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Stufenlos regelbares Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die
Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos regelbares Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
bei dem zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle Freilaufkupplungen außermittig
angeordnet sind, von denen die inneren oder äußeren Hauptteile mit der Abtriebswelle
über Zahnräder kraftschlüssig verbunden sind, während die äußeren oder inneren Hauptteile
mit exzentrisch zu ihnen angeordneten Zapfen verbunden sind, die an einer gegenüber
der Antriebswelle verstellbaren Exzenterscheibe anlaufen oder mit einer solchen
im Wirkeingriff stehen, und auf der Antriebswelle der innere oder äußere Hauptteil
einer Freilaufkupplung verdrehfest angeordnet ist, wobei die Klemmrollen der Freilaufkupplung
derart angeordnet sind, daß der Freilauf mittelbar Antriebs- und Abtriebswelle kuppelt,
wenn die Drehzahl der Abtriebswelle höher ist als die Drehzahl der Antriebswelle.
Getriebe dieser Art sind bekannt.
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Stufenlos regelbare Getriebe dieser Art haben sich bewährt, weisen
jedoch, wie andere stufenlos regelbare Getriebe auch, den Nachteil auf, daß die
der Steuerung dienenden Teile ständig Relativbewegungen gegeneinander ausführen,
wenn eine der Wellen umläuft. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos
regelbares Getriebe zur Verfügung zu stellen, dessen Relativbewegungen ausführende
Teile nur dann bewegt werden, wenn dies zum Zwecke einer Drehzahlen- oder Drehmomentenwandlung
erforderlich ist. Darüber hinaus soll der Motor bei schiebendem Fahrzeug zum Bremsen
herangezogen werden können.
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Es soll also erreicht werden, daß die Lebensdauer derartiger stufenlos
regelbarer Getriebe weit über das Maß hinaus anwächst, das mit Getrieben dieser
Art bisher erreicht werden konnte, wobei dieses Getriebe bei einer bestimmten Abtriebsdrehzahl
als kraftschlüssige Kupplung wirken soll. Ein solches Getriebe soll sowohl als ortsfest
angeordnetes Getriebe als auch als Kraftfahrzeuggetriebe verwendbar sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, und zwar ausgehend von
dem oben erläuterten stufenlos regelbaren Getriebe, die durch eine auf der Antriebswelle
verstellbare Exzenterscheibe beeinflußbaren außermittigen Freilaufkupplungen in
bekannter Weise um die Antriebswelle drehbar zu lagern und über Zahnräder mit einem
mit der Abtriebswelle kuppelbaren, einen Hauptteil der zwischen Antriebs- und Abtriebswelle
vorgesehenen Freilaufkupplung bildenden Sonnenrad im Eingriff stehen zu lassen und
die Lagerscheiben der außermittigen Freilaufkupplungen so lange abzubremsen, wie
zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle Drehzahlunterschiede bestehen. Ordnet man
ein derart gestaltetes stufenlos regelbares Getriebe beispielsweise zwischen einem
Drehstrommotor und einer Arbeitsmaschine, beispielsweise Papiermaschine, an, bei
der es darauf ankommt, daß das Anlaufen derselben verhältnismäßig langsam geschieht,
um ein Reißen des zu fertigenden Papierbandes zu verhindern, dann kann der Drehstrommotor
unabhängig von der Papiermaschine in Umlauf versetzt werden, und es kann dann durch
Regelung des Getriebes ein langsames Anlaufen der Papiermaschine erzielt werden.
Das stufenlos regelbare Getriebe muß also nur so lange geregelt werden, bis die
Drehzahl des Drehstrommotors und die Eingangsdrehzahl der Papiermaschine übereinstimmen.
Die Zuordnung eines solchen stufenlos regelbaren Getriebes zu Kraftfahrzeugen hat
den Vorteil, daß die normale Fahrkupplung nicht mehr benötigt wird, d. h., es ist
nach Anlassen des Kraftfahrzeugmotors lediglich erforderlich, durch Regelung des
Getriebes das Fahrzeug auf die Geschwindigkeit zu bringen, mit der es eine gewisse
Zeit lang weiterbewegt werden soll. Läuft also nach dem Anfahren die Abtriebswelle
des Getriebes mit der gleichen Drehzahl um wie die Antriebswelle, dann bewegen sich,
genauso wie im ersten Beispiel, die während des Anfahrens Relativbewegungen ausführenden
Teile nicht mehr, sondern laufen lediglich um die Antriebs- bzw. Abtriebswelle um,
wenn die während des Anfahrvorganges der Papiermaschine bzw. des Kraftfahrzeuges
abgebremsten außermittigen Freilaufkupplungen dann frei umlaufen.
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Da Kraftfahrzeuge nicht nur vorwärts, sondern auch rückwärts bewegbar
sein müssen, empfiehlt es sich, wie bei anderen stufenlos regelbaren Getrieben bekannt,
auch diesem stufenlos regelbaren Getriebe ein Wendegetriebe zuzuordnen. Grundsätzlich
könnte hier ein an sich bekanntes Wendegetriebe vorgesehen
sein.
Es empfiehlt sich jedoch, wegen des Aufbaues des oben gekennzeichneten stufenlos
regelbaren Getriebes ein besonders gestaltetes Wendegetriebe vorzusehen. Zweckmäßig
ist es, die einen Hauptteile der außermittigen Freilaufkupplungen auf Wellen drehfest
anzuordnen, die an ihren den Freilaufkupplungen abgewandten Enden zusätzlich zu
den Zahnrädern Verzahnungen tragen, die mit einem verzahnten Teil kämmen, der mit
der Abtriebswelle kuppelbar ist, wobei ein mit der Antriebswelle ständig umlaufender
Kupplungskörper auch mit dem mit der Antriebswelle über den Freilauf kuppelbaren
Sonnenrad kuppelbar ist. Der zwischen den Wellen der steuerbaren außermittigen Freilaufkupplungen
und der Abtriebswelle vorgesehene verzahnte Teil sollte aus einer an sich bekannten
topfartigen, innenverzahnten Scheibe bestehen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein stufenlos regelbares
Getriebe gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Getriebes nach Fig.
1, teilweise geschnitten.
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Die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 2 sind über die Lager 3
bzw. 4 in einem mehrteiligen Gehäuse 5, 6 und 7 angeordnet. Zum Anschluß der Wellen
1 und 2 sind diese als Vielteilwellen gestaltet. Die Antriebswelle 1 wird von einer
Exzenterscheibe 8 und einer Gegengewichtsscheibe 9 umfaßt, die mittels eines verzahnten
Keiles 10 gegeneinander verschiebbar sind. Der verzahnte Keil 10 ist gegenüber
der Antriebswelle 1 axial verschiebbar geführt und läuft mit dieser um. Die Verschiebung
des Zahnkeiles 10 wird von einem Handrad 11 (Fig. 2) über einen Zahnrädertrieb 12,
13, 14 bewirkt. Selbstverständlich kann die Steuerung der Exzenterscheibe 8 und
der Gegengewichtsscheibe 9 auch durch andere Mittel bewirkt werden.
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Am Umfang der Exzenterscheibe 8 ist ein Lager 15 angeordnet, das von
einem Ring 16 umfaßt wird, an dem je eine Bohrung aufweisende Segmente 17 angreifen.
die auf Zapfen 18 angeordnet sind, welche sich exzentrisch zum inneren Hauptteil
19 der außermittig angeordneten Freilaufkupplungen erstrecken, deren äußere
Hauptteile mit 20 bezeichnet sind. Zwischen jedem inneren Hauptteil 19 und jedem
äußeren Hauptteil 20 einer der Freilaufkupplungen sind durch Federn 21 belastete
Klemmrollen 22 angeordnet. Selbstverständlich kann man auch andere Freilaufkupplungen
bekannter Art an Stelle der dargestellten vorsehen. Die inneren Hauptteile
19 jeder der Freilaufkupplungen sind frei drehbar auf Wellen 23 angeordnet,
während die äußeren Hauptteile 20 mit diesen Wellen 23 umlaufen, wie durch Keile
24 angedeutet. Diese Wellen 23 sind in Lagerscheiben 25 und 26 über Kugellager 27,
28 gelagert, die ihrerseits über Nadellager 29, 20 auf der Nabe eines Sonnenrades
31 gelagert sind, das Teile der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 umfaßt.
Zwischen der Antriebswelle 1 und dem Sonnenrad 31 ist eine Freilaufkupplung 32 vorgesehen,
deren Klemmkörper so angeordnet sind, daß die Freilaufkupplung die Abtriebswelle
2 und die Antriebswelle 1 kraftschlüssig verbindet, wenn die Drhezahl der Abtriebswelle
2 höher ist als die der Antriebswelle 1.
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Auf jeder der Wellen 23 ist zwischen den Lagerscheiben 25 und 26 ein
Zahnrad 33 angeordnet, das beispielsweise über einen Keil 34 mit der jeweiligen
Welle 23 in starrer Verbindung steht. Die Zahnräder 33 kämmen mit dem Sonnenrad
31. Jede Lagerscheibe trägt am Umfang eine Art Bremsbelag 35 bzw. 36, so daß die
Lagerscheiben 25 und 26 beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Bandbremse
abbremsbar sind. An den linken Enden der Wellen 23, die als Abtriebswellen der außermittigen
Freilaufkupplungen wirken, sind Zahnräder aufgekeilt oder, wie im Fall des Ausführungsbeispiels,
Verzahnungen 37 vorgesehen, über die jede der Wellen 23 mit einem topfartigen innenverzahnten
Teil 38 im Eingriff steht. Der innenverzahnte Teil 38 kann über einen Kupplungskörper
39 und Klauen 41 mit der Abtriebswelle 2 kraftschlüssig gekuppelt werden. Der Kupplungskörper
39 kann seinerseits durch Eingreifen in die Klauen 40 des Sonnenrades 31 das Sonnenrad
31 mit der Abtriebswelle 2 kraftschlüssig verbinden.
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Die Arbeitsweise dieses stufenlos regelbaren Getriebes ergibt sich
aus folgenden Ausführungen: Es wird angenommen, daß die Exzenterscheibe 8 und die
Gegengewichtsscheibe 9 konzentrisch zur Antriebswelle 1 angeordnet sind, die Antriebswelle
1 mit einer bestimmten Drehzahl umläuft und die Lagerscheiben 25 und 26 durch nicht
dargestellte Bandbremsen festgehalten sind, sowie der Kupplungskörper 39 mit den
Klauen 40 im Eingriff ist. Soll die Antriebswelle 2 in Umlauf versetzt werden, so
wird das Handrad 11 derart verstellt, daß sich die Exzenterscheibe 8 exzentrisch
zur Antriebswelle 1 verschiebt, wodurch die inneren Hauptteile 19 der außermittig
angeordneten Freilaufkupplungen Schwingbewegungen ausführen, und infolge Anordnung
der Klemmrollen 22 die äußeren Hauptteile 20 in einer Richtung in Umlauf versetzt.
Damit laufen also die Wellen 23, je nach dem Maß der Exzentrizität der Exzenterscheibe
8, in einer bestimmten Drehrichtung um. In entgegengesetzter Richtung läuft das
Sonnenrad 31 um und damit in der gleichen Richtung auch die Abtriebswelle 2. Die
Drehzahl der Abtriebswelle 2 steigt also um so mehr an, je stärker die Exzenterscheibe
8 exzentrisch zur Antriebswelle 1 verstellt wird.
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Ergibt sich nun beispielsweise, daß ein mit einem derartigen Getriebe
ausgerüstetes Fahrzeug durch Beeinflussung des Getriebes nicht mehr weiter beschleunigt
werden kann, so wird durch Lösen der nicht dargestellten Bandbremsen dafür gesorgt,
daß die Lagerscheiben 25 und 26 frei umlaufen können. Sie laufen also dann mit der
gleichen Drehzahl um, mit der die Antriebswelle 1 umläuft. Dies hat zur Folge, daß
die im treibenden Teil des Getriebes bisher Relativbewegungen gegeneinander ausführenden
Teile diese nicht mehr ausführen und auch die über die außermittigen Freilaufkupplungen
angetriebenen Zahnräder und Wellen ihre Drehbewegung gegenüber der Antriebswelle
1 einstellen, so daß das Getriebe als kraftschlüssige Kupplung zwischen dem Antriebsmotor
und beispielsweise der Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges wirkt, deren Wirkungsgrad
dann etwa 0,97 ist.
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Ergibt sich nun beispielsweise, daß beim Bergabfahren eines Kraftfahrzeuges
die Abtriebswelle 2 mit einer höheren Drehzahl umläuft als die Antriebswelle 1,
dann kuppelt die Freilaufkupplung 32 die Abtriebswelle 2 mit der Antriebswelle 1,
und der Kraftfahrzeugmotor wirkt als Bremse.
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Soll beispielsweise mit einem Kraftfahrzeug, das mit einem solchen
stufenlos regelbaren Getriebe ausgerüstet
ist, rückwärts gefahren
werden, so ist der Kupplungskörper 39 in Eingriff mit den Klauen 41 der topfartigen
innenverzahnten Scheibe 38 zu bringen, sowie die Exzenterscheibe 8 wieder konzentrisch
zur Antriebswelle verstellt wurde. Beim Verschieben der Exzenterscheibe 8 werden
dann die Wellen 23, wie oben bereits erläutert, in Umlauf versetzt und treiben dann
den topfartigen Teil 38 an, der dann unmittelbar mit der Abtriebswelle 2 gekuppelt
ist. Die Arbeitsweise ist dann die gleiche, wie eingangs erläutert.