Stufenloses Getriebe Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe.
Für die stufenlose Kraftübertragung wunden bisher entweder Flüssigkeitsgetriebe oder Reibungsgetriebe angewendet, wobei in beiden Fällen hohe Energiever luste, sowie ein grosser Schlupf bei der übertragung grosser Drehmomente auftreten.
Verschiedene Versuche, eine stufenlose Kraftüber tragung mit Hilfe von Zahnrädern zu bewerkstelligen, sind infolge Fabrikationsschwierigkeiten, bzw. Kosten, hoher Störungsanfälligkeit und kurzer Lebensdauer der Spezial-Zahnräder erfolglos geblieben.
Es ist das. Ziel der vorliegenden Erfindung, ein vielseitig verwendbares, stufenloses Getriebe zu schaf fen, welches die oben erwähnten Nachteile bekannter, stufenloser Getriebe beseitigt.
Zu diesem Zweck besitzt das erfindungsgemäss Getriebe mindestens ein mit konvergierenden Zähnen versehenes Zahnrad, bei welchem die vom grössten Teilkreis aus gemessene Länge der Zähne derart unter schiedlich gewählt ist, dass die Zahnteilung überall am Zahnrad .innerhalb gegebener Grenzen liegt, durch ein aus einer Gedenkkette mit beweglichen Zahnsegmenten bestehendes und mit den Zahnsegmenten in dieses Zahnrad eingreifendes Transmissionselement,
durch ein zweites mit dem Transmissionselement im Eingriff stehendes Zahnrad und durch eine Verstellvorrichtung zum Verschieben des Transmissionselementes längs einer Erzeugenden .der verzahnten Fläche, wodurch das übersetzungsverhältnis veränderbar ist.
Das Getriebe kann zur Übertragung der Leistung eines Motors vorgesehen werden, wobei die Verstell vorrichtung für das Transmissionselement in Abhän gigkeit der Stellung des Gashebels einerseits und :der Motordrehzahl andererseits betätigbar sein kann, so dass sich jeweils selb.stätig ein übersetzungsverhältnis einstellt, welches dem Motor erlaubt, bei jeder Stellung des Gashebels eine vorbestimmte, optimale Drehzahl zu erreichen.
Das Getriebe kann ferner als Ausgleichsgetriebe, z. B. in einem Motorfahrzeug verwendet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass jeder Radantriebs achse ein Transmissionselement zugeordnet wird, des sen entsprechende Stellung zum Antriebszahnrad in Abhängigkeit vom Widerstand des betreffenden An triebsrades gesteuert wird, um die Antriebsräder mit unterschiedlicher Drehzahl anzutreiben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeich nung erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Ausfüh rung des Erfindungsgegenstandes, Fig. 2 eine Ansicht im Teilschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1, Fig. 3 eine vergrösserte Schnittansicht eines Teiles des Getriebes nach Fig. 2, Fig.4, 5 und 6 im Schnitt,
drei sufeinanderfol- gende Stadien des Eingriffes eines Zahnelementes aus Fig. 3 in das Zahnrad, Fig.7 eine Schnittansicht entlang -der Linie B-B .der Fig. 3, Fig. 8 eine schematische Draufsicht einer Variante der Ausführung nach Fig. 1, Fig.9 eine schematische Seitenansicht des Getrie- bes nach Fig. 8,
Fig. 10 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführung mit zwei Transmissionselementen, Fig.11 eine Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 10, Fig.12 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfüh rung mit zwei gleichartigen Zahnrädern, Fig.13 eine Draufsicht der Ausführung nach Fig. 12, in Richtung des Pfeiles C gesehen,
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines Ketten gliedes im Eingriff mit dem Zahnrad bei einer Ausfüh rung nach Fig. 12, Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung des Erfindungsgegenstandes, Fig. 16 eine Draufsicht des Getriebes nach Fig. 15, Fig. 17 eine vergrösserte Schnittansicht eines Teiles des Getriebes nach Fig. 15, wobei zwei Zahnsegmente im Eingriff mit dem Kegelrad gezeigt sind, Fig. 18, 19 und 20 im Schnitt,
ein Zahnelement am Anfang resp. während des Eingriffes, bei einem Ge triebe gemäss Fig. 15, Fig. 21 eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der Fig. 17, Fig. 22 eine schematische Darstellung eines Steuer systems für das erfindungsgemässe Getriebe bei über tragung des Antriebes eines Motors, wobei das Trans missionselement in einer Ruhelage steht, in bezug auf das Zahnrad, Fig. 23 das Steuersystem nach Fig. 22 während der Verstellung des Transmissionselementes, infolge zu niedriger Motordrehzahl,
Fig. 24 das Steuersystem nach Fig. 22 während der Verstellung des Transmissionselementes, infolge zu hoher Motordrehzahl, Fig. 1 stellt ein als Planrad ausgebildetes Zahnrad 1 schematisch dar, dessen radial verlaufende Zähne 2, 3 und 4, verschieden lang sind, um eine nahezu konr stante Zahnteilung zu erhalten. Die Welle 5, die bei spielsweise mit der Antriebswelle eines Verbrennungs motors gekoppelt werden kann, treibt das Zahnrad 1 an. Das Transmissionselement 6 treibt über ein weite res Zahnrad bzw. Kettenrad eine Antriebswelle 7 an.
Die Gelenkkette 6 ist durch .drei Kettenräder 8, 9 und 10 geführt, wobei diese je auf einer Führungsstange 11, 12 resp. 13 verschiebbar gelagert sind.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die Füh rungsstangen derart ausgebildet, und in bezug auf das Zahnrad angeordnet, dass die Kette 6 in; jeder radialen Stellung derselben gespannt ist und jeweils zwischen den Kettenrädern 9 und 10 in einer senkrecht zur Drehachse des Zahnrades 1 angeordneten Ebene liegt, so dass die Zahnsegmente in diesem Bereich der Kette 6 mit dem Zahnrad 1 im Eingriff stehen. Die V-förmig gebogenen Führungsstangen 12 und 13 sind dabei sym metrisch in einer senkrecht zur Drehachse des Zahnra des 1 liegenden Ebene angeordnet. Durch diese Anord nung nimmt der Abstand zwischen den Stangen 12 und 13 nach innen in radialer Richtung ab.
Die ebenfalls V-förmig ausgebildete Führungsstange 11 ist in der oben erwähnten Axialebene des Zahnrades 1 in glei chem Abstand von den Führungsstangen 12 resp. 13 angeordnet, wobei die Entfernung der Stange 11 vom Zahnrad in radialer Richtung nach innen zunimmt.
Die .obenbeschriebene Anordnung erlaubt die radi ale Verschiebung der Gelenkkette 6 mittels deren Ket tenräder 8, 9 und 10 entlang den Führungsstangen 11, 12 und 13, wobei die Kette in allen Stellungen ge spannt bleibt. Mittel können zur seitlichen Abstützung der Gelenkkette vorgesehen werden, wobei in Fig. 1 Führungsrollen zu diesem Zweck gestrichelt angedeutet sind. Zur Verschiebung der Gelenkkette wird ferner eine nicht gezeigte, beispielsweise hydraulisch betriebene Verstellvorrichtung, die an den Kettenrädern 8, 9 und 10 angreifen kann, verwendet.
Es ist ersichtlich, dass eine radiale Verschiebung der Gelenkkette 6 den Eingriff derselben mit dem Zahnrad an verschiedenen Stellen, mit verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten ergibt, so dass das überset- zungsverhältnis durch diese Verschiebung stufenlos verändert werden kann.
Im mittleren Bereich des Zahnrades 1 sind keine Zähne vorgesehen, so .dass dieser Bereich der neutra len, d. h. der nicht angetriebenen Stellung der Gelenk- kette 6, die gestrichelt angedeutet ist, entspricht. Es ist ferner ersichtlich, dass der Eingriff der Gelenkkette 6 an einer, in Fig.1 ebenfalls gestrichelt dargestellten, diametral gegenüberliegenden Stelle eine Umkehrung .der Drehrichtung der Kette ergibt.
Der Eingriff der Zahnelemente der Gelenkkette 6 in das Zahnrad 1 gemäss Fig. 1 und. 2 wird nachfol gend anhand der Fig. 3 bis 7 erläutert. Fig. 3 zeigt das Kettenrad 10, das auf der Führungsstange 13 mittels eines Pendelkugellagers 14 gelagert ist. Die Gelenke 15 der Kette 6 sind je mit einem bewegbaren Zahnelement 16 versehen, wobei dieses aus einem Zahnsegment 17 einem Führungsansatz 18 und einem Tragbügel 19 besteht.
Die Gelenke 15 der Kette 6 weisen je eine im Querschnitt rechteckige Ausnehmung 20 auf, deren Seitenwände 21, 22 (siehe Fig. 7) mit parallelen Führ rungsrippen 23 versehen sind. Ferner sind die Füh- rungsansätze 18 in der Breite dem Abstand der Seiten wände 21, 22 der Ausnehmung 20 etwa gleich und weisen Führungsrippen 24 auf, die in die Führungsrip pen 23 eingreifen.
Eine an beiden Enden am Gelenk 15 befestigte Doppelfeder 25 greift am Tragbügel 19 an und drückt das Zahnelement in Richtung des Ge lenkes 15 bzw. das Zahnsegment 17 durch dieses hin- durch. Ferner ist ein gebogenes Schienenpaar 26, 27 vor gesehen, das zur Führung der Zahnelemente 16 mittels deren Tragbügel 19 im ausserhalb des Eingriffberei- ches der Kette mit dem Zahnrad liegenden Bereich des Kettenrades 10 dient, um eine gerade und progressive Einführung der Zahnsegmente 17 in die Zahnlücken 29 zu erlauben,
wodurch die Möglichkeit von Brüchen bzw. einer übermässigen Abnutzung in den Zahnseg menten vermieden wird.
Wie die Fig. 3 bis 6 zeigen greifen die durch die Führungsschienen 26, 27 abgehobenen Zahnelemente 16 allmählich in die Zähne 28 des Zahnrades 1 ein. Durch die in Richtung des Zahnrades allmählich zulau fende Form der Führungsschienen 26, 27 werden die Zahnelemente 16 durch ihre Doppelfedern 25 progres siv in die entsprechenden Gelenke 15 hineingezogen, wobei die Rippen 24 d,-.r Ansätze 18 in die Rippen 23 der Ausnehmun@gen 20 um die Zahnseg mente 17 gerade in die Zahnlücken 29 einzuführen.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen der Reihe nach drei Stellungen eines Zahnelementes 16, wobei das Zahnsegment 17 al@l;mählich in eine Zahnlücke 29 eingreift und der Tragbügel 19 sich dem Ende der Führungsschienen 26, 27 nähert.
Jedes Gelenk, 15 weist ferner zwei seitliche, vorste hende Zapfen 30, 31 auf, die in entsprechenden Aus nehmungen 32 des Kettenrades 10 einrasten können.
Die oben beschriebene Ausbildung der Zahnele mente 16 erlaubt diesen je nach ihrer Stellung in bezug auf den Zahn an dem sie angreifen an verschiedenen seitlichen Stellungen in die entsprechenden Ausneh- mungen 20 der Gelenke 15 einzugreifen. Es versteht sich, :dass ,die Führungsrippen 23, 24 zugleich zur Kraftübertragung von dem Zahnrad zur Kette 6 und umgekehrt dienen.
Die Antriebswelle 7 weist ferner ein Kettenrad 33 auf, in dessen Ausnehmungen 34 die Zapfen 30, 31 der Gelenkkette 6 eingreifen, um diese Welle anzutrei ben.
Die Fg. 8 und 9 stellen eine Variante des Erfin- dun@gsgegenstandes schematisch dar, wobei die gleichen Elemente in allen Figuren jeweils dieselben Bezugszif- fern aufweisen. Bei dieser Variante ist sowohl das Zahnrad 1 wie die Gelenkkette 6 unverändert und es ist lediglich die Führung der Kette anders gestaltet. Gemäss den Fig. 8 und 9 sind zwei symmetrisch in bezag auf die Drehachse des Zahnrades 1 und schräg zur Zahnradscheibe angeordnete Führungsstangen 35, 36 vorgesehen.
Eine Abtriebswelle 37, die parallel zum Zahnrad 1 verläuft und ein Kettenrad 38 trägt, dient zugleich als dritte Führungsstanige. Somit dient das Kettenrad 38 zur Führung .der Gelenkkette 6 einerseits und wird durch diese angetrieben andererseits. Sowohl die Ausbildung bzw. der Eingriff der Zahnelemente wie der Antrieb der Abtriebswelle 37 kann in ähnli cher Weise wie oben beschrieben erfolgen und braucht deshalb nicht nochmals erläutert zu werden.
Die Fig. 10 und 11 stellen eine weitere Variante des Erfindungsgegenstandes dar, bei welcher zwei Transmissionselemente 6A und 6B mit je einer Welle 39 resp. 40 vorgesehen .sind. Diese Wellen 39, 40 die zugleich als Führungsstangen dienen, sowie auch vier weitere Führungsstangen 41, 42 und 43, 44 sind an ihren inneren Enden 4n einem Lagergehäuse 45 und an ihren äusseren Enden in den Gehäusen 46 resp. 47 ge lagert. Die Wellen 40, 39 sind ferner in den Gehäusen 46, resp. 47 mit Achsen 48 resp. 49 verbunden.
Die oben beschriebene Ausführung ergibt verschie dene Anwendungsmöglichkeiten. So kann eine Achse, beispielsweise 48 als Antriebsachse und die andere Achse 49 als Abtriebsachse verwendet werden. Ande rerseits ist es möglich, die zwei Achsen 48, 49 durch das Zahnrad 1 anzutreiben, wobei eventuell eines der Gehäuse 46, 47 mit einem Umkehrgetriebe versehen wird damit die beiden Achsen 48, 49 die gleiche Dreh richtung erhalten.
Bei einer weiteren Ausführung der erfindungsge mässen Getriebes können gemäss Fing. 12 und 13 zwei scheibenförmige Zahnräder lA und 113 parallel zu einander angeordnet werden, wobei deren Verzahnunr- gen einander gegenüberliegen.
Eine Gelenkkette 6 kann dabei ähnlich wie oben beschrieben, mittels be weglicher Zahnelemente 50 in verstellbarer Weise in die beiden Zahnräder 1A und 1B eingreifen. Fig. 13 zeigt ein scherenartig ausgebildetes Verstellgestänge 51., 52, welches, Kettenräder 53, 54 einerseits und 55, 56 andererseits für die Gelenkkette trägt, wobei der Abstand zwischen diesen zwei Kettenräderpaaren durch eine Verstellvorrichtun@g 57 verändert werden kann, um der Gelenkkette 6 zu erlauben verschiedene Stellungen,
die verschiedenen übersetzungsverhältnis- sen entsprechen, einzunehmen.
In Fig. 12 sind verschiedene Stellungen der Kette 6 mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen gestri chelt dargestellt.
Fig.14 zeigt in perspektivischer Darstellung den Einsgriff eines Zahnelementes 50 in eines der Zahnrä der 1A oder 113, wobei nicht gezeigte Mittel zur be- weglichen Anbringung bzw. Führung des Zahnelemen tes 50 im Gelenk 58 der Kette 6, in ähnlicher Weise wie oben beschrieben vorgesehen werden können.
Die Fig. 15 und 16 zeigen eine weitere Ausfüh- der Erfindung, bei welcher zwei Kegelräder rung 59, 60 mit parallel .angeordneten Drehachsen 61, 62 nebenecnander drehbar gelagert sind. Diese Kegelräder sind ferner umgekehrt angeordnet, so dass sie sich, in entgegengesetzten Richtungen verjüngen. Die Zähne 63, 64 sind in der Länge derart verschieden gewählt, um eine annähernd konstante Zahnteilung zu erhalten.
Eine Gelenkkette 6 mit beweglichen Zahnsegmen ten 66 dient zur Kraftübertragung zwischen den Kegel rädern 59 und 60.
Ferner sind zu jedem Kegelrad 59 und 60 zwei ortsfeste Führungsstangenpaare 67, 68 resp. 69, 70 (gemäss FinG. 15) zugeordniet. Ein Schienenpaar 71, 72 ist oberhalb und ein weiteres Schienenpaar 73, 74 ist unterhalb der Kegelräder 59, 60 quer zu deren Dreh achsen mittels Tragelementen 75, 76, 77 und 78 an den Führungsstangen 67 bis 70 beweglich angebracht.
Die Schienen 71, 72 resp. 73 und . 74 dienen zum Ab heben der Zahnelemente 66 solange die Gelenkkette 6 nicht auf den Kegelrädern 59, 60 aufliegt und zur Zu führung der Zahnelemente 66 um ein allmähliches Ein greifen derselben ;in das Zahnrad zu erlauben. Eine axiale Verschiebung der Schienen 71 bis 74 bzw. der Tragelemente 75 bis 78 kann mittels Gewindestangen 79, 80, 81 und 82 und einer nicht gezeigten Verstell vorrichtung bewerkstelligt werden, um die axiale Lage der Kette 6 in bezug auf die Kegelräder 59, 60 und somit das Übersetzungsverhältnis zu verändern.
Die Fig. 17 bis 21 zeigen in analoger Weise zu den Fig.3 bis 7 den Eingriff bzw. die Ausbildung der Zahnelemente 66 bei dem Kegelradgetriebe gemäss Fig.15. Die gleichartigen Elemente wurden mit den gleichen. Bezugsziffern versehen und in Anbetracht der Tatsache, dass sie in gleicher Weise wirken, brauchen diese Elemente nicht näher beschrieben zu werden.
Die selbsttätige Steuerung für das erfindungsge mässe Getn:ebe bei Verwendung desselben zur Über tragung der Leistung eines Verbrennungsmotors, wird nachfolgend anhand der Fig. 22 bis 23 erläutert.
Gemäss Fig.22 steht ein Zahnrad 1, das durch einen Motor M angetrieben wird, im Eingriff über ein Transmissionsele;ment 6 mit einer Abtriebswelle 7. Ein hydraulisch betätigter Verstellkolben 83, der in einem Zylinder 84 angeordnet ist, .dient zur radialen Verstel lung der Lage des Transmissionselementes 6 in bezug auf das Zahnrad 1.
Ein Steuerschieber 85 mit einem geradlinig ver schiebbaren Schieberteil 86 und einem feststehenden Schieberteil 87 ist zwischen dem Zylinder 84 und einer Ölpumpe P eingeschaltet. Die Leitungen 88, 89 verbin den die baiden Enden des Verstellzylinders 84 mit Durchgangsöffnungen 90 resp. 91 im Schieberteil 87.
Ferner verbindet eine Leitung 92 die Druckseite der Pumpe mit einer Durchgangsöffnung 93 einerseits und die Leitungen 94, 95 resp. die Saugseite der Pumpe mit den Durchgangsöffnungen 96 resp. 97 andererseits, wobei die Öffnungen 93, 96 und 97 im beweglichen Schieberteil 86 angeordnet sind.
Dieser Schieberteil 86 wird mittels einer in Längs richtung geführten mit einem U-förmigen Verstellorgan 98 verbundenen Stange 99 betätigt.
Der Gashebel 100 des Motors M einerseits und der von diesem Motor angetriebene Fliehkraftregler 101 andererseits, sind über ein Gestänge 102, 103, 104 mit dem Verstell.organ 98 des Schieberteils 86 verbunden.
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen selbst tätigen Steuerung bei Verwendung eines Verbrennungs motors wird nachfolgend erläutert.
Die vorliegende Steuerung hat zum Ziel, dem Motor unter allen Lastbedingungen zu erlauben, eine der jeweiligen Gashebelstellung entsprechende Dreh zahl selbstätig anzunehmen, d. h. einem optimalen Drehmomentverlauf zu folgen. Die Fig. 22 zeigt eine Verstellung des Gashebels 100 in die gestrichelt ge- zeigte Stellung 100'. Das Gestänge 102, 103, und 104 ist derart ausgebildet, dass solange die Änderung der Motordrehzahl der jeweiligen Gashebelstellung d. h.
der Brennstoffzufuhr und somit der gewünschten Lei stung entspricht, keine Verstellung des Steuerschieber teiles 86 erfolgt. Dies ist (in Fig. 22 gestrichelt darge stellt.
Sollte jedoch wie in Fig. 23 gezeigt, bei Änderung der Stellung des Gashebels 100' der Motor M, infolge hoher Last nicht eine dieser Gashebelstellung entspre chende Drehzahl einnehmen können, so wird das un tere Ende der Stange 103 nach links verschoben und der Schieberteil 86 wird: durch das Verstellorgan 98 nach unten gezogen, und gibt die Ölzufuhr zur Leitung 88 frei.
Dadurch wird der Verstellkolben 83 und somit das Transmissionselement 6 nach rechts bewegt um ein höheres Übersetzungsverhältnis einzustellen, wodurch das vom Motor M schneller laufen kann.
Sobald eine geeignete Motordrehzahl erreicht wird, und somit der Fliehkraftregler 101 genügend nach rechts bewegt wird, nimmt das Gestänge 102 bis 104 eine Stellung wieder ein, die ein Schliessen des Steuerschiebers be wirkt, so dass das Transmissionselement in seiner neuen, einem optimalen Drehmoment entsprechenden Stellung zum Stillstand kommt.
Die Fig.24 stellt den umgekehrten Fall dar, bei welchem die Motordrehzahl z. B. infolge abfallender Last einen höheren Wert annimmt, als der Gashebel stellung bzw. der Brennstoffzufuhr entsprechen würde. In diesem Fall wird der Steuerschieberteil 86 durch den Fliehkraftregler 101 über das Gestänge 103 und 104 nach oben geschoben um den Öldurchgang zur Leitung 89 zu erlauben und somit .das Transmissions- element aus der in Fig.24 gestrichelt dargestellten Stellung radial nach aussen zu verschieben.
Diese Ver schiebung hat eine Herabsetzung :des übersetzun gsver- hältnisses zur Folge, wodurch die Motordrehzahl herabgesetzt werden kann. Sobald die Motordrehzahl ihren, der Gashebelstellung entsprechenden Wert er reicht, wird der Steuerschieber wieder geschlossen, so dass das Transmissionselement in der entsprechenden Stellung bleibt.
Es versteht sich, dass das Transmissionselement eventuell während der Verschiebung über seine ge wünschte Stellung bzw. über das erforderliche Überset zungsverhältnis hinaus kommen kann, wobei dann der Steuerschieber eine Umkehrung des Ölflusses bzw. der Bewegung des Verstellkolbens 83 bewirkt, um das gewünschte Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Die oben beschriebene Steuerung erlaubt somit in Verbindung mit dem stufenlosen Getriebe dem Ver brennungsmotor unter allen Lastbedingungen bei jeder eingestellten Leistung mit seiner einem optimalen Drehmoment, entsprechenden Drehzahl zu laufen.
Es können ferner Mittel vorgesehen werden, wel che die oben beschriebene selbsttätige Steuerung des Übersetzungsverhältnisses aufheben, um die Verstel lung des Transmi:ssionselementes z. B. von Hand zu erlauben, wodurch eine Bremswirkung mittels des Ver brennungsmotors bewerkstelligt werden kann.