DE3635519A1

DE3635519A1 - Vollautomatisches, kreiselgesteuertes, stufenloses differenzialschaltgetriebe fuer strassen- und schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE3635519A1
Application number: DE19863635519
Authority: DE
Inventors: Ladislaus Dipl Ing Soro
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-18
Filing date: 1986-10-18
Publication date: 1988-04-28
Also published as: DE3635519C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, bei welchem die Kraft übertragung über Drehmomentverteiler (Kegeldifferential) erfolgt, welcher mit zwei asymmetrischen, zweiarmigen Kreiselrotoren ausgerüstet ist (Fig. 1) (13, 13). Die zweiarmigen, asymmetrischen Rotoren sind an die Planeten kegelräder (12, 12) des Differentials befestigt, mit welchen sie an der Querachse (3) rotieren. Die Querachse (3) wird von der Hauptwelle (treibende Welle) (1) direkt angetrieben.

Bei der Kriechgeschwindigkeit (ersten Geschwindigkeit) wird die Drehkraft von der Hauptwelle (1) über die Planeten räder (13, 13) auf die Kegelräder (11 und 16) übertragen. Das Kegelrad (11) ist über ihre verlängerte Hohlachse mit dem Stirnrad (5) fest verbunden und kann freilaufend auf der Hauptwelle (1) rotieren und dient für die weitere Dreh kraftübertragung auf die Vorgelegewelle (2). Dies geschieht über Stirnrad (5) und über das Stirnrad (6), welches mit der Einwegkupplung (32, 33) an die Vorgelegewelle (2) ange kuppelt ist. Von der Vorgelegewelle wird die Drehkraft über das fest angekeilte Stirnrad (7) auf das Stirnrad (8) weiter gegeben. Vom Stirnrad (8) und über Stirnrad (9) überträgt sich die Drehkraft auf das Stirnrad (10 ), welches die getriebene Welle direkt antreibt. Hier muß man betonen, daß die Stirnräder (8 und 9) über die Hohlwelle (17) eine feste Verbindung haben und zusammen mit dieser Hohlwelle auf der Hauptwelle (1 ) frei rotieren können.

Die Kriechgeschwindigkeit, welche über die Vorgelegewelle geleitet wird, wirkt nur bei der Anfahrt, d. h. bis die Haupt welle mit ganz kleiner Drehzahl arbeitet und die Kreisel kräfte noch nicht wirkungsfähig sind.

Erst bei zunehmender Drehzahl der Hauptwelle (1) und gleich zeitig zunehmender Drehzahl der Kreiselrotoren (13) (13), werden die Kreiselkräfte genügend groß für die Drehkraft übertragung von der Hauptwelle (1) auf die Regulatorhohl welle (17). In diesem Falle erfolgt die Kraftübertragung über die Differentialplanetenräder, welche von den zweiarmigen Kreiselrotoren immer stärker gebremst werden und damit das Kegelrad (16) mit der Regulatorhohlwelle (17) immer mehr beschleunigen. Von der Regulatorhohlwelle wird über das Stirn rad (9) und Stirnrad (10) die Drehkraft auf die getriebene Welle (4) übertragen.

In dem Augenblick, in welchem die Differentialkreisel die Drehkraftübertragung übernommen haben, kuppelt die Einweg kupplung (32 u. 33) die Vorgelegewelle (2) aus und damit ist die Kriechgeschwindigkeitsstufe ausgekuppelt.

Innerhalb des Bereiches zwischen Kriechgeschwindigkeit und der direkten Geschwindigkeit, wird für die Drehkraft übertragung nur der Kreiselsatz (Fig. 2) ( 12, 12) (13, 13) u. (16) benützt. Die Drehkraftübertragung mit Hilfe der elastischen Kreiselsatzkuppelung dauert, bis sich infolge der weiteren Drehzahlerhöhungen die zweiarmigen Kreisel rotoren nicht blockieren. (Wegen der ständigen Kreisel kraftzunahme werden die Kreiselrotoren immer mehr gebremst, bis es am Ende nicht zu totaler Blockierung kommt, wobei die Fliehkräfte der Kreiselarme die überwiegende Wirkung haben.)

Bei dieser Blockierung werden die Kreiselrotoren immer die Querstellung gegenüber der Hauptwelle annehmen (physisches Gesetz der asymmetrischen Kreiselrotoren).

Nach der Blockierung der Kreiselrotoren rotiert der ganze Kreiselsatz als ein einzelner Block mit derselben Ge schwindigkeit wie die Hauptwelle (1), und die Drehkraft wird jetzt von der Hauptwelle direkt auf die Regulatorwelle (17) weitergegeben und über das Zahnradpaar ( 9 und 10) auf die getriebene Welle (14) übertragen.

Erst bei synchroner Drehzahl der Hauptwelle (1) und Regulator welle (17) dürfen sich die zwei Konusse der Fliehkraftkupplung (25, 26) zusammenkuppeln, was man mit der Verstellung des längsverschiebbaren Stellringes (29) erreichen kann. Mit der Verstellung des auf der Regulatorwelle verschiebbaren Stellringes (29) wird die Zugkraft der Spiralfedern (22) so eingestellt, daß die Fliehkraftregulatorarme (20) erst bei synchroner Drehzahl mit der Hauptwelle (1) sich auseinander spreizen und die Fliehkraftkupplung einkuppeln.

Bei der Fliehkraftkupplung (Fig. 3) ist der Außenkegel (26) an die Hauptwelle (1) mit einem Keil befestigt. Der Innen kegel (25) der Fliehkraftkupplung ist längsverschiebbar auf der Regulatorwelle (17) und bei langsamer Rotation in entkuppeltem Zustand, für welche die Innenspiralfeder (27) sorgt. Der Innenkegel (25) ist auf der Regulatorwelle (17) längsverschieb bar, muß jedoch mit der Regulatorwelle ständig mitrotieren. Mit der Einkuppelung der Fliehkraftkupplung erreicht man die feste Verbindung zwischen der Hauptwelle (1) und Regulator welle (17), womit eine direkte Geschwindigkeitsschaltung zwischen Hauptwelle (1) und getriebene Welle (4) erreicht ist.

Mit der Fliehkraftkupplung der direkten Geschwindigkeitsstufe kann man erreichen, daß nach der Einkuppelung bei nachträg lich verminderter Drehzahl des Motors und des Fahrzeuges, die direkte Geschwindigkeitsstufe auch weiter eingeschaltet bleibt und erst bei 40-50% verminderter Drehzahl zur Rückkuppelung in die niedrigere Geschwindigkeitsstufe kommt. Zu dieser Rückkuppelungsverzögerung kommt es wegen der Fliehkraftver größerung bei den Fliehkraftregulator-Gewichten (19, 19), wenn die Regulatorarme gespreizt sind, und wegen dem kleineren Drehmoment, welcher die Spiralfedern ( 22) auf die Regulator arme ausüben. (Die Spiralbefestigungspunkte bei den gespreizten Armen sind näher zur Hauptwelle.)

Nach Bedarf kann man die Einkuppelungsempfindlichkeit der Fliehkraftkupplung auch während der Fahrt ändern, wenn man an dem Stellring (29) einen Hebel (30) befestigt und während der Fahrt die Lage des Stellringes (29) verändert. Die Kuppelung der Fliehkraftkupplung erfolgt infolge der Spreizung - Aus lenkung - der Regulatorarme (20), welche dann hebelartig den längsverschiebbaren Kupplungskonus (25) in den festgekeilten Konus (26) einkuppeln und damit die treibende Welle (1) an die Regulatorhohlwelle (17 ) fest ankuppeln. Die Kraftübertragung geht jetzt von der treibenden Welle (1) über die zentrifugale Kupplung (25, 26) auf die Regulatorhohlwelle (17) und weiter über Stirnrad (9) und Stirnrad (10) auf die getriebene Welle (4).

Die automatischen Schaltungsvorgänge (Fig. 5)

I. Kriechgeschwindigkeit - erster Gang:
Bei der Anfahrt, bei welcher die Hauptwelle (1) eine sehr kleine Drehzahl hat und die zweiarmigen Kreiselrotoren (13, 13) langsam rotieren, sind die Kreiselkräfte zu schwach für eine Kraftübertragung. Deshalb wird die Drehkraft mit sehr redu zierter Drehzahl über Zahnräder (5, 6) und über die einge kuppelte Einwegkupplung (32, 33) auf die Vorgelegewelle (2) übertragen. Danach wird die Kraftübertragung über Zahnrad (7) und Stirnräder der Regulatorwelle (8, 9) auf das Zahnrad (10) der getriebenen Welle (4) geleitet.
II. Die Übergangsstufe - Zwischengeschwindigkeitsstufe:
deckt den ganzen Bereich von der Kriechgeschwindigkeit bis zu der direkten Geschwindigkeitsstufe. Hier wird die Drehkraft von der Hauptwelle (1) auf die zweiarmigen Kreisel rotoren (13, 13) übertragen und infolge der Kreiselkräfte und Fliehkraftkräfte der zweiarmigen Kreiselrotoren werden die Planetenräder (12, 12) die Drehkraft auf das Kegelrad (1) übertragen, welches die Regulatorwelle (17) antreibt. Von der Regulatorhohlwelle (17) wird die Drehkraft über die Zahn räder (9) und (10) auf die angetriebene Welle (4) übergeben. In dem selben Moment, in welchem die Zwischenstufe die Dreh kraftübertragung übernommen hat, wird die Einwegkupplung (23, 33) die Vorgelegewelle auskuppeln, damit von der Vorge legewelle die Umschaltungen in die höheren Geschwindigkeiten nicht gebremst werden.
III. Direkte Geschwindigkeitsstufe:
Je höher die Drehzahl der Kreiselrotoren ist, desto vollständiger ist die Kraftübertragung über die Diffe rentialkegelräder (12, 12 und 16), bis sich die zwei armigen Kreiselrotoren (13, 13) nicht blockieren. Erst bei blockierten Kreiselrotoren ist die direkte Ge schwindigkeit eingeschaltet. Jetzt rotiert die Regu latorwelle (17) synchron mit der Hauptwelle (1) und erst jetzt kommt es zur zusätzlichen Kuppelung der Fliehkraftkupplung (25, 26), so daß die Regulator welle (17) fest an die Hauptwelle (1) angekuppelt wird. Nun geht die Drehkraftübertragung von der Hauptwelle (1) über die Fliehkraftkupplung direkt auf die Regulator welle (17) und über Zahnräder (9 und 10) auf die getriebene Welle (4). Hier muß man betonen, daß die verzögerte Entkuppelung der Fliehkraftkupplung sogar günstig ist, damit man mit der direkten Geschwindigkeit auch bei verminderter Motordrehzahl weiterfahren kann. Bei günstiger Einstellung des Stellringes (29) ist auch erreichbar, daß die Fliehkraftkupplung genau dann einkuppelt, wenn die Regulatorwelle (17) dieselbe Dreh zahl erreicht hat mit welcher die Hauptwelle (1) rotiert, so daß es bei der Einkuppelung nicht zur Reibung kommt zwischen den zwei Kupplungskonussen. Erwähnenswert ist, daß der Ein- und Auskuppelungsvorgang der Fliehkraft kupplung in direkter Abhängigkeit von der Drehzahl der getriebenen Welle ist, d. h. von der momentanen Geschwindigkeit des Fahrzeuges.

Die Vorteile der Erfindung nach dem bisherigen Stand der Technik

Im Vergleich mit den bisherigen Patenten

1. Patentschrift 5 24 948 - Reichspatentamt - Deutschland - vom 23. April 1931
2. Patentschrift 3 97 841 - Reichspatentamt - Deutsches Reich - vom 30. Juni 1924
3. US-Patent - Feb. 7, 1978, Sheet 1 of 2, 40 72 066

hat das vollautomatische, kreiselgesteuerte Differential schaltgetriebe mehrere Vorteile:

a) Das neue Getriebe wirkt auch bei sehr niedrigen Drehzahlen des Motors, d. h. bei minimalen Drehzahlen der Hauptwelle (1) (treibende Welle). Dies geschieht wegen der eingebauten Vorgelegewelle (2) mit Einwegkupplung (32, 33), welche bei niedrigen Drehzahlen die Kraft übertragung übernimmt. Diese Übertragung über die Vor gelegewelle ist unbedingt notwendig, weil bei niedrigen Drehzahlen fast keine Kreiselkräfte bestehen oder sind sie so klein, daß sie nicht fähig sind, ein belastetes Getriebe in Bewegung zu bringen, was der Fall ist bei den unter Punkt 1, 2 und 3 erwähnten Patenten.
b) Das neue Getriebe hat eine vorteilhaftere Blockierung des Kreiselsatzes und eine stärkere Kreiselsystem wirkung mit den zweiarmigen, asymmetrischen Kreiselro toren (13, 13), da hier nicht nur die Kreiselkräfte wirken, sondern auch die zentrifugalen Kräfte der Kreisel arme, was sehr bedeutend ist für die Blockierung des Kreiselpaares, welche sich immer wegen der Fliehkräfte gegenüber der Hauptwelle (1) querstellen werden.
c) Die vollständige Einkuppelung der direkten Geschwindigkeit geschieht erst mit Hilfe der zentrifugalen Kupplung (25, 26), welche erst bei synchroner Drehzahl mit der Hauptwelle (1) kuppelt, jedoch erst bei mehr verminderter Drehzahl des Motors auskuppelt.
d) Das neue Getriebe kann mit einer zusätzlichen Blockierung der Einwegkupplung (32, 33 ) an der Vorgelegewelle (2) die Bremsmöglichkeit mit dem Motor erreichen. In diesem Falle wäre die Bremsung mit der ersten Geschwindigkeits stufe durchgeführt.

Claims

1. Vollautomatisches, kreiselgesteuertes, stufenloses Differentialschaltgetriebe für Straßen- und Schienen fahrzeuge, bei welchem die Steuerung durch ein kreisel gesteuertes Kegeldifferential erfolgt und die Drehkraft übertragung der einzelnen Geschwindigkeitsstufen über eine Vorgelegewelle für die Kriechgeschwindigkeit, über ein Kegeldifferential und Regulatorhohlachse für die mittlere Geschwindigkeitsstufe und über eine mit der Re gulatorhohlachse angetriebene Zentrifugalkupplung für die direkte Geschwindigkeitsstufe durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zwei Planetenkegelräder des Differentials zwei asymmetrische, zweiarmige Kreisel rotoren befestigt sind, welche gemeinsam mit den Planeten rädern auf der Umlaufbahn rotieren. Die Kreuzachse der Planetenräder ist direkt an die treibende Welle (Haupt welle) des Getriebes befestigt, so daß die Kreiselro toren dieselbe Geschwindigkeit auf der Umlaufbahn haben, mit welchen die Hauptwelle rotiert. Die Seitenkegelräder des Differentials sind auf Hohlachsen befestigt, auf welchen sich auch die Scheibenzahnräder befinden für die weiteren Drehkraftübertragungen. Einerseits wird die Drehkraft für die Kriechgeschwindigkeit abgenommen, andererseits wird die Drehkraft für die Zwischengeschwindigkeitsstufe und für die direkte Geschwindigkeitsübertragung benutzt.

2. Vollautomatisches, kreiselgesteuertes, stufenloses Differentialschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorgelegewelle ein fest montiertes Zahnrad besitzt und ein zweites freilaufendes Zahnrad hat, welches sich mit einer Einwegkupplung an die Vorgelege welle ankuppelt und in angekuppeltem Zustand für die Übertragung der Kriechgeschwindigkeit dient.

3. Vollautomatisches, kreiselgesteuertes, stufenloses Differentialschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulatorwelle aus einer an der Hauptwelle freirotierenden Hohlwelle besteht, an welcher neben dem zentrifugalen Regulator für die Einkuppelung der direkten Geschwindigkeit noch das Stirnzahnrad für die Kriechgeschwindigkeit ist und noch ein drittes Zahnrad hat, welches die von den drei Ge schwindigkeitsstufen empfangenen Drehkräfte auf die getriebene Welle überträgt.

4. Vollautomatisches, kreiselgesteuertes, stufenloses Differentialschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrifugale Kupplung aus einem Fliehkraftregulator und einer konischen Kupplung zusammengesetzt ist, dessen innerer Kegel längsver schiebbar auf der Regulatorhohlachse angebracht ist. Das Außenkegelteil der Fliehkraftkupplung ist an der Hauptwelle des Getriebes befestigt, von welcher sie die Drehkraft direkt empfängt. Die Zusammenkuppelung der zwei Kupplungskonusse erfolgt durch die Auseinander spreizung der Regulatorarme, welche hebelartig den inneren Konus in den äußeren Konus hineinpressen. Mit der Zusammenkuppelung der zwei Kupplungskonusse ist die Regulatorwelle mit der Hauptwelle direkt verbunden und die Drehkraftübertragung wird damit direkt auf die getriebene Welle geleitet.