DE2224771A1

DE2224771A1 - Stufenlos veränderbares automatisches Getriebe

Info

Publication number: DE2224771A1
Application number: DE19722224771
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. P ist
Original assignee: Bricout, Rene, Aigonnay (Frankreich)
Priority date: 1971-05-21
Filing date: 1972-05-20
Publication date: 1972-11-30
Also published as: GB1384649A; SE386965B; DE2224771B2; CH555018A; IT960470B; NL7206891A; NL164939C; US3823620A; NL164939B

Description

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Hene Bricout
Aigonnay, Frankreich

72/8102

Stufenlos veränderbares automatisches Getriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses automatisches Getriebe, durch das die Drehzahl einer Antriebs- oder Motorwelle und einer angetriebenen Welle entsprechend dem übertragenen Motordrehmoment und der jeweiligen Drehzahl aufeinander abgestimmt werden. Die Erfindung bezieht sich sowohl auf den Anwendungsfall, bei dem wie z.B. bei Straßen- und Schienenfahrzeugen die abgegebene Leistung an der Antriebswelle und deren Drehzahl vom Fahrzeugführer geändert werden können, als auch auf den Fall, bei dem die an der Antriebswelle abgegebene Leistung und deren Drehzahl konstant bleiben müssen, z.B. beim Antrieb bestimmter Werkzeugmaschinen oder bei anderen Anwendungsfällen, insbesondere Vorrichtungen, bei denen die Beschleunigung in Abhängigkeit von der Last veränderbar ist.

Lösung des oben aufgezeigten Problems wurden bereits zahlreiche Getriebe vorgeschlagen, für die eine bestimmte Anzahl von

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Planetengetrieben verwendet wird. Bei den meisten dieBer Vorrichtungen erhält man das in Abhängigkeit von·dem zu übertragenden Motordrehmoment veränderliche Antriebsmoment, indem man mit einem Element eines der Planetengetriebe eine elektrische oder hydraulische Energiequelle verbindet, die einen Elektro- oder Hydromotor mit Strom bzw· mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit speist. Dieser Motor wiederum gibt seine Leistung an die Eingangswelle des Getriebes in der Form ab, daß die durch die !Rotation des beweglichen Stützpunkts, an dem das Beaktionsmoment abgegeben wird, aufgewendete Leistung wiedergewonnen wird (im Gegensatz zu Getrieben mit fester oder stufenweise durch Wechseln der Zwischenräder veränderlicher Übersetzung, wo der das Reaktionsmoment abgebende Stützpunkt fest ist). Bei diesen Vorrichtungen ist die durch das elektrische oder hydraulische Regelungssystem übertragene Leistung beträchtlich und stellt einen umso größeren Anteil an der zu übertragenden Gesamtleistung dar, je höher das Übersetzungsverhältnis ist. Zur Begrenzung dieser Leistung wurden Getriebe mit mehreren Planetengetrieben vorgeschlagen, von denen bestimmte Elemente in festgelegten Bereichen gesperrt oder ausgekuppelt sind und man dadurch Getriebe mit meheren Schaltstufen erhält, die mit stufenlosen Getrieben verbunden sind.

In allen fällen beansprucht der elektrische bzw. hydraulische Getriebeteil, der die stufenlose Drehzahländerung bewirkt, zu-

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sätzlich Raum und verursacht ein erhöhtes Gewicht sowie einen höheren Preis. Der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes dagegen ist relativ niedrig und kann in Bereichen ungünstiger Drehzahlverhältnisse sogar bis auf 75% absinken· In diesem Zusammenhang sind solche stufenlose Getriebe außer acht zu lassen, bei denen Treibriemen oder Ketten verwendet werden, welche auf Hadern oder Scheiben mit konischem, verschiebbarem Flansch laufen} zwischen diesen Getrieben und dem Gegenstand der Erfindung besteht kein Zusammenhang, denn die Erfindung befaßt sich mit einem Getriebe, das aus Planetengetrieben zusammengesetzt ist und bezweckt, die Mängel der bekannten Getriebe dieser Art zu beseitigen.

Das erfindungsgemäße Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß es drei Planetengetriebe umfaßt, nämlich ein Eingangsgetriebe, ein Hegelgetriebe und ein Verbindungsgetriebe, daß das Eingangegetriebe ein von der Antriebswelle angetriebenes Element sowie ein weiteres mit der Abtriebswelle verbundenes Element besitzt, daß das Hegelgetriebe als ein Getriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis und mit zwei Sonnenrädern (oder zwei Planetenrädern) ausgebildet ist, dessen Planetenträger von einem Elektromotor mit variabler Drehzahl und geringer Leistung angetrieben wird, die in der Größenordnung von Λ% der von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle zu übertragenden Leistung liegt, wobei das erste Sonnenrad mit dem dritten Element des Eingangsgetriebes und das zweite Sonnenrad mit einem Element des Verbindungsgetriebes ver-

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bunden sind, dessen beide anderen Elemente mit dem Eingangsgetriebe bzw. einer der beiden Wellen für Antrieb und Abtrieb verbunden sind.

Bei dem Elektromotor, der das durch das sogenannte Regelgetriebe übersetzte Reaktionsmoment liefert, handelt es sich um einen Asynchrondrehfeldmotor mit Doppelkäfig, so daß ein Drehmomentwert gewährleistet wird, der unabhängig vom Wert und der Richtung der vom Drehfeld (d.h. der Frequenz des Speisestroms) gegebenen Winkelgeschwindigkeit praktisch konstant sein kann, oder welcher schnell mit der Drehzahl steigt.

In einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei dem Planetengetriebe, das mit dem das Reaktionsmoment liefernden elektrischen Reglermotor verbunden ist, um ein umkehrbares Getriebe mit Geradzahnstirnrädern, welches einen mit einem Reglermotor verbundenen Planetenträger, ein von der Antriebswelle angetriebenes erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad enthält, welches über ein Verbindungsgetriebe mit einem Element des Eingangsgetriebes verbunden ist, das seinerseits an die Abtriebswelle gekuppelt ist. Bekanntlich ergeben Planetengetriebe dieser Art unter solchen Bedingungen, d.h. wenn sie als Verstärker dienen, für bestimmte Bereiche einen sehr geringen Wirkungsgrad, wie z»B. 0,5, was einerseits auf die Reibung der Zähne und andererseits auf die

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Reibung der Wellen der Planetenräder zurückzuführen ist, welche durch die bei der Rotation der Planetenträger erzeugte Fliehkraft starken Beanspruchungen ausgesetzt sind, so daß das Reaktionsmoment nicht nur eine Verstärkung aufgrund der !Tatsache erfährt, daß dieses Getriebe in Richtung Eingang - Ausgang ins Langsame übersetzt, sondern außerdem mit einem Koeffizienten verstärkt wird, der gleich dem reziproken Wirkungsgrad des Getriebes ist. Es folgt daraus, daß der beispielsweise aus einem Asynchrondrehfeldmotor mit Boppelkäfig bestehende Reglermotor ein niedriges Eigenmoment haben kann, das etwa 1 bis 3% des maximalen Motordrehmoments beträgt, welches von der Antriebswelle auf die angetriebene Welle übertragen wird· Außerdem ist dieser Asynchronmotor so auszulegen, daß in diesem Fall das Drehmoment unabhängig von der Drehzahl und der Drehrichtung praktisch konstant ist, und dies sowohl bei gleicher Drehrichtung von Rotor und Drehfeld,wenn der Rotor also das von der Antriebswelle angetriebene Getriebeelement begleitet, als auch bei entgegengesetzter Drehrichtung von Rotor und Drehfeld, wenn der Rotor also als Bremse wirkt, was hauptsächlich beim Anlaufen des Getriebes der Fall ist, wobei der Elektromotor ja mit hoher Drehzahl entgegen der Drehrichtung seines Drehfeldes angeworfen wird.

Die Vergrößerung des Reaktionsmoments des elektrischen Reglermotors, welche eine Folge des Abfalls des Wirkungsgrads des Regelgetriebes ist, bedingt einen Abfall des Wirkungsgrads des

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Gesamtgetriebes, und zwar in den Betriebsbereichen mit großem Untersetzungsverhältnis (dieses Verhältnis kann in der Größenordnung von 10 bis 15 liegen) zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Abtriebswelle, so daß diese Betriebsbereiche mit großer Untersetzung nur kurzzeitig zulässig sind} in bestimmten Anwendungsfällen können Probleme auftreten, die besondere Maßnahmen zum Abführen der dem Leistungsverlust entsprechenden Wärme erforderlich machen. Darüber hinaus kann die durch den Wirkungsgrad der Verzahnung bedingte Vergrößerung des Drehmoments ein Beaktionsmoment und folglich ein Antriebsdrehmoment erzeugen, sobald die Antriebswelle in Rotation versetzt wird.

Nach einer anderen Ausführungsform handelt es sich beim Hegelgetriebe um ein nicht umkehrbares Getriebe bestehend aus zwei Sonnenrädern und einem Planetenträger, der immer von dem das Eeaktionsmoment liefernden Elektromotor angetrieben wird. Die Verzahnungen der beiden Sonnenräder unterscheiden sich nur durch eine sehr geringe Anzahl Zähne, z.B. durch einen einzigen Zahn, während die entsprechenden Planetenräder die gleiche Zähnezahl besitzen. Dadurch ergeben sich für diese Getriebe ein hohes Übersetzungsverhältnis, z.B. 100, und eine hohe Verstärkung des vom Elektromotor abgegebenen Eeaktionsmoments, wobei dieser immer nur in einer Eichtung läuft, d.h. nicht zum Bremsen verwendet wird. In diesem Fall ist es von Vorteil, als elektrischen Regler-

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motor einen Drehfeldmotor mit Doppelkäfig zu verwenden, dessen Motordrehmoment mit der Drehzahl steigt. Dieser Sachverhalt sowie die besondere Auslegung des Hegelgetriebes verleihen dem Gesamtgetriebe ein erhöhtes Motordrehmoment im Betriebsbereich mit hohem Übersetzungsverhältnis zwischen den Drehzahlen von treibender und angetriebener Welle, ohne daß sich daraus ein Absinken des Gesamtwirkungsgrads, verursacht durch die Verzahnung des Eegelgetriebes, ergibt, das nicht mehr an der Verstärkung des Reäktionsmoments beteiligt ist.

Als Beispiel werden nachstehend zwei Ausführungsformen eines Getriebes gemäß der Erfindung beschrieben und im Anhang zeichnerisch dargestellt.

Fig. 1 bis 6 zeigen Planetengetriebe der Art, wie sie in dem Getriebe gemäß der Erfindung verwendet werden, sowie die entsprechenden Funktionsdiagramme.

Fig. 7 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Getriebes entsprechend der Erfindung.

In Fig. 8 ist die Drehmomentkurve in Abhängigkeit von der Drehzahl des in der Ausführung von Pig. 7 verwendeten Elektromotors dargestellt.

l'ig. 9 enthält das Funktionsdiagramm des Gesamtgetriebes gemäß Fig. 7.

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Fig. 10 enthält die entsprechenden Kurven für Leistung und Drehmoment dea Elektromotors.

fig· 11 zeigt eine zweite Ausführungsform des Getriebes entsprechend der Erfindung.

Fig. 12 enthält das Funktionsdiagramm des Gesamtgetriebes gemäß Fig. 11.

Fig. 13 stellt die Drehmomentkurve in Abhängigkeit von der Drehzahl des im Getriebe von Fig. 11 verwendeten Elektromotors dar.

Fig. 14 zeigt das Schema eines Hegelungsmechanismus in der Anwendung bei einem Kraftfahrzeuggetriebe.

Fig. 15 zeigt eine andere Version des in Fig. 11 gezeigten Getriebes.

In Fig. 1 ist ein Planetengetriebe dargestellt, bestehend aus einem Hohlrad 1 mit Innenverzahnung 2, den Planetenrädern 3» auf dem Planetenträger 4 und einem ßonnenrad 5· Die Drehzahlverhältnisse der drei Getriebeteile» d.h. des Hohlrads, des Planetenträgers und des Sonnenrads, können durch das Diagramm von Fig. 2 dargestellt werden, das als fiavigneau-Diagramm bekannt ist (siehe Paul Eavigneau, Les !Drains Epicycloidaus, veröffentlicht durch das Centre de Documentation Universitaire, Paris

Wenn man in Richtung der x-Achse eine Strecke AB proportional dem Kehrwert 1/C der Zähnezahl des Hohlrades 1 und eine Strecke BC proportional dem Kehrwert 1/S der Zähnezahl S des Sonnenrads

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abträgt und außerdem in den Punkten A, B und C zur Abszisse die Senkrechten AA¹, BB¹ und CO¹ errichtet, kann man nachweisen, daß alle Geraden z.Bs. D-D oder D¹ - D¹, weiche die drei Lote schneiden, einem Betriebsbereich des Getriebes entsprechen, wobei die Drehzahlen des Hohlrads 1, des Planetenträgers 4 und des Sonnenrads 5 den Strecken AM oder AM¹, BW oder BN*, OP oder GP¹ entsprechen, wenn M, N, P und M¹, N*, P¹ die Schnittpunkte der Geraden D und D¹ mit den Senkrechten AA¹, BB¹ und OG¹ sind.

Wenn man desgleichen das in Pig. 3 dargestellte Getriebe betrachtet, welches zwei Sonnenräder 6, 7 und zwei Sätze von Planetenrädern 8, 8· und 9ι 9¹ auf dem Planetenträger 10 umfaßt, erhält man das Diagramm für die Beziehung der Drehzahl der beiden Sonnenräder 6, 7 sowie des Planetenträgers 10, wenn man auf der Abszisse die den Kehrwerten 1/S und 1/s der Zähnezahlen des großen Sonnenrads 7 und des kleinen Sonnenrads 6 entsprechenden Strecken EF bzw. EG abträgt. Errichtet man in den Punkten E, F und G die Senkrechten EE¹, FS¹', und GG¹, dann entsprechen alle Geraden, die die Senkrechten in Punkten wie R oder E¹, S oder S¹, T oder T¹ schneiden, Betriebsbereichen des Getriebes, für die die Drehzahl der Elemente 6, 10 und 7 durch die Abschnitte GT oder GT¹, ER oder ER¹, FS oder FS¹ angegeben werden.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Planetengetriebe, nämlich ein sogenanntes "komplexes Getriebe", das in einer der Ausführungsformen

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der Erfindung verwendet wird. Es enthält ein Hohlrad 11, welches z.B. durch ein auf der Eingangswelle fest sitzendes Kitzel 12 in Drehbewegung versetzt wird. Ein zweiter Zahnkranz 14 dieses Hohlrades kämmt mit den. Planetenrädern 15, 15'» die ihrerseits in Eingriff mit dem Sonnenrad 16 stehen, das fest auf einer Welle sitzt und mit dem beweglich auf der Welle 17 sitzenden Planetenträger 18 zusammengebaut ist. Außerdem besitzt das Getriebe zwei weitere Planetenräder 19i 19*» die mit einem zweiten Sonnenrad kämmen, welches ebenfalls beweglich auf Welle 17 sitzt. Das Diagramm dieses komplexen Getriebes mit 4 Elementen (Hohlrad, Planetenträger und zwei Sonnenräder) ist in I¹Ig. 6 dargestellt.

Auf einer Achse χ - χ¹ sind beidseitig von der den Planetenträger darstellenden Ordinate 18 aufgetragen:

Auf der linken Seite das Hohlrad 11 im Abstand 1/N (N » Anzahl der Zähne dieses Hohlrads) und auf der rechten Seite das große Sonnenrad 16 ebenfalls im Abstand 1/N¹ (N¹ ■ Anzahl der Zähne dieses Sonnenrads).

Jede Gerade, ob sie nun die Achse χ - χ¹ schneidet oder nicht, bestimmt in Größe und !Richtung im Verhältnis zu dieser Achse den Wert und Drehsinn der Umdrehungen. Durch die Gerade 21 können also die Punkte 22, 23» 24, 25 ermittelt werden. Alle liegen in positiver Richtung; ihre Größe und damit die Drehzahl wird durch den Abstand dieser Punkte zur x-Achse angegeben.

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Die auf jedes Element wirkenden Drehmomente ergeben sich in Größe und Richtung als ein im Gleichgewicht befindliches Kräftesystem, das auf einen durch die x-Achse dargestellten Hebel wirkt, wobei sie an den verschiedenen Schnittpunkten mit den Geraden 11, 18, 16 und 20 angreifen, durch welche die Elemente des Getriebes dargestellt sind.

Um dem Gesetz von der Erhaltung der Energie zu genügen, kann bezüglich der Leistungen bei Betrachtung eines Getriebes mit drei Elementen (Fig. 3) unter Vernachläßigung der Wirkungsgrade C(X- + Oön + C^^q « O geschrieben werden. Das gleiche gilt für ein komplexes Getriebe mit vier Elementen (Fig. 5) G*** + + C*>2Q « O.

Das Vorzeichen eines jeden Ausdrucks ergibt sich in diesen Gleichungen auf folgende Weise:

Der Wert οω eines Antriebselements erhält als Vorzeichen +, wenn seine Drehzahl positiv und das Vorzeichen -, wenn sie negativ ist. Ein angetriebenes, gegenwirkendes Element erhält ein Minuszeichen, wenn seine Drehzahl positiv und ein Pluszeichen, wenn die Drehzahl negativ ist.

Wir kommen jetzt zu Fig. 7» die eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der nachstehenden Beschreibung sind mit I,

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II und III die drei Planetengetriebe des Getriebes bezeichnet, nämlich mit I das sowohl an die Antriebswelle als auch an die Abtriebswelle gekuppelte Eingangsgetriebe, mit II das Regelgetriebe und mit III das Verbindungsgetriebe.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich wird, treibt der Motor die Eingangswelle 31, auf der ein Rad 32 sitzt, das mit dem Vorlaufrad 33 (Vorwärtsgang) auf der Hauptantriebswelle 34- des Getriebes kämmt, mit der dieses Rad durch die Magnetkupplung 35 formschlüssig verbunden werden kann. Das Rad 32 steht mit einem Zwischenrad 36 in Eingriff, das auf einer zur Welle 31 parallelen Welle sitzt und mit einem Rücklaufrad 37 (Rückwärtsgang) känmt, welches ebenfalls beweglich auf der Welle 3^ sitzt und durch die Magnetkupplung 38 mit dieser Welle formschlüssig verbunden werden kann. Das Rad 37 steht mit einem Rad 39 in Eingriff, welches den Wechselstromgenerator 40 antreibt, der den weiter unten beschriebenen elektrischen Reglermotor speist. Die Magnetkupplungen 35 38 können beide mit Hilfe von Sperrfedern so im Eingriff gehalten werden, daß eine "Parksperre" des Fahrz3ugs möglich ist, die durch Erregung des entsprechenden Elektromagneten bei Bedarf gelöst wird.

Die Hauptantriebswelle 34 des Getriebes treibt das Sonnenrad des Eingangs-Planetengetriebes I. Dessen Hohlrad 42 ist form-

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schlüssig mit einem Bad 43 verbunden, das mit einem Rad 44 in Eingriff steht. Das Had 44 sitzt fest auf der Abtriebswelle 45 des Getriebes. Der Planetenträger 46 von Getriebe I, dessen Planetenräder 47, 47' vom Innenzahnkranz des Hohlrads 42 angetrieben werden, besitzt Zähne, welche mit einem Had 48 kämmen, das beweglich auf der Welle 4 sitzt und formschlüssig mit einem Hohlrad 49 des Verbindungsgetriebes III verbunden ist, dessen Planetenträger 50 seinerseits fest auf der Antriebswelle 45 sitzt.

Andererseits ist der Planetenträger 46 des Eingangsgetriebes I formschlüssig mit einer Schiebemufie 5Ί verbunden, die beweglich auf der Motorwelle 3^ sitzt und an ihrem anderen Ende ein Rad trägt, welches sich mit einem Rad 53 im Eingriff befindet, das formschlüssig mit einem kleinen Sonnenrad 54 auf der Eingangsseite des Regelgetriebes II verbunden ist.

Auf diese Weise werden ein Element des Verbindungsgetriebes III und ein Element des Regelgetriebes II vom Planetenträger des Eingangsgetriebes I angetrieben, dessen Drehzahl von dem an der Abtriebswelle 45 aufgebrachten Widerstandsmoment abhängt. Mit Abtriebswelle 45 ist das Hohlrad 42 durch die■Zahnräder 43 und verbunden.

Das kleine Sonnenrad 54 von Getriebe II steht mit großen Planetenrädern 56 eines Planetenträgers 55 in Eingriff. Kleine PIa-

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netenräder 57 dieses Planetenträgers kämmen mit einem großen Sonnenrad 5⁸ auf der Ausgangsseite von Getriebe II, das gemeinsam mit einem Sonnenrad 59 des Verbindungsgetriebes III dreht. Der Planetenträger 55 von Getriebe II besitzt eine Außenverzahnung, die mit einem Zahnrad 60 in Eingriff steht, das fest auf der Rotorwelle eines elektrischen Reglermotors 61 sitzt. Dieser wird von einem Wechselstromgenerator 40 gespeist und ist als Asynchrondrehfeldmotor mit Doppelkäfig ausgeführt·

Es ist ersichtlich, daß das Hegelgetriebe II in Richtung Getriebe III - elektrischer Reglermotor 61 als Übersetzung ins Schnelle arbeitet, wodurch sich sein sehr geringer Wirkungsgrad bzw. seine geringe Leistung für die hohen Übersetzungsverhältnisse (besonders beim Anlassen) zur Verstärkung des vom Elektromotor abgegebenen Reaktionsmoments ausnutzen läßt.

Beim Wechselstromgenerator 40 und beim asynchronen Reglermotor 61, die in den meisten Fällen von den elektrischen Stromkreisen des Fahrzeugs vollständig unabhängig sind, handelt es sich um. Geräte sehr niedriger Spannung in der Größenordnung von 1 bis Volt; durch diese Wahl können die Statorwicklungen der beiden Geräte als Aluminiumstäbe ausgeführt werden, die unter bmständen in die geschlossenen Nutender Magnetbleche dieser Ständer eingepreßt werden können, wobei sich eine ausreichende Isolierung zwischen den Aluminiumstäben und den Blechen durch Oxydation

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oder Phosphat!erung der mit den Aluminiumstäben in Berührung stehenden Nutoberflächen erzielen läßt.

Wie oben erläutert, benutzt man bei dieser Ausführungsform einen Reglermotor, der ein Reaktionsmoment abgibt, welches bei allen gegenüber dem Drehfeld positiven und negativen Rotordrehzahlen im wesentlichen konstant ist, indem man einen Asynchronmotor mit Doppelkäfigläufer verwendet, wobei der Widerstand des Außenkäfigs 3 "bis 4- mal größer als der des Innenkäfigs ist· In Fig· 8 stellt die Kurve 62 die Drehmomentänderung eines Asynchronmotors dar, die vom Außenkäfig herrührt, während Kurve 63 die Änderungen des Drehmoments darstellt, die vom Innenkäfig herrühren. Bei nur geringen Drehzahlen des Drehfelds schließt sich dieses Feld fast ausschließlich durch den Außenkäfig, der den größten Anteil am Motordrehmoment erzeugt und eine Abschirmung bildet, die die Erzeugung von Induktionsströmen im Innenkäfig verhindert. Bei steigender Drehzahl dagegen erreicht das Magnetfeld immer mehr den Innenkäfig, dessen Drehmoment wichst, während das Drehfeld des Außenkäfigs kleiner wird. Die Summe der Drehmomente 62 und 63 liefert also das resultierende Drehmoment 64, dessen Wert zu beiden Seiten der Rotordrehzahl 0 merklich konstant ist.

In Fig. 2 wird die Arbeitsweise des Getriebes mit Hilfe der Diagramme von liavißneau dargestellt, deren Prinzip bereits " '"

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oben erklärt wurde. Diese Diagramme wurden für den Fall gezeichnet, in dem der Motor mit einer maximalen konstanten Geschwindigkeit von 5000 U/min läuft und die Räder 32, 33, 36, 37 auf der Eingangsseite für eine Übersetzung ins Langsame um den Faktor 2 berechnet sind, so daß die Hauptantriebswelle des Getriebes und das Sonnenrad 41 von Getriebe I mit 2 500 U/min laufen.

Vor einer genauen Beschreibung dieses Funktionsdiagramms werden einige Erläuterungen bezüglich der durch das Kegelgetriebe II erzeugten Drehmomentverstärkung gegeben.

Wenn man den Wirkungsgrad der Getriebe vernachlässigt, unterliegen in einem beliebigen Planetengetriebe, bestehend aus den drei Elementen A, B und 0 die Homente M sowie die Winkelgeschwindigkeiten w dieser drei Elemente der folgenden Beziehung:

^mb^wb ^{+ M}c^wc "

Führt man in diese Gleichung die durch Eeibung verschiedenen Ursprungs verlorengegangene Leistung P^ ein, dann erhalten wir:

^MA^WA ^{+ M}B^WB ^{+ M}C^WG ^{+ P}f "

Die Leistungsverluste P- ergeben sich durch die Reibung an den Zähnen und die an den Wellen der Planetenräder auftretenden Fliehkräfte.

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Bekanntlich "besitzt ein Getriebe guter Qualität einen Grundwirkungsgrad in der Größenordnung von 98%· Ein Planetengetriebe besitzt einen Gesamtwirkungsgrad, der über dem Grundwirkungsgrad liegt und in der Größenordnung von 99% liegt. Bei einem Getriebe mit Hohlrad können die auf die Wellen der Planetenräder wir- . kenden Zentrifugalkräfte vernachlässigt werden, da sie teilweise oder ganz durch die Zentripetalkomponente Jener Kräfte aufgehoben werden, denen die Verzahnung des Hohlrads ausgesetzt ist· Bei einem geraden Getriebe dagegen, wie im falle des Getriebes II, das zum Beispiel eine übersetzung von K - 15 besitzt, erhält man einen Wirkungsgrad von 98%, wenn der Planetenträger antreibt und die Sonnenräder angetrieben werden,aber einen Wirkungsgrad in der Größenordnung von 0,3» wenn eines der Planetenräder antreibendes Element ist, während das andere Planetenrad fest und der Planetenträger angetriebenes Element ist. Wenn die Drehzahl des angetriebenen Planetentragers ansteigt, sinkt der Wirkungsgrad außerdem aufgrund der auf die Wellen der Planetenräder wirkenden Fliehkräfte noch weiter ab und wird an dem Punkt Null, an dem eine Irreversibilität des Getriebes bei einer bestimmten Drehzahl auftreten kann.

Beim Anlaufen des Getriebes, wenn Welle 45, Hohlrad 42, Hohlrad 48 und das Eingangsplanetenrad 54 still stehen, so daß das Sonnenrad 59-58 treibendes Element und der Planetenträger 55 angetriebenes Element ist, genügen die Drehmomente des antrei-

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benden Sonnenrads und des angetriebenen Planetenträgers der folgenden Gleichung;

^M55

Hierbei ist K das Übersetzungsverhältnis und r der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes. Wenn, wie oben angegeben, der Wirkungsgrad r « 0,5 und wenn K » 15, wird ersichtlich, daß das bei dem ßonnenrad 58 aufgebrachte Drehmoment zum Ausgleich des durch den elektrischen Reglermotor 61 auf den Planetenträger 55 aufgebrachten Drehmoments nicht mehr 15 mal sondern 15 x 3»55 » 50 ma größer sein muß als das auf den Planetenträger 55 aufgebrachte Drehmoment. Diese Verstärkung des Drehmoments steigt jedoch noch schneller mit der steigenden Drehzahl des Planetenträgers und wird bei einer Drehzahl unendlich, die in Abhängigkeit von der Konstruktion des Getriebes ermittelt werden kann.

Diese Situation bleibt bis zu dem Augenblick bestehen, an dem die Elemente 55 und. 58 des Getriebes II mit nahezu gleicher Dreh zahl laufen; dieser FaIl liegt vor, wenn die angetriebene Welle 45 selbst mit einer ähnlichen Drehzahl wie die treibende Welle 54 rotiert.

Dadurch wird verständlich, daß das Reaktionsmoment, welches vom Elektromotor 61 mit Hilfe des Getriebes II auf das Gesamtgetriebe übertragen wird, sowie die Drehzahl der angetriebenen

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Welle 4-5 vom Widerstandsmoment der angetriebenen Welle abhängig sind. Wenn das Widerstandsmoment noch weiter abfällt, könnte der Planetenträger des Getriebes II zum antreibenden Element werden, seine Drehzahl wäre höher als die des Sonnenrads 54· und wir wären im Betriebsbereich des Schongangs mit einem Wirkungsgrad der Verzahnung, der bei maximal 0,8 liegt, und das Drehmomentsverhältnis wäre 15 x 0,8 « 12 (das so beschriebene Getriebe wurde jedoch nicht für den Gebrauch vorgesehen)·

Das Diagramm in i*ig. 9 ist für eine feste Drehzahl des Hauptmotors von 5 000 U/min aufgestellt worden. Die entsprechenden Diagramme der anderen Betriebsbereiche des Motors lassen sich durch Homothetie vom dargestellten Diagramm ableiten· Es ist auch festzustellen, daß aufgrund der Auslegung des Eingangsgetriebes I die Drehzahl des Hohlrades 4-3 und auch die des Eingangs ßonnenrades 54- des Eegelgetriebes II von der Drehzahl des elektrischen Reglermotore 61 abhängig sind, die ihrerseits von dem auf die Welle 15 aufgebrachten Widerstandsmoment abhängt. Unter diesen Bedingungen kann die Drehzahl der angetriebenen Welle für jede Drehzahl des Hauptmotors den ganzen Drehzahlbereich von 0 bis zu der Drehzahl durchlaufen, die gleich der Drehzahl der Hauptantriebswelle 34- ist.

Im gewählten Beispiel besitzt der Motor ein maximales Drehmoment von 12 m-kp bei 5 000 U/min, und das Diagramm zeigt die an den

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Elementen der drei Getriebe I, II und III verfügbaren Drehzahlen und Drehmomente.

JB¹Ig. 10 zeigt auf der linken Seite die Kennwerte von Motordrehmoment und -leistung des Elektromotors 61 in Abhängigkeit von seiner Drehzahl. Auf der rechten Seite zeigt Fig. 10 die Kennwerte der Bremsleistung, die dann entwickelt wird, wenn der Hauptmotor selbst als Bremse wirkt und der Elektromotor mit einer Drehzahl angetrieben wird, die über seiner im gewählten Beispiel mit 8 000 U/min angenommenen Synchrondrehzahl liegt.

Es zeigt sich, daß bei einer Drehzahl der angetriebenen Welle (d.h. des Planetenträgers $0 von Getriebe III im Diagramm) von 5 000 U/min der Motor 61 mit einer ähnlichen Drehzahl von 5 U/min läuft und dabei eine Leistung von nur 450 Watt entwickelt, und zwar bei einer übertragenen Gesamtleistung von 60 kW.

Beim Anlassen (Drehzahl der angetriebenen Welle ist gleich Null) steht am Element 50 des Getriebes III ein Drehmoment von 107 m»kp zur Verfügung. In diesem Augenblick wird der elektrische Reglermotor 61 mit einer entgegengesetzt gerichteten Drehzahl von 24.500 U/min angeworfen. Diese Drehzahl nimmt in dem Maße ab, wie die Drehzahl der angetriebenen Welle ansteigt, dann ändert sie ihr Vorzeichen, um die Synchrondrehzahl der Wellen 34 und 45 zu erreichen, bei der das an der angetriebenen Welle ver-

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fügbare Drehmoment 12 m«kp "beträgt.

Das Anlaßdrehmoment von 107 m«kp entspricht einem Übersetzungsverhältnis von 9* wenn das Fahrzeug dazu neigt, den Hauptmotor anzutreiben und dieser es bremsen muß. In diesem Moment wird der elektrische Eeglermotor entgegen seinem Drehfeld mit einer Drehzahl angeworfen, die über seiner Synchrondrehzahl liegt, und er gibt eine Bremsleistung ab, die durch den oberen Seil der Kurve dargestellt wird, während der untere Teil die Kurve des negativen Drehmoments angibt.

In der in fig. 11 gezeigten Ausführungsform der Erfindung sowie bei der Ausbildung nach Fig. 15 setzt sich das Gesamtgetriebe immer aus drei Planetengetrieben und einem elektrischen Begiermotor zusammen, der das fieaktionsmoment abgibt} eines dieser Getriebe ist jedoch ein sogenanntes "komplexes" Getriebe im Sinne der obigen Definition, d.h. es besitzt ein Hohlrad, zwei Sonnenräder und Doppelplanetenräder. Bei diesem Getriebe wirken auf zwei der vier Elemente das Eingangs- und Ausgangsdrehmoment, während auf die beiden anderen Elemente Gleichgewichtskräfte und -gegenkräfte über ein Regelgetriebe mit Geradezahnstirnrädern wirken, das aus zwei Sonnenrädern und Doppelplanetenrädern besteht, wobei der Planetenträger dieses Getriebes mit dem elektrischen Eeglermotor verbunden ist. Die Verzahnung der beiden Sonnenräder dieses Getriebes unterscheidet sich nur durch eine sehr geringe Zähnezahl voneinander, während die Planetenräder

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die gleiche Zähnezahl aufweisen. Eines der beiden Sonnenräder ist mit einem Element des komplexen Getriebes,und das andere mit einem Element des Verbindungsgetriebes verbunden, von dem ein anderes Element formschlüssig mit der angetriebenen Welle verbunden ist.

i.us Gründen der Konstruktionserleichterung und wegen des Wirkungsgrads sind die beiden jSonnenräder des Kegelgetriebes vorzugsweise als zwei Hohlräder mit Innenverzahnung ausgeführt, wobei zwischen beiden Zähnezahlen eine Differenz von einem Zahn gewählt wurde. Diese Hohlräder sind jedoch mit einer verbesserten Verzahnung ausgeführt. Das normalerweise in Doppelausführung vorkommende Planetenrad ist so nur einmal vorhanden. Die für eines der Hohlräder gewählte Zähnezahl liegt immer über 100, was immer ein Übersetzungsverhältnis der Konstruktion von "^100 zuläßt, das jedoch vorteilhafterweise zwischen 100 und 150 liegen soll.

In Pig. 11 treibt eine Leistungseingangswelle 65 über ein Eingangsrad 66 ein Hohlrad 67 des komplexen Getriebes an.

Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangsrad 66 und dem Hohlrad 67 legt das maximale Untersetzungsverhältnis des Getriebes fest, das im beschriebenen Beispiel 4 beträgt. In gleicher Weise wird ein Wert für den ßchnellgang im Hinblick auf die

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Drehzähl-Drehmomentverhältnisse an der Eingangswelle erhalten. Er kann anhand des Diagramms von Fig. 12 abgeleitet werden. Das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes ergibt sich jedoch aus dem Produkt der beiden Ausdrücke Übersetzungsverhältnis der Räder und Hohlräder 66 und 77 mal dem Verhältnis aus Ausgangsdrehzahl bei maximalem ßchnellgang der Welle 68 zu Eingangsdrehzahl der Welle 65·

Ein großes Sonnenrad 7^ des komplexen Getriebes I ist mit einer Ausgangswelle 68 verbunden. Ein kleines Sonnenrad 70 des gleichen Getriebes ist mit einem Hohlrad 71 des Verbindungsgetriebes III verbunden. Das kleine ßonnenrad 70 steht außerdem mit dem großen Planetenrad 72 in Eingriff, das mit einem kleinen Planetenrad drehbar verbunden ist. Der Planetenträger 74- ist außerdem mit einem als Hohlrad 75 ausgeführten ßonnenrad des Regelgetriebes II verbunden. Ein als Hohlrad 76 ausgeführtes ßonnenrad des Getriebes II besitzt in jedem Falle einen Zahn mehr als das Hohlrad 75- Es ist eine angemessene Korrektur der Verzahnungen in Betracht zu ziehen, weil die Hohlräder 75 und 76 einen Zähneunterschied von einem Zahn aufweisen, während die Planetenräder 77 und 77* die gleiche Zähnezahl haben. Die Anzahl der Zähne der Hohlräder 75 und 76 wird in Abhängigkeit von dem Drehmoment festgelegt, das man für den elektrischen Eeglermotor erreichen möchte, wobei die Übersetzung dieses Drehmoments durch den Rädersatz 75 - 76 - 77 zu berücksichtigen ist.

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Ein Planetenträger 78 des Verbindungsgetriebes besitzt Zähne, die mit einem Rad 79 kämmen, das mit einem asynchronen Reglermotor 80 verbunden ist. Mit Hilfe einer Platte 82, die in Verbindung mit einer Feder 87 zum Ein- und Ausrücken dient, ist das Hohlrad 76 formschlüssig entweder direkt mit einem Sonnenrad 81 des Verbindungsgetriebes oder - falls ein festes Übersetzungsverhältnis des Rückwärtsganges gewünscht wird - mit einem feststehenden Elektromagneten 84 verbunden, wobei das Hohlrad 76 und das Sonnenrad 81 getrennt und das Hphlrad 82 gesperrt werden müssen. Ein Planetenträger 85 ist formschlüssig mit der Ausgangswelle 68 verbunden. Er trägt Planetenräder 86. Ein Wechselstromgenerator, mit dem das Getriebe ausgerüstet werden kann, ist mit der Zahl 87 bezeichnet. Über ein Rad 88 befindet er sich bei konstanter Geschwindigkeit mit dem Hohlrad 67 im Eingriff.

Fig. 12 zeigt die graphische Darstellung des aus den Elementen 67» 69, 70» 72, 73 "und 74 bestehenden komplexen Getriebes.

Bei dieser graphischen Sarstellung muß in gleicher Weise wie bei dem oben besprochenen zeichnerischen Verfahren von Ravigneau eingeräumt werden, daß alle Schnittpunkte dieses Diagramms, welche den angekuppelten Elementen der Getriebe entsprechen, Punkte festlegen, die nur in vertikaler Richtung auf den die Elemente der einzelnen Getriebe darstellenden Ordinaten wandern können. Die repräsentativen Elemente des komplexen Getriebes für Lei-

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stungseingang und -ausgang sind durch die Klammer I festgelegt. Die Drehzahl des Eingangsrads 66 ist Dei 66 angegeben, die Drehzahl des Hohlrads 67 bei 67 auf derselben Ordinate· Das Verhältnis der beiden Drehzahlen bestimmt das übersetzungsverhältnis des Getriebes ins Langsame. Die Ordinate der Bewegung des Planetenträgers ist bei 74- angegeben, die der beiden Sonnenräder bei 69 bzw. 70.

Die repräsentativen Elemente des Eegelgetriebes werden durch die Klammer II begrenzt. Das kleine als Hohlrad 75 ausgeführte Sonnenrad, welches mit dem Planetenträger 74· verbunden ist, wandert auf der gleichen Ordinate. Das große als HoÄlrad 76 ausgeführte Sonnenrad ist mit dem Sonnenrad 81 des Verbindungsgetriebes verbunden. Der Planetenträger 77 wandert auf einer Ordinate, die entsprechend dem sehr hohen Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes in sehr großem Abstand verläuft. Es muß noch beachtet werden, daß durch dieses hohe Übersetzungsverhältnis die Irreversibilität dieses Getriebes verursacht wird, und zwar unabhängig vom Wirkungsgrad der Zahnräder. Durch theoretische Berechnung ergibt sich, daß bei einem Wirkungsgrad der Verzahnung von 0,98 das Getriebe nicht umkehrbar ist, wenn das Übersetzungsverhältnis 50 beträgt. Die als Hohlräder 75 und. 76 ausgeführten Sonnenräder können nur bei relativer Drehbewegung beansprucht werden, wenn man sie bei einem Drehzahlverhältnis halten kann, bei dem sich das Element 77 nicht dreht. Jede andere Bedingung

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führt aufgrund dieser Irreversibilität zu einem gesperrten System. Dagegen kann der Planetenträger 77 bei einem sehr hohen Wirkungsgrad mit beliebiger Drehzahl rotieren. Die sehr geringen Kräfte, denen er unter der Einwirkung des Drehmoments des elektrischen Eeglermotors ausgesetzt ist, gestatten es, die hohen Gleichgewichtskräfte von Getriebe I als Kraft und Gegenkraft auf die beiden als Hohlräder 75 und 76 ausgeführten Sonnenräder zu übertragen, und zwar im gesamten Drehzahlbereich des Planetenträgers.

Bei dem Verbindungsgetriebe III ist das Sonnenrad 81 mit dem Hohlrad 76 verbunden und der Planetenträger 85 mit dem Sonnenrad 69, außerdem sind der Planetenträger 85 und das Sonnenrad 69 kraftschlüssig mit der Leistungsausgangswelle 68 verbunden (Pig. 11). Das Hohlrad 71 ist mit dem kleinen Sonnenrad 70 des Getriebes I verbunden.

Im Diagramm nach I¹Ig. 12 kann sich die horizontale Gerade, welche die Punkte 70 und 71 verbindet, in vertikaler Richtung nur parallel zur Achse χ - χ¹ verschieben. Die kinematische Darstellung dieser Abbildung definiert für die gleiche Eingangsdrehzahl des Motors drei Betriebszustände:

1. Eine Darstellung mit unterbrochenen Linien, bei der die Drehzahl der Ausgangswelle 68 Null ist. Wie oben bereits angedeutet, ist auch die Drehzahl des an den Elektromotor angeschlossenen

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- 27 - 272 kl 1 λ

Planetenträger 77 Null, und auf den elektrischen Reglermotor kann ein Drehmoment aufgebracht werden oder auch nicht, damit an der Ausgangswelle 68 ein Drehmoment auftritt bzw. nicht auftritt.

2. Eine Darstellung mit strichpunktierten Linien, bei der die Ausgangswelle mit einer Drehzahl läuft, welche einem Untersetzungsverhältnis von 1/4 gegenüber der Drehzahl der Eingangswelle entspricht. Alle Elemente der Getriebe liegen auf einer Linie, ihre relativen Drehzahlen betragen Null.

3. Eine Darstellung mit durchgehenden Linien, bei der die Ausgangswelle mit der gleichen Drehzahl wie die Eingangswelle läuft. Der besseren Deutlichkeit wegen wurde der durch eine höhere Drehzahl des Planetenträgers 77 in Erscheinung tretende Betriebszustand im Schnellgang nicht dargestellt, er ergibt sich aber eindeutig aus den gegebenen geometrischen Möglichkeiten. Die Darstellung zeigt deutlich die Möglichkeiten einer großen Veränderbarkeit der Drehzahl der Ausgangswelle gegenüber einer festen Drehzahl der Eingangswelle.

Bei dem in S¹Xg. 12 gestrichelt dargestellten Fall, bei dem die Drehzahl der Ausgangswelle Null ist, ist zu beachten, daß das maximale Ausgangsmoment im Drehzahlbereich von Null bis zu der durch das Untersetzungsverhältnis gegebenen Maximaldrehzahl konstant ist, die im gewählten Beispiel 1.250 U/min beträgt. Nur

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bei dieser Drehzahl kann die Gesamtleistung genutzt werden. Zwischen O und I.25O U/min wird nur ein Bruchteil der Leistung entnommen, welcher der Drehzahl proportional ist.

Anordnungen und Einsatzbedingungen der Getriebe zeigen, daß sie in allen Drehzahl-Drehmomentbereichen unter den bestmöglichen Bedingungen gefahren werden, wodurch sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Dieser Wirkungsgrad ist vergleichbar mit demjenigen eines klassischen Schaltgetriebes.

Die obige Beschreibung offenbart verschiedene Kennwerte des elektrischen Reglermotors 80, der über das Had 79 auf den Planetenträger 77 ^von Getriebe II mit großem Übersetzungsverhältnis einwirkt. Dieser Motor ist' stets als Asynchrondrehstrommotor ausgeführt, sein Läufer ist als sogenannter Doppelkäfig konstruiert. Die Regelung des Widerstands des Doppelläuferstromkreises oder des entsprechenden komplexen Abschnitts wurde vorgesehen, um die in JFig. 13 dargestellte Drehzahl-Drehmoment-Eurve im Verhältnis zu einer festen Drehzahl w des Drehfelds zu erhalten. Die Betriebsleistung ist konstant, sie ist durch das mit einem Wert zwischen 100 und 150 gewählte Übersetzungsverhältnis des Regelgetriebes II festgelegt. Die entsprechende Betriebsleistung liegt zwischen 0,66 und Λ% der übertragenen Leistung.

Die Betriebsleistung ist also konstant, wobei das Drehmoment der

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Drehzahl umgekehrt proportional ist (JB¹Xg. 13)« Die Läuferdrehzahl entspricht selbst unter Bedingungen, bei denen die angetriebene Welle gegenüber der treibenden Welle im Schnellgang läuft, im wesentlichen der' Ausgangsdrehzahl der angetriebenen Welle 68.

Wie bei der ersten Ausführungsform ist die Drehzahl des elektrischen lieglermotors nicht eindeutig festgelegt, sie ergibt sich vielmehr aus den vorhandenen Drehmomentverhältnissen aus treibender und angetriebener Welle, und zwar unabhängig von der Frequenz des Drehfeldes, das als fest zu betrachten ist. Es können entsprechend den in Betracht gezogenen Anwendungsfällen vier Hauptarten der Regelung vorgesehen werden. Dabei können die folgenden einfachen Regelungshilfsmittel verwendet werden.

Bei diesen unterschiedlichen Eegelungsarten ist eine Stromquelle erforderlich, die durch einen Wechselstromgenerator angemessener Leistung gegeben ist. Die Stromquelle muß mit der Drehzahl des Motors gekoppelt sein. Die verschiedenen betrachteten Eegelungsarten können also auf die Regelung des Erregerfelds des Generators einwirken, der dadurch eine bei konstanter Frequenz veränderliche Spannung abgibt und somit das Reaktionsmoment des elektrischen Reglermotors und folglich auch dessen Drehzahl im Verhältnis zum Abtriebsdrehmoment korrigieren kann. Die angestrebte Korrektur des Übersetzungsverhältnisses wird somit auf sehr einfache Weise erreicht.

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Regelung für Kraftfahrzeuge mit Wärmekraftmaschine oder inIt Elektromotor.

Mir diesen Anwendungsfall sind die vorgeschriebenen, sehr vereinfachten Bestandteile in Pig. 14 dargestellt. Ein Potentiometer 92 ist mit dem Fahrpedal 93 verbunden und speist entsprechend der Stellung des Fahrpedals die Feldspule eines Wechselstromgenerators 87 mit veränderlichem Gleichstrom; die Statorwicklungen dieses Generators sind einem Asynchronmotor 80 parallel geschaltet. Das Reaktionsmoment des elektrischen Reglermotors und das darauf beruhende Übersetzungsverhältnis bleiben also bezüglich des Widerstandsmoments unter dem Einfluß der geforderten Belastung. Eine geringe Verschiebung des Fahrpedals kann eine maximale Drehzahl des Motors und ein maximales Ansteigen des Übersetzungsverhältnisses bewirken, wenn das Widerstandsmoment sehr schwach ist. Wenn das Widerstandsmoment sehr hoch ist, kann das Fahrpedal vollständig heruntergedrückt werden, so daß die maximale Leistung des Motors bei einer niedrigen Ausgangsdrehzahl und einem hohen Drehmoment abgegeben wird. Um diese Anordnung zu vervollständigen, ist ein Endschalter 95 in Reihe mit einem Fliehkraftschalter 36 geschaltet, damit eine maximale Motorbremsung gegeben ist, wenn das Fahrpedal freigegeben ist und die Ausgangswelle mit einer minimalen Drehzahl läuft, die zur Erzielung des Kontakts mit dieser Fliehkraftvorrichtung gewählt wurde.

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Bei der "betrachteten Anwendungsart wird der elektrische Eeglermotor so belastet, daß er mit einer höheren Drehzahl läuft als das Drehfeld, dem er ausgesetzt ist. Bekanntlich ist unter diesen Bedingungen die Kurve des Bremsmoments, das der Synchrondrehzahl entgegen wirkt, identisch mit derjenigen des Motorzustands diesseits der Drehzahl des Drehfelds. Sein Eingriffsbereich wird dadurch bezüglich Getriebe II in dem gleichen Maße verstärkt, wie wenn er als Motor arbeiten würde.

Anwendung auf gesteuerte Ausgangsdrehzahlen (programmgesteuerte Werkzeugmaschinen):

Bei diesem Anwendungsfall ist der Hauptmotor im allgemeinen ein klassischer Asynchronmotor. Ein Drehzahlgeber ist mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden. Eine der gewünschten Drehzahl entsprechende Gleichspannung ist der Spannung des Drehzahlgebers entgegengerichtet. Die Differenz wird durch ein klassisches Verstärkersystem ausgewertet, das immer auf das Magnetfeld des Drehstromgenerators 23 einwirkt und so die Rückwirkung auf das Ausgangsdrehmoment regelt, das auch abgestuft sein kann. Mit dieser Vorrichtung können gewünschte .Änderungen von Drehzahl und Drehmoment erzielt werdenj desgleichen eine Verbesserung und Korrektur der Drehzahlstabilitätsbedingungen unter der Einwirkung einer DrehmomentSchwankung bei asynchronen Motoren.

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Vorrichtungen mit variabler Beschleunigung in Abhängigkeit von der Last (Aufzüge, Kräne usw.);

Bei diesem Anwendungsfall kann der Hauptmotor auch ein Elektromotor oder ein thermischer Motor sein und entsprechend der Anwendung des beschriebenen Getriebes eine stark reduzierte Leistung besitzen.

Für diese Anwendung ist keine besondere Eegelungsvorrichtung erforderlich. Der Wechselstromgenerator kann mit konstantem .Feld betrieben werden. Der Hauptantriebsmotor arbeitet mit konstanter Leistung und Stromstärke. Die Beschleunigung der Last erfolgt so in Abhängigkeit von ihrer Größe. Die zur Beschleunigung erforderliche Zeit ist also variabel.

Anwendungsfälle mit konstanter Zugkraft (Walzwerkwickelvorrichtungen) :

Für diesen Anwendungszweck steuert ein einfache?Meßfühler, der die Wickelspannung prüft, das Feld des Wechselstromgenerators und steuert auf diese Weise die für die Aufwickeltrommel wesentlichen Kennwerte; Drehzahl und Drehmoment der Trommel müssen entsprechend dem Wickelradius verändert werden, damit am Walzgut eine konstante Zugkraft und Laufgeschwindigkeit während des Ziehvorgangs erzielt werden.

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Es kann eine Variante der Verbindungen zwischen dem komplexen Getriebe I von Mg. 11 und den anderen beiden Getrieben in Betracht gezogen werden. Durch diese VerbindungsVariante werden jedoch weder die fundamentalen Eigenschaften der Vorrichtung noch die Diagramme der in Pig. 12 dargestellten kinematischen Kennwerte verändert.

Wie in Pig. 12 können das Sonnenrad 69 mit dem Planetenträger 74- und das Sonnenrad 70 mit dem Hohlrad 67 vertauscht werden. Das sich so ergebende Aufbauschema ist in Fig. 15 dargestellt. Das Eingangsritzel 66' treibt mit dem gewünschten tjntersetzungsverhältnis das Sonnenrad 67' des komplexen Getriebes I. Der Planetenträger 69^f dieses Getriebes ist mit der Ausgangswelle 68' formschlüssig verbunden. Das zweite Sonnenrad 74-' desselben Getriebes ist mit dem Sonnenrad/Hohlrad 76' des Eegelgetriebes verbunden. Das Hohlrad 70' des komplexen Getriebes und das Hohlrad 71' des Verbindungsgetriebes laufen gemeinsam. Der Planetenträger 85' des Verbindungsgetriebes läuft gemeinsam mit dem Planetenträger 69' des komplexen Getriebes. Das Sonnenrad 81* des Verbindungsgetriebes ist mit dem Sonnenrad 75* verbunden, das als Hohlrad ausgeführt und mit einer Innenverzahnung versehen ist.

Es wurde eine ergänzende Anordnung vorgesehen, die kein zusätzliches mechanisches Glied erforderlich macht.

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Sie besteht in der Vertauschung der Phasenanschlüsse am Elektromotor, wodurch der Drehsinn des Drehfelds umgekehrt wird. Im Diagramm von !"ig. 12 arbeitet der Planetenträger 77* in negativer Richtung, er bewirkt dadurch trotz der dauernd positiven Drehzahl des Eingangselements 67 * eine negative Drehzahl der Elemente 69'/85'ι die mit der Ausgangswelle 68' verbunden sind.

Eine Vereinfachung des Aufbaus läßt sich durch Integrierung der Elektromaschinen in die mechanische Baugruppe erreichen.

So kann wie in Fig. 15 der Stator 97 des Reglermotors mit dem Gehäuse 98 integriert werden, wobei der Rotor 80' mit dem Planetenträger 77 formschlüssig verbunden ist. Dieser Motor kann sich außerdem die Kühlung durch das Schmieröl im Gehäuse zunutze machen.

Der Drehstromgenerator 87* seinerseits kann auf der Eingangswelle 65' befestigt werden, er bleibt dabei vom Schmierölkreis getrennt, da auf seinem Rotor die zur Spannungsregelung bestimmte Erregerspule sitzt.

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Claims

Patentansprüche

1. Stufenlos veränderbares automatisches Getriebe zwischen einer Antriebs- oder Motorwelle und einer angetriebenen oder Abtriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß es drei Planetengetriebe umfaßt, nämlich ein Eingangsgetriebe, ein Regelgetriebe und ein Verbindungsgetriebe, daß das Eingangsgetriebe ein von der Antriebswelle angetriebenes Element sowie ein weiteres mit der Abtriebswelle verbundenes Element besitzt, daß das Regelgetriebe als ein Getriebe mit hohem Übersetzungsverhältnis und mit zwei ßonnenrädern (oder zwei Planetenrädern) ausgebildet ist, dessen Planetenträger von einem Elektromotor mit variabler Drehzahl und geringer Leistung angetrieben wird, die in der Größenordnung von Λ% der von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle zu übertragenden Leistung liegt, wobei das erste Sonnenrad mit dem dritten Element des Eingangsgetriebes und das zweite Sonnenrad mit einem Element des Verbindungsgetriebes verbunden sind, dessen beide anderen Elemente mit dem Eingangsgetriebe bzw. einer der beiden Wellen für Antrieb und Abtrieb verbunden sind·

2. Getriebe nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der ein konstantes Reaktionsmoment

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abgebende Reglermotor als elektrischer Asynchronmotor mit Doppelkäfig ausgeführt ist, dessen Stator von einem Wechselstromgenerator gespeist wird, welcher von dem Motor in der Weise angetrieben wird, daß er ein sich immer in der gleichen Richtung drehendes PeId erzeugt.

3· Getriebe nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Reglermotor für ein Drehmoment von 1 bis 3% des übertragenen maximalen Drehmoments ausgelegt ist und das Übersetzungsverhältnis des antreibenden Schneckengetriebes entsprechend gewählt ist.

4·. Getriebe nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3» bei dem der elektrische Reglermotor als -Drehfeldmotor ausgeführt ist und durch einen von den ffahrzeugstromkreisen unabhängigen Wechselstromgenerator gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrischen Maschinen eine niedrige Spannung in der Größenordnung von 1 bis 5 Volt aufweisen, daß ihre Statorwicklungen durch Aluminiumstäbe gebildet sind, die vorzugsweise in die geschlossenen Nuten der Magnetbleche des Stators eingepreßt sind, und daß die Isolierung gegen die Aluminiumstäbe durch eine Oxydierung oder Phosphatierung der Nutoberflächen erreicht ist, die mit den Stäben in Berührung stehen.

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5« Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Antriebswelle des Getriebes das Sonnenrad eines Planetengetriebes mit Hohlrad antreibt, wobei das Hohlrad formschlüssig mit einem Ead verbunden ist, welches mit einem fest auf der Abtriebswelle sitzenden Ead. kämmt, daß der Planetenträger formschlüssig mit den beiden Bädern verbunden ist, die das Hohlrad des Verbindungsgetriebes, dessen Planetenträger fest auf der Abtriebswelle sitzt, bzw. das erste Sonnenrad des Kegelgetriebes antreiben, und daß dessen Planetenträger wiederum mit dem Elektromotor gekoppelt ist und dessen zweites Sonnenrad formschlüssig mit dem Sonnenrad des Verbindungsplanetengetriebes verbunden ist.

6, Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Eingangsgetriebe als ein sogenanntes "komplexes" Getriebe ausgebildet ist, das ein Hohlrad, zwei Sonnenräder und zwei Sätze Planetenräder enthält, wobei Eingangs- und Ausgangsmoment an zwei der vier Elemente dieses Getriebes angreifen, während die anderen Elemente durch Gleichgewicht skr äf te und -gegenkräfte über ein Verbindungsgetriebe beansprucht werden, das zwei Sonnenräder und doppelte Planetenräder besitzt, wobei der Planetenträger dieses Getriebes mit dem elektrischen Eeglermotor verbunden ist, daß sich die Zahnung der beiden Sonnenräder dieses Getriebes nur durch eine sehr geringe Zähnezahl unterscheidet, während die entsprechende -

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den Planetenräder die gleiche Zähnezahl aufweisen, daß eines der beiden Sonnenräder mit einem Element de.s komplexen Eingangsgetriebes und das andere mit einem Element des Verbindungsgetriebes verbunden ist, von dem ein anderes Element formschlüssig mit der angetriebenen Welle in Verbindung steht.

7· Getriebe nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß das Verbindungsgetriebe einen Planetenträger besitzt, der vorzugsweise durch ein Untersetzungsgetriebe mit dem elektrischen Reglermotor verbunden ist, und daß die beiden Sonnenräder als Hohlräder mit Innenverzahnungen ausgeführt sind, die eine Differenz von einem Zahn aufweisen, so daß sie mit den Planetenrädern der gleichen Verzahnung ein Getriebe mit dem Übersetzungsverhältnis 100 ergeben.

8. Getriebe nach Anspruch 6 oder ?, dadurch gekennzeichnet, daß das kleinste als Hohlrad ausgeführte Sonnenrad des Hegelgetriebes mit dem Planetenträger des komplexen Eingangsgetriebes verbunden ist, während das größte dieser Planetenräder, das ebenfalls als Hohlrad ausgeführt ist, mit dem kleinen Sonnenrad des Verbindungsgetriebes formschlüssig verbunden ist, dessen Planetenträger formschlüssig mit der angetriebenen Welle und dessen Hohlrad wiederum formschlüssig mit dem kleinen Sonnenrad des komplexen Eingangsgetriebes in Verbindung steht und deseen großes Sonnenrad ebenfalls

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formschlüssig mit der angetriebenen Welle verbunden ißt, daß ferner Planetenräder dieses Getriebes mit einem Hohlrad im Eingriff stehen, das mit einem festen dem maximalen Untersetzungsverhältnis des Getriebes entsprechenden Untersetzungsverhältnis angetrieben wird.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 5» 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Eingangswelle eine Umkehrvorrichtung besitzt, mit deren Hilfe über den gesamten Übersetzungsbereich im Vorwärts- und Rückwärtsgang verfügt werden kann·

10. Getriebe nach einem der Ansprüche 5» 6» 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Vorrichtung zur Sperrung des Sonnenrades des Verbindungsgetriebes besitzt, um so ein festes Übersetzungsverhältnis im Rückwärtsgang zu erreichen·

11, Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger des komplexen Eingangsgetriebes formschlüssig mit der angetriebenen Welle und mit dem Planetenträger des Verbindungsgetriebes verbunden ist, während eines seiner Sonnenräder mit einem der Sonnenräder des Heglergetriebes formschlüssig verbunden ist und daß das zweite als Hohlrad ausgeführte Sonnenrad des komplexen Ge-

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triebes formschlüssig mit dem zweiten ebenfalls als Hohlrad ausgeführten Sonnenrad des Verbindungsgetriebes verbunden ist.

12. Getriebe nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger des Reglergetriebes formschlüssig mit einer auf der angetriebenen Welle sitzenden Schiebemuffe verbunden ist, die den Rotor des elektrischen Reglermotors trägt und der Stator in dem Getriebegehäuse eingeschlossen ist.

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