DE3716400A1

DE3716400A1 - Schrittloser uebersetzungsmechanismus

Info

Publication number: DE3716400A1
Application number: DE19873716400
Authority: DE
Inventors: Akira Takami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1987-11-19
Also published as: US4765195A; DE3716400C2

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.

Winkelgeschwindigkeitsverhältnis (Einheit: rad/s)

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

1. Vorrichtung zur Modulierung der Winkelgeschwindigkeit, die 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.

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

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.

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 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.