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Stufenloses Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
gestattet es, die Kraft einer Motorwelle (Antriebswelle) auf eine zu ihr koaxiale
Abtriebswelle zu übertragen, wobei die Abtriebswelle mit einer stufenlos veränderbaren
Drehzahl umläuft, dergestalt, daß in jedem Augenblick die Drehmomente des Motors
und der Widerstände ins Gleichgewicht gebracht werden können und daß der Drehsinn
der Abtriebswelle gegebenenfalls umgekehrt werden kann, wie dies bei einem Kraftfahrzeug
unerläßlich ist.
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Die Erfindung gestattet es weiterhin, ein Kraftfahrzeug mit einer
geeigneten, der Motorkraft entsprechenden Geschwindigkeit zu führen, und zwar in
vollständig automatischer Weise, wie auch immer die Steigung der Fahrbahn und die
Belastung des Fahrzeuges sei; der Fahrer braucht lediglich zu schalten, um die Geschwindigkeit
in Sonderfällen oder für den Rückwärtsgang zu regeln.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein neues Getriebe, welches zwischen
einer Antriebswelle und einer koaxialem Abtriebswelle eingeschaltet wird, wobei
dieses Getriebe durch die wechselweise Kombination der folgenden Elemente gekennzeichnet
ist: Ein Satz von mehreren Planetenvorgelegen, welche hintereinander auf der Motorwelle
angeordnet sind und von denen jedes aus einem losen Planetenrad, aus einem auf dieser
Welle festgekeilten Planetenrad sowie einer Satellitenradträgerplatte besteht, welche
mit dem benachbarten, nach der Seite der Abtriebswelle zu liegenden losen Planetenrad
fest verbunden ist, wobei die Satellitenradträgerplatte des am Ende der Motorwelle
angeordneten und in der Nähe des Endes der Abtriebswelle gelegenen Vorgeleges die
letztere antreibt.
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Eine Vorrichtung, welche es gestattet, das lose Planetenrad des am
weitesten von der Abtriebswelle entfernten Vorgeleges anzutreiben und die Geschwindigkeit
des Planetenrades allmählich zu variieren, dergestalt, daß die Geschwindigkeit der
i
Abtriebswelle gleichzeitig zwischen einer maximalen Geschwindigkeit
in dem einen Sinne, einem Stillstand und einer vongegebepen Geschwindigkeit im entgegengesetzten
Sinne (Rückwärtsgang) geändert werden kann.
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Bei einem einfachen Ausführungsbeispiel eines Getriebes gemäß der
Erfindung trägt das erste lose Planetenrad, dessen Geschwindigkeit man kontrollieren
will, ein zweites zu dem Planetenrad koaxiales Kegelzahnrad. Dieses zweite Zahnrad
kämmt mit einem oder mehreren konischen Ritzeln, welche sich mit veränderlicher
Geschwindigkeit um eine senkrecht zur Motorwelle stehende Achse drehen. Dieses Ritzel
wird mit veränderbarer Geschwindigkeit angetrieben durch eine koaxiale Rolle, die
auf einer mit der Motorwelle koaxialen und sich mit der gleichen Geschwindigkeit
drehenden Reibungsscheibe radial verschoben werden kann.
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Die Rechnung zeigt, daß ein derartiges Getriebe eine ungleiche Zahl
von Planetenvorgelegen haben muß, damit die Mitnehmerrolle unter den in der Praxis
auftretenden Bedingungen funktionieren kann. Dies beruht darauf, daß die durch das
erste lose Planetenrad übertragenen Kräfte nur ein ziemlich geringer Bruchteil der
an die Abtriebswelle übergebenen Gesamtkraft ist. Die Geschwindigkeitsänderung durch
Verlagerung der Rolle oder der Rollen kann vollständig von Hand erfolgen. In einem
Kraftfahrzeug erfolgt diese Schaltung vorzugsweise automatisch für alle Vorwärtsgänge
und @ an Hand lediglich für den Rückwärtsgang.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bringt nicht nur eine große Erleichterung
für das Führen eines Kraftwagens mit sich, sondern auch den Vorteil, den Motor unter
den günstigsten Bedingungen arbeiten zu lassen, woraus sich eine erhebliche Einsparung
der für den Treibstoff und die Unterhaltung des Motors erforderlichen Kosten ergibt.
Schließlich besitzt das Getriebe gemäß der Erfindung einen äußerst einfachen mechanischen,
also wirtschaftlich vorteilhaften Aufbau, insbesondere wenn man gleichartige Planetenvorgelege
benutzt, die keine innenverzahnten Räder besitzen.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel dargestellt
ist.
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Im einzelnen zeigt Fig. i eine teilweise in einer Symmetrieebene geschnittene
Seitenansicht eines Getriebes mit automatischer Geschwindigkeitsänderung für Normalgang,
Fig. 2 eine Stirnansicht und einen Schnitt senkrecht zur Antriebswelle mit einer
Handsteuerung für die Geschwindigkeitsänderung der Abtriebswelle, Fig.3 eine Ansicht
teilweise im Schnitt eines Handhebels und eines Gestänges zur Betätigung der Schaltvorrichtung
der Fig. 2.
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i ist die Antriebswelle und 2 die Abtriebswelle. Der gesamte Mechanismus
des Getriebes ist durch ein Gehäuse 3 geschützt und enthält fünf Planetenvorgelege
A, B; C, D, E. Jedes Planetenvorgelege besteht aus einem lose auf der Welle
i laufenden Planetenrad 4, einem auf der Welle i festgekeilten Planetenrad 5 sowie
einer Planetenradscheibe 6, welche die frei um die Achsen 9 laufenden Doppelplanetenräder
7 und 8 trägt.
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Jede Planetenradscheibe 6 ist mit dem lose laufenden Planetenrad 4
des nach der Seite der Abtriebswelle 2 zu folgenden Vorgeleges fest verbunden. Die
in der Nähe der Welle 2 angeordnete Planetenradscheibe ist mit dieser Welle verbunden
und nimmt sie bei ihrer Rotation mit.
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Mit io sind die Befestigungskeile zwischen den Planetenrädern 4 und
den Planetenradscheiben 6 bezeichnet, mit i i die zwischen den benachbarten Planetenradscheiben
angeordneten Nadellager. Mit 12 ist ein Kugellager zwischen dem ersten lose laufenden
Planetenrad 4 an der Seite der Motorwelle und der Planetenradscheibe desselben Vorgeleges
bezeichnet.
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Die Kugellager 13 und 14 sind einerseits zwischen der Welle i und
der mit der Welle 2 verbundenen Planetenradscheibe 6, anderseits zwischen dem Gehäuse
3 und der Abtriebswelle 2 angeordnet.
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Ein Kegelradritzel 15 ist mit dem ersten Planetenrad 4 an der Seite
der Motorwelle verbunden. Alle Planetenräder 4 sind auf Rollenlagern 16 gelagert.
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Das Ritzel 15 ist im Eingriff mit den Ritzeln 17, welche lose um die
am Gehäuse 3 befestigten und mit Rollenlagern i9 versehenen Achsen 18 laufen.
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Der hohle Schaft 2o des Ritzels 17 ist an seiner Außenseite mit einer
Schraubennut 21 versehen, in welche das schraubenförmige Gewinde 22 einer Rolle
23 eingreift; 24 bezeichnet eine Schraubenfeder, welche die Rolle 23 nach der Antriebswelle
i hindrückt. 25 und 26 sind Schulterkugellager.
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Ein Schwungrad 27 ist auf der Antriebswelle i verkeilt. Dieses Schwungrad
enthält Gewichtstücke 28, welche durch die Wirkung von Schraubenfedern 29 nach der
Achse des Schwungrades 27 hingedrückt werden.
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Eine koaxiale Kreisscheibe 3o wird von den Zähnen 31 des Schwungrades
27 mitgenommen. Sie kann sich parallel zur Achse der Welle i verschieben, wenn sie
unter der Zentrifugalwirkung durch die geneigt anliegende Fläche der Gewichtstücke
28 beaufschlagt wird, welche unter Zwischenschaltung von Rollen oder Kugeln 5o auf
sie einwirken, die zwischen den Gewichtstücken 28 einerseits sowie dem Schwungrad
27 und der Scheibe 3o anderseits angeordnet sind.
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Das Getriebe arbeitet folgendermaßen: Durch die Rotation der Welle
i werden die Gewichtstücke 28 und die Scheibe 30 in Rotation versetzt. Wenn
sich die Gewichtstücke 28 nach außen bewegen, verschieben sie die Scheiben
30 und drücken sie mit einer vorgegebenen Kraft gegen die Rolle 23, welche
in Rotation versetzt wird.
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Beim Drehen hat die Rolle 23 die Tendenz, den Schaft 2o des Ritzels
17 mitzunehmen; aber das Antriebsmoment, das auf den Schaft 2o wirkt, ist durch
die Reibung des Gewindes 22 in der Schraubennut 21, in der es geführt wird, begrenzt.
Daher
verschiebt sich, wenn der Widerstand zum Antrieb des Kitzels 15 und daher des Kitzels
17 einen gewissen Grenzwert überschreitet, die Rolle 23 längs der Schraubennut 21,
ohne irgendeine Mitnahme des Schaftes 20 zu bewirken.
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Die Schraubennut 21 ist so ausgebildet, daß sie in diesem Falle die
Verschiebung der Rolle 23 bewirkt, wobei sie sich von der Welle i entfernt und die
Schraubenfeder 24 zusammendrückt.
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Das fortschreitende Zusammendrücken der Schraubenfeder 24 erhöht den
Wert des Reibungsmomentes, das auf den Schaft 20 einwirkt, bis dieses Moment mit
dem Widerstandsmoment im Gleichgewicht steht, das auf diesen Schaft 2o durch die
Kitzel ,4, r 5 und 17 ausgeübt wird. Sobald dieses Gleichgewicht erreicht ist, nimmt
der Schaft 20 sein Kitzel 17 mit, welches die Kitzel 15, 4 des Planetenvorgeleges
A in Drehung versetzt. Da die Geschwindigkeit der Kitzel 4 und 5 des Planetenvorgeleges
A dadurch bestimmt wird, daß das Kitzel 5 sich mit der Drehzahl der Welle i dreht,
so ist die Geschwindigkeit der Planetenradscheibe 6 des Planetenvorgeleges A gleichfalls
bestimmt und bestimmt ihrerseits die Geschwindigkeit des losen Planetenrades 4 des
Planetenvorgeleges B.
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Man sieht, daß auf diese Weise die Geschwindigkeit der Planetenradscheibe
6 des Endplanetenvorgeleges E bestimmt wird und damit die Geschwindigkeit der mit
der Planetenradscheibe 6 des Planetenvorgeleges F_ fest verbundenen Abtriebswelle
2.
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Im direkten Gang dreht sich die Gesamtheit der Planetenradvorgelege
A, B, C, D, E um die Achse der Welle i, und zwar mit der gleichen Geschwindigkeit
wie diese Welle i und die Welle 2. Das entspricht der in Fig. i dargestellten Stellung,
auf welcher die Stellung 23° und 23b der Rolle 23 bzw. dem Stillstand und dem Rückwärtsgang
der Welle 2 bei einem Automobil entspricht, wobei eine Rück-,.värtsgeschwindigkeit
zugelassen ist, welche etwa einem Fünftel der Geschwindigkeit des direkten Vorwärtsganges
entspricht.
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Die entsprechenden Zahnräder der Planetenvorgelege A, B,
C, D, E haben alle den gleichen Durchmesser. Lediglich die Länge der Zahnung
ist verschieden zwecks Anpassung an die Größe der zu übertragenden Kräfte. Das Getriebe
enthält kein einziges Rad mit Innenverzahnung, was einen wesentlichen Vorteil in
konstruktiver Hinsicht darstellt.
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Die Schaltvorrichtung ist für den Rückwärtsgang nicht automatisch,
aber bequem zu handhaben. Die Verschiebung der Rollen 23 senkrecht zur Welle i wird
dabei durch Gabeln 32 bewirkt, welche in die Nuten 33 der Rollen 23 eingreifen,
wobei die Betätigung dieser Gabeln durch jede geeignete Vorrichtung bewirkt werden
kann.
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Eine derartige Handbetätigungsvorrichtung, welche nicht nur die Vorwärtsgänge,
sondern auch den Rückwärtsgang bei einem Kraftfahrzeug zu betätigen gestattet, kann
(Fig. i und 2) durch zwei Gabeln gebildet werden, welche an Führungshülsen 34 befestigt
sind, die ihrerseits längs zweier im Gehäuse 3 befestigter Stangen 35 verschiebbar
sind. An den unteren Enden der Führungshülsen 34 sind die Zahnstangensegmente 36
angebracht, welche mit den Zahnradsektoren 37 kämmen, die um eine gemeinsame, mit
ihnen fest verbundene Welle 38 drehbar sind.
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Das Drehen der Welle 38 wird durch den Handhebel 39 bewirkt, welcher
am Ende einer kugelförmigen Hülse 4o befestigt ist, die in jeder geeigneten Weise
hergestellt werden kann. Die Hüls-. 40 ist auf einer Kugel 41 gelagert, welche mit
zwei halbkreisförmigen Rinnen 42 und zwei Kerben 43 versehen ist, in welche die
Klauen 44 eingerastet werden können. An der Kugel 41 ist eine Stange 45 befestigt,
die in einem Führungsrohr 46 gelagert sein kann, das an der Steuersäule des Wagens
befestigt ist, an der die oben genannte Vorrichtung angeordnet ist.
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Die Stange 45 ist durch ein oder zwei Kardannelenke mittels einer
Verbindungsstange mit der Welle 38 verbunden, welche die Zahnradsektoren 37 betätigt.
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Wenn man den Handhebel 39 aus der dargestellten Stellung nach unten
bewegt, so kann man die Klauen 44 in die Kerben 43 einrasten und daraufhin das Gestänge
45 betätigen. Wenn die Klauen 44 aus den Kerben 43 entfernt werden und in die halbkreisförmigen
Rinnen 42 eingeführt werden, so kann sich das Gestänge 45 frei drehen, wenn es durch
die schon beschriebene automatische Vorrichtung zum Verschieben der Rollen 23 betätigt
wird.
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Das Gehäuse 3 ist zur Erleichterung der Montage und Demontage mit
den abnehmbaren Teilen 47 und 48 versehen. Mit 49 ist ein Querträger bezeichnet,
der mit dem Gehäuse fest verbunden ist und dazu dient, das Ende der Welle 18 zu
stützen, um welche sich die Rolle 23 dreht.
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Der Handgriff 39 wird vor einer Platte bewegt, welche die Bezeichnung
»Halt«, »Vorwärtsgang« und »Rückwärtsgang« trägt, wobei ihn eine Sperrvorrichtung
o. dgl. in jeder gewünschten Lage arretiert.
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Der Lenker eines Kraftfahrzeuges kann die oben bezeichnete automatische
Schaltung wie folgt benutzen: Er stellt den Handgriff 39 auf die Stellung >Halt«,
setzt den Motor in Gang, läßt ihn im Leerlauf gehen, schwenkt den Handgriff 39 nach
oben, um die Klauen 44 aus den Einkerbungen 43 herauszuheben und gibt Gas, um dem
Motor die Drehzahl zu geben, welche den Start in einer mehr oder minder schnellen
Gangart gestattet und es ihm gestattet, die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen.
Um den Wagen zum Halten zu bringen, nimmt der Führer das Gas weg und betätigt das
Bremspedal, ohne den Handgriff 39 zu berühren.
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Wenn er die Handschaltung benutzt, so erfolgt das Ingangsetzen des
Motors wie vorbeschrieben; aber um abzufahren, tritt er ein wenig auf das Gaspedal,
wobei er den Handgriff 39 allmählich in die dem direkten Gang entsprechende Stellung
drückt.
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Um den Wagen zum Halten zu bringen, läßt der Fahrer das Gaspedal los,
bremst und bringt den Handgriff 39 in die Stellung »Halt«.
In einem'wie
in dein änderen Palle ,sind also alle Maßnahmen des Ausküppelns, des Geschwindigkeitsschalten`s
tznd des Einkuppelns überflüssig. Die gewöhnliche Ktfppelungsvorrichtung kann also
in Fortfall kommen, wenn man bei einem Kraftfahrzeug ein Getriebe vom Typ der Erfindung
benutzt.
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Selbstverständlich kann man an der beschriebenen Ausführungsform noch
die verschiedensten Änderungen, Abwandlungen, Verbesserungen oder Zusätze anbringen
oder auch einzelne Vorrichtungen durch gleichwertige Elemente ersetzen, ohne dadurch
die allgemeine Wirtschaftlichkeit der Erfindung zu ändern.
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Wie schon gesagt, erfordert die beschriebene Vorrichtung zum Antrieb
des losen Planetenrades des ersten an der Seite der Motorwelle gelegenen Planetenvorgeleges
eine ungleiche Zahl von dahintergeschalteten Planetenvorgelegen, und zwar weil man
die Rolle in einer hinreichenden und geeigneten Entfernung von der Achse der Motorwelle
arbeiten lassen muß, wenn man einen korrekten Eingriff wünscht. Selbstverständlich
kann man auch noch einige Paare von Planetenvorgelegen hinzufügen unter der Bedingung,
daß man eine geeignete Vorrichtung benutzt, um das zum Antrieb der Abtriebswelle
mit variabler Geschwindigkeit dienende lose Planetenrad anzutreiben.
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Mit dem oben beschriebenen Reibradvorgelege kann man eine ungleiche
Zahl von Planetenvorgelegen vereinigen, und ihre Zahl wird praktisch durch den zur
Verfügung stehenden Raum bestimmt. Wenn man über einen freien Raum von hinreichender
Länge verfügt, so wird man eine große Anzahl von Planetenvorgelegen mit geringem
Durchmesser benutzen. Wenn man dagegen nur Tiber einen Raum von geringer Länge in
Richtung der Motorachse verfügt, aber mit einem hinreichend großen Durchmesser,
,so wird man eine geringere Zahl von Planetenvorgelegen benutzen, die aber einen
wesentlich größeren Durchmesser aufweisen.