DE596490C - Selbsttaetig sich einstellendes Umlaufraedergetriebe, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Es sind Umlaufrädergetriebe bekannt, bei welchen das Übersetzungsverhältnis zwischen getriebener und treibender Welle durch ein unter Vermittlung eines Zwischengliedes aktiv angetriebenes Umlaufschneckengetriebe erfolgt. Bei den Getrieben dieser Art wurde dieses Zwischenglied in Unabhängigkeit von der Drehzahl der treibenden Welle durch einen von einer äußeren Energiequelle gespeisten Elektromotor o-. dgl. angetrieben. Diese Art des Antriebes des Umlaufgetriebes hat den Nachteil, daß die Leistung des Motors nicht so genau bemessen werden kann, daß sie in jedem Betriebsfalle gerade nur die für die Herstellung des Übersetzungsverhältnisses notwendige Energiemenge liefert.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein selbsttätig sich einstellendes Umlaufrädergetriebe der geschilderten Art, durch welches

ao dieser Nachteil behoben und außerdem eine bauliche Vereinfachung des Getriebes erzielt wird. Die Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen durch ein Umlaufschneckengetriebe, bei welchem die treibende Welle mit Hilfe einer bei ihrem Schlupf gegenüber der getriebenen Welle erzeugten Hilfskraft den Umlaufschneckenträger mehr oder weniger mitnehmen und die Umlaufschnecken entgegen dem Drehsinn des mit der getriebenen Welle verbundenen Schneckenzentralrades mehr oder weniger antreiben kann, in Verbindung mit einer Regelungsvorrichtung für die Hilfskraft, die durch ein gleichzeitig unter dem Einfluß der Drehzahl der treibenden und der getriebenen Welle stehendes Ver-Stellglied einstellbar ist.

Durch den Einbau des Zwischengliedes zwischen treibende Welle und Umlaufschnekkengetriebe gemäß der Erfindung wird ferner eine wesentliche Verringerung der baulichen Ausmaße des gesamten Getriebes, erzielt, was insbesondere für Kraftfahrzeuge von ausschlaggebender Bedeutung ist.

Das den Antrieb des Umlaufschneckengetriebes bewirkende Getriebe kann auf eine beliebige Weise, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben werden.

Bei Verwendung eines hydraulischen Zwischengetriebes wird die Anordnung vorzugsweise so getroffen, daß mit der treibenden Welle eine umlaufende Flüssigkeitspumpe verbunden ist, deren Laufrad mit dem Gehäuse eines Flüssigkeitsmotors in fester Verbindung steht, das an seiner Innenwandung Umlaufschnecken trägt, die mit dem Laufrad des Flüssigkeitsmotors zweckmäßig über ein Zahnräderzwischengetriebe und mit der getriebenen Welle zweckmäßig mittels eines Schneckenrades in bewegungsübertragender Verbindung stehen. Durch diese Anordnung wird das erforderliche Drehmoment an der getriebenen Welle mit dem augenblicklichen

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Drehmoment des Antriebsmotors in Übereinstimmung gebracht, vermöge des zwischen dem Laufrade und dem Gehäuse der Flüssigkeitspumpe auftretenden Schlupfes und der Rücklaufbewegung der Umlaufschnecken auf dem Schneckenrad.

In entsprechender Weise kann ein pneumatisch wirkendes Zwischengetriebe ausgebildet werden.

ίο Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit hydraulischem Antrieb der Umlaufschnecken.

Fig. ι zeigt einen Längsschnitt durch das Umlaufrädergetriebe, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie a-b durch die Flüssigkeitspumpe und Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie c-d durch das Schneckengetriebe. Fig. 4 stellt die Vorrichtung zur Übertragung der Bewegung des Laufrades des Flüssigkeitsmotors auf die Umlaufschnecken dar. Fig. 5 gibt das Ventil der Flüssigkeitsverbindung in vergrößertem Maßstabe wieder und deutet das Zusammenwirken der Regler in schematischer Weise an.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Schwungrad des Antriebsmotors mit dem Gehäuse P einer Kapselpumpe fest verbunden. Das Laufrad L dieser Flüssigkeitspumpe ist seinerseits mit dem Gehäuse S eines Flüssigkeitsmotors fest verbunden. In dieses Gehäuse sind Schnecken Sch (nach der Zeichnung 2) derart eingebaut, daß sie mit dein Gehäuse um die verlängerte Motorachse laufen und sich außerdem um ihre eigenen Achsen drehen können. Diese Schnecken (Umlaufschnecken) stehen mit dem Laufrad L₃ des Flüssigkeitsmotors durch Zahnräder Z in bewegungsübertragender Verbindung und greifen in ein Schneckenrad R ein, das mit der getriebenen Welle K fest verbunden ist. Sobald das verlangte Drehmoment an dieser Welle eine Größe erreicht hat, die das augenblickliche Drehmoment des Motors nicht übersteigt, kommt das gesamte Getriebe als starres Ganzes zur Wirkung, und die Schnekken werden, ohne sich um ihre eigene Achse zu drehen, das Schneckenzentralrad R mit derselben Umdrehungszahl, die der Antriebsmotor augenblicklich innehat, mitnehmen, da in dem Falle, daß das verlangte Drehmoment an der getriebenen Welle und das augenblickliche Drehmoment des Antriebsmotors einander das Gleichgewicht halten, ein einfaches Reglersystem die Flüssigkeitsverbindung zwisehen der Flüssigkeitspumpe und dem Flüssigkeitsmotor vollkommen gesperrt hält. Ein nennenswerter Schlupf zwischen Laufrad L und Gehäuse P der Flüssigkeitspumpe tritt in diesem Falle nicht ein. Wenn hingegen das verlangte Drehmoment wächst, ohne daß dem Antriebsmotor mehr Brennstoff zugeführt wird, muß die Umdrehungszahl des Motors vorerst um ein kleines Maß sinken. Die Regler werden ein Ventil, im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles einen Schieber R_s verstellen, so daß eine entsprechende Flüssigkeitsbewegung zwischen Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor erfolgt, wobei zwischen dem Gehäuse P und dem Laufrad L der Flüssigkeitspumpe ein Schlupf auftritt. Je größer das verlangte Drehmoment geworden ist, um so mehr öffnet der Schieber R₃ die Verbindung zwischen Pumpe und Flüssigkeitsmotor, um so größer wird der Schlupf und um so mehr nimmt die Umdrehungszahl des Flüssigkeitsmotors zu. Obgleich der Antriebsmotor sofort wieder auf seine der eingestellten Brennstoffmenge entsprechende Umdrehungszahl hinaufgeht, wird der Schieber vermöge des Zusammenwirkens zweier Regler, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt ist, in der notwendigen Stellung gehalten. Das nun rascher umlaufende Laufrad L₃ des Flüssigkeitsmotors überträgt seine Drehung auf die Schnecken Sch, und zwar so, daß sich die Schnecken auf dem Schneckenzentralrad R aufschrauben. Das Schneckenrad wird in der Motordrehrichtung laufend mitgenommen, und zwar vermindert um die Umdrehungszahl, mit der die Umlaufschnekken ihre Umlaufbewegung um das Schneckenzentralrad entgegengesetzt der Motorwellendrehrichtung durchführen. Die Umdrehungszahl des Schneckenrades verringert sich somit um die Zahl der rückläufigen Umdrehungen der Schnecken um die Motorachse vermehrt um den Schlupf des Laufrades L im Gehäuse P.

Der Schieber R_s dient zur Steuerung der Druck- und Saugöffnungen im Laufrad L. Die Druckleitung zum Laufrad L₃ des Flüssigkeitsmotors führt durch den Regelschieber R₅, Die verbrauchte Flüssigkeit kann unter Umgehung des Regelschiebers ungehindert in die Flüssigkeitspumpe zurückfließen. 10s Um ein stoßfreies Anfahren zu ermöglichen, sind in dem Regelschieber R_s Fenster derart angeordnet, daß bei einer verhältnismäßig noch niedrigen Umdrehungszahl des Antriebsmotors und Ruhezustand des Wagens eine volle Verbindung der Druckseite mit der Saugseite in der Flüssigkeitspumpe hergestellt ist und keine Flüssigkeit in den Flüssigkeitsmotor gedrückt wird. Erst bei Zunahme der Umdrehungen des Antriebsmotors 1x5 beginnt das Fenster des Schiebers R_s sich mit dem entsprechenden Fenster der Druckleitung zum Laufrad L₃ zu decken und den Übergang von Druckflüssigkeit direkt zur Saugseite der Flüssigkeitspumpe zu bremsen. Der auf diese Weise erhöhte Widerstand in der Flüssigkeitsbewegung verursacht das Mitgehen des

Laufrades L mit seinem Gehäuse P und somit auch der Schnecken. Gleichzeitig wird den Schnecken auch bereits eine Rücklaufbewegung erteilt, deren Größe so geregelt ist, daß eine Übertragung der Drehbewegung durch die Schnecken auf das Schneckenzentralrad vorläufig nicht stattfindet. Bei vollständigem Abschluß des freien Überganges des Druckmittels von der Druck- zur

ίο Saugseite und gänzlicher Überleitung des durch den Schlupf in der Flüssigkeitspumpe geförderten Druckmittels in den Flüssigkeitsmotor erhalten die Schnecken eine Umlaufzahl, die ihre Umlaufbewegung um das Schneckenzentralrad nicht ganz ausgleicht. Infolge dieser auftretenden Differenz wird das Schneckenzentralrad mitgenommen. Entsprechend den fallenden Bewegungswiderständen wird durch Vermittlung der Regler das Regelventil in drosselndem Sinne verstellt und dadurch eine Abnahme der Umlaufzahl der Schnecken bewirkt. Daraus folgt eine weitere Erhöhung der Umlaufzahl der getriebenen Welle und so in Wechselwirkung weiter, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Die Regler beider Wellen wirken somit zusammen auf den Schieber R_s, bis eine den Fahrwiderständen und der eingestellten Brennstoffmenge entsprechende Übersetzung durch Rücklaufbewegung der Schnecken erreicht ist. Zusammenfassend kann demnach gesagt worden, daß der freie Übergang von der Druckseite zur Saugseite in der Flüssigkeitspumpe vorerst gesperrt und zugleich der volle Öffnungsquerschnitt zwischen Flüssigkeitspumpe und Flüssigkeitsmotor hergestellt wird, worauf der Schieber wieder absperrend wirkt, bis der Gleichgewichtszustand hergestellt ist.

Bei großen Belastungen, wie z. B. beim Fahren auf großen Steigungen, werden die Schnecken um so mehr in Tätigkeit treten, je größer das Verhältnis des gegebenen Motordrehmomentes zum verlangten Drehmoment an der getriebenen Welle K ist. Auch beim Langsamfahren bei Verkehrshindernissen wird einfach durch Drosseln des Motors das Übersetzungsgetriebe selbsttätig in Tätigkeit gesetzt. Durch die Verkleinerung des Drehmomentes des Motors infolge der Drosselung wird der Schieber R_s so gestellt, daß der Schlupf und die Flüssigkeitsbewegung so lange wachsen, bis die Widerstände der erhöhten Flüssigkeitsbewegung auf das notwendige Maß gewachsen sind und die Schnekken. die für die Übersetzung erforderliche Rücklaufbewegung durchführen.

Im Falle der Beschleunigung der Motorbewegung, nämlich falls dem Motor mehr Brennstoff als notwendig ist, zugeführt wird oder die Widerstände sich verkleinern,- findet der umgekehrte Vorgang statt. Die Motorumdrehungszahl wächst und der Regler wirkt auf Absperrung des Schiebers hin, was eine Erhöhung der Umdrehungszahl der Welle K und eine ergänzende Absperrwirkung des Reglers zur Folge hat. Gleichzeitig gleichen sich die Drehmomente aus, und der Motor kehrt wieder zu seiner eingestellten wirtschaftlichen Umdrehungszahl zurück. Dieser Vorgang vollzieht sich in einer sehr kurzen Zeitspanne.

Beide Regler können in ihrer Zusammenwirkung so eingestellt werden, daß z. B. bei einer Wagengeschwindigkeit von 30 km in der Stunde und einer Motorumdrehungszahl, welche unterhalb der wirtschaftlichen liegt, der Schieber R_s ganz gesperrt und der Schlupf nahezu Null wird. Die Schnecken vollführen in diesem Falle keine Umdrehungen um ihre eigenen Achsen, sondern wirken bloß als Mitnehmer. Die direkte Übertragung ist somit hergestellt, und jede weitere Brennstoffzufuhr hat unmittelbare Beschleunigung des Wagens zur Folge.

Bei der vorliegenden Konstruktion hat der Wirkungsgrad des hydraulischen Getriebes auf den Gesamtwirkungsgrad des Getriebes keinen überragenden Einfluß. Hingegen ist auf die Konstruktion des Schneckengetriebes besonderes Augenmerk zu legen, da hohe Gleitgeschwindigkeiten, wenn auch nur für kurze Betriebszeiten, auftreten. Der Steigungswinkel soll, soweit dies die Konstruktion zuläßt, über dem Reibungswinkel liegend gewählt werden. Der ganze Schneckenantrieb muß besonders eingekapselt werden und in Öl laufen. Die Auswuchtung des Getriebes ist besonders zu berücksichtigen.

Für Fahrzeuge mit schnellaufenden Motoren empfiehlt es sich, eine pneumatische Ausführung mit umlaufenden Kolbenkompressoren und direktem Antrieb durch Pfeilräder (Luftturbinen), wie solche bereits seit Jahren für Bergwerksmaschinen verwendet werden, zu benützen. Bei dieser Ausführung entfallen die bei der dargestellten Ausführungsform als Übertragungsglieder auf die Schnecken wirkenden Zahnräder. Außerdem hat die Zwischenschaltung eines Kompressors, der die Rolle der Flüssigkeitspumpe übernimmt, eine vorteilhafte Wirkung hinsichtlich der Abnützung der Übertragungsglieder vom Motor bis zu den Hinterrädern sowie auch für die Beanspruchung der Motorwelle. Entsprechend der h)^rdraulischen Ausführung wäre auch hier der Wirkungsgrad des pneumatischen Getriebes von keinem einschneidenden Einfluß.

In ähnlicher Weise läßt sich das selbsttätige Übersetzungsprinzip auch unter Verwendung eines Reibradgetriebes oder einer

elektrischen Einrichtung für die Einstellung der veränderlichen Umdrehungszahl der Schnecken verwenden. Der Leistungsverbrauch für den Antrieb der Umlaufschnecken ist nicht hoch, da nur die Reibungswiderstände zu überwinden sind.

Als Beispiel der Anwendung des Umlaufrädergetriebes gemäß der Erfindung wurde das Kraftfahrzeug gewählt, da hier besonders

ίο hohe Forderungen an den raschen und stoßfreien Übersetzungswechsel gestellt werden. Auch in Anbetracht der Notwendigkeit leichter Bedienung und Wirtschaftlichkeit im Betriebe von Fahrzeugen ist das selbsttätige Getriebe nach der Erfindung von Bedeutung. Das Umlaufrädergetriebe nach der Erfindung ist aber auch für Maschinen verschiedenster Art mit wechselnder Belastung, wie Krane, Aufzüge, Pressen usw., geeignet. Im Falle der Zwischenschaltung eines Schwungrades kann die Übertragung ohne weiteres von einer Transmission abgeleitet werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Selbsttätig sich einstellendes Umlaufrädergetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch ein Umlaufschneckengetriebe, bei welchem die treibende Welle mit Hilfe einer bei ihrem Schlupf gegenüber der getriebenen Welle erzeugten Hilfskraft den Umlaufschnekkenträger mehr oder weniger mitnehmen und die Umlaufschnecken entgegen dem Drehsinn des mit der getriebenen Welle verbundenen Schneckenzentralrades mehr oder weniger antreiben kann, in Verbindung mit einer Regelungsvorrichtung für die Hilfskraft, die durch ein gleichzeitig unter dem Einfluß der Drehzahl der treibenden und der getriebenen Welle stehendes Verstellglied einstellbar ist.
2. 2. Umlaufrädergetriebe nachAnspruchi, mit hydraulischem Antrieb der Umlaufschnecken, dadurch gekennzeichnet, daß mit der treibenden Welle eine umlaufende Flüssigkeitspumpe (P, L) verbunden ist, deren Laufrad (L) mit dem Träger der Umlaufschnecken (Sch) und dem Gehäuse (S) eines von der Flüssigkeitspumpe (P, L) gespeisten Flüssigkeitsmotors (S, L_s) in fester Verbindung steht, dessen Laufrad (L_s) mit den Umlaufschnecken (Sch) z.B. über ein Zahnräderzwischengetriebe (Z) verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen