DE3531636A1

DE3531636A1 - Epicyclic mechanism as the as the basis for infinitely variable rotational speed/torque control

Info

Publication number: DE3531636A1
Application number: DE19853531636
Authority: DE
Inventors: Heinrich Kleff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1987-03-12

Abstract

Tests with models and recent findings have provided a new basis for the calculation of the circumferential forces and supporting forces in epicyclic mechanisms. This has made it possible to develop epicyclic-mechanism switching arrangements in which the web of the mechanisms has an indifferent state of equilibrium without additional support. By means of the contraconnection of the web forces present, these are compensated in such a way that there is an equilibrium of forces and moments. This makes possible an adjustment of the web without transmission losses and hence adjustment of the output speed and of the output torque. A controller is required for the adjustment of the web and this should require only as much energy as is necessary to overcome the bearing and gearwheel friction of the mechanism. If a speed slip of 3 % to 5 % is acceptable, it is also possible to take the control energy from the input; if the controller has a matched braking function, the mechanisms can be set automatically to the required output torque.

Description

Bisher wurden bei allen Umlaufgetrieben die Berechnungen für das Drehmoment an dem Steg (S) von der Standgetriebeübersetzung abgeleitet, ebenfalls die Stegdrehzahl ns.So far, the calculations for the torque on the web ( S ) have been derived from the stationary gear ratio for all epicyclic gearboxes, likewise the web speed ns .

Für die mögliche Stegdrehzahl ist diese Berechnungsgrundlage auch uneingeschränkt richtig, aber für die Berechnung des Stegmoments nur begrenzt anwendbar. Vor allem führt sie aber zu Fehlern bei der Berechnung der Umfangskraft an den Zahnrädern, wenn der Getriebeausgang festgestellt und der Steg (S) dreht.This calculation basis is also absolutely correct for the possible land speed, but can only be used to a limited extent for the calculation of the land torque. Above all, however, it leads to errors in the calculation of the circumferential force on the gears when the transmission output is determined and the web ( S ) rotates.

Sie führt auch zu Fehlern bei bestimmten Zusammenschaltungen der zwei Getriebesysteme eines Umlaufgetriebes, wenn bei drehendem Steg (S) unterschiedliche Bewegungsabläufe an den Zahnrädern vorhanden sind.It also leads to errors in certain interconnections of the two gear systems of an epicyclic gear when there are different movement sequences on the gears when the web ( S ) is rotating.

An Hand der nachfolgenden Überlegungen wurde eine Berechnungsgrundlage gefunden, die auch die vorgenannten Ausnahmen mit einbezieht. Based on the following considerations, a calculation basis was created found, which also includes the aforementioned exceptions.

Wenn man die zwei Systeme eines Umlaufgetriebes mittels eines gemeinsamen Stegs zusammenschaltet, hat man vier Schaltungsmöglichkeiten. Diese vier Schaltungsmöglichkeiten kann man als die vier Grundschaltungen bezeichnen, ganz unabhängig davon, wie und ob man stirnverzahnte oder innenverzahnte Zahnräder dafür verwendet.
Bei einem Dreiwellensystem ist es daher auch unerheblich, wieviel Zahnräder eingesetzt werden, es sind nur vier Grundschaltungen möglich. Zur besseren Übersicht kann man die Verhältnisse eines Dreiwellensystems mit einem Dreileiterstromkreis aus der Elektrotechnik vergleichen, die Kraftschlüsse eines Getriebesystems verhalten sich ähnlich wie die Ströme in einem Stromkreis.If you interconnect the two systems of an epicyclic gearbox by means of a common web, you have four switching options. These four circuit options can be called the four basic circuits, regardless of how and whether you use spur or internally toothed gears.
With a three-shaft system, it is therefore irrelevant how many gears are used; only four basic circuits are possible. For a better overview, you can compare the conditions of a three-shaft system with a three-wire circuit from electrical engineering, the frictional connections of a transmission system behave similarly to the currents in a circuit.

Schaltung 1, Fig. 1a: Die Spannungen der Stromquellen haben die gleiche Richtung, die gleich großen Ströme im Mittelleiter wirken entgegengesetzt und werden somit kompensiert, der Gesamtstrom im Mittelleiter ist gleich Null.Circuit 1, Fig. 1a: The voltages of the current sources have the same direction, the equally large currents in the center conductor act in opposite directions and are thus compensated for, the total current in the center conductor is zero.

Schaltung 2, Fig. 2a: Die Spannungen der Stromquellen sind entgegengesetzt gerichtet, die Ströme im Mittelleiter haben die gleiche Richtung und müssen daher addiert werden.Circuit 2, Fig. 2a: The voltages of the current sources are directed in opposite directions, the currents in the central conductor have the same direction and must therefore be added.

Schaltung 3, Fig. 3a: Die Spannungen der Stromquellen sind entgegengesetzt gerichtet, die Ströme im Mittelleiter haben die gleiche Richtung und müssen daher addiert werden.Circuit 3, Fig. 3a: The voltages of the current sources are directed in opposite directions, the currents in the central conductor have the same direction and must therefore be added.

Schaltung 4, Fig. 4a: Die Spannungen der Stromquellen haben die gleiche Richtung, die gleich großen Ströme im Mittelleiter wirken entgegengesetzt und werden somit kompensiert, der Gesamtstrom im Mittelleiter ist gleich Null.Circuit 4, Fig. 4a: The voltages of the current sources have the same direction, the equally large currents in the center conductor act in the opposite direction and are thus compensated for, the total current in the center conductor is zero.

Fig. 1, Schaltung 1: Das dargestellte Getriebe besteht aus dem Eingangszahnrad (1), dem Ausgangszahnrad (3), dem Planetenzahnrädern (2), (2′) sowie dem drehbar angeordneten Steg (S). Fig. 1, circuit 1: The transmission shown consists of the input gear ( 1 ), the output gear ( 3 ), the planet gears ( 2 ), ( 2 ' ) and the rotatably arranged web ( S ).

Die Zahnräder haben die gleiche Größe, somit ist das Übertragungsverhältnis von der Welle (1) zur Welle (2) = 1:1 und die Ausgangsdrehrichtung positiv.The gears are the same size, so the transmission ratio from shaft ( 1 ) to shaft ( 2 ) = 1: 1 and the output direction of rotation is positive.

Das Ausgangsdrehmoment an der Welle (3) muß dementsprechend negativ sein. Sind die Ein- und Ausgangsmomente gleich groß, müssen auch die zwei Momente an dem Steg (S) gleich groß und entgegengesetzt sein und werden somit kompensiert. Das wirksame Moment an dem Steg (S) ist gleich Null und daher innerhalb des Getriebes ein stabiler und an dem Ein- und Ausgangswellen ein indifferenter Gleichgewichtszustand (M 1 - M 3 = Ms 1 - Ms 3).The output torque on the shaft ( 3 ) must accordingly be negative. If the input and output torques are the same, the two moments on the web ( S ) must be the same and opposite and are therefore compensated. The effective moment on the web ( S ) is zero and therefore a stable state of equilibrium within the transmission and an indifferent state of equilibrium on the input and output shafts ( M 1 - M 3 = Ms 1 - Ms 3 ).

Die Übertragung der Energie kann auf zwei Wegen erfolgen: Der Steg (S) steht, die Zahnräder drehen sich, die Zahnräder stehen und der Steg (S) dreht.The transmission of energy can take place in two ways: the web ( S ) stands, the gears rotate, the gears stand and the web ( S ) rotates.

Fig. 2, Schaltung 2: Das dargestellte Getriebe, Fig. 2, ist bis auf die Zahnräder (3) und (2′), die mit einer Kette miteinander in Verbindung sind, identisch. Bedingt durch die Kettenverbindung ist die Ausgangsdrehrichtung an der Welle (3) negativ, somit müssen die gleich großen Ein- und Ausgangsmomente an den Welle (1) und (3) positiv sein. Bei dem vorhandenen Übertragungsverhältnis 1:1 sind die wirksamen Momente an dem Steg (S) gleich groß und gleich gerichtet, so daß an dem Steg (S) das zweifache Moment wirksam ist (M 1 + M 2 = Ms 1 + Ms 3.) Für eine Energieübertragung von der Welle (1) zur Welle (3) ist an dem Steg (S) ein negatives Stützmoment, zweimal so groß wie das Eigangsmoment, erforderlich. Fig. 2, circuit 2: The transmission shown, Fig. 2, is identical except for the gears ( 3 ) and ( 2 ' ), which are connected to each other with a chain. Due to the chain connection, the output direction of rotation on shaft ( 3 ) is negative, so the equally large input and output torques on shaft ( 1 ) and ( 3 ) must be positive. With the existing transmission ratio 1: 1, the effective moments on the web ( S ) are of the same size and direction, so that twice the torque is effective on the web ( S ) ( M 1 + M 2 = Ms 1 + Ms 3. ) For energy transmission from the shaft ( 1 ) to the shaft ( 3 ), a negative supporting torque, twice as large as the initial torque, is required on the web ( S ).

Fig. 3, Schaltung 3: An Hand der Fig. 3 ist ein Getriebe dargestellt, das im Gegensatz zu den vorhergegangenen Figuren zwei Planetensätze hat, die im Mittelpunkt direkt miteinander kämmen. Die erste Stufe der Stufenplaneten (2) und (4) haben die gleiche Größe wie die Sonnenräder (1) und (3). Die zweite Stufe der Stufenplaneten (2′) und (4′) haben gegeneinander die gleiche Größe. Fig. 3, circuit 3: On the basis of Fig. 3, a transmission is shown which, in contrast to the previous figures, has two planetary gears that mesh directly with each other in the center. The first stage of the planet stages ( 2 ) and ( 4 ) have the same size as the sun gears ( 1 ) and ( 3 ). The second stage of the planet stages ( 2 ' ) and ( 4' ) have the same size against each other.

Das Übertragungsverhältnis von der Welle (1) zur Welle (3) ist 1:1, die Ausgangsdrehrichtung negativ, somit müssen die gleich großen Ein- und Ausgangsmomente positiv sein. An dem Steg (S) sind somit zwei gleich große Momente in der Richtung des Antriebs wirksam (M 1 + M 3 = Ms 1 + Ms 2.) Bei einer Energieübertragung von der Welle (1) zur Welle (3) ist an dem Steg (S) ein negatives Stützmoment, zweimal so groß wie das Eingangsmoment, erforderlich.The transmission ratio from shaft ( 1 ) to shaft ( 3 ) is 1: 1, the output direction of rotation is negative, so the equally large input and output torques must be positive. Two equal moments in the direction of the drive are thus effective on the web ( S ) ( M 1 + M 3 = Ms 1 + Ms 2. ) In the case of energy transmission from the shaft ( 1 ) to the shaft ( 3 ), there is at the web ( S ) a negative support torque, twice the input torque, is required.

Fig. 4, Schaltung 4: Die Fig. 4 ist mit der Fig. 3, mit der Ausnahme der Kettenverbindung zwischen den Zahnrädern (3) und (4), identisch. Das Übertragungsverhältnis ist ebenfalls 1:1, die Ausgangsdrehrichtung aber positiv. Bei gleich großen Ein- und Ausgangsmomenten, sind auch die zwei entgegengesetzt gerichteten Kräfte an dem Steg (S) gleich groß, so daß sie kompensiert sind. Der Steg (S) benötigt für eine Energieübertragung von der Welle (1) zur Welle (3) kein zusätzliches Stützmoment. Die Übertragung kann auf zwei Wegen erfolgen: Der Steg (S) verbleibt in seiner Ruhelage, die Zahnräder drehen, oder die Zahnräder verbleiben in ihrer Ruhelage und der Steg (S) dreht. Fig. 4, circuit 4: Fig. 4 is identical to Fig. 3, with the exception of the chain connection between the gears ( 3 ) and ( 4 ). The transmission ratio is also 1: 1, but the output direction of rotation is positive. If the input and output torques are the same, the two oppositely directed forces on the web ( S ) are the same, so that they are compensated. The web ( S ) does not require any additional support torque for energy transmission from the shaft ( 1 ) to the shaft ( 3 ). The transmission can take place in two ways: the web ( S ) remains in its rest position, the gears rotate, or the gears remain in their rest position and the web ( S ) rotates.

Die Aufteilung der Dreiwellenumlaufgetriebe, in vier mögliche Schaltgruppen, ist eine notwendige Voraussetzung für die weitere Betrachtung und Berechnung von Umlaufgetrieben. Umlaufgetriebe der Schaltgruppe 4 nehmen eine Sonderstellung ein, ihre Funktion eröffnet dem Getriebebau völlig neue Perspektiven. Ohne eine differenzierte Einzelbetrachtung der Funktionen der Zahnräder und des Stegs, ist die Gesamtfunktion der Umlaufgetriebe Schaltgruppe 4 nicht zu erfassen. Getriebe dieser Art sind ein klassisches Beispiel für ein scheinbar einfaches System, das jedoch viele komplizierte physikalische Funktionen beinhaltet. Es ist daher auch nicht möglich, mit derbisher üblichen Berechnungsmethode für Umlaufgetriebe, ein Getriebe der Schaltgruppe 4 zu berechnen. Die nachfolgende Beschreibung soll als Einführung für eine differenzierte Betrachtung und Berechnung von Umlaufgetrieben dienen.The division of the three-shaft epicyclic gear into four possible shift groups, is a necessary prerequisite for further consideration and Calculation of epicyclic gears. Take epicyclic gearbox of gear group 4 a special position, their function completely opens up gearbox construction new perspectives. Without a differentiated individual consideration of the functions the gears and the bridge, is the overall function of the epicyclic gear Vector group 4 not to be recorded. Gears of this type are one classic example of an apparently simple system, but many involves complicated physical functions. It is therefore not possible with the usual calculation method for epicyclic gears, to calculate a transmission of shift group 4. The following description is intended as an introduction to a differentiated consideration and calculation of epicyclic gears.

Als Beispiel für eine differenzierte Betrachtung soll zunächst das Umlaufgetriebe, Fig. 5, dienen.The epicyclic gear, FIG. 5, should first serve as an example for a differentiated consideration.

Das Sonnenrad (1) hat einen Radius von 1 cm, das Sonnenrad (3) einen Radius von 1,5 cm, das Planetenrad (2) einen Radius von 2 cm und das Planetenrad (2′) einen Radius von 1,5 cm. An der Eingangswelle (1) und an der Ausgangswelle (3) sowie an dem Steg (S) befindet sich jeweils eine Seiltrommel mit einem Radius von 3 cm. Die an den Seiltrommeln befestigten Seile, mit den angehängten Gewichten, erzeugen an der Welle (1) und an dem Steg (S) ein positives Drehmoment und an der Welle (3) ein negatives Drehmoment.The sun gear ( 1 ) has a radius of 1 cm, the sun gear ( 3 ) has a radius of 1.5 cm, the planet gear ( 2 ) has a radius of 2 cm and the planet gear ( 2 ' ) has a radius of 1.5 cm. There is a cable drum with a radius of 3 cm on the input shaft ( 1 ) and on the output shaft ( 3 ) and on the web ( S ). The cables attached to the cable drums, with the weights attached, generate a positive torque on the shaft ( 1 ) and on the web ( S ) and a negative torque on the shaft ( 3 ).

Das Übertragungsverhältnis The transfer ratio

An der Seiltrommel (1) ist ein Gewicht von 1 kp, an der Seiltrommel Steg (S) ein Gewicht von 1 kp und an der Seiltrommel (3) ein Gewicht von 2 kp wirksam. A weight of 1 kp is effective on the rope drum ( 1 ), a weight of 1 kp on the rope drum web ( S ) and a weight of 2 kp on the rope drum ( 3 ).

Entsprechend der Momentenvergleichung - Summe aller Momente gleich Null -, muß an dem Getriebe ein Gleichgewichtszustand vorhanden sein, das an Hand der Fig. 5 dargestellte Getriebe befindet sich im Ruhezustand. Diese Darstellung ist jedoch sehr irreführend, an dem Getriebe ist nur ein labiler Gleichgewichtszustand vorhanden, daß bedeutet, es kann kein Ruhezustand vorhanden sein. Nur wenn ein indifferenter Gleichgewichtszustand gegeben ist, befindet sich das Getriebe im Ruhezustand. Bei einem Dreiwellensystem ist für einen indifferenten Gleichgewichtszustand ein zusätzliches Stütz- oder Stabilisierungsmoment erforderlich.According to the torque comparison - sum of all moments equal to zero - an equilibrium state must be present on the transmission, the transmission shown in FIG. 5 is in the idle state. However, this representation is very misleading, there is only an unstable equilibrium state on the transmission, which means that there can be no idle state. The gearbox is at rest only when there is an indifferent equilibrium. In a three-shaft system, an additional supporting or stabilizing moment is required for an indifferent equilibrium state.

Bei dem gegebenen Gleichgewichtsverhältnis kann das erforderliche Stützmoment sehr klein sein. Vielfach wird die Meinung vertreten, daß solch ein Stützmoment ein örtlich festangeordnetes Stützmoment sein muß, welches das Getriebe an dem Steg (S), der Eingangswelle (1) oder der Ausgangswelle (3) abstützt. Man kann aber auch mit der gleichen Stützkraft das Getriebe zwischen den Zahnrädern und dem Steg (S) abstützen, so daß eine Energieübertragung wie bei einer starren Welle möglich ist. Eine Abstützung dieser Art erscheint zunächst sinnlos, zeigt aber, daß ein Stützmoment nicht unbedingt örtlich feststehend angeordnet sein muß.Given the equilibrium ratio, the required support torque can be very small. In many cases, the opinion is held that such a supporting torque must be a locally fixed supporting torque which supports the transmission on the web ( S ), the input shaft ( 1 ) or the output shaft ( 3 ). But you can also support the gear between the gears and the web ( S ) with the same supporting force, so that an energy transfer is possible as with a rigid shaft. Support of this type initially appears to be pointless, but shows that a supporting moment does not necessarily have to be arranged in a fixed location.

An Hand dieser Überlegung kommt man zu der Feststellung: Eine Energieübertragung mittels eines Umlaufgetriebes ist nur möglich, wenn das Getriebe ein zusätzliches Stützmoment hat und somit ein indifferenter Gleichgewichtszustand vorhanden ist. Ferner, daß von der Welle (1) zur Welle (3) zwei Übertragungsmöglichkeiten vorhanden sind, wenn der Steg (S) ein zusätzliches Stützmoment hat, über die Zahnräder, und wenn das Stützmoment zwischen Steg (S) und den Zahnrädern gegeben ist, indem das Getriebe wie eine starre Welle dreht.On the basis of this consideration, the following conclusion is reached: Energy transmission by means of an epicyclic gear is only possible if the gear has an additional support torque and thus an indifferent equilibrium state is present. Furthermore, that from the shaft ( 1 ) to the shaft ( 3 ) there are two transmission possibilities if the web ( S ) has an additional support torque, via the gears, and if the support torque between the web ( S ) and the gears is given by the gearbox rotates like a rigid shaft.

Wird das Stützmoment an der Welle (3) angeordnet, kann die Energieentnahme an dem Steg (S) erfolgen. Ist bei einem Dreiwellenumlaufgetriebe ein Momentengleichgewicht gegeben, Summe aller Momente gleich Null, so wird die Funktion des Getriebes durch die Anordnung des zusätzlichen Stützmoments festgelegt.If the support torque is arranged on the shaft ( 3 ), the energy can be extracted from the web ( S ). If a three-shaft epicyclic gearbox is balanced, the sum of all moments is zero, the function of the gearbox is determined by the arrangement of the additional support torque.

Berechnungsbeispiel - Fig. 5:
geg.: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 Umdrehung
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2′ = 1,5 cm, r 3 = 1,5 cm
ges.: z, M 3, Ms, n 3, ns, F 1, F 2, F 2′, F 3 Calculation example - Fig. 5:
opp .: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 turn
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2 ′ = 1.5 cm, r 3 = 1.5 cm
tot .: z, M 3 , Ms , n 3 , ns , F 1 , F 2 , F 2 ′ , F 3

Die Kräfteverhältnisse an den Eingriffen der Zahnräder sind, auch bei einem drehenden Steg (S), gleich den Kräfteverhältnissen eines Standgetriebes. M 3 = M 1 + Ms The force relationships at the meshes of the gears, even with a rotating web ( S ), are equal to the force relationships of a stationary gear. M 3 = M 1 + Ms

Bisher hat man diese Kräfteverhältnisse als allgemein gültige Regel für alle Dreiwellenumlaufgetriebe angenommen, ebenso die Berechnungsmethode, die zu diesem Ergebnis führt.So far, this balance of power has been a generally applicable rule for all three-shaft epicyclic gearboxes accepted, as well as the calculation method, which leads to this result.

Daß die vorgenannte Regel aber nicht als eine allgemein gültige Berechnungsgrundlage anwendbar ist, beweist die Betrachtung des Umlaufgetriebes, Fig. 6 und 7.The observation of the epicyclic gear, FIGS. 6 and 7, proves that the aforementioned rule cannot be used as a generally applicable calculation basis.

Das Umlaufgetriebe, Fig. 6 und 7, ist mit dem Umlaufgetriebe, Fig. 5, identisch. Nur, daß jetzt die Ausgangsenergie nicht zwischen einem örtlich feststehenden Punkt und dem Getriebe entnommen wird, sondern zwischen der Welle (3) und dem Steg (S) des Getriebes. Dadurch erhält das gleiche Umlaufgetriebe vollkommen andere Funktionen, so daß auch eine völlig andere Betrachtung des Umlaufgetriebes erforderlich ist.The epicyclic gear, Fig. 6 and 7, is identical to the epicyclic gear, Fig. 5. Only that the output energy is now not drawn between a locally fixed point and the gearbox, but between the shaft ( 3 ) and the web ( S ) of the gearbox. This gives the same epicyclic gear completely different functions, so that a completely different view of the epicyclic gear is required.

Die Fig. 6 zeigt das Umlaufgetriebe, mit einem zwischen der Welle (3) und dem Steg (S) angeordneten Bremsgenerator, der die Eingangsenergie aufnehmen soll, der Steg (S) ist festgestellt, die Welle (3) kann drehen. An der Welle (3) ist über die Zahnräder das Moment M 3 = M 1 · z = 3 cm kp · 2 = 6 cm kp wirksam. Fig. 6 shows the epicyclic gear, with a brake generator arranged between the shaft ( 3 ) and the web ( S ), which is to absorb the input energy, the web ( S ) is fixed, the shaft ( 3 ) can rotate. The moment M 3 = M 1 · z = 3 cm kp · 2 = 6 cm kp is effective on the shaft ( 3 ) via the gears.

Dann muß das Gegenmoment an dem Steg (S), entgegengesetzt zur Drehrichtung der Welle (3), ebenfalls 6 cm kp sein. An dem Steg (S) sind zwei Momente wirksam, einmal das Moment M 1 in der Antriebsrichtung und einmal das Moment M 3 entgegen der Antriebsrichtung.Then the counter moment on the web ( S ), opposite to the direction of rotation of the shaft ( 3 ), must also be 6 cm kp. Two moments are effective on the web ( S ), one moment M 1 in the drive direction and one moment M 3 against the drive direction.

Wirksam ist das Differenzmoment M 3 - M 1 = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp, oder M 1 · (z-1) = 3 cm kp · (2-1) = 3 cm kp entgegengesetzt zur Antriebsrichtung. An dem Steg (S) ist also ein zusätzliches äußeres Gegenmoment von 3 cm kp , entgegengesetzt zur Antriebsrichtung, erforderlich. Jetzt ist die Summe der äußeren Momente M 1 - Ms = 3 cm kp - 3 cm kp = 0 und die Summe der inneren Momente MG 1 - MG 2 = 6 cm kp - 6 cm kp = 0 The differential torque M 3 - M 1 = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp is effective, or M 1 · ( z -1) = 3 cm kp · (2-1) = 3 cm kp opposite to the drive direction. An additional external counter moment of 3 cm kp, opposite to the drive direction, is therefore required on the web ( S ). Now the sum of the external moments M 1 - Ms = 3 cm kp - 3 cm kp = 0 and the sum of the internal moments MG 1 - MG 2 = 6 cm kp - 6 cm kp = 0

Vergleicht man die Funktionen der Fig. 5 mit den Funktionen der Fig. 6, so stellt man fest: Die Umfangskräfte F an den Zahnrädern sind gleich, das zusätzliche äußere Gegenmoment an dem Steg (S) ebenfalls, aber entgegengesetzt gerichtet und das äußere Gegenmoment an der Welle (3) entfällt.If one compares the functions of FIG. 5 with the functions of FIG. 6, one finds that the circumferential forces F on the gearwheels are the same, the additional external counter-torque on the web ( S ) is also, but oppositely directed, and the external counter-torque is on the shaft ( 3 ) is omitted.

Bei der Fig. 7 ist die Welle (3) festgestellt, der Steg (S) soll eine Drehbewegung ausführen. In Fig. 7 the shaft ( 3 ) is determined, the web ( S ) is to perform a rotary movement.

An dem Bremsgenerator ist über dem Steg (S) ein Moment von 3 cm kp entgegengesetzt zur Antriebsrichtung gegeben. Das Gegenmoment an der Welle (3) über die Zahnräder ist aber M 3 = M 1 · z = 3 cm kp · 2 = 6 cm kp. Damit ein Momentengleichgewicht an dem Generator gegeben ist, muß ein äußeres Gegenmoment, entgegengesetzt zur Antriebsrichtung an der Welle (3), in der Größe der Momentendifferenz M 3 - Ms = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp, vorhanden sein. The brake generator has a torque of 3 cm kp opposite the drive direction above the web ( S ). The counter torque on the shaft ( 3 ) via the gears is M 3 = M 1 · z = 3 cm kp · 2 = 6 cm kp. So that there is a torque equilibrium on the generator, there must be an external counter torque, opposite to the drive direction on the shaft ( 3 ), in the size of the torque difference M 3 - Ms = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp.

Die Summe der äußeren Momente ist gleich M 3 - M 1 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0 und die Summe der inneren Momente MG 1 - MG 2 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 Umdr. · ω
NG = Ms · ns · ω = 3 cm kp · 1 Umdr. · ω The sum of the external moments is equal to M 3 - M 1 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0 and the sum of the internal moments MG 1 - MG 2 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 revolution · ω
NG = Ms · ns · ω = 3 cm kp · 1 turn · ω

Besonders interessant sind bei dieser Umlaufgetriebeschaltung die Umfangskräfte F an den Zahnrädern. Die Getriebeschaltung, Fig. 7, unterscheidet sich von den Getriebeschaltungen, Fig. 5 und Fig. 6, dadurch, daß an dem Steg (S) kein zusätzliches äußeres Gegenmoment vorhanden ist. Während bei den Getrieben, Fig. 5 und 6, jeweils ein äußeres Moment auf den Steg (S) einwirkt, ist bei dem Getriebe, Fig. 7, nur das Antriebsmoment als äußeres Moment an der Welle (1) wirksam. Folglich kann auch das feststehende Moment an der Welle (3) entsprechend kleiner sein. Daraus kann man schließen, daß auch die Umfangskräfte an den Zahnrädern kleiner sein müssen. Eine Berechnung der Umfangskraft an den Zahnrädern läßt sich nun nicht, wie allgemein gehandhabt, durchführen, sie führt zu falschen Ergebnissen. In diesem Fall muß auch der Bewegungsablauf der Zahnräder und die Drehzahl der Zahnräder berücksichtigt werden. Zum Vergleich wieder das Getriebe, Fig. 6: Bei einem festgestellten Steg (S) haben alle Zahnräder den gleichen Bewegungsablauf, nämlich eine reine Drehbewegung und nur eine Funktion.The peripheral forces F on the gears are particularly interesting in this epicyclic gearshift. The transmission circuit, Fig. 7, differs from the transmission circuits, Fig. 5 and Fig. 6, characterized in that no additional outer counter-torque is provided at the web (S). While in the gearboxes, FIGS. 5 and 6, an external torque acts on the web ( S ), in the gearbox, FIG. 7, only the drive torque is effective as an external torque on the shaft ( 1 ). Consequently, the fixed moment on the shaft ( 3 ) can also be correspondingly smaller. From this it can be concluded that the circumferential forces on the gears must also be smaller. A calculation of the circumferential force on the gear wheels cannot now be carried out, as is generally done, it leads to incorrect results. In this case, the movement of the gears and the speed of the gears must also be taken into account. For comparison again, the gear, Fig. 6: With a fixed web ( S ), all gears have the same sequence of movements, namely a pure rotary movement and only one function.

Zahnräder können bei einem Umlaufgetriebe aber zwei unterschiedliche Funktionen haben, bei einer festen Achse eine Drehbewegung, und bei einer beweglichen Achse eine Abrollbewegung als zweite Funktion. (Anhang: Bewegungsablauf und Funktionsänderung umlaufender Räder.)Gears can be two different in a planetary gear Functions have a rotary motion with a fixed axis, and with a rolling motion as a second function of a movable axis. (Appendix: Sequence of motion and change in function of rotating wheels.)

Ist der Steg (S) drehbar wie bei dem Getriebe, Fig. 7, so führt nur das Zahnrad (1) eine Drehbewegung aus, das Zahnrad (3) steht fest, die Zahnräder (2) und (2′) haben eine Abrollbewegung.Is the web ( S ) rotatable as in the transmission, Fig. 7, only the gear ( 1 ) performs a rotary movement, the gear ( 3 ) is fixed, the gears ( 2 ) and ( 2 ' ) have a rolling movement.

Die wirksame Umfangskraft F an den abrollenden Zahnrädern The effective circumferential force F on the rolling gears

Das Meßpotential für die reale Drehzahl der Zahnräder (2, 2′) ist, bei festgestelltem Steg (S) sowie bei einem drehenden Steg (S), der Steg (S). Dadurch ist die reale Drehzahl der Planetenzahnräder (2, 2′) die Differenzdrehzahl zwischen dem Steg (S) und den Planetenzahnrädern (2, 2′). Die Zahnräder (3) und (2′) sind gleich groß, somit ist die reale Drehzahl der Planetenzahnräder gleich der Stegdrehzahl eine Umdrehung. The measurement potential for the real speed of the gears ( 2, 2 ' ) is, with the web ( S ) and with a rotating web ( S ), the web ( S ). As a result, the real speed of the planetary gears ( 2, 2 ' ) is the differential speed between the web ( S ) and the planetary gears ( 2, 2' ). The gears ( 3 ) and ( 2 ' ) are the same size, so the real speed of the planetary gears is equal to the land speed one revolution.

Die Umfangskraft The circumference

Das Zahnrad 1 führt eine reine Drehbewegung aus, somit ist The gear 1 performs a pure rotary movement, so is

Betrachtet man die Umfangskraft an dem Zahnrad (1) und die Umfangskraft an dem Planetenrad, so sind an dem Eingriff der Zahnräder zwei unterschiedliche Umfangskräfte vorhanden. Diese Besonderheit ist auf die geänderte Funktion an dem Planetenrad (2) zurückzuführen, durch die Abrollbewegung muß das Planetenrad einen größeren Weg zurücklegen. Ein Teil der anstehenden Umfangskraft, an dem Zahnrad (1), wird für die Beschleunigung der Planetenräder (2, 2′) in Geschwindigkeit umgesetzt.If one considers the circumferential force on the gearwheel ( 1 ) and the circumferential force on the planet gear, two different circumferential forces are present on the engagement of the gearwheels. This peculiarity is due to the changed function on the planet gear ( 2 ), the rolling motion of the planet gear must travel a greater distance. Part of the circumferential force at the gear ( 1 ) is converted into speed for the acceleration of the planet gears ( 2, 2 ' ).

Die Überlegungen an Hand des Getriebes, Fig. 7, führen dazu, die einzelnen Funktionen des Getriebes differenzierter zu betrachten. Zunächst das Stegmoment Ms, man kann es direkt berechnen: Ms = M 1 · (z - 1); gleichbedeutend ist Ms = M 1 - M 3 und beweist, daß an dem Steg (S) zwei Momente wirksam sind, ein Moment in der gleichen Größe wie das Antriebsmoment in der Richtung des Antriebs, und ein Gegenmoment in der Größe des Abtriebsmoments an der Welle (3) entgegengesetzt zur Antriebsrichtung. Das Differenzmoment aus Antriebs- und Abtriebsmoment ist das wirksame Moment an dem Steg (S). Ist das Abtriebsmoment M 3 größer als das Antriebsmoment M 1, ist die Drehrichtung des Stegs (S) entgegengesetzt zur Antriebsrichtung. Umgekehrt, ist das Antriebsmoment M 1 größer als das Abtriebsmoment M 3, ist die Drehrichtung des Stegs (S) gleich der Antriebsrichtung. The considerations on the basis of the transmission, FIG. 7, lead to a more differentiated view of the individual functions of the transmission. First the web moment Ms , it can be calculated directly: Ms = M 1 · ( z - 1); synonymous Ms = M 1 - M 3 and proves that two moments are effective on the web ( S ), a moment of the same magnitude as the drive torque in the direction of the drive, and a counter torque in the size of the output torque on the shaft ( 3 ) opposite to the drive direction. The differential torque from the input and output torque is the effective torque on the web ( S ). If the output torque M 3 is greater than the drive torque M 1 , the direction of rotation of the web ( S ) is opposite to the drive direction. Conversely, if the drive torque M 1 is greater than the output torque M 3 , the direction of rotation of the web ( S ) is equal to the drive direction.

Wenn kein äußeres Gegenmoment an dem Steg (S) vorhanden ist, muß die Abrollbewegung der Planetenräder bei der Berechnung der Umfangskräfte F an den Zahnrädern berücksichtigt werden. Man kann dann mit einem Umlauffaktor rechnen. If there is no external counter torque on the web ( S ), the rolling motion of the planet gears must be taken into account when calculating the circumferential forces F on the gears. You can then count on a circulation factor.

Der Umlauffaktor Uf kann aus dem Verhältnis ermittelt werden, in diesem Fall The circulation factor Uf can be calculated from the ratio be determined in this case

Mittels des Umlauffaktors Uf kann man die Umfangskräfte F an den Planetenzahnrädern und das Moment M 3 an der feststehenden Welle (3) direkt berechnen.The circumferential forces F on the planetary gears and the moment M 3 on the fixed shaft ( 3 ) can be calculated directly using the rotation factor Uf .

Berechnungsbeispiel, Fig. 7 :
geg.: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 Umdr., Uf = 0,5
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2′ = 1,5 cm, r 3 = 1,5 cm
ges.: z, M 3, Ms, ns, F 1, F 2, F 2′, F 3 Calculation example, Fig. 7:
opp .: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 turn, Uf = 0.5
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2 ′ = 1.5 cm, r 3 = 1.5 cm
tot .: z, M 3 , Ms, ns, F 1 , F 2 , F 2 ′ , F 3

Die Summe der äußeren Momente:
M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0The sum of the external moments:
M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

Die Summe der inneren Momente:
MG 1 - MG 2 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 Umdr. · ω
NG = Ms · ns · ω = 3 cm kp · 1 Umdr. · ω The sum of the inner moments:
MG 1 - MG 2 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 revolution · ω
NG = Ms · ns · ω = 3 cm kp · 1 turn · ω

Die vorangegangenen Überlegungen führen zu der logischen Schlußfolgerung: Wird die zu übertragende Energie bei einem Umlaufgetriebe zwischen dem Steg (S) und einem ortsfesten Stützpunkt abgeführt, so sind die Umfangskräfte F an den Planetenzahnrädern und das Stützmoment an der Welle (3) gleich den Kräften und den Momenten eines Standgetriebes. The foregoing considerations lead to the logical conclusion: If the energy to be transmitted in a planetary gear is dissipated between the web ( S ) and a fixed base, the circumferential forces F on the planetary gears and the support torque on the shaft ( 3 ) are equal to the forces and the moments of a stationary gear.

Erfolgt aber die Energieentnahme zwischen dem Steg (S) und der Welle (3), ist kein äußeres Gegenmoment an dem Steg (S) vorhanden, somit entfällt auch die Rückwirkung des äußeren Gegenmoments an den Planetenzahnrädern und der Welle (3). In diesem Fall, und bei Getrieben der Schaltgruppe 4, können die Umfangskräfte an den Planetenzahnrädern und das Gegenmoment nur nach der vorher beschriebenen differenzierten Methode berechnet werden.However, if the energy is drawn between the web ( S ) and the shaft ( 3 ), there is no external counter-torque on the web ( S ), so the reaction of the external counter-torque on the planetary gears and the shaft ( 3 ) is also eliminated. In this case, and in the case of transmissions in group 4, the circumferential forces on the planetary gears and the counter torque can only be calculated using the differentiated method described above.

Fig. 3, Schaltung 3: Fig. 3, circuit 3:

Für die weiterführenden Überlegungen ist eine differenzierte Betrachtung des Getriebes, Fig. 3, unumgänglich. Die äußeren Momente an dem Getriebe kann man durchaus noch nach der bekannten Berechnungsmethode berechnen. Das gilt aber nicht für eine genaue Berechnung der Umfangskraft an den Planetenzahnrädern.For the further considerations, a differentiated view of the transmission, Fig. 3, is essential. The external moments on the gearbox can still be calculated using the known calculation method. However, this does not apply to a precise calculation of the peripheral force on the planet gears.

Zunächst der Aufbau des Getriebes, Fig. 3, Schaltung 3.First, the structure of the transmission, Fig. 3, circuit 3.

Der Steg (S) ist drehbar in den fest angeordneten Lagern gelagert. In der Hohlwelle des Stegs (S) ist die Welle (1) drehbar gelagert und mit dem Sonnenrad (1) fest verbunden. Auf der oberen Stegwelle ist der Planetensatz (2, 2′) drehbar gelagert, wobei das Planetenrad (2) mit dem Sonnenrad (1) im Eingriff ist. Der Planetensatz (4, 4′) ist auf der zweiten Stegwelle gelagert und das Planetenrad (4) mit dem Sonnenrad (3) im Eingriff. Die Welle (3) ist in der zweiten Hohlwelle des Stegs (S) drehbar gelagert und mit dem Sonnenrad (3) fest verbunden. Im Mittelpunkt des Getriebes sind die Planetenräder (2′) und (4′) miteinander im Eingriff. An den beiden Wellen und an dem Steg (S) ist jeweils eine Seiltrommel befestigt. Mittels eines aufgespulten Seils ist an der Seiltrommel (1) das Gewicht 1 kp, an der Seiltrommel (3) das Gewicht 1 kp und an der Seiltrommel (S) das Gewicht 2 kp entgegengesetzt wirksam.
Der Radius der Seiltrommeln = r seil. = 3 cm,
der Radius des Stegs (S) rs = 3 cm,
der Radius der Zahnräder r 1 = 1,5 cm, r 2 = 1,5 cm, r 2′ = 3 cm, r 4′ = 3 cm, r 4 = 1,5 cm und r 3 = 1,5 cmThe web ( S ) is rotatably mounted in the fixed bearings. The shaft ( 1 ) is rotatably mounted in the hollow shaft of the web ( S ) and is firmly connected to the sun gear ( 1 ). On the upper web shaft, the planetary gear set ( 2, 2 ' ) is rotatably mounted, the planet gear ( 2 ) being in engagement with the sun gear ( 1 ). The planetary gear set ( 4, 4 ' ) is mounted on the second web shaft and the planet gear ( 4 ) engages with the sun gear ( 3 ). The shaft ( 3 ) is rotatably mounted in the second hollow shaft of the web ( S ) and firmly connected to the sun gear ( 3 ). At the center of the transmission, the planet gears ( 2 ' ) and ( 4' ) are in engagement with each other. A cable drum is attached to each of the two shafts and to the web ( S ). By means of a spooled rope, the weight 1 kp is effective on the rope drum ( 1 ), the weight 1 kp on the rope drum ( 3 ) and the weight 2 kp on the rope drum ( S ).
The radius of the rope drums = r rope. = 3 cm,
the radius of the web ( S ) rs = 3 cm,
the radius of the gears r 1 = 1.5 cm, r 2 = 1.5 cm, r 2 ′ = 3 cm, r 4 ′ = 3 cm, r 4 = 1.5 cm and r 3 = 1.5 cm

Das Übertragungsverhältnis The transfer ratio

Das Getriebe, Fig. 3, ist besonders dadurch interessant, weil die Planetenzahnräder drei unterschiedliche Funktionen haben können. Bei einem feststehenden Steg (S) eine reine Drehbewegung und bei einem drehenden Steg (S) eine Abrollbewegung, oder die Planetenzahnräder behalten ihre Lage bei, indem der Steg (S) eine Drehbewegung gegenüber den Planetenzahnrädern ausführt.The transmission, Fig. 3, is particularly interesting because the planet gears can have three different functions. In the case of a fixed web ( S ), a pure rotary movement and in the case of a rotating web ( S ), a rolling movement, or the planetary gears maintain their position in that the web ( S ) executes a rotational movement with respect to the planetary gears.

Für die weiteren Betrachtungen soll die Ausgangswelle (3) des Getriebes festgestellt und der Steg (S) drehbar sein. An der Welle (1) ist ein Antriebsmoment M 1 von 3 cm kp wirksam, mit einer Drehzahl eine Umdrehung. Das Sonnenrad (1) führt eine reine Drehbewegung aus, somit ist die Umfangskraft For further considerations, the output shaft ( 3 ) of the gearbox should be fixed and the web ( S ) should be rotatable. A drive torque M 1 of 3 cm kp is effective on the shaft ( 1 ), at one speed, one revolution. The sun gear ( 1 ) performs a pure rotary movement, so the circumferential force

Der Planetensatz (2, 2′) hat keine Drehbewegung, sondern der Steg (S) eine Drehbewegung 0,5 Umdrehung gegenüber dem Planetensatz (2, 2′), dabei kann das Sonnenrad (1) auf dem Planetenrad (2) abrollen. The planetary gear set ( 2, 2 ' ) has no rotary motion, but the web ( S ) has a rotary motion of 0.5 revolution with respect to the planetary gear set ( 2, 2' ), the sun gear ( 1 ) can roll on the planet gear ( 2 ).

Der Planetensatz (4, 4′) hat eine Abrollbewegung, das Planetenrad (4′) muß auf dem Planetenrad (2′) und das Planetenrad (4) auf dem feststehenden Sonnenrad (3) abrollen.The planetary gear set ( 4, 4 ' ) has a rolling motion, the planet gear ( 4' ) must roll on the planet gear ( 2 ' ) and the planet gear ( 4 ) on the fixed sun gear ( 3 ).

Dabei ist die reale Drehzahl des Planetensatzes (4, 4′) gleich der Stegdrehzahl 0,5 Umdrehung F 4′ = F 2′ = 2 kp The real speed of the planetary gear set ( 4, 4 ' ) is equal to the land speed 0.5 revolution F 4' = F 2 ' = 2 kp

Das Planetenrad (4) muß auf dem Sonnenrad (3) abrollen, somit wird dort die Kraft F 3 = F 4 · Uf = 4 kp · 0,5 = 2 kp übertragen. The planet gear ( 4 ) must roll on the sun gear ( 3 ), so that the force F 3 = F 4 · Uf = 4 kp · 0.5 = 2 kp is transmitted there.

Das Eingangsmoment M 1 ist direkt an dem Steg (S) wirksam, ebenso das Moment M 3 in der gleichen Richtung, somit ist das StegmomentThe input torque M 1 is effective directly on the web ( S ), as is the torque M 3 in the same direction, so the web torque is

Ms = M 1 + M 3 = 3 cm kp + 3 cm kp = 6 cm kp Ms = M 1 + M 3 = 3 cm kp + 3 cm kp = 6 cm kp

Die Summe aller Momente
Ms - M 1 - M 3 = 6 cm kp - 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 Umdr. · ω
Ns = Ms · ns · ω = 6 cm kp · 0,5 Umdr. · ω The sum of all moments
Ms - M 1 - M 3 = 6 cm kp - 3 cm kp - 3 cm kp = 0
N 1 = M 1 · n 1 · ω = 3 cm kp · 1 revolution · ω
Ns = Ms · ns · ω = 6 cm kp · 0.5 rev. · Ω

Wird die Welle (3) angetrieben und die Welle (1) festgestellt, erfolgt an den Planetensätzen ein Funktionswechsel, der Planetensatz (2, 2′) hat dann die Funktion des Planetensatzes (4, 4′) und der Planetensatz (4, 4′) die Funktion des Planetensatzes (2, 2′).If the shaft ( 3 ) is driven and the shaft ( 1 ) is locked, a change of function takes place on the planetary gear sets, the planetary gear set ( 2, 2 ' ) then has the function of the planetary gear set ( 4, 4' ) and the planetary gear set ( 4, 4 ' ) the function of the planetary set ( 2, 2 ' ).

Fig. 4, Schaltung 4: FIG. 4, circuit 4:

Das Getriebe, Fig. 4, ist bis auf die Kettenverbindung zwischen dem Planetenrad (4) und dem Sonnenrad (3) identisch. Dadurch ist die Drehrichtung der Ausgangswelle (3) gleich der Eingangswelle (1) und das Gegenmoment an der Welle (3) entgegengesetzt zum Eingangsmoment an der Welle (1). Der Radius des Zahnrads (4) ist 1 cm und der Radius des Sonnenrads (3) ebenfalls 1 cm, das Übertragungsverhältnis z bleibt = 1The transmission, Fig. 4, is identical except for the chain connection between the planet gear ( 4 ) and the sun gear ( 3 ). As a result, the direction of rotation of the output shaft ( 3 ) is equal to the input shaft ( 1 ) and the counter torque on the shaft ( 3 ) is opposite to the input torque on the shaft ( 1 ). The radius of the gear ( 4 ) is 1 cm and the radius of the sun gear ( 3 ) is also 1 cm, the transmission ratio z remains = 1

Berechnungsbeispiel:
geg.: M 1 = 3 cm kp n 1 = 1 Umdr.
r 1 = 1,5 cm, r 2 = 1,5 cm, r 2′ = 3 cm, r 4′ = 3 cm, r 4 = 1 cm, r 3 = 1 cm
ges.: M 3, Ms, n 3 Ms = Das direkt an dem Steg (S) wirksame Moment M 1minus dem über die Zahnräder wirksamen Moment M 3. Ms = M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0Calculation example:
opp .: M 1 = 3 cm kp n 1 = 1 turn
r 1 = 1.5 cm, r 2 = 1.5 cm, r 2 ′ = 3 cm, r 4 ′ = 3 cm, r 4 = 1 cm, r 3 = 1 cm
total: M 3 , Ms, n 3 Ms = The moment M 1 acting directly on the web ( S ) minus the moment M 3 acting via the gear wheels. Ms = M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

Die Summe der inneren Stegmomente:
Ms direkt - Ms gegen. = 3 cm kp - 3 cm kp = 0The sum of the internal web moments:
Ms direct - Ms against. = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

Gegenüber der Fig. 3, Schaltung 3, ist bei dem Getriebe, Fig. 4, Schaltung 4, an dem Steg (S) ein Momentengleichgewicht vorhanden. Daher kann man sehr leicht zu dem Schluß kommen: Das Getriebe, Fig. 4, Schaltung 4, hat die gleiche Funktion wie das Getriebe, Fig. 1, Schaltung 1, und das Getriebe, Fig. 3, Schaltung 3, die gleiche Funktion wie das Getriebe, Fig. 2, Schaltung 2.Compared to FIG. 3, circuit 3, the transmission, FIG. 4, circuit 4, has a torque balance on the web ( S ). It is therefore very easy to come to the conclusion that the transmission, FIG. 4, circuit 4, has the same function as the transmission, FIG. 1, circuit 1, and the transmission, FIG. 3, circuit 3, has the same function as the transmission, Fig. 2, circuit 2.

Das ist jedoch ein grober Trugschluß, betrachtet man die Funktion der Planetensätze, so wird ein großer Unterschied deutlich.However, this is a rough fallacy, considering the function of the Planetary sets, so a big difference becomes clear.

Bei dem Getriebe, Fig. 3, Schaltung 3, können die zwei Planetensätze drei unterschiedliche Funktionen haben.In the transmission, Fig. 3, circuit 3, the two planetary gear sets can have three different functions.

Steht der Steg (S) fest, eine reine Drehbewegung, und bei einem drehenden Steg (S) eine Abrollbewegung, oder die Planetenzahnräder behalten ihre Lage bei, indem der Steg (S) gegenüber den Planetenzahnrädern eine Drehbewegung ausführt.If the web ( S ) is fixed, a pure rotary movement, and in the case of a rotating web ( S ) a rolling movement, or the planetary gears maintain their position by the web ( S ) rotating relative to the planetary gears.

Vergleicht man jetzt damit das Getriebe, Fig. 4, Schaltung 4, so kann man feststellen: Mit der Kettenverbindung zwischen den Zahnrädern (4) und (3) ist nicht nur eine Drehrichtungs- und Momentenänderung vorhanden, sondern auch eine sehr wichtige Funktionsänderung an den Planetensätzen des Getriebes.If you now compare the gearbox, Fig. 4, circuit 4, you can see: With the chain connection between the gears ( 4 ) and ( 3 ) there is not only a change in direction of rotation and torque, but also a very important change in function Planetary gear sets.

Rein konstruktionsbedingt, haben die Planetensätze jweils nur noch zwei Funktionen. Der Planetensatz (2, 2′) hat bei einem stehenden Steg (S) eine reine Drehbewegung, ebenfalls der Planetensatz (4, 4′). Bei einem drehenden Steg (S), kann der Planetensatz (2, 2′) nur noch eine Abrollbewegung ausführen und der Planetensatz (4, 4′) nur noch die Funktion, daß er seine Lage beibehält, indem der Steg (S) eine Drehbewegung gegenüber dem Planetensatz (4, 4′) hat.The design of the planetary sets only has two functions. The planetary gear set ( 2, 2 ' ) has a pure rotary movement when the web ( S ) is stationary, likewise the planetary gear set ( 4, 4' ). With a rotating web ( S ), the planetary gear set ( 2, 2 ' ) can only perform a rolling motion and the planetary gear set ( 4, 4' ) only has the function that it maintains its position by the web ( S ) rotating motion compared to the planetary gear set ( 4, 4 ' ).

Das bedeutet: Die Umfangskraft an den Planetenzahnrädern (4) und (4′) bleibt gleich groß, ob der Planetensatz eine reine Drehbewegung hat, oder der Steg (S) hat eine Drehbewegung gegenüber dem Planetensatz (4, 4′), die Abrollfunktion ist konstruktionsbedingt nicht mehr gegeben.That means: The circumferential force on the planetary gears ( 4 ) and ( 4 ' ) remains the same whether the planetary gear set has a pure rotary motion, or the web ( S ) has a rotary motion relative to the planetary gear set ( 4, 4' ), which is the rolling function due to construction no longer exist.

An dem Planetensatz (2, 2′) können zwei unterschiedliche Umfangskräfte vorhanden sein. Führen die Zahnräder eine reine Drehbewegung aus, ist die Umfangskraft an dem Zahnrad (2) On the planetary gear set ( 2, 2 ' ) there may be two different circumferential forces. If the gears perform a pure rotary movement, the circumferential force on the gear ( 2 )

Soll jedoch der Steg (S) eine Drehbewegung ausführen, bei einem Antrieb von der Welle (1), kann das nur erfolgen, wenn der Planetensatz (2, 2′) eine Abrollbewegung ausführt, dann ist However, if the web ( S ) is to perform a rotary movement, in the case of a drive from the shaft ( 1 ), this can only take place if the planetary gear set ( 2, 2 ' ) executes a rolling movement

An Hand des Getriebes, Fig. 8, Schaltung 4, soll die Gesamtfunktion des Getriebes noch weiter verdeutlich werden.On hand of the transmission, Fig. 8, circuit 4, the overall function of the transmission will be further clarified.

Das Getriebe, Fig. 8, ist mit dem Getriebe, Fig. 4, bis auf den Größenunterschied an den Zahnrädern (1) und (2) identisch. Das Zahnrad (1) hat einen Radius von 1 cm und das Zahnrad (2) einen Radius von 2 cm. Der Antrieb soll an der Welle (1) erfolgen, die Welle (3) ist festgestellt, der Steg (S) kann in diesem Fall nur entgegengesetzt zum Antrieb drehen. Das direkt wirksame Moment an dem Steg (S) ist gleich dem Antriebsmoment M 1, und das über die Zahnräder erzeugte Gegenmoment, auf der anderen Seite des Stegs (S), gleich dem Moment M 3. The gear, Fig. 8, is identical to the gear, Fig. 4, except for the size difference on the gears ( 1 ) and ( 2 ). The gear ( 1 ) has a radius of 1 cm and the gear ( 2 ) has a radius of 2 cm. The drive should take place on the shaft ( 1 ), the shaft ( 3 ) is locked, in this case the web ( S ) can only turn in the opposite direction to the drive. The directly effective torque on the web ( S ) is equal to the drive torque M 1 , and the counter torque generated via the gearwheels on the other side of the web ( S ) is equal to the torque M 3 .

Die Summe der äußeren Momente
M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0The sum of the external moments
M 1 - M 3 = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

Die Summe der Stegmomente
Ms direkt - Ms gegen = 3 cm kp - 3 cm kp = 0The sum of the web moments
Ms direct - Ms against = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

An dem Steg (S) ist ein Gleichgewichtszustand, der aber in diesem Fall darauf beruht, daß der Planetensatz (2, 2′) konstruktionsbedingt nur noch zwei Funktionen hat, bei einem drehbaren Steg (S) nur die Abrollfunktion. Ein Funktionswechsel in der Abhängigkeit von der Antriebsseite, wie bei dem Getriebe, Fig. 3, kann bei den Getrieben, Fig. 4 und 8, nicht stattfinden. Eine Ausgleichsdrehbewegung des Stegs (S) kann nur entgegengesetzt zur Welle (1) erfolgen.At the web ( S ) is a state of equilibrium, but in this case is based on the fact that the planetary gear set ( 2, 2 ' ) has only two functions due to the design, with a rotatable web ( S ) only the rolling function. A change in function depending on the drive side, as in the case of the transmission, FIG. 3, cannot take place in the case of the transmissions, FIGS. 4 and 8. A compensating rotary movement of the web ( S ) can only take place opposite to the shaft ( 1 ).

Für die weiteren Überlegung soll der Steg (S) festgestellt, und die Welle (3) frei drehbar sein. Ms müßte jetzt = M 3 - M 1 sein,
Ms = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp.For further consideration, the web ( S ) should be fixed and the shaft ( 3 ) should be freely rotatable. Ms should now be = M 3 - M 1 ,
Ms = 6 cm kp - 3 cm kp = 3 cm kp.

Das ist aber nicht der Fall, denn sobald der Steg (S) eine Drehbewegung ausführen will, ist das mit einer Änderung der Funktion und dadurch mit einer Änderung der Umfangskraft F an den Planetenrädern (2, 2′) verbunden, während die Umfangskraft an dem Planetensatz (4, 4′) gleichbleibend ist. Sobald der Steg (S) eine Drehbewegung versucht, stellt sich der vorher beschriebene Gleichgewichtszustand, Ms direkt - Ms gegen = 0, an dem Steg (S) ein. An dem Steg (S) kann sich kein Drehmoment aufbauen, weil der Planetensatz (2, 2′) ständig zwischen der Funktion eines drehenden Zahnrades und der Funktion eines abrollenden Zahnrades pendelt. Zusätzlich durch die Massenkräfte des Stegs und der Zahnräder stabilisiert, verbleibt der Steg (S) in seiner Ruhelage. Daraus ist zu ersehen, daß man bei dem Getriebe, Fig. 8, Schaltung 4, keine Energie an dem Steg (S) entnehmen kann.But this is not the case, because as soon as the web ( S ) wants to perform a rotary movement, this is associated with a change in function and thereby with a change in the peripheral force F on the planet gears ( 2, 2 ' ), while the peripheral force on the Planetary set ( 4, 4 ' ) is constant. As soon as the web ( S ) tries to rotate, the previously described state of equilibrium, Ms direct - Ms against = 0, occurs on the web ( S ). No torque can build up on the web ( S ) because the planetary gear set ( 2, 2 ' ) constantly oscillates between the function of a rotating gear and the function of a rolling gear. Additionally stabilized by the inertial forces of the web and the gear wheels, the web ( S ) remains in its rest position. It can be seen from this that no energy can be taken from the web ( S ) in the gear, Fig. 8, circuit 4.

Die Gesamtfunktion des Umlaufgetriebes, Fig. 8, Schaltung 4, ist eine völlig neue Funktion für ein Umlaufgetriebe und eröffnet dem Getriebebau einige neue Möglichkeiten.The overall function of the epicyclic gear, FIG. 8, circuit 4, is a completely new function for an epicyclic gear and opens up a number of new possibilities for gear construction.

Rein physikalisch gesehen, kann man die Funktion des Getriebes mit der Funktion eines steuerbaren Halbleiters (Transistor) vergleichen. Dadurch, daß sich an dem Steg (S) kein Drehmoment einstellen kann, ist es möglich, mit einer geringen Energie, die nur in der Größenordnung der Lager- und Zahnradreibung sein muß, den Steg (S) zu verstellen.From a purely physical point of view, the function of the transmission can be compared to the function of a controllable semiconductor (transistor). Characterized that can not set a torque at the web (S), it is possible, with a low energy, which need only be in the order of the bearing and gear friction to move the web (S).

Eine Energieübertragung von der Welle (1) zur Welle (3) kann erfolgen, indem das Getriebe wie eine durchgehende Welle dreht. Wird dabei der Steg (S) mittels einer kleinen zusätzlichen Energiezuführung fortlaufend, entgegengesetzt zur Welle (1), verstellt, muß die Ausgangsdrehzahl an der Welle (3) kleiner, und das Ausgangsdrehmoment entsprechend größer werden. Der Regelbereich des Getriebes reicht vom Verhältnis 1:1 bis zum Verhältnis 1:0.Energy can be transferred from the shaft ( 1 ) to the shaft ( 3 ) by turning the gearbox like a continuous shaft. If the web ( S ) is continuously adjusted by means of a small additional energy supply, opposite to the shaft ( 1 ), the output speed on the shaft ( 3 ) must be lower and the output torque correspondingly larger. The control range of the gearbox ranges from the ratio 1: 1 to the ratio 1: 0.

Das funktionsabhängige Momentengleichgewicht an dem Steg (S) ist aber auch abhängig von der Größendifferenz an den Zahnrädern (1) und (2), und nur bei dem Größenverhältnis 1:2 gegeben. Bleibt das Größenverhältnis kleiner als 1:2, zum Beispiel, 1:1,5 , ist an dem Steg (S) auch kein wirksames Drehmoment vorhanden, aber zur Verstellung des Stegs (S) eine größere Energiezuführung erforderlich.The function-dependent equilibrium of moments on the web ( S ) is, however, also dependent on the size difference on the gears ( 1 ) and ( 2 ), and is only given with the size ratio 1: 2. If the size ratio remains less than 1: 2, for example 1: 1.5, there is also no effective torque on the web ( S ), but a larger energy supply is required to adjust the web ( S ).

Überschreitet man das Größenverhältnis von 1:2, zum Beispiel, 1:2,1, muß sich an dem Steg (S) ein kleines Drehmoment einstellen, so daß man eine geringe Energie der Antriebsenergie entnehmen kann. Diese Energie kann man als Regelenergie nutzen, indem man den Steg (S) mittels einer Bremsfunktion steuert. Das Getriebe kann sich dann selbsttätig auf das erforderliche Drehmoment an der Ausgangswelle einstellen. Allerdings hat dann das Getriebe einen Drehzahlschlupf, die Ausgangsdrehzahl muß kleiner als die Eingangsdrehzahl bleiben.If you exceed the size ratio of 1: 2, for example, 1: 2.1, a small torque must be set on the web ( S ) so that a low energy can be derived from the drive energy. This energy can be used as control energy by controlling the web ( S ) using a braking function. The gearbox can then automatically adjust itself to the required torque on the output shaft. However, the gearbox then has a speed slip, the output speed must remain lower than the input speed.

Vergleicht man das Getriebe mit einem Hebelsystem als physikalische Grundlage, so muß ein verstellbares Hebelsystem drei Teile haben: Einen Hebel, einen verstellbaren Stützpunkt und eine Basis, wobei der Stützpunkt zwischen der Basis und dem Hebel verstellbar angeordnet sein muß. Meistens unterliegt man der Vorstellung, daß die Basis eines Hebelsystems ortsfest angeordnet ist. Das ist aber nicht immer der Fall, betrachtet man, zum Beispiel, ein Automobil mit Frontantrieb.If you compare the gearbox with a lever system as the physical basis, an adjustable lever system must have three parts: a lever, an adjustable base and a base, the base must be arranged adjustable between the base and the lever. Most of the time, one is subject to the idea that the basis of a lever system is stationary. But that's not always the case, if you look at for example, a front-wheel drive automobile.

Der Motor und das Stufengetriebe bilden einen Block mit einer Achse, an welcher zwei Räder befestigt sind, die auf einer Straße als Basis stehen. Erzeugt der Motor über das Getriebe an den Rädern ein Drehmoment, rollen nicht die Räder auf der Straße, sondern der Motor führt eine Drehbewegung aus. Das kann man verhindern, indem der Motor mit einem Chassis verbunden wird, das noch eine zweite Achse mit zwei Rädern hat. Der Motor kann, bedingt durch das Gegengewicht Chassis, keine Drehbewegung mehr ausführen, das Chassis rollt auf der Straße. Das verstellbare Stufengetriebe zwischen Motor und Antriebsräder hat als Basis das bewegliche Chassis.The motor and the stepped transmission form a block with one axis which are attached to two wheels that stand on a street as a base. If the motor generates a torque via the gear on the wheels, roll not the wheels on the street, but the motor rotates out. You can prevent this by connecting the motor to a chassis that still has a second axle with two wheels. The engine can due to the counterweight chassis, no longer perform a rotary movement, the chassis rolls on the road. The adjustable step transmission between The motor and drive wheels are based on the movable chassis.

Ob nun das Chassis, als Basis für das Getriebe, steht oder auf der Straße rollt, für den Stützpunkt des Getriebes bedeutet es, daß keine Funktionsänderung eingetreten ist.Whether the chassis, as the basis for the transmission, is standing or on the road rolls, for the base of the gearbox it means that no change in function has occurred.

Das Umlaufgetriebe, Fig. 8, Schaltung 4, hat ebenfalls keine ortsfeste Basis, weil das ganze Getriebesystem wie eine Welle drehen kann. Als Basis für den verstellbaren Stützpunkt dient der Planetensatz (4, 4′), die Umfangskraft an den Zahnrädern bleibt erhalten, ob die Zahnräder eine Drehbewegung oder der Steg (S) eine Drehbewegung gegenüber den Zahnrädern hat. Bezüglich der Umfangskraft an den Zahnrädern erfolgt keine Funktionsänderung, weil die Abrollfunktion für den Planetensatz (4, 4′) konstruktiv gesperrt ist. Der Planetensatz (2, 2′) stellt für das Getriebe den verstellbaren Stützpunkt dar. Dadurch, daß der Planetensatz (2, 2′) auf dem Planetensatz (4, 4′) als Basis abrollt, erfolgt eine Verstellung des Stützpunktes des Getriebes. Entsprechend wird der zurückgelegte Weg der Ausgangswelle gegenüber der Eingangswelle kleiner.The epicyclic gear, Fig. 8, circuit 4, also has no fixed base, because the whole gear system can rotate like a shaft. The planetary gear set ( 4, 4 ' ) serves as the basis for the adjustable base, the circumferential force on the gears is retained, whether the gears have a rotational movement or the web ( S ) has a rotational movement with respect to the gears. With regard to the circumferential force on the gears, there is no change in function because the roll-off function for the planetary gear set ( 4, 4 ' ) is structurally blocked. The planetary gear set ( 2, 2 ' ) represents the adjustable base for the transmission. Because the planetary gear set ( 2, 2' ) rolls on the planetary gear set ( 4, 4 ' ) as a base, the base of the gear unit is adjusted. The distance covered by the output shaft is correspondingly smaller compared to the input shaft.

Die Gesamtfunktion des vorher beschriebenen Umlaufgetriebes besteht aus einer Summe vieler Einzelfunktionen, so daß diese etwas weitschweifige Beschreibung unerläßlich ist.The overall function of the epicyclic gearbox described above consists of a sum of many individual functions, so that this is somewhat extensive Description is essential.

Die Grundlage für die Gesamtfunktion des Getriebes ist die konstruktive Sperrung der Abrollfunktion an dem Planetensatz (4, 4′). Ohne diese rein konstruktive Sperrung der Abrollfunktion hätte das Getriebe als Hebelsystem keine Basis und es könnte sich auch kein funktionsabhängiger Gleichgewichtszustand an dem Steg (S) des Getriebes einstellen.The basis for the overall function of the transmission is the constructive blocking of the rolling function on the planetary gear set ( 4, 4 ' ). Without this purely constructive blocking of the roll-off function, the gear as a lever system would have no basis and there would also be no function-dependent equilibrium on the web ( S ) of the gear.

Fig. 9, Schaltung 4: Fig. 9, circuit 4:

Der Steg (S) ist drehbar in den fest angeordneten Lagern gelagert. In der Hohlwelle des Stegs (S) ist die Welle (1) drehbar gelagert und mit dem Antriebsmotor (M) und dem Sonnenrad (1) fest verbunden. Auf der oberen Stegwelle ist der Planetensatz (2, 2′) drehbar gelagert, wobei das erste Planetenrad (2) mit dem Sonnenrad (1) im Eingriff ist. Der zweite Planetensatz ist auf der unteren Stegwelle gelagert, so daß das Planetenrad (4′) mit dem Planetenrad (2′) im Eingriff ist. Mittels einer an dem Steg (S) befestigten Zwischenwelle ist das Zwischenrad (5) drehbar gelagert und mit dem Planetenrad (4) und dem Sonnenrad (3) im Eingriff. Die Welle (3) ist in der zweiten Hohlwelle des Stegs (S) drehbar gelagert und mit dem Sonnenrad (3) und der Seiltrommel (3) fest verbunden. An dem auf der Seiltrommel aufgespulten Seil ist das Gewicht (G) befestigt. Der Innenläufer des Reglers (R) ist auf der Welle (1) und der Außenläufer des Reglers (R) an der Hohlwelle des Stegs (S) befestigt.The web ( S ) is rotatably mounted in the fixed bearings. The shaft ( 1 ) is rotatably mounted in the hollow shaft of the web ( S ) and is firmly connected to the drive motor ( M ) and the sun gear ( 1 ). The planetary gear set ( 2, 2 ' ) is rotatably mounted on the upper web shaft, the first planet gear ( 2 ) engaging with the sun gear ( 1 ). The second planetary gear set is mounted on the lower web shaft, so that the planet gear ( 4 ' ) with the planet gear ( 2' ) is engaged. The intermediate gear ( 5 ) is rotatably mounted by means of an intermediate shaft attached to the web ( S ) and engages with the planet gear ( 4 ) and the sun gear ( 3 ). The shaft ( 3 ) is rotatably mounted in the second hollow shaft of the web ( S ) and is firmly connected to the sun gear ( 3 ) and the cable drum ( 3 ). The weight ( G ) is attached to the rope wound on the rope drum. The inner rotor of the controller ( R ) is attached to the shaft ( 1 ) and the outer rotor of the controller ( R ) to the hollow shaft of the web ( S ).

Gegenüber der Fig. 8, ist jetzt statt der Kettenverbindung das Zahnrad (5) vorhanden. Der vorher beschriebene Gleichgewichtszustand, Fig. 8, ist bei dem gleichen Standgetriebe-Übertragungsverhältnis von 1:2 auch bei der Fig. 9 gegeben.Compared to Fig. 8, the gear ( 5 ) is now available instead of the chain connection. The previously described equilibrium state, FIG. 8, is also given in FIG. 9 with the same stationary gear transmission ratio of 1: 2.

Berechnungsbeispiel:
geg.: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 U, dr. Uf = 0,5
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2′ = 3 cm, r 4′ = 3 cm,
r 4 = 0,75 cm, r 5 = 0,75 cm, r 3 = 0,75 cm
ges.: Z, M 3, Ms Calculation example:
given: M 1 = 3 cm kp, n 1 = 1 U, dr. Uf = 0.5
r 1 = 1 cm, r 2 = 2 cm, r 2 ′ = 3 cm, r 4 ′ = 3 cm,
r 4 = 0.75 cm, r 5 = 0.75 cm, r 3 = 0.75 cm
tot .: Z, M 3 , Ms

Die Summe der inneren Momente
M direkt - M gegen = 3 cm kp - 3 cm kp = 0The sum of the inner moments
M direct - M against = 3 cm kp - 3 cm kp = 0

Bedingt durch den funktionsabhängigen Gleichgewichtszustand an dem Steg (S), kann sich dort kein Drehmoment einstellen und somit keine Energieentnahme erfolgen. Die Regelenergie muß dem Regler zur Verstellung des Stegs (S) separat zugeführt werden und der Größe der Lager und Zahnradreibung entsprechen. Treibt man an der Welle (1) mit dem Motor (M) an, muß über eine Sollwertsteuerung der Regler (R) die gewünschte Ausgangsdrehzahl und das Ausgangsmoment einstellen.Due to the function-dependent state of equilibrium on the web ( S ), no torque can be set there and therefore no energy can be drawn. The control energy must be supplied to the controller for adjusting the web ( S ) separately and correspond to the size of the bearings and gear friction. If the motor ( M ) is driven on the shaft ( 1 ), the controller ( R ) must set the desired output speed and torque via a setpoint control.

Wenn ein Drehzahlschlupf von 3% bis 5% nicht stört, kann man die Energie für den Regler auch dem Antrieb entnehmen, wie bei dem Getriebe, Fig. 8, beschrieben. Hat der Regler eine abgestimmte bewegungshemmende Funktion, kann sich das Getriebe automatisch auf das jeweils erforderliche Drehmoment am Getriebeausgang einstellen.If a speed slip of 3% to 5% does not interfere, the energy for the controller can also be taken from the drive, as described for the transmission, FIG. 8. If the controller has a coordinated movement-inhibiting function, the gearbox can automatically adjust itself to the torque required at the gearbox output.

Das Getriebe ist dann gleichzeitig ein direkt wirkender Analogrechner und benötigt keine zusätzliche Meßwerterfassung und keine Sollwertsteuerung. The gearbox is then also a direct-acting analog computer and requires no additional measured value acquisition and no setpoint control.

Ein sehr interessantes Getriebe ist an Hand der Fig. 10, Schaltung 4, dargestellt. Funktionsmäßig entspricht es dem Getriebe, Fig. 9, Schaltung 4, ist jedoch einfacher aufgebaut. Der Steg (S) ist drehbar in einem feststehenden Lager und in dem Hohlrad (3) gelagert. Die Welle (1) ist mit dem Sonnenrad (1) und dem Motor (M) fest verbunden und in der Hohlwelle des Stegs (S) drehbar gelagert. Das Hohlrad (3) und die Seiltrommel sind an der Welle (3) befestigt, die in dem zweiten feststehenden Lager drehbar gelagert ist. Auf der oberen Stegwelle ist der Planetensatz (2, 2′) drehbar gelagert, wobei das Planetenrad (2′) mit dem Hohlrad (3) im Eingriff ist. Mittels einer Zwischenwelle an dem Steg (S) ist das Zahnrad (4) drehbar gelagert und mit dm Sonnenrad (1) und dem Planetenrad (2) im Eingriff. Der Innenläufer des Regler (R) ist auf der Welle (1) und der Außenläufer des Reglers (R) an der Hohlwelle des Stegs (S) befestigt. Das Gegenmoment an der Welle (3) wird durch ein Gewicht erzeugt, daß an dem Seil der Seiltrommel befestigt ist.A very interesting transmission is shown in FIG. 10, circuit 4. Functionally, it corresponds to the transmission, Fig. 9, circuit 4, but is of a simpler design. The web ( S ) is rotatably mounted in a fixed bearing and in the ring gear ( 3 ). The shaft ( 1 ) is firmly connected to the sun gear ( 1 ) and the motor ( M ) and rotatably supported in the hollow shaft of the web ( S ). The ring gear ( 3 ) and the cable drum are attached to the shaft ( 3 ) which is rotatably mounted in the second fixed bearing. The planetary gear set ( 2, 2 ' ) is rotatably mounted on the upper web shaft, the planet gear ( 2' ) being in engagement with the ring gear ( 3 ). The gear wheel ( 4 ) is rotatably mounted on the web ( S ) by means of an intermediate shaft and meshes with the sun wheel ( 1 ) and the planet wheel ( 2 ). The inner rotor of the controller ( R ) is attached to the shaft ( 1 ) and the outer rotor of the controller ( R ) to the hollow shaft of the web ( S ). The counter torque on the shaft ( 3 ) is generated by a weight that is attached to the rope of the rope drum.

Der Radius des Stegs (S) rs = 2 cm, Sonnenrad (1) r 1 = 0,5 cm, Zwischenrad (4) r 4= 0,5 cm, Planetenrad (2) r 2 = 0,5 cm, Planetenrad (2′) r 2′ = 2 cm und Hohlrad (3) r 3 = 4 cm.The radius of the web ( S ) rs = 2 cm, sun gear ( 1 ) r 1 = 0.5 cm, intermediate gear ( 4 ) r 4 = 0.5 cm, planet gear ( 2 ) r 2 = 0.5 cm, planet gear ( 2 ′ ) r 2 ′ = 2 cm and ring gear ( 3 ) r 3 = 4 cm.

Die Grundlage für die Gesamtfunktion des Getriebes ist die konstruktive Sperrung der Abrollfunktion an dem Planetensatz (2, 2′). Der Planetensatz (2, 2′) kann zwei Funktionen ausführen, eine reine Drehbewegung der Planetenzahnräder und die Planetenzahnräder behalten ihre Lage bei, wobei der Steg (S) eine Drehbewegung gegenüber den Planetenzahnrädern hat. Zwischen dem Hohlrad (3) und dem Planetenrad (2′) ist jedoch eine Abrollfunktion gegeben. Wenn das Hohlrad (3) festgestellt ist, müßte bei einer Umdrehung des Sonnenrads (1) der Steg (S) eine Umdrehung, entgegengesetzt zur Antriebsrichtung, ausführen. Wird das Sonnenrad (1) festgestellt, müßte bei einer Umdrehung des Hohlrads (3) der Steg (S) zwei Umdrehungen in der Richtung des Antriebs ausführen. Das ist aber nicht möglich, denn an dem Steg (S) ist ein funktionsabhängiger Gleichgewichtszustand gegeben. Eine Drehbewegung des Stegs (S) kann nur erfolgen, wenn der Regler (R) mittels einer zusätzlich zugeführten Energie den Steg (S) verstellt. The basis for the overall function of the transmission is the constructive blocking of the rolling function on the planetary gear set ( 2, 2 ' ). The planetary gear set ( 2, 2 ' ) can perform two functions, a pure rotational movement of the planet gears and the planet gears maintain their position, the web ( S ) having a rotational movement relative to the planet gears. Between the ring gear ( 3 ) and the planet gear ( 2 ' ), however, there is a roll-off function. If the ring gear ( 3 ) is locked, the web ( S ) would have to make one revolution when the sun gear ( 1 ) rotates, in the opposite direction to the drive direction. If the sun gear ( 1 ) is found, the web ( S ) would have to make two turns in the direction of the drive when the ring gear ( 3 ) rotates. However, this is not possible because the web ( S ) is in a function-dependent state of equilibrium. The web ( S ) can only be rotated if the controller ( R ) adjusts the web ( S ) by means of an additionally supplied energy.

Berechnungsbeispiel Fig. 10, Schaltung 4:
geg.: M 1 = 2 cm kp n 1 = 1 Umdr. Uf = 0,5
rs = 2 cm, r 1 = 0,5 cm, r 4 = 0,5 cm, r 2 = 0,5 cm
r 2′ = 2 cm, r 3 = 4 cm, r seiltr. = 2 cm
ges.: Ms, M 3, z M direkt = 2 cm kp M gegen = 2 cm kp
Ms = M direkt - M gegen
Ms = 2 cm kp = 0Calculation example Fig. 10, circuit 4:
opp .: M 1 = 2 cm kp n 1 = 1 revolution Uf = 0.5
rs = 2 cm, r 1 = 0.5 cm, r 4 = 0.5 cm, r 2 = 0.5 cm
r 2 ′ = 2 cm, r 3 = 4 cm, r rope. = 2 cm
tot .: Ms, M 3 , z M direct = 2 cm kp M against = 2 cm kp
Ms = M direct - M against
Ms = 2 cm kp = 0

Die Summe der äußeren Momente
M 1 - M 3 = 0The sum of the external moments
M 1 - M 3 = 0

Das Getriebe, Fig. 10, ist funktionsmäßig dem Getriebe, Fig. 9, gleich, daher erübrigt es sich, die Funktionen nochmals zu erläutern.The transmission, FIG. 10, is functionally the same as the transmission, FIG. 9, so there is no need to explain the functions again.

An Hand der vorher beschriebenen Funktionen ist sehr gut zu ersehen, daß sich das kraftschlüssige Regelgetriebe unter anderem auch hervorragend für den Kraftzeugbau eignet, vor allem wegen der geringen Verlustleistung im Regelbereich 1:1.On the basis of the functions described above it can be seen very well that the non-positive control gear is also excellent, among other things suitable for motor vehicle construction, especially because of the low power loss in the control range 1: 1.

Bedingt durch den großen Regelbereich von 0:1 bis 1:1, ist zusätzlich noch die Funktion einer Anfahrkupplung gegeben.Due to the large control range from 0: 1 to 1: 1, is additional still given the function of a starting clutch.

Wenn die Welle (1) die Eingangswelle ist, hat man für eine Motorbremsung einmal das Verhältnis 1:1 mittels des Reglers und als zweite Stufe das Verhältnis 1:2, wenn man den Steg (S) an dem Getriebegehäuse abstützt.If the shaft ( 1 ) is the input shaft, one has a ratio of 1: 1 for engine braking by means of the controller and, as a second stage, a ratio of 1: 2 if the web ( S ) is supported on the gearbox.

Die Vorteile des Regelgetriebes:The advantages of the control gear:

Geringe Verlustleistung, bei einem Übertragungsverhältnis 1:1 gleich Null. Der große Regelbereich ermöglicht eine schnelle und gute Anpassung zwischen An- und Abtrieb. Die Baukosten entsprechen in etwa den Kosten eines vierstufigen Schaltgetriebes. Low power dissipation, with a transmission ratio of 1: 1 equals zero. The large control range enables fast and good Adjustment between input and output. The construction costs correspond approximately to the Cost of a four-speed manual transmission.

Movement sequence and change of function of rotating wheels

Ein Rad kann sehr unterschiedliche Funktionen haben, das wird sehr häufig übersehen und führt zu fehlerhaften Berechnungen. Daher ist eine genaue Betrachtung des Bewegungsablaufs eines Zahnrads notwendig, damit die vorhandene Funktion für den Einzelfall eindeutig feststeht.A bike can have very different functions, it will be very frequently overlooked and leads to incorrect calculations. thats why a precise observation of the movement of a gear is necessary so that the existing function is clear for the individual case is certain.

Fig. 11: Die Fig. 11 zeigt ein Rad, das auf einer feststehenden Achse (A) drehbar angeordnet ist. Das Rad kann nur eine reine Drehbewegung ausführen, dabei muß der Punkt (B) den Weg 2 · r · π zurücklegen, somit hat das Rad eine reine Hebelfunktion. Fig. 11: Fig. 11 shows a wheel which is rotatably arranged on a fixed axis ( A ). The wheel can only perform a pure rotary movement, point ( B ) must travel 2 · r · π , so the wheel has a purely lever function.

Fig. 12: Bei der Fig. 12 sind zwei Zahnräder gleicher Größe miteinander im Eingriff. Das untere Zahnrad (C) steht fest, das obere Zahnrad hat eine bewegliche Achse (A) und soll auf dem erstgenannten Zahnrad (C) abrollen und umlaufen. Auch wenn das umlaufende Zahnrad kleiner wäre, führt es bei dem Umlauf zu 50% eine Drehbewegung und zu 50% eine Kippbewegung aus. Der Weg, den der Punkt (B) des umlaufenden Zahnrads zurücklegt, ist gleich dem Weg, den die Achse (A) des Zahnrads zurücklegt. Fig. 12: In Fig. 12, two gear wheels of the same size are in engagement with each other. The lower gear ( C ) is fixed, the upper gear has a movable axis ( A ) and should roll and rotate on the first gear ( C ). Even if the rotating gearwheel were smaller, it rotates 50% and 50% tilts. The path covered by point ( B ) of the rotating gear is equal to the path covered by axis ( A ) of the gear.

In diesem Fall 2 · r 1 · π + 2 · r 2 · π.In this case 2 · r 1 · π + 2 · r 2 · π .

Maßgebend für die Berechnung der Umfangskraft bei einem Umlaufgetriebe ist aber der Anteil der Drehbewegung, man muß daher den Anteil der Drehbewegung als Umlauffaktor in die Berechnung einbeziehen.Decisive for the calculation of the peripheral force in a planetary gear but is the part of the rotary movement, one must therefore the part of the Include rotary motion as a circulation factor in the calculation.

Fig. 13: In diesem Fall ist das umlaufende Zahnrad zweimal so groß wie das feststehende Zahnrad (C). Die Umlauffunktion ist auch hier vorhanden, aber das größere Zahnrad kann auf dem kleineren feststehenden Zahnrad (C) nur noch zur Hälfte abrollen. Dadurch ändern sich auch die Anteile der Dreh- und Kippbewegung, der Anteil der Drehbewegung ist jetzt nur noch 33,3%, der Anteil der Kippbewegung jedoch 66,6%. Auch die Wegverhältnisse der Punkte (A) und (B) bei einem Umlauf haben sich verändert. Der Punkt (A), die bewegliche Achse, hat den Weg 2 · r 1 · π + 2 · r 2 · π, der Punkt (B) den Weg zurückzulegen. Fig. 13: In this case, the rotating gear is twice as large as the fixed gear ( C ). The circulation function is also available here, but the larger gear can only roll half on the smaller fixed gear ( C ). This also changes the shares of the turning and tilting movement, the share of the rotating movement is now only 33.3%, but the share of the tilting movement is 66.6%. The path relationships of points ( A ) and ( B ) in one round have also changed. The point ( A ), the movable axis, has the path 2 · r 1 · π + 2 · r 2 · π , the point ( B ) the path to cover.

Fig. 14: Hier ist bewußt ein Extremfall dargestellt. Das Zahnrad soll einen feststehenden Punkt umlaufen, dabei ist jetzt keine Drehbewegung vorhanden sondern nur noch die Kippbewegung eines einseitig drehbar befestigten Hebels. Der Weg, den der Punkt (B) bei einem Umlauf zurücklegt, ist gleich 4 · r 1 · π, der Weg, den der Punkt (A) zurücklegt, gleich 2 · r 1 · π. Fig. 14: An extreme case is deliberately shown here. The gear should rotate around a fixed point, there is no rotary movement now but only the tilting movement of a lever that is rotatably mounted on one side. The path that point ( B ) travels in one cycle is 4 · r 1 · π , the path that point ( A ) travels is 2 · r 1 · π .

Die Momentengleichung, Summe aller Momente gleich Null, kann vorbehaltlos nur dann als Grundlage einer Berechnung dienen, wenn alle eingesetzten Zahnräder eines Getriebes die gleiche Funktion haben. Bei Umlaufgetrieben sind aber mindestens zwei oder mehr unterschiedliche Funktionen eines Rads gegeben. Bei der Verbindung solch unterschiedlicher Funktionen muß auch zwischen Ruhestand und Bewegungszustand unterschieden werden. Ein Rad kann im Ruhezustand die Funktion eines Hebels und im Bewegungszustand die Funktion eines abrollenden Rades mit beweglicher Achse haben.The moment equation, the sum of all moments equal to zero, can be used without reservation only serve as the basis for a calculation if all used gears of a gear have the same function. In the case of epicyclic gears, however, at least two or more are different Given functions of a wheel. When connecting such different Functions must also exist between retirement and state of motion be distinguished. A wheel can function as a when idle Lever and in the state of motion the function of a rolling wheel with a movable axis.

Am Beispiel einer Seilrolle sollen die einzelnen Funktionen näher untersucht werden.Using the example of a pulley, the individual functions should be explained in more detail to be examined.

Fig. 15: Die Fig. 15 zeigt eine Seilrolle (R) sowie drei Umlenkrollen, die jeweils mit einer Stütze ortsfest abgestützt sind. An der drehbaren Achse der Seilrolle ist ein Seil befestigt, welches über eine der Seilrollen geführt ist und an dessen Ende ein Gewicht von 2 kp angehängt ist. Ein zweites Seil ist um die Seilrolle herumgeführt, die Seilenden sind jeweils über die Umlenkrollen geführt und mit dem angehängten Gewicht von 1 kp belastet. Die Seilrolle (R) stellt jetzt für dieses System einen gleichschenkeligen Hebel dar. Fig. 15: Fig. 15 shows a rope pulley ( R ) and three deflection pulleys, each of which is supported in a stationary manner with a support. A rope is attached to the rotatable axis of the rope pulley, which is guided over one of the rope pulleys and at the end of which a weight of 2 kp is attached. A second rope is led around the rope pulley, the rope ends are guided over the pulleys and loaded with the attached weight of 1 kp. The pulley ( R ) is now an isosceles lever for this system.

Die Gewichte (B) und (C) befinden sich in einem indifferenten Gleichgewichtszustand und das Gewicht (A) gegenüber den Gewichten (B) und (C) ebenfalls.The weights ( B ) and ( C ) are in an indifferent equilibrium state and the weight ( A ) compared to the weights ( B ) and ( C ).

Vergrößert man das Gewicht (A) geringfügig, ist das Gleichgewicht gestört, es setzt eine Bewegung ein, bei der die zwei Gewichte (B) und (C) den gleichen Weg aufwärts zurücklegen, wie das Gewicht (A) abwärts. Eine geringe Ungleichgewichtigkeit löst also eine langsame Bewegung aus. If the weight ( A ) is increased slightly, the balance is disturbed, a movement begins in which the two weights ( B ) and ( C ) travel the same way up as the weight ( A ) down. A slight imbalance triggers a slow movement.

Fig. 16: Bei der Fig. 16 ist eine der Umlenkrollen und das Gewicht (C) nicht mehr vorhanden, sondern ein Seilende ist an der ortsfesten Stütze befestigt. Fig. 16: In Fig. 16 one of the pulleys and the weight ( C ) is no longer available, but a rope end is attached to the stationary support.

Betrachtet man das System jetzt im Ruhezustand, so stellt man fest, es hat sich an dem Gleichgewichtszustand gegenüber der Fig. 15 nichts geändert. Im Ruhezustand ist die Seilrolle (R) für das System wieder ein Hebel. Vergrößert man nun das Gewicht (A), muß sich eine Abwärtsbewegung an dem Gewicht (A) und eine Aufwärtsbewegung an dem Gewicht (B) einstellen. Mit dieser Bewegung erfolgt aber auch eine Funktionsänderung an der Seilrolle (R), aus dem Hebel ist nun ein abrollendes Rad geworden. Das kleinere Gewicht (B) 1 kp muß den zweifachen Weg zurücklegen wie das größere Gewicht (A) 2 kp. Das Übergewicht 1 kp löst daher eine entsprechend große Beschleunigung an dem Gewicht (B) aus.If one now looks at the system in the idle state, it can be seen that the equilibrium state has not changed compared to FIG. 15. In the idle state, the rope pulley ( R ) is again a lever for the system. If one now increases the weight ( A ), a downward movement on the weight ( A ) and an upward movement on the weight ( B ) must occur. This movement also changes the function of the rope pulley ( R ), the lever has now become a rolling wheel. The smaller weight ( B ) 1 kg must travel twice as much as the larger weight ( A ) 2 kg. The overweight 1 kp therefore triggers a correspondingly large acceleration on the weight ( B ).

Umgekehrt: Wird das Gewicht (B) geringfügig erhöht, kann das kleinere Gewicht, indem es den zweifachen Weg zurücklegt, das zweifache Gewicht (A) anheben.Conversely: If the weight ( B ) is increased slightly, the smaller weight, by traveling twice, can lift twice the weight ( A ).

Claims

Epicyclic gear as the basis for a frictional, stepless Speed-torque control.

1. characterized in that the epicyclic gears belong to group four.

2. Characterized in that a two-way reversal of rotation is present within the transmission system.

3. Characterized in that a moment equilibrium and an indifferent state of equilibrium is present on the web ( S ) of the epicyclic gear.

4. Characterized in that the stationary gear transmission ratio the epicyclic gearbox is 2: 1 or approximately 2: 1.

5. characterized in that the controller between the input shaft and the web ( S ) or between the output shaft and the web ( S ) is arranged.

6. Characterized in that the control range of 1: 0 up to 1: 1 is enough.

7. characterized in that the basis for the function of the transmission, Fig. 9 and 10, is based on the constructive locking of the rolling function on a planetary gear set.