-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftübertragung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen zur Kraftübertragung bekannt. Zu dem heutigen Stand der Technik, hinsichtlich des Themenbereiches, gehört das herkömmliche Schaltgetriebe, welches immer noch am weitesten verbreitet ist. Dabei werden Zahnradpaare je nach Bedarf geschaltet, um die nötige Kraft, Drehzahl und Drehrichtung auf der Abtriebseite zu generieren. Jedes Zahnradpaar verfügt über ein vordefiniertes Übersetzungsverhältnis. Daher wird beim Schaltvorgang üblicherweise der Kraftfluss mithilfe einer Kupplung unterbrochen, das Zahnradpaar wird entkoppelt, die Drehzahl des nächsten Zahnradpaares wird synchronisiert und kann anschließend gekoppelt werden. Nun kann auch die Kupplung wieder greifen, um die Leistung von der Antriebsseite auf den Abtrieb zu übertragen. Die großen Abstufungen der vordefinierten Zahnradpaare führen dazu, dass weder der optimale Wirkbereich, noch der maximale Leistungsbereich eines Motors dauerhaft genutzt werden kann. Die zeitlichen Lücken und der Leistungseinbruch beim Schaltvorgang sind auch sehr nachteilig anzusehen, daher würden mehr Gänge keinen nutzbaren Vorteil bringen und zusätzlich die Bedienung erschweren und die Kosten weiter in die Höhe treiben. Das manuelle Bedienen der Gänge und der Kupplung ist zum einen eine lästige Arbeit und ist selbst bei geübten Personen immer eine Fehlerquelle, die niemals optimal genutzt werden kann.
-
Das Wandler-Automatikgetriebe bietet hingegen hohen Schaltkomfort. Ein Drehmomentwandler sorgt bei Anfahren und beim Schalten für fließende Übergänge und ist auch für hohe Drehmomente und damit starke Motoren geeignet. Nachteilig ist der Wirkungsgrad des Wandlers, der einen gewissen Teil der zugeführten Leistung in Wärme wandelt. Die Unterteilung der Gänge wird durch mehrere Umlaufgetriebe realisiert. Geschaltet werden diese relativ schnell über Lamellenkupplungen. Für hohe Drehzahlen und somit für Rennsport sind diese Getriebe sehr anfällig und nicht gut geeignet. Der Aufbau dieser Getriebe umfasst sehr viele Einzelteile und ist sowohl für Reparaturen wie auch in der Anschaffung sehr kostspielig.
-
Eine Verbesserung in einigen Punkten bietet das DSG (Doppelkupplungsgetriebe). Hierbei werden die geraden und die ungeraden Gänge auf je eine Kupplung aufgeteilt und können so auch in den nächsten Gang geschaltet werden während der vorheriger Gang noch in Betrieb ist. Über eine elektronische Steuerung werden die Vorgänge optimiert und ermöglichen diesem Getriebe einen Leistungslücken freien Schaltvorgang. Da diese Getriebe aber beim Beschleunigen in den höheren Gang schalten und beim Verzögern in den tieferen, ist ein plötzlicher Wechsel nicht möglich. Auch das Überspringen der Gänge gestaltet sich eher schwierig und sorgt bei Stadtfahrten für Unbeliebtheit. Bauteilmenge und Kosten kommen dem Wandler-Automatikgetriebe sehr nahe.
-
Auch das CVT (Continuously Variable Transmission) Getriebe gewinnt in den PKWs zunehmend an Bedeutung. Dieses Getriebe hat keinen festen Gang und wird meist über einen Riemen auf kegelförmig ausgebildeten Scheiben betrieben, dessen Übertragungsdurchmesser und somit das Übersetzungsverhältnis durch annähern/entfernen beider Scheiben realisiert werden kann. Da das Übersetzungsverhältnis in einem bestimmten Bereich liegt, ist eine Kupplung weiterhin nötig. Zu den zuvor genannten Getrieben, bietet dieses viele Vorteile. Ein völlig stufenloses Anpassen des Übersetzungsverhältnisses ohne Zeitverzug mit der Möglichkeit im optimalen Wirk- und Leistungsbereichs des Motors zu fahren ist nun gegeben. Jedoch muss der Riemen zwischen den konischen Scheiben sehr stark angedrückt werden um Kraftschlüssig das Drehmoment übertragen zu können und verursacht dadurch sehr hohe Energieverluste. Auch die Leistung, im Verhältnis zur Getriebegröße, ist schnell begrenzt.
-
Einen Schritt weiter geht IVT (Infinitely Variable Transmission) Getriebe, dessen Übersetzungsverhältnis unendlich groß ist und somit alle denkbaren Verhältnisse von 0:1 bis 1:1 geschaltet werden können. Eine Kupplung wird dabei völlig überflüssig. Meist beinhaltet dieses Getriebe ein Umlaufgetriebe, dessen umlaufende Zahnräder mithilfe von Hydraulikflüssigkeiten und Pumpen, gegen das Drehen um die eigene Achse beliebig stark gebremst werden können und so eine stufenlose Übertragung des Drehmomentes von Antrieb zu Abtrieb ermöglichen. Dadurch dass die Hydraulikflüssigkeit aber stets unter Druck zirkulieren muss, solange das Getriebe nicht das Verhältnis 1:1 erreicht hat, entsteht auch in der Hydraulikflüssigkeit und Pumpe hoher Reibverlust und somit Wärme, so dass der Einsatz in modernen PKWs unwirtschaftlich wird.
-
Eine weitere Form von Kraftübertragung ist die Reibbremse, die auch in Fahrzeugen nicht weg zu denken ist. Dabei werden feststehende Reibbelege mit sehr hoher Kraft auf eine rotierende Scheibe gedrückt, so dass diese gebremst wird oder zum Stillstand kommt. Diese muss die gesamte Energie aufnähmen können, die bei einem hoch beschleunigten Fahrzeug wirkt. Je nach Nutzung entstehen bei dieser Reibung sehr hohe Temperaturen, die schnell sowohl zu Schäden wie auch zu Bremskraftverlust führen können. Solche Bremsanlagen müssen regelmäßig geprüft und ggf. ersetzt werden.
-
Auch Retarder (Wirbelstrombremse) übertragen die Energie eines sich bewegenden schweren Fahrzeuges überwiegend in Wärme und bringen somit das Fahrzeug, bei ausreichender Kühlung, zum verzögern. Ähnlich wie bei dem Wandler im Automatikgetriebe wird ein Fluid dazu verwendet, um den feststehenden Stator und den mit der Drehachse verbundenen Rotor zu synchronisieren. Einen Verschleiß hat dieses System kaum, jedoch ist der Aufbau sehr komplex und kostenintensiv.
-
Reibkupplungen sind im Grunde nichts anderes als eine Reibbremse, die jedoch nicht die Energiereiche Seite gegen einen feststehenden Körper drücken, sondern die Energie auf den Abtrieb lenken sollen. Sie haben genau wie die Bremse auch, mit Wärmeverlust und Verschleiß zu kämpfen.
-
Zudem gibt es noch sehr viele weitere Systeme, die Kombinationen oder Annährungen aus den zuvor genannten Kraftübertragungsvorrichtungen sind oder auch auf anderer Weise gelöst wurden wie z.B. mit Nutzung von Elektromotor mit Generator oder Mechanisch mit Ratscheprinzip, dessen wirtschaftliche Nachteile dazu führen, dass kaum Verwendung dafür gefunden werden kann.
-
Es sind aus dem Stand der Technik weiterhin Kraftübertragungssysteme in Form von Differenzialgetrieben bekannt, die zumindest einen Antrieb, eine oder mehrere Abtriebe sowie mindestens eine vom Antrieb angetriebene Kraftübertragungseinheit umfassen, wobei an der Kraftübertragungseinheit mindestens ein auf einer Kreisbahn um die Systemsachse bewegbares sowie in sich um eine Rotationsachse rotierbares Kraftübertragungsmittel angeordnet ist, das mit einem auf der umlaufenden Rotationsachse drehenden Antriebsmittel verbunden ist oder ein solches umfasst, welches wiederum mit einem zentralen Antriebsmittel des Abtriebs gepaart ist. Das sog. Umlaufrädergetriebe (oder Planetengetriebe) ist als Zahnrad- oder Reibradgetriebe ausgebildet, das neben gestellfesten Wellen auch Achsen besitzt, die auf Kreisbahnen im Gestell umlaufen. Die auf den umlaufenden Achsen drehenden Räder umkreisen hierbei ein zentrales Rad, ähnlich wie Planeten die Sonne. Der Steg, der die umlaufenden Achsen trägt, dreht seinerseits um eine gestellfeste Achse.
-
Darstellung der Erfindung
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein variables Kraft übertragendes System zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile ausräumt.
-
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Massenmittelpunkt des Kraftübertragungsmittels einen Radialabstand zur Rotationsachse des Kraftübertragungsmittels aufweist, wobei es ganz besonders bevorzugt ist, dass der Radialabstand des Massenmittelpunkts des Kraftübertragungsmittels zur Rotationsachse des Kraftübertragungsmittels verstellbar ist.
-
Es wurde überraschend gefunden, dass wie bei allen Zahnradübersetzungen das Drehmoment vorzugsweise von einem antreibenden Zahnrad, dessen Antriebsachse fest mit dem Antrieb verbunden ist, nur auf ein anderes Zahnrad übertragen werden kann, wenn die Abtriebsachse des anzutreibenden Zahnrades mit einer Kraft gegengehalten wird. Bei Standardschaltgetrieben ist diese Abtriebsachse mit dem Getriebegehäuse fest verbunden und liefert die Gegenkraft bis die Materialgrenze erreicht ist. Besteht diese Gegenkraft nicht, so wird die Eingangsenergie nicht nur in Rotation, sondern auch in Translation des zweiten Zahnrades übertragen. Ist die Abtriebsachse des angetriebenen Zahnrades auf einen Abstand zu der Antriebsachse festgesetzt, so bleiben dem angetriebenen Zahnrad nur noch die Freiheiten, sich um seine eigene Rotationsachse und um eine Umlaufachse des Antriebs zu drehen. Wird nun das Antriebszahnrad gedreht, so müssen sich auch beide Antriebsachsen zueinander drehen. Welche der beiden Antriebsachsen sich nun dreht, hängt nur davon ab, auf welcher der beiden Achsen der geringere Widerstand ist. Also muss nun für eine Übertragung des Drehmomentes von der Antriebsachse zu der Abtriebsachse die Umlaufachse auch durch ein Drehmoment gegengehalten werden. Somit sind alle drei Achsen gleich zu sehen. Sie unterscheiden sich nur in Ihren ausgelegten Verhältnissen zu einander und jede dieser Achsen kann die Aufgabe des Antriebs oder Abtriebs übernehmen. Somit können Variationen wie zwei Antriebe und ein Abtrieb, ein Antrieb und zwei Abtriebe oder auch nur ein Antrieb, ein Abtrieb und eine Achse deren Gegenkraft, die auch gleich 0 sein kann, beliebig gewählt werden um die Übertragung zwischen Antrieb und Abtrieb zu regulieren.
-
Auch die vorliegende Vorrichtung nutzt erfindungsgemäß die Eigenschaft der drei zueinander abhängigen Drehachsen, wie bei einem Umlauf- oder Differenzialgetriebe.
-
Figurenliste
-
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen.
-
In den Zeichnungen zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung mit drei Kraftübertragungsmittel;
- 2 eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung mit drei Kraftübertragungsmittel;
- 3 eine perspektivische Ansicht der gleichmäßigen Ausrichtung der drei Kraftübertragungsmittel im System;
- 4 eine perspektivische Ansicht der ungleichmäßigen Ausrichtung der drei Kraftübertragungsmittel im System;
- 5 eine perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsmittels im gespreizten Zustand und damit den Massenmittelpunkt genau auf der Rotationsachse;
- 6 eine perspektivische Ansicht des Kraftübertragungsmittels im zusammengezogenen Zustand und damit den Massenmittelpunkt nicht auf der Rotationsachse;
- 7 eine Seitenansicht des Kraftübertragungsmittels im gespreizten Zustand und damit den Massenmittelpunkt genau auf der Rotationsachse;
- 8 eine Seitenansicht des Kraftübertragungsmittels im zusammengezogenen Zustand und damit den Massenmittelpunkt nicht auf der Rotationsachse.
-
Ausführung der Erfindung
-
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen Antrieb 1, mindestens einen Abtrieb 2 sowie mindestens eine vom Antrieb 1 angetriebene Kraftübertragungseinheit 8, an der mindestens ein auf einer Kreisbahn K um die Systemachse 12 bewegbares sowie in sich um eine Rotationsachse 13 rotierbares Kraftübertragungsmittel 80 angeordnet ist, das mit einem auf der umlaufenden Rotationsachse 13 drehenden Antriebsmittel 5 verbunden ist oder ein solches umfasst, welches wiederum mit einem zentralen Antriebsmittel 4 des Abtriebs 2 gepaart ist, wobei der Massenmittelpunkt 11 des Kraftübertragungsmittels 80 einen Radialabstand zur Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 aufweist.
-
Die vorliegende Erfindung nutzt dabei die Eigenschaft, dass das rotierbare Kraftübertragungsmittel 80 mit einem Antriebsteil 5 immer um die Systemachse 12 rotiert und bei ungleicher Drehzahl von Antrieb 1 und Abtrieb 2 das Antriebsteil 5, welches vorzugsweise als Umlaufrad ausgebildet ist, gemeinsam mit dem Kraftübertragungsmittel 80 auch noch um seine eigene Rotationsachse 13 rotiert, unabhängig davon, welche Kräfte an welchem Antriebsteil wirken. Um nun eine Leistung möglichst verlustfrei und variabel von Antrieb 1 zu Abtrieb 2 zu übertragen, muss eine Kraft auf das Antriebsteil 5 wirken und es unterschiedlich stark abbremsen können. Nach dem heutigen Stand der Technik existieren viele Methoden, um die nötigen variablen Bremskräfte zu generieren, jedoch kämpfen alle mit den dabei entstehenden Verlusten wie Wärme.
-
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass diese die physikalischen Eigenschafen von Masse nutzt, die bei Beschleunigung durch die eigene Trägheit einer Kraft gleichzusetzen ist und vollkommen Verlustfrei (Beschleunigungsenergie wird ausschließlich in Kraft umgesetzt (F=m*a)) ist. Dafür wird an dem Antriebsteil 5, das bei Drehzahldifferenz vom Antrieb 1 zu Abtrieb 2 um sich selber und um die Systemachse 12 rotiert und dabei auf alles, was sich mit dem Antriebsteil 5 um die eigene Rotationsachse 13 dreht und nicht genau auf der Rotationsachse 13 positioniert ist, eine Beschleunigung/Verzögerung und somit eine Kraft bei dem mindestens einen Kraftübertragungsmittel 80 ausgeübt, die nicht durch andere Bauteile aufgehoben wird.
-
Während sich der Massenmittelpunkt 11 des Kraftübertragungsmittels 80 von der Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 versetzen lässt, läuft dieser dabei zentrisch oder exzentrisch mit dem Antriebsteil 5 mit. Wird das Kraftübertragungsmittel 80 bei konstanter Drehzahl im Betrieb mit dem Massenmittelpunkt 11 auf die Rotationsachse 13 des Antriebsteils 5 bewegt, so unterbricht jegliche Kraftübertragung von Antrieb 1 zu Abtrieb 2, da alle internen Beschleunigungen durch andere Bauteile aufgehoben werden und reine Rotation stattfindet und damit alles im Gleichgewicht ist.
-
Bei Erhöhung der Drehzahlen (Rotationsbeschleunigung) entstehen an dem mindestens einem Kraftübertragungsmittel 80 allerdings auch Torsionskräfte, auch wenn diese sich mit dem Massenmittelpunkt 11 genau auf der Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 befindet, denn die Masse selbst kann nie auf der Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 liegen und erzeugt bei Beschleunigung der Drehfrequenz durch das Trägheitsmoment um die Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 ein Drehmoment, welches erst bei konstanter Drehzahl auf 0 sinkt.
-
Wird hingegen der Massenmittelpunkt 11 des Kraftübertragungsmittels 80 von der Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 verschoben, so summieren sich die Umlaufgeschwindigkeiten beider Rotationsbewegungen ab einem Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zu der Systemachse 12, der größer ist als der Achsabstand der Systemachse 12 zu der Rotationsachse 13 und fügen somit dem Kraftübertragungsmittel 80 kinetische Energie hinzu. Bei einem Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zu der Systemachse 12, der kleiner ist als der Achsabstand der Systemachse 12 zu der Rotationsachse 13, laufen beide Rotationsbewegungen gegeneinander und können sich, je nach Auslegung der Vorrichtung, kurzzeitig vollkommen aufheben, so dass die zuvor aufgenommene kinetische Energie vollständig abgegeben werden muss. Bedingt durch die vordefinierte Umlaufbewegung und damit verbundene Beschleunigung/Verzögerung des Massenmittelpunkts 11, wirkt als Bremskraft ein Torsionsmoment auf die Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80, das letztendlich auch zur verlustfreien Übertragung der Momente des Antriebs 1 zum Abtrieb 2 führt, welches sich über den gesamten Drehzahlbereich des Abtriebs 2 erstreckt, der zwischen Drehzahl 0 und der Drehzahl des Antriebs 1 liegt.
-
Bei Belastung kann der Abtrieb 2 nie die Drehzahl des Antriebs 1 erreichen, da die Kräfte mit der Differenzdrehzahl des Antriebs 1 zum Abtrieb 2 entstehen und beim synchronisieren beider Drehzahlen immer geringer werden und bei gleicher Drehzahl ganz auf 0 sinken. Daher sollte die Vorrichtung so ausgelegt sein, dass die Grenzbelastung eintrifft bevor die Differenzdrehzahl zur maximalen Drehzahl zu gering wird und die Leistungsübertragung absinkt.
-
Bei Entlastungen des Systems und damit kurzzeitiger Drehzahlsynchronisation des Antriebs 1 und Abtriebs 2, stoppt auch die Rotation des Kraftübertragungsmittels 80 um die eigene Rotationsachse 13 und wird somit frei von dieser kinetischen Energie, die sonst für die Überwindung der Zentrifugalkraft verantwortlich ist und die Drehung des Kraftübertragungsmittels 80 um die Rotationsachse 13 voran treibt. Mit dem Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zu Rotationsachse 13 wird durch die Zentrifugalkraft die Masse mit hoher Kraft an den äußersten Umfang der Vorrichtung gedrückt und sichert das Kraftübertragungsmittel 80 gegen Verdrehung, was letztendlich zum 1:1 Übersetzungsverhältnis führt. Ist dieser Zustand eingetreten, so ist ein hohes Drehmoment notwendig um diesen wieder zu lösen. Das Überwindungsmoment kann jedoch durch Reduzierung der Drehzahl oder des Radialabstands des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 gesenkt werden.
-
Die zu übertragende Kraft lässt sich durch viele Faktoren sehr schnell auf beliebige Größen bringen, da diese abhängig ist von der Masse des Kraftübertragungsmittels 80, der Anzahl der Kraftübertragungsmittel 80, der Größe der Umlaufbahnen und somit der Umlaufgeschwindigkeit, dem Größenverhältnis von Antriebsmittel 5 zu zentralen Antriebsmittel 4, dem Abstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13, welcher sich vorzugsweise jederzeit beliebig von maximalen Wert bis zu 0 einstellen lässt und von der Drehzahldifferenz des Antriebs 1 zum Abtrieb 2, wobei sich Änderungen der Drehzahlen quadratisch auf die Kräfte auswirken, im Gegensatz zu den zuvor genannten Faktoren, die linear verlaufen.
-
Wie aus den 1, 2 sowie 4 bis 8 ersichtlich, umfasst das Kraftübertragungsmittel 80 vorzugsweise eine Verstelleinheit 7, mittels der der Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 verstellbar ist, wobei vorteilhafterweise in allen Ausführungsbeispielen drei umlaufend angeordnete Antriebsteile 5 in Form von Zahnrädern vorgesehen sind.
-
Die Verstelleinheit 7 umfasst dabei mindestens ein Kipporgan 70, durch dessen winklig einstellbare Ausrichtung der Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 verstellbar ist.
-
Das Kipporgan 70 ist dabei vorzugsweise durch Verschieben mindestens eines Aufhängepunktes 700 an dem Kraftübertragungsmittel 80 entlang der Rotationsachse 13 in seiner winkligen Ausrichtung einstellbar, wobei es besonders vorteilhaft ist, dass das Kipporgan 70 mit mindestens einem Aufhängepunkt 700 an mindestens einem entlang der Rotationsachse 13 verschieblich sowie an dieser rotierbar gelagerten Lagerbock 701 angeordnet ist.
-
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Verstelleinheit 7 - wie in den Figurenzeichnungen 1 bis 8 dargestellt - beidseitige Kipporgane 70, durch dessen winklig einstellbare Ausrichtung der Radialabstand des mindestens einen Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 verstellbar ist.
-
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Verstelleinheit 7 auch mindestens eine verzahnte Antriebsstange umfassen, die sich mit dem auf der umlaufenden Rotationsachse 13 drehenden Antriebsmittel 5 mitdreht und durch Schiebung auf der Rotationsachse 13 eine Spindel antreibt, an der der mindestens eine Massekörper 6 angeordnet ist.
-
Überdies ist es denkbar, dass die Vorrichtung mindestens eine hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische Verstelleinheit 7 umfasst.
-
In einer ganz besonders vorteilhaften und in den Figurenzeichnungen 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist das Kraftübertragungsmittel 80 zwischen verschieblich zueinander angeordneten Wandungen 81', 81" der Kraftübertragungseinheit 8 angeordnet, wobei durch Verschieben der Wandungen 81', 81" zueinander der Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 des Kraftübertragungsmittels 80 verstellbar ist.
-
Ausrichtung der Kraftübertragungsmittel
-
Je nach Form und Anwendungsbereich der Vorrichtung können die Kraftübertragungsmittel 80 gleiche Ausrichtungen aufweisen (z.B. alle außen). 1:1 Übersetzung ist gegeben bei kurzeitiger Entlastung des Systems oder bei zusätzlicher Kupplung. Kraftübertragungen bei Übersetzungen unterhalb 1:1 sind pulsierend (von 0 bis max.). Bei bestimmten Anzahlen der Kraftübertragungsmittel 80 können diese weiterhin auch unterschiedliche Ausrichtungen (z.B. außen, 120° versetzt zu außen, 240° versetzt zu außen) aufweisen, ohne den Systemmassenmittelpunkt 14 von der Hauptachse zu verschieben. Die Kraftübertragungen bei Übersetzungen unterhalb 1:1 sind je nach Anzahl der Kraftübertragungsmittel 80 relativ ausgeglichen. Ein 1:1 Übersetzungsverhältnis ist dabei nur durch weitere Kupplung möglich. Es besteht ferner die Möglichkeit der Kombination aus gleicher Ausrichtung und ungleicher Ausrichtung der Kraftübertragungsmittel 80. 1:1 Übersetzung ist gegeben bei kurzeitiger Entlastung des Systems oder bei zusätzlicher Kupplung. Kraftübertragungen bei Übersetzungen unterhalb 1:1 sind pulsierend jedoch geglättet und kontinuierlich über 0.
-
Anzahl der Kraftübertragungsmittel
-
Je nach Form und Anwendungsbereich der Vorrichtung kann auch die Anzahl der Kraftübertragungsmittel 80 variieren. Bei einem Kraftübertragungsmittel 80 ist die Kraftübertragung vorhanden, jedoch liegt der Systemmassenmittelpunkt 14 nicht immer oder nie auf der Systemachse 12 und hat damit Unwucht im System, was zur Reduzierung des Wirkungsgrades führt. Bei zwei Kraftübertragungsmitteln 80 ist die Kraftübertragung vorhanden und der Systemmassenmittelpunkt 14 immer genau auf der Systemachse 12 und somit wuchtfrei, jedoch müssen beide Kraftübertragungsmittel 80 die gleiche Ausrichtung aufweisen, um den Systemmassenmittelpunkt 14 nicht zu verschieben. Bei drei und allen folgenden Primzahlen der Kraftübertragungsmittel 80 ist die Kraftübertragung vorhanden und der Systemmassenmittelpunkt 14 immer genau auf der Systemachse 12 und somit wuchtfrei, jedoch müssen alle Kraftübertragungsmittel 80 entweder die gleiche Ausrichtung aufweisen oder auch unterschiedliche aber nicht beides, um den Systemmassenmittelpunkt 14 auf der Systemachse 12 zu belassen. Bei vier und allen folgenden Zahlen, die keine Primzahlen sind, Kraftübertragungsmittel 80 ist die Kraftübertragung vorhanden und der Systemmassenmittelpunkt 14 immer genau auf der Systemachse 12 und somit wuchtfrei. Die Ausrichtungen der Kraftübertragungsmittel 80 sind alle gleich, alle unterschiedlich oder kombiniert.
-
Verstellung des Massenmittelpunkts zur Rotationsachse
-
Je nach Form und Anwendungsbereich der Vorrichtung kann weiterhin auch die Nutzung der Verstellmöglichkeit des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 variieren. Zum einen kommt ein fester Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 ohne Verstellmöglichkeit in Betracht, bei der die Übertragungskraft abhängig ist von der Drehzahldifferenz von Antrieb 1 zu Abtrieb 2. Dabei ist eine Entlastung nur bei gleicher Drehzahl des Antriebs 1 und des Abtriebs 2 vorhanden. Weiterhin kann ein verstellbarer Radialabstand des Massenmittelpunkts 11 zur Rotationsachse 13 vorgesehen sein, welcher im Bereich von 0 bis max. liegt. Hierdurch variieren die übertragenden Kräfte mit der Änderung der Drehzahlen des Antriebs 1 und des Abtriebs 2 sowie mit der Änderung des Radialabstands, wobei die übertragende Kraft, mit einem Radialabstand zu 0, auch gegen 0 sinkt.
-
Ansteuerung der Verstelleinheit
-
Je nach Form und Anwendungsbereich der Vorrichtung kann die Ansteuerung der Verstelleinheit 7 variieren. Es kommt dabei in erster Linie aber nicht abschließend eine manuelle Bedienung über Hebel, Zugseil, Hydraulikeinheit, eine automatische Verstellung über die Antriebsdrehzahl in Form von Zentrifugalkräften, die die Verstelleinheit 7 bewegen und z.B. mit einer Feder die Kraftübertragung erst ab bestimmter Drehzahl frei schalten sowie eine automatische Verstellung über programmierbare Steuerung und Servoantriebe oder hydraulische Servopumpen in Betracht.
-
Anbaumodul zur anfänglichen Übersetzung
-
Sofern keine zusätzlichen Komponenten zur Mindestübersetzung vorgesehen sind, weist die Vorrichtung bei sehr kleinen Drehzahlen keine nennenswerte Kraftübertragung auf und dient somit auch als Kupplung, was bei Verbrennungsmotoren notwendig ist. Sofern die Vorrichtung den Anbau zusätzlicher Komponenten wie bspw. ein Umlaufgetriebe vorsieht, dessen Zentralzahnrad auch mit dem Antrieb 1 verbunden ist und der Träger der Umlaufzahnräder den endgültigen Abtrieb abbildet, wird das Hohlzahnrad mit dem Abtrieb 2 der ersten Getriebeeinheit fest verbunden und hat einen Mechanismus, der sich bei Drehungen gegen die Antriebsdrehrichtung, mit Keilverzahnung oder Reibbeläge gegen die Gehäusewand verkeilt und bei Drehungen mit der Antriebsdrehrichtung sich der Mechanismus, z.B. mit Gegengewichten von der Zentrifugalkraft, vollständig von der Gehäusewand löst und somit nur eine Drehrichtung zulässt. Dieser zusätzliche Anbau führt dazu, dass das Übersetzungsverhältnis nicht mehr von 0:1 beginnt sondern auch bei der kleinsten Drehzahl und ab der ersten Umdrehung Kraft übertragen kann und somit einen begrenzten Übersetzungsbereich hat, der bei Antrieben wie den Elektromotoren von Nöten ist, die auch ab der ersten Umdrehung ihr volles Drehmoment liefern können.
-
Anbaumodul zur Drehrichtungsänderung
-
Sofern keine weiteren Anbaumodule vorgesehen sind, entspricht die Abtriebsdrehrichtung immer der Antriebsdrehrichtung. Bei Fahrzeugen wie Motorrad, Roller, Mofa usw. ist ein Rückwärtsgang nicht erforderlich und daher kann auf derartige Anbauteile verzichtet werden, um die Kosten zu senken. Sofern ein Anbaumodul wie z.B. ein Differenzial mit Kegelrädern vorgesehen ist, dessen Antrieb fest mit dem Abtrieb 2 verbunden ist und der Träger der Umlaufräder entweder, für Drehrichtung die gleich der Antriebsdrehrichtung entspricht, auch mit dem Abtrieb 2 gekoppelt wird und somit als gesamte Einheit mitläuft, was sehr hohe Wirkungsgrade aufweisen würde, da sich in dieser Einheit nichts zueinander bewegt, oder sich an der Gehäusewand verklemmt, das zur Drehrichtungsänderung an dem Abtrieb führen würde, die durch Rotation der Kegelräder zueinander hervorgerufen wird, was damit auch mehr Reibung und Geräuschentwicklung bedeuten würde. Selbstverständlich gilt das Gleiche bei einem Umlaufgetriebe, dessen Zentralrad mit dem Abtrieb 2 fest verbunden ist und das Hohlrad den endgültigen Abtrieb abbildet. Dabei kann der Träger der Umlaufräder entweder mit der Abtrieb 2 mitlaufen, damit auch die ganze Einheit, oder mit der Gehäusewand verbunden werden, was auch zur Drehrichtungsänderung führen würde, jedoch auch zur Änderung der Übersetzung und zur Reduzierung der Enddrehzahl, da das Zentralrad stets kleiner sein muss als das Hohlrad.
-
Einsatzbereiche und besondere Vorteile und Eigenschaften
-
Für alle nachfolgenden Anwendungsbereiche: Immer gleichbleibende Übertragungseigenschaften, egal ob Wärme, Kälte, Ölschmierung, Feuchtigkeit, Trockenheit, lange Betriebsdauer, kurze Betriebsdauer, Überdruck, Unterdruck, Vakuum, Strahlung, Magnetismus, elektrische Ladung, Schall, Vibration, usw.
-
Keine nennenswerten Verschleißteile
-
Sind die Materialien bei einigen wichtigen Bauteilen richtig ausgelegt worden, so ist auch bei wenig Sorgfalt und beliebig langer Dauerbelastung die Einheit nahe unzerstörbar.
-
Getriebe: Sehr hoher Wirkungsgrad bei Übertragung der Drehmomente im Übersetzungsbereich von 0:1 bis kurz vor 1:1. Wirkungsgrad über 99% im Übersetzungsverhältnis 1:1. Übersetzungsverhältnis ändert sich physikalisch und somit spontan ohne Zeitverzug, lediglich die Änderungsrate kann elektronisch oder manuell nachgestellt werden. Wenig Bauteile, relativ geringer Bauraum, keine Kostenintensiven Teile, geringes Gewicht. Zusammengefasst sind es geringe Herstellkosten, geringe Wartungskosten, geringe Reparaturkosten, geringe Entsorgungskosten. Geeignet für sowohl hohe Drehzahlen wie auch sehr hohe Drehmomente. Kann bei elektronischer Steuerung über die Software beliebig konfiguriert werden und nach Wunsch zu dem vollautomatischen stufenlosen Getriebe auch jedes weitere Getriebe wie Viergang- oder Sechsgangschaltgetriebe mit Kupplung nachahmen.
-
Kupplung: Keine formschlüssige Verbindung von Antrieb zu Abtrieb und schützt daher den Antrieb bei Stößen oder Blockaden des Abtriebes.
-
Bremse: Kann über den Antrieb sehr hohe Energien in kurzer Zeit aufnähmen und an den Abtrieb und damit an die Umgebung abgeben ohne dabei Wärme zu entwickeln, so dass es scheinbar an dem Energieerhaltungssatz kratzt (dem ist natürlich nicht so).
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antrieb
- 2
- Abtrieb
- 4
- zentrales Antriebsmittel
- 5
- Antriebsmittel an der Kraftübertragungseinheit
- 6
- Massekörper
- 7
- Verstelleinheit
- 8
- Kraftübertragungseinheit
- 11
- Massenmittelpunkt der Kraftübertragungseinheit
- 12
- Systemachse
- 13
- Rotationsachse
- 14
- Systemmassenmittelpunkt
- 70
- Kipporgan
- 80
- Kraftübertragungsmittel
- 81', 81"
- Wandungen der Kraftübertragungseinheit
- 700
- Aufhängepunkte
- 701
- Lagerböcke
- K
- Kreisbahn
