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Stufenlos regelbares Getriebe Die Erfindung bezieht sich, auf stufenlos
regelbare Getriebe, welche aus der Kombination eines stufenlos regelbaren Steuergetriebes
mit einem Umlaufrädergetriebe bestehen. Solche Getriebe werden angewendet, um den
ungenügenden Regulierbereich des Steuergetriebes durch das Umlaufrädergetriebe zu
erhöhen. Jedoch sind solche kombinierten Getriebe unwirtschaftlich, weil der Gesamtwirkungsgrad
durch das Umlaufrädergetriebe wesentlich verschlechtert wird. Auch ergeben die hohen
Wälzgeschwindigkeiten mit hohen Zahndrücken Wärmestauungen, die Zahnflanken-Beschädigungen,
Grübehenbildungen, unruhigen Lauf u. dgl. verursachen. ._ Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß das Steuergetriebe einen wesentlichen Teil der Gesamtleistungsübertragung
-zu übernehmen hat, was eine entsprechend starke und große Bauausführung bedingt.
Aus diesen Gründen sind die vorgenannten. Getriebe bisher nur in Sonderfällen angewendet
worden.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein aus einem stufenlos regelbaren
Steuergetriebe und einem davon beeinflußten Umlaufrädergetriebe bestehendes stufenlos
regelbares Getriebe zu schaffen, bei dem durch weitgehende Entlastung des Steuergetriebes
und geringe Verluste im Umlaufrädergetriebe ein hoher Wirkungsgrad und eine raumsparende
Bauausführung unter Wahrung eines großen Regelbereiches gewährleistet sind.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Steuergetriebe durch Reaktionskräfte
der Last entlastet wird. Zu diesem Zweck sind in dem Umlaufrät
ttergetrie_be
der den Gegenstand der Erfindung bildenden Getriebekombination Planetenzahnradpaare,
die einerseits entweder unmittelbar miteinander oder durch zwischenliegende Sonnenräder
kämmen und andererseits mit dem antreibenden und, abtreibenden Sonnenrad im Eingriff
stehen, so angeordnet und in ihren Übersetzungsverhältnissen so ausgebildet, daß
die Reaktionskraft der Last in dem . vom Steuergetriebe angetriebenen Steg ein Drehrrioment
in -der Drehrichtung des Getriebes erzeugt und die Planetenräder mit zu- oder abnehmender
Winkelgeschwindigkeit des Steges im Verhältnis zu der des antreibenden Sonnenrades
über das seine Geschwindigkeit beibehaltende, antreibende Sonnenrad und über das
den. gleichen Drehsinn aufweisende, abtreibende Sonnenrad bzw. über zwischengeschaltete
Sonnenräder mehr oder weniger abgewälzt werden. Dadurch wird die Winkelgeschwindigkeit
des abtreibenden Sonnenrades entsprechend der Größe der Steggeschwindigkeit und
der Zahnradübersetzungen vermindert.
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Um das Steuergetriebe weitgehend zu entlasten, werden die Übersetzungsverhältnisse
des Umlaufrädergetriebes vorzugsweise so gewählt, däß das von der Reaktionswirkung
aus der Last in dem vom Steuergetriebe angetriebenen Steg im Sinne der Getriebedrehrichtung
erzeugte Drehmoment in seiner Größe dem Reibungsmoment annähernd entspricht.
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Bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Getriebe wirkt das gesamte
Umlaufrädergetriebe als Kupplung, wenn die Drehzahl der abtreibenden Welle gleich
der Drehzahl der antreibenden Welle ist. In diesem Fall haben auch die Stege die
gleiche Winkelgeschwindigkeit wie die antreibende und abtreibende Welle.
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Um die Drehzahl der abtreibenden Welle zu vermindern, wird die Steggeschwindigkeit
durch das Steuergetriebe erhöht. Dabei werden die Umlaufräder sowohl auf dem gleiche
Geschwindigkeit beibehaltenden Sonnenrad als auch auf dem abtreibenden Sonnenrad
abgewälzt. Dadurch ergibt sich, daß, die Winkelgeschwindigkeit des abtreibenden
Sonnenrades entsprechend der Steggeschwindigkeitszunahme und entsprechend dem vorgesehenen
Getriebeübersetzungsverhältnis abnimmt. Dabei geht die Übertragung der Leistung
von der antreibenden auf die abtreibende Welle nach wie vor als reine Kupplungsleistung
vonstatten. Durch entsprechende Wahl der Zahnradübersetzungsverhältnisse kann die
Veränderung der Abtriebsdrehzahl von i bis .o auch mit kleinerem Übersetzungsbereich
des Steuergetriebes erzielt werden.
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Da die Größe der-Reaktionskraft allein durch die Größe des zu übertragenden
Drehmoments bestimmt wird, bleiben bei allen Getriebeübersetzungsverhältnissen unabhängig
von der Höhe der übertragenen Leistung die gleichen Kräfteverhältnisse in dem Steg
gewahrt: -Die Übertragungsleistung wird nicht durch das Steuergetriebe -geführt.
Dieses hat nur die für die Beschleunigung der Masse des Steges und der Umlä.ufräder
erforderliche Leistung zu übertragen, so daß es verhältnismäßig klein ausgeführt
werden kann.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Fig. i stellt einen Mittelachsschnitt durch ein nach der Erfindung
ausgebildetes Getriebe dar, welches sich aus einem an sich bekannten Schaltwerksgetriebe
und einem aus zwei Gruppen bestehenden Umlaüfrädergetriebe zusammensetzt, von denen
die Eingangsgruppe dreistufig und die Ausgangsgruppe zweistufig ausgebildet ist;
Fig. 2 ist ein nach der Linie A-F durch Fig. i gelegter Schnitt; Fig. 3 ist ein
nach der Linie G-K durch Fig. i gelegter Schnitt; Fig.4 zeigt einen Mittelachsschnitt
durch den Umlaufrädergetriebeteil nach Fig. i, bei dem die Eingangsgruppe zweistufig
ausgebildet ist; Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie A-D durch die Fig. i ; Fig.
6 stellt den Mittelachsschnitt durch den Umlaufrädergetriebeteil dar, bei dem ein
außen verzahntes und ein innen verzahntes Sonnenrad verwendet werden; Fig. 7 ist
ein Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 6; Fig.8 ist eine schematische Darstellung
einer anderen Ausführungsform eines in den Fig.6 und 7_ dargestellten Getriebes;
Fig. 9 zeigt einen Mittelachsschnitt durch einen zweistufigen Umlaufrädergetriebeteil,
bei dem ein Leistungsreduktor eingebaut ist; F'ig. io ist ein Schnitt nach der Linie
A-B in Fig. g.
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Das in Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichte Getriebe besteht im wesentlichen
aus drei Gliedern, aus dem stufenlosen Steuergetriebe, das in den dargestellten
Beispielen als achsenluchtendes Schaltwerksgetriebe mit den Teilen 1, 2, 3, 4, 5,
61 7) 8= 9 in an sich bekannter Art ausgebildet ist, aus dem dreistufigen- Umlaufrädergetriebe
i, P1, 1.2, 13, 1,¢, 1.5, 1I6, 17, i8 als Einggaugsgetriebe und dem zweistufigen
Umlaufrädergetriebe 19, 20, 21, 22, 23, 24 als Ausgangsgetriebe.
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Mit der treibenden Welle, i, die bis in das Ausgangsumlaufrädergetriebe
igy 2o, 2i, 22, 213, 24 führt, ist fest verbunden der Triebling 2 für . das Schaltwerksgetriebe
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und das Sonnenrad 12 vom Eingangsumlaufrädergetriebe i,
11,12,13,14,15,56,17,18.
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In den beiden Lagern 25 und 26, die in den seitlichen Lagerdeckeln
28, 29 des Gehäuses 2'7 angeordnet sind und über .ein Zwischenlager 31 ist die treibende
Welle i geführt. Mit der abtreibenden Welle 22, die einerseits im Lager 3.1 der
treibenden Welle, andererseits im Lager 26 geführt ist, ist Sonnenrad 2i vom Ausgangsgetriebe
i9; 2o, 2ii, 22, 1-93; 24 fest verbunden. Auf der treibenden Welle i ist die vom
Steuergetriebe abtreibende Hohlwelle 7 frei drehbar gelagert, die mit Steg i i fest
verbunden ist, während Steg zg eine feste Verbindung mit dem Sonnenrad 18 aufweist.
Das
Sonnenrad 17 steht in direkter Verbindung mit dem Sonnenrad
2o. Beide sind unbehindert auf der treibenden Welle i drehbar gelagert.
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Die durch die treibende Welle i dem Schaltwerkstriebling 2 zugeführte
Drehbewegung wird mittels Sperrollen 3 .und Sperringen 4 sowie Hebel 5, die innerhalb
einer Umdrehung über den Triebling 2 in wechselnden Eingriff mit der antreibenden
Welle i gebracht werden, der Schaltwerkstrommel 6 zugeführt und von dieser wieder
über Hebel 5, Sperrringe 4 und Sperrolle 3 der Hohlwelle 7 und damit dem Steg i
i.
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Durch den Schaltwerksexzenter 8, der, von außen durch einen Hebel
g geführt, in einem Gehäuseschlitz 3o im oder entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
verschoben werden kann, wird die Schaltwerkstrommel 6 mehr oder weniger aus der
oder in die zentrische Lage zur antreibenden Welle i gebracht. Je nach Größe der
so hergestellten exzentrischen Lage der Schaltwerkstrommel 6 zur treibenden Welle
i und Hohlwelle 7 wird die Drehzahl der Hohlwelle 7 im Verhältnis zur treibenden
Welle i gesteigert.
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Bei zentrischer Lage der Schaltwerkstrommel6 ist dagegen die Winkelgeschwindigkeit
der Hohlwelle 7 und damit die des Steges i i mit der der treibenden Welle i und
des Sonnenrades 12 gleich groß. Da damit die Umlaufräder 13, 14, 15, die mit der
gemeinsamen Achse 16 starr verbunden sind, eine Bewegung um ihre Achse 16 nicht
auszuführen in der Lage sind, bedingt diese Winkelgeschwindigkeitsgleichheit, daß-
sowohl das Sonnenrad 17 als auch das Sonnenrad 18 und damit der Steg ig und in weiterer
Folge die beiden Sonnenräder 20, 2.1 und mithin auch die abtreibende Welle 2.2,
die mit dem Sonnenrad 2i fest verbunden ist, in gleicher Größe bewegt werden. Die
beiden Umlaufrädergetriebe r, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 und 19, 20, 21, 22,
23, 24 Wirken in dieser Stellung als reines Kupplungsgetriebe.
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Durch das Lastmoment wird Steg 19 über Sonnenrad 21 und das
zweistufige Umlaufrad 23, 24, das durch den Zahneingriff mit Sonnenrad 2o einen
Stützpunkt erhält, im Sinne der Antriebsrichtung kraftbelastet, und zwar in einer
Größe, die der Größe des Lastmoments und den Zahnradübersetzungsverhältnissen proportional
ist. Die so auf den Steg ig und das Sonnenrad 2o übertragenen Kräfte, die entgegengesetzte
Kraftrichtung aufweisen, werden mit der gleichen entgegengesetzten Kraftrichtung
und entsprechend übersetzter Größe auf die beiden Sonnenräder 17, 18 übertragen
und wirken sich in resultierender Art auf den Steg i i aus. Durch entsprechende
Wahl der Zahnradübersetzungsverhältnisse kann die resultierende Kräftewirkung im
Steg i i in entsprechender Größe bestimmt werden. Durch die Verstellung der Schaltwerkstrommel6
aus ihrer zentrischen in die exzentrische Lage zur treibenden Welle i erfährt dieses
Kräftebild, das durch die Reaktionskraft der Last gegeben erscheint, keine Veränderung.
Bei Bemessung dieser resultierenden Kraftwirkung im Steg iii können die auftretenden
Getriebereibungsverluste in weitgehendstem Maße Berücksichtigung finden, so daß
zum Antrieb des Steges i i von dem Steuergetriebe 1i 23 3; 4 5, 6, 7, 8, 9 aus nur
eine ganz minimale Kraft im Steg ri aufgewandt werden muß. Das Steuergetriebe 1,
2; 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 kann damit auch bei größten Leistungsübertragungen für kleinsten
Leistungsdurchgang und damit in kleinster Baugröße in billigster Art erstellt werden.
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Im gleichen Sinne ist das in Fig.4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel
zu verstehen.
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Die Reaktionskraft der Last erzeugt über die fest miteinander verbundenen
Umlaufräder 23 und 24 im Steg ig eine Kraft, die im Sinne der Getriebedrehrichtung
wirkt, und im Sonnenrad 2o eine Stützkraft, .die der Getriebedrehrichtung .entgegenwirkt.
Die so erzeugte Kraft im Steg ig überträgt sich dem Steg i i in einer Größenordnung,
die dem Drehmoment von Steg ig, d. h. den gewählten Zahnradübersetzungsverhältnissen,
entspricht. Die im Sonnenrad 2o auftretende Stützkraft wird auf Sonnenrad 17 übertragen
und ist größenmäßig ebenfalls vom Drehmoment, d. h. von den Zahnradübersetzungsverhältnissen,
abhängig. Auch in diesem Fall kann die Kraftresultante aus der Reaktionskraft der
Last im Steg i i durch die Zahnradübersetzungsverhältnisse sowohl der Größe als
auch der Richtung nach -bestimmt werden.
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Fig. 6 und 7 veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel in
nur einstufiger Ausführung mit nur einem außen verzahnten und einem innen verzahnten
Sonnenrad.
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In gleicher Weise wie bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen
wird die Gleichgewichtslage des Steges 36 durch. die Reaktionskraft der Last über-
die beiden Umlaufräder 33, 34 erreicht. Das innen verzahnte Sonnenrad 32 steht in
direkter Verbindung mit der antreibenden Welle i. Der Steg 36, der die Umlaufräder
33, 34 führt, ist starr gekuppelt mit der Hohlwelle 7 des Steuergetriebes 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Das Umlaufrad 33 steht im Eingriff einerseits mit dem innen
verzahnten Sonnenrad 32, andererseits mit dem zweiten Umlaufrad 34, das seinerseits
im Eingriff mit dem fest auf der Abtriebswelle 22 sitzenden Sonnenrad 35 steht.
Durch die Reaktionskraft von der Last aus *erden in den Lagerstellen 37, 38 der
beiden Umlaufräder 33, 34 Stützkräfte erzeugt, die entgegengesetzte Kraftrichtung
aufweisen. Die dadurch in dem Steg 36 erzeugte resultierende Kraft ergibt sich aus
der Differenz der beiden Drehmomente, die die beiden Stützkräfte in dem Steg 36
hervorrufen. Daraus ergibt sich, daß durch Verschiebung der Lagerstellen der Umlaufräder
37, 38 in radialer Richtung die Größe dieser resultierenden Kraft im Steg 36 so
gewählt werden kann, daß damit die Entlastung des Steuergetriebes 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8, g und die Überwindung der Getriebereibungsverluste herbeigeführt wird.
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Die beiden Umlaufräder 33, 34 können dabei auch stufenförmig ausgebildet
sein.
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Auch bei dieser Getriebeausführungsart wird die Leistung von der treibenden
zur abtreibenden Welle 22 im ganzen Getriebeübersetzungsbereich als reine
Kupplungsleistung
.übertragen. Mit -zunehmender Winkelgeschwindigkeit der Hohlwelle 7 gegenüber der
der antreibenden Welle i wälzt sich das eine Umlaufrad 33 in dem innen verzahnten
Sonnenrad 31a ab und bewirkt ein Abwälzen des zweiten Unrnlaufrades 34 auf dem Sonnenrad
35 entsprechend dem Gr.öß!enverhältnis des innen verzahnten Sonnenrades
32 zu dem außen verzahnten Sonnenrad 35. Bei dieser Konstruktion wird bei
vereinfachter Bauweise und kleinstem Getrieberaum erreicht, daß; eine Verminderung
der Abtriebswellendreb,zahl von i auf o mit kleinstem Steuergetriebeübersetzungsbereich
erzielt werden kann.
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Die schematische Darstellung nach Fig. 8 -zeigt eine Ausführung, bei
der das Umlaufräderpaar q:3, 4q., von dem das Rad 44 zweistufig ausgeführt und von
dem die eine- Stufe mit dem Umlaufrad 43 zahngriffig ist, auf einem gemeinsamen
Steg 48 in den beiden Lägern 49, So gelagert ist. Die zweite Stufe des Umlaufrades.
44 kämmt mit dein, abtreibenden Sonnenrad 46. Umlaufrad 43 kämmt andererseits mit
.dem innen verzahnten Sonnenrad 47. Die im .Sonnenrad 46 auftretende Reaktionskraft
der Last wird entsprechend der - Größe der Zahriradübersetzungsverhältnisse bzw.
entsprechend. der Größe der Stufe beim Umlaufrad 44 dein Steg 48 im: Sinne
der Getriebedrehrichtung zugeführt und entlastet damit wiederum in gleicher Art
wie früher das Steuergetriebe.
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Das weitere Getriebeausführungsbeispiel nach Fig. g und io stellt
eine zweistufige Umlaüfrädergetriebekonstruktion unter Verwendung eines Leistungsreduktors
dar. Der Leistungsreduktor ist beispielsweise zwischen den beiden Umlaufrädergetriebegruppen
angeordnet. Der Redüktor hat die Aufgabe, die Iahnflanken zu entlasten, so da3 eine
von der Belastung unabhängigere Wahl der Zahnradübersetzungsverhältnisse möglich
ist, die einerseits für die Erzielung des Gleichgewichtszustandes der Stege i i
und i9 und andererseits für die Größe der erforderlichen Relativgeschwindigkeiten
der Stege ii und i9 bestimmend sind. Die Wirkungsweise dieses zweistufigen Getriebes
ist sinngemäß die gleiche wie die der in Fig. i bis. 8 gezeigten Ausführungen.
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Der Leistungsreduktor kann mit mechanischen Mitteln unter Verwendung
von beliebigen Federarten oder auch hydraulisch oder pneumatisch mittels Öldruck-
oder Luftdruckkolben und Zylinder aufgebaut sein.
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Ohne Reduktor fließt die Reaktionskraft der Last von der Getriebeausgangsseite
zur Getriebeeingangsseite in der Größe, die allein von den Übersetzungsverhältnissen
bestimmt wird. Durch Eingliederung eines Reduktors kann die eine oder andere. Kraft
vermindert werden. Durch Verminderung. als solche wird erreicht, daß man auf der
Getriebeeingangsseite andere Übersetzungsverhältnisse ansetzen kann ohne Gefahr,
daß die auf diesem Wege gesuchte Gleichgewichtslage in den vom Steueigetriebe angetriebenen
Stegen gestört wird.
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In einem - Außenring- 39, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit der antreibenden Welle i fest verbunden ist und in einem Innenring 4o" die durch
geeignete Mittel an einer Drehbewegung zueinander verhindert sind, sind radialwirkende
Federn 41 angeordnet. In dem Innenring 4o ist eine Exzenterscheibe 42 unbehindert
drehbar vorgesehen, die in fester Verbindung mit Sonnenrad 17 und Steg ig steht.
Bei Veränderung der Drehzahlen zwischen treibender Welle i und Sonnenrad 17 und
Steg i i muß die durch Exzenterbewegung verursachte Federarbeit überwunden werden.
Dadurch wird das aus der Reaktionskraft der Last und den Zahnradübersetzungsverhältnissen
bestimmte Kräftebild beeinflußt. Derartige Leistungsreduktoren können zweckmäßigerweise
an verschiedenen Getriebestellen angeordnet werden.
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Der Grundgedanke der Erfindung kann auch mit anderen als den dargestellten
Umlaufrädergetriebekombinationen Verwirklichung finden. Die dargestellten Ausführungen
stellen lediglich Beispiele aus einer durch die Erfindung nicht begrenzten Zahl
von Möglichkeiten dar.