibenden Welle A auf die zu ihr gleichachsige getriebene Welle C über zwei oder mehrere Gegenwellen bzw. Planetenwellen B, die parallel zu der treibenden und getriebenen Welle und in gleichem Abstand von denselben liegen. Die Wellen B sind in einem Planetengehäuse S drehbar gelagert, das mittels geeigneter Lager S'drehbar auf der treibenden und getriebenen Welle sitzt. Das gesamte Getriebe einschliesslich des drehbaren Gehäuses S ist von einem ortsfesten Gehäuse T umschlossen, dessen Lager T'als Träger für die treibende und getriebene Welle dient.
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Wellen B sitzenden Zahnrädern fg,)'t kämmen.
Eine im allgemeinen mit U bezeichnete Einweg-bzw. Freilaufkupplung ist zwischen konzentrischen Teilen des Planetengehäuses S und des ortsfesten Gehäuses T angeordnet. Es kann irgendeine übliche Form einer Freilaufkupplung Anwendung finden, vorzugsweise jedoch eine solche nach dem Patent Nr. 157833 (Anmeldung A 4825-37 vom gleichen Datum).
Es ist ersichtlich, dass solange das Planetengehäuse S stillsteht, die Übertragung mit Übersetzungen erfolgt, die durch die Halbmesser der Zahnräder rj, , rg, bestimmt sind. Wenn hingegen das Gehäuse S eine Umlaufgeschwindigkeit annimmt, die gleich jener der treibenden Welle A ist, erhält die getriebene Welle C dieselbe Geschwindigkeit und es besteht von der treibenden zur getriebenen Welle ein direkter Antrieb.
Wenn die Zahnräder ,)-s, solche Übersetzungen aufweisen, dass (bei stillstehendem Gehäuse S) die Geschwindigkeit der getriebenen Welle C geringer ist als jene der treibenden Welle A, so hat das Gehäuse S das Bestreben, sich-wenn die Kraft von A nach C übertragen wird-in einer zur Drehrichtung der Welle A entgegengesetzten Richtung zu drehen und diese Drehung wird durch die genannte Freilaufkupplung U verhindert.
Wenn unter diesen Übertragungsverhältnissen (d. h. wenn der Antrieb über die Räder , , rg geht) das Widerstands-Drehmoment auf ein solches Mass herabsinkt, dass zwischen A und C sich ein direkter Antrieb einstellt, wenn nämlich die Brennstoffzufuhr zu dem die Welle A antreibenden Motor abgestellt ist, so nimmt die in der getriebenen Welle C aufgespeicherte lebendige Energie die gesamte Einheit mit und erteilt dem Gehäuse S'eine beschleunigte Drehbewegung, die in diesem Falle dieselbe Richtung hat wie die Wellen A. und C. Die Brennstoffzufuhr kann entweder willkürlich (z. B. durch Freigeben des Gaspedals im Falle eines Kraftwagens) oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Umlaufgeschwindigkeit der getriebenen Welle abgestellt werden.
Wenn das Gehäuse S die Geschwindigkeit der treibenden Welle A erreicht hat, stellt sich offensichtlich bei Wiederherstellen der Brennstoffzufuhr ein direkter Antrieb mit voller Kraft zwischen A und C ein, vorausgesetzt dass eine Drehung der Planetenwellen B in ihren Lagern verhindert wird.
Vorzugsweise wird diese Drehung dadurch verhindert, dass durch auf die Wellen B wirkende Fliehkräfte ein Drehmoment erzeugt wird, das dem Unterschied der auf die Planetenräder r3 und r4 ausgeübten Drehmomente entgegengesetzt gleich ist. Bei der Bauart nach den Fig. 1 und 2 wird dies durch Gewichte erzielt, die im allgemeinen mit M bezeichnet sind. Die Umschaltung vom direkten Gang auf die niedrigere Getriebeübersetzung erfolgt selbsttätig, wenn das Widerstands-Drehmoment das Antriebs-Drehmoment wieder übersteigt, da das von den Gewichten M erzeugte Drehmoment nicht mehr genügt, um die Drehung der Wellen B zu verhindern.
Die Verwendung der Fliehkraftgewichte M würde Schwierigkeiten mechanischer Natur während der Periode des Antriebes über das Getriebe (d. h. wenn die Wellen B um ihre eigenen Achsen rotieren) verursachen, wenn diese Gewichte in dieser Periode nicht ausgeglichen wären. Anderseits muss während des direkten Ganges ein Ausgleich ausgeschlossen sein, um die Erzeugung des vorstehend genannten Fliehkraft-Drehmomentes zu ermöglichen. Konstruktive Ausbildungen der Gewichte M, die die Erfüllung dieser Forderungen ermöglichen, werden nachstehend beschrieben.
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Aus den Fig. 4-7, welche die Gewichte M von Fig. 1 und 2 in vergrössertem Massstab zeigen, ist ersichtlich, dass an jeder Welle B zwei Gewichte Pj, P vorgesehen sind, von denen eines (PI) mit der Welle B fest verbunden ist, während das andere PJ auf der Welle mittels eines Exzenters Q gelagert ist. Während der Rotation der Welle B um ihre Achse nehmen daher die Gewichte Pj, P gegenüber der Welle symmetrische Stellungen ein (Fig. 4, 5). Während der Rotation der Welle B und des Gehäuses S um die Achse der treibenden und getriebenen Wellen A, B überdecken sich die Gewichte Pj, P, teilweise (Fig. 6,7), wobei sie durch ihre eigenen Massen das erforderliche Fliehkraft-Drehmoment bestimmen. Ein Anschlag a begrenzt die Bewegung der Gewichte.
Die Fig. 3 und 3 J zeigen eine andere Form der Fliehkrafteinrichtung, die gegebenenfalls statt der Gewichte Pj, P der Fig. 4-7 verwendet werden kann. Diese Einrichtung besitzt die bekannten Quecksilberkapseln, die für den vorliegenden Zweck geeignet sind, da während der Kraftübertragung keine Bewegung des Quecksilbers gegenüber den Kapseln auftritt. Die Quecksilberkapsel ist in den Fig. 3 und 3 A mit R bezeichnet und besteht aus einem hohlen zylindrischen Gehäuse, das auf der Welle B gelagert ist. Das Gehäuse enthält eine Quecksilbermenge m und ist mit einer radialen Unter- teilungs-Zwisehenwand R'versehen.
Während der blossen Drehung um die Achse der Welle B nimmt das Quecksilber in der Kapsel bzw. im Gehäuse R eine Ringform gemäss Fig. 3 an, die vollkommen ausgeglichen ist, während bei der Drehung um die Achse der Wellen A, C das Quecksilber die Form eines an der Zwischenwand R'anliegenden Quadranten annimmt, so dass eine exzentrische Masse nach Fig. 3 A gebildet ist.
Aus vorstehendem geht hervor, dass die Wirkungsweise des Getriebes die folgende ist, wobei angenommen ist, dass das (betriebe in Verbindung mit einem Kraftwagenmotor verwendet ist. Beim Anfahren wird die Welle C durch die Zahnräder i, , , angetrieben, das Gehäuse 8 wird von der Freilaufkupplung U gegen Drehung zurückgehalten, und die getriebene Welle C wird in gleicher Richtung, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit wie die Welle A, angetrieben. Wenn die Umstände solche sind, dass der Fahrer auf den direkten Gang übergehen will, zieht er den Fuss vom Gaspedal weg oder verzögert er die Geschwindigkeit der Welle A auf andere Weise.
Die Welle C dreht sich jedoch unter der Wirkung ihrer lebendigen Energie mit im Wesen der früheren Geschwindigkeit weiter, so dass die Geschwindigkeiten der Wellen 1 und C das Bestreben haben, sich anzugleichen. Im Zeitpunkt bzw. ungefähr im Zeitpunkt, in dem die Wellen A und C mit derselben Geschwindigkeit umlaufen, beginnt das Planetengehäuse 8 in der Richtung umzulaufen, die durch die Freilaufkupplung ermöglicht ist, d. h. in derselben Richtung wie die Wellen A und C.
Das Gehäuse wird rasch beschleunigt und die Beschleunigung bewirkt das Festhalten der Wellen B zufolge des Fliehkraft-Drehmomentes, das durch die vereinigte Masse der Gewichte PI, P2 erzeugt wird, die die Stellung nach Fig. 6 und 7 eingenommen haben (bzw. die Lage des Quecksilbers nach Fig. 3 A). Der Antrieb erfolgt nun direkt und das Gehäuse S rotiert mit derselben Geschwindigkeit wie die Wellen A und C. Hiebei kann erforderlichenfalls zusätzliche Leistung der Welle A zugeführt werden, ohne den direkten Gang zu stören. Wenn nun das Widerstands-Drehmoment an der Welle C wesentlich ansteigt, z. B. wenn der Wagen eine Steigung hinanfährt, wird die Rotation des Gehäuses 8 verzögert und die Wirkung der Fliehkrafteinrichtung überwunden.
Darauf beginnt selbsttätig ein Antrieb mit niedrigerer Geschwindigkeit über das Getriebe, wobei das Gehäuse 8 durch die Freilaufkupplung U am äusseren ortsfesten Gehäuse T verriegelt ist.
Bei diesem Antrieb mit niedrigerer Geschwindigkeit rotieren die Wellen B, und die Gewichte PI, P2 nehmen ihre ausgeglichenen Stellungen nach den Fig. 4 und 5 ein (bzw. das Quecksilber die Lage nach Fig. 3).
Obwohl eine beispielsweise Ausführungsform des Getriebes beschrieben wurde, ist es klar, dass innerhalb der Erfindung mehrfache Änderungen möglich sind. Es ist auch zu beachten, dass mit n in Serie geschalteten Geschwindigkeitswechseln, wie beschrieben, n + 1 Geschwindigkeitsübersetzungen erhalten werden können. In der vorstehenden Beschreibung wurde aus Erläuterungsgründen mehrmals auf den Zusammenhang mit einem Kraftwagen verwiesen, doch kann die Vorrichtung nach der Erfindung selbstverständlich für jede beliebige Kraftübertragung verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätiges Geschwindigkeitswechsel-Planetengetriebe, bei dem auf den gleichachsigen Antriebs-und Abtriebswellen sitzende Sonnenräder mit mindestens einem Planetenrad kämmen, dessen Welle in einem auf der Antriebs-und Abtriebswelle gelagerten Träger gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Planetenradwelle (B) eine Einrichtung (M) befestigt ist, die unter dem Einfluss der Fliehkraft zwei verschiedene Gleichgewichtsstellungen einnehmen kann, und dass der Planetenradträger (8) auf der Antriebs-und Abtriebswelle frei drehbar und durch eine Freilaufkupplung (U) mit einem ortsfesten Teil (T) verbunden ist.