DE1550859A1

DE1550859A1 - Mechanisches System zur stufenlosen,automatischen und steuerbaren UEbersetzung

Info

Publication number: DE1550859A1
Application number: DE19661550859
Authority: DE
Inventors: Matut Archanco Jose Luis
Original assignee: MATUT ARCHANCO JOSE LUIS
Current assignee: MATUT ARCHANCO JOSE LUIS
Priority date: 1966-01-28
Filing date: 1966-07-08
Publication date: 1969-12-18
Also published as: ES322388A1; US3402622A

Description

Mechanisches System zur stufenlosen, automatischen und steuerbaren Übersetzung Die Erfindung bezieht sich auf ein mechanisches System zur stufenlosen, automatischen und steuerbaren Dbersetzung9 Es ist bekannt dass die Industrie sehr stark an Geräten oder Maschinen bzwo deren Teilen interessiert istg in denen der Widerstand sehr veränderlich ist oder die veränderliche Bewegungen aufweisen, oder die beides vereinen, Es ist ausserdem bekannti dass die Hauptenergiequelle der erwähnten Geräte mit genügend Nutzen nur in Verhältnissen oder Werten mit sehr engen Intervallen Arbeit leisten kanno Ein typisches Beispiel für dieses Bedürfnis sind die Automobile bei denen diese Aufgabe zur Zeit hauptsächlich durch die Schaltkästen gelöst wird, was jedoch nicht die ideale Lösung des Problems darstellt, da der Motorzustand oder dessen Leistung weder in seiner höchsten. Leistungsstufe noch bei seinem Grösstes drehmoment, noch im geeignetsten Verbrauch nicht im Optimum bestimmt werden kanng weil in den meisten Schaltkästen nur eine endliche Anzahl von Übersetzungsverhältnissen besteht und weil die Widerstandsgeschwindigkeit und der eigentliche Widerstand eine unendliche Anzahl von Werten annimmt, In den wenigen Schalt kästen: in denen eine unendliche Anzahl von Übersetzungsverhältnissen erreicht werden kann, müssen diese Verhältnisse in einem nicht genügend weiten Intervall von reellen Zahlen einbegriffen seinyund auch hier ist die maximale Kräfteübertragung sehr beschränkt.
Es wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen, wie Wilson-Epizykloiden, Turbokupplüngen, Hydramatic, Drehmomentwandler, Dynaflows Variomatia. Alle diese Systeme haben. aber Hachteilep entweder die eines beschränkten Automatizismus, oder die eines grossen Kraftstoff-Verbrauche, oder die der Herstellungekompliziertheits oder die schwieriger Instandhaltung oder schwieriger Kontage, oder die der zu geringen Leistungen oder eines frühzeitigen Verschleisses bei sehr begrenzter Übertragung der Höchstkräfteo Häufig tritt auch eine Verbindung aller oder einzelner dieser Nachteile auf, was dazu geführt hat, dass nur kleine Serien mit einer sehr geringen Verbreitung bestehen, Darüber hinaus haben die meisten dieser Lösungen den grossen Nachteil der Unterbrechung oder Ungleichförmigkeit, wie vorher angedeutet wurde.
Uia ein System zu schaffen, das mit einer absoluten Kontinuität, mit einem vollständigen Automatizismus und mit-einer Bedienbarkeit nach Beliebenp ohne die vorher geschilderten Nachteile und @-Einachränkungen, arbeitet, wird nach vorliegender Erfindung ein Getriebesystem vorgeschlagen, das die Einlassbewegung irüie andere Auslassbewegung umändert, welche jedoch zueinander kein festes Verhältnis, weder in..linearer, noch in der Winkelgeschwindigkeit, weder in den Kräften, noch in den Kräftepaaren, aufweisen: Diese Verhältnisse sind nicht nur nicht bestimmt,. sondern sie können so unendlich sein, wie es theoretisch überhaupt zu fassen ist; sie können sich je nach der Leistung und des vorhandenen Widerstandes automatisch einstellen, und sie können ausserdem durch nach Belieben schaltbare Betätigungen und Steuerungen ergänzt werden, wodurch ein Mechanismus mit stufenloser, automatischer und steuerbarer Übersetzung erhalten wird, Die Lösung der Kontinuität wurde dadurch erreicht, dass das Herauf- und das Untersetzungsverhältnie alle reellen Werte zwischen "weniger unendlich" und "mehr unendlich" auf eine stetige und eine abgestufte Art und Weise annehmen kann.
die Lösung des Automatizismus wurde durch die Reibungen selbst erreicht, die Funktionen der relativen Geschwindigkeiten der einzelnen Elemente sind, und die für jede Beanspruchung des Systems! das geeignetste Übersetzungsverhältnis bestimmen.
Die Lösung der Steuerbarkeit wurde dadurch erreicht, dass eine Energiequelle oder der Energieabfluss in Abhängigkeit von einer willkürlichen Betätigung nach Belieben angepasst und gesteuert werden können. -So erhält man ein übersetzungssystem, welches zugleich einen Schaltkasten, eine Kupplung: eine Bremseg einen Anfahrtsmotor und einen Rückwärtsgang, und das alles auf eine kontinuierliche9 automatische und schaltbare Art und Weise enthält und das grosse Anwendungsmöglichkeiten bei Kraftwagen, bei Riemenantrieben, bei allen Arten von Stabilisatoren von Motoren, bei Torsions#-momentbegeenzern usw® bietete .

Um das gestellte Ziel zu erreichen, muss das System einen Me- chanismus oder Mechanismen mit zwei kinematischen freiheitsgraden aufweisen, damit die Einlass- und Auslassbewegungen gleichzeitig und unabhängig festgesetzt werden können und damit eine be.-stimmte Energie--Entweichung willkürlich oder eventuell-zugelassen werden kann, um somit alle unendlichen theoretischen Möglichkeiten von Übersetzungsverhältnissen zu erreichen. Die Reibungen selbst und die willkürliche Einwirkung auf das erwähnte System bestimmen gerade eines dieser Verhältnisse. Da die Einlassenergie nicht verschwinden kanne wird der Teil, der ungenützt werden könnte, dadurch vorteilhaft ausgeglichen, dass man eben erreicht, dass die Hauptenergiequelle in optimalen Zuständen arbeitet. Im Folgenden wird das liau:.tschema einer der nicht begrenzten Anwendungen des Systems erläutert zugleich mit zwei Beispielen gemäss dem Hauptschema* .

Bezeichnung: Hauptschema Erstes Beispiel Zweites Beispiel

(Fige 1) (Fge 2) (Pige 3)

Ire Einlassbewegung Winkelgeschwindig#o Winkelgeschwine»

keit der Einlass-. digkeit der Ein.

achse lassachse

Auslassbewegung Winkelgeschwindig-. Winkelgeschwin»

keit der Auslass- digkeit der Aus.

achse lasaachse

M3 Hilfsbewegung Winkelgesohwindig- Winkelgesehwin.

keit der Scheibe digkeit der unte,

ren Rolle des

ersten Dffe»

rentiala

Hilfsbewegung Winkelgeschwindig. Winkelgeschwin..

keit der Krone digkeit der obe-

ren Rolle des

ersten Diffe.-

rentiale

M5 Hilfsbewegung Winkelgeschwindig- Winkelgeechwin-

keit der Scheibe digkeit der unte.

_ ren Rolle des

zweiten Dif f e..

rentials

M6 Hilfsbewegung Winkelgeschwindig-- , Winkelgeschwin»

keit der Krone digkeit der ®be..

ren Rolle des

zweiten Diff e.

rentials

De Mechanismus, Planeteneinlass- Einlasadifferen-

welcher eine Be-- :atz tialsatz

wegung in zwei

zerlegt

DS Meahanismua, Auslassplaneten- Auslassdifferen-

welcher zwei :atz tia,lsatz

Bewegungen in

eine zusammen-

fasst

Bezeichnung: Hauptschema Erstes Beispiel Zweites Beispiel

(Fig. 1) - (Fig. 2) (Fig. 3)

T1 Übertragungs- Scheibe Unterer Riemen-

mechanismus (Identität) und Rollensatz

einer Bewegung

in eine andere

T2 Übertragung s#» Krone Oberer Riemen..

meahanismus (Identität) und Rollensatz

einer Bewegung

in eine andere

Wenn also in jedem der doppelten Mechanismen D zwei der drei Bewegungen festgesetzt sindp bleibt die dritte Bewegung gebun. den; wenn in jedem einfachen Mechanismus T eine der Bewegungen festgesetzt isti bleibt auch die zweite Bewegung gebunden. Infolgedessen haben die Mechanismen D zwei Freiheitsgrades während die Mechanismen T nur einen Freiheitsgrad haben. De und Ds, T1 und T2 müssen weder gleichx noch symmetrisch seinv'oder sie brauchen letzten Endes gar nicht zu bestehen.

Die kinematischen Bedingungeng die sich erfüllen müssen, sindfolgende':

Hauptschema Erstes ,Beispiel Zweites Beispiel

( Fis . 1) (Fis. 2) (F# . + 3M

7 1 (Me, M3 P M4) = 0 aM4+päe- (c+p) M3-0 Me - -?- 4

72 (Ma # M5 9 M6) = 0 c.,.,M6+p Ms - (c' +p' )M5=0 M5 + M6

118 - 2 - m 0

73 (M3, M$) = 0 @d3 -. M5 = 0 3M3 - r5 M5 _= 0

?4 (M4 3, M6) = 0 M4 .- M6 m 0 r 4M4 - r6M6 " 0

Die Dimensionen e, p. c'und p'des ersten Beispiels und die . Dimensionen r3, r4, r5 und r6 des. zweiten Beispiels sind in, den entsprechenden Abbildungen zwei und drei als Masspfeile ange-deutet. -In allen Fällen wirkt die Kraft oder Potenz auf He ein' die Resistenz oder der Widerstand auf X, und die Hilfsabflusequells. wirkt oder nie wirkt nicht, je nach dem Falls auf irgendeine der Hilfsbewegungen (dehe in den beiden Beispielen auf 1I4) eine In. beiden.Beispielen ergibt ile % Xe das Multiplikationsverhä.ltnie, und man erreicht so=

ltOte grösser als 1 grössere Aualas®gesohwindigkeit als Einlass»

Geschwindigkeit

NO/a s gleich 1 gleiche Auslaeegeschwindigkeit wie Einlass.-

gesahwindigkeit

liWNO nwisahen (? und 1 geringere Auelassgeschwindigkeit als

e $inlas egeschwindigkeit

Neve gleich Null Auslasngesohwindigkeit Null

Zn/VIt kleiner als Null Auelaawgeschwindigkeit des Gegenzeichens

im Vergleich zur Einlassgeschwindigkeit

mo(Xe gleieh W Einlassgeschwindigkeit Mull und Auslass..

geschwindigkeit nicht Nulle

Anhand der Pige 2, die einen Schnitt durch ein Umlaufräder.. getriebes und der Fig. 49 die eine perspektiviaehe Darstellung einen solchen ietj, wird die Wirkungsweise des als erstes Bei. spiel gegebenen Systems beschriebene Die Eingangsdrehung lie zwingt mittels der Einlass-Satelliten die Achsen derselben Satelliten, sich in einer Bewegung zu dreheng welche als kreis förmige "Beförderung" bezeichnet wird, und zwingt zugleich diese Satelliten, sich um ihre Achsen zu drehen, und zwar in einer Bewegung, welche als "Umdrehung" bezeichnet wird.

Die Umdrehung der Achsen zwingt die Satellitenträger-Scheibe, der die Achsen solidarisch sind' zur Drehung, Die Umdrehung der Satelliten in bezug auf ihre Aiheen zwingt die Krone= sich in bezug auf die Scheibe zu drehen. So zerlegt sich die Einlas s bewegung durch die Satelliten in die Kronenbewegung der Satellitenträger-Scheibe. Gegenseitig und durch-ein haupträahlich symmetrisches Verfahren setzen sich die Kronen- und Scheibenbewegung, und zwar durch die Ausgangssatelliten, in die Auslassbewegung Xe zusammen.
Um dies klarer auszudrücken, werden zwei besondere Fälle heraus» gestellt, in denen entweder die Drehung der Kröne oder die der Satellitenträger-Scheibe nicht erlaubt wird. Im ersten besonderen fall ist die Wirkungsweise folgendes Die Einlassbewegung XI e wird beim Treffen der festen Krone durch die Einlass-Satelliten zur Bewegung der Satellitenträger-Scheibe führen und diese Scheibe wird sich gleichzeitig mit der Ausgangaaehee durch die Ausgangssatelliten bewegen* In dem zweiten besonderen falls d.h. mit fester Satellitenträger-Scheibe! wird die Einlassbewegung Xe zur Drehung der Krone durch die Satelliten führen, welche nur eine Drehbewegung um ihre festen Achsen durchführen; die auf die Krone übertragene Bewegung wird zur gleichen Zeit auf die Ausgangasaeiliten übertragen! welche ebenfalls ihre festen Achsen haben-l uhd diese Umdrehungen zwingen zur- Bewegung der Ausgangsachse.
Diese beiden besonderen Fälle der Arbeitsweise sind die geeignetsten, um die kinematische Wirkungsweise des Systems zu er" läutern, jedoch handelt es eich keineswegs um Extremfälle, da, wenn in dem Beispiel der Figo 4 ausserdem auf die Krone (oder sonst irgendein Hilfaelement) eingewirkt wird,. irgendeine Bewe» gung &n der Umdrehung.der Satellitensätze um ihre Achsen und in der Umdrehung jener Achsen zusammen mit ihrem Satellitenträger erhalten wird und infolgedessen, was das Wichtigste ist$ eine Bewegung der Ausgangsachse Y &e Zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des ersten Beispiels (Figo 2) werden die einzigen kinematischen Bedingungen herausgestellte welche auf die Winkelgeschwindigkeiten einwirken: .

e# / P , a m e Q / p . ga

(Umdrehung des Satellitenträgere)

3 5 a/P + e#/Pf

(e`/p'+ Dome + (c/p + 1).me

4 (Kronenumdrehung)

6 -. c#P f a##P

Natürlich können: die Einlassgeschwindigkeiten unabhängig und ohne kinematische Winkelverbindung vorherbestimmt werden, jedoch fiter der einen Bedingung! dass c/p nicht mit c'/p' gleich sein darf. Nur wenn diese Grössen gleich sindy wird die Eingangs-und Ausgangebewegung in einem festen kinematischen Verhältnis zueinander stehen* Andererseits missen, je mehr sich diese Grössen ähneln! die Umdrehungen der Scheibe und der Krone desto grösser sein, wenn die Einlass.- und Auslassumdrehungen bestimmt sind* Das zeigtt warum ohne Einwirkung auf die Krone die Übertragung automatisch ist., da das totale Kräftepaar der inneren Reibungen in erster Annäherung mit dem Quadrat der relativen Geschwindig» ketten der in Berührung stehenden Elemente steigt* Es ist noch zu erwähnen, dassr wenn die Übertragung "in der, T,uft" funktionierty diese nur eine Unterlage am Einlass und eine andere am Auslas. benötigt und somit kein Reaktionspaar zustande kommt* Dieser wichtige Vorteil der Übertragung (wenn diese "in der luft"funktioniert) erscheint tatsächlich originell; auch wenn die Einschränkung besteht, dass die Kauptener» giequelle kein grösseres Paar als. ihr Maximum übertragen kann* Aber eines zum Beispiels auf die Krone einwirkende Kraft (die Grössenordnung in bezug auf die allgemeine Einlasskraft kann so klein seins wie gewünscht) kann dazu führen, dass das Endverhältnis itg/itg das Gewünschte ist und damit ist die Bezeichnun steuerbar oder schaltbar gereehtfertigto Die beschriebene Möglichkeit der Zerlegung der Einlasabewegung in die Kronen- und Scheibenbewegungen und der reziproken Zusam.. mensetzung dieser Scheiben und Kronenbewegungen in die Auslass.. bewegung erlaubt auf eine stufenweise Art alle Möglichkeitenp so dass die Übersetzung als Dauerübersetzung zu bezeichnen ist, Sowohl im Hauptschema der Fig. 1 wie auch besonders in den bei-den Beispielen können. die Einlass-, Auslasa- und Hilfebewegungen umgetauscht werden. Das einzig wirklich Wichtige sind die zwei Freiheitsgrade= so dass eine der sechs erwähnten Bewegungen die Einlassbewegung und eine andere die Auslassbewegung 'Ist, und dass die Hilfeenergieabflussquelle auf eine der anderen vier Bewegungen einwirkt, Innerhalb der Hauptpunkte der.Erfindung sind Abweichungen in Einzelheiten möglich. 8o kann die Anzahl der Satelliten jedes Batzen verschieden sein (in dem Schnitt nach Fig. 2 handelt en eich um eine gerade Zahl beider Sätze und in der Perspektiv.» Ansicht nach Pig. 4 sind es zwei Radsätze mit je drei Rädern auf um 600 gedrehten. Achsen). Der Verhältnishalbmesser kann eben- falls verschieden sein; auch kann die Einwirkung auf die Krone oder Scheibe je nach den Beispiel anders sein (oder je nach dem Teil, auf dessen Hilfsbewegung eingewirkt wird); es kann sich um irgendwelche Zerlegungs- und Übertragungsmechanismen, sowie u= irgendeine norm, Grössep relative Anordnung der einzelnen Be- standteile oder des Herstellungsmaterials handeln. _

Claims

P a t e n t a n s p r ü e h e s Mechanisches System zur stufenlosen, automatischen und schaltbaren Übersetzung, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Mechanismus oder Mechanismen mit zwei kinematischen Freiheitsgraden besteht, dass die Einlass- und Auslassbewe.. gungen unabhängig sowie eine bestimmte Energie-Verteilung festsetzbar sind und dass ferner eine schalt- und steuerbare Hilfsenergieabflussquelle mit der Möglichkeit der Unabhängigkeit von den stufenweisen Einlass- und Auslasabewegungen vorgesehen ist, so dass alle möglichen-Übersetzungsverhältnisse, einschliesslich von Null- oder Negativ-Übersetzungen, erzielbar und die Energieverteilung automatisch nach unvorausseh#-baren oder eventuellen Beanspruchungen oder je nach Willen regelbar sind, wobei die durch Reibungen und die willkürliche Einwirkung erzeugte Energieverteilungsmöglichkeit die Über.. setzungsverhältnisse bestimmt, wodurch der Energie-Einlass» anteil, welcher am Auslass nicht teilnimmt, ausgeglichen wird zur optimalen Arbeit der Energiequelle, 2e System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die .
Mechanismen mit zwei kinematischen Preiheitsgraden aus einem für»die Einlass- und Auslassbewegungen nicht unbedingt symmetrischen Planeten- und Doppel-Satelliten-System bestehen, wobei der Planeten-Eingangs- und Ausgangssatz nach folgenden Bedingungen verbunden ist: Die Achsen der Einlass-- und Auslassatelliten müssen fest verbunden seing, die Zahnkränze der beiden Satellitensätze greifen ausser in ihre entsprechenden Planeten auch im: jeweils einen inneren Zahnkranz: oder in zwei innere Zahnkränze einer beweglichen Kronep die beide Satelli. tensätze umfasst, ein und die erwähnten Achsen sind zum Beispiel durch eine Scheibe fest verbunden, auf jeder deren Seiten die die Achsen bildendem.
Nuffensätze solidarisch verbunden sind. 3* System nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichneti dass die zur Einlass-Energieanteil-Verteilung und die zur automatischen Einstellung des besten Übersetzungsverhältnisses notwendigen Reibungen haurptsäahlich aus den durch die relativen, Bewegungen aller verzahnten Getriebeteile und der damit in Berührung stehenden Achsen herrührenden Reibungen bestehen, wobei die relativen Bewegungen wiederum bei jeder.
Beanspruchung des Systems bestimmt sind, da, je mehr sich die Dimen. sionendes Epizykloidensatzes des Einlasses mit dem des Auslassen gleichen und je grösser die relative Bewegung des Einlasses in bezug auf den Auslass ist. die Reibungen desto grösser sind. 4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeic hnett dass die verschiedene Übersetzungsverhältnisse erzielende Kraft aus einem Motor oder irgendeinem anderen Hilfe-System, wie einem Dynamo oder einer gekuppelten oder urigekuppelten Bremse, besteht und auf eine auf der äusseren Fläche der Krone eingearbeitete Zähnung oder auf die Scheibe oder den die zwei Achsen-Sätze verbindenden Teil einwirkt und die Winkelbewegung derselben umändert oder frei lässt.
5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! dass die Mechanismen mit zwei Freiheitsgraden aus zwei Differentialsätzen und zwei gewöhnlichen Übersetzungen bestehen, wobei in dem Einlassdifferential. die Umdrehung einer der drei Achsen der sogenannten Einlassbewegung! in dem Auslassdifferential die Umdrehung einer der drei Achsen der sogenannten Ausgangsbewegung entspricht und die anderen beiden Achsen ' des Einlassdifferentials ihre Umdrehungen, welche je durch eine gewöhnliche Übersetzung umgeändert worden sind, auf die anderen beiden Achsen des Au slassdifferentials übertragen und wobei diese sechs Umdrehungen durch die vier Bedingungen verbunden sind, die die beiden Differentiale und die beiden gewöhnlichen Übersetzungen bestimmen, ohne dass weder die Differentiale noch die gewöhnlichen Übersetzungen gleich oder symmetrisch zu sein brauchen und letztere Riemen und Riemenscheibensätze, verzahnte Räder und Ketten! Zahngetriebepaarei die ineinandergreifen, oder irgendein gewöhnlicher Xechanisma.s, der Umdrehungsbewegungen heraus-. oder untersetzt, sein können. :, 6, System nach Anspruch 1 und 5, dadurch ggkennzeichnet, dass. die für den Verlust eines Teiles der Einlassenergie und für - die automatische Einstellung der vorteilhaftesten Übersetzung notwendigen Reibungen aus den durch die relativen Bewegungen aller in Berührung stehenden Elemente erzeugten Reibungen be-stehen, wobei die relativen Bewegungen für jede Beanspruchung des Systeme bestimmt sind, da, je mehr sich die Differentiale und gewöhnlichen Übersetzungen gleichen und je grösser die relativen Bewegungen sind, die Reibungen desto grösser sind. ?. System nach einem der Ansprüche 1*, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet' dass die verschiedene Übersetzungsverhältnisse er» w zielende Kraft aus einem Motor oder irgendeinem Hilfemittel' wie zum Beispiel einem Dynamo oder einer gekupptlten oder ungekuppelten Bremse, besteht und auf irgendeine der vier Aohsen# jedoch nicht die Einlass- oder Auslassachse, einwirkt und die entsprechende Umdrehung abändert oder freiläset