DE3716400A1 - Schrittloser uebersetzungsmechanismus - Google Patents
Schrittloser uebersetzungsmechanismusInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine die
Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung, die
aus elementaren Einheiten besteht, die jeweils
mechanische Getriebe beinhalten, um einen
automatischen, schrittlosen Übertragungsmechanismus
zu erhalten, der in Kraftmaschinen generell
eingesetzt werden kann.
Ein typisches Beispiel eines herkömmlichen
mechanischen, automatischen Übertragungsmechanismus,
der Getriebe verwendet, wird in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 42 181/1984 beschrieben.
Dessen Aufbau wird in dieser Anmeldung als Fig. 1
dazu benutzt, den Stand der Technik darzustellen,
wobei in Fig. 1 Bezugsziffer (301) eine erste
gemeinsame Welle kennzeichnet, auf der ein erstes
nichtkreisförmiges antreibendes Zahnrad (303) starr
befestigt ist. Ein zweites nichtkreisförmiges
antreibendes Zahnrad (305) wird festsitzend durch die
gemeinsame Welle (301) getragen. Das zweite
antreibende Zahnrad (305) kämmt mit einem zweiten
nichtkreisförmigen angetriebenen Zahnrad (309), das
drehbar an einer zweiten gemeinsamen Welle gehalten
wird, und das erste antreibende Zahnrad (303) kämmt
mit einem ersten nichtkreisförmigen angetriebenen
Zahnrad (307), das drehbar von der zweiten
gemeinsamen Welle (312) getragen wird.
Das zweite antreibende Zahnrad (305) ist winkelig
verschiebbar in eine willkürliche Winkelstellung in
bezug auf das erste antreibende Zahnrad durch eine
Kontrollvorrichtung, bestehend aus einem beweglichen
Element (304), einem feststehenden Element (302), das
starr mit der gemeinsamen Welle (301) verbunden ist,
und einer regulierenden Vorrichtung (306).
Kegelradausgleichsgetriebe (308 und 310) sind starr
an den entsprechenden ersten und zweiten
Antriebszahnrädern (307 und 309) befestigt, so daß
das Kegelradgetriebe mit einem Ritzel (313) kämmt.
Das Ritzel (313) ist über eine Nut (314) auf dem
differentiellen Element (311) befestigt, das starr
mit der gemeinsamen Welle (312) verbunden ist.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer paarweisen Anordnung
eines nichtkreisförmigen Antriebs- und
Abtriebszahnrades (303 und 307), und das Diagramm in
Fig. 3 zeigt ein Winkelbeschleunigungsverhältnis, das
durch die paarweise angeordneten Zahnräder erreicht
wird, mit konkreten numerischen Werten, die als
Beispiel ausgewählt sind. In Fig. 3 zeigt die
Abszisse den Drehwinkel der Welle des antreibenden
Zahnrades und die Ordinate das
Winkelbeschleunigungsverhältnis R, das bestimmt wird
aus dem Quotienten (Winkelbeschleunigung des
angetriebenen Zahnrades)/(Winkelbeschleunigung des
antreibenden Zahnrades).
In den Diagrammen der Fig. 4 bis 6 werden
charakteristische Werte von herkömmlichen elementaren
Einheiten dargestellt, die unterschiedliche
Winkelbeschleunigungsverhältnisse aufweisen und deren
Abszissen und Ordinaten wie in Fig. 3 skaliert sind.
In einer derartigen herkömmlichen Anordnung ist es
möglich, Bedingungen einzustellen, unter denen das
Winkelbeschleunigungsverhältnis R zumindest
aufeinanderfolgend konstant wird, und die Größe von R
kontinuierlich zu steuern. Die Steuerung des
Winkelbeschleunigungsverhältnisses R wird erzielt
durch Veränderung der relativen Verschiebung der
Winkelstellung zwischen dem ersten und dem zweiten
antreibenden Zahnrad (303 und 305) (im folgenden
Phasenverschiebung genannt) mit Hilfe der
obenerwähnten Steuerungsvorrichtung. Wenn die
Phasenverschiebung 180° beträgt, entspricht die
Winkelgeschwindigkeit, die durch die differentielle
Vorrichtung zur zweiten gemeinsamen Welle (312)
übertragen wird, immer der der ersten gemeinsamen
Welle (301), und damit ist das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis R konstant 1, wie in
Fig. 4 gezeigt.
Wenn die Verschiebung größer oder kleiner als 180°
ist, wiederholt sich, wie in den Fig. 5 und 6
gezeigt, das Auftreten einer Folge, bestehend aus
einem Abschnitt a, in dem das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis konstant und größer
als 1 ist, einem Abschnitt b, in dem R abfällt, einem
Abschnitt c, in dem R konstant und kleiner als 1 ist,
und einem Abschnitt d, in dem R ansteigt. Die Werte
von R in den Bereichen a und c variieren in
Abhängigkeit von der Phasenverschiebung.
Daher ist es möglich, eine schrittlose Übersetzung
aufzubauen, in dem eine Vielzahl solcher Einheiten
eingesetzt werden, so daß die Bereiche a und c
verbunden und die Bereiche b und d ausgelöscht
werden. Da jedoch solch eine Einheit aus insgesamt
7 Zahnrädern, 4 nichtkreisförmigen Zahnrädern und
3 Kegelzahnrädern besteht, beträgt die Anzahl der
grundlegenden Elemente dieser Einheit zumindest 10.
Deshalb wird die Anzahl der mechanischen Elemente
einer solchen Einheit sehr groß, wenn eine derartige
schrittlose Übersetzung mit diesen Einheiten
aufgebaut wird.
Es ist allgemein bekannt, daß eine
Reibungskraftübertragung mit einer gleichmäßigen
Übertragung der Drehbewegung einhergeht und daß eine
andere Kraftübertragung, die nicht auf dem
Reibungsprinzip beruht, wie zum Beispiel ein
Zahnradgetriebe, eine hohe Übertragungseffizienz
besitzt.
Vergleicht man diese in Anbetracht der Anmeldung mit
der herkömmlichen schrittlosen Übersetzung, besitzt
der Reibungstyp das Problem des Energieverlusts, der
auf Schlupf zwischen den berührenden Teilen
zurückgeht, während der Nicht-Reibungstyp das oben
beschriebene Problem des komplizierten Aufbaus mit
sich bringt.
Der Vorteil der hohen Übertragungseffizienz der nicht
auf dem Reibungsprinzip beruhenden Übersetzung neigt
dazu, durch das Trägheitsmoment der mechanischen
Elemente und die Reibung zwischen ihnen
verlorenzugehen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, eine die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung zu beschreiben, die in einer schrittlosen
Übersetzung vom Nicht-Reibungstyp eingesetzt werden
kann, die eine reduzierte Anzahl grundlegender
mechanischer Elemente benötigt, die eine höhere
Übersetzungseffizienz mit sich bringt und die leicht
mit einer automatischen Steuerung versehen werden
kann, im Vergleich zu herkömmlichen Übersetzungen,
die nicht auf dem Reibungsprinzip ruhen.
Die schrittlose Übersetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung geht aus einem einzigartigen mechanischen
Prinzip hervor, auf das unter "Exponentielle
Geschwindigkeitsmodulation" Bezug genommen wird, und
besitzt einen Aufbau, durch den der inherente Vorteil
einer Übersetzung, die nicht auf dem Reibungsprinzip
beruht, leicht erzielt werden kann. In der
vorliegenden Übersetzung werden eine erste und eine
zweite, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung benutzt, die aus einem ersten und zweiten
Paar Zahnrädern aufgebaut ist, von denen jedes ein
erstes und zweites nichtkreisförmiges Zahnrad
umschließt, wobei das erste nichtkreisförmige Zahnrad
für beide Paare gemeinsam ist, wodurch eine
Übersetzung aufgebaut wird, in der die
Winkelgeschwindigkeit kontinuierlich exponentiell
verändert wird. Durch die Anwendung der
exponentiellen Funktion wird es möglich, einen
Mechanismus aufzubauen, bei dem das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis, das von Zeit zu
Zeit durch die erste und zweite modulierende
Vorrichtung erzielt wird, überlagert werden, durch
deren Multiplikation oder Division. Da das erste
nichtkreisförmige Zahnrad gemeinsam von dem ersten
und zweiten Zahnradpaar benutzt wird, wird ein neuer
Steuerungsmechanismus bereitgestellt zur Steuerung
des Überlagerungsverhältnisses der Übersetzung, der
durch die erste und zweite die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung realisiert wird, und es wird
einfacher, eine automatische Steuerung in diesen
Mechanismus aufzunehmen.
Eine elementare Funktionsweise der vorliegenden
Vorrichtung besteht darin, daß die
Winkelgeschwindigkeit der einen drehenden Welle
periodisch geändert wird in bezug auf die
Winkelgeschwindigkeit der anderen drehenden Welle,
auf der Grundlage eines die Geschwindigkeit
exponentiell erhöhendes oder absenkendes Verfahren.
Die grundlegende Funktionsweise ist verdoppelt. Das
bedeutet, wenn eine Modulierung nach einem die
Geschwindigkeit exponentiell absenkenden Verfahren
angewandt wird in der zweiten die
Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung,
während in der ersten die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung eine Modulierung nach einem
die Geschwindigkeit exponentiell erhöhenden Verfahren
angewandt wird, entspricht die Art und Weise der
Winkelgeschwindigkeitänderung nach beiden Anwendungen
der Modulierung der vor den Anwendungen der
Modulierung. Falls am Eingang eine konstante
Winkelgeschwindigkeit vorhanden ist, erscheint
derselbe Wert am Ausgang. Die vorliegende Vorrichtung
hat die Aufgabe, das Änderungsverfahren, das, wie
oben erwähnt, die Veränderung der
Winkelgeschwindigkeit betrifft, zu verändern. Hinzu
kommt die Aufgabe, den absoluten Wert des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen dem
Eingang und dem Ausgang kontinuierlich zu verändern
durch die Veränderung einer Dopplungsmethode der
primären und sekundären grundlegenden Arbeitsweisen,
d. h. durch Phasenverschiebung. Weiterhin kann die
Veränderung leicht automatisch gesteuert werden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine schrittlose automatische
Übersetzung bereitzustellen, die eine automatische
Steuerung beinhaltet, durch die eine Steuerung des
relativen Winkels zwischen der Eingangs- und
Ausgangswelle erfolgt, und zwar unmittelbar durch ein
belastendes Drehmoment an der Ausgangswelle.
Die schrittlose automatische Übersetzung gemäß der
vorliegenden Erfindung setzt eine Transformation des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses mit Hilfe eines
Planetengetriebes ein, um dadurch einen Zustand des
Eingang/Ausgang-Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses
von stabil 0 bis hin zu einem kontinuierlich
veränderbaren Bereich des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses einzunehmen.
Um dies zu realisieren, müssen die obenenerwähnten
Probleme analysiert werden und in bezug auf die
vorliegende Erfindung in zweierlei Hinsicht
beschrieben werden.
Das erste dieser Probleme besteht darin, eine
sogenannte direkte Steuerung für die variable
Steuerung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses zu
benutzen. Ein variabler Steuerungsmechanismus des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses, der in der
vorliegenden Erfindung benutzt wird, wird unmittelbar
durch eine Belastung der Übersetzung aktiviert, die
notwendigerweise in der Hauptarbeitsweise einer
Kraftübersetzung entsteht. Die Hauptbewegung
innerhalb des Mechanismus ist eine Drehung von
Rahmen, die mit ihren Eingangs- und Ausgangswellen
koaxial entsprechend angeordnet sind.
Das zweite Problem besteht darin, die variable
Steuerung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses
intern zu vollziehen. Das bedeutet: Es existiert ein
interner automatischer Steuerungsmechanismus, durch
den die Freiheit der wählbaren Übersetzung der
Eingangs- und der Ausgangswelle zwischen diesen
Wellen und der feststehenden Welle absichtlich
vergrößert wird.
Wenn ein rotierender Antrieb an der Eingangswelle
angebracht wird, erscheint an der Ausgangswelle eine
Drehkraft, die als Ausgangskraft benutzt werden kann.
Die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle wird
bestimmt von den Charakteristika des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen der
Eingangs- und Ausgangswelle, die automatisch
gesteuert werden in Abhängigkeit von dem belastenden
Drehmoment an der Ausgangswelle, und die
Geschwindigkeit wird bereitgestellt als ein
schrittlos veränderbarer Wert, wenn die Belastung
sich verändert. In der vorliegenden Vorrichtung
beinhaltet der Bereich der automatischen Steuerung
weiterhin einen Zustand, in dem die
Winkelgeschwindigkeit der Ausgangswelle 0 ist,
unabhängig von der Winkelgeschwindigkeit der
Eingangswelle. Wenn das belastende Drehmoment einen
vorher festgelegten Grenzwert des Ausgangsdrehmoments
erreicht oder diesen Wert überschreitet, kann sich
die Ausgangswelle nicht drehen und unterbricht
dadurch automatisch die Kraftübertragung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise Querschnittseitenansicht
einer herkömmlichen schrittlosen Übersetzung;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines antreibenden
Zahnrades und eines angetriebenen Zahnrades
der Übersetzung aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm, das das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis der
Zahnräder aus Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 bis 6 Diagramme, die charakteristische Werte
der Übersetzung aus Fig. 1 darstellen;
Fig. 7 und 8 eine Ausführung der vorliegenden
Erfindung, wobei in Fig. 7 ein Querschnitt
entlang der Linie I-I in Fig. 8, und Fig. 8
ein Querschnitt entlang der Linie II-II in
Fig. 7 gezeigt ist;
Fig. 9 eine Vorderansicht eines ersten und zweiten
nichtkreisförmigen Zahnrades aus Fig. 7;
Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in
Fig. 9;
Fig. 11 ein Diagramm, das das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen
dem ersten und zweiten nichtkreisförmigen
Zahnrad aus Fig. 9 darstellt;
Fig. 12 eine Vorderansicht, in der die Kämmbedingung
zwischen dem ersten, zweiten und dritten
nichtkreisförmigen Zahnrad dargestellt wird;
Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII
in Fig. 12;
Fig. 14 bis 17 Diagramme, die charakteristische
Werte der schrittlosen Übersetzung aus
Fig. 7 zeigen;
Fig. 18 ein Diagramm, das die Übersetzungsfunktion
der Vorrichtung aus Fig. 7 darstellt;
Fig. 19 ein Diagramm, das das Verhältnis der
Drehgeschwindigkeiten zwischen der
Eingangs- und Ausgangswelle in Abhängigkeit
von einem Drehwinkel eines zweiten Rahmens
der Vorrichtung aus Fig. 7 darstellt;
Fig. 14 bis 23 eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 bis 28 eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 29 bis 32 eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 33 eine Bedingung des Belastungsgleichgewichts
in der Ausführung gemäß Fig. 29 bis 32;
Fig. 34a und 34b Diagramme, die die
charakteristischen Gesamtwerte der
Ausführung gemäß Fig. 29 bis 32 darstellen;
Fig. 35 bis 38 eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 39 ein Diagramm, das die charakteristischen
Gesamtwerte der Ausführung gemäß Fig. 27
darstellt;
Fig. 40 ein Diagramm, das das Verhältnis der
Winkelgeschwindigkeiten zwischen der
Eingangs- und Ausgangswelle der
Ausführungsform gemäß Fig. 35 bis 38
darstellt;
Fig. 41 ein Belastungsgleichgewicht in der
Ausführung gemäß Fig. 35 bis 38;
Fig. 42 ein Diagramm, das charakteristische Werte
einer Torsionsbelastung des Torsionselements
der letztgenannten Ausführungsform
darstellt; und
Fig. 43 ein Diagramm, das die charaktreristischen
Werte einer automatischen Steuerung des
Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeit
zwischen Eingangs- und Ausgangswelle bei
Belastung des Ausgangs wiedergibt.
Fig. 7 zeigt eine Vorderansicht einer prinzipiellen
Ausführung einer die Winkelgeschwindigkeit
modulierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, und Fig. 8 zeigt eine
Querschnittsseitenansicht davon. In den Fig. 7 und 8
kennzeichnet die Bezugsziffer 10 eine erste drehende
Welle, auf der ein erstes nichtkreisförmiges Zahnrad
(11 a) einer ersten Zahnradgruppe starr befestigt ist
und ein erstes nichtkreisförmiges Zahnrad (11 b) einer
zweiten Zahnradgruppe durch ein Lager (16) drehbar
gehalten wird. Die Bezugsziffer 20 kennzeichnet eine
zweite drehende Welle, auf der ein zweites
nichtkreisförmiges Zahnrad (21 a) der ersten
Zahnradgruppe und ein zweites nichtkreisförmiges
Zahnrad (21 b) der zweiten Zahnradgruppe starr
befestigt ist. Die Bezugsziffer 30 kennzeichnet eine
dritte drehbare Welle, auf der ein drittes
nichtkreisförmiges Zahnrad (31 a) der ersten
Zahnradgruppe und ein drittes nichtkreisförmiges
Zahnrad (31 b) der zweiten Zahnradgruppe durch Lager
(37) gehalten werden und denen eine
Einwegkupplungsfunktion zukommt.
Die Bezugsziffer 60 kennzeichnet einen ersten Rahmen,
der bei dieser Ausführung feststehend ist und das
Hauptstück der Vorrichtung bildet. Der Rahmen (60)
trägt die drehende Welle (10) in Wellenlagern (61 und
62) und die drehende Welle (20) in Wellenlagern (63).
Ein kreisförmiges Zahnrad (25) ist starr auf der
drehenden Welle (20) befestigt. Eine vierte drehbare
Welle (40), auf der ein kreisförmiges Zahnrad (45)
starr befestigt ist, ist an einem Ende drehbar am
Rahmen (60) durch ein Wellenlager (61) gelagert. Die
Bezugsziffer (70) kennzeichnet einen zweiten Rahmen,
der bei dieser Ausführung beweglich ist und drehbar
auf der drehenden Welle (10) durch Lager (71)
gelagert ist und die drehende Welle (30) durch Lager
(72) trägt. Eine fünfte drehbare Welle (50), auf der
ein kreisförmiges Zahnrad (55) starr befestigt ist,
wird an einem Ende im Rahmen (60) durch ein
Wellenlager (62) gelagert.
Aus Fig. 7 geht hervor, daß der erste Rahmen (60) und
der zweite Rahmen (70) relativ um die erste drehende
Welle (10) drehbar ist. Ein relativer Drehwinkel wird
in Fig. 7 durch α gekennzeichnet. Der Drehwinkel
besitzt einen Maximalwert von 0,415 × π .
Die erste, zweite und dritte drehende Welle (10, 20
und 30), die nicht kreisförmigen Zahnräder (11 a, 21 a
und 31 a) der ersten Zahngruppe und der erste und
zweite Rahmen (60 und 70) bilden eine erste Einheit
der vorliegenden die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung und das erste, zweite und
dritte nicht kreisförmige Zahnrad (11 b, 21 b und 31 b)
der zweiten Zahnradgruppe bilden zusammen mit den
drehenden Wellen und den Rahmen eine zweite Einheit
der Vorrichtung.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 wird die
Arbeitsweise einer schrittlosen automatischen
Übersetzung beschrieben, die sich aus den oben
genannten ersten und zweiten die
Winkelgeschwindigkeit modulierenden Einheiten
zusammensetzt. Unter der Annahme, daß die drehende
Welle (40) die Eingangswelle und die fünfte drehende
Welle (50) die Ausgangswelle darstellt, verändert
sich das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit, die an
der fünften drehenden Welle (50) abgenommen werden
kann, zur Winkelgeschwindigkeit, die an der vierten
drehenden Welle (40) bereitgestellt wird,
kontinuierlich in Abhängigkeit von dem kontinuierlich
steuerbaren Winkel α . Wird dies genauer unter
Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10, in denen die ersten
und zweiten nicht kreisförmigen Zahnräder (11 a und
21 a) dargestellt sind, beschrieben (das Gesagte gilt
ebenso für die ersten und zweiten nicht kreisförmigen
Zahnräder [11 b und 21 b]), so kennzeichnen die
Bezugsziffern (12 und 13) Wälzkurven des Kämmvorgangs
des ersten nicht kreisförmigen Zahnrads (11 a) und die
Bezugszeichen (22 und 23) die Wälzkurven des
Kämmvorgangs des zweiten nichtkreisförmigen Zahnrads
(21 a). Es muß darauf hingewiesen werden, daß entlang
der Wälzkurven des Kämmvorgangs evolvente Zähne, wie
teilweise dargestellt, vorgesehen sind. Da die
Verhältnisse wie Winkelgeschwindigkeit oder
Übersetzungsbelastung von kämmenden Zahnrädern mit
Hilfe der Wälzkurven des Kämmvorgangs erklärt werden
können, sind diese Zähne zumindest zum Teil zur
Vereinfachung der Zeichnung weggelassen worden.
Die Kurven 12 und 13 erstrecken sich vom Punkt S 1a
bis L 1a und entsprechend vom Punkt S 1b bis L 1b ,
wobei die Längen dieser Kurven genauso lang
festgelegt wurden wie die Wälzkurven des Kämmvorgangs
(22 und 23), die sich vom Punkt L 2a zum Punkt S 2a
und entsprechend vom Punkt L 2b zum Punkt S 2b
erstrecken. Dadurch wurde auch die Gesamtzahl der
Zähne des ersten nichtkreisförmigen Zahnrades (11 a)
und des zweiten nichtkreisförmigen Zahnrades (21 a)
gleich.
Ein wichtiger Punkt der vorliegenden Erfindung
besteht in der Eigenschaft, die die
Winkelgeschwindigkeit trifft, die durch das wie oben
beschrieben konstruierte Paar nicht kreisförmiger
Zahnräder erzielt werden kann.
Fig. 11 zeigt ein Diagramm, das die Funktion der
Winkelgeschwindigkeiten des ersten und zweiten
nichtkreisförmigen Zahnrades (11 a und 21 a) darstellt,
in dem die Abszisse mit der Winkelverschiebung R des
ersten nichtkreisförmigen Zahnrades (11 a) skaliert ist
für eine Umdrehung in dem Uhrzeiger entgegengesetzter
Richtung, wie in Fig. 9 dargestellt, wobei R zu 0
wird für den Zeitpunkt, an dem die Punkte S 1a und
L 2a kämmen. Die Ordinate dieses Diagramms ist mit
dem Logarithmus einer absoluten Größe geteilt, die
die Beziehung zwischen dem
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis und der
Winkelgeschwindigkeit des nichtkreisförmigen
Zahnrades (11 a) wiedergibt. Die Funktion von R , F( R )
= l 2/ω 1, kennzeichnet das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen dem ersten
und zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad (1 a und 21 a),
wobei die Winkelgeschwindigkeit des ersten
nichtkreisförmigen Zahnrads (11 a) durch ω 1 und die
des zweiten nichtkreisförmigen Zahnrads (21 a)
durch ω 2 repräsentiert wird.
In dem in Fig. 11 dargestellten Diagramm wird eine
gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Drehung des
nichtkreisförmigen Zahnrades (11 a) von dem Zustand
wie in Fig. 9 in π Radianten durch eine ständig
ansteigende Linie, die an einem Bezugswert des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses F(0) beginnt,
beschrieben, so daß dessen Kämmpunkt mit dem nicht
kreisförmigen Zahnrad (21 a) von S 1a und L 2a nach
L 1a und S 2a verschoben wird. Eine weitere
entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Drehung um π
Radianten wird durch eine ähnliche Linie dargestellt.
Die Veränderung von F( R ) des Paares
nichtkreisförmiger Zahnräder kann in der
halblogarithmischen Darstellung durch eine gerade
Linie dargestellt werden. Algebraisch beschrieben ist
das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis F(0) gegeben
durch eine exponentielle Funktion e K R × F(0), wobei
die Konstante K einen Koeffizienten der
Winkelgeschwindigkeitsmodulation darstellt, der
willkürlich gewählt und aus dem Diagramm in Fig. 11
als differenzierter Wert zu
in der
Ausführung gemäß Fig. 9 zu K = 0,2206 rad bestimmt
werden kann, wobei e der Basis des natürlichen
Logarithmus entspricht.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 12 und 13 wird eine
herausragende, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Arbeitsweise beschrieben, die aus der Eigenschaft des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses der oben
genannten nichtkreisförmigen Zahnräder abgeleitet
werden kann. Die Fig. 12 und 13 zeigen dabei einen
Teil der die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung, die in Fig. 7 und 8 als Vorderansicht
und Querschnittsseitenansicht entsprechend
dargestellt ist. Das bedeutet, die Fig. 12 und 13
zeigen das dritte nichtkreisförmige Zahnrad (31 a),
das zu dem ersten und zweiten nichtkreisförmigen
Zahnrad (11 a und 21 a) in den Fig. 9 und 10
hinzukommt. Das dritte nichtkreisförmige Zahnrad
(31 a) entspricht identisch dem zweiten
nichtkreisförmigen Zahnrad (21 a). Das erste und
zweite nichtkreisförmige Zahnrad (11 a und 21 a) bilden
eine primäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung und das erste und dritte
nichtkreisförmige Zahnrad (11 a und 31 a) bilden eine
sekundäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung. Die primäre, die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung dient zur Festlegung des
Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeit ω 2 der
zweiten drehenden Welle (20) zur
Winkelgeschwindigkeit ω 1 der ersten drehenden Welle
(10). Dieses Verhältnis ist ein primäres
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis. Auf ähnliche Weise
dient die sekundäre die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung zur Festlegung des
Verhältnisses zwischen den Winkelgeschwindigkeiten ω 1
und l 3 der drehenden Wellen (10 und 30). Das
Verhältnis ist ein sekundäres
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis. Die primäre, die
Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung, wurde
in bezug auf die Fig. 9 und 11 beschrieben und die
sekundäre die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung entspricht dieser primären Vorrichtung.
Jedoch muß darauf hingewiesen werden, daß die dritte
Welle (30) mit der Stellung der ersten drehenden
Welle (10) als Bezug in einem Winkel von π + α
Radianten zu der Stellung der zweiten Welle (20)
angeordnet ist. Da das erste nichtkreisförmige
Zahnrad (31) in derselben Stellung alle π Radianten
um das erste nichtkreisförmige Zahnrad (11 a)
angeordnet ist, entsprechen π + α Radianten dem
Zentralwinkel α . Aus diesem Grund befindet sich die
sekundäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung in einer Kämmbedingung unter einem
Verdrehwinkel R + α des ersten nichtkreisförmigen
Zahnrades, wenn sich die primäre die
Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung in
einem kämmenden Zustand unter einem
Verdrehungswinkel R des ersten nicht kreisförmigen
Zahnrads (11 a) befindet. Um diese Bedingung zu
erfüllen, besitzt das sekundäre
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/ω 1 einen Wert
von e K × (R + α) × F(0), wenn das primäre
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 1/ω 2 einen Wert
von e K × R F(0) besitzt. In diesem Zustand wird das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis der dritten Welle
(30) zur zweiten Welle (20) zu e K × α . Die
exponentielle Gleichung e K × α stellt eine
grundlegende Eigenschaft der Charakteristika der
vorliegenden, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung dar.
Die Fig. 14 bis 16 zeigen Diagramme, die
charakteristische Werte der die Winkelgeschwindigkeit
modulierenden Vorrichtung entsprechend einer
Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellen, bei
denen die Abszisse und die Ordinate wie in der Fig. 11
geteilt sind. Die Fig. 14 zeigt ein Diagramm
für α = 0, in dem das primäre
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis immer gleich dem
sekundären Verhältnis und ω 3/ω 2 gleich 1 ist. In
Fig. 15 ist α = (⅛) × π und das Veränderungsmuster
des sekundären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses
ist um α Radianten verschoben, von dem des primären
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses. Für einen Wert
ungleich Null, ausgenommen für den Fall α = π , ist
der Bereich, in dem das primäre und das sekundäre
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis kontinuierlich
verändert werden kann, gleich 0 ∼ π - α , π - α ∼ π ,
π ∼ 2 π - α und 2 π - α ∼ 2 f .
In den Bereichen 0 ∼ π - α und π ∼ 2 π - α
liegt für das Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/ω 2
ein konstanter Wert von e K × α vor und in den
Bereichen π - a ∼ π und 2 π - α ∼ 2 π ein konstanter Wert
von e K × ( α - f ) . Fig. 16 zeigt einen Fall, in
dem α von dem Wert in Fig. 15 auf (⅜) × π erhöht
ist. Das bedeutet, Fig. 16 unterscheidet sich von der
Darstellung in Fig. 15 dadurch, daß der Wert von
ω 3/ω 2 sich in Zusammenhang mit der Erhöhung von α
verändert und daß die Bereiche, in denen der Wert
von ω 3/ω 2 kontinuierlich wechselt, ebenfalls
verändert sind. Fig. 17 zeigt eine Veränderung des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ω 3/ω 2 für den
Fall, daß α von 0 bis π in Schritten von π/8
verändert wird.
Die vorliegende Vorrichtung ist mit einer die
Winkelgeschwindigkeit modulierenden Funktion
ausgerüstet, die auf dem einzigartigen Konzept
basiert, daß die die Winkelgeschwindigkeit
exponentiell modulierende Vorrichtung in einer
schrittlosen automatischen Übersetzung vorgesehen
ist. Um solch eine Übersetzung zu realisieren, reicht
es aus, eine Vielzahl solcher die
Winkelgeschwindigkeit exponentiell modulierender
Vorrichtungen mit einer Vorrichtung zur Steuerung des
Wertes, mit einer Vorrichtung, die die konstanten
Bereiche des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses
ω 3/ω 2 kontinuierlich macht und einer
Vorrichtung, durch die selektiv ein bestimmter Wert
eines wiederholten Musters des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses erzielt werden
kann, zu kombinieren.
Die Vorrichtung zur Steuerung des Wertes kann erzielt
werden durch einen Aufbau des ersten Rahmens (60) in
der Art, daß er drehbar gegenüber dem zweiten Rahmen
(20) ist, wie zuvor erwähnt. Diese Vorrichtung kann
für eine Vielzahl modulierender Vorrichtungen
gemeinsam genutzt werden.
Die zusammenhängende Vorrichtung kann realisiert
werden durch Fixierung des zweiten nichtkreisförmigen
Zahnrades (21 b) in bezug auf das zweite
nichtkreisförmige Zahnrad (21 a) mit einer
Phasendifferenz der Drehbewegung von π/2 Radianten.
Wenn die Funktion G 1 ( R ) das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/l 2 der ersten
Zahnradgruppe, die aus dem ersten nichtkreisförmigen
Zahnrad (11 a) dem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad
(21 a) und dem dritten nichtkreisförmigen Zahnrad
(23 a) besteht, und die Funktion G 2 ( π ) das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis l 3/ω 2 der
zweiten die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung, die aus dem ersten nichtkreisförmigen
Zahnrad (11 b), dem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad
(21 b) und dem dritten nichtkreisförmigen Zahnrad
(31 b) besteht, darstellt, so ergibt sich
G 2 ( R ) = G 1 ( R - β ). β ist die Phasenwinkeldifferenz
des Paares der ersten nichtkreisförmigen Zahnräder
(11 a und 11 b) auf der ersten Welle (10) und
entspricht der Phasenwinkeldifferenz π/2, die für
das Paar nichtkreisförmiger Zahnräder (21 a und 21 b)
auf der zweiten Welle (20) vorgesehen ist. Der Wert
von β ist eine Funktion des Verdrehwinkels R der
ersten Welle (10). In der Ausführung gemäß Fig. 7
beträgt der minimale Wert für β min = 0,415
Radianten.
Fig. 18 zeigt ein Diagramm, das das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/ω 2 der ersten
und zweiten die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung entsprechend gekennzeichnet durch A und B
darstellt. In einem Bereich, in dem die Bedingung
α< = β min erfüllt wird, ist es möglich, einen
konstanten Wert e K × α für das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/ω 2
kontinuierlich über den gesamten Bereich des
Verschiebungswinkels R zu erhalten. Das Diagramm in
Fig. 18 zeigt den Fall für α = (⅜) × π als ein
Beispiel in diesem Bereich.
Die selektive Auswahlvorrichtung kann realisiert
werden durch eine Einwegkupplung. Das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis bezogen auf ω 2 als
Referenz des Paares der dritten nichtkreisförmigen
Zahnräder (31 a und 31 b) aus den Fig. 7 und 8 wird in
Fig. 18 als Kurven A und B dargestellt. Wenn sich die
Werte A und B voneinander unterscheiden, überträgt
das Lager (37), das die Aufgabe der Einwegkupplung
wahrnimmt, die Winkelgeschwindigkeit einer der beiden
Wellen auf die dritte Welle (30). In dieser
Ausführung wird die Drehkraft nur in der Richtung von
den dritten nichtkreisförmigen Zahnrädern (31 a und
31 b) zur dritten Welle (30) übertragen. Deshalb trägt
der höhere Wert der
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisse A und B zum
Antrieb der Welle (30) bei und der niedrigere Wert
wird durch das Lager (37) in seiner Funktion als
Einwegkupplung unterdrückt.
Aus dem vorangegangenen wird klar, daß der Winkel α
kontinuierlich steuerbar ist und damit auch das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis ω 3/ω 2. Wird α
festgehalten, kann das
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis auf einen konstanten
Wert in Abhängigkeit von α festgelegt werden. In
Fig. 8 ist die vierte und fünfte Welle (40 und 50)
vorgesehen, die mit der zweiten und dritten Welle (20
und 30) über ein Paar kreisförmige Zahnrädern (45 und
25) und ein Paar kreisförmige Zahnräder (55 und 35)
verbunden sind, die darauf, wie in Fig. 8
dargestellt, befestigt sind. Dies beschreibt ein
Beispiel, in dem die Eingangswelle und die
Ausgangswelle der schrittlosen Übersetzung koaxial
angeordnet sind. Das Verhältnis der Zahnzahlen der
kreisförmigen Zahnräder (45 und 25) und das
Verhältnis der Zahnzahlen der kreisförmigen Zahnräder
(55 und 35) kann willkürlich gewählt werden. Diese
Verhältnisse der Zahnzahlen wirken als Vorrichtung
zur starren Regelung des
Drehgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen der
Eingangs- und Ausgangswelle der schrittlosen
Übersetzung. Diese Verhältnisse sind jedoch in der
vorliegenden Erfindung bedeutungslos, die sich auf
das Prinzip einer Winkelgeschwindigkeitsmodulation
gründet.
Fig. 19 zeigt ein Diagramm, das eine
charakteristische Kurve des
Drehgeschwindigkeitsverhältnisses zwischen der
Eingangs- und der Ausgangswelle der Ausführung gemäß
Fig. 7 und 8 darstellt, indem die Verhältnisse der
Zahnzahlen des Zahnradpaares (45 und 25) und des
Zahnradpaares (55 und 35) gleich 1 ist und
entsprechend die vierte Welle (40) und die fünfte
Welle (50) als Eingangswelle und Ausgangswelle
genutzt wird. In Fig. 19 wird das
Drehgeschwindigkeitsverhältnis ω u /l i zwischen dem
Eingang und dem Ausgang in bezug auf den Winkel der
durch Verdrehung des zweiten Rahmens (70) einstellbar
ist, in einem halblogarithmischen Diagramm als
schräge Linie dargestellt.
Die vorliegende, die Winkelgeschwindigkeit
modulierende Vorrichtung, ist bisher beschrieben
worden unter Bezug auf die nicht kreisförmigen
Zahnräder, dargestellt in Fig. 9 bis 11. Die
Anordnung des nichtkreisförmigen Zahnrades ist jedoch
nicht auf die dargestellten Ausführungen beschränkt.
Fig. 20 zeigt eine andere Ausführungsform der die
Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die
ein Paar nichtkreisförmiger Zahnräder einsetzt, die
sich von denen, dargestellt in Fig. 9, vom Aufbau
unterscheiden. In Fig. 20 besitzt ein erstes
nichtkreisförmiges Zahnrad (111 a) eine Wälzkurve des
Kämmvorgangs (112 a, 113 a, 112 b und 113 b). Zu einem
zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad (121 a) gehört eine
Wälzkurve des Kämmvorgangs (122 und 123). Fig. 21
zeigt ein Diagramm, das die Beziehung der
Winkelgeschwindigkeit zwischen dem ersten
nichtkreisförmigen Zahnrad (111 a) und dem zweiten
nichtkreisförmigen Zahnrad (121 a) darstellt. Die
Teilung der Abszisse und der Ordinate dieses
Diagramms und die Definitionen von R , l 1, ω 2,
F ( R ) und F(0) entsprechen denen der Fig. 11.
Eine Veränderung des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses F ( R ), während das
erste nichtkreisförmige Zahnrad (111 a) sich aus der
Stellung gemäß Fig. 20 um (¾) rad dreht, so daß die
Kämmpunkte der Zahnräder (111 a und 121 a) von S 1a
und L 2 nach L 1a und S 2 verschoben werden, wird
durch eine ansteigende Linie wiedergegeben, die
dargestellt wird von der Funktion F ( R ) = e K1 × R × F(0).
Bei einer weiteren Drehung des Zahnrades (111 a) um
(¼) rad und einer Verschiebung der Kämmpunkte von
S 1b nach L 2, wird die Veränderung durch eine
abfallende Linie dargestellt, die beschrieben werden
kann durch F ( R ) = e K2 × ( R - π ) × F(0). Zu diesem
Zeitpunkt vollenden die nichtkreisförmigen Zahnräder
(111 a und 112 a) entsprechend eine Drehung um π rad
und 2 π rad. Die Winkelgeschwindigkeit verändert sich
in derselben Weise für eine weitere Umdrehung um
π rad des Zahnrades (111 a), d. h. einer weiteren
Umdrehung um 2 π rad des Zahnrades (121 a). Die
Koeffizienten K1 und K2 in dieser Ausführung gemäß
Fig. 20 betragen 0,2942 rad-1 und -0,8826 rad-1.
Fig. 22 zeigt den Hauptteil einer anderen Ausführung
der die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung, die mit Paaren nichtkreisförmiger
Zahnräder, wie in Fig. 20 dargestellt, aufgebaut ist.
In Fig. 22 ist ein drittes nichtkreisförmiges Zahnrad
(131 a) zu dem ersten und dem zweiten Zahnrad (111 a
und 121 a) hinzugefügt. Das dritte Zahnrad (131 a) ist
identisch zu dem zweiten Zahnrad (121 a) aufgebaut.
Fig. 23 zeigt ein Diagramm, das charakteristische
Kurven dieser Ausführung wiedergibt. Die Teilung der
Abszisse und der Ordinate und die Definitionen von
R , α und ω 3/ω 2 entsprechen denen in Fig. 17.
Fig. 24 zeigt eine weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung, in der ein erstes
nichtkreisförmiges Zahnrad (211 a) eine Wälzkurve des
Kämmvorgangs (212 und 213), und ein zweites
nichtkreisförmiges Zahnrad (221) eine Wälzkurve des
Kämmvorgangs (222 und 223) besitzt.
Fig. 25 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung der
Winkelgeschwindigkeiten des ersten und zweiten
nichtkreisförmigen Zahnrades (211 a und 221 a)
darstellt, in dem die Teilung der Abszisse und der
Ordinate und die Definitionen von 0, ω 1, ω 2,
F( R ) und F(0) denen in Fig. 11 entsprechen. Eine
Veränderung des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses
F(0), während das erste nichtkreisförmige Zahnrad
(211 a) sich von der Position in Fig. 24 um π rad
dreht, und der Kämmpunkt des ersten und zweiten
Zahnrades (211 a und 212 a) verschoben wird von den
Punkten S 1 und L 2 zu den Punkten L 1 und S 2
wird dargestellt durch eine aufsteigende Linie,
beschrieben durch F ( R ) = e K3 × R × F(0), und die
Veränderung, während das Zahnrad (211 a) sich um π rad
weiterdreht und die Kämmpunkte nach S 1 und L 2
verschoben werden, wird dargestellt durch eine
abfallende Linie, beschrieben durch
F ( R ) = e K4 ( R - 2 π ) × F(0),
wobei K3 = 0,3497 rad-1 und
K4 = -0,3497 rad-1 beträgt.
Die Fig. 26 und 27 zeigen einen Hauptteil einer
die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung,
die aus einem Paar nichtkreisförmiger Zahnräder, wie
in Fig. 24 dargestellt, aufgebaut ist. In diesen
Fig. ist ein erstes nichtkreisförmiges Zahnrad
(261 a) und ein drittes nichtkreisförmiges Zahnrad
(231 a) zu den ersten und zweiten Zahnrädern
hinzugefügt. Das dritte Zahnrad (231 a) entspricht
identisch dem ersten Zahnrad (211 a). In dieser
Ausführung sind die Zahnräder (211 a und 261 a) auf der
ersten Welle (10) mit einer Phasendifferenz von π rad
zwischen ihnen angeordnet. Aus diesem Grund
unterscheiden sich die Seitenansichten in Fig. 27 und
Fig. 13. Die ersten Zahnräder (211 a und 261 a) sind
starr befestigt, so daß sie sich mit der
Winkelgeschwindigkeit ω 1 der ersten Welle (10)
drehen. Deshalb ist es möglich, die Zahnräder (211 a
und 261 a) als ein Element anzusehen, das dem ersten
nichtkreisförmigen Zahnrad (11 a) der Fig. 12
entspricht.
Fig. 28a zeigt ein Diagramm, das die
charakteristischen Betriebswerte der die
Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung gemäß
Fig. 26 und 27 darstellt, indem die Teilung der
Abszisse und Ordinate und die Definitionen von R , α
und ω 3/ω 2 denen der Fig. 16 entsprechen.
Die Ausführung, dargestellt in Fig. 20 bis 23, und
die Ausführung, dargestellt in den Fig. 24 bis 28,
bilden entsprechend eine schrittlose Übersetzung
durch den Einsatz von mindestens zwei Gruppen der
elementaren Einheiten in der Ausführung entsprechend
den Fig. 20 bis 23 und mindestens drei Gruppen davon
in der Ausführung gemäß den Fig. 26 bis 28. Die
charakteristischen Werte dieser Ausführungen
entsprechen denen der ersten Ausführung insofern, als
eine primäre proportionale Korrelation zwischen dem
Steuerwinkel α und dem Geschwindigkeitsverhältnis
ω u /ω i zwischen Eingangs- und Ausgangswelle besteht.
In diesen Ausführungen ist der erste Rahmen (60)
ebenfalls stationär und der zweite Rahmen (70)
beweglich dazu. Diese Situation kann vertauscht
werden.
Fig. 29 ist eine detaillierte Vorderansicht der
vorliegenden schrittlosen Übersetzung, dargestellt in
Fig. 8. Fig. 30 ist eine Vorderansicht derselben
Ausführung, bei der der obere Teil entfernt worden
ist. Fig. 31 zeigt einen Querschnitt entlang einer
Linie IIa-IIa in Fig. 29, und Fig. 32 zeigt einen
Querschnitt entlang einer Linie IIb-IIb in Fig. 29.
In den Fig. 29 bis 32 ist der erste Rahmen (60)
feststehend und trägt die erste Welle (10) in
Wellenlagern (61 und 62) und die zweite Welle (20) in
Wellenlagern (63). Ein erster Stift (64) wird am
entgegengesetzten Ende davon durch Seitenplatten des
Rahmens (60) gehalten. Ein erster Begrenzungsschlitz
(65) ist in den Rahmen (60) eingearbeitet. Ein
zweiter Stift (74) wird am entgegengesetzten Ende
davon durch den beweglichen zweiten Rahmen (70)
gehalten. Verlängerungen des Stiftes (74), die aus
dem Rahmen (70) nach außen hervorragen, greifen in
den Begrenzungsschlitz (65). Ein zweiter
Begrenzungsschlitz (75), in den der erste Stift (64)
eingreift, ist in den Rahmen (70) eingearbeitet. Ein
Torsionselement in Form einer Spiralfeder (80) ist
zwischen den Stiften (74 und 64) vorgesehen, um den
Rahmen (70) in Uhrzeigerrichtung vorzuspannen und
dadurch den Stift (64) an ein Ende des
Begrenzungsschlitzes (75) zu bringen, um die
Bedingung α = b min zu erhalten, wenn keine von
außen eingreifende Kraft als die durch die Feder (80)
hervorgerufene auftritt. Der Stift (74) wird ebenso
an ein Ende des Begrenzungsschlitzes (65) gezwungen,
um die Winkelstellung der Rahmen (60 und 70) zu
regulieren, so daß die Bedingung α = β min
eingestellt wird.
Wenn eine externe Kraft, die gegen die Kraft
gerichtet ist, die durch die Feder (80) hervorgerufen
wird, auf einen der Rahmen (60 und 70) eingeleitet
wird, um den Rahmen (70) entgegen der
Uhrzeigerrichtung zu drehen, wird der Winkel α
kleiner als β min . Wenn solch eine externe
Torsionskraft größer als der maximale Wert der
Torsionskraft der Feder (80) ist, wird der Stift (64)
an das andere Ende des Begrenzungsschlitzes (75)
gezwungen, so daß sich die Bedingung α = 0 einstellt.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Stift (74) ebenfalls an
das andere Ende des Begrenzungsschlitzes (65)
gezwungen, um eine Winkelposition von α = 0
einzunehmen.
Fig. 33 verdeutlicht ein Belastungsgleichgewicht, das
sich in der Ausführung gemäß den Fig. 30 bis 32
einstellt, wenn eine Kraft eines primären Antriebs zu
einer Belastungsvorrichtung übertragen wird, wobei
die Bezugszeichen 91, 92 und 93 den primären Antrieb,
die Belastungsvorrichtung und die gemeinsame Basis,
auf der die entsprechenden Vorrichtungen befestigt
sind, kennzeichnen. Eine Linie l stellt eine
gemeinsame Rotationsachse der Vorrichtungen dar und
τ i und τ u entsprechen den Eingangs- und
Ausgangsdrehmomenten, bezogen auf die gemeinsame
Linie l. Geschlossene Linien m und n beschreiben einen
Kreis, der dynamisch in bezug auf das
Eingangsdrehmoment τ i im Gleichgewicht gehalten
wird, und einen Kreis, der dynamisch in bezug auf das
Ausgangsdrehmoment τ u entsprechend im
Gleichgewicht gehalten wird. Der primäre Antrieb (91)
erzeugt ein Reaktionsmoment - t i an der Basis
(93), wenn er die Welle (40) mit dem
Eingangsdrehmoment τ i antreibt. Dieses Drehmoment
steht im Gleichgewicht über den Kreis m und erstreckt
sich über die zweite Welle (20) und den ersten Rahmen
(60). Auf der anderen Seite erzeugt die fünfte Welle
(50) ein Reaktionsmoment - τ u über die dritte Welle
(30) am zweiten Rahmen (70), wenn sie die
Belastungsvorrichtung (92) mit dem Ausgangsdrehmoment
t u antreibt. Das Drehmoment τ u , das an der Last
(92) anliegt, wirkt durch die Basis (93) auf den
Rahmen (60). Dadurch wirkt das rotierende Drehmoment,
das dem Ausgangsdrehmoment τ u entspricht, zwischen
den Rahmen (60 und 70), und das Torsionsdrehmoment
der Feder (80) zwischen den Rahmen steht im
Gleichgewicht mit dem Drehmoment τ u und bewirkt
einen Zustand des Drehmomentengleichgewichts im
geschlossenen Kreis n. Der Grund dafür, daß nicht das
Eingangsdrehmoment τ i , sondern das
Ausgangsdrehmoment τ u auf die Feder (80) wirkt,
besteht darin, daß der Rahmen (60) feststehend und
der Rahmen (70) beweglich ist. Wenn gewünscht wird,
daß lediglich das Eingangsdrehmoment τ i auf das
Torsionselement (80) wirkt, genügt es, den Rahmen
(60) beweglich und den Rahmen (70) feststehend
auszuführen.
In dieser Ausführung kann das Verhältnis der
Zahnzahlen zwischen den Zahnrädern (45 und 25) und
zwischen den Zahnrädern (55 und 35) willkürlich
gewählt werden, wie vorher erwähnt. Die Verhältnisse
der Zahnzahlen beeinflussen das
Übersetzungsdrehmoment und die Elastizität des
Torsionselementes im Hinblick auf charakteristische
Werte der automatischen Steuerung der Übersetzung
zusätzlich zur Anpassung des
Drehgeschwindigkeitsverhältnisses der Eingangs- und
Ausgangswelle der Übersetzung.
Die Fig. 34a und 34b zeigen Diagramme, die die
Beziehung zwischen dem Torsionsdrehmoment der Feder
(80) und dem Steuerungswinkel α und die Beziehung
zwischen dem Geschwindigkeitsverhältnis ω u /ω i
der Eingangs- und Ausgangswellen und dem
Ausgangsdrehmoment dieser Ausführung darstellen, wenn
das Verhältnis des Zahnrades (45) zum Zahnrad (25)
und das des Zahnrades (55) zum Zahnrad (35) zu 1 : 1
bzw. 3 : 1 festgelegt ist.
Fig. 35 bis 38 entsprechen den Fig. 29 bis 32 und
zeigen eine andere Ausführung der vorliegenden
Erfindung. Diese Ausführung unterscheidet sich von
der in den Fig. 29 bis 32 dargestellten darin, daß
das kreisförmige Zahnrad (45) am Gehäuse (100)
befestigt, das nichtkreisförmige Zahnrad (11 a) von
der Welle (10) durch ein Lager (16) gehalten und das
kreisförmige Zahnrad (55) durch ein kreisförmiges
Zahnrad (90) ersetzt ist. Der charakteristische
Verlauf von ω 3/ω 2 dieser Ausführung ist in
Fig. 37 dargestellt und der charakteristische Verlauf
von ω u /ω i in Fig. 40. Wenn das Zahnverhältnis
zwischen den Zahnrädern (45 und 25) und zwischen den
Zahnrädern (90 und 35) gemeinsam 1 : 1 beträgt, stellen
sich die Winkelgeschwindigkeiten der entsprechenden
Elemente gemäß der folgenden Tabelle ein.
Fig. 41 verdeutlicht die Gleichgewichtsbedingung
ähnlich wie Fig. 33. In Fig. 41 stehen das
Eingangsdrehmoment τ i und das Reaktionsdrehmoment
im Gleichgewicht über den Eingangsrahmen (60), die
Welle (20), das Zahnrad (25), das Zahnrad (45) und
das Gehäuse (100) und das Ausgangsdrehmoment τ u
und das Reaktionsdrehmoment - τ u über die Basis
(93), das Gehäuse (100), das Zahnrad (45), das
Zahnrad (25), die Welle (20), den Rahmen (70), die
Feder (80), den Rahmen (70), die Welle (30), die
Zahnräder (35 und 90) und die Belastung (92).
Die Fig. 42 und 43 zeigen Diagramme, die das
Verhältnis zwischen dem tordierenden Drehmoment und
und dem Winkel α und die Beziehung zwischen dem
Winkelgeschwindigkeitsverhältnis der Eingangs- und
Ausgangswelle und dem Ausgangsdrehmoment der
Ausführung darstellen.
Wie vorher erwähnt, kämmt das erste nichtkreisförmige
Zahnrad mit einem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad
gemäß der vorliegenden Erfindung und bildet eine
primäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende
Vorrichtung, deren Aufgabe darin besteht, eine
exponentielle Modulation der Geschwindigkeit
bereitzustellen. Das dritte nichtkreisförmige Zahnrad
kämmt mit einem ersten nichtkreisförmigen Zahnrad und
bildet die sekundäre, die Winkelgeschwindigkeit
exponentiell modulierende Vorrichtung. Der relative
Drehwinkel zwischen der primären und sekundären, die
Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung kann
über die drehbare Welle des ersten nichtkreisförmigen
Zahnrades reguliert werden. Dadurch wird es möglich,
mit einer minimalen Anzahl mechanischer Elemente eine
automatische schrittlose Übersetzung aufzubauen.
Durch das Vorsehen eines Torsionselementes, das
relativ zum Drehwinkel direkt reagiert, ist weiterhin
das Eingangsdrehmoment und das Ausgangsdrehmoment
notwendigerweise mit einem Mechanismus ausgerüstet,
der das Torsionsdrehmoment des Torsionselementes
darauf wirken läßt. Damit wird die vorliegende
Übersetzung unmittelbar gesteuert und beinhaltet eine
automatische Steuerungsfunktion, die das
Übersetzungsdrehmoment nutzt. Der schrittlose
Übersetzungsmechanismus in Zahnradbauweise, der die
Vorteile der Kraftübertragung, die nicht auf dem
Reibungsprinzip beruht, beinhaltet, und eine
automatische Steuerungsfunktion einschließt, erbringt
eine höhere Übersetzungseffizienz im Vergleich mit
den konventionellen automatischen
Übersetzungsmechanismen. Mit anderen Worten: es kann
bei dem vorliegenden schrittlosen
Übersetzungsmechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung die Winkelgeschwindigkeiten der
Eingangs- und Ausgangswelle in Abstimmung mit dem
Lastdrehmoment an der Ausgangswelle gesteuert werden.
Aufgrund der Tatsache, daß die Steuerung unmittelbar
arbeitet und die Steuerung selbst sich intern
vollzieht, ist die vorliegende Vorrichtung mit einer
vollständigen mechanischen, automatischen
Kontrollfunktion ausgerüstet und einer Arbeitsweise,
bei der der gesteuerte Zustand des
Winkelgeschwindigkeitsverhältnissen zwischen der
Eingangs- und der Ausgangswelle stabil auf 0 gehalten
werden kann.
Wird die vorliegende Erfindung in solchen Bereichen,
wie z. B. Automobile oder verschiedene maschinelle
Werkzeuge, eingesetzt, in denen sich
Drehgeschwindigkeiten in einem weiten Bereich
verändern, schafft die vorliegende Vorrichtung eine
gewünschte Anpassung eines Elektromotors oder eines
internen Verbrennungsmotors, deren Charakteristika
als primärer Antrieb nicht geeignet ist, zur
Veränderung der Drehgeschwindigkeit, was eine
Energieersparnis mit sich bringt.
Claims (12)
1. Vorrichtung zur Modulierung der
Winkelgeschwindigkeit, die aus
einer ersten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die sich zusammensetzt aus
einer ersten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die sich zusammensetzt aus
- einem ersten nichtkreisförmigen Zahnrad, das an einer ersten drehenden Welle starr befestigt ist und einem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad, das an einer zweiten drehenden Welle starr befestigt ist und das mit dem genannten ersten nichtkreisförmigen Zahnrad kämmt, um ein primäres Winkelgeschwindigkeitsverhältnis als ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis der genannten zweiten drehenden Welle zur genannten ersten drehenden Welle bereitzustellen,
einer zweiten die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung, zusammengesetzt aus
- dem genannten ersten nichtkreisförmigen
Zahnrad und einem dritten nichtkreisförmigen
Zahnrad, das auf einer dritten drehenden Welle
derart gehalten wird, daß darüber eine Kraft auf
die genannte dritte drehende Welle übertragen wird
und
das genannte dritte nichtkreisförmige Zahnrad
mit dem genannten ersten nichtkreisförmigen
Zahnrad kämmt,
wobei die genannte sekundäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung arbeitet, um ein sekundäres Winkelgeschwindigkeitsverhältnis als ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten ersten drehenden Welle bereitzustellen,
einem ersten Rahmen zur Halterung der genannten
ersten drehenden Welle und der genannten zweiten
drehenden Welle in entsprechenden Wellenlagern und
einem zweiten Rahmen, drehbar in bezug auf den genannten ersten Rahmen um die genannte erste drehende Welle drehbar durch die genannte erste drehende Welle gelagert, wobei
das primäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis beschrieben wird durch eine exponentielle Funktion e K × R × F(0), in der K ein willkürlich vorgebbarer Koeffizient der Winkelgeschwindigkeitsmodulation ist, F(0) ein willkürlich vorgebbarer Bezugswert des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ist und R der Verdrehwinkel der genannten ersten drehbaren Welle ist, und
das sekundäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis dargestellt wird durch eine exponentielle Funktion e K(R - α) × F(0), in der α ein willkürlich durch Steuerung eines relativen Umdrehungsbetrages zwischen dem genannten zweiten Rahmen wählbar ist,
wodurch ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten zweiten drehenden Welle als Ergebnis einer Division des genannten sekundären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses und des genannten primären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses erhalten wird, das sich darstellt in einer exponentiellen Funktion e K × α , besteht.
einem zweiten Rahmen, drehbar in bezug auf den genannten ersten Rahmen um die genannte erste drehende Welle drehbar durch die genannte erste drehende Welle gelagert, wobei
das primäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis beschrieben wird durch eine exponentielle Funktion e K × R × F(0), in der K ein willkürlich vorgebbarer Koeffizient der Winkelgeschwindigkeitsmodulation ist, F(0) ein willkürlich vorgebbarer Bezugswert des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ist und R der Verdrehwinkel der genannten ersten drehbaren Welle ist, und
das sekundäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis dargestellt wird durch eine exponentielle Funktion e K(R - α) × F(0), in der α ein willkürlich durch Steuerung eines relativen Umdrehungsbetrages zwischen dem genannten zweiten Rahmen wählbar ist,
wodurch ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten zweiten drehenden Welle als Ergebnis einer Division des genannten sekundären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses und des genannten primären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses erhalten wird, das sich darstellt in einer exponentiellen Funktion e K × α , besteht.
2. Vorrichtung zur Modulierung der
Winkelgeschwindigkeit gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das genannte erste
nichtkreisförmige Zahnrad aus einem Paar
nichtkreisförmiger identischer Zahnradabschnitte
besteht, die starr auf der genannten ersten drehenden
Welle mit einem Verschiebungswinkel von Radianten
zueinander befestigt sind, wobei einer der genannten
nichtkreisförmigen Zahnradabschnitte mit dem
genannten zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad kämmt
und der andere der genannten nichtkreisförmigen
Zahnradabschnitte mit dem genannten dritten
nichtkreisförmigen Zahnrad kämmt.
3. Schrittlose automatische Übersetzung, die aus
einer Vielzahl von Vorrichtungen zur Modulierung der
Winkelgeschwindigkeit, die jeweils aus
einer ersten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die sich zusammensetzt aus
einer ersten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die sich zusammensetzt aus
- einem ersten nichtkreisförmigen Zahnrad, das an einer ersten drehenden Welle starr befestigt ist und einem zweiten nichtkreisförmigen Zahnrad, das an einer zweiten drehenden Welle starr befestigt ist und das mit dem genannten ersten nichtkreisförmigen Zahnrad kämmt, um ein primäres Winkelgeschwindigkeitsverhältnis als ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis der genannten zweiten drehenden Welle zur genannten ersten drehenden Welle bereitzustellen,
einer zweiten die Winkelgeschwindigkeit modulierenden
Vorrichtung, zusammengesetzt aus
- dem genannten ersten nichtkreisförmigen Zahnrad und
einem dritten nichtkreisförmigen Zahnrad, das auf
einer dritten drehenden Welle derart gehalten wird,
daß darüber eine Kraft auf die genannte dritte
drehende Welle übertragen wird und
das genannte dritte nichtkreisförmige Zahnrad mit
dem genannten ersten nichtkreisförmigen Zahnrad
kämmt,
wobei die genannte sekundäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung arbeitet, um ein sekundäres Winkelgeschwindigkeitsverhältnis als ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten ersten drehenden Welle bereitzustellen,
einem ersten Rahmen zur Halterung der genannten
ersten drehenden Welle und der genannten zweiten
drehenden Welle in entsprechenden Wellenlagern und
einem zweiten Rahmen, drehbar in bezug auf den genannten ersten Rahmen um die genannte erste drehende Welle drehbar durch die genannte erste drehende Welle gelagert, wobei
das primäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis beschrieben wird durch eine exponentielle Funktion e K × R × F(0), in der K ein willkürlich vorgebbarer Koeffizient der Winkelgeschwindigkeitsmodulation ist, F(0) ein willkürlich vorgebbarer Bezugswert des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ist und R der Verdrehwinkel der genannten ersten drehbaren Welle ist, und
das sekundäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis dargestellt wird durch eine exponentielle Funktion e K(R - α) × F(0), in der α ein willkürlich durch Steuerung eines relativen Umdrehungsbetrages zwischen dem genannten zweiten Rahmen wählbar ist,
wodurch ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten zweiten drehenden Welle als Ergebnis einer Division des genannten sekundären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses und des genannten primären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses erhalten wird, das sich darstellt in einer exponentiellen Funktion e K × α ,
bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtungen zusammengefaßt werden durch den genannten ersten Rahmen und den genannten zweiten Rahmen, die gemeinsam benutzt werden, und
ein tordierendes, zurückfederndes Element zwischen dem genannten ersten Rahmen und dem genannten zweiten Rahmen vorgesehen ist, das ein trodierendes Drehmoment in Abhängigkeit von dem genannten Winkel aufbringt, wobei das Drehmoment entgegengesetzt gerichtet zu einem Eingangsdrehmoment oder einem Ausgangsdrehmoment der genannten Übersetzung wirkt.
einem zweiten Rahmen, drehbar in bezug auf den genannten ersten Rahmen um die genannte erste drehende Welle drehbar durch die genannte erste drehende Welle gelagert, wobei
das primäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis beschrieben wird durch eine exponentielle Funktion e K × R × F(0), in der K ein willkürlich vorgebbarer Koeffizient der Winkelgeschwindigkeitsmodulation ist, F(0) ein willkürlich vorgebbarer Bezugswert des Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses ist und R der Verdrehwinkel der genannten ersten drehbaren Welle ist, und
das sekundäre Winkelgeschwindigkeitsverhältnis dargestellt wird durch eine exponentielle Funktion e K(R - α) × F(0), in der α ein willkürlich durch Steuerung eines relativen Umdrehungsbetrages zwischen dem genannten zweiten Rahmen wählbar ist,
wodurch ein Winkelgeschwindigkeitsverhältnis zwischen der genannten dritten drehenden Welle und der genannten zweiten drehenden Welle als Ergebnis einer Division des genannten sekundären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses und des genannten primären Winkelgeschwindigkeitsverhältnisses erhalten wird, das sich darstellt in einer exponentiellen Funktion e K × α ,
bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß
die genannten, die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtungen zusammengefaßt werden durch den genannten ersten Rahmen und den genannten zweiten Rahmen, die gemeinsam benutzt werden, und
ein tordierendes, zurückfederndes Element zwischen dem genannten ersten Rahmen und dem genannten zweiten Rahmen vorgesehen ist, das ein trodierendes Drehmoment in Abhängigkeit von dem genannten Winkel aufbringt, wobei das Drehmoment entgegengesetzt gerichtet zu einem Eingangsdrehmoment oder einem Ausgangsdrehmoment der genannten Übersetzung wirkt.
4. Schrittlose automatische Übersetzung gemäß
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte
tordierend rückfedernde Element aus einer Spiralfeder
besteht.
5. Schrittlose automatische Übersetzung gemäß den
Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
genannte erste Rahmen feststehend ist.
6. Schrittlose automatische Übersetzung gemäß den
Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
zweite Rahmen feststehend ist.
7. Schrittlose automatische Übersetzung, die aus
einer schrittlosen Übersetzungsvorrichtung, die eine Vielzahl die Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtungen einschließt, die jeweils aus
einer schrittlosen Übersetzungsvorrichtung, die eine Vielzahl die Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtungen einschließt, die jeweils aus
- einer Eingangswelle, die drehbar durch ein äußeres
Gehäuse gelagert ist, das starr an einem
Halteelement befestigt ist,
einem Eingangsrahmen, der starr auf der genannten ersten Welle mit ihr drehbar befestigt ist,
einer Eingangsplanetenwelle, die gehalten wird von den genannten ersten Rahmen, drehbar zu dessen Achse,
einem Ausgangsrahmen, der gehalten wird von der genannten Eingangswelle, drehbar zu dem genannten Eingangsrahmen,
eine Ausgangsplanetenwelle, die drehbar durch den genannten Ausgangsrahmen gelagert wird,
eine primäre, die Winkelgeschwindigkeit modulierende Vorrichtung, die aus einem Paar nichtkreisförmiger Zahnräder besteht, die ein exponentielles, sich periodisch änderndes Winkelgeschwindigkeitsverhältnis aufweisen und
einer zweiten die Winkelgeschwindigkeit modulierenden Vorrichtung, die aus einem Paar nicht kreisförmiger Zahnräder besteht, die ein exponentielles, sich periodisch veränderndes Winkelgeschwindigkeitsverhältnis aufweisen,
bestehen, wobei die schrittlose Übersetzungsvorrichtung die Festlegung des Verhältnisses der Winkelgeschwindigkeit zwischen der genannten Ausgangsplanetenwelle und der genannten Eingangsplanetenwelle auf einen Wert, der beschrieben wird durch eine exponentielle Funktion e K erlaubt, in der R den Drehwinkel angibt, der festgelegt wird durch die relative Drehstellung zwischen dem genannten Eingangsrahmen und dem genannten Ausgangsrahmen und K einen Koeffizienten der Winkelgeschwindigkeitsmodulation der genannten nichtkreisförmigen Zahnradpaare angibt und willkürlich festlegbar ist,
einem stationären Eingangszentralzahnrad, das starr an dem genannten äußeren Gehäuse befestigt ist, koaxial mit der genannten Eingangswelle,
einem Eingangsplanetenzahnrad, das starr an der genannten Eingangsplanetenwelle befestigt ist und das mit dem genannten Eingangszentralzahnrad kämmt,
einem Ausgangszentralzahnrad, das mit dem genannten Ausgangsplanetenzahnrad kämmt und das starr an der Ausgangswelle befestigt ist, wobei die genannte Ausgangswelle drehbar durch das genannte äußere Gehäuse und koaxial zu der genannten Eingangswelle gelagert wird und
einem tordierend-rückfedernden Element zwischen dem genannten Eingangsrahmen und dem genannten Ausgangsrahmen zur Aufbringung eines tordierenden Drehmoments zwischen den genannten Rahmen
besteht.
8. Schrittlose automatische Übersetzung gemäß
Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
tordierend rückfedernde Element aus einer Spiralfeder
besteht.
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |