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Bei
dieser Erfindung handelt es sich um ein stufenloses Geschwindigkeitswechselgetriebe
oder einen Geschwindigkeitsregler, der bei selbstfahrenden oder
selbstangetriebenen Fahrzeugen, oder mehr im allgemeinen bei jeder
Werkzeugmaschine angewandt werden kann.
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Das
Geschwindigkeitswechselgetriebe ist eine Vorrichtung, die in die
Maschine zwischen der mechanischen Energiequelle und dem Benutzer
dieser Energie eingebaut ist, und dieses Wechselgetriebe ermöglicht es
dem Bedienungsmann, die Geschwindigkeit oder den erforderten Drehmomentswert
oder beide beliebig zu verändern.
Geschwindigkeitswechselgetriebe oder Geschwindigkeitsregler für Fahrzeuge
mit Selbstantrieb oder Werkzeugmaschinen sind gut bekannt und es
sind normalerweise mechanische Geschwindigkeitsschaltsysteme, zum Beispiel
bei in eigens ineinander greifenden Getrieben oder bei stufenlosem
Geschwindigkeitswechsel wird die Geschwindigkeit gewechselt, ohne
die Kupplung der Energieübermittlungslinie
entlang auszuschalten.
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Bei
dieser Erfindung wird besonders auf dieses stufenlosen Geschwindigkeitswechselgetriebe hingewiesen,
die mechanischer Art, mit Riemenantrieb, mit Zahnrädern mit
Schrägverzahnung
oder mit epizyklischen Zahnrädern
sein können.
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Diese
Erfindung hat das Ziel, die Leistung eines mecha nischen stufenlosen
Geschwindigkeitswechselgetriebes zu verbessern, so dass die Geschwindigkeit
kontinuierlich innerhalb eines weiten Bereichs bei einfacher Ausrüstung, niedrigen
Kosten, geringem Gewicht und Mindestplatzbedarf verändert werden
kann.
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Die
folgenden Patente sind schon bekannt hinsichtlich der Geschwindigkeitswechselgetriebe und
Geschwindigkeitsregler, und zwar US N. 6056662, US N. 3645152 und
DE 4014635 .
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US 6056662 sieht eine hohe
Leistungsübertragung
vor, die für
zunehmende Geschwindigkeit und zunehmendes Drehmoment von einer
Maschine oder einem Motor genutzt wird. Es schließt einen
Planetenantrieb für
allmählich
zunehmende Geschwindigkeitsleistung, ein Geschwindigkeitsuntersetzunsgetriebe
für zunehmende
Drehmomentsleistung und eine Reibungsbremse ein, die graduell ein
Radglied des Planetenantriebs verlangsamt und stoppt. Das Radglied
des Planetenabtriebs wird allmählich verlangsamt
und gestoppt, so dass das Verhältnis von
Planetenantriebseingangsgeschwindigkeit zur Ausgangsgeschwindigkeit
gesteigert wird, indem es im Geschwindigkeits-Verhältnis
von 1 zu 1 startet. Da die Bremsstärke allmählich gesteigert wird, wird
Leistungsoutput übertragen
durch Starten bei niedriger Geschwindigkeit mit hohem Drehmoment
bis zu einer hohen Geschwindigkeit mit nied rigerem Drehmoment, und
wenn die Bremskraft abnimmt, fährt
der Leistungsoutput mit einer niedrigen Geschwindigkeit mit hohem
Drehmoment wieder fort, während
die Maschine oder der Motor bei einer festgelegten oder konstanten
Geschwindigkeit fahren kann.
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Im
Gegenteil dazu sieht
US 3645152 ein
gesteuertes Differentialgetriebesystem vor, das ein Energiezufuhrdifferential,
ein Outputdifferential und ein Zwischenradgetriebe zwischen den
beiden Differentialen enthält,
um das Outputdifferential als einen schmälernden Typ zu betätigen, wenn
das Energiezufuhrdifferential als zusätzlicher Typ läuft. Das Bremsmittel
sorgt dafür,
die eine oder die andere Seite der Differentiale zu bremsen, um
die Outputgeschwindigkeit durch einen unendlichen Bereich von einem
Höchstrückwärtswert
durch Null zu einem Höchstvorwärtswert
zu verändern.
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Das
dritte Dokument
DE 4014635 stellt
die nächstliegende
vorherige Kunst hinsichtlich der gegenwärtigen Erfindung dar, und es
gibt das stufenlose Geschwindigkeitswechselgetriebe oder den Geschwindigkeitsregler
bekannt, zusammengesetzt aus:
- – einer
Differentialeinheit, die aus einem Differentialkasten, zwei Satellitenrädern und
zwei Umlaufrädern
besteht, letztere sind durch ihre eigenen eingebauten Wellen unterstützt,
- – einer
Antriebswelle, die fest mit einem der Satellitenräder des
Differentials verbunden ist,
- – einer
Antriebswelle, die fest mit dem zweiten Satellitenrad des Differentials
verbunden ist,
- – einem
Zahnrad, koaxial zu der antreibenden und angetriebenen Welle, das
um den Differentialkasten befestigt ist,
- – einem
Zahnrad, das durch seine Welle gestützt ist und mit dem Zahnrad
vom Differentialkasten ineinander greift,
- – einem
Geschwindigkeitsregler, der die Zahl der Umdrehungen der Welle des
Zahnrads reguliert und mit dem Zahnrad der Differentialwelle ineinander
greift.
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Das
Geschwindigkeitswechselgetriebe oder der Geschwindigkeitsregler,
Gegenstand dieser Erfindung, besteht aus einem Differentialkasten,
in dem zwei Satellitenräder
und zwei Umlaufräder
arbeiten, die beiden Satellitenräder
sind dementsprechend mit der antreibenden und der angetriebenen
Welle verbunden. Der Differentialkasten weist ein äußeres Zahnrad
auf, das koaxial zu den Satellitenrädern steht und mit einem anderen
Zahnrad ineinander greift und die Drehung des Differentialkastens
kontrolliert. Die Wellen der Umlaufräder, die aus dem Differentialkasten
treten, weisen jeweils einen Geschwindigkeitsregler auf, der durch
einen Flussregler mit dem sich drehenden Teil des Flussverteilers
verbunden ist, der wiederum mit dem ortsfesten Teil des Verteilers
verbunden ist und mit einer öldynamischen Pumpe
gespeist wird.
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Der
feste Teil des Verteilers speist durch einen geeigneten Flussverteiler
einen Geschwindigkeitsregler, der auf der Welle des Zahnrads, das
mit dem Zahnrad des Differentialkastens ineinander greift, angebracht
ist.
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Aufgrund
dessen, was festgelegt wurde, ergibt sich der Betrieb in den drei
Grenzfällen
wie folgt: im ersten Fall, wenn das Zahnrad, das mit dem Zahnrad
des Differentialkastens ineinander greift, durch das oeldynamische
System gesperrt wird und das Reglersystem die Drehung der Umlaufräder völlig freilässt, kann
sich der Differentialkasten nicht drehen, so dass die Umdrehungen
der Antriebswelle auf die geriebene Welle durch die Umlauf- und
Satellitenräder
der Differentialeinheit bei gleicher Drehgeschwindigkeit aber in
gegengesetzter Richtung übertragen
werden.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
eine Übertragung ähnlich wie
bei „Direktkupplung" zu erlangen, da
sich die angetriebene Welle bei derselben Geschwindigkeit wie die
Antriebswelle dreht, aber in entgegengesetzter Richtung.
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Im
zweiten Grenzfall, wo sich das Zahnrad, das mit dem auf den Differentialkasten
montierten Zahnrad ineinander greift, frei drehen kann, während die
Differentialumlaufräder
durch das Öldynamische System
gesperrt sind, verursacht die Drehung des Antriebsrads, dass sich
die gesamte Differentialeinheit und die angetriebene Welle drehen. Übertragung in „Direktkupplung" wird so mit der
angetriebenen Welle, die sich bei gleicher Umdrehungszahl wie die Antriebswelle
und in derselben Richtung dreht, erzielt.
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Den
dritten Grenzfall erhält
man, wenn sich alle durch das Öldynamische
System kontrollierten Räder
frei drehen können.
Unter dieser Bedingung treibt die Antriebswelle die Differentialeinheit
bei der Hälfte
seiner Geschwindigkeit, während
die angetrieben Welle, die eine widerstehende Wirkung hat und mit
den Antriebsrädern
oder dem Benutzer verbunden ist, bei Neutralstellung gestoppt wird.
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Zwischen
den beiden oben erwähnten „Direktkupplungs"-Grenzbedingungen, wo sich der angetriebene
Motor in entgegengesetzter oder in derselben Richtung wie die Antriebswelle
und der dazwischen liegenden „neutralen" Bedingung dreht,
ist es möglich,
einen weiten Drehzahlbereich der getriebenen Welle zu erhalten,
die sich in jeder Richtung dreht, während die Drehzahl und die
Richtung der Drehungen der Antriebswelle unverändert bleibt, so dass die erforderten
Vorwärts-
und Rückwärtsbewegun gen
erfolgen.
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Die
genannte Erfindung wird in ihrer praktischen und veranschaulichten
Ausführung
in der beiliegenden Zeichnung erläutert, wo:
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1 eine
Darstellung des Systems zeigt.
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Mit
Bezugnahme auf diese Zeichnung bezieht sich 1 auf einen
Differentialkasten, der zwei Satellitenräder 2, 2' enthält die mit
zwei Umlaufrädern 3, 3' ineinander
greifen, wie allgemein bekannt ist.
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Die
Antriebswelle 4 ist fest mit einem Satellitenrad 2 des
Differentialgetriebes verbunden, während das zweite Satellitenrad 2' fest mit der
angetrieben Welle 5 verbunden ist.
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Die
Umlaufräder 3, 3' werden durch
die Wellen 6, 6' gestützt.
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Ein
Zahnrad 7 ist außerhalb
auf dem Differentialkasten koaxial mit der Antriebswelle 4 und
der angetriebenen Welle 5 angebracht. Dieses Zahnrad 7 des
Differentialkastens 1 greift mechanisch mit dem anderen
Zahnrad 8 ineinander und wird durch seine Welle 9 gestützt.
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Das
stufenlose Geschwindigkeitswechselgetriebe oder der Geschwindigkeitsregler,
Gegenstand dieser Erfindung, wird durch eine Einrichtung ergänzt, die
die Geschwindigkeit der Zahnräder
reguliert, und diese Einrichtung ist in diesem Beispiel von öldynamischem
Typ.
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Im
einzelnen besteht diese öldynamische Einrichtung
aus zwei Reglern 10, 10', aus der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Wellen 6, 6' der
entsprechenden Umlaufräder 3, 3', und diese
Regler sind mit einem sich drehenden Verteiler 11 verbunden,
der wiederum mit einem ortsfesten Verteiler 12 verbunden
ist und durch eine hydraulische Pumpe 13 gespeist wird.
Ein Flussregler 14 kontrolliert den Fluss in den Reglern 10, 10', indem er die
Umdrehungen der Wellen 6, 6' und ihrer Umlaufräder 3, 3' reguliert.
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Ein
weiterer Geschwindigkeitsregler 15 ist auf der Welle 9 des
Zahnrads 8 angebracht, es greift mit dem Zahnrad 7 des
Differentialkastens 1 ineinander.
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Dieser
Regler 15 kontrolliert die Drehgeschwindigkeit der Räder 8 durch
einen Flussregler 16, der mit dem ortsfesten Verteiler 12 verbunden
ist.
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Diese
Geschwindigkeitsregler 10, 10', 15 können die Drehung der Welle 6, 6', 9 der
entsprechenden Zahnräder
sperren oder ihre freie Umdrehung gestatten.
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Das
stufenlose Geschwindigkeitswechselgetriebe oder der Geschwindigkeitsregler
arbeitet zwischen zwei „Direktkupplungs"-Grenzbedingungen und
einer dazwischen liegenden „neutralen" Bedingung, wie im
folgenden erklärt
wird:
- A – Betätigung bei „Direktkupplung", wo die getriebe
Welle dieselbe Umdrehungszahl wie die Antriebswelle hat aber in
entgegengesetzter Richtung – Wenn
das mit dem Zahnrad 7 verbundene Zahnrad 8 der
Differentialeinheit 1 durch das öldynamische System gesperrt
und die Drehung der Umlaufräder
völlig
freigelassen ist, kann sich die Differentialeinheit nicht drehen,
so das die Drehungen der Antriebswelle 4 durch die Satellitenräder 2, 2' und Umlaufräder 3, 3' mit derselben Drehzahl übertragen
werden, aber in entgegengesetzter Richtung zur getriebenen Welle 5.
Die „Direktkupplungs"-Grenzbedingung ist
so erreicht, wobei sich die getriebene Welle in entgegengesetzter
Richtung bei der gleichen Drehanzahl wie die Antriebswelle dreht.
- B – Betätigung bei „Direktkupplung", wo die getriebene
Welle dieselbe Umdrehungszahl wie die Antriebswelle hat und sich
in derselben Richtung dreht – Wenn
die Umlaufräder 3, 3' durch das Öldynamische
System gesperrt sind und das Zahnrad 8, das mit dem Zahnrad 7 des
Differentialkastens 1 ineinander greift, völlig freigelassen
ist, veranlasst die Antriebswelle 4, dass sich der gesamte
Differentialkasten zusammen mit der getriebenen Welle 5 bei
derselben Umdrehungszahl wie die Antriebswelle 4 und in
derselben Richtung dreht.
- C – Betätigung bei „Neutralstellung" – Bei völliger Freilassung der Drehung
des Zahnrads 8, das mit dem Zahnrad 7 des Differentialkastens 1 verbunden
ist, und bei Frei lassung der Wellen 6, 6' und der Umlaufräder 3, 3' durch das Öldynamische Kontrollsystem
veranlasst die Antriebswelle, dass sich der Kasten 1 und
die gesamte Differentialeinheit bei der Hälfte der Umdrehungen der Antriebswelle 4 dreht,
so dass die getriebene Welle 5, die eine Widerstandswirkung
auf die Antriebsräder oder
auf den Anwender ausübt,
zum Stillstand kommt. So wird der Zustand des „neutralen" Zustands erzielt.
- D – Betätigung der
getriebenen Welle bei veränderlicher
Drehzahl hinsichtlich der Antriebswelle, die sich bei festgesetzter
Umdrehungszahl dreht – Durch
Einwirken auf die öldynamischen
Geschwindigkeitsregler 10, 10', 15 durch die Flussregler 14, 16 erhält man verschiedene
Formen von Widerstandsmechanismen (sie liegen zwischen Sperren und
völliger
Freilassung) auf die Welle von Rad 8 und auf die Umlaufräder 3, 3', so dass der
stufenlose Geschwindigkeitswechsel der getriebenen Welle hinsichtlich
der Drehzahl der Antriebswelle erreicht werden kann und von den zwei
Bedingungen der „Direktkupplung" bis zur „neutralen" Bedingung reichen
kann.
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Wenn
wir beispielsweise den Fall A in „Direktkupplungs"-Bedingung betrachten, wo die getriebene
Welle 5 dieselbe Drehzahl wie die Antriebswelle 4 hat
aber in entgegengesetzter Richtung läuft, das Zahnrad 8 und
der Differentialkasten 1 gesperrt sind, während die
Umlaufräder 3, 3' sich frei drehen,
um die Drehzahl der getriebenen Welle 5 und in unsrem Fall,
diese Drehzahl hinsichtlich der Umdrehungen der Antriebswelle zu
verringern, ist es notwendig, auf den Flussregler 16 einzuwirken,
der stufenweise die Drehung von diesem Rad 8 und von der
Differentialeinheit 1 freilässt, während sich die Umlaufräder 3, 3' weiterhin frei
drehen. Wenn das Rad 8 weiterhin stufenweise freigelassen
wird, wird die Drehzahl der getriebenen Welle weiterhin vermindert,
bis das Rad 8 völlig
freigelassen und die „neutrale" Bedingung erreicht
ist.
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Wenn
wir den Fall B betrachten, wo der Betrieb in „Direktkupplung" ist, die Drehzahl
der getriebenen Welle 5 dieselbe ist wie bei der Antriebswelle 4 und
in derselben Richtung geht, werden die Umlaufräder 3, 3' gesperrt, während sich
das Zahnrad 8 und die Differentialeinheit 1 frei
drehen. Um die Drehzahl der getriebenen Welle 5 hinsichtlich
der Antriebswelle 4, die bei einer konstanten Drehzahl
arbeitet, zu verändern,
und in unserem Fall die Drehzahl der getriebenen Welle zu vermindern,
ist es erforderlich, auf den Flussregler 14 einzuwirken,
der stufenweise die Drehung der Umlaufräder 3, 3' freilässt, während sich
das Rad 8 weiterhin frei dreht. Bei stufenweiser Freilassung
der Umlaufräder 3, 3' nimmt die Drehzahl
der getriebenen Welle ab, obwohl sie sich in derselben Richtung
wie die Antriebswelle dreht, die sich bei konstanter Geschwindigkeit dreht;
die völlige
Freilassung der Umlaufräder 3, 3' schafft die „neutrale" Bedingung.
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Die
beiden oben genannten Bedingungen der „Direktkupplung" können für Vorwärts- und
Rückwärtsgang
verwendet werden, sie gehen von der dazwischen liegenden „Neutralstellung" aus.
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Antriebe
bei Vorwärts-
und Rückwärtsgang sind
absolut wechselweise untereinander und erfordern wechselweisen Betrieb
der Flussregler 14 und 16.
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Jedes
Mal, wenn die getriebene Welle 5 durch Kräfte, die
nicht vom Motor kommen, zum Drehen gebracht wird, (z. B. im Fall
von selbst fahrenden Fahrzeugen, die einen Hang herunterfahren),
sollte eine passende Sperrvorrichtung an der Antriebswelle 4 angebracht
werden, um eine Umkehrung der Drehung der Antriebswelle zu verhindern.
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Selbstverständlich sind
die Geschwindigkeitsregler 10, 10', 15 hier als hydraulische
oder öldynamische
Systeme angegeben, aber sie können
genau so wirksam als mechanische, elektrische, elektromechanische
oder andere Systeme arbeiten.
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Deshalb
ist das stufenlose Geschwindigkeitswechselgetriebe oder der Geschwindigkeitsregler,
Hauptgegenstand dieser Erfindung, mechanisch äußerst einfach, zweckmäßig und
von leichtem Gewicht und beansprucht wenig Platz und wenig Wartung.