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Beschreibung zur PatentanmeldunR "Stufenloses Getriebe"
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Zielsetzung dieser Erfindung ist ein Getriebe, das eine stufenlose
Untersetzung bietet bei permanent vollem mechanischem Kraftschluß, aber auch Leerlauf
und Freilauf gewährleistet. Es soll damit bewirkt werden, daß bei jeder Leistungsanforderung
ein Motor im jeweils günstigsten Bereich gefahren werden kann.
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Erreicht wird diese Zielsetzung im Prinzip dadurch, daß die Drehbewegung
des Antriebs in beleibigem Anteil in Hubbewegung überführt wird, indem die Hubgeschwindigkeit
steuerbar ist. Dieses Konzept läßt sich nach folgenden Bauprinzipien realisieren:
Im Gehäuse -1- ist die Antriebsachse -2- gelagert, welche fest verbunden ist mit
der Nutentrommel -3- zylindrischer Form. Auf deren Mantel sind Nuten -4- etwa halbkreisförmigen
Querschnitts angebracht, welche zur Achse einen Winkel ungleich 90 Grad aufweisen.
Die Nuten sind gegeneinader versetzt, bei zwei Nuten z.B um 180 Grad. Jede Nut ist
Rollbahn für Kugeln -5-, die andrerseits in Hubkörpern -6- in etwa halbkugelförmigen
Lagern gelagert sind.
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Diese Hubkörper gleiten parallel zur Achse in entsprechenden Aussparungen
-7- einer Abtriebstrommei -8-, die ihrerseits mit der Abtriebsachse -9- fest verbunden
ist. Antrieb wie Abtrieb liegen auf einer Achse. Die Abtriebstrommel hat ebenfalls
prinzipiell zylindrische Form. An ihrem antriebsseitigen Ende ist in einer Bohrung
die Antriebstrommel eingelassen.
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Solange die Abtriebsachse blockiert ist (Leerlauf des Motors) wird
die Drehbewegung des Antriebs lediglich umgesetzt in Hubbewegungen der Hubkörper
durch die beidseitige Führung der Kugeln in den Nuten des Antriebs und in den Hubkörpern.
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Wird die Abtriebsachse frei gegeben, so wird die Drehbewegung des
Antriebs umgesetzt in Hub bewegungen der Hubkörper - wie vorstehend beschrieben
- aber die Hubkörper können jetzt auch im Drehsinn bewegt werden und vermitteln
diese Drehung über ihren Eingriff in die Abtriebstrommel an die Abtriebsachse.
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Die Abtriebsdrehzahl ist relativ zu Antrieb um so höher, je langsamer
die Hubbewegungen ausgeführt werden Kommen die Hubbewegungen zum Stillstand, so
wird die Drehzahl des Antriebs direkt auf den Abtreib übermittelt. Die Differenz
der Drehzahlen von Antrieb und Abtrieb ist also abhängig von der Freigabe, Verzögerung
oder Unterbindung der Hubbewegungen.
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Die Steuerung dieser Hubbewegungen kann auf vielfältige Weise erreicht
werden, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch. Eine Möglichkeit der hydraulischen
Steuerung ist im folgenden dargestellt: Die HubEiper tragen an einem Ende Kolben,
die Abtriebstrommel entsprechende Zylinderbohrungen.-l0-, Im Leerlauf wird die Hydraulikflüssigkeit
über einen gemeinsamen Ausgleichskanal -11- am Ende der Abtriebstrommel - praktisch
am Zylinderkopf -von einem Zylinder in den anderen geführt. Wird nun dieser Austauschfluß
behindert, so werden die Hubbewegungen verzögert.
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Dies kann erreicht werden durch einen Steuerring -12-, welcher in
axialer Richtung verschieblich ist und mehr oder weniger nahe an die Zylinderoberkante
herangeführt wird und so den Querschnitt des Ausgleichkanals verändert.
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Die Verschiebung des Steuerrings kann wiederum mechanisch, pneumatisch
oder hydraulisch erfolgen, z.B. wenn über die Steuerkanäle -13- mehr oder weniger
Hydraulikflüssigkeit in Zylinder und Ausgleichskanal gebracht wird.
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Liegt der Steuerring direkt auf der Zylinderoberkante auf, wird der
Austauschfluß ganz unterbunden, die Hubbewegungen gestoppt und damit die direkte
Übersetzung erreicht.
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Mit dieser Stellung wird im Schubbetrieb der Motor auch auf entsprechender
Drehzahl gehalten. Werden im Schubbetrieb aber die Hubbewegungen wieder frei gegeben,
so erreicht das Getriebe den Zustand des Freilaufs: der Abtrieb kann beliebig höhere
Drehzahl als der Antrieb erreichen.
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Die Zeichnungen zeigen schematisch das vorgenannte Bauprinzip, zahlreiche
konstruktive Ausführungen sind hierzu machbar.
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Abbildung 1 stellt einen Längsschnitt durch das Getriebe dar.
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Ersichtlich ist dabei links ein Hubkörper -6- im oberen, rechts im
unteren Totpunkt, beide geführt durch Kugeln -5-in der oberen Nut -4- der Nutentrommel
-3-. Mit der unteren versetzten Nut werden in diesem Beispiel zwei weitere Hubkörper
geführt, die sich dabei beide in mittlerer Hubstellung befinden. Damit ist jederzeit
ein voller Kraftschluß gegeben.
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Abbildung 2 zeigt einen Querschnitt im Bereich der Hubkörper mit der
Lagerung einer Kugel -5- im Hubkörper -6- und die Führung der Kugel in der Nut -4-.
Auch die prinzipielle Führung der Hubköper in der Abtriebstrommel -8- ist daraus
ersichtlich.
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Abblidung 3 zeigt einen Querschnitt im Bereich der Kolben -6-bzw.
der Zylinder -10-. Gegebenenfalls könnte auch auf die zylindrische Ausführung der
Kolben verzichtet werden und der normale Querschnitt der Hubkörper als Steuerpumpe
verwendet werden, wenn dabei ausreichend Dichtung erzielbar ist.
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Bei diesem Getriebe werden also die an sich ungünstigen Hubbewegungen
eingesetzt, hier allerdings mit Massekräften lediglich in axialer Richtung, die
auch nach außen vollkommen ausgeglichen werden können. Zudem können die bewegten
Massen hier sehr gering gehalten werden. Im Leerlauf werden Hubbewegungen nur entsprechend
der Minimaldrehzahl des Motors erforderlich. Schnelle Hubbewegungen sind bei starker
Untersetzung gegeben. Bei direkter Übersetzung entfallen sie ganz. Im Freilauf spielen
sie praktisch keine Rolle.
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Im übrigen geht durch die Hubbewegungen keine Kraft verloren: die
in Hub umgesetzte Kraft wirkt über die Hydraulikflüssigkeit im anderen Kolben wiederum
als treibende Kraft. Lediglich mechanische Reibung und innerhalb der Hydraulikflüssigkeit
geht verloren. Insgesamt wird die Reibung nicht größer sein als bei anderen Getrieben.
Es gibt nur Kraftübertragungen per Kugeln oder planer Flächen, gut geführt im Hydrauliköl
innerhalb des gesamten Getriebes.
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Das Bauprinzip läßt vielfältige Varianten zu, insbesondere was die
Steuerung der Hubverzögerung betrifft. Generell wird sich anbieten, diese Steuerung
in Abstimmung mit der Motorsteuerung vorzunehmen. Je nach zu übertragender Kraft
kann die Anzahl Nuten, Kugeln oder Hubkörper mehrfach ausgelegt werden. Das Getriebe
kann auch umgekehrt konstruiert werden, indem die Abtriebstrommel innerhalb der
Antriebstrommel angelegt wird. In jedem Fall wird das Getriebe aus relativ wenigen,
einfachen Bauelementen bestehen, insgesamt nur einen Durchmesser von 10 bis 15 cm
bei einer Länge von 20 bis 30 cm erfordern.
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Dieses Getriebe ist einerseits weich wie ein hydraulisches, hat aber
den vollen Kraftschluß wie ein mechanisches. Es arbeitet über den weiten Bereich
des Leerlaufs,stufenlos beliebiger Untersetzung, direkter Übersetzung und des Freilaufs.
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Es kann gegebenfalls sogar auf eine Ku,pplung verzichtet werden.
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Zeichnungen zur Patentanmeldung "Stufenloses Getriebe" Verzeichnis
der Bauelemente 1 Gehäuse 2 Antriebsachse 3 Nutentrommel 4 Nut 5 Kugel 6 Hubkörper
7 Aussparung für Hubkörper 8 Abtriebstrommel 9 Abtriebsachse 10 Zylinderbohrung
11 Ausgleichskanal 12 Steuerring 13 Steuerkanal
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