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Stufenlos regelbares Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Im
praktischen Fahrbetrieb ist es erstrebenswert, alle Fahrgeschwindigkeiten im steten
Wechsel von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit schalten zu können. Der Fahrmotor
muß dabei seine Höchstleistung bei allen Fahrgeschwindigkeiten .abgeben können,
denn nur dann kann das volle Drehmoment beim Anfahren, Beschleunigen und langsamen
Fahren auch bei erhöhtem Widerstand, wie bei Geländefahrt und Bergfahrt, zur Wirkung
kommen.
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Gegenüber diesen Forderungen eignet sich der Verbrennungsmotor nur
zufolge seines geringen Bau-. gewichtes als Fahrmotor, weil er nur in einem verhältnismäßig
kleinen Drehzahlbereich günstig arbeitet. Bei geringer Drehzahl fällt seine Leistung
stark ab, und bei kleinster Drehzahl bockt der Motor und bleibt schließlich stehen:
Der Verbrennungsmotor kann demnach nicht mit kleiner -Drehzahl arbeiten und auch
nicht unter Last anlaufen, sondern muß im Gegenteil beim Anfahren zunächst im Leerlauf
durch eine Hilfskraft angeworfen werden.
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Die für. den Fahrbetrieb ungeeignete Drehmomentcharakteristil@ des
Verbrennungsmotors muß daher' durch Drehzahlumformer elastischer gestaltet bzw.
in die gewünschte Hyperbelform übergeführt werden. Das geschieht für leichte Motorfahrzeuge
im allgemeinen immer noch durch Zahnradwechselgetriebe mit Rutschkupplung.
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Die neuere Entwicklung geht dahin, die Zahl der Gänge immer mehr zu
steigern, so daß .moderne Lastwagen : und insbesondere Großstadtomnibusse heutzutage
bis zu acht Gänge haben. Andererseits beschäftigt man sich, in zunehmendem Maße
mit Schalterleichterungen und selbstschaltenden Getrieben. Das Bestreben geht hierbei
dahin, durch vollautomatische Kupplungen und Getriebe auf .mechanischem, hydraulischem
oder elektromagnetischem
Wege einen möglichst stufenlosen Geschwindigkeitswechsel
zu erreichen.
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Die beste Lösung der Aufgabe, besonders für schwere Antriebe, ist
ein stufenloses Getriebe, das jedoch nicht als Reibungsgetriebe, sondern mit zwangsläufig
im Eingriff stehenden Zahnrädern ausgebildet ist.
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Es ist ein Getriebe dieser Art bekanntgeworden, das jedoch wegen der
ihm anhaftenden Mängel noch keine praktische Bedeutung erlangt hat. Es besteht aus
einem Planetengetriebe, das zwischen Motor und Fahrzeug eingeschaltet ist und dessen
dritte Seite sich an einer selbsthemmenden Schnecke abstützt, die durch einen kleinen
Elektromotor im ablaufenden Sinne getrieben wird; es ist jedoch nicht für Fahrzeuge
gedacht.
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Die Schwierigkeit liegt darin, daß, wenn der Hauptmotor leer läuft
und das Fahrzeug steht, die Regelschnecke eine ganz bestimmte Drehzahl haben mizß,
insbesondere wenn das Anfahren ohne Rutschkupplung erfolgen soll. Der Schneckenmotor
müßte sich dann der jeweiligen Drehzahl des Hauptmotors anpassen, was nicht ohne
weiteres möglich ist.
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Gegenstand der Erfindung ist es nun, das genannte Getriebe in der
Art zu verbessern, daß die Regelschnecke in der Anfahrstellung nicht mit einer ganz
bestimmten Drehzahl laufen muß, sondern stillstehen bleiben kann, so daß das Anfahren
des Fahrzeuges gleichzeitig mit dem Anlaufen der Regelschnecke erfolgt. Ferner soll
der mit der bekannten Anordnung verknüpfte Nachteil, daß bei direktem Gang die Regelschnecke
bzw.. der Schneckenmotor dauernd laufen muß, z. B. bei Langstreckenfahrt, vermieden
werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch in Ausführungsbeispielen
dargestellt. In den Abbildungen bedeutet I den Antrieb, II die Regelung und III
den Abtrieb.
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Bei dem Getriebe nach Abb. z treibt der Antrieb I das große Sonnenrad
DK eines Planetengetriebes, dessen Planetenrad PR mit der Innenverzahnung des großen
Sonnenrades DK und der Außenverzahnung des kleinen Sonnenrades II kämmt. Das Planetenrad
P R ist an dem mit der Abtriebswelle des Fahrzeuges fest verbundenen Planetenarm
III gelagert. Das kleine Sonnenrad II wird von der Regelschnecke S gehalten.
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Wenn die Schnecke S stillsteht, dann kreist das Planetenrad PR um
das Sonnenrad II, und der Planetenarm III nimmt dabei das Treibrad des Fahrzeuges
mit. Diese Anordnung entspricht der Höchstgeschwindigkeit. Wenn die Schnecke S nunmehr
im ablassenden Sinne läuft, so verringert sich die Umlaufgeschwindigkeit des Planetenrades
P R und damit des Planetenarmes III; das Fahrzeug fährt immer langsamer und bleibt
bei einer gewissen Schneckendrehzahl schließlich stehen, während der Hauptmotor
immer weiter läuft. Diese Schneckendrehzahl steht in einem festen Verhältnis zu
der Drehzahl der Antriebswelle I, so daß zwischen Antriebswelle I und Regelschnecke
S eine bestimmte Übersetzung, die den Stillstand des Fahrzeuges gewährleistet, eingeschaltet
sein kann. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Schneckenmotor H und der Regelschnecke
S ein dreiseitiges Getriebe in Form eines Differentials eingeschaltet. Der Differentialkäfig
DK' wird von dem Schnecken-' motor H, beispielsweise unter Einschaltung einer selbsthemmenden
Schnecke, festgehalten. Die zweite Seite I' des Hilfsdifferentials steht mit der
Antriebswelle I in einem den Stillstand der Abtriebswelle III gewährleistenden festen
Übersetzungsverhältnis in Verbindung, während die dritte Seite II' mit der Regelschnecke
S fest verbunden ist.
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In der Anfahrstellung läuft die Regelschnecke S mit der von der Antriebswelle
I abgeleiteten Drehzahl um. Der Antriebsmotor benötigt also keinen Drehzahlregler.
Sobald der Schneckenmotor H anläuft, verzögert sich die Drehzahl der Schnecke S,
so daß das Fahrzeug anfährt. Ist die Drehzahl der Schnecke S schließlich gleich
Null und die Drehzahl des Schneckenmotors auf dem Höchstwert, so hat das Fahrzeug
die Höchstgeschwindigkeit bzw. den direkten Gang.
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In Abb. a, die das Getriebe in Draufsicht und Seitenansicht zeigt,
ist derselbe Grundgedanke mit zwei parallel nebeneinander angeordneten Planetengetrieben
erreicht. Das Sonnenrad y, des einen Planetengetriebes ist mit der Äntriebswelle
I fest verbunden und überträgt seine Drehbewegung auf die mit dem Differentialkäfig
DK verbundenen Planetenräder P L. Sie kämmen mit dem mit der Antriebswelle
III fest verbundenen Sonnenrad yjII. Die Drehbewegung der Antriebswelle I wird über
die Zahnräder R, und RI' auf die Welle I' des Hilfsdifferentials übertragen. Mit
der Welle I' ist das Sonnenrad r,' fest verbunden, das mit den Planetenrädern PL'
im Eingriff steht; die am Differentialkäfig DK' gelagert sind und mit dem
anderen Sonnenrad yIII' im Eingriff stehen. Die Welle III' trägt das Schneckenrad
SR, das von der selbsthemmenden Regelschnecke S gehalten wird. Die Drehtewegung
des Differentialkäfigs DK des Hauptdifferentials und die Drehbewegung des
Differentialkäfigs DK' des Hilfsdifferentials sind durch eingeschaltete Zahnräder
voneinander abhängig, indem beispielsweise dieAußen- j ränder des Differentialkäfigs
DK und DK' verzahnt sind und die Zähne ineinandergreifen.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Wenn die Antriebswelle I umläuft und
die Abtriebswelle III fest steht, läuft der Differentialkäfig DK beispielsweise
bei gleich großen Sonnenrädern y, und Planetenrädern Pl mit halber Drehzahl nach.
Diese Bestimmung wird, wenn das gleichartig aufgebaute Hilfsdifferential im Eingriff
mit dem Hauptdifferential ist, nicht gestört. Die Antriebswelle I kämmt über die
gleichgroßen Zahnräder R, und RI' mit der Welle I'. Da die Welle III' von der selbsthemmenden
Schnecke S festgehalten wird, läuft der Differentialkäfig DK' ebenfalls mit halber
Drehzahl nach. Wenn nun der Differentialkäfig DK mit dem DifferentialkäfigDK' kämmt,
ist bei stillstehender Regelschnecke S die Abtriebswelle III ebenfalls in Ruhe.
Sobald der Schneckenmotor H anläuft, läuft auch die Antriebswelle II an, so daß
das Fahrzeug anfährt. Da das Fahrzeug ebenso schnell anfährt, wie die Regelschnecke
S bzw. der Schneckenmotor H anläuft, kann
äuf der Schneckenwelle
bzw. im Rotor des Schneckenmotors H ein Massenschwungrad M angebracht und damit
die Anfahrbeschleunigung vergleichmäßigt und begrenzt werden.
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Mit der Erfindungist es auchmöglich, den Schneckenmotor H zur Erzeugung
der Voraus- und Rückwärtsfahrt in beiden Drehrichtungen umlaufen 'zu lassen. Im
ersten Falle wird die Drehzahl des Differentialkäfigs DK, der in der Anfahrstellung
der Antriebswelle I mit halber Drehzahl nachläuft, vergrößert, so daß der Schlupf
zwischen dem Differentialkäfig DK
und der Antriebswelle I schließlich zu Null
wird und das Planetenrad sich- nicht mehr abwälzt, was dem direkten Gang entspricht,
während im anderen Falle die Drehzahl des Differentialkäfigs DK absinkt, bis der
Differentialkäfig DK gegenüber dem festen Gehäuse stillsteht. Die Abtriebswelle
III läuft dann ebenso schnell wie die Antriebswelle I, aber entgegengesetzt, was
der Rückwärtsfahrt entspricht.
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Diese höchst wertvolle Umschaltbarkeit der Drehbewegungen tritt beispielsweise
dann auf, wenn, wie in Abb. 2, die Regelung am Differentialkäfig DK
angreift.
Es wird zweckmäßig für Vorwärtsfahrt die Schaltung gewählt, bei der der Zahnradablauf
im Planetengetriebe zu Null wird, und für Rückwärtsfahrt die Schaltung, bei der
die Umlaufzahl der Zahnräder im Differential ihren Höchstwert erreicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist das Getriebe so ausgebildet,
daß die beiden Planetengetriebe ineinander angeordnet sind. Auf der Antriebswelle
I ist das Sonnenrad y, und auf der Abtriebswelle III das Sonnenrad rjjj befestigt.
Die Welle III ist mit einem Zapfen in der Welle I drehbar abgestützt. Das Planetenrad
Pl ist mit dem Planetenrad P l' des zweiten großen Planetengetriebes starr
verbunden. Beide Räder laufen auf einer Achse DKl, die im Differentialkäfig DK,
der mit dem Differentialkäfig DK' zusammenfällt, gelagert ist. Das erwähnte große
Planetenrad Pl' bildet mit dem großen Kegelrad YIII' zusammen das achsmittig angeordnete
große Planetengetriebe. Mit dem großen Kegelrad YIII' ist das Schneckenrad SR verbunden;
beide zusammen sitzen lose auf der Abtriebswelle III. In das Schneckenrad S R greift
die Regelschnecke S ein, deren Anlaufen in der einen oder anderen Umlaufrichtung
das Anfahren vorwärts oder rückwärts bewirkt. Die Wirkungsweise dieses Getriebes
ist die gleiche wie bei dem Getriebe nach Abb. 2.
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Bei den Getrieben nach Abb. x, 2 oder g muß die Regelschnecke S bzw.
der Hilfsmotor H im Betrieb dauernd laufen. Aus der Überlegung heraus, daß nach
Erreichung der Höchstgeschwindigkeit das zweite Hilfsdifferential ausgeschaltet
werden kann, indem z. B. das Hilfsdifferential blockiert wird und die Antriebswelle
mit der Abtriebswelle unmittelbar gekuppelt wird, ist das Getriebe nach Abb. ¢ so
durchgebildet, daß diese Möglichkeit verwirklicht wird. Zu diesem Zweck ist dass
Getriebe nach Abb. 3 so angeordnet, daß in der Abtriebswelle III eine dünne Welle
III' genutet verschiebbar ist, die eine Kupplungsklaue K besitzt. Durch Verschieben
der Welle III' nach rechts (Stellung z) steht die Kupplungsklaue K mit der mit dem
Sonnenrad y, verbundenen Kupplung K, in Verbindung. Die Antriebswelle I ist dann
über die Hilfswelle III' unmittelbar mit der Abtriebswelle III gekuppelt. Wird dagegen
die Welle III' mit der Kupplungsklaue K nach links geschoben (Stellung 3), so kommt
die Kupplung K2 zur Wirkung. Es ist dann das lose auf der Welle III' umlaufende
Kegelrad yjjj mit der Welle III gekuppelt und damit das Umformergetriebe eingeschaltet.
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Die Zwischenstellung 2- der Kupplungsklaue K, bei der weder die Kupplung
K1 noch die Kupplung K2 eingeschaltet ist, ermöglicht ein Abschleppen des Fahrzeuges
bei stillstehendem Antriebsmotor. Das Ausführungsbeispiel zeigt nur eine von den
vielen Möglichkeiten des Einbaues einer Wechselkupplung. So ist es beispielsweise
möglich, zwei zusammenwirkende hydraulische oder elektromagnetische Kupplungen zu
verwenden.
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Schalterleichterungen zur Umschaltung der direkten Schaltung auf die
Umformerschaltung können beispielsweise dadurch erreichtwerden, daß der Schneckenmotor
H seinen Strom von einem an den Fahrmotor angehängten kleinen Generator erhält und
vor dem Zurückschalten diesen Generator auf Wechselstrom umschaltet, z. B. durch
Stromentnahme von einem zweiten Kollektor. In diesem Falle läuft der Schneckenmotor
synchron mit dem kleinen Generator, und die getriebeseitige Kupplungshälfte läuft
synchron mit dem Fahrmotor.
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Das Getriebe nach Abb.5 ist grundsätzlich so ausgebildet wie das nach
Abb.3; es ist nur statt des Doppeldifferentials aus Kegelrädern ein Doppeldifferential
D K und D K' aus Stirnrädern verwendet.
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Bei dem Ausführu^gsbeispiel nach Abb. 6 wird die Abwälzbewegurg des
Planetenrades Pd durch eine mit dem Differe tialkäfig DK mitumlaufende Regelschnecke
S unmittelbar gesteuert. Bei direktem Gang vorwärts dreht sich die Schnecke S nicht
gegenüber dem Differentialkäfig DK. In der A-fahrstellu-g muß die Schlecke
S sich mit halber Drehzahl im ablassenden Sinne drehen. Der Schneckenmotor treibt
das Schneckenrad SR und das mit ihm verbundene Stirnrad R1, die beide auf der Abtriebswelle
III lose laufen. Über das mit der mit dem Differe-- tialkäfig DK
umlaufenden
Regelschnecke S verbundene Stirnrad R2 wird die Drehbewegu-g des Hilfsmotors auf
die Regelschnecke S übertragen. Wenn die A-_triebswelle I anläuft, wird das Planetenrad
Pl, da die Abtriebswelle III stillstehen soll, zum Abwälzen gebracht. Da es sich
aber nicht frei abwälzen kann, sondern von der Schnecke S daran gehindert wird,
beginnt der Differentialkäfig umzulaufen. Hierdurch wird, da der Schneckenmotor
stillsteht, die Schnecke S in Drehung versetzt, und zwar so, daß die Abtriebswelle
III stehenbleibt. Wegen des unvermeidbaren toten Ganges in dem Getriebe ist es nicht
möglich, die Schnecke S unmittelbar anlaufen zu lassen, weshalb in der Abtriebswelle
III eine ein- und ausrückbare Kupplung K vorgesehen ist.
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Abb. 7 zeigt, daß der Antrieb der Regelschnecke S auch vom Fahrmotor
selbst über einen geeigneten Drehzahlvariator abgenommen werden kann. Die Abbildung
zeigt in Draufsicht und Seitenansicht die
Anordnung eines Reibradgetriebes
zwischen der Antriebswelle I und der Regelschnecke S. Auf der Achse der Regelschnecke
S ist ein Reibrad R,. längs verschiebbar und undrehbar gelagert, das Reibungsschluß
mit der Reibscheibe R, hat. Letztere ist mit der Antriebswelle I durch die Welle
II unmittelbar gekuppelt. Die Welle I ist mit der Abtriebswelle III über ein Stirnrädervorgelege
R, und RI' mit dem zwischengeschalteten, in den Abb. 3 und 4. beschriebenen Differentialgetriebe
verbunden. Das Reibradgetriebe Rr, R,, regelt nur den Ablaufvorgang- der Schnecke
S, so daß große Kräfte von diesem Antrieb nicht zu übertragen sind. Der mechanische
Drehzahlvariator kann auch durch ein Flüssigkeitsgetriebe ersetzt werden.
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Die Abb. 8 bis 13 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Regelschnecke
S umläuft. Der Schneckenschub ist hierbei in zweckdienlicher Weise von der Lagerung
aufzufangen.
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Gemäß Abb. 8 läuft der Differentialkäfig II, der der Regelung dient,
mit der halben Drehzahl der Antriebswelle I um. Von der Antriebswelle I wird die
Trägerscheibe T für die mitumlaufende Regelschnecke S über ein Vorgelege V angetrieben,
dessen Übersetzungsverhältnis so bemessen ist, daß der Schneckenmotor H stillsteht,
wenn das Fahrzeug steht. Beim Einschalten- des Schneckenmotors H fährt das Fahrzeug
an.
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Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 8 die Regelung II am
Differentialkäfig angreift, ist beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 9 und =o die
Anordnung so getroffen, daß die Regelung II an einem Sonnenrad angreift. In Abb.
9 wird der Abtrieb von dem Differentialkäfig DK und in Abb. =o von dem Planetenrad
abgenommen. Solche Anordnungen sind vorteilhaft beim Heben und Senken von Lasten
mit Kranen, Aufzügen u. dgl. ; sie können aber auch für Kraftfahrzeuge zum gelegentlichen
langsamen Rückwärtsfahren benutzt werden. Der Aufbau der Getriebe ist aus den Abbildungen
ersichtlich.
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Soll das Getriebe mit der umlaufenden Regelschnecke für Fahrzeuge
verwendet werden, die voll vorwärts- und rückwärtsfahren sollen, wie Rangierlokomotiven,
Triebwagen u. dgl., so empfiehlt sich ein Getriebe mit zwei abwechselnd einzuschaltenden
ablassenden Regelschnecken nach Abb. =i.
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Abb. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Regelschnecke S
umläuft, während der Schneckenmotor H am Gestellrahmen befestigt ist. Hier wird
die umlaufende Regelschnecke S durch ein Hilfsdifferential D, das in Abhängigkeit
von der Antriebswelle I umläuft, angetrieben. Letzteres ist so bemessen, daß bei
stillstehender Regelschnecke S der Hilfsmotor H ebenfalls stillsteht. Die
Rädermuffe m
führt dann keine Relativbewegung gegenüber der Welle I aus.
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Das Durchkuppeln zum direkten Antrieb ist bei diesen Vorgelegeanordnungen
ebenfalls möglich. Nach Abb. 13 ist die Anordnung der Kupplungsklaue K mit den Kupplungen
K1 und K2 im Prinzip die gleiche wie bei Abb. q..
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Die Erfindung läßt noch weitere Ausführungsmöglichkeiten zu. Es ist
nicht unbedingt nötig, daß das Drehzahlminderungsgetriebe aus einem Planetengetriebe
besteht. Denkbar ist auch z. B. eine Anordnung, bei der die Regelschnecke quer zur
Drehachse im Antriebsschwungrad gelagert und in das auf der Abtriebsseite sitzende
Schneckenrad direkt eingreift. Ferner ist es möglich, daß mehrere Getriebe vorhanden
sind, die gemeinsam gesteuert sind. Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht
darin, daß die Regelschnecke bzw. der Schneckenmotor von einer Befehlsstelle aus
ferngesteuert wird. Dies ist möglich, da die Regelung des Getriebes auch bei Übertragung
größer Leistungen mittels eines Elektromotors von kleiner Leistung bewirkt weiden
kann.