BRPI0822922B1 - Variador planetário, transmissão variável e reversível e uso dos mesmos - Google Patents
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Abstract
transmissão variável e reversível- rvt a presente invenção refere-se a um novo tipo de transmissão variável e reversível para veículos, tais como carros, ônibus, caminhões, veículos fora de estrada, empilhadeiras, manipuladores de lança telescópica e similares. alternativamente, a caixa de câmbio pode ser usada em sistemas, tais como moinhos de vento, etc., e em outras aplicações industriais em que é exigida a transferência de potência em velocidades variáveis.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para VARIADOR PLANETÁRIO, TRANSMISSÃO VARIÁVEL E REVERSÍVEL E USO DOS MESMOS”.
CAMPO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se ao campo de caixas de câmbio/transmissões. Especificamente, a invenção apresenta um novo tipo de transmissão variável e reversível para veículos, tais como carros, ônibus, caminhões, veículos fora de estrada, empilhadeiras, manipuladores de lança telescópica esimilares. Alternativamente, a caixa de câmbio pode ser usada em sistemas, tais como moinhos de vento, etc., e em outras aplicações industriais em que é exigida a transferência de potência em velocidades variáveis.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] As vantagens da presente invenção podem ser melhor descritas mostrando as discrepâncias entre as transmissões ideais e de carro atualmente disponíveis.
A transmissão ideal [003] Teoricamente, a transmissão de carro ideal transmite a potência do motor para as rodas, de modo que, para qualquer nível de potência exigido, o motor trabalhe em seu ponto de maior eficiência, qualquer que seja a velocidade do carro.
[004] Um motor irá trabalhar em sua maior eficiência, quando o acelerador for profundamente empurrado, conforme é mostrado no gráfico da fgura 10, que mostra o consumo de combustível específico de um motor diesel. A potência é modulada de preferência com a mudança da velocidade do motor do que com a mudança do acelerador. Por exemplo, dirigir em uma rodovia em 120 km/h em velocidade constante exige apenas cerca de 25 HP. A ótima velocidade do motor é então de cerca de 1300 RPM para motores modernos. A relação de torque de transmissão exigida é então de 0,441, enquanto que uma rela
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2/40 ção típica de uma caixa de câmbio varia de 0,90 a 0,65 na relação mais alta. Conclui-se que as relações das caixas de câmbio não são altas o suficiente para uma ótima eficiência de motor.
[005] A figura 10 ilustra a afirmação acima. Com as caixas de câmbio conhecidas, o carro é acionado em 120 km/h em 2400 RPM e com 73 Nm do motor. O consumo de combustível específico (SFC) é então de 265 g/kWh. No caso ideal (de um motor de baixo torque), a velocidade do motor tem que ser reduzida apenas para 1700 RPM para obter a maior eficiência. O motor produz então 103 Nm com um SFC de 225 g/kWh. Esta é uma economia de combustível de 15%. Esta é, por exemplo, uma economia de combustível de 6,5 1/100 km a 5,5 1/100 km, apenas obtida a partir do aperfeiçoamento do ponto de operação do motor, não considerando a eficiência da transmissão.
[006] Para a partida, a transmissão ideal precisa de uma relação de torque infinita. Quando o carro estiver ainda na velocidade zero e a velocidade do motor for pelo menos a velocidade de marcha lenta, a relação de transmissão terá que ser infinita. Soluções atuais com uma embreagem de deslizamento ou um conversor de torque de deslizamento roubam muita energia durante cada lançamento.
[007] Espera-se que o acima exposto continue valendo também durante e depois de uma repentina mudança da posição do acelerador. (Uma mudança de posição de acelerador é, na verdade, uma mudança na potência solicitada do motor.) Isto significa que a relação deve poder mudar muito rapidamente. Supõe-se que o carro é acionado em uma velocidade moderada constante com 85% do acelerador para um ótimo consumo. O motor produz apenas uma pequena fração de potência disponível do motor. Se a aceleração for solicitada, sem mudança de relação, o motor poderá apenas ser acelerado com os 15% restantes do acelerador, de modo que a baixa potência possa apenas aumentar com 15%. Desse modo, a redução imediata é necessário
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3/40 para se obter a potência solicitada do motor: a transmissão tem que mudar imediatamente a relação, de modo que o motor seja acelerado na velocidade do motor onde ele produz a potência solicitada com uma ótima eficiência.
[008] A transmissão ideal tem que ser favorável ao ambiente, não deve conter materiais não recicláveis ou tóxicos ou óleos.
A eficiência ideal deve ser de 100%, com o tamanho, o peso e o custo tão baixos quanto possível, com uma perfeita confiabilidade e durabilidade.
Limitações de transmissões de carro atuais
MT = Transmissão manual com embreagem seca
AT = Transmissão automática com conversor de torque, possivelmente equipado com trava
DCT = Embreagem dupla com embreagens úmidas ou secas
Cinta CVT = Transmissão Continuamente Variável com uma cinta entre 2 polias cônicas
Toróide CVT = Transmissão Continuamente Vertical com meias polias toroidais ou polias toroidais totais
HSD = Acionamento hidrostático. Este é um sistema hidráulico com uma bomba de pistão axial variável, acionado pelo motor e um motor hidráulico variável que aciona uma caixa de câmbio ou diretamente as rodas. A velocidade de saída é variável de zero a uma certa velocidade e com a comutação de uma válvula, o sentido da rotação pode ser invertido.
| Eficiência (rodovia) | Problemas | |
| MT | Alta eficiência cerca de 88 | Muito mais engrenagens e uma maior extensão são necessárias para aperfeiçoar a economia de combustível (1) |
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| - 97% | ||
| AT | Eficiência moderada cerca de 88 - 92% | Muito mais engrenagens e uma maior extensão são necessárias para aperfeiçoar a economia de combustível (1) Mais engrenagens resultam em um custo mais elevado. Durante o deslocamento, a eficiência é baixa. Mais deslocamento neutraliza o aperfeiçoamento do consumo de combustível |
| DCT | Alta eficiência 89 - 95% | Muito mais engrenagens e uma maior extensão são necessárias para aperfeiçoar a economia de combustível (1) Mais engrenagens resultam em um custo mais elevado Mais engrenagens —> mais deslocamento —> um maior uso da embreagem —> uma maior dissipação de energia |
| Cinta CVT | Baixa eficiência < 85%? | A cinta não deve deslizar para transmitir torque, mas a cinta tem que deslizar para mudar a relação. Eficiência tão baixa, quando da mudança da relação ou mudanças lentas de relação. Alta pressão é necessária na polia, o que leva a altas perdas hidráulicas. |
| Toroide CVT | Baixa eficiência < 85%? | As polias estão rolando umas sobre as outras com um movimento de perfuração. Este movimento de perfuração cria um macrodeslizamento forçado. Este deslizamento reduz a eficiência e produz calor que precisa ser dissipado. |
| HSD | Eficiência muito baixa cerca de 70 - 80% | Sistema pesado, frequentemente usado para caminhões fora de estrada (carregadores de rodas ...) ou caminhões pequenos. Sem caixa de câmbio, baixa relação de velocidade máxima em uma faixa de efi- |
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| ciência aceitável. |
(1) Refere-se ao histórico do número típico de relações de engrenagens em um carro de passageiros:
| MT | AT | DCT | Mais alta relação de engrenagens | |
| anos 70 e antes | 4 | 3 (+1a. engrenagem usada apenas no *p.3 kickdown)OK | 1 | |
| anos 80 e 90 | 5 | 4 | cerca de 0,90 a 0,95 | |
| anos 2000 - 2007 | 5-6 | 5-6-7 | 6-7 | cerca de 0,65 a 0,90 |
Conclusão [009] MT, AT, DCT: embora sempre mais engrenagens sejam necessárias para aperfeiçoar o consumo de combustível, há, em algum lugar, um limite prático onde nenhum aperfeiçoamento adicional é possível. As relações mais altas ainda não são altas o suficiente para uma ótima economia de combustível.
CVT: baixa eficiência; também a relação mais alta ainda não é alta o suficiente para uma ótima economia de combustível.
[0010] Portanto, há necessidade de uma caixa de câmbio ou transmissão aperfeiçoada que supere as limitações e as desvantagens acima indicadas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0011] A invenção provê uma transmissão variável e reversível que compreende variadores planetários assim chamados definidos abaixo.
[0012] A invenção provê um Variador Planetário (13), que funciona como subsistema para transmissões variáveis ou reversíveis, capaz de variar continuamente a relação de transmissão, caracterizado pelo fato de
- consistir em uma roda anular (1), de dois ou mais planetas (2) montados em torno de um *p.4 1.19 eixo central (12) e de uma roda
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6/40 solar (3), de modo que cada componente, isto é, a roda anular, o eixo central e a roda solar formem uma interface com outros componentes de transmissão,
- a roda anular é um corpo axissimétrico em torno do eixo central com uma superfície de rolamento formada de acordo com a curva tratriz, e de esta superfície é preferivelmente endurecida ou revestida para suportar forças de tração e de compressão,
- a roda solar é principalmente igual à roda anular, mas o diâmetro interno e externo da curva tratriz poder diferir dos diâmetros da roda anular,
- os planetas consistirem em uma roda planetária (5) com basicamente uma superfície de rolamento cônica, preferivelmente endurecida ou revestida para transmitir forças de tração ou compressão, montada livremente rotacional em torno de um garfo planetário (4) por meio de mancais radiais e axiais ou buchas (8) e de o topo virtual do cone mencionado coincidir com a interseção do eixo do eixo central (9) com o eixo da articulação do planeta (2),
- cada garfo planetário (4) de um Variador Planetário (13) pode girar livremente em torno de um ponto de articulação (8) do qual o eixo é perpendicular no eixo do eixo central e paralelo ao plano da roda planetária e de cada garfo planetário e cada roda planetária serem projetados para não interferirem mutuamente para todos os ângulos de inclinação aplicáveis entre o eixo planetário e o eixo de eixo central
- a roda anular, os planetas e a roda solar serem comprimidos mutuamente de modo que as superfícies de rolamento fiquem em contato mútuo e de as pressões de contato serem altas o suficiente para transmitir o torque exigido
- o eixo central é movido axialmente (longitudinalmente) com uma velocidade definida em relação à força de compressão e tor
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7/40 que transmitido, a fim de mudar a relação de transmissão
- a curva tratriz da roda anular e a curva tratriz da roda solar terem ambas o mesmo parâmetro de comprimento L que o comprimento do ponto de contato de rolamento da roda planetária com relação à interseção do eixo de articulação com o eixo de eixo central, onde L é usado na equação de tratriz =/-x+c=L*(cos α + In | tan (a/2) |), com c sendo uma constante arbitrária e α sendo o ângulo de inclinação entre a tangente no ponto de contato e o eixo do eixo central
- a forma das superfícies de rolamento das rodas planetárias, que é tipicamente cônica, se desviar ligeiramente desta forma teórica em uma maneira convexa a fim de otimizar a distribuição de pressão de contato.
[0013] A invenção adicionalmente provê uma transmissão variável e reversível, que compreende um Variador Planetário principal e secundário de acordo com a invenção, caracterizada pelo fato
- a roda anular (1a) do Variador Planetário principal (13a) é conectado ao alojamento (14), de modo a não poder girar, mas poder se mover axialmente por uma força de pré-carga que comprime todos os contatos de rolamento de ambos os Variadores Planetários
- os eixos centrais de ambos os Variadores Planetários serem combinados em um veio principal (12) e rotacionalmente conectados ao veio de entrada de transmissão (11) e axialmente móveis por uma força de direção em ambos os sentidos, enquanto que o veio de entrada não se move axialmente
- a roda solar (3a) do Variador Planetário principal (13a) é conectada à roda anular (3b) do Variador Planetário secundário (13b), de modo que a roda anular-solar combinada possa girar em torno do eixo central da transmissão, e de
- a roda solar (3b) do Variador Planetário secundário (13b) é conectada ao veio de saída da transmissão e de a força de reação
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8/40 da força de pré-carga ser transferida para o alojamento sobre um mancai axial.
[0014] A invenção adicionalmente provê uma transmissão variável e reversível, de acordo com a invenção, adicionalmente caracterizada pelo fato de
- as relativas dimensões da roda anular, da roda solar e dos planetas serem escolhidas para serem apropriadas para uma aplicação de carro, significando que a relação de velocidade mais alta é tão alta que o motor pode distribuir sua potência quase sempre em seu melhor ponto de eficiência. Em particular, as dimensões relacionadas à relação de transmissão são: roda anular principal e secundária de diâmetro externo, roda solar principal e secundária de diâmetro interno, rodas planetárias de diâmetro efetivo, parâmetro de comprimento L da equação de tratriz; a relação de velocidade de transmissão obtida do exemplo mostrado é de 2,266 (em valor absoluto) que ilustra a faixa de relação típica para o conceito. (Relação de velocidade de transmissão é velocidade de saída dividida pela velocidade de entrada, negligenciando as perdas de eficiência)
- as relativas dimensões da roda anular, da roda solar e dos planetas serem escolhidas para serem apropriadas para uma aplicação de carro, indicando que a relação de velocidade mais alta em marcha à ré é alta o suficiente para acionar o carro com velocidade de motor moderada e baixo ruído em marcha à ré. Em particular, as dimensões relacionadas à relação de inversão de transmissão são: roda anular principal e secundária de diâmetro interno, roda solar principal e secundária de diâmetro externo, rodas planetárias de diâmetro efetivo, parâmetro de comprimento L da equação de tratriz; a relação de velocidade de transmissão obtida em marcha à ré do exemplo mostrado é de 0,695, que ilustra a faixa de relação típica para este conceito
- com o movimento do veio principal da transmissão, de a
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9/40 relação de transmissão variar continuamente entre a relação de maior velocidade para frente sobre parada e a relação de maior transmissão marcha à ré.
[0015] A invenção adicionalmente provê uma transmissão variável e reversível, de acordo com a invenção, adicionalmente caracterizada pelo fato
- a força normal sobre cada contato de rolamento ser criada por uma força de pré-carga, que atua a partir do alojamento sobre a roda anular principal não giratória e de a força de reação ser transferida sobre um mancai da roda solar secundária para o alojamento
- as forças de direção líquidas para definir a posição do veio principal e, portanto, também para definir a relação de transmissão, serem criadas por uma força em um de ambos os sentidos e que atuam a partir do veio de entrada para o veio principal, ambos girando com a mesma velocidade, e de a força de reação ser transferida sobre os mancais do veio de entrada para o alojamento.
[0016] A invenção adicionalmente provê uma transmissão variável e reversível, de acordo com a invenção, que é adicionalmente caracterizada pelo fato
- a força de pré-carga, conforme explicado acima, ser criada por um ou mais sistemas de pistão e cilindro entre o alojamento e a roda anular e ativada por uma única pressão pneumática ou hidráulica ou criada por um sistema de pré-carga mecânico, onde este sistema mecânico pode também ser usado como freio de estacionamento, quando a transmissão for colocada em relação de velocidade zero,
- a pressão de direção é criada por um sistema de pistãocilindro hidráulico ou pneumático, capaz de trabalhar em ambos os sentidos, integrado no veio de entrada e no veio principal, e
- a pressão hidráulica ou pneumática para criar a pressão de direção mencionada na reivindicação é vedada entre o alojamento
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10/40 estacionário e o veio de entrada giratório pelos anéis ou vedações de pistão projetadas para vedar partes que giram em diferentes velocidades rotacionais.
[0017] A invenção adicionalmente provê um sistema hidráulico, destinado a controlar uma transmissão variável e reversível, de acordo com a invenção em um carro, caminhão ou outro veículo de estrada ou fora de estrada, caracterizado pelo fato de
- uma bomba acionada a motor é usada para distribuir pressão hidráulica e fluxo,
- um acumulador de pressão alta e baixa é integrado no sistema, onde o fluido do acumulador de baixa pressão para pressurizar o pistão de pré-carga (30) e o pistão de direção (28) é usado com prioridade sobre o acumulador de pressão alta,
- o acumulador de pressão alta é enchido pela bomba com prioridade sobre o acumulador de baixa pressão,
- as válvulas redutoras de pressão são usadas para controlar a pressão de pré-carga e as pressões de direção para sentido de acionamento para frente e de marcha à ré,
- possivelmente uma característica de segurança é acrescentada por meio de 2 válvulas de fechamento na linha de pressão de pré-carga e de uma delas ser comutada pela pressão de direção para frente e a outra pela pressão de direção de marcha à ré a fim de drenar a pressão de pré-carga imediatamente tão logo uma das pressões de direção ativas caia abaixo de uma certa pressão de pressionamento, e de
- a característica de segurança mencionada pode ser simplificada com a retirada da válvula de fechamento de segurança (37) do esquema hidráulico.
[0018] A invenção adicionalmente provê um programa de software destinado a controlar uma transmissão variável e reversível, de acordo
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11/40 com a invenção, com uma válvula hidráulica de acordo com a invenção em um carro, caminhão ou veículo de estrada ou fora de estrada, caracterizado pelo fato de
- a curva (do torque de motor versus velocidade do motor) que expressa um consumo mínimo de combustível para cada nível de potência de motor ser armazenada na memória do controlador,
- controlador PID definir a velocidade do pistão de direção, conectado ao veio principal, a fim de obter a velocidade de motor igual à velocidade de motor exigida calculada a partir da curva de consumo mínimo de combustível,
- a velocidade do pistão de direção, conforme proposta pelo controlador PID, poder ser reduzida para ficar dentro da faixa de microdeslizamento com base no procedimento de cálculo, e de
- a pressão de pré-carga e a pressão de direção que determinam o ângulo dos planetas com relação ao eixo do veio principal serem calculadas com base na teoria publicada de microdeslizamento longitudinal e transversal.
[0019] A invenção adicionalmente provê o uso de uma combinação de um ou mais Variadores Planetários, de acordo com a invenção, em diferentes leiautes de transmissão variável, caracterizada pelo fato de
- cada interface do Variador Planetária, isto é, a roda anular, o eixo central e a roda solar, pode ser conectada à entrada de transmissão, à saída, ao alojamento, à interface com outro Variador Planetário ou a outro componente de transmissão, tais como engrenagens de deslocamento ou sistemas de engrenagem planetária,
- diferentes leiautes de transmissão variável e reversível podem ser formados, conforme descrito acima. A expressão 'reversível' indica aqui uma transmissão variável da qual o sentido de rotação de saída, com relação ao sentido de rotação de entrada, pode ser mu
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12/40 dado continuamente e da qual a relação de velocidade é definida mesmo em velocidade de saída muito baixa e zero, sem componentes de (macro-)deslizamento, conforme usados nos conversores de torque ou embreagens a disco de atrito.
[0020] A invenção adicionalmente provê uma transmissão variável e reversível, de acordo com a invenção, adicionalmente caracterizada pelo fato de
- o interior da transmissão onde os contatos de rolamento estão se movendo ser enchido com um gás inerte, ou ar normal e um fluido de borrifo para resfriamento e lubrificação, ou um gás com uma névoa de um refrigerante, e de
- este dito interior é vedado do óleo lubrificante para os mancais e a partir do exterior da transmissão.
[0021] A invenção adicionalmente provê um Variador Planetário, de acordo com a invenção, adicionalmente caracterizado pelo fato de
- o fluxo de lubrificação para os mancais ou buchas dentro dos planetas ser possivelmente realizado por um curto-circuito para cada planeta e de o óleo ser bombeado em torno de palhetas dentro dos planetas, bombeando o óleo para fora, que é adicionalmente guiado através dos mancais ou buchas
- um fluxo de lubrificação alternativo para os mancais ou buchas dentro dos planetas ser realizado pela integração deste fluxo de óleo no fluxo de lubrificante principal compreendendo todos os mancais do veio de entrada e saída. O fluxo é tomado do eixo central através de uma das articulações (em particular, um dos pinos de articulação), guiadas através dos mancais dos planetas e fluindo de volta através de outra articulação (ou, em particular, o outro pino de articulação) para o veio central, e de
- outra alternativa ser a de que os mancais dos planetas serem lubrificados com graxa ou de mancais híbridos serem usados, os
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13/40 quais não exigem qualquer lubrificação.
[0022] A invenção adicionalmente provê o uso de uma transmissão, de acordo com a invenção, para transmitir potência em velocidades variáveis em um carro, um caminhão, um ônibus, um veículo fora de estrada, uma ceifeira, uma turbina eólica, um manipulador de lança telescópica, uma empilhadeira ou qualquer outra aplicação industrial na qual a potência precisa ser transmitida em velocidades variáveis.
[0023] A invenção adicionalmente provê um sistema de transmissão variável (reversível) que compreende uma transmissão da invenção, um sistema hidráulico de acordo com a invenção e um programa de software de acordo com a invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0024] Nomenclatura de partes nos desenhos: (1) roda anular, (2) planeta, (3) roda solar, (4) garfo planetário, (5) roda planetária, (6) mancai radial planetário, (7) mancai de empuxo planetário, (8) pino de articulação, (9) eixo central, (10) válvula de alívio de pressão, (11) veio de entrada, (12) veio principal, (13) Variador Planetário, (14) alojamento, (15) mancai axial na entrada, (16) mancai radial na entrada, (17) roda solar-anel de bucha, (18) mancai radial na saída, (19) mancai axial na saída, (20) bucha de entrada, (21) bucha de saída, (22) distribuidor de óleo, (23) anéis de pistão, (24) vedações de borda, (25) tubo de vedação, (26) cilindro de direção dianteira, (27) cilindro de direção de marcha à ré, (28) pistão de direção, (29) pistão de força de précarga, (30) cilindro de força de pré-carga, (31) pinos localizadores, (32) palhetas de bombeamento de óleo, (33) válvula de redução de pressão para pressão de direção para frente (propulsor pSF), (34) válvula de redução de pressão para pressão de direção de marcha à ré (propulsor pSR), (35) válvula de redução de pressão para pressão Normal (propulsor pN), (36) válvula de fechamento de segurança para pressão de direção para frente, (37) válvula de fechamento de segurança para
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14/40 pressão de direção de marcha à ré, (38) acumulador de baixa pressão, (39) acumulador de alta pressão, (40) bomba de óleo, (41) comutador de bomba hidráulica, (42) comutador de alimentação hidráulica, (43) comutador de acumulador hidráulico, (44) sensores de pressão, (45) força de direção, (46) veio de saída, (47) dispositivo de transferência de torque (isto é, conexão de chaveta), (48) engrenagem anular, (49) engrenagem planetária, (50) transportador de engrenagem planetária, (51) engrenagem solar, (52) força de pré-carga, (53) força de direção, índice a: Variador Planetário principal, índice b: Variador Planetário secundário.
[0025] Figura 1: representação esquemática da roda anular ou solar (1, 3) que interage com os planetas (2). L representa o comprimento do topo dos cones de rolamentos para o ponto de contato de rolamento. A figura 1a mostra 2 cones que rolam um sobre o outro. Apenas quando os topos de ambos os cones coincidirem, os cones poderão rolar um sobre o outro (com posições de eixo fixo) com simples rolamento sem deslizamento. A figura 1b representa a seção transversal da roda anular ou solar e a tangente em diferentes pontos na curva. Na figura 1c, os planetas são acrescentados nestes três pontos para uma melhor visualização. É notado que L é constante.
[0026] Figura 2: representação esquemática do Variador Planetário, que compreende um planeta (2), conectado ao veio principal (9). O planeta (2) está rolando sobre a roda anular (1) e a roda solar (3), resultando na rotação da roda solar em uma certa velocidade de saída. A variação da inclinação do eixo do planeta (2) com relação ao veio principal (9) muda a velocidade de saída da roda solar interagente (3) para uma velocidade constante do veio principal (9). (4) garfo planetário, (5) roda planetária, (6) mancai radial planetário, (7) mancai de empuxo planetário, (8) pino de articulação, (9) eixo central, (10) válvula de alívio de pressão.
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15/40 [0027] Figura 3: representação esquemática da transmissão variável e reversível da invenção. As figuras 3a e 3b representam uma vista ampliada do primeiro e do segundo Variadores Planetários, respectivamente, em sua posição na transmissão. É notado que a segunda roda solar (3) gira em uma velocidade variável em torno do eixo da transmissão, em função do posicionamento (deslizamento) dos Variadores Planetários na direção longitudinal da caixa de câmbio, mudando assim o eixo dos planetas para o veio principal e subsequentemente a interação com a roda anular (1a) e (1 b) e a roda solar (3a) e (3b).
[0028] Figura 4: representação esquemática dos planetas e a conexão ao veio principal da transmissão.
[0029] Figura 5: representação esquemática do esquema hidráulico.
[0030] Figura 6: representação esquemática de uma concretização da transmissão variável e reversível.
[0031] Figura 7: representação esquemática de uma concretização alternativa adicional da transmissão variável e reversível.
[0032] Figura 8: representação esquemática de uma concretização alternativa da transmissão variável e reversível.
[0033] Figura 9: diagrama de bloco de software do software necessário para dirigir a caixa de câmbio.
[0034] Figura 10: esquema da técnica anterior do consumo de combustível típico de um motor diesel e uma caixa de câmbio tradicional, adaptada a partir de Brandstetter e Howard 1989: consumo específico de combustível para o motor diesel D1 de 2,5 litros da Ford.
[0035] Figura 11: resultados de simulação de uma partida com aceleração total a partir da parada.
[0036] Figura 12: resultados de simulação de acionamento constantemente em 50 km/h e depois uma aceleração repentina com aceleração total.
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16/40 [0037] Figura 13: representação tridimensional de uma possível realização de um garfo planetário.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS [0038] A transmissão da presente invenção pode ser comparada melhor com uma transmissão toroidal. Uma meia transmissão toroidal ou uma total transmissão toroidal tem as desvantagens de a total extensão ser limitada. Ela precisa também de um conversor de torque ou outro dispositivo para partida e um mecanismo de deslocamento e engrenagens para sentido de acionamento de marcha à ré. A desvantagem principal é a de que as rodas planetárias e as polias rolam umas sobre as outras com um movimento de perfuração que indica que os contatos de rolamento são, por sua geometria, forçados para um macrodeslizamento enquanto da transmissão de forças de acionamento. Consequentemente, estes contatos de rolamento têm que ser lubrificados para reduzir o desgaste e dissipar o calor. As superfícies lubrificadas tem um baixo coeficiente de atrito. A fim de transmitir forças de acionamento pelas superfícies de contato, estas superfícies têm que ser pressionadas umas contra as outras com grandes forças; desse modo, se faz necessário um desenho pesado. Outra consequência do macrodeslizamento é, naturalmente, a menor eficiência da transmissão.
DESCRIÇÃO DOS COMPONENTES [0039] Principalmente, a transmissão da presente invenção é composta de 2 Variadores Planetários assim chamados. Um Variador Planetário é um subsistema mecânico, comparável a um sistema de engrenagens planetárias, mas com uma relação variável e com superfícies de rolamento em vez de engrenagens. O Variador Planetário é projetado de modo que os contatos de rolamento apenas rolem sem que ocorra o movimento de perfuração. Na aplicação da transmissão da presente invenção, a pressão de contato dos contatos de rolamento
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17/40 é controlada de modo que os esforços de contato fiquem dentro de limites aceitáveis e que a pressão de contato seja alta o suficiente para impedir o macrodeslizamento.
[0040] Na literatura, o microdeslizamento é descrito como uma condição de duas superfícies de rolamento submetidas a uma carga normal e transmitindo uma força tangencial (tangencial à superfície), de modo que, na área de contato, uma sub-região esteja presente onde as duas superfícies são aderidas entre si. Fora desta sub-região, mas ainda dentro da área de contato, ocorre o arrasto devido à deformação elástica dos corpos.
Macrodeslizamento é uma condição onde esta sub-região com um contato adesivo não está presente. Na condição de macrodeslizamento, a magnitude de deslizamento não é controlável.
O Variador Planetário [0041] O subsistema de Variador Planetário (figura 2) é composto das seguintes peças:
• A roda anular (1) • Os planetas (2) ° O garfo planetário (4) ° A roda planetária (5) ° Mancais radiais (6) ° Mancai de empuxo (7) ° Pinos de articulação (8) ° Shaft central (9) •A roda solar (3) [0042] A roda anular (1), a roda solar (3) e o eixo central (9) apresentam todos um eixo rotacional comum. A roda anular (1) é axialmente comprimida contra 2 ou mais planetas (2) com uma força de précarga (52). As rodas planetárias (5) podem girar livremente em torno do garfo (4) por meio de mancais radiais (6). Forças centrífugas e for
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18/40 ças que resultam da força de pré-carga (52) são transferidas pelo mancai de empuxo (7) para o garfo planetário (4). Cada garfo planetário (4) pode girar livremente em torno dos pinos de articulação (8) no plano criado pelo eixo central (9) e pelo garfo planetário (4). O eixo de articulação de cada painel (2) cruza o eixo central (9) no mesmo ponto. As rodas planetárias (5) são empurradas contra a roda solar (3) que distribui a força de reação para a força de pré-carga (52).
[0043] Com a mudança da posição relativa da articulação para as rodas, a relação de transmissão é modificada. Durante a mudança da relação, a velocidade de contato transversal e a pressão de contato têm que ser controladas a fim de manter o arrasto transversal e longitudinal na faixa de microdeslizamento.
A roda anular (1) e a roda solar (3) [0044] A superfície de contato ativa tanto da roda anular como da roda solar (1, 3) com os planetas (2) é uma superfície axissimétrica com uma forma especial.
[0045] Para obter o rolamento sem deslizamento de dois corpos (roda planetária e anular, roda planetária e solar), seus eixos rotacionais e a tangente em suas superfícies de contato têm que cruzar todos os 3 em um ponto. Vide figura 1a: a ponta dos cones coincide. Se um ponto da superfície de contato rola sem deslizamento, então, todos os pontos o fazem. Não ocorre nenhum movimento de perfuração.
[0046] A curva tanto da roda solar como da roda anular que oferece rolamento sem deslizamento pode ser construída a partir de suas propriedades no plano xy; qualquer tangente da curva têm que cruzar o eixo x central, de modo que a distância desta interseção com o eixo x para o ponto de tangência seja uma constante L. O ponto de interseção com o eixo x é a posição das articulações. A curva é então gerada pelo seguinte conjunto de equações diferenciais:
L sin α = y
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19/40 α = arctan (dy / dx) onde: eixo horizontal x representando o eixo de rotação eixo perpendicular y no eixo x comprimento L a partir da articulação para o ponto de contato de rolamento α o ângulo da tangente com o eixo x
Depois da integração: OK :
+/-x + c = λ/(Ι_2 - y2) - L / 2 * I n(L + λ/(Ι_2 - y2)) / (L - λ/(Ι_2 - y2))) ou +/-x + c = L*(cos α -1/2 * ln((1 cos a)/(1 - cos a)) ou +/-x + c = L* (cos a + In | tan (a /2 ) |) com c sendo uma constante de integração arbitrária.
Com a limitação de y e α a <= y <= L
0o α 90° a superfície de revolução em torno do eixo x pode ser construída. Esta superfície é mostrada na figura 1 b: a tangente em 3 pontos aleatórios na curva intersecta o eixo x com um comprimento L do ponto de tangente para a interseção com o eixo x. Na figura 1c, os planetas são acrescentados nestes 3 pontos. A distância do ponto de contato do planeta em sua articulação é também L, de modo que as condições para rolamento simples sejam realizadas para todas as posições da articulação ao longo do eixo x. Em matemática, esta curva é conhecida como a curva tratriz e é descrita para o primeiro momento por Christian Huygens e Claude Perrault no ano de 1693. Esta curva é principalmente formulada em uma expressão matemática diferente, mas a fórmula acima é mais prática para a aplicação nesta transmissão.
[0047] Na prática, a superfície pode ser ligeiramente desviada de uma superfície teórica para compensar a compressão ou o desgaste
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20/40 da superfície. O material de superfície de contato, dureza, aspereza, condição, revestimento e o fluido de lubrificação ou gás são selecionados para otimizar a tração e o desgaste. Tais composições são bem conhecidas na técnica de tecnologia de perfil de engrenagem e ferramentas de usinagem.
[0048] A roda anular e roda solar apresentam características para permitir ou impedir a rotação, para permitir ou impedir o movimento axial e para centralizar o componente, dependente de sua função dentro da transmissão e do tipo de transmissão. Alguns exemplos não limitativos de configurações diferentes das combinações de roda anular - planeta - roda solar são representados nas figuras 3 e 6-8. Nestas concretizações, a primeira roda anular não é capaz de girar, enquanto que, nas concretizações alternativas, a roda anular pode girar enquanto os planetas que rolam na roda anular são fixos. Ainda nas concretizações alternativas, tanto a roda anular como os planetas podem girar independentemente entre si, por exemplo, em diferentes velocidades. De fato, qualquer configuração é possível, contanto que seja respeitado o conceito das superfícies de contato axissimétrico dos planetas com as rodas anular e solar, conforme delineado acima.
Materiais usados [0049] Em uma concretização preferida, os componentes giratórios (planetas e rodas) são construídos de aço ou aço endurecido, o revestimento da transmissão pode, por exemplo, ser alumínio e a cobertura com palhetas pode, por exemplo, ser composta de alumínio ou plástico. Pode ser usado qualquer outro material adequado conhecido na técnica capaz de suportar a dureza de material necessária, as exigências de tração e a resistência de desgaste.
[0050] O revestimento da superfície da superfície interagente dos planetas e rodas pode, por exemplo, ser composto de AlTiN (Nitreto de Alumínio e Titânio), TiCN (Nitreto de Titânio e Carbureto), TiN (Nitreto
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21/40 de Titânio) ou TiCrN (Nitreto de Titânio e Cromo). Pode ser usado qualquer outro material adequado conhecido na técnica capaz de suportar a dureza de material necessária, as exigências de tração e a resistência ao desgaste.
Os planetas (2) [0051] O Variador Planetário apresenta dois ou mais planetas (2) para transmissão das forças de acionamento. Em uma concretização preferida, há três planetas por Variador Planetário, conforme representado na figura 4. A tangente na superfície de rolamento cruza o centro da articulação. A distância do ponto de contato de rolamento para a articulação é igual a L; este é o mesmo comprimento L que na fórmula da superfície de roda (i) A roda planetária (5) [0052] A superfície de rolamento da roda planetária (5) é coroada para impedir altos esforços de contato de borda. Similar à superfície da roda anular e solar, o material de superfície de contato, a dureza, a aspereza, a condição e o revestimento são otimizados para tração e desgaste.
(ii) O garfo planetário (4) e os pinos de articulação (8)
Os garfos (4) e os pinos de articulação (8) são projetados resistentes o suficiente para lidar com as forças centrífugas, a força de pré-carga (52) e os momentos de acionamento. Por outro lado, os garfos (4) podem não interferir mutuamente para todos os ângulos de inclinação dos planetas (2). Um desenho dos garfos é mostrado nas figuras 2, 3 e 4. Uma vista tridimensional é mostrada na figura 13. Todos os 3 garfos do Variador Planetário 1 são iguais. As 2 pernas do garfo (4) são imagem espelhadas sobre o eixo central do garfo (4).
(jjj) Mancais e lubrificação [0053] Todos os mancais (6, 7) podem ser ou mancais de roletes ou mancais deslizantes. Um fluxo de óleo para resfriar e lubrificar os
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22/40 mancais é realizado por palhetas na roda planetária (5). As rodas planetárias (5) estão sempre girando quando o motor está funcionado. A válvula de alívio de pressão (10) se abre abaixo da velocidade de marcha lenta por forças centrifugas e se fecha pela força de mola antes que o motor pare. Esta válvula permite que o óleo se expanda termicamente sem formar pressão. Na paralisação, ela tem que impedir que o óleo dos planetas (2) contamine a área dos contatos de rolamento, o que irá exigir, em geral, outra ou nenhuma lubrificação. Sistemas de lubrificação alternativos são, naturalmente, possíveis. O uso de mancais de roletes híbridos sem lubrificação também é possível.
Aplicações do Variador Planetário [0054] O Variador Planetário apresenta, similarmente a um sistema de engrenagens planetárias, três interfaces que podem ser entrada, saída, uma conexão com o alojamento, uma conexão com outro Variador Planetário ou uma conexão a outros componentes de transmissão, tais como jogos de engrenagens planetárias ou engrenagens deslocadas. Com um ou mais Variadores Planetários, possivelmente combinados com outros componentes de transmissão (tais como jogos de engrenagens planetárias ou deslocadas), podem ser construídos diferentes leiautes de transmissão variável.
A Transmissão Variável Reversível
Leiaute Geral [0055] A combinação de dois Variadores Planetários, conforme descrito abaixo e mostrado nas figuras 3 e 4, é um dos diferentes métodos para se obter uma transmissão reversível. O termo 'reversível' indica uma transmissão que pode mudar o sentido de rotação de saída em uma maneira continuamente variável e, portanto, passando sobre a relação de velocidade zero.
[0056] O motor é diretamente ou através de um sistema de amortecimento de torção conectado ao veio de entrada de transmissão
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23/40 (11). Este veio é conectado ao eixo central (a) do Variador Planetário principal (13a), de tal modo que ambos os veios não possam girar relativamente um com o outro. Este eixo central (9a) pode deslizar axialmente com relação ao veio de entrada (11). Os eixos centrais (9a, 9b) do Variador Planetário principal (13a) e secundário (13b) são combinados em um veio principal de transmissão (12).
[0057] A roda anular do Variador Planetário principal (1a) é fixada ao alojamento (14) com dois ou mais pinos localizadores (31), de modo que ela não possa girar, mas apenas possa se mover axialmente. Ela é empurrada contra os planetas (2a) do Variador Planetário principal por uma pressão hidráulica controlada pN. A roda anular (1a) se moverá axialmente, quando a relação de transmissão mudar. Em vez dos pinos localizadores fixos (31), um amortecedor de vibração torsional podería ser integrado com a substituição dos pinos localizadores (31) por elementos elásticos, tais como molas e elementos de amortecimento que trabalham na direção tangencial e montados entre o alojamento (14) e a roda anular principal (1a). Estes elementos elásticos devem então permitir um movimento tangencial da roda anular principal (1a) com alta rigidez e um movimento axial da roda anular principal (1a) com uma rigidez muito mais baixa.
[0058] A roda solar (3a) do Variador Planetário principal é conectada como uma peça com a roda anular (1b) do Variador Planetário secundário. Esta roda solar-anel combinada (3a, 1b) é centralizada pelos planetas do Variador Planetário principal e secundário (2a, 2b) sem mancais para centralização. Contudo, para impedir vibrações do veio de entrada longo ou para criar um 'Ponto Morto' (vide 4.6.1), buchas ou mancais radiais (17) poderíam ser acrescentados entre a roda solar-anel (3a, 1b) e o veio principal (12). A roda solar-anel (3a, 1b) se moverá axialmente quando a relação mudar.
[0059] Os planetas (2b) do Variador Planetário secundário são co
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24/40 nectados também ao veio principal (12).
[0060] A roda solar (3b) do Variador Planetário secundário são conectados também, ao veio principal (12).
[0061] A roda solar (3b) do Variador Planetário secundário é a saída da transmissão. Ela é axial e radialmente localizada por mancais (18, 19). Estes mancais (18, 19) são selecionados para transmitir a força de pré-carga (52) e os componentes axiais da força de direção (53), forças centrífugas e forças giroscópicas que atuam sobre os planetas (2a, 2b).
Campo de aplicação [0062] Esta transmissão é concebida para carros de passageiro, mas sua aplicação pode ser estendida para:
• Caminhões: onde se fazem necessárias muitas relações, profundas e altas, juntamente com uma alta eficiência.
• Fora de rodovia ° aplicações onde a velocidade de maior arrasto e uma boa eficiência em baixa velocidade é importante, tais como máquinas de cortar grama grandes ° empilhadeiras que precisam de uma capacidade de manobra de baixa velocidade suave em ambos os sentidos de acionamento e uma marcha à ré relativamente rápida (comparável à 2a. engrenagem para frente) ° máquinas semelhantes a manipuladores de lança telescópica onde uma baixa velocidade tem que ser controlável independente da resistência variada do chão • Turbinas eólicas onde a saída de transmissão é conectada ao propulsor giratório muito lentamente e a entrada está acionando o gerador.
• Outras aplicações industriais onde a potência tem que ser transferida em velocidade variáveis.
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EXEMPLOS [0063] A invenção é ilustrada pelos seguintes exemplos não limitativos.
Exemplo 1: Detalhes de um exemplo de uma transmissão de acordo com a invenção [0064] O veio de entrada (11) é sustentado pelo mancai (15) e pelo mancai (16). O mancai (15) suporta as forças resultantes axiais originárias das forças centrífuga, giroscópica, de arrasto transversal e de atrito de chaveta. Os mancais (15, 16) são alojados no distribuidor de óleo (22) que é conectado com cavilhas ao alojamento (14). O veio de entrada originário do motor é ligado ao veio principal da transmissão por meio de um elemento de chaveta-veio, permitindo o movimento axial translacional, mas não a rotação mútua. Desta forma, o torque do veio de entrada (11) é transmitido através da longa chaveta interna para as chavetas externas do veio principal (12). Em vez de uma chaveta, são possíveis alternativas que transmitem torque e permitem o movimento axial (na direção longitudinal do veio). O veio principal (12) é centralizado pela bucha (20) dentro do veio de entrada (11) e outra bucha (21) na roda solar (3b) do Variador Planetário secundário. Estas buchas (20, 21) não são carregadas por forças radiais, mas têm que apenas centralizar o veio principal (12) e permitir um movimento axial. A primeira bucha (20) é dividida para permitir a montagem sobre as chavetas. A roda solar (3b) do Variador Planetário secundário é sustentada em dois mancais (18,19). Um deles toma as cargas axiais.
[0065] O óleo de lubrificação para os mancais (15, 16, 18, 19) e as buchas (20, 21) é suprido do alojamento (14) através de furos para o distribuidor de óleo (22) sobre o mancai (15) e o mancai (16), sendo então dividido o fluxo. Uma peça atravessa a bucha (20) e as chavetas e então atravessa o furo central no veio principal (12). A outra peça desvia estas componentes sobre um orifício e liga o primeiro fluxo de
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26/40 óleo no furo central. Na extremidade do eixo principal (12), o fluxo de lubrificante atravessa a bucha (21) e 2 mancais de roda solar (18, 19). O óleo flui de volta através de um furo no alojamento (14) para o reservatório.
[0066] A lubrificação dos mancais (6a, 6b, 7a, 7b) de cada planeta é mostrada como um circuito fechado, mas alternativamente poderia ser integrada no circuito de lubrificante por um fluxo de óleo através de canais dentro dos pinos de articulação (8a, 8b). Esta alternativa exigiria vedações entre os pinos de articulação (8a, 8b) e o garfo planetário (4a, 4b). No desenho de circuito fechado, o fluxo é gerado por palhetas (32) dentro da roda de planeta (5), bombeando o óleo para fora. Tão logo o veio de entrada gira, os planetas (2) também giram em torno de seu eixo e, desse modo, o óleo circula através dos mancais (6 e 7). O desenho da lubrificação supõe que o fluido de lubrificação ou gás dos contatos de rolamento não tem que ser misturado com o óleo de lubrificação dos mancais. Por esta razão, o interior da transmissão com os contatos de rolamento é completamente vedado do óleo de lubrificação para os mancais e naturalmente vedado a partir do lado de fora.
[0067] O alojamento (14) e o distribuidor de óleo (22) contêm também 2 mais furos para pressões de direção pSF e pSR. Estas pressões são vedadas por 3 anéis de pistão (23) entre o distribuidor de óleo (22) e o veio de entrada giratório (11). O óleo vazante da pressão de direção sobre os anéis de pistão (23) é coletado no circuito de lubrificante. O circuito de lubrificante é perfeitamente vedado ao exterior de transmissão e à área das superfícies de rolamento pelas vedações de borda (24). Através do tubo de vedação (25), as pressões de direção pSF e pSR são vedadas e dirigidas para o cilindro de direção para frente (26) e o cilindro de direção de marcha à ré (27) respectivamente.
[0068] A bucha (17) é formada de material para funcionamento em
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27/40 seco ou funcionamento no gás ou fluido para os contatos de rolamento. Na operação normal, esta bucha (17) não faz contato com o veio principal (12). Vide seção 4.6.1.
O conceito de transmissão de acordo com a invenção tem as seguintes vantagens:
[0069] · Há apenas um sistema de pistão-cilindro (29, 30) exigido para gerar a força de pré-carga (52) que pressiona todas as superfícies de contato umas contra as outras. Este cilindro (30) não gira, o que torna o suprimento hidráulico (ou pneumático) fácil porque nenhuma vedação dinâmica se faz necessária.
[0070] · O cilindro de direção (26, 27) gira com a mesma velocidade que o veio principal (12). De outro modo, seriam necessários mancais grandes, que trabalham em ambos os sentidos axiais. As vedações do pistão de direção (28) se movem apenas axialmente e não tangencialmente. Uma relativa rotação seria impossível nestes diâmetros grandes e altas velocidades de motor. No leiaute mostrado da figura 3, apenas um pistão de direção (28) que trabalha em ambos os sentidos axiais se faz necessário para mover os eixos centrais (9) de ambos os Variadores Planetários.
[0071] · Com a combinação de 2 Variadores Planetários, conforme mostrado na figura 3, a relação de transmissão de cada Variador Planetário é ampliada, de tal modo que uma relação de sobremarcha muito longa seja criada no sentido de acionamento dianteiro. Outra vantagem é a de que, também no sentido de acionamento de marcha à ré, uma relação de velocidade de transmissão mais alta é obtida, o que impede uma alta de velocidade de motor, quando do acionamento em marcha à ré.
[0072] · A relação de torque de longo (0,441) permite que o carro seja acionado em qualquer velocidade e em qualquer nível de potência com ótima eficiência do motor. Isto irá reduzir o consumo de combustíPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 29/57
28/40 vel do motor com 15 a 20%. Vide também o gráfico de motor na figura
10. Os motores modernos produzem muita potência na baixa velocidade de motor. 25 HP ( bastante para acionar cerca de 110 a 120 km/h com velocidade constante) são produzidos com ótima eficiência próximo da velocidade de motor tão baixa quanto 1300 RPM.
[0073] · O objetivo dos controles para este conceito de transmissão é o de fazer funcionar o motor sempre em sua eficiência ótima. Isto indica que, na potência moderada do motor, o motor funciona em velocidade muito baixa. Esta condição pode ser apenas aceitável para o motorista, se for possível mudar a relação muita rapidamente, quando o motorista repentinamente comprimir o acelerador. A mudança da relação indica que as rodas planetárias (5) têm que executar um movimento transversal (= perpendicular à direção de rolamento) sobre a roda anular (1) e a roda solar (3). Isto não é nenhum problema porque a distância transversal para superar uma determinada mudança de relação é assim pequena com relação à distância longitudinal na direção de rolamento em que este movimento transversal pode ser feito rápido o suficiente enquanto os contatos de rolamento permanecem em condição de microdeslizamento.
[0074] · A relação de torque varia continuamente de -1,44 (marcha à ré) sobre infinito para +0,441 (para frente). Nenhum dispositivo de partida é assim necessário. Durante a partida, nenhuma energia é dissipada em uma embreagem de deslizamento ou conversor de torque. A ausência desta dissipação de calor reduz o consumo de combustível sobre 0,1 a 0,12 l/100km. Sem embreagem principal ou conversor de torque, custos e peso são também naturalmente economizados. A relação de torque varia assim continuamente para infinito, mas o torque de saída máximo é limitado ao torque correspondendo com o limite de deslizamento de pneu do carro em superfície seca. É mais fácil expressar a relação em termos de relação de velocidade (= velocidade
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29/40 de saída dividida pela velocidade de entrada). A relação de velocidade varia então continuamente de -0,695 em marcha à ré sobre zero a +2,268 na engrenagem mais alta dianteira.
[0075] · Para aceleração máxima a partir da paralisação com um dispositivo de partida (conversor ou embreagem de torque), o motor tem que ser trazido para a velocidade onde ele distribui o torque máximo (ou o torque necessário para se aproximar do deslizamento do pneu). A aceleração do motor precisa de tempo. Durante este tempo, a força de acionamento máxima não está disponível nas rodas. Com uma transmissão variável com uma relação de velocidade que varia de zero, conforme explicado acima, a força de acionamento máxima está disponível como da velocidade de marcha lenta do motor. Esta força de acionamento máxima está, portanto, também disponível como bem do início da compressão do acelerador. A simulação abaixo mostra que a transmissão pode aumentar a velocidade de motor rápido o suficiente a fim de manter continuamente a força de acionamento máxima para o ponto em que o motor atinge sua potência máxima. (A partir deste ponto no motor, a velocidade permanece constante, contanto que o pedal do acelerador seja completamente empurrado para o chão.) [0076] · A transmissão pode, portanto, também ficar em paralisação e ser acionada muito lentamente - para frente ou em marcha à ré sem qualquer componente deslizante. A eficiência permanece em uma velocidade muito baixa também alta. O acionamento em tais relações baixas é quase independente da inclinação, montanha acima ou montanha abaixo. (Muito útil durante o estacionamento em uma subida ou contra um meio-fio, por exemplo). Esta relação de velocidade muito baixa é também prática, quando do acionamento em superfícies deslizantes ou com neve. Em um carro convencional com uma embreagem deslizante, as rodas acionadas são controladas por torque. Quando o
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30/40 agarre de pneu cair abaixo da força de acionamento, as rodas serão aceleradas descontroladas até que a embreagem seja fechada. Em condições de neve ou lama, os pneus trabalham em uma cova, de modo que o carro possa ficar preso. Com a transmissão da presente invenção, as rodas são controladas por velocidade e podem girar em uma determinada velocidade muito baixa. Quando o agarre de pneu cair, as rodas permanecerão girando na mesma velocidade baixa, de modo que os pneus possam recuperar o agarre no chão. Esta capacidade é também muito útil para veículos fora de estrada ou carros de tração nas 4 rodas.
[0077] · A eficiência simulada da própria transmissão está em níveis de baixa potência em torno de 99,4%. Esta figura inclui perdas mecânicas e hidráulicas. Na total aceleração do acelerador, ela reduz para 96 - 97%. Verdadeiras caixas de câmbio apresentam a mais alta eficiência em torque máximo, uma situação que acontece raramente em carros modernos altamente energizados. A transmissão da presente invenção parece ter a mais alta eficiência em baixa potência e mudança de relação zero ou lenta. Tais condições de acionamento contribuem grandemente para todo o consumo de combustível.
[0078] · Uma consequência da alta eficiência é a de que nenhum sistema de resfriamento é necessário ou a de que um sistema resfriador pequeno é usado apenas em condições raras. Uma bomba, um resfriador, um ventilador, um refrigerante e controles hidráulicos apenas aumentam o custo e o peso e aumentam o risco de despejar óleo no ambiente. Além disso, a potência para acionar a bomba resfriadora adicionalmente diminui a eficiência.
[0079] · A simulação mostra que a relação de transmissão poderá mudar assim rapidamente (quando o acelerador for repentinamente pressionado) em que todo o torque do motor é consumido na aceleração do próprio motor. Uma mudança de relação mais rápida naturalPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 32/57
31/40 mente não faz sentido. Isto indica que a potência do motor aumenta de quase zero para a potência total em 200 ms. (As simulações são feitas para um motor de petróleo de 300 HP, 400 Nm com um carro de passageiros com tração traseira de 1800 kg).
[0080] · Em resumo, o aperfeiçoamento da eficiência total é de cerca de 18 a 30% • de 15 a 20% da eficiência de motor aperfeiçoada.
• de 2 a 7% da eficiência de transmissão da presente invenção versus MT • de 1 a 3% da ausência de conversor de embreagem ou toque [0081] · Um freio de estacionamento poderá ser formado facilmente quando a relação de velocidade de transmissão for posta em zero. (A saída fica, portanto, parada enquanto o motor pode girar sem distribuir potência.) Quando um dispositivo mecânico for aplicado como força de pré-carga (52), esta força será mantida também quando o motor for interrompido. Desta forma, a saída de transmissão não pode girar, independente se o motor está funcionando ou não.
[0082] · A figura 11 ilustra uma simulação de uma partida a partir da paralisação.
[0083] · A figura 12 simula uma repentina aceleração depois do acionamento em uma velocidade constante de 50 km/h. Ela mostra quão rapidamente é obtida a aceleração do carro.
Exemplo 2: Controles hidráulicos [0084] A figura 5 mostra um método hidráulico para gerar forças de pré-carga e a força de direção, mas estas forças podem também ser criadas por meio pneumático ou mecânico.
[0085] Uma pressão controlada hidráulica atua no pistão de força de pré-carga (29) da roda anular (1a) do Variador Planetário principal para criar forças normais entre os planetas (2a, 2b) e as rodas anulaPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 33/57
32/40 res e solares (1a, 1b, 3a, 3b). O pistão de força de pré-carga (29) e o cilindro de força de pré-carga (30) não estão girando. A força normal em cada superfície de contato tem que ser grande o suficiente de modo que o arrasto longitudinal e transversal nas zonas de contato permaneça em microdeslizamento. Permanentemente, uma pressão muito maior do que a necessária encurtaria a vida dos mancais e das superfícies de contato.
[0086] A relação é controlada pela pressão de direção para frente pSF que atua no pistão de direção (28) no cilindro de direção dianteira (26) e pela pressão de direção de macha à ré pSR que atua no outro lado do pistão de direção (28) no cilindro de direção inversa (27). Este pistão de direção (28) e os cilindros de direção (26, 27) giram com velocidade introduzida. Sem pressão de direção, a relação de transmissão seria de relação de velocidade zero porque as forças centrífugas nos planetas (2a, 2b) prendem o veio principal (12) na posição de relação de velocidade zero. A força de direção líquida é controlada pelo software. A rápida redução (quando do acionamento para frente) não exige, na maioria dos casos, nenhum potência hidráulica da pressão de direção, uma vez que as forças centrífugas nos planetas (2a, 2b) já são geralmente fortes o suficiente para serem reduzidas apenas com a diminuição da pressão de direção para frente pSF. Quando as forças centrífugas não forem suficientes, a rápido redução será assistida pela pressão de direção em marcha à ré.
Exemplo 3: Controles de software [0087] Como um exemplo para uma aplicação automotiva, é explicado um programa de software.
[0088] Em geral, SW tem que controlar a pressão de força de précarga e as pressões de direção pSF e pSR. Por razões de segurança e controlabilidade, nenhum dos lados do pistão de direção (28) jamais vê pressão zero, mas sempre uma pressão de inclinação em um lado.
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Vide 4.6.1. As entradas para SW são o mapa da posição do acelerador, o sentido de acionamento solicitado, a velocidade de entrada, a velocidade de saída e o torque e a eficiência do motor. Possivelmente, a posição do pistão de direção será usada como sinal de realimentação.
[0089] A partir da posição do acelerador, é conhecido o nível de potência solicitado do motor. Ele define com o mapa de eficiência a velocidade solicitada do motor. Com um controlador PID (ou PID2), SW define a primeira proposta para a velocidade do pistão de direção (28), de modo que a velocidade do motor mude na direção da velocidade solicitada do motor. Mais detalhadamente, o computador de transmissão calcula a força de pré-carga e a força de direção nas 5 etapas a fim de impedir que o macrodeslizamento ocorra em um dos contatos de rolamento e de impedir que o controle anti-rotação do carro interfira muito frequentemente.
Etapa 1:
[0090] Na baixa velocidade do carro, a potência solicitada será limitada pelo valor conhecido do agarre de pneu no concreto seco. Com a potência de motor solicitada e com o mapa de eficiência de combustível do motor, são calculados a velocidade solicitada do motor e o torque. O controlador PID define então a velocidade vS do pistão de direção (28). Depois, são calculados todos os parâmetros geométricos e todas as velocidades internas (longitudinal e transversal na direção de rolamento). Com o efetivo torque de entrada de transmissão, são calculadas as forças longitudinais nos contatos de rolamento.
Etapa 2:
[0091] É assumido que a pressão de pré-carga pN é máxima.
[0092] Com a teoria de microdeslizamento, é calculado o arrasto longitudinal. Se todas as deformações longitudinais estiverem no microdeslizamento, o controlador seguirá para a próxima etapa; caso ne
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34/40 gativo, o torque de entrada terá que ser reduzido. (O último não deve ocorrer, uma vez que a transmissão é subprojetada.)
Etapa 3:
[0093] A velocidade de direção vS é já calculada pelo controlador;
a pressão de pré-carga pN é assumida como sendo máxima.
Com o real torque de entrada e a velocidade de entrada conhecidos, são conhecidas as forças longitudinais nos pontos de contato. A velocidade de direção vS define também todas as velocidades transversais nos contatos de rolamento. Com a teoria de microdeslizamento, com as forças normais conhecidas e com as velocidades transversais, é definido o microdeslizamento longitudinal. A partir da teoria de microdeslizamento, a deformação transversal também é definida. Ambas as deformações definem a deformação total.
Se a deformação total estiver dentro do microdeslizamento, o controlador seguirá para a próxima etapa; caso negativo, a velocidade de direção vS terá que ser diminuída para a nova velocidade de direção vS.
Etapa 4:
[0094] Com a sugestão atual de velocidade de direção vS e as verdadeiras forças de acionamento, é possível encontrar a pressão de pré-carga mínima pN que resulta em microdeslizamentos ligeiramente abaixo do limite de microdeslizamento.
[0095] A pressão de pré-carga certa pN é calculada. (Com esta sequência de cálculo, a pressão de pré-carga não pode exceder o limite máximo.) A posição de pistão de direção é conhecida pela relação de velocidade de saída-entrada (ou diretamente do sensor de posição). Esta posição define todas as condições geométricas. Forças centrífugas são conhecidas a partir da velocidade de entrada e forças de acionamento são conhecidas a partir da velocidade do motor (= entrada) e da posição do acelerador.
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Também, é calculada a pressão de direção para obter a velocidade de direção vS. Em cada ponto de contato de rolamento, é conhecida a velocidade transversal e, com a teoria de microdeslizamento, são calculadas as forças transversais. O resultante é a força de direção líquida.
Etapa 5:
[0096] Quando a pressão de direção for maior do que o limite, a velocidade de direção vS terá que ser reduzida e o controlador terá que seguir para a etapa 1; caso negativo, a pressão de pré-carga pN e a pressão de direção para frente pSF são definidas para ficar dentro do microdeslizamento e para usar o motor tão próximo quanto possível de seu ponto de eficiência máxima para a determinada solicitação de potência (mudança).
Exemplo 4: Sistemas hidráulicos
Suprimentos hidráulicos [0097] Um suprimento de energia hidráulica preferido é mostrado na figura 5.
Segurança [0098] Quando apenas uma válvula proporcional for usada para a pressão de direção para frente pSF e outra para a pressão de direção de macha à ré pSR, uma condição insegura podería ocorrer quando, supondo-se que o carro seja acionado para frente, a válvula proporcional para pSF (33) cair para pressão zero. Neste caso, as forças centrífugas mudariam a relação de transmissão muito rapidamente para a relação de velocidade zero, de modo que o motor fosse sobreacelerado e as rodas travassem. Para evitar estas consequências, 2 válvulas de fechamento de segurança (36, 37) são acrescentadas e as válvulas de redução de pressão ('props') (33, 34) deixam sempre no mínimo a pressão de inclinação (isto é, converter 0,05 MPa ) em ambos os lados do pistão de direção (28). Esta pressão de inclinação mantém as válPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 37/57
36/40 vulas de fechamento de segurança (de ligar-desligar) (36, 37) abertas. Quando um propulsor (33 ou 34) cair para a pressão zero, a ativaçãodesativação correspondente (36 ou, respectivamente, 37) irá drenar a pressão de pré-carga pN e a transmissão não transmitirá nenhum torque. O carro irá descer em ponto morto e o motor será economizado por sua própria proteção de sobrevelocidade. A transmissão está nesta condição 'em ponto morto'. (Apenas neste caso de emergência, a bucha (17) irá suportar a roda solar-anel (3a, 1b).)
Potência hidráulica [0099] Durante todas acelerações de acelerador, se faz necessária uma alta pressão (isto é, converter de 2 a 5 MPa) quase sem nenhum fluxo. Nesta situação, a potência hidráulica necessária é de cerca de 50 Watt, mas, durante uma rápida mudança de relação, uma alta pressão e um fluxo elevado são simultaneamente necessários durante uma fração de um segundo. A potência de pico hidráulica pode subir perto de 10 kW. Quando do acionamento com velocidade constante e potência moderada do motor, as pressão hidráulicas pN e pSF serão baixas (em torno de converter 1 MPa) e a potência hidráulica necessária será menor do que 5 watt.
[00100] A fim de satisfazer estas exigências com um consumo de potência eficaz e baixo custo, é selecionada uma solução com um acumulador de baixa pressão (38) e um acumulador de alta pressão (39).
Esquema hidráulico [00101] A bomba de óleo (40) com pequeno deslocamento é acionada a motor. O comutador de bomba hidráulica (41) é uma válvula de ligar-desligar que seleciona se a bomba (40) supre potência a um dos acumuladores (38 ou 39) ou ela drena todo o fluxo de bomba de volta para o reservatório, consumindo assim quase nenhuma potência do motor. O comutador de alimentação hidráulica (42) seleciona qual
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37/40 acumulador deve ser enchido. O acumulador de alta pressão (39) obtém prioridade sobre o acumulador de baixa pressão (38). O comutador de acumulador hidráulico (43) seleciona qual acumulador é usado como suprimento para os 3 props: é usado o acumulador com a menor pressão que excede o máximo das pressões exigidas. Sensores de pressão (44) que monitoram as pressões de acumulador são usados como informação de entrada para o controlador de transmissão. As pressões pN, pSF e pSR são controladas conforme descrito acima em 4.4.
Exemplo 5: Resfriamento e filtragem [00102] O microdeslizamento nas superfícies de rolamento produz calor. Na alta potência de motor e na relação de torque elevado, é criado mais calor do que será transferido para o gás ou fluido circundante. Este excesso de calor irá elevar a temperatura das rodas planetárias, das rodas solares e das rodas anulares. Em níveis de potência mais baixos ou em uma relação de torque inferior, os componentes giratórios serão esfriados por convecção ao gás ou fluido ambiente. Possivelmente, alhetas de resfriamento nos planetas e no lado de dentro da roda anular e solar podem ser acrescentadas para aperfeiçoar a transferência de calor. Este gás ou fluido pode ser um gás inerte para impedir a corrosão das peças de aço, mas poderá também ser ar normal combinado com um lubrificante ou um gás com uma névoa de fluido de resfriamento. Alhetas de resfriamento no lado de dentro do alojamento irão transferir o calor do gás ou fluido interno para o alojamento. O próprio alojamento, possivelmente equipado com alhetas de resfriamento no lado de fora, será resfriado pelo vento de acionamento. Em algumas aplicações ou condições, o resfriamento por convecção, conforme descrito acima, pode ser insuficiente. Nesse caso, será acrescentado um ventilador que sopra o gás ou uma bomba que circula o fluido. No lado de fora do alojamento, o gás ou o fluido será resfri
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38/40 ado. No mesmo circuito, partículas de desgaste das superfícies de rolamento serão coletadas em um filtro.
Exemplo 6: Desenhos de transmissão alternativos [00103] Com o Variador Planetário, podem ser formados diferentes leiautes de transmissão com a conexão da roda anular 1, da roda solar 3 e do eixo central 9 com outros Variadores Planetários ou com outros componentes de transmissão, tais como sistemas de engrenagens planetárias ou engrenagens deslocadas.
[00104] Abaixo, encontram-se alguns exemplos das muitas possibilidades diferentes:
[00105] A figura 6 mostra um exemplo de uma transmissão reversível, que consiste de 2 Variadores Planetários. O termo 'reversível' indica uma transmissão que pode variar não apenas continuamente sua relação para velocidade de saída zero, mas também continuamente o sentido de rotação de saída. Com relação ao leiaute da figura 3, esta alternativa tem a vantagem de que as rodas planetárias 5 e os garfos 4 do variador principal não giram em torno do eixo central 9a. Desta forma, elas não são submetidas a altas forças centrífugas. Uma desvantagem é a de que a relação de velocidade mais alta é mais baixa do que no desenho da figura 3. Os 2 eixos centrais 9 do desenho alternativo precisam ser movidos axialmente por 2 pistões de direção, por exemplo, para controlar a relação de transmissão, enquanto que, no desenho original, apenas um pistão de direção 28 se faz necessário.
[00106] O veio de entrada 11 aciona a roda solar principal 3a e a roda anular secundária 1 b. Os planetas principais 2a são conectados ao eixo central principal 9a com pinos de articulação 8 da mesma maneira que no desenho original. O eixo central principal 9a não pode girar, mas pode ser movido axialmente pelas forças de direção 53a. Estas forças controlam a posição axial do eixo central 9a e, portanto, também a relação de transmissão. A roda anular principal 1a é meca
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39/40 nicamente conectada à roda solar secundária 3b através de um dispositivo de transferência de torque 47. Este dispositivo de transferência de torque 47 transmite torque entre 2 componentes, mas permite um deslocamento axial entre estes componentes. Ele pode ser realizado por uma conexão de chaveta, embora sejam possíveis mecanismos alternativos. O eixo central secundário 9b é conectado ao veio de saída 46 com um dispositivo de transferência de torque similar 47. Em uma maneira similar, este eixo central secundário 9b é posicionado axialmente pelas forças de direção 53b para obter a relação de transmissão exigida.
[00107] Todas as superfícies de contato da roda anular 1, dos planetas 2 e da roda solar 3 dos Variadores Planetários principal e secundários são pressionadas entre si a fim de transmitir torque por atrito. Isto é realizado por apenas uma força de pré-carga 52 que atua sobre um mancai na roda anular principal 1a. A força de reação é transferida da roda solar secundária 3b sobre um mancai para o alojamento.
[00108] A figura 7 mostra outro desenho alternativo de uma transmissão reversível. Aqui, o Variador Planetário secundário é substituído por um sistema de engrenagens planetárias convencional (com relação de transmissão constante). Neste desenho, o eixo central 9a do Variador Planetário é estacionário e, portanto, nenhuma força centrífuga atua sobre os mancais dos planetas 2. A relação de transmissão mais alta em ambos os sentidos de rotação deste desenho é, naturalmente, mais baixa do que no leiaute anterior da figura 6.
[00109] O Variador Planetário principal é igual àquele da figura 6. Neste caso, a roda anular principal 1a é conectada à engrenagem anular 48 sobre o dispositivo de transferência de torque 47. A roda solar 3a é conectada à engrenagem solar 51. O torque é transferido para as engrenagens planetárias 49 que acionam o transportador de engrena
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40/40 gens planetárias 50 que é a saída de transmissão. Entre o Variador Planetário e o sistema de engrenagens planetárias, a vedação é necessária para impedir que o óleo lubrificante para o sistema de engrenagens possa alcançar o interior do alojamento de Variador Planetário. Uma vez que esta transmissão é também reversível, a velocidade de saída pode variar continuamente para zero e o sentido de rotação da saída pode também mudar continuamente.
[00110] Uma transmissão variável com sentido de rotação de saída fixo é mostrada na figura 8. Com este conceito, uma quantidade aleatória de Variadores Planetários pode ser combinada a fim de obter uma grande extensão de relação. Se a relação de transmissão do Variador Planetário 1 variar de r para 1/r, então, a extensão de relação total para n Variadores Planetários se tornará r(2n) (em valor absoluto). Nos exemplos mostrados, r é igual a cerca de 2.
[00111] O eixo de entrada 11 aciona a roda solar principal 3a. Todos os eixos centrais 9 de cada Variador Planetário são conectados. O eixo central 9 não pode girar, mas pode ser posicionado por 1 força de direção axial 45. Todos os contatos de rolamento são pressionados mutuamente com a aplicação de apenas uma força de pré-carga 52 na roda anular de saída 1b sobre um mancai. A força de reação é transferida para o alojamento da roda solar principal 3a sobre um mancai. Devido ao fato de os eixos centrais 9 não girarem, não há qualquer força centrífuga atuando sobre os mancais das rodas planetárias 2.
Claims (11)
- REIVINDICAÇÕES1. Variador planetário (13), que funciona como um subsistema para transmissões variáveis ou reversíveis, capaz de variar continuamente a relação de transmissão, em que:- consiste em uma roda anular (1), de dois ou mais planetas (2) montados em torno de um eixo central (12) e de uma roda solar (3), de modo que cada componente, isto é, a roda anular, o eixo central e a roda solar, forme uma interface com outros componentes de transmissão,- a roda anular é um corpo axissimétrico em torno do eixo central com uma superfície de rolamento formada de acordo com a curva tratriz, e de esta superfície ser preferivelmente endurecida ou revestida para suportar as forças de tração e de compressão,- a roda solar é principalmente igual à roda anular, mas o diâmetro interno e externo da curva tratriz pode diferir dos diâmetros da roda anular,- os planetas consistem em uma roda planetária (5) com basicamente uma superfície de rolamento cônica, preferivelmente endurecida ou revestida para transmitir forças de tração e de compressão, montadas livremente rotacionais em torno de um garfo planetário (4) por meio de mancais radial e axial ou buchas (8) e de o topo virtual do cone mencionado coincidir com a interseção do eixo do eixo central (9) com o eixo da articulação do planeta (2);- cada garfo planetário (4) de um variador planetário (13) pode girar livremente em torno de uma junta de articulação (8) da qual o eixo é perpendicular no eixo do eixo central e paralelo ao plano da roda planetária e de cada garfo planetário e cada roda planetária serem projetados para não interferirem entre si para todos os ângulos de inclinação aplicáveis entre o eixo planetário e o eixo do veio central; e em quePetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 43/57
- 2/8- a roda anular, os planetas e a roda solar são comprimidos um contra o outro, de modo que as superfícies de rolamento fiquem em contato mútuo e de as pressões de contato serem altas o suficiente para transmitir o torque exigido,- a curva tratriz da roda anular e a curva tratriz da roda solar apresentam ambas o mesmo parâmetro de comprimento L que o comprimento do ponto de contato de rolamento da roda planetária com relação à interseção do eixo de articulação com o eixo de veio central, onde L é usado na equação de tratriz +/-x+c = L*(cos α + In | tan (a/2) |), com c sendo uma constante arbitrária e α sendo o ângulo de inclinação entre a tangente no ponto de contato e o eixo do veio central, e- a forma das superfícies de rolamento das rodas planetárias, que é basicamente cônica, se desvia ligeiramente desta forma teórica em uma maneira convexa a fim de otimizar a distribuição de pressão de contato, caracterizado pelo fato de que:- o eixo central é movido axialmente com uma velocidade definida em relação à força de compressão e ao torque transmitido, a fim de mudar a relação de transmissão,2. Transmissão variável e reversível, que compreende um variador planetário principal e secundário, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:- a roda anular (1a) do Variador Planetário principal (13a) é conectada ao alojamento (14), de modo que não possa girar, mas possa se mover axialmente por uma força de pré-carga que comprime todos os contatos de rolamento de ambos os Variadores Planetários,- os eixos centrais de ambos Variadores Planetários são combinados em 1 veio principal (12) e rotacionalmente conectados ao veio de entrada de transmissão (11) e axialmente móveis por uma forPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 44/57
- 3/8 ça de direção em ambos os sentidos, enquanto que o veio de entrada não se move axialmente,- roda solar (3a) do Variador Planetário principal (13a) é conectada à roda anular (3b) do Variador Planetário secundário (13b), de modo que a roda anular-solar combinada possa girar em torno do eixo central da transmissão;- e de que a roda solar (3b) do Variador Planetário secundário (13b) é conectada ao veio de saída da transmissão e de a força de reação da força de pré-carga ser transferida para o alojamento sobre um mancai axial.3. Transmissão variável e reversível, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que:- as relativas dimensões da roda anular, da roda solar e dos planetas são escolhidas para serem apropriadas para uma aplicação de carro, indicando que a relação de velocidade mais alta é tão alta que o motor pode distribuir sua potência quase sempre em seu melhor ponto de eficiência, isso é, as dimensões relacionadas à relação de transmissão são: a roda anular principal e secundária de diâmetro externo, a roda solar principal e secundária de diâmetro interno, as rodas planetárias de diâmetro efetivo, o parâmetro de comprimento L da equação de tratriz; a relação de velocidade de transmissão obtida do exemplo mostrado é de 2,266 (em valor absoluto) que ilustra a faixa de relação típica para o conceito,- as relativas dimensões da roda anular, da roda solar e dos planetas são escolhidas para serem apropriadas para uma aplicação de carro, indicando que a relação de velocidade mais alta em marcha à ré é alta o suficiente para acionar o carro com velocidade de motor moderada e baixo ruído em marcha à ré, isto é, as dimensões relacionadas à relação de inversão de transmissão são: roda anular principal e secundária de diâmetro interno, roda solar principal e secundária dePetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 45/57
- 4/8 diâmetro externo, rodas planetárias de diâmetro efetivo, parâmetro de comprimento L da equação de tratriz; a relação de velocidade de transmissão obtida em marcha à ré do exemplo mostrado é de 0,695, que ilustra a faixa de relação típica para este conceito;- e de que com a movimentação do veio principal da transmissão, a relação de transmissão varia continuamente entre a relação de velocidade mais alta para frente sobre paralisação para a relação de transmissão mais alta em marcha à ré.4. Transmissão variável e reversível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que:- a força normal em cada contato de rolamento é criada por uma força de pré-carga, que atua a partir do alojamento sobre a roda anular principal não giratória e de a força de reação ser transferida sobre um mancai a partir da roda solar secundária para o alojamento;- e de que as forças de direção líquidas para definir a posição do veio principal e, portanto, também para definir a relação de transmissão, são criadas por uma força em um de ambos os sentidos e atuando no veio principal, e de a força de reação ser transferida sobre um mancai para o alojamento.
- 5. Transmissão variável e reversível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que:- a força de pré-carga, conforme explicado na reivindicação 4, é criada por um ou mais sistemas de pistão e cilindro entre o alojamento e a roda anular principal e ativada por uma única pressão pneumática ou hidráulica por um sistema de pré-carga mecânico, onde este sistema mecânico pode também ser usado como freio de estacionamento, quando a transmissão for colocada em relação de velocidade zero,- a pressão de direção é criada por um sistema de cilindro de pistão hidráulico ou pneumático, capaz de trabalhar em ambos osPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 46/575/8 sentidos, integrado no veio de entrada e no veio principal, e de- a pressão hidráulica ou pneumática para criar a pressão de direção mencionada na reivindicação 4 é vedada entre o alojamento estacionário e o veio de entrada giratório pelos anéis de pistão ou vedações projetados para vedar as peças que giram em diferentes velocidades rotacionais.
- 6. Transmissão variável e reversível, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um sistema hidráulico destinado a controlar dita transmissão variável e reversível em um carro, caminhão ou outro veículo de estrada ou fora de estrada, em que:- uma bomba acionada a motor é usada para dispensar a pressão hidráulica e fluxo,- um acumulador de alta e baixa pressão é integrado no sistema, onde o fluido do acumulador de baixa pressão para pressurizar o pistão de pré-carga (30) e o pistão de direção (28) é usado com prioridade sobre o acumulador de alta pressão;- o acumulador de alta pressão é enchido pela bomba com prioridade sobre o acumulador de baixa pressão,- as válvulas redutoras de pressão são usadas para controlar a pressão de pré-carga e as pressões de direção para sentido de acionamento para frente e em marcha à ré;- possivelmente uma característica de segurança é acrescentada por meio de 2 válvulas de fechamento na linha de pressão de pré-carga e de uma delas ser comutada pela pressão de direção para frente e a outra pela pressão de direção em marcha à ré a fim de drenar a pressão de pré-carga imediatamente tão logo uma das pressões de direção ativas caia abaixo de uma certa pressão de inclinação;- e de que a característica de segurança mencionada pode ser simplificada com a retirada da válvula de fechamento de segurançaPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 47/576/8 (37) do esquema hidráulico.
- 7. Transmissão variável e reversível, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um programa de software destinado a controlar dita transmissão variável e reversível com um sistema de válvula hidráulica em um carro, caminhão ou outro veículo de rodovia ou fora de rodovia, em que:- a curva (do torque do motor versus a velocidade do motor) que expressa um consumo de combustível mínimo para cada nível de potência de motor é armazenada na memória do controlador,- o controlador PID define a velocidade do pistão de direção, conectado ao veio principal, a fim de obter a velocidade de motor igual à velocidade de motor exigida calculada a partir da curva de consumo de combustível mínimo,- a velocidade do pistão de direção, conforme proposto pelo controlador PID, pode ser reduzida para ficar dentro da faixa de microdeslizamento com base no procedimento de cálculo,- a pressão de pré-carga e a pressão de direção que determinam o ângulo dos planetas com relação ao eixo do veio principal são calculadas com base na teoria publicada do microdeslizamento longitudinal e transversal.
- 8. Uso de uma combinação de um ou mais variadores planetários, de acordo com a reivindicação 1, em diferentes leiautes de transmissão variável, caracterizado pelo fato de que:- cada interface do variador planetário, isto é, a roda anular, o eixo central e a roda solar, pode ser conectada à entrada de transmissão, à saída, ao alojamento, à interface com outro Variador Planetário ou qualquer outro componente de transmissão, tais como engrenagens deslocadas ou sistemas de engrenagens planetárias.- ou de leiautes de transmissão variável e reversível podemPetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 48/577/8 ser formados, isto é, uma transmissão variável da qual o sentido de rotação de saída, com relação ao sentido de rotação de entrada, pode ser mudado continuamente e da qual a relação de velocidade é definida mesmo em velocidade de saída muito baixa e zero, sem componentes de (macro-)deslizamento, conforme usado em conversores de torque ou embreagens de disco de atrito.
- 9. Transmissão variável, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que:- o interior de transmissão, onde os contatos de rolamento são móveis, é enchido com um gás inerte, ou ar normal e um fluido de espirrar para resfriamento e lubrificação, ou um gás com uma névoa de um refrigerante, e- deste dito interior é vedado do óleo lubrificante para os mancais e a partir do exterior da transmissão.
- 10. Variador planetário, de acordo com a reivindicação 1, ou transmissão variável, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que:- o fluxo de lubrificação para os mancais ou buchas dentro dos planetas é possivelmente realizado por um circuito fechado para cada planeta e de o óleo ser bombeado em torno das palhetas dentro dos planetas, bombeando o óleo para fora, que é adicionalmente guiado através dos mancais ou buchas,- um fluxo de lubrificação alternativo para os mancais ou buchas dentro dos planetas é realizado com a integração deste fluxo de óleo no fluxo de lubrificante principal compreendendo todos os mancais de veio de entrada e saída, dito fluxo sendo retirado do eixo central através de uma das articulações (em particular, um dos pinos de articulação), guiadas através dos mancais dos planetas e fluindo de volta através da outra articulação (ou, em particular, do outro pino de articulação) para o eixo central, e dePetição 870190002948, de 10/01/2019, pág. 49/578/8- outra alternativa é a de que os mancais dos planetas são lubrificados com graxa ou de os mancais híbridos serem usados, os quais não exigem nenhuma lubrificação.
- 11. Uso de uma transmissão, como definida na reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que é para transmitir potência em velocidades variáveis em um carro, um caminhão, um ônibus, um veículo fora de estrada, uma ceifeira, uma turbina eólica, um manipulador de lança telescópica, uma empilhadeira ou qualquer outra aplicação industrial na qual a potência precisa ser transmitida em velocidades variáveis.
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