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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe für Fahrzeuge, wie zum Beispiel
Autos.
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Das ringförmige, stufenlos einstellbare
Getriebe ist seit langem bekannt als eine Art von Gangwechselmittel,
das für
Fahrzeuge, wie zum Beispiel Autos, anwendbar ist. Die meisten ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe umfassen im Allgemeinen zumindest
einen ringförmigen
Drehzahlwechsler, der entweder seriell oder in Reihe angeordnet
ist, wobei jeder der ringförmigen
Drehzahlwechsler eine Antriebsscheibe, die durch eine Antriebswelle
angetrieben wird, eine Abtriebsscheibe, die gegenüber der Antriebsscheibe
angeordnet und mit einer Abtriebswelle verbunden ist, und Kraftwalzen,
die in reibschlüssigem
Rollkontakt mit den beiden Scheiben angeordnet sind, umfasst. Beim
ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe verursacht das Verändern der
Neigung der Kraftwalzen die stufenlos einstellbare Änderung
der Umdrehungsgeschwindigkeit, die von der Antriebsscheibe auf die
Antriebsscheibe übertragen
werden soll.
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Beispiele der bisherigen ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe sind in den Japanischen Patent-Auslegeschriften
Nr. 193454/1989 und 163549/1990 offenbart.
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In den meisten ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getrieben wird die Motorkraft im Vorwärtsbetrieb
zur Abtriebswelle übertragen,
nachdem sie in jedem Fall von den ringförmigen Drehzahlwechslern geregelt
worden ist. Aus dem oben beschriebenen Grund wird die Motorkraft,
auch wenn man viele Stunden mit konstanter Geschwindigkeit, zum
Beispiel auf der Autobahn, fährt,
ständig über den
ringförmigen
Drehzahlwechsler übertragen,
ungeachtet der Tatsache, dass die Handhabung der Gangschaltung kaum
erforderlich ist. Dies verursacht das große Problem einer verringerten
annehmbaren Lebensdauer der ringförmigen Drehzahlwechsler. Um
dieses Problem zu bewältigen,
ist ein bisheriges ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe entwickelt worden, wie zum Beispiel
in der Japanischen Gebrauchsmuster-Auslegeschrift Nr. 60750/1988
offenbart, in dem eine Direktkupplung dafür vorgesehen ist, die Antriebs-
und Abtriebswellen direkt zusammenzukuppeln.
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Dennoch weist das bisherige ringförmige, stufenlos
einstellbare Getriebe ein anderes Problem auf, da es zwangsläufig eine
Direktkupplung großer Leistung
erfordert, weil diese Direktkupplung so gebaut ist, dass sie die
vollständige Übertragung
des gesamten Drehmoments übernimmt.
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Demgegenüber gibt es ein nicht der vorliegenden
Erfindung entsprechendes verbessertes ringförmiges, stufenlos einstellbares
Getriebe, indem ein Planetenradgetriebe zwischen den ringförmigen Drehzahlwechslern
und der Abtriebswelle angeordnet ist, um das zu übertragende Drehmoment teilweise
zu übernehmen.
Im Folgenden wird ein nicht der vorliegenden Erfindung entsprechendes
ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe unter Bezugnahme auf 2 erklärt.
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2 zeigt
ein ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe der Art, die „ringförmiges, stufenlos einstellbares
Zweikammergetriebe" genannt wird, in dem ringförmige Drehzahlwechsler, oder 2 Sätze von
ringförmigen
Drehzahlwechslern 1 und 2 koaxial in Reihe auf
einer fluchtenden Hauptwelle 3 angeordnet sind. Der erste
ringförmige
Drehzahlwechsler 1 umfasst eine Antriebsscheibe 4 und
eine Antriebsscheibe 5, die gegenüber der Antriebsscheibe 4 angeordnet
ist, und Kraftwalzen 6, die zwischen den gegenüberliegenden
Antriebs- und Abtriebsscheiben 4 und 5 angeordnet
sind und eine reibschlüssige
Verbindung mit ringförmigen
oder donutförmigen
Oberflächen
beider Scheiben 4 und 5 herstellen. Ebenso wie
der erste ringförmige
Drehzahlwechsler 1 umfasst auch der zweite ringförmige Drehzahlwechsler 2 eine
Antriebsscheibe 7 und eine Abtriebsscheibe 8, die
gegenüber
der Antriebsscheibe 7 angeordnet ist, und Kraftwalzen 9,
die zwischen den gegenüberliegenden
Antriebs- und Abtriebsscheiben 7 und 8 angeordnet
sind und eine reibschlüssige
Verbindung mit ringförmigen
oder donutförmigen
Oberflächen beider
Scheiben 7 und 8 herstellen. Beide ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2 weisen
je zwei Kraftwalzen 6 und 9 auf, die jeweils drehbar
um ihre Drehachse 10 sowie für eine Kippbewegung auf einer Drehgelenksachse 11 gelagert
sind, die senkrecht auf die Drehachse beziehungsweise normal auf
die ebene Oberfläche
dieses Blattes angeordnet ist.
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Die Antriebsscheiben 4 und 7 der
ringförmigen
Drehzahlwechsler 1 und 2 können sich in Axialrichtung
der Hauptwelle 3 bewegen, drehen sich jedoch im Gleichklang
mit der Hauptwelle 3. Die vom Motor erzeugte Kraft beziehungsweise
das vom Motor erzeugte Drehmoment wird über einen Drehmomentwandler
auf eine Antriebswelle 13 übertragen, die koaxial in einer
Reihenanordnung mit der Hauptwelle 3 angeordnet ist. Auf
ihrer Anschlussseite weist die Antriebswelle 13 einen Belastungsnocken 14 auf, der
mit Freilaufnocken 15 versehen ist, deren Nockenbewegung
eine Schubkraft erzeugt, um die Antriebsscheiben 4 und 7 gemäß der Größe des Antriebsdrehmoments
gegen die Kraftwalzen 6 und 9 zu drücken, wodurch
sich die Antriebsscheibe 4, und über die Hauptwelle 3 auch
eine weitere Antriebsscheibe 7, dreht. Auf diese Weise
ist ersichtlich, dass die Hauptwelle 3 als Antriebswelle
für die
Antriebsscheiben 4 und 7 dient. Die Schubkraft dient
dazu, den Anpressdruck zwischen den Kraftwalzen 6 und 9 und
die ihnen jeweils zugeordneten Antriebs- und Antriebsscheiben 4 und 7 bzw. 5 und 8 zu
erhöhen,
und dadurch die reibschlüssig
eingreifende Kraft bereitzustellen, die von der Größe des zu übertragenden Drehmoments
abhängt.
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Die Kraftwalzen 6 und 9 in
den ringförmigen Drehzahlwechslern 1 und 2 sind
für Drehgelenks- oder
Kippbewegung um ihre Drehgelenksachse 11 konstruiert, so
dass die Drehbewegung der Antriebsscheiben 4 und 7 durch
die Kraftwalzen 6 und 9 stufenlos eingestellt
und auf die Abtriebsscheiben 5 und 8 übertragen
werden kann. Jede der Kraftwalzen ist an einem (nicht gezeigten)
Drehzapfen für
Drehbewegung sowie Drehgelenks- oder Kippbewegung gelagert.
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Es ist zu beachten, dass die Drehachsen
der Kraftwalzen 6 und 9 mit der Achse der Hauptwelle 3 zusammenfallen.
Das heißt,
in der neutralen Stellung, in der beide Achsen der Kraftwalzen und
der Hauptwelle in derselben ebenen Fläche liegen, können die
Kraftwalzen 6 und 9 ihre der neutralen Stellung
entsprechenden Neigungswinkel unverändert halten, wodurch das Verhältnis der
Abtriebsgeschwindigkeit zur Antriebsgeschwindigkeit konstant bleibt.
Mit der Bewegung der Drehzapfen in der Axialrichtung der Drehgelenksachsen 11 während der Übersetzung
des Drehmoments verschieben sich auch die Kraftwalzen 6 und 9 in
der Axialrichtung ihrer Drehgelenksachsen 11, wodurch die
Rollkontaktstellen zwischen den Kraftwalzen 6 und 9 und
den Antriebs- und Abtriebsscheiben 4 und 7 bzw. 5 und 8 von
den Rollkontaktstellen der neutralen Stellung abweichen. Dadurch
werden die Kraftwalzen 6 und 9 den von den Scheiben
ausgeübten
Kippkräften
ausgesetzt, wodurch sie sich in einer Richtung und mit einer Geschwindigkeit,
die von der Richtung und der Größe der Verschiebung
entlang den Drehgelenksachsen 11 abhängen, um ihre Drehgelenksachsen 11 drehen.
Diese Kippbewegung der Kraftwalzen 6 und 9 verursacht
die Veränderungen
des Verhältnisses zwischen
einem Radius, der durch geometrische Orte der Rollkontaktstellen
der Kraftwalzen mit den Antriebsscheiben 4 und 7 definiert
ist, und einem anderen Radius, der durch geometrische Orte der Rollkontaktstellen
der Kraftwalzen mit den Abtriebsscheiben 5 und 8 definiert
ist, wobei die Geschwindigkeit stufenlos eingestellt werden kann.
Die Kippbewegungen der Kraftwalzen 6 und 9 können mittels
einer nicht gezeigten Steuereinheit reguliert werden, welche die
Verschiebungen der Drehzapfen entlang der Drehgelenksachsen 11 durch
eine Betätigung
des Drehzahlreglers regelt, wodurch das gewünschte Geschwindigkeitsverhältnis erreicht
wird.
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Die Abtriebsscheiben 5 und 8 sind
auf einer Verbindungswelle 22 über eine Kerbstiftverbindung oder ähnliches
befestigt, wodurch sie sich im Gleichklang drehen. Die Verbindungswelle 22 besteht
aus einem Hohlrohr, in dem die Hauptwelle 3 drehbar in Bezug
auf die Verbindungswelle eingepasst ist, und in der Mitte des Hohlrohres
ist ein Kettenrad 24 vorgesehen, das mit dem Hohlrohr aus
einem Stück
besteht. Die Abtriebsscheiben 5 und 8 sind mit
nicht gezeigten Lagern, die sowohl die Schubkraft als auch Radialbelastungen
aufnehmen können,
in einem Gehäuse 25 gelagert.
Die Kraft oder das Drehmoment, das auf die Abtriebsscheiben 5 und 8 übertragen wird,
wird an einer Vorgelegewelle 28 durch ein erstes Kraftübertragungsmittel
eines Kettengetriebes, das aus dem Kettenrad 24, einer
Endloskette 26 und einem Zwischenkettenrad 23 besteht,
das an einem Ende der Vorgelegewelle 28 befestigt ist,
abgenommen.
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Die Vorgelegewelle 28 ist
an ihrem anderen Ende mit einer Vorwärtskupplung 29 versehen,
die an ihrer Abtriebsseite mit einem Zahnrad 30, das im
Eingriff steht mit einem Zahnrad 31, das an einer letzten Abtriebswelle 32 dieses
Kraftübertragungswegs
befestigt ist, treibend verbunden ist. Das oben beschriebene Räderwerk
stellt einen Untersetzungsmechanismus dar, und daher kann die Vorwärtskupplung 29 die
Vorgelegewelle 28 und das Zahnrad 30 aus einer Drehmoment übertragenden
Phase in die Leerlaufphase bringen, und umgekehrt. Die Kombination
der Zahnräder 30 und 31 stellt
auch ein zweites Kraftübertragungsmittel
oder ein Rücklaufkraftübertragungsmittel
dar, um die Drehbewegung der Vorgelegewelle 28 in umgekehrter
Drehrichtung auf die Abtriebswelle 32 zu übertragen.
Der Kraftübertragungsweg,
der aus dem ersten Kraftübertragungsmittel
des Kettengetriebes 23, der Vorgelegewelle 28 und
dem zweiten Kraftübertragungsmittel 30, 31 besteht,
stellt einen Umkehrmechanismus dar, der die Drehbewegung der Abtriebsscheiben 5 und 8 in
umgekehrter Drehrichtung auf die Abtriebswelle 32 überträgt.
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Zwischen der Hauptwelle 3 und
der Abtriebswelle 32 ist ein Planetengetriebesystem 33 angeordnet,
das ein Sonnenrad 34, das mit der Hauptwelle 3 verbunden
ist, Planetenritzel 36, die auf einem Planetenradträger 35 befestigt
sind, wodurch sie in das Sonnenrad 34 eingreifen, und ein
innenverzahntes Tellerrad 37, das mit der Abtriebswelle 32 verbunden ist,
wodurch es in die Planetenritzel 36 eingreift, umfasst.
Kombiniert zwischen dem Planetenradträger 35 und dem Gehäuse 25 ist
eine Rückwärtskupplung 38 dazu
angeordnet, den Planetenradträger 35 in
die Freilaufphase beziehungsweise die eingreifende Phase in Bezug
auf das Gehäuse 25 zu
stellen.
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Des Weiteren ist eine Direktkupplung 39 dazu
bereitgestellt, die Abtriebswelle 32 direkt mit der Hauptwelle 3,
die als eine Antriebswelle für
die ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2 wirkt,
zu verbinden. Die Direktkupplung 39 ist imstande, die Verbindung
des Trägers 35 mit
dem innenverzahnten Tellerrad 37 herzustellen. Das Einkuppeln
der Direktkupplung 39 veranlasst den Träger 35, in das Tellerrad 37 einzugreifen,
wodurch sich die Hauptwelle 3 zusammen mit der Abtriebswelle 32 als
eine Einheit durch das Planetengetriebesystem 33 dreht.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise
des wie oben beschrieben gebauten ringförmigen, stufenlos einstellbaren
Getriebes beschrieben. Mit dem Betreiben des Motors wird die Kraft
oder das Drehmoment vom Motor über
den Drehmomentwandler 12 auf die Antriebswelle 13,
und von dort wiederum über
den Belastungsnocken 14 und Freilaufnocken 15 auf
die Antriebsscheibe 4 des ersten ringförmigen Drehzahlwechslers 1, übertragen.
Die Drehung der Antriebsscheibe 4 bringt die Kraftwalzen 6 zum
Drehen, und die Drehung der Kraftwalzen wird wiederum auf die Abtriebsscheibe 5 übertragen.
Gleichzeitig damit wird das Drehmoment von der Antriebsscheibe 4 über die
Hauptwelle 3 auf die Antriebsscheibe 7 des zweiten
ringförmigen
Drehzahlwechslers 2 übertragen.
Die Drehung der Antriebsscheibe 7 wird über die Kraftwalzen 9 auf
die Abtriebsscheibe 8 übertragen.
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Beim Vorwärtsfahren ist die Vorwärtskupplung 29 eingekuppelt,
während
die Rückwärtskupplung 38 ausgekuppelt
ist. In diesem Zustand befindet sich die Vorgelegewelle 28 in
der Drehmoment übertragenden
Phase mit dem Zahnrad 30, während sich der Planetenradträger 35 im
Planetengetriebesystem 33 in der Freilaufphase in Bezug
auf das Gehäuse 25 befindet.
Die Drehung der Abtriebsscheiben 5 und 8 wird
von der Verbindungswelle 22 über das Kettengetriebe 23 auf
die Hauptwelle 32 übertragen,
und in der Folge auf die Vorgelegewelle 28, die Vorwärtskupplung 29 und
Zahnräder 30 und 31.
Würde die Antriebswelle 13 in
der Vorwärtsrichtung
gedreht, so würde
sich die Vorgelegewelle 28 in der Rückwärtsrichtung drehen. Diese Rückwärtsdrehung
wird wiederum durch die Zahnräder 30 und 31 umgekehrt, was
die Vorwärtsdrehung
der Abtriebswelle 32 zur Folge hat. Da sich andererseits
die Rückwärtskupplung 38 nicht
im Eingriff befindet, befindet sich der Planetenradträger 35 in
der Freilaufphase in Bezug auf das Gehäuse 25, wodurch die
Planetenbewegung der Ritzel 36 den Unterschied der Drehung
des Sonnenrades 34 und des innenverzahnten Tellerrades 37,
das sich gemeinsam mit der Antriebswelle 32 dreht, aufnehmen
könnte,
sogar wenn sich das mit der Hauptwelle 3 treibend verbundene
Sonnenrad 34 dreht.
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Wenn die Hauptwelle 3 mit
der Abtriebswelle 32, wie beim Vorwärtsfahren mit hoher Geschwindigkeit,
verbunden ist, bildet die Direktkupplung 39 die treibende
Verbindung des Planetenradträgers 35 mit dem
innenverzahnten Tellerrad 37 des Planetengetriebesystems 33.
Während
die Vorwärtskupplung 29 den
Umkehrmechanismus in die Leerlaufphase bewegt, und die Rückwärtskupplung 38 ausgekuppelt gehalten
wird, beziehungsweise sich der Planetenradträger 35 des Planetengetriebesystems 33 in
der Freilaufphase in Bezug auf das Gehäuse 25 dieses Kraftübertragungssystems
befindet. Während
des Auskuppelns der Rückwärtskupplung 38 erlaubt
die Direktkupplung 39 dem Planetenradträger 35, die Drehmoment übertragende
Verbindung mit dem innenverzahnten Tellerrad 37 des Planetengetriebesystems 33 zu übernehmen.
Beim Einkuppeln der Direktkupplung 39 ist der Planetenradträger 35 im Gleichklang
mit dem innenverzahnten Tellerrad 37 gehalten, wodurch
die Ritzel 36 am Drehen gehindert werden. Im Gegensatz
dazu, da sich die Hauptwelle 3 im Gleichklang mit dem Sonnenrad 34 des
Planetengetriebesystems 33 dreht, drehen sich die Ritzel 36,
die im Eingriff mit dem Sonnenrad 34 stehen, im Gleichklang
mit dem Sonnenrad 34, um das innenverzahnte Tellerrad 37,
das im Eingriff mit den Ritzeln 36 steht, dazu zu veranlassen,
sich gemeinsam als Einheit zu drehen. Aus diesem Grunde versteht
sich, dass die Direktkupplung 39 die Hauptwelle 3 durch das
Planetengetriebesystem 33 fest mit der Abtriebswelle 32 verbindet,
wodurch die direkte, treibende Verbindung zwischen der Hauptwelle 3 und
der Antriebswelle 32 erzeugt wird.
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Im Rückwärtsbetrieb ist die Rückwärtskupplung 38 eingekuppelt,
während
die Vorwärtskupplung 29 ausgekuppelt
ist. Der Träger 35 des
Planetengetriebesystems 33 ist gegen das Gehäuse 25 gespannt,
so dass keines der Ritzel 36 angetrieben ist. Die Drehung
der Hauptwelle 3 kann direkt, ohne über die ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2 zu
laufen, auf das Planetengetriebesystem 33 übertragen
werden. Das Drehmoment im Planetengetriebesystem 33 wird über das
Sonnenrad 34, nur in ihren eigenen Achsen drehbare Ritzel 36 und
das innenverzahnte Tellerrad 37 auf die Abtriebswelle 32 übertragen.
Da die Vorwärtskupplung 29 die
Vorgelegewelle 28 und das Zahnrad 30 im Freilauf
lässt,
hemmt die Drehbewegung der Zahnräder 30 und 31 im
Gleichklang mit der Abtriebswelle 32 die Drehung der Abtriebsscheiben 5 und 8,
des Kettengetriebes 23 und der Vorgelegewelle 28 nicht.
Würde die
Antriebswelle 13, oder die Hauptwelle 3 in Vorwärtsrichtung
gedreht, würde sich
das Sonnenrad 34 in Vorwärtsrichtung drehen. Dennoch
wird der Planetenradträger 35 an
der Drehung gehindert, wodurch die Antriebswelle 32 aufgrund
des innenverzahnten Tellerrads 37 in der umgekehrten Drehrichtung
angetrieben ist.
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Um das Drehzahlverhältnis zu ändern, während die
Abtriebswelle 32 still steht, kann das Lösen der
Vorwärtskupplung 29 erforderlich
sein. Da die Drehung der Antriebsscheiben 4 und 7 über die
Kraftwalzen 6 und 9 ohne Ausübung eines Drehmoments auf
die ringförmigen
Drehzahlwechsler 1 und 2 auf die Abtriebsscheiben 5 und 8 übertragen
werden kann, ist das Auskuppeln der Vorwärtskupplung 29 dazu
notwendig, die Kraftwalzen 6 und 9 dazu zu bringen,
ihre Neigungswinkel oder Kippwinkel aufgrund der Abweichung der
Drehzapfen in der Axialrichtung der Drehgelenksachsen 11 zu ändern. Infolgedessen
wird den Kraftwalzen 6 und 9 ermöglicht, ihre
Neigungswinkel oder Kippwinkel so einzustellen, dass sie das maximale
Drehzahlverhältnis
im Leerlauf erreichen, auch wenn die Landerollen in einem Zustand
blockiert sind, in dem die ringförmigen
Drehzahlwechsler 1 und 2 kein maximales Drehzahlverhältnis schaffen,
so dass das Fahrzeug wieder anfahren kann.
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Beim oben beschriebenen ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe wird die Kraft oder das Drehmoment
vom Motor über
den Drehmomentwandler 12, die Antriebswelle 13 und
den Belastungsnocken 15 an die ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2 weitergegeben.
Nach der Änderung
der Drehzahl auf das gewünschte
Drehzahlverhältnis wird
das Drehmoment auf die Vorgelegewelle 28 und dann über das
Untersetzungsrädergetriebe
beziehungsweise die Zahnräder 30 und 31 auf
die Antriebswelle 32 übertragen.
Wenn keine Einstellung des Drehzahlwechsels notwendig ist, zum Beispiel wenn
man viele Stunden mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn
fährt,
ist es mit dem ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe möglich, die Drehung der Antriebswelle 13 durch
Einkuppeln der Direktkupplung 39 direkt auf die Abtriebswelle 32 zu übertragen.
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Im oben beschriebenen, nicht der
vorliegenden Erfindung entsprechenden stufenlos einstellbaren Getriebe
sind die Hauptwelle 3 und die Antriebswelle 13 dennoch getrennt
voneinander bereitgestellt, wobei die Antriebswelle 13 an
ihrem äußersten Ende
mit dem Belastungsnocken 14 versehen ist, während die
Hauptwelle 3 an ihrem äußersten
Ende mit der Antriebsscheibe 4, die verschiebbar in Axialrichtung
der Hauptwelle 3 und verdrehsicher in Bezug auf die Hauptwelle 3 gelagert
ist, versehen ist. Folglich ist es gemäß dem ringförmigen, stufenlos einstellbaren
Getriebe erforderlich, die Antriebsscheibe 4 gewaltsam
mit starker Kraft gegen die Abtriebsscheibe 5 zu drängen, um
die zuverlässige Übertragung
von Drehmoment von der Antriebswelle 13 auf die Hauptwelle 3 zu
erreichen, auch wenn die Kraftübertragung
mit eingekuppelter Direktkupplung 39 durchgeführt wird.
Das heißt,
bei Kraftübertragung mit
eingekuppelt gehaltener Direktkupplung 39, drehen sich
die Antriebs- und Abtriebsscheiben 4 und 7 bzw. 5 und 8 und
die Kraftwalzen 6 und 9 in den ringförmigen Drehzahlwechslern 1 und 2 im
Gleichklang durch das ständige
Ausüben
der sehr starken Drängkraft,
auch wenn die Kraftübertragung
keine Funktion zu erfüllen
hat. Das führt
zu einem Problem verringerter annehmbarer Lebensdauer der ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2.
Dieser Nachteil gilt ebenso für
andere bisherige ringförmige,
stufenlos einstellbare Getriebe der Art, wie sie zum Beispiel in
der Japanischen Gebrauchsmuster-Auslegeschrift Nr. 60750/1988 offenbart
ist.
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JP-A-6174036 offenbart eine Art eines
ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebes zum Verringern der Belastungsfrequenz
eines Umkehrmechanismus sowie zum Erreichen eines kleinen Getriebes
für den
Umkehrmechanismus.
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Das dementsprechende Ausschließen der Drängkraft
in der Axialrichtung der ringförmigen Drehzahlwechsler
mit der eingekuppelten Direktkupplung ist in diesem Dokument bereits
als großes Problem
des mit dem Planetengetriebesystem ausgerüsteten, ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebes angesprochen worden.
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Es ist die wichtigste Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Unzulänglichkeiten des Stands der
Technik wie oben beschrieben zu überwinden, und
im Besonderen ein verbessertes ringförmiges, stufenlos einstellbares
Getriebe bereitzustellen, bei dem im Zustand, bei dem eine Direktkupplung
eingekuppelt ist, keine Kraft oder Drehmoment auf ringförmige Drehzahlwechsler übertragen
wird, wodurch die ringförmigen
Drehzahlwechsler in Bezug auf ihre Haltbarkeit verbessert werden
können,
und ihre nutzbare Lebensdauer verlängert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe bereit, das Schubmittel, die an
einer Antriebswelle festgemacht sind und eine Schubkraft in einer
Axialrichtung der Antriebswelle erzeugen, eine erste Antriebsscheibe, die
gegenüber
den Schubmitteln angeordnet ist und für Drehung sowie Axialbewegung
in Bezug auf die Antriebswelle gelagert ist, eine zweite Antriebsscheibe,
die auf der Antriebswelle gegenüber
der ersten Antriebsscheibe angeordnet und für Axialbewegung in Bezug auf
die Antriebswelle gelagert ist, Abtriebsscheiben, die jeweils gegenüber der
ersten beziehungsweise der zweiten Antriebsscheibe angeordnet sind,
Kraftwalzen, die zwischen den gepaarten Antriebs- und Abtriebsscheiben angeordnet sind,
wodurch sie die Drehzahl der ersten und zweiten Antriebsscheiben
je nach ihrem Neigungswinkel zu den Scheiben stufenlos verändern, wodurch
eine Kraft mit geänderter
Geschwindigkeit auf die Abtriebsscheiben übertragen wird, Umkehrmittel
zum Übertragen
von Drehbewegungen der Antriebsscheiben in einer umgekehrten Drehrichtung
auf eine Abtriebswelle, eine Vorwärtskupplung zum Schalten der
Umkehrmittel aus einer Drehzahl übertragenden
Phase in eine Freilaufphase und umgekehrt, ein Planetengetriebesystem,
mit dem die Antriebswelle versehen ist, und eine Direktkupplung
zum Umschalten zwischen den Arbeitsphasen des Planetengetriebesystems
umfasst, worin die zweite Scheibe drehsicher auf der Antriebswelle
befestigt ist, um sich im Gleichklang mit der Antriebswelle zu drehen,
und worin ein Belastungsnocken als das Schubmittel dient, und worin
das Planetengetriebesystem, der Belastungsnocken und die zweite
Antriebsscheibe direkt miteinander verbunden sind.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das ringförmige,
stufenlos einstellbare Getriebe, wobei das Planetengetriebesystem
aus einem im Gleichklang mit der Antriebswelle drehbaren Sonnenrad,
einem Planetenradträger
zum Aufnehmen von Drehritzeln, die in das Sonnenrad eingreifen,
und einem Tellerrad, das in die Kitzel eingreift und auf der Abtriebswelle festgemacht
ist, besteht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
das ringförmige,
stufenlos einstellbare Getriebe, wobei die Direktkupplung zwischen
den Arbeitsphasen des Planetengetriebesystems umschaltet, indem
sie jeweils zwei aus dem Sonnenrad, dem Träger und dem Tellerrad ausgewählte Glieder
gegenseitig sperrt.
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Gemäß dem ringförmigen, stufenlos einstellbaren
Getriebe der vorliegenden Erfindung, das wie oben beschrieben gebaut
ist, arbeitet die Direktkupplung bei normaler Fahrt in einer Weise,
in der sie die Leerlaufphase der Antriebswelle und der Antriebswelle,
die mit dem Planetengetriebesystem verbunden ist, aktiviert, während die
Vorwärtskupplung
die Umkehrmittel in die Drehmoment übertragende Phase schaltet.
Das heißt,
die Direktkupplung ist ausgekuppelt, während die Vorwärtskupplung
eingekuppelt ist. Da die Drehung der Abtriebsscheibe über die
Umkehrmittel in umgekehrter Drehrichtung auf die Abtriebswelle übertragen
wird, wird folglich die Abtriebswelle in einer Drehrichtung, die
mit jener der Antriebswelle identisch ist, angetrieben.
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Im direkten Gang beziehungsweise
im Hochgeschwindigkeitsbereich wird die Direktkupplung umgeschaltet,
wodurch sie jeweils zwei aus dem Sonnenrad, dem Planetenradträger und
dem Tellerrad des Planetengetriebesystems ausgewählte Glieder gegenseitig hält. Somit
sind die Antriebs- und Abtriebswellen über die Direktkupplung und
das Planetengetriebesystem treibend miteinander verbunden, wodurch
das Drehmomentgetriebe so umgeschaltet werden kann, dass das Drehmoment
direkt von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen
wird. Gleichzeitig mit dem Einkuppeln der Direktkupplung wird die
Vorwärtskupplung
ausgekuppelt, um damit die Umkehrmittel in den Freilauf oder Leerlauf
zu bringen, so dass keine Belastung mehr auf die Abtriebsscheiben
ausgeübt
wird. In der Folge ist keine der Antriebsscheiben der axialen Drängkraft
der Schubmittel ausgesetzt, ungeachtet der Drehung der Antriebswelle.
Darum wird keine der Antriebsscheiben gewaltsam gegen die Kraftwalzen
gedrängt,
obwohl die ringförmigen
Drehzahlwechsler nur im Gleichklang mit der Antriebswelle im Leerlauf
laufen können.
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Die Direktkupplung ist so gebaut,
dass sie jeweils zwei aus dem Sonnenrad, dem Planetenradträger und
dem Tellerrad des Planetengetriebesystems ausgewählte Glieder miteinander in
Eingriff bringt. Das heißt,
die Direktkupplung kann zum Beispiel so wirken, dass sie sowohl
das Sonnenrad als auch die Antriebswelle und den Träger miteinander
in Eingriff bringt, oder stattdessen sowohl den Träger als
auch das Tellerrad miteinander in Eingriff bringt.
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Das Planetengetriebesystem ist mit
einer Rückwärtskupplung
versehen, um den Träger
in die Freilaufphase oder die Haltephase in Bezug auf ein Gehäuse des
Getriebes zu schalten. Im Rückwärtsbetrieb
wird die Direktkupplung ausgekuppelt, wodurch sich die Abtriebswelle
in Bezug auf die Antriebswelle im Leerlauf befindet, während auch
die Vorwärtskupplung
ausgekuppelt wird, um den Umkehrmechanismus in den Leerlauf zu bringen,
und dann die Rückwärtskupplung
eingekuppelt wird. Durch dieses Einkuppeln der Rückwärtskupplung wird der Planetenradträger mit
dem Getriebegehäuse
in Eingriff gebracht. In dieser Phase ist die Drehung des Sonnenrades
im Gleichklang mit der Antriebswelle durch die Ritzel, die sich
nur auf ihren Achsen drehen können,
in die entgegengesetzte Drehrichtung umgekehrt, wodurch die Antriebswelle in
die der Drehrichtung der Antriebswelle entgegengesetzte Drehrichtung
angetrieben wird. Zusätzlich kann
die Drehung des Sonnenrades verringert und auf das innenverzahnte
Tellerrad übertragen
werden. Dieses Verringern im Rückwärtsbetrieb
kommt dem tatsächlichen
Bedürfnis
entgegen, dass im Rückwärtsbetrieb
im Gegensatz zum Vorwärtsfahren
keine höhere
Geschwindigkeit nötig
ist. Bei anderen Fahrbetriebsarten hält die Rückwärtskupplung den Träger in einer
Freilaufphase in Bezug auf das Getriebegehäuse, um den Vorwärtsbetrieb
und den direkten Hochgeschwindigkeitsgang zu ermöglichen.
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Während
die Rückwärtskupplung
den Träger in
der Freilaufphase in Bezug auf das Gehäuse hält, macht es die Direktkupplung
zudem möglich,
die Antriebswelle in die das Drehmoment zur Antriebswelle übertragende
Phase zu schalten. Wenn die Direktkupplung die Antriebswelle in
die das Drehmoment zur Abtriebswelle übertragende Phase bringt, bringt die
Rückwärtskupplung
den Träger
in die Freilaufphase in Bezug auf das Gehäuse, wodurch sich der Träger ungehindert
im Gleichklang mit der Antriebswelle drehen kann.
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Die Umkehrmittel umfassen eine Vorgelegewelle,
die parallel zur Antriebswelle angeordnet ist, erste Kraftübertragungsmittel,
die die Abtriebsscheiben treibend mit einem Ende der Vorgelegewelle
verbinden, und zweite Kraftübertragungsmittel,
die die Abtriebswelle mit dem gegenüberliegenden Ende der Vorgelegewelle
verbinden, und die Umkehrmittel sind mit entweder dem ersten oder
dem zweiten Kraftübertragungsmittel
versehen. Die Umkehrmittel sind dazu geschaffen, dass die Drehrichtung
der Abtriebswelle identisch mit der Drehrichtung der Antriebswelle
ist, da die Drehrichtung der Antriebsscheiben entgegengesetzt der
Drehrichtung der Antriebsscheiben ist. Die Umkehrmittel können an
jeder gewünschten Stelle
in der Kraftübertragungsstrecke,
einschließlich der
Vorgelegewelle, angeordnet sein.
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Gemäß dem ringförmigen, stufenlos einstellbaren
Getriebe, das wie oben beschrieben gebaut ist, findet keine Nockenbewegung
durch die Schubmittel statt, wenn die Direktkupplung eingekuppelt
ist, so dass keine Kraft auf die ringförmigen, stufenlos einstellbaren
Drehzahlwechsler übertragen
wird, wodurch sich der Wirkungsgrad der Drehmomentübertragung
verbessert. Zudem kann die Haltbarkeit der ringförmigen Drehzahlwechsler verbessert
und ihre nutzbare Lebensdauer durch Einkuppeln der Direktkupplung
verlängert
werden, da keine Kraft auf die ringförmigen Drehzahlwechsler übertragen
wird, beziehungsweise da keine Kraft auftritt, um die Antriebsscheiben
fest gegen die Kraftwalzen zu drängen.
Des Weiteren tritt nicht nur bei eingekuppelter Direktkupplung,
sondern auch im Rückwärtsbetrieb keine
starke Kraft auf, die die Antriebsscheiben gegen die Kraftwalzen
drängt.
Das kann dazu beitragen, die annehmbare Lebensdauer der ring förmigen Drehzahlwechsler
zu verlängern,
so dass die Lebensdauer des gesamten Getriebes verbessert wird.
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In der Folge ist eine als Beispiel
dienende Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Abbildung ist, die eine bevorzugte Ausführungsform
eines ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und
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2 eine
schematische Abbildung ist, die ein nicht der vorliegenden Erfindung
entsprechendes, ringförmiges,
stufenlos einstellbares Getriebe zeigt.
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Im Folgenden ist eine bevorzugte
Ausführungsform
des ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das ringförmige,
stufenlos einstellbare Getriebe in 1 ist
mit Ausnahme der gegenseitig verbundenen Konstruktion des Belastungsnockens,
der Antriebsscheibe und der Antriebswelle im Wesentlichen identisch
mit dem bisherigen ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebe in 2.
Folglich bezeichnen dieselben Bezugszeichen in der folgenden Beschreibung
dieselben Elemente oder Bauteile, und deren vorherige Beschreibung
ist jeweils zutreffend.
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Das Motordrehmoment wird über den
Drehmomentwandler 12 auf eine Antriebswelle 16 übermittelt.
Ein Belastungsnocken 19 ist mit einer nicht gezeigten Kerbstiftverbindung
auf der Antriebswelle 16 befestigt und gegen Axialbewegung
gesichert, wodurch er sich im Gleichklang mit der Antriebswelle 16 dreht.
Ein erster ringförmiger
Drehzahlwechsler 18 weist eine erste Antriebsscheibe 17 auf,
die auf der Antriebswelle 16 drehbar und für eine axiale Gleitbewegung
in Bezug auf die Antriebswelle 16 gelagert ist. Die erste
Antriebsscheibe 17 ist so gegenüber dem Belastungsnocken 19 angeordnet,
dass die Freilaufnocken 15 dazwischen eingeklemmt sind. Jeder
der Freilaufnocken 15 ist so konstruiert, dass beim Drehen
des Belastungsnockens 19 bezogen auf die Antriebsscheibe 17 eine
Schubkraft dazu erzeugt werden kann, die Antriebsscheibe 17 gegen die
gegenüberliegende
Abtriebsscheibe 5 zu drängen.
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Der zweite ringförmige Drehzahlwechsler 2 weist
die zweite Antriebsscheibe 7 auf, die sich in Axialrichtung
der Antriebswelle 16 bewegen und im Gleichklang mit der
Antriebswelle 16 drehen kann. Das heißt, die Antriebsscheibe 7 ist,
zum Beispiel durch eine Kugel-Keilverbindung,
treibend verbunden mit der Antriebswelle 16 und wird gegen
die gegenüberliegende
Abtriebsscheibe 8 gedrückt,
so dass sie sich durch die Funktion einer Membranfeder, die zwischen
der Antriebsscheibe 7 und einer auf die Antriebswelle 16 geschraubten
Mutter angeordnet ist, ein kleines Stück in Axialrichtung der Antriebswelle 16 bewegen
kann. Die Antriebsscheibe 7 kann sich abhängig von
der Axialverschiebung der Antriebswelle 16 durch die Funktion
der Nockenbewegung des Belastungsnockens 19 gegen die Abtriebsscheibe 8 bewegen,
so dass sich der auf die Kraftwalzen 9 zwischen den zusammengehörigen Antriebs- und Abtriebsscheiben 7 und 8 ausgeübte Anpressdruck erhöht.
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Die Abtriebsscheiben 5 und 8 der
ringförmigen
Drehzahlwechsler 18 und 2 sind wie die Scheiben
in 2 aufeinander folgend
angeordnet und mit der Verbindungswelle 22 durch die Kerbstiftverbindung
oder ähnliches
verbunden, so dass sie sich gemeinsam als Einheit drehen. Die Verbindungswelle 22 besteht
aus einem Hohlrohr, in dem die Antriebswelle 16 drehbar
eingepasst ist, wobei in der Mitte des Rohres ein Kettenrad 24 vorgesehen
ist, das mit dem Hohlrohr aus einem Stück besteht. Die Abtriebsscheiben 5 und 8 sind
durch nicht gezeigte Lager, die sowohl den Schub als auch Radialbelastungen
aufnehmen können,
in einem Gehäuse 25 gelagert.
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Als nächstes wird die Arbeitsweise
des ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Getriebes der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Das ringförmige,
stufenlos einstellbare Getriebe der vorliegenden Erfindung ist im
Wesentlichen identisch mit dem bisherigen ringförmigen, stufenlos einstellbaren Getriebe
in 2, was die Arbeitsweise
zur Geschwindigkeitsänderung
bei normaler Fahrt und bei gesperrter Abtriebswelle betrifft, ausgenommen
die Arbeitsweise zur Geschwindigkeitsänderung in der Vorwärtsfahrtphase,
bei der die Direktkupplung eingekuppelt wird. Die vorherige Beschreibung
des Stands der Technik ist somit anwendbar.
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Ein Mechanismus zum Erzeugen der
Schubkraft in Axialrichtung der Antriebswelle 16 umfasst den
Belastungsnocken 19 und Freilaufnocken 15. Wenn
die Vorwärtskupplung 29 eingekuppelt
ist, beziehungsweise die Abtriebsscheiben 5 und 8 treibend mit
der Antriebswelle 32 verbunden sind, dreht sich die Antriebswelle 16,
um den Belastungsnocken, der aus einem Stück mit der Antriebswelle 16 besteht, anzutreiben,
da die Abtriebsscheiben 5 und 8 belastet sind.
In der Folge dreht sich der Belastungsnocken 19 in Bezug
auf die Antriebsscheibe 17. Gleichzeitig können die
Freilaufnocken 15, die zwischen den Belastungsnocken 19 und
die Antriebsscheibe 17 angeordnet sind, die Schubkraft
auf die erste Antriebsscheibe 17 ausüben, die wiederum in 1 nach rechts gedrückt wird,
wodurch sie den erhöhten Anpressdruck
auf die Kraftwalzen 6 und 9 in Zusammenarbeit
mit der Abtriebsscheibe 5 ausübt. Zu gleicher Zeit bewegt
sich die Antriebswelle 16 gegenwirkend in 1 zusammen mit der zweiten Antriebsscheibe 7,
die wiederum den starken Anpressdruck auf die Kraftwalzen 9 in
Zusammenarbeit mit der Abtriebsscheibe 8 ausübt, nach
links. Dadurch werden die Drehungen der Antriebsscheiben 17 und 7 über die
jeweiligen Kraftwalzen 6 und 9 jeweils auf die
Abtriebsscheiben 5 und 8 übertragen.
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Wird die Direktkupplung 39 eingekuppelt, sind
die Antriebs- und Abtriebswellen 16 und 32 über die
Direktkupplung 39 und das Planetengetriebesystem 33 direkt
miteinander verbunden, wodurch das Drehmoment direkt von der Antriebsscheibe 16 auf die
Abtriebsscheibe 32 übertragen
werden kann. Dann bringt das Auskuppeln der Vorwärtskupplung 29 den
Umkehrmechanismus, der aus dem Kettengetriebe 23, der Vorgelegewelle 28 und
den Untersetzungsgetrieben 30 und 31 besteht,
in den Leerlauf, wodurch die Abtriebsscheiben 5 und 8 entlastet
werden. Bei der soeben beschrieben Phase ist ungeachtet der Drehung
der Antriebswelle 16 keine der Antriebsscheiben 7 oder 17 der
Schubkraft am Belastungsnocken 19 ausgesetzt. Das heißt, es findet
im Wesentlichen keine Drehung der Antriebsscheibe 17 in
Bezug auf den Belastungsnocken 19 statt. Darum wird keine
der Antriebsscheiben 17 oder 7 gewaltsam gegen
die Kraftwalzen 6 und 9 gedrängt, obwohl die ringförmigen Drehzahlwechsler 18 und 2 nur
im Gleichklang mit der Antriebswelle 16 leerlaufend oder
freilaufend sein können.
Des Weiteren können die
Drehungen der Antriebsscheiben 17 und 7 aufgenommen
werden, auch wenn die relative Drehung zwischen der Antriebsscheibe 17 und
dem Belastungsnocken 19 erfolgt, da schließlich die
Drehbewegungen der Abtriebsscheiben 5 und 8, und
kein Drehmoment der Antriebswelle 16, auf die ringförmigen Drehzahlwechsler 1 und 2,
die im Gleichklang mit der Antriebswelle 16 dem Leerlauf
oder Freilauf überlassen
sind, übertragen
werden würde.
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Beim Rückwärtsbetrieb wird die Direktkupplung 39 ausgekuppelt,
wodurch die Abtriebswelle 32 in Bezug auf die Antriebswelle 16 in
den Leerlauf gebracht wird, während
die Vorwärtskupplung 29 ebenfalls
ausgekuppelt wird, um den Umkehrmechanismus 23, 28, 30 und 31 in
den Leerlauf zu bringen, und dann wird die Rückwärtskupplung 38 eingekuppelt. Dieses
Einkuppeln der Rückwärtskupplung 38 veranlasst
den Planetenradträger 35 dazu,
in das Getriebegehäuse 25 einzugreifen.
Bei dieser Phase wird die Drehung des Sonnenrades 34 im
Gleichklang mit der Antriebswelle 16 durch die nur in ihren
Achsen drehbaren Ritzel 36 in die entgegengesetzte Drehrichtung
umgekehrt, wobei die Abtriebswelle 32 in einer der Drehrichtung
der Antriebswelle entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben wird.
Zusätzlich kann
die Drehung des Sonnenrades 37 verringert und auf das innenverzahnte
Tellerrad 37 übertragen werden.
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Zudem sind die Abtriebsscheiben 5 und 8 und
der Umkehrmechanismus 23, 28, 30 und 31 im Rückwärtsbetrieb
bei ausgekuppelter Vorwärtskupplung 29 im
Leerlauf. In der Folge ist ungeachtet der Drehung des Belastungsnockens 19 zusammen
mit der Antriebswelle 16 keine der Antriebsscheiben 7 und 17 der
Schubkraft am Belastungsnocken 19 ausgesetzt. Darum wird
keine der Antriebsscheiben 17 oder 7 gewaltsam
gegen die Kraftwalzen 6 und 9 gedrängt, obwohl
die ringförmigen
Drehzahlwechsler 18 und 2 nur im Gleichklang mit
der Antriebswelle 16 leerlaufend sein können.
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Obwohl die bevorzugte Ausführungsform
wie oben beschrieben auf das ringförmige, stufenlos einstellbare
Zweikammergetriebe angewendet worden ist, ist sie natürlich auch
auf die ringförmigen,
stufenlos einstellbaren Einkammergetriebe anwendbar. Statt des Kettengetriebes
und des Untersetzungsgetriebeweges, die oben als Beispiel für die ersten
und zweiten Kraftübertragungsmittel
für den
Umkehrmechanismus angegeben ist, können andere Kraftübertragungsmittel,
wie zum Beispiel das Riemengetriebe, mit demselben Nutzen eingesetzt
werden. Zudem ist das Kombinationssystem der Kraftübertragungsmittel
am gegenüberliegenden
Ende der Vorgelegewelle auf das System der vorangehenden Beschreibung
beschränkt,
es kann jedoch auch jedes andere System ebenso angepasst werden,
in dem die Drehrichtung der Drehung der Abtriebsscheibe umgekehrt
und auf die Abtriebswelle übertragen wird.