DE2415859A1

DE2415859A1 - Stufenloses getriebe mit last- und steuerkreis

Info

Publication number: DE2415859A1
Application number: DE2415859A
Authority: DE
Inventors: Hans Verwold
Original assignee: VERWOLD HANS GENANNT MILKMANN
Current assignee: VERWOLD HANS GENANNT MILKMANN
Priority date: 1974-04-02
Filing date: 1974-04-02
Publication date: 1975-10-09

Description

Stufenloses Getriebe mit Last- u.Steuerkreis.
In Fahrzeuge, Winden, Hebezeuge, Bau- und Werkzeug -und sonstige Maschinen werden Getriebe eingebaut, um das Drehmoment und die Drehzahl des Antriebsaggregates (Elektro-, Verbrennung-, Dampf-, Wind,-Wasserusw) dem Drehmoment - und Drehzahlbedarf des Abtriebes und damit den jeweiligen Anforderungen des Betriebes anpassen zu können.
Über eine Kupplung wird das Drehmoment des Antriebsaggregates, in der Folge als Motor bezeichnet, auf ein Getriebe übertragen, das die Übersetzung und damit die Drehzahl und das Drehmoment des Abtriebes ändert.
Nach Betätigung der Kupplung kann man durch einen oder mehrere Schalthebel die verschiedenen Gänge einrücken. Bei halb- und vollautomatischen Getrieben werden die einzelnen Stufen eines Planeten- oder synchronisierten Wechselgetriebes, die einer hydraulischen Kupplung oder einem hydraulischen Drehmomentenwandler nachgeschaltet sind, hydraulisch, elektrisch oder durch Vakuum automatisch geschaltet.
Bei Werkzeugmaschinen kann unter Verzicht auf eine Kupplung oft nur im Stillstand geschaltet werden.
In Fahrzeugen der Klein- und Mittelklasse ist z. Zeit ein vollautomatisches mechanisches Getriebe auf dem Markt, welches mittels 2 Keilriemen durch Verändern der Keilriemenscheibendurchmesser eine stufenlose Drehzahländerung bewirkt.
Dieser Keilriemenantrieb ist jedoch nicht für Schwerstantriebe geeignet, er wird für Notorleistungen bis ca.
60 PS eingesetzt. Nachfolgend wird ein stufenloses Getriebe beschrieben, das auch für dl Schwerstantriebe geeignet ist, durch geringen Kraftaufwand gesteuert wird und einen sehr günstigen Wirkungsgrad hat. Wegen des einfachen Aufbaues kann es kostengünstig hergestellt werden und ist wenig störanfällig. Das Problem der großen Wärmeentwicklung des Öles bei den hydraulischen Getrieben in den unteren Wandlungsbe reichen entfällt.
Stufenlose Getriebe mit Last- u. Steuerkreis Ein Antriebsaggregat, in der Folge als Motor be-2. 4' zeichnet treibt über eine Kupplung K Welle W1, über eine Gleichlaufeinrichtung Glyzin KFZ-Wechselgetrieben auch mit Synchronisiereinrichtung bezeichnet) Welle W2 an. Die Gleichlaufeinrichtung kann nur durchgeschaltet werden, wenn Gleichlauf, d.h. gleiche Drehzahlen zwischen Welle W1 u. Welle W2 herrschen. Welle W2 treibt über das Antriebskegelrad AK R den Tellerradkranz T R K, der fest mit dem Käfig K verbunden ist. Im Käfig K sind 2 Kegelräder KR und KR2 auf Achsen drehbar um sich selbst gelagert. Sie stehen im Eingriff mit 2 Tellerrädern TR1 und TR2, die auf je einer Welle drehbar im Käfig K gelagert sind.
TR1 hat Festsitz auf Abtriebswelle WAB.
Auf der Abtriebswelle WAB ist eine Bremsvorrichtung BR ange cht, die durch Federkraft arretiert,- durch Magnet, Druckluft, Drucköl Vakuum oder mechanisch gelöst wird.
TR2 hat Festsitz auf Regelwelle W Reg Regelelle WReg sitzt fest im außerhalb des Käfigs K gelegenen Schneckenrad SR, welches mit einer Schnecke 5 im Eingriff steht.
Die Zähne des Schneckenrades SR und die Steigung der Schnecke S d.h. der Eingriffswinkel der Zähne und des Schneckenganges sind so gewählt und ausgebildet, daß das Schneckenrad SR gerade noch £ehelmnt wird, d.h., daß das Sperrmoment der Schnecke S gerade noch gewährleistet ist.
Die Schnecke S wird durch einen Regelantrieb Reg A, ein stufenloses zu regelndes Antriebsaggregat angetrieben. Das Getriebe wird so in einen Steuerkreis und einen Lastkreis aufgeteilt.
Für den Regelantrieb Reg A eignet sich vorzugsweise z.B. ein Thyristorgesteuerter Gleichstrommtor, dessen Drehzahl vom Stillstand bis zur tIöchstdrehzahl in allen Bereichen verlustarm zu steuern ist. Je nach Bauart und Art des Einsatzes der Maschine ist auch ein Regelantrieb durch Drucköl, Druckluft, Vakuum oder sonstige Steuereinrichtungen möglich.
Der Energiebedarf für den Regelantrieb wird im Normalfall von der Motorleistung durch Generator, Kompressor, Vakuumerzeuger eventuell über Puffer- Akku, Druck- oder Vakuumbehälter - abgenommen. 13ei ortsfesten Maschinen ist auch eine Fremd ~energiequelle für den Regelantrieb RegA möglich.
Für den Regelantrieb ist nur ein geringer Kraftaufwand erforderlich, da die Schnecke S nur dem Stützdruck, dem Stützmoment des Schneckenrades SR mehr oder weniger nachzugeben braucht oder nur Reibungswiderstand zu überwinden hat.
Ein elektronisches Steuergerät bekommt als Information die Drehzahl der Welle des Antriebsmotors und die Drehzahl des Regelantriebes RegA. Diese Impulse werden zur Steuerung und Nachregulierung der Drehzahl des Regelantriebes verwendet, ebenso für das Lösen und Betätigen der Bremse BR von Abtriebswelle WAB und zur Freigabe der Betätigung der Kupplung K im zusammenwirken mit der Gleichlaufeinrichtung GL Als Beispiel wird nachfolgend die Wirkungsweise des stufenlosen Getriebes in Verbindung mit einem E-blotor Nenndrehzalil n = 1440 U/min. beschrieben.
Dieser Maschinensatz kann in einem K4ran, Winde, ebezug verwendet werden.
K Bei gelöster Kupplung und gelöster Gleichlaufeinrichtung GL, arretierter Bremse m an Welle WAB -Motor eingeschaltet, Hochlauf auf Nenndrehzahl 1440, Übersetzung ins Langsame 12:1 = 120 U/min auf der Antriebsseite der Kupplung K - Regelantrieb eingeschaltet Nenndrehzahl der Schnecke S 1200 U/min. - treibt Schneckenrad SR (24 Zähne) mit 50 U/min, dadurch Tellerrad TR2 ebenfalls 50 U/min. Regelantrieb RegA ist auf 1200 U/min einjustiert und wird vom elektronischen Steuergerät unter Berücksichtigung der Drehzahl der Welle des Antriebsmotors nachreguliert.
Da Welle WAB durch Bremse BR arretiert, macht Käfig K 25 U/min.
Der am Käfig sitzende Tellerradkranz TRK (48 Zähne) treibt Antriebskegelrad Al 10 Zähne und damit Welle W2 mit dem lastseitigen Teil der Gleichlaufeinrichtung mit einer Umdrehungszahl von 120 U/min. Es herrscht jetzt also Gleichlauf zwischen Welle Antricbsmotor und Welle IT2, die Kupplung K und die Gleichlaufeinrichtung GL werden vom Steuergerät zahl Einrücken freigegeben; ebenso ist die Arretierung der Bremse BR an der Abtriebswelle WAB entriegelt und zuni Lösen freigegeben. Kupplung und Gle ichlaufe inrichtung eingerückt, Bremse gelöst - Abtriebswelle bleibt stehen, sie ist bezüglich des Drehmomentes irn Gleichgewicht. Durch Verringern der Drehzahl des Regelantriebes wir im Getriebe-Steuerkreis die Umdrehungszahl des Schneckenrades SR und damit die des Tellerrades TR2 herabgesetzt, der Käfig K wird durch den Antriebsmotor weiterhin auf eine Drehzahl von 25 ü/min.
gehalten. Die Abtriebswelle WAB wird gedreht, je geringer die Drehzahl des Regelantriebes, desto schneller dreht sich die Abtriebswelle WA Wenn der Regleantrieb steht, macht Abtriebswelle 50 U/min-Da an einem Kran durch den Lasthaken (mit Ballstgewicht) ein Moment vorhanden ist, welches dem Moment des Anhebens entgegengesetzt ist, kann ohne die Drehrichtung des Antriebmotors zu rindern auch ein Serlken der Last erfolgen. Wenn der Regelantrieb über seine Nenndrehzahl hinaus hochgefahren wird und das Schneckenrad SR mit mehr als 5o U/min sich drehen Läst, - d.h. wenn dem Stützmoment des Schneckenrades mehr nachgegeben wird als zum Drehmomentenleichgewicht an der Welle WAB erforderlich ist-, wird die Last gesenkt.
Die Ilub- und Senkgeschwindigkeit kann im Übergang über den Stillstand stufenlos durch einen 1)rehzahlregler des Regelantriebes in einem Maße so fein reguliert werden, wie es sonst nur bei sehr aufwendigen Maschinensätzen z.B. Leonardschaltungen u.ä. möglich i 5 In Verbindung mit einer/elektronisch gesteuerten Kaftstoffeinspritzung eignet sich das stufenlose Getriebe mit Steuer- und Lastkreis auch für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Der Antriebsmotor wird auf eine seiner Konstruktion entsprechend günstige Drehzahl einreguliert, mit dem Steuerkreis, dem Regelantrieb kann die Geschwindigkeit des Fahrzcuges bestimmt werden, zusätzlich ist noch eine Änderung der Drehzahl durch Regulierung der Kraftstoffzufuhr durch Gaspedal möglich.
Der für die jeweils abzugebende Leistung erforder-Liche Kraftstoff wird durch das elektronische Steuergerät dosiert, Saugrohrdruck, Motordrehzahl uiid andere Impulsgeber wie Stellung des Drosselklappenschalters, Thermofühler, bei Ottomotoren Zündverteiler mit Auslösckontakten liefern die In-@ormationen für das Steuergerät, das Öffnungsdauer der Einspritzventile steuert.
Solche Einspritzanlagen sind in einigen Kfz-Typen von namhaften Herstellern (VW - Mercedes) seit Jahren mit besten Erfolg auf dem Markt.
Ihr Preis steht in einem vertretbaren Verhältnis zu den Vorteilen dieser Kraftstoffversorgungsart.
in den einzelnen Informationsquellen für das Steuergerät kommen bei Verwendung des stufenlosen Getriebes die Drehzahlüberwachung bezüglich des Glefthlaufs der Welle des Motors und Welle W2 und die Überwachung der Bremse auf der Abtriebswelle.
Wenn der Motor angelassen ist, einmal das stufenlose Getriebe eingekuppelt, vom Stillstand bis zur Höchstgeschwindigkeit bleiben Antrieb und Abtrieb kraftschlüssig miteinander verbunden.
Im Normalfall im günstigsten Drehzahlbereich betrieben ist bezüglich Drehmoment, Kraftstoffverbrauch, Lebensdauer, Abgaswerte der beste Kompromiß zu erreichen.
Für den Einbau in Raupen, Förderbänder, Winden alsO vorzüglich geeignet. Für einfache Maschinen kann auch auf die elektronische Überwachung der Drehzahl verzichtet werden und durch eine mechanis.che Vyrrichtung der Steuerungsvorgänge durch Hand erfolge + oder durch mechanische Automat@k

Claims

Ansprüche: Stufenloses Getriebe, dadurch gekennzeichnet, daß vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl bei eingerückt er Kupplung alle Zahnräder kraftschlüssig im Eingriff bleiben.
2.) Stufenloses Getriebe, nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe in einen "Steuerkreis" und einen "Lastkreis" aufgeteilt ist.
3.) StufenLoses Getriebe nach Anspruch 1 u. 2 dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerkreis durch einen Regelantrieb, der im Normalfall von der Motorleistung abgezweigt wird, dem Stützdruck des Schneckenrades Sgnachgegeben wird.
4.) Stufenloses Getriebe, nach Anspruch 1, 2 u. 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Hebebetrieb über den Stillstand hinaus ein Senken der Last erfolgen kann.

L e e r s e i t e