DE2141779B2 - Stufenlos steuerbares Planetenzahnrad-Getriebe - Google Patents

Description

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schrift 1 803 422, die einen Stillstand bei verhältnis- 22 gelagert. Die stufenlose Regelung erfolgt über das mäßig hoher Eingangsdrehzahl, wie z. B. bei Kraft- Keilriemengetriebe 8, das abtriebsseitig zwei Keilfahrzeugen, wegen der überhöhten Planetendrehzah- scheiben auf der Nebenwelle 4 und antriebssutig zwei len ausschließt, ergibt sich erfindungsgemäß die Auf- Keilscheiben auf der Antriebswelle 1 aufweist. Durch gäbe, auch bei hohen Eingangsdrehzahlen die Aus- 5 Fliehkraftregler od. dgl. können die Keilscheiben gangsdrehzahl auf Null zu halten. verstellt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird in vorteil- Die Nebenwelle 4 wird also von der Antriebs-

hafter Weise erreicht, daß auch die von der Antriebs- welle 1 über die Keilscheiben 8 angetrieben und sehe her angebotenen hohen Drehzahlen bei Selbst- treibt ihrerseits über die Zahnräder 9 und 10 das lose hemmung von der Ausgangsseite her im Falle des io Zahnräderpaar 18, 19. Es ist oben erwähnt, daß das Leerlaufs ein Festhalten der Abtriebswelle mit Dreh- Zentralrad 18 über die Stirnräder 11 und Kegelradzahl Null ermöglichen. Auch wird die Drehzahl der wellen 12 die Planetenräder 13 antreibt.
Planeten niedrig gehalten. Das Anfahren erfolgt in Auf der Abtriebswelle 13 ist das schrauben- oder

bekannter Weise ohne Kupplung. schneckenverzahnte Zentralrad 15 angeordnet. Des-

Man kann auch eine Nebenwelle an der Abtriebs- 15 sen Zähne laufen etwa in Längsrichtung zur Abtriebsseite des stufenlos einstellbaren Getriebes über einen welle 14, während die Zähne der Planetenräder 13 zusätzlichen Zahnrädersatz vermittels einer auto- quer verlaufen. Hierdurch können die Planetenräder matisch lösbaren Kupplung kraftschlüssig mit der 13 das Zentralrad 15 leicht drehen, besonders da-Antriebswelle verbinden. Diese Maßnahmen gestatten durch, daß die Drehung im ablaufenden Sinne ereine sehr genaue Einstellung des Übersetzungsverhält- 20 folgt. Dagegen kann das Zentralrad 15 die Planetennisses zwischen Antriebswelle und Nebenwelle, d. h. räder 13 nicht antreiben,
innerhalb des Getriebes. Um einen einwandfreien Leerlauf herbeizuführen.

Als Leerlaufverbesserung wird durch den Räder- ist im Falle der Verwendung eines stufenlos steuersalz und die Kupplung an der Nebenwelle die den baren Getriebes eine sehr genaue Einteilung der Keil-Antrieb auf die Nebenwelle übermittelnde Keil- as scheiben zueinander nötig. Um hier Unsicherheiten scheibe auf der Abtriebsseite kraftschlüssig durch die und mögliche Fehler auszuschalten, ist auf der Anautomatisch lösbare Kupplung mit der Antriebsseite, triebswelle 1 und der Nebenwelle 4 ein zusätzlicher d. h. der Antriebswelle, verbunden, so daß ein exak- Rädersatz 2, 3, 5 angeordnet. Das Zahnrad 2 sitzt fest tes Drehzahlverhältnis innerhalb des Vorgetriebes ge- auf der Antriebswelle 1 und treibt über das Zwischengeben ist und die Differenz der auf die Abtriebswelle 30 rad 3 das Zahnrad 5 auf der Nebenwelle 4 an. Das übertragenen Drehmomente wirklich Null ist. Beim Zahnrad 5 ist auf der Nebenwelle 4 lose angeordnet Anfahren, d. h. Erhöhen der Drehzahl der Antriebs- und mit der Keilscheibe 7 durch eine Kupplung 6 verweile, rastet die vorgenannte Kupplung aus und gibt bunden. Diese ist dann geschlossen, d. h. das Zahndie Keilscheibe wieder frei. rad 5 ist dann mit der Keilscheibe 7 fest verbunden,

Dann arbeitet das Getriebe als stufenlos Steuer- 35 wenn die Keilscheibenpaare 8 in Stellung Leerlauf bares Planetenzahnradgetriebe. stehen. Beim Anfahren wird die Kupplung 6 durch

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung das Abrücken der Keilscheibe 7 automatisch gelöst, im Zusammenhang mit der Zeichnung näher er- Der Betrieb des Zahnradgetriebes ist folgender:

läutert. Bei hoher Drehzahl der Antriebswelle 1 ist durch

Die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 14 40 die erfindungsgemäßen Maßnahmen in vorteilhafter haben eine gemeinsame Achse. Weise der Fall der direkten Übertragung gegeben.

Um diese gemeinsame Achse werden die übrigen Dann stehen die Keilscheiben 8 so, daß die ÜberElemente raumsparend herumgebaut. In das auf der setzung 1 : 1 beträgt. Damit dreht sich das Räder-Abtriebswelle 14 befestigte Zentralrad 15 greifen die paar 19, 18 mit gleicher Drehzahl wie die Antriebs-Planetenzahnräder 13 ein. Mit diesen sind die Kegel- 45 welle 1. Die Hülse 21 steht also auf der Antriebsräder 16 fest verbunden. Die Kegelgegenräder 17 sind welle still und dreht sich mit dieser in gleicher Richzusammen mit den Stirnrädern 11 fest auf den Kegel- tung und gleichem Betrag um. Das gleiche gilt für radwellen 12 angeordnet. In der Figur sind symmetrisch den Träger 20, der auf der Antriebswelle 1 fest angedie gleichen Elemente mit 11' bis 13' sowie 16' und bracht ist. Hierdurch stehen alle im Träger 20 ange-17' bezeichnet. Bei dem oberen Planeienrad 13' befin- 5<> ordneten Zahnräder 11, 13, 16, 17 sowie die Welle 12 den sich die Kegelzahnräder 16' und 17', die Welle 12 gleichermaßen auf der Antriebswelle 1 still und lau- und das Stirnrad 11 auf der anderen Seite des Plane- fen mit dieser um. Hierdurch ist keine Abwälz- oder tenrades 13', damit eine noch bessere Auswuchtung Abrollbewegung der Stirnräder 11 auf dem Zentralgegeben ist. rad 18 möglich, so daß ersichtlich die Drehzahl der

Die Zahnräder 13,16,17 und 11 sowie die Welle 12 55 Planetenräder 13.13'um ihre eigene Achse 0 ist. Dies sind in dem Träger 20 drehbar angebracht, der seiner- bedeutet, daß das auf der Abtriebswelle 14 angeseits an der Abtriebswelle 1 durch Schweißen oder brachte Zentralrad 15 blockiert und über den Träger Schrauben fest verbunden ist. Bei der Drehung der 20 mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle 1 Antriebswelle 1 dreht sich somit der Träger 20 mit mitgenommen wird. Die Übertragung ist direkt, gleicher Drehzahl; mit ihm die vorgenannten Zahn- ^6o Bei niedriger Drehzahl der Antriebswelle 1 ist der räder, namentlich die Planctenräder 13 und 13'. Es Fall des Leerlaufes gegeben. Dann stehen die Keilversteht sich, daß diese außerdem noch um ihre scheiben 8 so, daß das Übersetzungsverhältnis eigene Achse drehbar sind. Das Antriebsrad 19 und zwischen den beiden Paaren 2:1 ist. Dann dreht sich das Zentralrad 18 sind fest miteinander und mit einer das Räderpaar 19, 18 doppelt so schnell wie die Anlose auf der Antriebswelle 1 gelagerten Hülse 21 ver- 65 triehswellel, und die Planetenrädcr 13 drehen sich bunden. Das Antriebszahnrad 19 wird über ein Zahn- viermal so schnell wie die Antriebswelle. Die Planerad 10 von einem Zahnrad 9 angetrieben, das auf der tenräder 13 umlaufen das Zentralrad 15 auf der Ab-Nebenwelle 4 sitzt. Diese ist in dem Getriebegehäuse triebswelle 14 infolge der Drehung des Trägers 20.

Die Einstellung der Übersetzungsverhältnisse zwischen Zentralrad 15 und Planetenrädern 13, 13' ist nun so gewählt, daß bei den vorgenannten Übersetzungsverhältnissen die Differenz der übertragenen Drehmomente 0 ist, d. h. die Abtriebswelle 14 stillsteht. Mit anderen Worten ist die aus der Drehung des Planetenrades 13 um seine eigene Achse resultierende Kraftkomponente entgegengesetzt gleich der sich dadurch ergebenden Kraftkomponente, daß das Planetenrad 13 um die Achse der Abtriebswelle 14 umläuft. Es findet somit eine Kompensation der Kraftkomponenten statt, die auf die Abtriebswelle wirken.

Bei Antriebsdrehzahlen zwischen direkter Übertragung und Leerlauf wirken die vorgenannten Kraftkomponenten entsprechend teilweise gegeneinander, so daß sich stets eine gewisse Differenz ergibt. Dies läßt sich besonders klar am Beispiel des Anfahrens eines Kraftfahrzeuges erläutern: Wenn der Kraftfahrzeugmotor durch Gasgeben die Anfahrdrehzahl erreicht hat, dann werden die Keilscheibenpaare 8 durch den Fliehkraftregler im Übersetzungsverhältnis zueinander dahingehend verstellt, daß die Nebenwelle 4 langsamer wird und damit auch die Zahnräder 9,10,19,18,17 und 13 langsamer drehen. Wird nun die Drehung der Planetenräder 13 immer langsamer, dann rollen sie sich während einer Umdrehung

ίο des Trägers 20 nicht mehr voll auf dem Zentralrad 15 der Abtriebswelle 14 ab, und letztere wird um die sich ergebende Differenz der verbleibenden Drehkraftkomponente mitgenommen.

Bei zunehmender Motordrehzahl und weiterer Verstellung der Keilscheibenpaare durch den Regler verlangsamen die Planetenräder 13 ihre Drehung weiter, bis durch Stillstand der Planetenräder 13 die direkte Übertragung hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

das öl verbundenen Getrieberädern ist nicht starr, so Patentansprüche: daß ein Schlupf auftritt, der den Wirkungsgrad der automatischen Getriebe herabsetzt.

1. Stufenlos steuerbares Planetenzahnradgetriebe Diesen bekannten automatischen Getrieben ist der

mit einem stufenlos einstellbaren Getriebe im 5 Nachteil gemeinsam, daß sie im Aufbau kompliziert Überlagerungszweig, insbesondere für Kraftfahr- und daher recht teuer sind. Ein gewöhnliches Kraftzeuge, mit einem mit einer der beiden Hauptwel- fahrzeug verteuert sich bei der Verwendung eines len drehfesten schraubverzahnten Zentralrad, automatischen herkömmlichen Getriebes um beiweiches kraftschlüssig über zwei in einem Träger spielsweise 10 bis 20%. Der komplizierte Aufbau ergelagerte schraubverzahnte Planetenräder mit der io gibt sich dadurch, daß bei den gewöhnlichen Getrieanderen Hauptwelle verbunden ist, wobei die Pia- ben außer dem Drehmomentwandler und den Planenetenräder auf Grund von Selbsthemmung von tengetrieben meist noch Reibschaltelemente und hyder Ausgangsseite her gesperrt sind und von der draulische Betätigungs- und Steuersysteme vorge-Abtriebsseite des stufenlos einstellbaren Getriebes sehen sind.

kraftschlüssig über Kegelräder angetrieben wer- 15 Während die bekannten automatischen Getriebe den, dadurch gekennzeichnet, daß das einerseits während der normalen Fahrt mit gerinschraubverzahnte Zentralrad (15) auf der Ab- gerem Wirkungsgrad arbeiten, ist andererseits ein Stilltriebswelle (14) und der Träger (20) auf der An- stand im Leerlauf ohne zusätzliches Bremsen des triebswelle (1) befestigt ist und daß der Antrieb Fahrzeuges nicht gegeben.

vom stufenlos einstellbaren Getriebe (7, 8) über 20 Aus der USA.-Patentschrift 1 803 422 ist ein Geein Stirnradvorgelege (9, 10, 19) auf das andere, triebe einer anderen Art nach dem Ausgangspunkt auf der Antriebswelle (1) drehbar gelagerte Zen- der Erfindung bekanntgeworden. Es ermöglicht, zwei tralrad (18) erfolgt, daß über einen aus Stirn- Antiiebsmomente an der Abtriebswelle zu kompen-Kegelrädern (11, 17) bestehenden, in dem Träger sieren. Bei großen Antriebsdrehzahlen, z. B. bei (20) gelagerten Planetensatz die mit dem schraub- 25 direkter Übertragung, steht das Planetenrad bezügverzahnten Planeten (13, 13') drehfest verbünde- Hch seiner eigenen Achse still, im Falle kleiner Annen Kegelräder (16) antreibt. triebsdrehzahlen ist das Planetenrad um seine eigene

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Achse mit einer solchen Drehzahl umlaufend antreibzeichnet, daß eine Nebenwelle (4) an der Ab- bar, daß die hieraus resultierende, die Abtriebswelle triebsseite des Zugmittelbetriebes (2 bis 10) über 30 drehende Kraftkomponente entgegengesetzt der ineinen zusätzlichen Zahnrädersatz (2, 3, 5) vermit- folge Drehung des Planetenzahnrades um die Achse tels einer automatisch lösbaren Kupplung (6) der Abtriebswelle sich ergebenden Kraftkomponente kraftschlüssig mit der Antriebswelle (1) verbun- ist, so daß die Drehung der Abtriebswelle zum Teil den ist. aufgehoben wird. Dort ist zwar schon eine Entlastung

35 des stufenlos einstellbaren Getriebes von der Ausgangsseite her durch Selbsthemmung möglich, bei hohen Drehzahlen aber macht sich der Antrieb über Schneckenrad und Schnecke in nachteiliger Weise bemerkbar. Im Leerlauf, wenn die Abtriebswelle

Insbesondere in der Automobilindustrie besteht 40 stillstehen soll, müßten die Schnecken in einen das Bedürfnis, ein stufenlos steuerbares Getriebe zur Drehzahlbereich gesteuert werden, der maschinentech-Verfügung zu haben, bei dem vom Leerlauf bis zur nisch nicht beherrschbar ist. Die Anwendung dieses Vollast, d. h. niedrigen bis großen Motordrehzahlen Getriebes auf Kraftfahrzeuge der bekannten Art ist ohne zusätzliche Schaltvorgänge das gesamte Arbeits- daher nicht möglich.

programm durchgeführt werden kann, sei es für 45 Es sind zwar aus der deutschen Patentschrift leichte, sei es für schwere Kraftfahrzeuge, Personen- S14 370 ähnliche Anordnungen mit Stirnradgetrieben wagen, Lastkraftwagen oder Zugmaschinen. Das Pro- bekanntgeworden, bei denen jedoch keine Selbstblem fällt in das Gebiet der Automatisierung von hemmung vorliegt, so daß die gesamte Antriebslast Maschinen, das gerade in der Kraftfahrzeugindustrie über das Zugmittelgetriebe geleitet werden muß. deshalb von besonderer Bedeutung ist, weil eine ein- 50 Während bei den hier gezeigten Stirnrädern die Drehfachere Handhabung der Maschine eine Bedienung zahlen weniger Schwierigkeiten bereiten, ist die Anauch durch ungeübte Personen gestattet. wendung des bekannten stufenlos steuerbaren Getrie-

Bekannt sind in der Kraftfahrzeugindustrie auto- bes jedoch ebenfalls für Kraftfahrzeuge ungeeignet, matisch schaltende Getriebe. Diese weisen keinen da das Zugmittelgetriebe die Antriebskraft aufzu-Schalthebel zur Betätigung der einzelnen Gänge mehr 55 nehmen hat, so daß dieses in nachteiliger Weise sehr auf. Die Geschwindigkeitsregelung über den gesam- groß und aufwendig auszulegen ist.
ten Fahrbereich ist allein von der Stellung des Fuß- Die vorgenannten Schwierigkeiten treten auch bei

gashebels abhängig. Dafür muß aber gegenüber den dem in der deutschen Auslegeschrift 1112 364 geherkömmlichen Zahnradgetrieben ein entsprechen- zeigten Umlaufrädergetriebe mit Leistungsverzweider zusätzlicher Aufwand getrieben werden. In den 60 gung über Keilriemenwechselgetriebe auf. Die bei automatisch schaltenden Getrieben befindet sich mei- diesem bekannten Getriebe verwendeten Schneckenstens ein hydraulischer und mechanischer Teil. Der räder bereiten bei den hohen Drehzahlen, wie sie hydraulische besteht aus Strömungskupplungen und z. B. im Kraftfahrzeug üblicherweise wegen der Ver-Strömungswandlern, der mechanische aus Umlauf- brennungsmaschine gegeben sind, nicht zu überwin- oder Planetengetrieben. In den Strömungskupplun- 65 dende Schwierigkeiten, weshalb auch dieses bekannte gen wird als Kraftübertragungsmittel in der Regel öl Umlaufrädergetriebe nicht für Antriebe mit höheren verwendet. Auf diese Weise erreicht man ein stoß- Drehzahlen anwendbar ist.
freies Anfahren. Die Verbindung zwischen den über Gegenüber der Anordnung nach der USA.-Patent-