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Drehzahlwandler, bestehend aus einer Flüssigkeitskupplung und einem
Differentialgetriebe Die Erfindung betrifft einen: Drehzahlwandler, der mit einer
Flüssigkeitskupplung kombiniert und hauptsächlich für Kraftfahrzeuge bestimmt ist.
Flüssigkeitskupplungen arbei.tenwegen der in ihnen auftretenden Reibungsverluste
nur dann zufriedenstellend, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeiten des treibenden
und getriebenen Kupplungsteils nahe beieinander liegen. Bei dem in Kraftfahrzeugen
vorkommenden Drehzahlverhältnis von i : 2,5 wird die Flüssigkeitskupplung wegen
der in ihr auftretenden Reibungswiderstände nahezu. unwirksam.
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Die Erfindung ermöglicht eine Untersetzung der Drehgeschwindigkeiten,
die sich selbsttätig den sich ändernden Belastungen anpaßt, so daß die Drehgeschwindigkeiten
beider Teile der Flüssigkeitskupplung nur wenig voneinander abweichen; und somit
die sonst auftretenden Reibungsverluste verringert werden. Dies wird dadurch erreicht,
daß der angetriebene Teil der Flüssigkeitskupplung mit in einen Richtung drehbaren
Ritzeln .einer differentialähnlichen Zahnräderanordnung verbunden ist, die einerseits
in ein Sonnenrad, das auf der Welle des treibenden Kupplungsteils sitzt, und andererseits
in ein auf der Abtriebswelle sitzendes Sonnenrad eingreifen. Bei normaler und unternormaler
Belastung .drehen sich beide Wellen im direkten Gang mit gleicher Geschwindigkeit,
bei zunehmender Belastung und, zurückbleibender Abtriebswelle werden jedoch die
Ritzel auf dem Sonnenrad der treibenden Welle sich rückwärts abrollen und dadurch
eine Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten der An- und Abtriebswelle bewirken,
die doppelt so groß ist wie die Differenz .der Rotationsgesc`hwindigkeiten der beiden
Kupplungshälften als
Folge des Schlupfes der Flüssigkeitskupplung.
Außer dieser günstigen Wirkungsweise besitzt die Erfindung weitere Vorteile, die
aus der folgenden näheren Beschreibung erkennbar sind, wobei insbesondere der Vorteil
'hervorzuheben ist, daß die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten zwischen An-
und Abtriebswelle doppelt so groß ist wie die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten
beider Kupplungsteile.
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Es ist bereits -die Kombination einer Reibungskupplung mit einem Differential
bekanntgeworden. Im bekannten Falle ist normalerweise die Reibungskupplung dauernd
wirksam. Nur beim Anlassen oder beim Übergang von, einer Belastung oder Geschwindigkeit
auf eine andere kann- von Hand oder einem Pedal die Reibungskupplung gelockert und
das Differential eingeschaltet werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in beispielsweiser Ausführungsform in
der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. i einen Querschnitt durch den Drehzahlwandler,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Fi.g. i, Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene
Ansicht des Drehzahlwandlers mit einem im Innern des Gehäuses befindlichen Rückwärtsantrieb.
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In Fig. i stellt i die Antriebswelle und 2 die Abtriebswelle dar.
Mit 4 ist der auf der Welle i festsitzende treibende Kupplungsteil und mit 5 der
auf der gleichen Welle lose rotierende getriebene Kupplungsteil bezeichnet, der
mit dem Gehäuse 3 fest verbunden ist. Auf der gleichen Welle i -ist das Kegelrad
6 aufgekeilt. Das Gehäuse 3 ist edier Träger der in der Gehäusewandung festsitzenden
Welle io, auf der die Umlaufräder 9, g' rotieren. Die Umlaufräder 9, g' stehen im
Eingriff mit dem Kegelrad 6 und dem auf der Welle :2 festsitzenden Kegelrad 7. Die
Enden der Welle io sind mit einer Freilaufeinrichtung versehen, die dem Rad g eine
Rotation nur in der Pfeilrichtung gestattet.
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Dreht sich,die Antriebswelle i, so dreht sich das mit ihr verbundene
Zahnrad 6 und der Kupplungsteil 4, der auf den Kupplungsteil s einwirkt und damit
auf das Gehäuse 3. Eine auftretende Belastung äußert sich im Widerstand der Welle
2,. also des Zahnrades 7 gegen. Drehung. Durch diesen Widerstand werden die Zahnräder
9 in Drehung versetzt. Die Rotationsgeschtvind igkeit der Zahnräder 9 ist aber begrenzt
durch die Rotations-. geschwindigkeit des Zahnrades 6 und die Umlaufgeschwindigkeit
der Welle io, die mit dem Gehäuse 3 verbunden ist und daher mit der Winkelgeschwindigkeit
des Kupplungsteils 5 umläuft.
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Sind Last und Kraft so ausgeglichen, daß der Kupplungsteil 4 den Kupplungsteil
5 mrit gleicher Geschwindigkeit mitnehmen kann, so können sich die Zahnräder 9 wegen
der gleichen Geschwindigkeit der Welle io und des Außenrades 6 nicht drehen, und
die Welle -2 wird mit gleicher Geschwindigkeit im direkten Gang mitgenommen.
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Wird die Last größer, so bleibt die Welle 2 mit dem Zahnrad 7 zurück
und hemmt den Umlauf der Welle io und damit des Kupplungsteils 5. Infolge der Drehung
der- Kegelräder 9, 9' wird das Kegelrad 7 mit der Welle 2 langsamer mitgenommen
uinid dadurch - die Welle io und der Kupplungsteil s entlastet. Da der Kupplungsteil
s mit der Achse der Kegelräder 9, g verbunden ist, das Zahnrad 7dagegen : mit dem
Zahnkranz der rotierenden Kegelräder 9, g' im Eingriff steht; ist die Differenz
der Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Kupplungsteile 4 und 5 kleiner als die
Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten der Welle i und 2. Je mehr der Umlauf der
Enden der Wellen io zurückbleibt, mit desto größerer Geschwindigkeit müssen die
Räder 9 sich um die Wellen io drehen, und desto geringer wird die Winkelgeschwindigkeit
des Zahnrades 7 und damit der Welle 2 im Verhältnis zur Welle i.
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Aus obigem ist ersichtlich, daß durch die Drehung der Kegelräder 9,
g' die Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 2 gegenüber der der Antriebswelle
i herabgesetzt wird, wobei die Welle io um die Achse 1-2 mit einer Geschwindigkeit
umläuft, die in der Mitte zwischen :den Rotationsgeschwindigkeiten der Wellen i
und 2 liegt, so daß die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten der Wellen i und
2 doppelt so groß ist wie die Differenz der Rotationsgeschwindigkeiten beider Teile
der Kupplung. Ist beispielsweise die Drehzahl der Antriebswelle 3000 und
die der Abtriebswelleiooo, so ist die des treibenden Kupplungsteils 3ooo, die des
getriebenen aber Zooo, also nur um ein Drittel geringer.
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Wird die Last geringer oder die Kraft größer, so wird die Rotationsgeschwindigkeit
der Zahnräder 9 kleiner. Die Rotationsgeschwindigkeiten beider Kupplungsteile werden
einander angenähert.
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Wenn bei laufendem Motor das Fahrzeug gebremst ist, so zwingt das
Zahnrad6 die Zahn@räderg dazu, auf -dem Zahnrad 7 vorzurollen@. Die Enden der Wellen
io werden, wie bei einem Planetengetriebe langsamer mitgenommen. Bei geringer Drehzahl
der Welle 1 ist die Flüssigkeitskupplung genügend nachgiebig, um eine verhältnismäßig
große Geschwindigkeitsdifferenz beider Kupplungsteile zu erlauben.
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Dreht sich die Welle .2 schneller als die Welle i, z. B. wenn das
Fahrzeug bei gedrosseltem Motor bergab rollt, so wirkt das Zahnrad 7 auf das Zahnrad
9 ein. Da letzteres sich wegen der Freilaufeinrichtungen entgegen, der Pfeilrichtung
nicht drehen kann, nimmt es das Zahnrad 6 und damit die Welle i miti ;gleicher Winkelgeschwindigkeit
mit, so daß durch die inneren Widerstände im Motor eine Bremswirkung entsteht.
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Die Freilaufeinrichtung hindert nicht die Annäherung der Untersetzung
an den direkten Gang, da in diesem Falle die Rotation der Räder 9 zwar verlangsamt,
aber nicht umgekehrt wird.
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An Stelle von je zwei Kegelrädern 9 für das Umlaufrädergetriebe kann
nach Bedarf eine größere Anzahl solcher Kegelräder oder Zahnräder anderer Art verwendet
werden. Man kann auch auf jeder Welle io zur Erzielung einer größeren Untersetzung
bei stärkerer Annäherung der Geschw ind igkeiten
beider Kupplungsteile
abgestufte Kegelräder verwenden.
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Es können auch andere elastische Kupplungen an: Stelle einer Flüssigkeitskupplung
verwendet werden.
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In der vorstehenden: Beschreibung wird die Verwendung der Erfindung
für Kraftfahrzeuge beschrieben, sie kann aber auch für viele andere Zweckeverwendet
werden, wo immermit wechselnder Last oder veränderlicher Kraft gearbeitet wird,
z. B. für Werkzeugmaschinen, ferner in Verbindung mit elektrischen Motoren oder
mit Wasserkraft.
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Für Fahrzeuge ist in der Regel eine Vorrichtung zur Umkehrung der
Drehrichtung der Abtriebswelle erforderlich, um das Fahrzeug rückwärts bewegen zu
können Bei der in Fig. 3 dargestellten Konstruktion ist das Getriebe für Vor- und
Rückwärtsschaltung innerhalb des Gehäuses für den Drehzahlwandler angeordnet. Das
lose auf der Welle 2 gelagerte Zahnrad 7' steht in fester Verbindung mit dem ebenfalls
lose sitzenden Kegelrad 14 und kann mit diesem aus einem Stück bestehen. Der Kegelzahnkranz
des Rades 14 steht im Einsgriff mit den Kegelrädern 25, 26, die in. den Kegelzahnkranz
eines weiteren., ebenfalls lose auf der Welle :2 sitzenden Kegelrades 27 eingreifen.
Die Achsen. der Kegelräder 25, 26 werden von einer mit dem Fahrgestell 8 fest verbundenen,
auf der Welle :2 sitzenden Hülse 28 getragen, die sich zwischen der Welle 2 und
dem Gehäuse 3 befindet. Zwischen den Kegelrädern 14 und 27 ist der Doppelkonuskörper
29 auf der Welle verschiebbar, aber nicht drehbar angebracht. Zum Verschieben des
zum Kuppeln dienenden Körpers 29 dient eine von außen zu betätigende Stange 30,
die durch eine Längsbohrung in der ortsfesten Hülse 28 hindurchgeführt ist und durch
ein weiteres um das Kegelrad27 herumgeführtes Organ mit dem Kupplungskörper 29 in
Verbindung steht. Dieses Organ ist in Fig. 3 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
Wird der Körper 29 mittels der Stange 30 mit dem Kegelrad 14 verbunden, so
werden dadurch das Zahnrad 7' und das Kegelrad 14 mit der Welle 2 mitnehmend verbunden,
das Fahrzeug wird nach vorwärts bewegt. Das Kegelrad 27 dreht sich dabei lose auf
der Welle. Wird der Körper 29 mit :dem Kegelrad 27 verbunden, s0 drehen sich das
Zahnrad 7' und das Kegelrad 14 lose auf .der Welle und bewirken durch die
Kegelräder 25, 26 eine entgegengesetzte Drehung des Kegelrades 27 und damit die
Rückwärtsbewegung des Fahrzeuges.
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Bleibt der Kupplungskörper in der Mitte zwischen den Kegelrädern 14
und 27, ohne in eines von ihnen einzugreifen, so drehen sich beide Kegelräder frei
auf der Welle, so däß die Verbindung zwischen Fahrzeug und Motor gelöst ist und
das Fahrzeug abgeschleppt _ werden kann. Das Gehäuse 3 ist in bekannter Weise abgedichtet.