DE102005032255A1 - Gear device with torque-dependent and stepless modulation of gear transmission ratio whereby gear is mechanical gear and transmission modulation is based on relative movement between shaft and sleeve - Google Patents

Gear device with torque-dependent and stepless modulation of gear transmission ratio whereby gear is mechanical gear and transmission modulation is based on relative movement between shaft and sleeve Download PDF

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Abstract

Gear device is customized for torque-dependent and stepless modulation of gear ratio. The gear is a mechanical gear. The gear transmission ration is decreased with increasing torque. The transmission modulation is based on a relative movement between a shaft (1) and a sleeve (4). An independent claim is also included for a gear device system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruch I.The The invention relates to a device according to the preamble of Claim I.

Es ist bekannt, dass beim Antrieb verschiedenster Geräte wie Fahrräder, Motorfahrzeuge, Maschinen aller Art etc. oft die Drehzahl und das aufgewendete Drehmoment variieren.It It is known that when driving a variety of devices such as bicycles, motor vehicles, Machines of all kinds etc. often the speed and the applied torque vary.

Dies hängt vom verwendeten Antrieb wie Elektromotoren, Muskelkraft, Wasserkraft etc. ab.This depends on used drive such as electric motors, muscle power, hydropower etc. from.

Um bei der angetriebenen Anlage verschiedene Drehzahlen und/oder verschiedene Kräfte/Drehmomente zu erzielen werden in der Regel Getriebe eingesetzt.Around in the driven system different speeds and / or different Forces / torques Gearboxes are usually used to achieve this.

Speziell beim Anlaufen einer Anlage oder unter wechselnder Last ist es sinnvoll das Übersetzungsverhältnis eines Getriebes zu verändern, um es damit dem aktuellen Lastfall anpassen zu können. Idealerweise geschieht dies stufenlos, abhängig vom Drehmoment das der Antrieb gerade aufbringt und abhängig von der Bremskraft die am Abtrieb wirkt.specially When starting a system or under changing load, it makes sense the gear ratio of a Gear to change so that it can be adapted to the current load case. Ideally, that happens this infinitely, depending the torque that the drive just applies and depends on the braking force acting on the output.

Die bisherigen automatischen Getriebe haben keine vom Drehmoment abhängige Zwangssteuerung des idealen Übersetzungsverhältnisses.The Previous automatic transmissions have no torque-dependent positive control the ideal gear ratio.

Die Veränderung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt im Allgemeinen aufgrund der Messung der Drehzahl des Antriebs und nicht abhängig vom anliegenden Drehmoment.The change the translation ratio This is generally done by measuring the speed of the drive and not dependent from the applied torque.

Weiterhin haben die meisten Automatikgetriebe sogenannte Schaltstufen die durch den Wechsel von einem Zahnrad auf ein anderes mit anderem Durchmesser hervorgerufen werden.Farther Most automatic transmissions have so-called switching stages by changing from one gear to another with a different diameter be caused.

Die mit unterschiedlichen Zahnradsätzen bestückten Automatikgetriebe müssen meist gekapselt werden damit sie im Ölbad, dem Getriebeöl laufen können um eine akzeptable Dauer der Haltbarkeit und geringe Reibwiederstände zu gewährleisten.The with different gear sets stocked Automatic transmission need usually encapsulated so they can run in oil bath, the gear oil around To ensure an acceptable duration of durability and low Reibwiederstände.

Beim so genannten Variomatic Getriebe wird das Übersetzungsverhältnis durch zwei gegeneinander verschiebbare, kegelige Scheiben verändert was die Haltbarkeit der dabei verwendeten Riemen und die maximal mögliche Bandbreite des Übersetzungsverhältnisses einschränkt.At the so-called Variomatic gearbox is the gear ratio by two mutually displaceable, conical discs changed what the Durability of the belts used and the maximum possible bandwidth the translation ratio limits.

Speziell bei Fahrädern mit ständig wechselnder Drehzahl und Drehmoment, durch den in die Kurbel tretenden Radfahrer, hat ein stufenloses drehmomentabhängiges, mechanisches Automatikgetriebe entscheidende Vorteile.specially at bicycles with constantly changing speed and torque, passing through the crank Cyclist, has a continuously variable, mechanical automatic transmission crucial Advantages.

Durch die Verwendung von leicht austauschbaren und leicht zugänglichen Standardbauteilen mit geringen Reibungsverlusten wäre ein solches System sehr wartungsfreundlich und effektiv.By the use of easily replaceable and easily accessible Standard components with low friction losses would be one System very easy to maintain and effective.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.embodiments The invention are illustrated in the drawings and are in Following closer described.

Es zeigen:It demonstrate:

Zeichnung 1: eine Seitenansicht eines Elements des Getriebes im Ruhezustand bei größtmöglichem Übersetzungsverhältniss unddrawing 1: a side view of an element of the transmission at rest at the highest possible ratio and

Zeichnung 2: eine Vorderansicht des Getriebes im Ruhezustand unddrawing 2: a front view of the transmission at rest and

Zeichnung 3: eine Vorderansicht des Getriebes unter Last mit Riemen, Abtrieb und deutlich kleinerem Übersetzungsverhältnis unddrawing 3: a front view of the transmission under load with belt, output and significantly smaller gear ratio and

Zeichnung 4: eine Prinzipskizze zur Verstellung des Getriebesdrawing 4: a schematic diagram for the adjustment of the transmission

  • – Riemenscheibe 1 ist fest mit Hebel 2 verbunden.- pulley 1 is fixed with lever 2 connected.
  • – Hebel 2 ist in Lager 3 drehbar gelagert.- Leverage 2 is in stock 3 rotatably mounted.
  • – Stange 5 ist in Lager 4 und Lager 6 drehbar gelagert.- Pole 5 is in stock 4 and bearings 6 rotatably mounted.
  • – Stange 5 verbindet Hebel 2 mit Flansch 7 an Hülse 9.- Pole 5 connects levers 2 with flange 7 on sleeve 9 ,
  • – Arm 8 ist fest mit Weile 11 verbunden.- Poor 8th is stuck with while 11 connected.
  • – Hülse 9 ist auf Welle 11 aufgeschoben und kann auf Welle 11 verdreht werden.- Sleeve 9 is on wave 11 deferred and can wave on 11 to be twisted.
  • – An Hülse 9 ist ein Flansch 7 angebracht zur Aufnahme von Stange 5.- To sleeve 9 is a flange 7 attached to the pole 5 ,
  • – Auf Hülse 9 ist eine Spiralfeder 10 aufgeschoben.- On sleeve 9 is a spiral spring 10 postponed.
  • – Spiralfeder 10 ist an einem Ende fest mit Welle 11, am anderen Ende fest mit Hülse 9 verbunden.- spiral spring 10 is stuck at one end with shaft 11 , at the other end firmly with sleeve 9 connected.
  • – Spiralfeder 10 ist vorgespannt und übt über Hülse 9 und Stange 5 einen Zug auf Arm 2 aus, dadurch befindet sich Riemenscheibe 1 in äußerster Position.- spiral spring 10 is preloaded and exercises over sleeve 9 and rod 5 a pull on arm 2 out, this is the pulley 1 in extreme position.

Wenn nun über Weile 11 ein Drehmoment, zum Beispiel durch die Kurbel am Fahrrad angelegt wird, versucht sich das gesamte Getriebe zu drehen.If now for a while 11 a torque, for example, is applied by the crank on the bike, trying to turn the entire gear.

Durch das Abtriebsrad 14, zum Beispiel das stehende Hinterrad eines Fahrrades wird aber über den Riemen 13 eine Bremskraft auf Riemenscheibe 1 ausgeübt.Through the driven wheel 14 However, for example, the standing rear wheel of a bicycle is over the belt 13 a braking force on pulley 1 exercised.

Wenn diese Bremskraft groß genug ist führt dies dazu, dass sieh Riemenscheibe 1 über Hebel 2 um Lager 3 Richtung Mittelpunkt des Getriebes bewegt.If this braking force is big enough leads this is to see that pulley 1 over lever 2 around warehouse 3 Directed center of the transmission.

Dadurch erhöht sieh über die Bewegung der Stange 5 und die dadurch hervorgerufene Drehung von Hülse 9, die Spannung in Spiralfeder 10.This will increase the movement of the rod 5 and the rotation of the sleeve caused thereby 9 , the tension in spiral spring 10 ,

Abhängig von der Bremskraft durch Abtriebsrad 14, der Federkennlinie und Vorspannung von Spiralfeder 10 und des durch Welle 11 aufgebrachten Drehmoments wird der Durchmesser des gesamten Getriebes reduziert, wie in Zeichnung 3 dargestellt.Depending on the braking force by output gear 14 , the spring characteristic and preload of coil spring 10 and by wave 11 applied torque, the diameter of the entire transmission is reduced, as shown in drawing 3.

Dies führt zu einer geringeren Übersetzung und damit am Beispiel des Fahrrads zu einem geringeren Kraftaufwand beim Anfahren.This leads to a lower translation and so with the example of the bicycle to a lower effort when starting.

Die dadurch entstehende Lose am Riemen 13 muss durch den Riemenspanner 15 ausgeglichen werden. Die drehmomentabhängige Veränderung des Übersetzungsverhältnisses (=Durchmesser des Flugkreises der Riemenscheiben 1) wird durch die Federkennlinie und Vorspannung der Spiralfeder 10 bestimmt.The resulting loose on the belt 13 must be through the belt tensioner 15 be compensated. The torque-dependent change of the transmission ratio (= diameter of the circle of the pulleys 1 ) is determined by the spring characteristic and bias of the coil spring 10 certainly.

Bei großen Drehzahlen wirkt als weitere Kraft die Fliehkraft auf das Getriebe und drückt zusätzlich zur Federkraft der vorgespannten Spiralfeder 10 die Riemenscheibe 1 in die äußerste Position, wodurch dann, wie bei maximaler Drehzahl gewünscht die größtmögliche Übersetzung des Getriebes erreicht wird.At high speeds, the centrifugal force acts as a further force on the gearbox and in addition to the spring force of the preloaded spiral spring 10 the pulley 1 in the outermost position, which then, as desired at maximum speed, the largest possible ratio of the transmission is achieved.

Die einwandfreie Funktion des Getriebes hängt von der idealen Federkennlinie und Vorspannung der Spiralfeder 10 ab.The perfect function of the gearbox depends on the ideal spring characteristic and preload of the spiral spring 10 from.

Diese wird abgestimmt auf die Antriebskraft, welche über Welle 11, und die Bremskraft die über Riemen 13 in das Getriebe eingeleitet wird.This is matched to the driving force, which via shaft 11 , and the braking force over the belt 13 is introduced into the transmission.

Das Getriebe kann wie auf den Zeichnungen 2 und 3 dargestellt aus 6 Elementen (ein Element besteht aus: Riemenscheibe 1, Hebel 2, Lager Hebel 3, Lager Stange 4, Stange 5, Lager Flansch 6, Arm 8,) aber auch mit jeder beliebigen anderen Anzahl von Elementen ausgestattet sein.The transmission can as shown in the drawings 2 and 3 from 6 Elements (an element consists of: pulley 1 , Lever 2 , Stock lever 3 , Bearing rod 4 , Pole 5 , Bearing flange 6 , Poor 8th ,) but also be equipped with any other number of elements.

Die Sinnvolle Anzahl der Elemente ist auf die Größenverhältnisse des Getriebes abzustimmen.The Meaningful number of elements is to be matched to the size ratios of the transmission.

Weiterhin können die Riemenscheiben auch durch Zahnräder ersetzt werden, wenn der Abtrieb über eine Kette geschehen soll.Farther can The pulleys are also replaced by gears when the Downforce over a chain should happen.

Die Riemenscheiben oder Zahnräder können auch nur Segmente sein, da der volle Umfang der Scheibe nicht im Eingriff ist.The Pulleys or gears can also be only segments, since the full circumference of the disc is not in the Intervention is.

Die Funktion der Spiralfeder kann auch durch ein anderes Federelement realisiert werden.The Function of the spiral spring can also be achieved by another spring element will be realized.

Über einen verschiebbaren Sperrbolzen, der den Hebel 2 nach einer bestimmten Winkelbewegung blockiert kann das mögliche Übersetzungsverhältnis reduziert werden.About a sliding locking pin, the lever 2 blocked after a certain angular movement, the possible transmission ratio can be reduced.

Über die Höhe der Vorspannung der Spiralfeder 6 kann das Getriebe auf das maximale Drehmoment das über die Antriebswelle 9 eingeleitet wird abgestimmt werden (beim Fahrrad z.B. abhängig von der Leistungsfähigkeit des Fahrradfahrers).About the amount of bias of the coil spring 6 The transmission can reach the maximum torque via the drive shaft 9 Initiated will be tuned (the bike, for example, depending on the performance of the cyclist).

Die erzielbaren Übersetzungsverhältnisse des Getriebes lassen sich durch seinen Gesamtdurchmesser, die Abmessungen der einzelnen, oben beschriebenen Bestandteile und die Anzahl der Elemente in weitem Umfang beeinflusst werden.The achievable ratios of the Getriebes can be characterized by its overall diameter, the dimensions the individual components described above and the number of Elements are widely influenced.

Auch eine Kombination von mehreren dieser Getriebe, die hintereinender geschaltet sind, ist sinnvoll und problemlos machbar.Also a combination of several of these gearboxes, one behind the other switched, is meaningful and easily feasible.

Arm 8 kann auch durch eine Scheibe oder einen Ring ersetzt werden diese müssen aber mit Welle 11 fest verbunden sein.poor 8th can also be replaced by a disc or a ring but these must be with shaft 11 be firmly connected.

Die Ausführung der Lager ist vom jeweiligen Einsatzzweck des Getriebes abhängig.The execution The bearing depends on the respective intended use of the gearbox.

Über das Gewicht der Riemenscheiben 1, der maximalen Drehzahl und des Durchmessers des Getriebes kann der Einfluss der Fliehkraft auf die Stellung der Riemenscheiben zusätzlich gesteuert werden.About the weight of the pulleys 1 , the maximum speed and the diameter of the gearbox, the influence of the centrifugal force on the position of the pulleys can be additionally controlled.

Die Stangen 5 können auch durch Seile ersetzt werden, da sie nur auf Zug beansprucht werden.The bars 5 can also be replaced by ropes, as they are only claimed on train.

Das Getriebe kann für alle denkbaren Zwecke bei denen Drehbewegungen zu übertragen sind eingesetzt werden.The Transmission can for all conceivable purposes in which to transmit rotational movements are used.

Damit sich die Riemenscheibe 1 nur in die gewünschte Richtung bewegt kann eine Sperrung, zum Beispiel am Arm 8 eingesetzt werden.So that the pulley 1 only moving in the desired direction can be a blockage, for example on the arm 8th be used.

Zeichnung 4 zeigt:

  • – Hülse 9 mit fest verbundenem Stirnzahnrad 16 und Flansch 7.
  • – Mit Welle 11 fest verbunden ist Halter 18.
  • – An Halter 18 ist drehbar gelagert eine Zahnschnecke 17.
  • – Zahnschnecke 1 ist drehbar über Verstellimbus 19.
Drawing 4 shows:
  • - Sleeve 9 with fixed spur gear 16 and flange 7 ,
  • - With wave 11 firmly connected is holder 18 ,
  • - To holder 18 is rotatably mounted a toothed worm 17 ,
  • - toothed worm 1 is rotatable about Verstellimbus 19 ,

Mit dieser Vorrichtung lässt sich bei entfernter Spiralfeder 10 durch drehen der Zahnschnecke 17 über den Verstellimbus 19 der Flugkreisdurchmesser der Riemenscheiben 1 und damit die Übersetzung des Getriebes verstellen.With this device can be removed with a spiral spring 10 by turning the toothed worm 17 over the Verstellimbus 19 the circle diameter of the pulleys 1 and thus adjust the gear ratio.

Die Funktion der Drehmoment abhängigen Steuerung ist dann entfallen.The Function of the torque-dependent control is then eliminated.

Diese Verstellung des Getriebes kann durch eine geeignete Vorrichtung auch bei laufendem Getriebe vorgenommen werden um die Übersetzung manuell, oder abhängig von einer wie auch immer gearteten Steuerung zu verändern.These Adjustment of the transmission can be achieved by a suitable device even when the gearbox is running, manual transmission is required or dependent to change from any kind of control.

Eine prinzipiell ähnliche Vorrichtung kann bei montierter Spiralfeder 10 dazu benutzt werden die Vorspannung der Spiralfeder 10 zu verstellen.A basically similar device can with mounted coil spring 10 used to be the bias of the coil spring 10 to adjust.

Claims (15)

Das Getriebe aus 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass es stufenlos, drehmomentabhängig, mechanisch und automatisch funktioniert.The transmission of FIG. 1 is characterized in that it functions infinitely, torque-dependent, mechanically and automatically. Das Getriebe aus 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass an seinem Umfang drehbar angeordnete Riemenscheiben 1 angebracht sind.The transmission of Figure 1 is characterized in that pulleys rotatably mounted on its circumference 1 are attached. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Hebel 2 und die Stangen 5 drehbar gelagert sind.Transmission according to claim 1 or 2, characterized in that the levers 2 and the rods 5 are rotatably mounted. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Arme 8 fest mit der Antriebswelle 19 verbunden sind.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the arms 8th fixed to the drive shaft 19 are connected. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine um Welle 11 drehbare Hülse inklusive Flansch 7 auf Welle 11 geschoben ist.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that a shaft around 11 rotatable sleeve including flange 7 on wave 11 pushed. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Spiralfeder 10 oder ein ähnliches Federelement unter Vorspannung einerseits fest mit Welle 11, andererseits fest mit Hülse 9 verbunden ist.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that spiral spring 10 or a similar spring element under bias on the one hand firmly with shaft 11 , on the other hand stuck with sleeve 9 connected is. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ruhezustand des Getriebes, über die Vorspannung der Spiralfeder 10, die am Flansch 7 um Lager 6 drehbar gelagerte Stange 5, wahlweise auch ein entsprechendes Seil, die Riemenscheibe 9 über den in Lager 3 drehbar gelagerten Hebel 2 in der äußersten Position gehalten wird.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that in the idle state of the transmission, via the bias of the coil spring 10 on the flange 7 around warehouse 6 rotatably mounted rod 5 , optionally also a corresponding rope, the pulley 9 about the in stock 3 rotatably mounted lever 2 is held in the outermost position. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung und die Federkennlinie der Spiralfeder 10 auf die Kräfte und Drehmomente die auf sie einwirken so eingestellt ist, dass je nach Drehzahl und Drehmoment, über den resultierenden Flugkreisdurchmesser der Riemenscheiben 1, die optimale Übersetzung gewährleistet wird.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the bias voltage and the spring characteristic of the spiral spring 10 on the forces and torques that act on it is adjusted so that, depending on the speed and torque, on the resulting circle diameter of the pulleys 1 that ensures optimal translation. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Einsatzfall die Spiralfeder entfallen kann und das Getriebe nach Zeichnung 4 stufenlos mechanisch verstellbar ist ohne Drehmomentabhängige Selbststeuerung.Transmission according to one of the preceding claims, characterized characterized in that, depending on the application omitted the coil spring can and the transmission is steplessly mechanically adjustable according to drawing 4 without torque dependent Self control. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Gesamtgrösse und Anzahl der Elemente aus Zeichnung 1 variabel sind.Transmission according to one of the preceding claims, characterized characterized in that total size and Number of elements of drawing 1 are variable. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere in Reihe verbundenen Getriebe zum Einsatz kommen können.Transmission according to one of the preceding claims, characterized characterized in that one or more gearboxes connected in series can be used. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die auf Welle 11 drehbare Hülse 9 mit Flansch 7 die einzelnen Riemenscheiben 1 mit einander verbunden sind und dadurch ein gleichmäßiger Flugkreis entsteht.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that on the shaft 11 rotatable sleeve 9 with flange 7 the individual pulleys 1 are connected with each other and thereby creates a uniform circuit. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Größe verschiedene Übersetzungsverhältnisse realisiert werden können.Transmission according to one of the preceding claims, characterized characterized in that, depending on the size of different gear ratios can be realized. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraft die an den Riemenscheiben 1 angreift bei maximaler Drehzahl hilft diese in ihrer äußerten Position zu halten und dadurch das maximale Übersetzungsverhältnis sichergestellt wird.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the centrifugal force on the pulleys 1 Attacking at maximum speed helps to maintain it in its outward position, thereby ensuring the maximum transmission ratio. Getriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Spiralfeder 10 geändert werden kann.Transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the bias of the coil spring 10 can be changed.
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