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Stufenloses Getriebe
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Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe, das beispielsweise
für den Antrieb von Fahrzeugen verwendet werden kann.
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Die bisher in Fahrzeugen verwendeten stufenlosen Getriebe, die über
Reibradpaarungen das Gesamtäbersetzungsverhältnis ändern, weisen nur bei verhältnismäßig
niedrigen Antriebsleistungen eine befriedigende Lebensdauer auf. Außerdem ist das
maximal übertragbare Drehmoment durch die übertragbare Haftreibung zwischen den
im Eingriff stehenden Reibelementen, die häufig als Reibradpaarungen oder über einen
Riemen in Reibschluß stehende Doppelkegel ausgebildet sind, begrenzt.
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Neben diesen stufenlosen Getrieben, deren Elemente im Reibschluß stehen,
sind hydraulische Getriebe bzw. Wandler bekannt, die auch für die Ubertragung von
hohen Leistungen geeignet sind.
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Hydraulische Wandler arbeiten jedoch nur in einem bestimmten Drehzahlbereich
mit befriedigendem Wirkungsgrad, weshalb bei Fahrzeugen diesen hydraulischen Wandlern
meist mehrstufige mechanische Getriebe nachgeschaltet werden, um den hydraulischen
Wandler, in dem großen, im Fahrbetrieb vorkommenden Drehzahlbereich mit gutem Wirkungsgrad
betreiben zu können.
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Für die Anwendung von stufenlosen Getrieben in Fahrzeugen ist es bei
höheren Fahrgeschwindigkeiten außerdem wünschenswert, nicht nur eine Abnahme des
Untersetzungsverhältnisses der Antriebsdrehzahl gegenüber der Abtriebsdrehzahl bis
zum Verhältnis 1 : 1 zu erreichen, sondern es kann auch ein Ubersetzungsverhältnis,
d. h. eine äber das Verhältnis 1 : 1 hinaus ansteigende Drehzahl der Abtriebswelle
gegenüber der Antriebswelle vorteilhaft sein.
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Die Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, ein stufenloses
Getriebe so weiterzubilden, daß auch bei sehr hohen Antriebsleistungen die Antriebsdrehzahl
gegenüber der Abtriebsdrehzahl sowohl unter- als auch übersetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebswelle
eines mechanischen Getriebes mit zwei Freiheitsgraden mit einem Käfig verbunden
ist, der Planetenräder trägt, die einerseits in ein mit der Abtriebswelle verbundenes
Zahnrad und andererseits in ein Hohlrad eingreifen, auf das beschleunigende oder
verzögernde Kräfte einwirken.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erlautet.
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Fig. 1 zeigt im Längsschnitt ein mechanisches Getriebe mit zwei Freiheitsgraden,
das als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist.
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Fig. 2 zeigt im Längs schnitt ein mechanisches Getriebe mit zwei Freiheitsgraden,
das als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist, und mit einem bydrodynamischen
Wandler verbunden ist.
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Fig. 3 zeigt die Außenansicht des hydrodynamischen Wandlers.
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Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch den hydrodynamischen Wandler.
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Fig. 5 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch den hydrodynamischen
Wandler.
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Fig. 6 zeigt im Längs schnitt ein mechanisches Getriebe mit zwei Freiheitsgraden,
das mit einer besonderen Ausfahrungsform eines hydrodynamischen Wandlers verbunden
ist.
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Fig. 7 zeigt im Längs schnitt ein mechanisches Getriebe mit zwei Freiheitsgraden,
das mit einer weiteren Ausfuhrungsform eines hydrodynamischen Wandlers verbunden
ist.
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Fig. 8 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform eines stufenlosen
Getriebes.
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Fig. 9 zeigt im Längsschnitt eine weitere Ausführungsform des stufenlosen
Getriebes, bei welchem das mechanische Getriebe mit zwei hydrodynamischen Wandlern
verbunden ist.
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Fig. 10 zeigt im Längsschnitt eine weitere ausführungsform des stufenlosen
Getriebes, bei dem eine weitere Ausführungsform des mechanischen Getriebes mit zwei
hydrodynamischen Wandlern verbunden ist.
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Fig. 11 zeigt im Längsschnitt eine weitere Busführungsform des mechanischen
Getriebes, das mit einem hydrodynamischen Wandler verbunden ist.
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Fig. 12 zeigt im Längs schnitt eine weitere Ausführungsform des stufenlosen
Getriebes, bei welchem zwei mechanische Getriebeeinheiten von einer gemeinsamen
Antriebswelle angetrieben werden.
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In Fig. 1 ist ein mechanisches Getriebe mit zwei Freiheitsgraden dargestellt,
das als Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet ist Die Antriebswelle A ist mit
einem Käfig 1 verbunden, in welchem innere Planetenräder 3 und äußere Planetenräder
2, die mit den inneren Planetenrädern 3 fest verbunden sind, drehbar gelagert sind.
Die inneren Plantenräder 3 stehen mit einem Zahnrad 5 im Eingriff, das mit der Abtriebswelle
B verbunden ist. Die äußeren Planetenräder 2 kämmen mit einem Hohlrad 4, das über
eine, auf der Antriebswelle A gelagerte Hohlwellemit einem Zahnrad R in Verbindung
steht, Das GesantübersetzungsverhEltnis dieses stufenlosen Getriebes wird einerseits
durch das Übersetzungsverhältnis der im Eingriff stehenden Zahnräder und andererseits
durch das Drehzahlverhältnis von Antriebswelle A und dem hier als Zahnrad ausgebildeten
Hohlrad 4 bestimmt.
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Das Drehzahlverhältnis von Antriebswelle A und Hohlrad 4 kann nach
einer bevorzugten Ausfhhrungsform - in A,b1iängieit von der an der Abtriebswelle
B abgefiihrten Leistung - durch einen hydrodynamischen, Wandlers der mit dem mechanisohea
Getriebe- wie in Fig. 2 dargestellt, verbunden ist, gesteuert werden. Bei dieser
Ausführungsform
des stufenlosen Getriebes ist die Antriebswelle A T des mechanischen Getriebes mit
dem Turbinenrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbunden. Die Antriebswelle
C des stufenlosen Getriebes steht mit dem Pumpenrad P des hydrodynamischen Wandlers
in Verbindung. Das Turbinenrad T des hydrodynamischen Wandlers steht mit der Antriebswelle
A des mechanischen Getriebes in Verbindung. Uber einen gehäusefesten Ringkanal a,
der am Außenumfang des Wandlergehäuses in Höhe des Pumpenrades, des Turbinenrades
oder auch zwischen beiden Rädern angebracht ist und über radiale Öffnungen mit dem
Wandlergehäuse in Verbindung steht, wird ein Teil der Wandlerflüssigkeit abgezweigt.
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An dem Ringkanal a radial angeordnete Leitungen b führen den abgezweigten
Teil der Wandlerflüssigkeit durch die Ein- und Auslaßöffnungen von radial, an dem
Hohlrad 4 angeordneten Schaufelkanälen S und über weitere, gehäusefeste Ringleitungen
a', die ebenso wie die gehäusefesten Leitungen b gegenüber den Schaufelkanälen S
beispielsweise durch Labyrinthdichtungen abgedichtet sind, über eine an der Seite
des Pumpenrades P angeordnete gehäusefeste Ringleitung a' zurück in das Wandlergehäuse.
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In Fig. 3 sind die am Umfang des Pumpenrades angebrachten Austrittsöffnungen
sichtbar, die mit der gehäusefesten Ringleitung a in Verbindung stehen.
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In Fig. 4 ist das Strömungsverhalten der Wandlerflässigkeit des hydrodynamischen
Wandlers dargestellt. Der Hauptstrom der Wandlerflüssigkeit verlauft von den Pumpenradkanälen
in Richtung der Durbinenradkanale. Der vom Pumpenrad abgezweigte Teilstrom der Wandlerflüssigkeit
verläuft radial nach außen in die Ringleitung a, bevor er in die Leitungen b eintritt.
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Fig. 5 zeigt die Druckverhältnisse in Pumpenrad, Turbinenrad und Ringkanal,
wenn sich Pumpen- und Turbinenrad mit der gleichen Drehzahl bewegen. In diesem Fall
sind die Vektoren des statischen Druckes radial nach außen gerichtet.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Busfuhrungsform des stufenlosen Getriebes,
wobei an dem Käfig 1 zwei Rohlräder 4 und 4' drehbar gelagert sind und mit den äußeren
Planetenrädern 2 kämmen.
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Am Umfang beider Hohlräder 4 und 4' sind Kanäle angeordnet, die bei
axialer tibereinstimmung der Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen ein axiäl ausgerichtetes
U bilden.
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Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des stufenlosen Getriebes,
bei welchem an dem von der Antriebswelle A angetriebenen Käfig 1 nur äußere Planetenräder
2 drehbar gelagert sind, die einerseits mit dem Hohlrad 4 und andererseits mit einem
Zahnrad 5 kämmen, das mit der Abtriebswelle B in Verbindung steht.
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Bei dieser Ausführungsform entfallen die inneren Planetenräder 3.
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Fig. 8 zeigt eine weitere Ausfiihrungsform des stufenlosen Getriebes,
bei welchem nur Stirnradsätze Verwendung finden. i4it der Antri-ebswelle A ist ein
Planetenträger 1' drehfest verbunden. An diesen sind drehfest verbundene Planetenradpaare
2' und 3' drehbar gelagert, wobei die Planetenräder 2' mit einem an dem Planetenträger
1' drehbar gelagerten Hohlrad 4' kämmen und die Planetenräder 3' mit einem mit der
Abtriebswelle B drehfest verbundenen Zahnrad 5' im Eingriff stehen Das Hohlrad 4'
kämmt mit seiner Innenverzahnung mit Zahnrädern 6', die am Gehäuse drehbar gelagert
sind und mit Steuerungseinrichtungen 7' in Verbindung stehen, die als Strömungsbremse
oder Wirbelstrombremse oder dergleichen ausgebildet sind.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des stufenlosen Getriebes,
bei der zwei hydrodynamische Wandler mit dem mechanischen Getriebe in Verbindung
stehen. Die Antriebswelle C ist mit dem Pumpenrad des Wandlers I verbunden. Das
Turbinenrad des Wandlers I steht mit der Antriebswelle A des mechanischen Getriebes
in Verbindung. Das Pumpenrad P des Wandlers I kämmt mit einem Zahnradpaar Z, das
am Gehäuse drehbar gelagert ist.
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Das Zahnradpaar Z kämmt außerdem mit dem Pumpenrad des Wandlers II.
Das Turbinenrad des Wandlers II steht mit am Gehäuse
drehbar gelagerten
Zahnrädern Zt in Eingriff, die ihrerseits mit dem Hohlrad 4 über dessen Innenverzahnung
6 kämmen. An des Planetenträger 1, der mit der Antriebswelle A drehfest verbunden
ist, sind Zahnradpaare mit den zueinander drehfest verbundenen Zahnrädern 2 und
3 drehbar gelagert, wobei die Zahnräder 2 mit dem Hohlrad 4 und die Zahnräder 3
mit dem Zahnrad 5 kämmen, das mit der Abtriebswelle 3 drehfest verbunden ist.
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Fig. 10 zeigt eine weitere AusfUhr'ingsform des stufenlosen Getriebes
mit zwei hydrodynamischen Wandlern, bei welchem die Antriebswelle C mit dem Pumpenrad
des Wandlers I verbunden ist.
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Die Antriebswelle A des mechanischen Getriebes steht einerseits mit
dem Turbinenrad des Wandlers I und andererseits mit dem Pumpenrad des Wandlers II
in Verbindung Die Wandler I und II können sowohl bei dieser als auch bei der in
Fig. 9 gezeigten Ausführungsform mit Leiträdern ausgestattet sein. Das Turbinenrad
des Wandlers II steht mit Zahnradpaaren Z' im Eingriff, die drehbar am Gehäuse gelagert
sind Die Zahnradpaare Z' kämmen mit der Innenverzahnung 6 des Hohlrades 4, das auf
dem Planetenträger 1 drehbar gelagert ist An dem Planetenträger 1, der mit der Antriebswelle
A verbunden ist, sind Zahnradpaare mit den miteinander drehfest verbundenen Zafrirädern
2 und 3 drehbar gelagert. Die Zahnräder 2 stehen mit dem Hohlrad 4 im Eingriff und
die Zahnräder 3 kämmen-mit einem Zahnrad 5, das mit der Abs triebswelle B verbunden
ist.
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Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des stufenlosen Getriebes,
bei welchem die Antriebswelle A mit einem Planetenträger 1 verbunden ist, an welchem
Zahnradpaare mit den zueinander drehfest verbundenen Zahnrädern 2 und 3 drehbar
gelagert sind. Die Zahnräder 2 kämmen mit einem Zahnrad 4, das auf einer, an der
Antriebswelle A gelagerten Hohlwelle 8 angebracht ist, die mit dem Turbinenrad des
Wandlers II in Verbindung steht.
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Fig. 12 zeigt eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform
des stufenlosen Getriebes, die sich beispielsweise für
eine stufenlose
Lenkung eines Raupenfahrzeugs eignet. Die über eine Kegelradpaarung angetriebene
Antriebswelle A steht mit zwei, an ihren Enden angebrachten Käfige 1 in Verbindung.
An den Käfige 1 sind Planetenradpaare mit den zueinander drehfest verbundenen Planetenrädern
2 und 3 drehbar gelagert. Die inneren Planetenräder 3 kämmen mit Zahnrädern 5, die
mit den Abtriebswellen B1 und B2 verbunden sind. Die äußeren Planetenräder 2 kämmen
mit an den Käfigen drehbar gelagerten Hohlrädern 4, die ihrerseits mit an der Antriebswelle
A konzentrisch gelagerten Kupplungselementen 9 im Eingriff stehen. Die Kupplungselemente
9 können axial an der Antriebswelle A verschoben werden.
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Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen des stufenlosen Getriebes
haben insbesondere den Vorteil, daß die übertragbare Leistung nach oben hin praktisch
nicht begrenzt ist, so daß diese auch in Schwerfahrzeugen, Eisenbahnen oder Schiffen
Verwendung finden können.
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Da die, das Uber- bzw. Untersetzungsverhältnis bestimmenden Wälzkreisdurchmesser
und Abstände der Zahnräder von ihren Drehachsen in weiten Grenzen variierbar sind,
kann das Getriebe konstruktiv praktisch jedem Bedarf angepaßt werden. Für den Einbau
des stufenlosen Getriebes in Last-und Zugfahrzeuge kann dieses so ausgelegt werden,
daß es auch bei höchster Motor-bzw. Turbinenraddrehzahl im Untersetzungsbereich
läuft. Andererseits kann es für den Einbau in schnellen Fahrzeugen so ausgelegt
werden, daß es nur im unteren Drehzahlbereich im Untersetzungsbereich läuft und
mit steigender Drehzahl in den tibersetzungsberei ch wechselt.