DE2302518A1

DE2302518A1 - Geschwindigkeitswechselgetriebe

Info

Publication number: DE2302518A1
Application number: DE2302518A
Authority: DE
Inventors: Patrick George Leeson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-07-26
Also published as: CH549169A; ZA73393B; FR2169613A5; JPS4885958A; IT978228B; ES410712A1; US3852998A; NL7300840A; AU5131373A; BE794341A

Description

. HELMUT PFlSTER

894 MEMMlNGEN / BAYERN '\t . / Ά

Slraße 9 / Telefon 08331 /3183

"Geschwindigkeitswechselgetriebe"

Die Erfindung bezieht sich auf Geschwindigkeitswechselgetriebe mit drei wesentlichen Teilen, nämlich einem rotierenden Antriebsteil, einem rotierenden Abtriebsteil und einem Zwischenteil, der Mittel aufweist, um Kraft zwischen An- und Abtriebsteil zu übertragen. Beispiele für solche Mechanismen sind Planetenradgetriebe oder nockenbetätigte Geschwindigkeitswechselmechanismen, wie z.B. in der Britischen Patentschrift Nummer 1,199,257 beschrieben und beansprucht.

Ein Mechanismus von der oben beschriebenen Art wird in Zukunft als Mechanismus der erwähnten Art bezeichnet werden.

Ein Mechanismus dieser Art wird normalerweise als Einheit mit vorgegebenem Übersetzungsverhältnis verwendet, wobei der genannte Mittelteil die Kraftübertragungsmittel trägt, die mit einem Gehäuse verbunden sind bzw. aus einem Stück mit dem Gehäuse gegossen werden, in dem der Mechanismus untergebracht ist. Es wurde jedoch vorgeschlagen, einen solchen Mechanismus für variable Kraftübertragung zu verwenden, in dem das Zwischenteil in Rotation mittels eines Motors angetrieben wird, der am Gehäuse des Mechanismus befestigt ist, so dass der Abtriebsteil bezüglich des Antriebsteils beschleunigt wird. In einigen Fällen wird der Motor vom Antriebsteil des Mechanismus angetrieben, so dass in der Tat etwas von der Antriebsenergie kurzgeschlossen wird, um die Kraftiifoertraguncrsmittel anzutreiben.

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Ein Mechanismus dieser Art ist als "Kurzschlusstyp" Geschwindigkeitswechselgetriebe bekannt.

Es ist verständlich, dass der Zwischenteil zur vollen Geschwindigkeit des Antriebs gebracht werden muss, wenn das Geschwindigkeitswechselgetriebe in der Lage sein soll, in Bereich von unendlich bis zu eins zu eins zu arbeiten und schneller als der Antrieb, wenn der Mechanismus als Übersetzung verwendet werden soll. So muss der Motor für den Antrieb des genannten Teiles, das ja an einem statischen Gehäuse hängt, dann am schnellsten arbeiten, wenn die Untersetzung ihren geringsten Grad erreicht. Bei den meisten Anwendungen und sicherlich bei Geschwindigkeitswechselgetrieben bei Fahrzeugen ist dieser Zustand der unerwünschteste. Trotzdem erschien eine gewisse Anzahl von Anordnungen dieser Art in der technischen Literatur, wobei ein Planetenradträger eines Planetenradgetriebes von einem festen Hydraulikmotor an einem statischen Gehäuse angetrieben wird.

Erfindungsaufgabe ist die Vermeidung dieses Nachteils der konventionellen Geschwindigkeitswechselgetriebe. Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines stufenlos variablen Geschwindigkeitswechselgetriebes in vereinfachter Ausführung und Konstruktion.

Erfindungsgemäss ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe der genannten Art vorgesehen, wobei der genannte Zwischenteil bezüglich des An- und Abtriebsteils drehbar angeordnet ist und wobei mindestens an einem der genannten wesentlichen Teile des Mechanismus Mittel vorhanden sind, die den Zwischenteil in Rotation in einem gesteuerten Übersetzungsverhältnis antreiben, so dass die Geschwindigkeit des Abtriebsteils bei einer gegebenen Antriebs geschwindigkeit und dementsprechend das Übersetzungsverhältnis zwischen An- und Abtriebsteil des Geschwindigkeitswechselgetriebes geändert werden.

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Es wird klar sein, dass ein Geschwindigkeitswechselgetriebe dieser Art die mit einem statischen Motor, der auf dem Gehäuse des Mechanismus montiert ist, verbundenen Probleme vermeidet. Darüberhinaus ist die Geschwindigkeit und auch die Arbeitsleistung der Antriebsmittel bezüglich der herkömmlichen Geschwindigkeitswechselgetriebe reduziert.

Obwohl diesbezüglich keine Einschränkung besteht, hat das Geschwindigkeitswechselgetriebe der Erfindung hauptsächlich bei Fahrzeugen Anwendung gefunden, d.h. also beispielsweise als PKW- oder LKW-Getriebe. Da nun Kraftfahrzeuggetriebe (ebenso wie viele andere Geschwindigkeitswechselgetriebe) bei oder nahzu bei 1:1 arbeiten müssen, zumindest während eines beträchtlichen Teils ihrer Lebensdauer, ist der erfindungsgemässe Mechanismus besonders geeignet, denn die relativen Geschwindigkeiten zwischen den drei wesentlichen Teilen des Mechanismus nähern sich an null, wenn die Übertragung sich an 1:1 nähert. Mit anderen Worten wird progressiv weniger Arbeit des kurzgeschlossenen Teils des Mechanismus erforderlich, wenn man sich dem l:l-Übersetzungsverhältnis nähert.

Vorzugsweise sind die Antriebsteile des Mechanismus so angeordnet, da der Bereich relative Geschwindigkeiten, der zu behandeln ist, bei dieser Anordnung am geringsten ist.

Jedenfalls können die Antriebsmittel selbst mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Art sein.

Die mechanischen Komponenten des Mechanismus, auf den die Antriebsmittel angewendet sind, können, wie oben erklärt, ein Planetenradgetriebe oder ein nockenbetätiges Geschwindigkeitswechselgetriebe sein, wie z.B. in der obenerwähnten Britischen Patentschrift oder in der Patentanmeldung Nr. 37256/70, angemeldet am 1. August 1970, beschrieben. Obwohl hydraulische Mittel bei beiden Arten der Mechanismen verwendet

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werden können, sind sie in dem Fall des Nocken-getriebenen Geschwindigkeitswechselgetriebe besonders geeignet. \

Wo hydraulische Antriebsmittel verwendet werden, können sie von einer Pumpe mit variabler Förderleistung angetrieben werden, welche wiederum _: ihrerseits entweder unmittelbar oder mittelbar vom Antriebsteil des Mecha- ; nismus angetrieben wird.

Jedoch tritt eine Mehrzahl von Schwierigkeiten bei einem System dieser Art dahingehend auf, dass das Ölvolumen, das zu pumpen ist, grosse Leitungsquerschnitte benötigt, welche schwer unterzubringen sind. Ausserdem ist ein voll leistungsfähiges, geschlossenes Umlaufsystem (eins chlies such Tank, Filterpumpe und Motorkreisläufe) bei einer Rotationspumpe mit kontinuierlicher Förderung unvermeidlich. Es ist klar, dass es schwierig ist, all diese Teile im Geschwindigkeitswechselgetriebe unterzubringen.

Um diese Probleme zu vermeiden, ist das bevorzugte Angehen des Problems die Verwendung eines Mechanismus entsprechend der Britischen Patentanmeldung Nr. 37 256/70, bei der die lineare Bewegung eines oder mehrerer Walzenkörper im. Mechanismus verwendet werden, um hydraulische Flüssigkeit zu einer geeigneten Antriebsform zu pumpen. Da die Walzenkörpereinheiten bei einer solchen Konstruktion im Motor hin- und hergehende Bewegungen ausführen, wird die hydraulische Förderleistung natürlich pulsierender Natur sein. Das ist insofern ein Vorteil, als das Öl vorwärts und rückwärts gepumpt wird, so dass kein voller Umlauf erforderlich ist. \

Variationen in der Flussmenge des hydraulischen Öls können durch geeig- \ nete Steuereinrichtungen im Ölumlauf eingebaut werden, um den Öldruck zu |

ändern. ;

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nach- j

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stehenden Beschreibung der in den beigefügten schematischen Zeichnungen '' dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierin ist: ;

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Planetenrad-Geschwindigkeitswechselgetriebes nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 und 3 Längs- und Querschnittsansichten eines nockenbetätigten Geschwindigkeitswechselgetriebes entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 2 der Linie Π-Π der Fig. 3 entspricht und Fig. 3 der Linie HI-EEI der Fig. 2, und

Fig. 4 drei Ansichten mit der Bezeichnung (a), (b) und (c) mit weiteren Alternativen.

In Fig. 1 ist das Getriebe in einem Gehäuse 1 untergebracht und hat eine AntriebsweUe 2 an einem Ende und eine Abtriebswelle 3 am entgegengesetzten Ende. Die drei wesentlichen Teile des Geschwindigkeitswechselgetriebes sind: ein Sonnenrad 4 an einer Antriebswelle 2; ein Planetenradträger 5 mit einem Satz Planetenräder 6, die mit dem Sonnenrad 4 in Eingriff stehen; und ein innenverzahnter Zahnring 7, mit dem die Planetenräder ebenfaUs in Ein- _; griff stehen, und der von der AbtriebsweUe 3 getragen wird.

Alle drei wesentlichen Teile können frei im Gehäuse 1 rotieren. So läuft die ; Antriebswelle 2 in Lagern des Gehäuses an seinem äusseren Ende und im Ringzahnrad 7 am entgegengesetzten Ende. Der Träger 5 rotiert auf der AntriebsweUe 2 und das Bingzahnrad 7 rotiert in Lagern im Gehäuse 1.

Das Getriebe umfasst auch eine Pumpe mit variabler Förderleistung 8, deren Mechanismus mit einer gemeinsamen Welle 9 mit einem der Planeten räder 6 verbunden ist. Die Pumpe 8 hat ein Gehäuse 10, das gleitbar auf dem Träger 5 montiert ist und von der Achse des Mechanismus mittels eines

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Kalbens 11 abgenommen werden kann, der vom Gehäuse getragen wird und in einem Zylinder 12 im Träger 5 Aufnahme findet. Ein hydraulischer Öleinlass 13 ist im Gehäuse 1 vorgesehen und kommuniziert mit dem Zylinder 12 zu den geeigneten Zeitpunkten über .einen Kollektorring 14. So wird die Abgabemenge der Pumpe 8 dadurch variiert, dass der Öldruck im Einlass 13 geändert wird. Ist kein Öldruck beim Einlass 13 vorhanden, kehrt das Gehäuse 10 zu einer konzentrischen Lage bezüglich des Pumpenraums durch nichtgezeigte Federmitteleinwirkung zurück.

Die Pumpe 8 zieht ihre Ölförderung durch einen Durchlass 15 im Träger 5, einen Durchlass 16 im Mittelpunkt der rotierenden Antriebswelle 2 und einen Durchlass 17 im Gehäuse 1, der mit einem Sumpf 18 in Verbindung steht. Die Anordnung.ist so, dass all diese Durchlässe zu allen Zeiten miteinander verbunden sind. Die Abgabe der Pumpe 8 wird durch einen Durchlass-19 im Träger 5 zur Antriebsseite eines festen Getriebemotors 20 befördert, dessen Gehäuse 21 am Träger 5 befestigt ist. Die Kraft aus dem Getriebemotor 20 gelangt zum Sumpf 18 über einen Durchlass 22,

_: Der Rotor des Motors 20 ist an einem Ende einer Welle 23 montiert, deren • entgegengesetztes Ende ein Dornrad 24 trägt, das so angeordnet ist, dass es in das Ringzahnrad 7 eingreift. So können das Planetenrad 6 und das Dornrad 24 beide auf Wellen laufen, die innerhalb von Lagern laufen, die im Träger 5 vorhanden sind, jedoch greifen die Zähne jedes Planeten-rads 6 mit der Verzahnung am Sonnenrad 4 und dem Ringzahnrad 7 in Eingriff, während die Zähne auf dem Dornrad 24 nur mit der Verzahnung des Rades 7 in Verbindung stehen.

Es ist klar, dass bei dieser Anordnung der Träger 5 das freilaufende Bauteil ist und das Ringzahnrad 7 das Abtriebsteil. Diese Anordnung ist jedoch : nicht einschränkend, da das Ringzahnrad als freilaufendes Bauteil Verwen-ΐ dung finden kann. Darüberhinaus sollte es klar sein, dass es möglich ist,

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differentialartige Mechanismen bei dieser Erfindung zu verwenden, statt reine Planetenradmechanismen, da die notwendigen drei wesentlichen Teile bei beiden Typen ähnliche Funktionen ausüben.

Jedenfalls ist beim Betrieb des beschriebenen Geschwindigkeitswechselgetriebes der Widerstand am Abtriebsteil üblicherweise beispielsweise durch ein stehendes Fahrzeug gegeben, so dass der Träger 5 frei in der gleichen Richtung rotiert wie die Antriebswelle 2. Zu diesem Zeitpunkt ist dae Ge- \

häuse 10 der Pumpe 8 in einer konzentrischen Lage und dementsprechend ; arbeitet die Pumpe nicht. Sobald jedoch Öl unter Druck in den Zylinder 12 , über den Einlass 13 geleitet wird, wird das Gehäuse 10 in eine exzentrische ^; Lage gegenüber dem Rotor der Pumpe 8 gebracht und der Pumpvorgang beginnt. Die Abgabe der Pumpe 8 treibt die Getriebepumpe 20 und dement- !

sprechend das Dornrad 14 an, welches seinerseits den freilaufenden Teil 5 ^; in der gleichen Richtung wie Welle 2 antreibt. Die relative Differenz der Geschwindigkeiten zwischen dem Träger 5-und der Welle 2 wird dadurch redu- · ziert. Wegen der mechanischen Verbindung zwischen allen drei wesentlichen Teilen muss der Zahnkranz 7 ebenfalls in der gleichen Richtung wie die Antriebswelle 2 laufen.

Entsprechend gewissen konstanten Faktoren ist die Drehmoment Wandlung des Geschwindigkeitswechselgetriebes umgekehrt proportional zum Untersetzungsverhältnis, welches bis auf 1:1 gebracht werden kann (abgesehen von geringen hydraulischen Verlusten), und zwar entsprechend dem Druck

j der Antriebsflüssigkeit am Einlass 13. j

Die Steuereinrichtungen für die Olzuführungen zum Einlass 13 können extrem j einfach sein; beispielsweise ein Drucksteuerventil am Gaspedal. Die natürliche Neigung des Getriebes zum Ausgleich zwischen Eingang und Ausgang an Kraft kann lediglich dadurch überrollt werden, dass der Druck in dem Steuerkreis in geeigneter Weise gedrosselt wird.

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Während eine: Anzahl von praktischen Schwierigkeiten bei Geschwindigkeitswechselgetrieben vom Planetenradtyp oder Differentialtyp nach der Erfindung entstehen {siehe oben), dient das Ausführungsbeispiel nach Fig, I zur Darstellung der wesentlichen Vorteile der Erfindung.

Pig, 2 und 3 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform, bei der ein nockenbetätigtes Geschwindigkeitswechselgetriebe Anwendung findet. Die mechanischen Merkmale dieses Getriebes sind im wesentlichen die gleichen wie beschrieben und beansprucht in der englischen Patentanmeldung 37256/70 vom 1. August 1970.

In der Ausführungsform, nach Fig. 2 und 3 ist das Gehäuse mit 25 bezeichnet und die An- bzw. Abtriebswelle mit 26 bzw. 27. Die drei wesentlichen Teile des Getriebes umfassen: eine Nocke 28 am inneren Ende der Antriebswelle 26; einen Käfig 29 (bildet den freilaufenden Teil des Getriebes) und einen Nockenring 30 an der Abtriebswelle 27, verbunden durch eine sogenannte "Verhältnisplatte" 31.

Diese drei wesentlichen Teile sind alle rotierbar im Gehäuse montiert, wobei der Antriebsteil die Welle 26 und die Nocke 28 aufweist, die in Nadellagern im Gehäuse 25 laufen, wobei zwei weitere Nadellager vorgesehen sind, um die Welle in die Lage zu versetzen innerhalb und bezüglich des Käfigs 29 zu rotieren. Der Käfig selbst kann frei rotieren, ist jedoch durch Kugeln 32 positioniert, die in der Spur laufen, die definiert wird zwischen der Peripherie des Käfiges und zwei Überständen 33, 34 in der Verhältnisplatte 31. Überstände 33, 34 sind mit der Platte 31 zusammen mit einem Deckring 35 verschraubt. Dieser Ring trägt einen Nockenring 36, der mit einer Nockenreihe vorsehen ist (siehe unten).

Käfig 29 trägt zwei Sätze von sogenannten Walzenkörpern 37, 38 von denen i jeder gleitbar radial zum Mechanismus angeordnet ist. Die Walzenkörper 37 ! neben der Nocke 28 haben jeweils ein Paar von Nockentastern 38, 39, die

in einer Nockenbahn in der Nocke 28 und in einer Nockenbahn im Ring 36 laufen. Wenn man annimmt, dass Käfig 29 ortsfest ist, wird dementsprechend eine Drehbewegung an der Antriebswelle 26 eine lineare Bewegung der Wal- ! zenkörper 37 bewirken und diese lineare Bewegung wird wiederum durch den Nockenring 36 in rotierende Bewegung der Abtriebswelle 27 umgesetzt. So wird das Getriebe als einfaches Untersetzungsgetriebe arbeiten.

In der Tat ist die mechanische Anordnung so, dass die Verhältnisplatte 31 in entgegengesetzter Richtung zur Welle 25 arbeitet, wenn Käfig 29 stationär ist. Mit anderen Worten schafft der Mechanismus dann einen Rückwärts- i gang. Wenn man Einbau in ein Fahrzeug annimmt, und wenn der Rückwärtsgang beispielsweise ein Untersetzungsverhältnis von 12:1 benötigt, werden dreizehn Walzenkörper 37 geschaffen und der Nockenring 36 wird zwölf Aussparungen haben und Nocke 28 einen Vorsprung.

In dem dargestellten Geschwindigkeitswechselgetriebe ist eine Mehrscheibenkupplung 40 vorgesehen, um den Käfig 29 stationiert zu halten, wenn der Rückwärtsgang erforderlich ist, was im folgenden erläutert werden wird.

Der andere Satz von Walzenkörpern 38 im Käfig 29 trägt jeweils einen Nocken*· taster 41 in der Nockenbahn des Nockenrings 36. Wenn der Mechanismus in seiner stufenlos variablen Form für Vorwärtsfahrt benutzt wird, kann Käfig ; 29 frei rotieren und die lineare, radiale Bewegung der Walzenkörper 37 wird (wie erklärt werden wird) auf die Walzenkörper 38 übertragen. Die Linearbewegung der Körper 38 wird dann in radiale Bewegung durch die Nockenringe 36 so übertragen, dass Käfig 29 angetrieben wird.

Die Übertragung der radialen Bewegung der Walzenkörper 37 zu den Körpern 38 wird folgendermassen durchgeführt:

Die Walzenkörper 37 tragen an ihren inneren Enden hydraulische Kolben 37a _t

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die in Zylindern des Käfigs 29 hin- und hergehen. Ein Durchlass 42 verbindet jeden der genannten Zylinder mit einem ähnlichen, jedoch gegenüberliegenden Zylinder am entgegengesetzten Ende des Käfigs 29, welch letztgenannter einen Kolben 38a aufnimmt, der aus einem Stück mit dem relevanten Walzenkörper 38 geformt wird. Jeder Durchlass 42 steht auch in Verbindung mit einem weiteren Zylinder und Kolben 43, wobei der Kolben integriert ist mit sehr viel grösseren Kolben 44. Alle Kolben 44 werden durch Steuerflüssigkeit betätigt, die in den Mechanismus durch einen Einlass 45 von aussen herangeführt werden und jeder Kolben gleitet in einem Zylinder, der zum Durchlass über eine Ventilplatte 46 Verbindung hat, die mit bananenförmigen Schlitzen 46a, 46b, versehen ist. In ähnlicher Weise haben die Zylinder für die Kolben 44 Zugang zu einem Niederdruckauslass 47. Die Ventilplatte 66 ist mit der Antriebswelle 26 verbunden und dreht sich dementsprechend zusammen mit der Nocke 28, die in ähnlicher Weise angeschlossen ist.

Steuerflüssigkeit mit mittlerem Druck (ungefähr 60 bis 100 p. s. i.) wird zum Einlass 48 eines rotierenden Wahlventils 49 geleitet. In der zentralen Lage lässt Ventil 49 keinen Ölfluss zu. Es kann jedoch so gedreht werden, dass Öl entweder zum Einlass 45 oder zum Einlass 50 bzw. zur Kupplung 40 geleitet wird, jedoch nicht zu beiden gleichzeitig. Bei der Zuleitung zum Einlass 50 betätigt das Öl die Mehrscheibenkupplung 40 aufgrund der Expansion ^: in der Kammer 51. Beim Einlass 45 läuft das Öl durch den bananenförmigen ; Schlitz 46b in der Ventilplatte 46 und wenn letztere entgegengesetzt positioniert ist, wird irgend ein besonderer Satz der Kolben 44 an die letztere angelegt. Dies bewirkt einen Druckaufbau in den angeschlossenen Kammern 42 ' mit dem Ergebnis, dass, da die entsprechenden Walzenkörper 37 sich in • Richtung auf die Achsen des Mechanismus bewegen, Flüssigkeit von den ; Kolben 37a durch die Kammern 42 bewegt werden, und zwar zu den Zylindern -_t mit den Kolben 38a, die von Körpern 38 getragen werden, wodurch die letzteren radial nach aussen bewegt werden. Die Linearbewegung der Körper 38

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wird in Drehbewegung durch die Nockenvorrichtung 41 umgesetzt und der Nockenring 36 bewirkt, dass die Verhältnisplatteneinheit (31, 33, 34, 35) und die Abtriebswelle 27 gegen den statischen Widerstand des letzteren rotieren.

Natürlich kann durch Änderung der Grosse des Steuerdrucks das Übersetzungsverhältnis des Geschwindigkeitswechselgetriebes variiert werden. Statt der Schaffung einzelner Steuerungen für die Kolben 44, wie oben beschrieben, kann eine einzelne Ringplatte die Kolben für die Drucksteuerung in den Durchlässen 42 ersetzen. Diese Platte würde verschoben werden, um die Flüssigkeit zu geeigneten Zeiten unter Druck zu setzen, und zwar durch eine einzige Steuereinheit, beispielsweise hydraulischer oder mechanischer Art. In einigen Fällen kann es notwendig sein, die Platte auf die Antriebswelle 26 aufzu setzen und einen Teil dieser Platte anzuheben, um eine richtige Drucksteuerung in allen Durchlässen sicherzustellen.

Nockenringe 30 und 36 sind identisch,(Die Form des Rings 30 wird in Fig. 3 gezeigt) aber Nockenring 36 wird vorteilhafterweise einige Grade hinter den Nockenring 30 gesetzt, um einen Druckaufbau sicherzustellen, wenn sowohl die Verhältnisplatte 31 und der Käfig 29 in der gleichen Vorwärtsrichtung rotieren.

Es sollte bemerkt werden, dass Ablauföl aus dem Auslass 47 unter einem kleinen Rückstaudruck von ungefähr 5 bis 10 lbs p. s.i. gehalten wird. Dementsprechend kann Öl aus dem Kolben 44 bei entsprechender Lage des ba- | nanenförmigen Schlitzes 46a in einen Auslass 52 laufen, bzw. dann über einen Durchlass 53 in den Mittelpunkt der Welle 26 und einen weiteren Durch-' lass 54 in den Käfig 29 und schliesslich in den Zylinder einlaufen, wenn der ! Kolben 37a sich dem oberen Totpunkt (OT) nähert. Auf diese Weise werden | alle Verluste gutgemacht. [

i Das Getriebe arbeitet folgendermassen: ι

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Wenn das Ventil 49 in der zentralen (neutralen) Lage ist, ist die Leitung 45 offen, so dass jeder Druck abgeblasen wird, der in den Kammern 42 evtl. aufgebaut worden wäre, was durch die Bewegung des Steuer Zylinders zur Antriebsseite hin bewirkt wird. So kann keine Energie über den Kurzschlussmechanismus aufgrund der Pumpaktion des Kolbens 37a weitergeleitet werden und der Käfig 29 dreht sich frei rückwärts mit festem Übersetzungsverhältnis des Getriebes (unter der Voraussetzung, dass ein gewisser Rotationswiderstand am Abtriebsteil 31 vorhanden ist). So kann keine Variation an den Abtriebsteil weitergegeben werden und das Getriebe kann als in Leerlaufstellung befindlich bezeichnet werden.

Wenn Rückwärtsfahrt erforderlich ist, wird das Ventil 49 so gedreht, dass die Steuerflüssigkeit in die Öffnung 50 geleitet wird und von dort aus in die Kammer 51, womit die Mehrscheibenkupplung 40 betätigt wird, die den Käfig 29 an das Gehäuse 25 anschliesst. Das Getriebe wirkt dann als reines Untersetzungsgetriebe, wobei die Abtriebswelle in entgegengesetzter Richtung zur Antriebswelle rotiert.

Wenn Vorwärtsbewegung des Abtriebes erforderlich ist, d.h. Rotation in der gleichen Richtung wie beim Antrieb, wird das Ventil 49 so gedreht, dass die unter Druck stehende Steuerflüssigkeit über die Leitung 48 zum Einlass 45 und von dort zum bananenförmigen Schlitz 46b geleitet wird, wenn sich das Zeitverzögerungsventil in der geeigneten Lage befindet (d. h. nur wenn Kolben 37a sich in die Richtung der Achse des Getriebes bewegt). Das Öl , (oder eine sonstige Flüssigkeit) übt dann Druck auf den Kolben 44, wie oben beschrieben, aus, mit dem Ergebnis, dass die Verhältnisplatten-Montage und dementsprechend die Abtriebswelle gegen die statischen Widerstände an der : Abtriebs welle arbeiten.

Dementsprechend wird das Fahrzeug (unter der Annahme, dass es sich um

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ein Fahrzeuggetriebe handelt) vorwärts getrieben und so beschleunigt, wie es die Energie ermöglicht, die durch den Kurzschluss im unteren Übersetzungsverhältnis übertragen wird, aber immer weniger über den Kurzschluss, wenn das Fahrzeug Geschwindigkeit gewinnt und das Untersetzungsverhältnis nähert; sich dann immer mehr dem Wert 1:1. Es ist klar, dass beim Rücklauf der ; bananenförmige Schlitz 46a zum Auslass hin offen ist und dass nur ein mässi-' ger Restdruck immer noch im Zylinder und am Kolben 44 arbeitet, so dass der Druck in der Kammer 42 abgebaut wird und keine Kraft auf den Kolben 38ä (der von der Achse zurückgeht) durch den Kolben 37a (der sich der Achse nähert) ausgeübt wird. Druck am Rückwärtshub hat die Wirkung, dass das gesamte Getriebe geblockt wird, nachdem das Übersetzungsverhältnis 1:1 erreicht wurde. Dies kann natürlich leicht erreicht werden, aber diese Eigenschaft ist normalerweise nicht erforderlich.

Bei den meisten Fahrzeuganwendungen ist es wichtig, das Unters etzungsverhältnis gering zu halten, um die volle Kraft des Motors auszuschöpfen; das wird dadurch leicht erreicht, dass man den Druck in der Leitung 48 entsprechend steuert. In der Tat kann ein geeignetes Ablassventil in dieser Leitung oder in der Leitung 45 sicherstellen, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs auf sichere Werte begrenzt ist und dass die Antriebsmechanismen nicht beschädigt werden. Es ist ebenfalls einfach, zwei ähnliche Einheiten, \ beispielsweise bei Militärantrieben zu verbinden, die unabhängigen Antrieb an zwei getrennten Rädern haben. Es ist lediglich notwendig, die Leitungen i 45 zu verbinden, um sicherzustellen, dass der gleiche Energiebetrag durch : beide Kurzschlussmechanismen läuft, damit die Leistung der beiden Getriebe gleich ist und dementsprechend das Erfordernis eines Differentials wegfällt, j

i Die Anordnung der Figuren 2 und 3 kann als einfachwirkende Anordnung be- j trachtet werden, da die Energie nur während eines Hubs der Walzenkörper 37 übertragen wird und nicht während des Rückwärtshubes. Wenn man weitere

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Kosten und weitere Komplikationen auf sich nimmt, sowie zusätzliches Gewicht, ist es möglich, eine doppelt wirkende Anlage zu schaffen, wobei dann die Energie bei beiden Hüben kurzgeschlossen wird. Es ist beispielsweise möglich, Kolben an den Enden der Walzenkörper entgegengesetzt zu dem Kolben 37a, 38a anzuordnen, um die gezeigte Anordnung zu verdoppeln.

Abgesehen von den obenausgeführten Vorteilen der in Fig. 2 und 3 gezeigten Anordnung kann die Herst ellung der hydraulischen Teile dadurch erleichtert werden, dass man den Käfig 29 in zwei Teile aufteilt, wobei die Trennungslinie an der Spitze der Zylinder liegt, in denen die Kolben 37a und 38a arbeiten. Vom Produktions Standpunkt her ist es auch wünschenswert, dass eine grosse Zahl von identischen Teilen zur Anwendung kommen, was eine billige Herstellung erleichtert. Ausserdem kann der Mechanismus in Detailpunkten schnell angepasst werden, um verschiedenen Erfordernissen gerecht zu werden. Beispielsweise kann der Nockenring 36 hinter den entgegengesetzten Ring 30 verlegt werden, um den Druck in der Kammer 42 und dementsprechend die geschlossene Energie zu erhöhen. Ähnliche Zeitanpassungen können mit der Ventilplatte 46 vorgenommen werden. In mehr grundsätzlicher Weise können Form der Aussparungen in den Nockenbahnen 30 und 36 und in der Zusatzbahn der Nocke 28 geändert werden, um bei den Walzenkörpern verschiedene Hübe, verschiedene beschleunigende Charakteristika usw. zu erhalten.

Man kann beispielsweise zusätzlich Doppelvorsprünge in der Nocke 28 und eine entsprechende Steigerung in der Zahl der Walzenkörper auf vieraehn vornehmen, was zur Wirkung hat, das Untersetzungsverhältnis beim Rückwärtsgang zu halbieren, aber die Pumpleistung zu verdoppeln und weitere andere Merkmale im Hinblick auf gute Langsamfahreigenschaften zu ändern. Unter anderen Änderungen ist es möglich, den Nockenring 36 wegzulassen und die Rolle jedes alternierenden Walzenkörpers 37 in die des Walzenkörper

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38 umzutauschen, indem der untere Walzenteil 38 entfernt wird und sieherge-· stellt wird, dass der Kolben 38a am entgegengesetzten Ende des Walzenkör- [ pers liegt (das bedeutet von der Achse am weitesten entfernten Ende). Durch j Neuanordnung und Anschluss der Kammer 42 und der anderen damit verbundenen Komponenten ist es möglich, eine sehr kompakte Einheit herzustellen, die leichter ist, jedoch aber nur ungefähr die Hälfte des Drehmoments der in Fig. 2 und 3 gezeigten Einheit aufnehmen" kann. Dann muss die Einheit auch eine feste Zeiteinteilung haben, da die einstellbare Zeitregelung von dem Vorhandensein des zweiten Nockenrings 36 abhängt.

3m kommerziellen Bereich zwingen steigende Fahrzeuggrössen zu beträchtlichen Belastungen an den Fahrzeugbremsen. Bei dieser Erfindung wird die kurzgeschlossene Energie dazu verwendet, die Rotation des freilaufenden Teils des Mechanismus zu beschleunigen und wenn die Energie dann nicht mehr langer angelegt wird, wird der Teil dahin tendieren, zu bremsen und dementsprechend den Motor zu veranlassen, bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit sehr viel schneller zu drehen. So wird jede Bremsung an dem Bauteil, so leicht sie auch sei, zu einer sehr verstärkten Motorbremsung führen, da die Reibung bei den sehr viel höheren Drehzahlen entsprechend grosser ist. Eine leichte Anwendung der Mehrscheibenkupplung 40 wird diese Wirkung haben und ein entsprechend gedrosselter Öldruck kann über das Ventil 49 schnell angelegt werden.

Es wurde vorher erwähnt, dass,während der Kurzschlussmechanismus vorzugsweise hydraulisch ausgeführt wird, auch rein mechanische, mechanisch/· hydraulische und sogar elektrische Ausführungen durchaus möglich sind.

Bei Elektrofahrzeugen ist es beispielsweise machbar, einen Generator an ! die Stelle der Pumpe 8 in Fig. 1 zu setzen und diesen mit einem Elektromo- j tor statt mit dem Getriebemotor 20 zu verbinden. '

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Pig. 4 zeigt andererseits einige mechanische Formen des Kurzschlussmechanismus.

In der Ansicht (a) werden die hin- und hergehenden Walzenkörper 37 und 38 mit Zähnen gezeigt, die auf der Rückseite geschnitten wurden, wobei diese Zähne mit Zähnen eines Dornrades 54 in Eingriff stehen, welches rotierbar auf einem Gleitblock 55 angeordnet ist. Die Walzenkörper und der Block gleiten alle radial innerhalb des Käfigs 29 (auf dem sie montiert sind), wobei letzterer frei um die Antriebswelle herum rotieren kann.

An dem am nächsten der Achse gelegenen Ende hat der gleitende Teil 55 einen Einschnitt, in. den eine Kugel 56 rollen kann und die Kugel ist mit einer Nocke 57 in Verbindung. Die Nocke 57 ist auf die Antriebswelle 26 aufgesetzt und rotiert dementsprechend mit ihr, kann jedoch längs der Gleitfläche in axialer Richtung mittels eines mechanisch betätigten Jochs 58 gleiten.

Die Nocke 57 ist in gewissem Masse konisch und an einem Teil des Umfangs in einer Weise angehoben, die sich längs der Länge der Nocke ändert. Auf diese Art und Weise kann die Energie, die vom Dornrad 54 übertragen wird, dadurch geändert werden, dass man die Nocke längs der Achse der Antriebswelle 26 verändert und dementsprechend sozusagen den Drehpunkt der Schaukel ändern kann, womit die Amplitude des Energieimpulses variiert wird.

In der Ansicht (b) wird eine Hebelanordnung gezeigt, bei der ein Hebel 59 auf dem Gleitblock 55 angelenkt ist und mit seinen beiden Enden mit den Walzenkörpern 37 und 38 verbunden ist. Das Ergebnis ist virtuell das gleiche, wie bei der Anordnung von (a) und könnte in der gleichen Weise gesteuert werden, wird jedoch in der Tat mit einem Kolben 60 gezeigt, der in einem j Zylinder in dem Käfig 29 wirkt, der Zugang zu einer Kammer 61 und von ί dort zu einer Eingangsleitung 62 hat, und zwar über Schlitze in einer Ventil- ,

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platte 63, welche mit der Antriebswelle 26 verbunden ist. Es wird davon ausgegangen, dass der Betrieb dieses Getriebes im Hinblick auf seine Ähnlichkeit mit der Anordnung nach Fig. 2 verständlich ist.

Schliesslich zeigt Diagramm (c) eine Anordnung, bei der Walzenkörper 37 und 38 an ihren von der Achse des Getriebes fernliegenden Enden mit einem flexiblen Riemen 64 verbunden sind, der über eine freilaufende Riemenscheibe 65 läuft. Die Nadel, auf der die Riemenscheibe 65 rotiert, ist auf dem Gleitblock 55 befestigt, wobei der Hub des letzteren einen durch einen Anschlag begrenzten Weg hat, der durch einen Anschlag 66 begrenzt wird. Der Anschlag 66 ist gleitbar am Käfig 29 befestigt, der durch mechanische oder hydraulische (nicht gezeigte) Mittel betätigt wird.

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Claims

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Patentansprüche:

Geschwindigkeitswechselgetriebe mit drei wesentlichen Teilen, nämlich einem rotierenden Antriebsteil, einem rotierenden Abtriebsteil und einem Mittelteil zur Kraftübertragung zwischen An- und Abtriebsteil, dadurch gekennzeichnet dass der genannte Mittelteil (5, 29) bezüglich der An- und Abtriebsteile beweglich ist (2, 26 bzw. 3,27) und dadurch, dass an mindestens einem der genannten wesentlichen Teilen des Mechanismus Mittel (20, 24; 38, 36) vorhanden sind, die so angeordnet sind, dass der Zwischenteil (5, 29) in einem gesteuerten Verhältnis so in Rotation angetrieben wird, dass die Drehzahl des Abtriebteils (26, 27) bei einer gegebenen Antriebsgeschwindigkeit und dementsprechend das Übersetzungsverhältnis zwischen An- und Abtriebsteil (2, 26 bzw. 3, 27) des Getriebes geändert werden können.
2. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Antriebsmittel (20, 24; 38,36) zwischen dem Abtriebsteil (26, 27) und dem Zwischenteil (5, 29) des Getriebes angeordnet sind.
3. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel ( 20, 24; 38, 36) hydraulisch getrieben sind und durch eine Pumpe mit variabler Förderleistung (8) versorgt werden, welche wiederum vom Antriebsteil (2) des Getriebes angetrieben werden.
4. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1 bis 3, das vom Planetenradgetriebetyp ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: einen Antriebsteil einschliesslich eines Sonnenrades (4); einen Satz Planetenräder (6), die so angeordnet sind, dass sie mit dem Sonnenrad (4)

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in Eingriff stehen und von einem Zwischenteil (5) getragen werden, der für relative Rotation bezüglich des Sonnenrades (4) angeordnet ist; einen Innenzahnabtriebsring (7), der das Sonnenrad (4) umschliesst und mit dem die '

Planetenräder (6) in Eingriff stehen können; einen Motor (20) auf dem Zwischenteil (5), so angeordnet, dass er ein Getrieberad (24) antreiben kann, das mit dem genannten Zahnring (7) in Eingriff steht; und Mittel (8), die vom ^; Zwischenteil (5) getragen werden und vom Antriebsteil (2) so angetrieben werden, dass die Geschwindigkeit des genannten Motors (20) so gesteuert wird, dass die relativen Rotationsgeschwindigkeiten des Zwischenteils (5) und des Sonnenrades (4) und dementsprechend das Übersetzungsverhältnis des Getriebes gesteuert werden.
5. Nockenbetätigtes Gesehwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist: einen Antriebsteil (28) mit einer Nockenbahn; einen Abtriebsteil (31) mit einer ausgesparten Bahn, die eine Anordnung von identischen Bahnabschnitten aufweist, die gleichmassig zueinander angeordnet sind und jeweils eine Aufnahme aufweisen; ein dazwischenliegendes rotierendes Glied (29), das eine Reihe von identi- ■ sehen Einheiten (37) trägt, die jede einen oder mehrere Walzenkörper aufweist, wobei die genannten Einheiten in konstantem Kontakt mit beiden Bahnen stehen und relativ zueinander linear beweglich sind, und zwar nacheinander jeweils eingreifen und nicht eingreifen mit den erwähnten Aussparungen, und zwar unter Steuerung der Nockenbahn; hydraulisch betätigte Antriebseinrichtungen (36, 38) zwischen den Zwischenteilen (29) und dem Abtriebsteil (31) zwecks Antrieb des letzteren bezüglich des Zwischenteils (29); j und hydraulische Flussantriebseinrichtungen mit Kolben (37), die von jeder | der genannten Walzenkörpereinheiten getragen werden, wobei die Kolben in ι Zylindern im Zwischenteil gleitbar angeordnet sind, wobei die Walzenkörper-· einheiten ihre lineare Bewegung durchführen, durch die eine pulsierende Lieferung von hydraulischer Flüssigkeit an die Antriebsmittel (36, 38) erfolgt, wenn sich die Walzenkörpereinheiten hin- und herbewegen.

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6. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel eine zweite Reihe von linear beweglichen Walzenkörpereinheiten (38) aufweisen, die vom Zwischenteil (29) getragen werden und in Kontakt mit einer zweiten ausgesparten Bahn (36) angeordnet sind, die identisch zur ersten ist und vom Abtriebsteil (31) getragen wird, wobei die Walzenkörpereinheiten (38) in der genannten zweiten Reihe liaear in Zylindern in dem genannten Zwischenteil (29) dadurch verschoben werden können, dass pulsierend Hydraulikflüssigkeit von den erstgenannten Walzenkörpereinheiten (37) abgegeben wird.
7. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der pulsierenden Zuführung von Hydraulikflüssigkeit, die von jedem der vorgenannten Walzenkörpereinheiten (37) abgegeben wird, durch einen Kolben (44) gesteuert wird, der so angeordnet ist, dass das Volumen des Durchlasses gesteuert wird, in dem die Flüssigkeit fliesst.
8. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Position jeden Kolbens (44) und dementsprechend der Druck der pulsierenden Zuführung durch eine Steuereingabe von Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird.
9. Geschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Bremsmittel (40) vorgesehen sind, um zu bestimmten Zeiten den Zwischenteil (29) am rotieren zu hindern.

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