WO2014037801A2 - Verfahren zum wandeln einer drehzahl und drehzahlwandler - Google Patents

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    • F16H2037/0893—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths at least one power path being a continuously variable transmission, i.e. CVT characterised in the ratio of the continuously variable transmission is different from zero when the output shaft speed is zero

Definitions

  • the invention relates to a speed converter, with which a constant speed or a steadily rising or constantly falling speed change can be realized.
  • this speed converter works clutchless and has an uninterrupted power flow between the input and the output.
  • FR 2 631 899 uses three differential gears, one differential gear having a blocking function and another a braking function. Two planetary gears are used, which rotate in opposite directions.
  • the object of the invention is to generate with a speed converter, regardless of an input speed, a constant, steadily increasing or steadily decreasing output speed, so as to control speed characteristics. This object is achieved with the method claim 1.
  • a speed converter describes claim 6.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • At least three series-arranged differential gears of which the two outer differential gears are equal and each of the differential gear each having a basket (k), two drive wheels (a, e) and at least one differential gear (c), provides that the differential gear in a Power balance can be brought by at least one transmission gear, the input speed in two equal and opposite speeds for drive wheels (a) of the outer differential gear (master, slave) are converted, the basket speed of the baskets of the outer differential gear on drive wheels (a, e) of the central differential gear (Core) is transmitted and the basket speed of the central differential (core) in the ratio 2: 1 translated and the same direction on the drive wheels (e) of the outer differential gear (master, slave) is fed back, and wherein by a translating control gear, which in the power flow is coupled or can be coupled in,
  • control gear is switched to a gear ratio of 1: 1, which
  • ratios for the control stages ⁇ 1,> 1 are selected that approximate the ratio 1: 1 to generate flat increases ⁇ at the output speed.
  • the input speed and the output speed are measured and processed in order to limit the speed increase or to check compliance with a predetermined speed curve.
  • the speed converter according to the invention in which an input speed is converted into a constant or steadily increasing or steadily decreasing output speed, consists of at least three differential gears arranged in series, of which the two outer differential gears (master, slave) are the same and each of the differential gears each comprise a basket (k), two drive wheels (a, e) and at least one compensating wheel (c),
  • a drive wheel (a) of the outer differential gear (master, slave) are coupled to each other via a transmission gear, so that these drive wheels in opposite directions (+ n, -n) and rotate at the same speed (nl).
  • the speed of the basket (k) of the central differential gear (core) is translated by a ratio gear ratio of 2: 1 and at this speed, the other two drive wheels (e) of the outer differential gear (master, slave) are drivable in the same direction.
  • the control gear is arranged in a coupling between a transmission gear and an outer differential gear (master, slave) or in a coupling between the outer differential gears (master, slave) and the central differential gear (core) or can be switched on and converts the input speed in the control gear into one of the three tax levels Gear ratio 1: 1 to a constant
  • Gear ratio with a value greater than 1 to achieve a steady increase in speed of the output speed of the speed converter
  • Gear ratio with a value less than 1, to achieve a steady drop in speed of the output speed of the speed converter.
  • Such a speed converter is in the power balance, as long as by the control gear ratio of 1: 1 is realized, i. an existing output speed is maintained constant.
  • Fig. 1 shows the speed converter 1 with its terminals for an incoming from an engine input speed Nl, N2, N3 or N4 and the connections to the load with the output speeds Nl, N2, N3 or N4. This excludes the same connections for the input and output. This means that if Nl is the input speed, the output speed can only be N2, N3 or N4.
  • control gear 12 translates the input rotational speed coming from the engine or from a speed converter clutch into the control transmission 12 in the ratio 1: 1, ⁇ 1 or> 1 and this translated speed via a shaft Wl or W2 to a drive wheel a or e the differential gear 2, 3, 4 outputs.
  • control gear 12 On the same clutch to which the motor is connected.
  • the heart of the speed converter form three mutually coupled and arranged in series differential gear 2, 3, 4 and the two transmission gear 9, 13, of which the transmission gear 13, the input speed in this transmission gear 1: 1 turns and the transmission gear 9 in the ratio 2: 1 translated ,
  • the method of converting an input speed to at least one output speed using at least three series-connected differential gears 2, 3, 4, of which the two outer differential gears 2, 3 are the same and each of the differential gears 2, 3, 4 is a basket k, two drive wheels a, e and at least one differential gear c, provides that the differential gear 2, 3, 4 are brought into a power balance by the input gear through the transmission gear 13 in two equal and opposite rotational speeds for the drive wheels a of the outer differential gear 2, 3, the basket speed of the baskets k of the differential gear 2, 3 is transmitted to the drive wheels a, e of the central differential gear 4 and the basket speed of the central differential 4 in the ratio 2: 1 translated and the same direction on the drive wheels e of the outer differential gear 2, 3 feedback t is, wherein by a translating control gear 12, which is coupled into the power flow, or einkoppelbar,
  • control gear 12 is switched to a gear ratio of 1: 1, which
  • N1 should be the input speed and N2 should be the output speed.
  • control gear 12 is placed in the coupling to Nl. Such a representation was in the
  • the control stage of the control gear 12 translates in the ratio 1: 1.
  • the input speed Nl is 100.
  • the output speed N2 is 0.
  • the drive wheels a of the differential gears 2 and 3 rotate at the speeds of +100 and -100 because of the reversal of the input speed in the transmission gear 13.
  • the speed N2 and thus the drive wheels e of the differential gear 2 and 3 is 0.
  • the speed converter is in power balance .
  • the control stage of the control gear 12 translates by a value ⁇ 1.
  • the input speed Nl is 100.
  • the output speed N2 is 0.
  • the input speed in the transmission clutch to the differential gear 2 is increased from +100 to e.g. +80 converted.
  • the compensation in the differential gear 4 means
  • This speed is applied simultaneously and in the same direction to the drive wheels e of the differential gear 2, 3, so that the speed change cycle continues.
  • This steady change in speed can be changed by switching to a 1: 1 control level, resulting in maintaining the speed achieved, or at a control level greater than 1, resulting in a steady change leads in the other direction.
  • the change of the control stages is controlled in evaluation of the measured speeds, because a steady increase in speed are technical limits set by the material properties and the purpose of the speed conversion is yes to realize a certain speed or a specific speed curve over time.
  • Fig. 3 shows the speed converter 1 with a special control gear 12, which ensures that there is a permanent connection between the control gear input and the control gear output.
  • the control gear 12 here has two differential gear 5, 6, wherein the control gear input side shaft with the differential gear cage k of the differential gear 6 and the control gear output shaft are in operative connection with the differential gear cage k of the other differential gear 5.
  • the drive wheels a, e of the respective differential gear 5, 6 mesh with at least one differential gear c of the respective differential gear k and each drive a, e of a differential gear 6, each with a drive wheel a, e of the other differential gear 5 transmission technology via coupling shafts W3 or W4 connected, wherein the coupling shafts W3, W4 each have a locking device and / or brake Z, Y and at least one coupling shaft 3 or 4 has a transmission gear 7, here both, namely 25:24 and 23:24.
  • Such a coupling gear can the three control stages with the gear ratios
  • gear ratios of the control stages are fixed and thus the increase in the speed change.
  • the input speed Nl and the output speed N2 are measured by means of the tachometer 10, 11 and evaluated by computer technology to generate over the control stage circuit an intended speed curve over time.
  • Fig. 4 shows a control gear 12, in which the transmission ratio in the control stages is variable, so that the increase in the speed change within a control level ⁇ 1 or> 1 is changeable.
  • a transmission could be a CVT transmission.
  • Fig. 5 shows the speed converter 1 in a commonly used form.
  • the differential gear 2, 3 and 4 are interleaved here and the transmission gear 9 is integrated into the nested differential gear 2, 3 and 4.
  • Possible output speeds here are N2 / 2, N3 and N4.
  • N2 / 2 therefore, because the basket speed of the basket k of the differential gear 4 is tapped and not as in the previous figures, by the transmission gear 9 2: 1-translated feedback speed N2.
  • the input speed n of Nl is transmitted here via a pinion on two oppositely rotating at the same speed gears to have an opposite and rotating at the same speed + - n drive for the drive wheels a of the outer differential gear 2, 3 available.
  • the counter-rotating input rotational speed + n is translated by the control gear 12 with a gear ratio of 1: 1, ⁇ 1 or> 1 and transmitted via the coaxial shaft Wl (2) to the drive gear a of the differential gear 2.
  • the basket k of the differential gear 5 rotates with the speed to be converted + n and transmits them via the differential gear c to the drive wheels a and e as nl and from there to the coaxial W3 (5) and W4 (5).
  • This speed nl is in each case transmitted via two transmission gear 7.1-7.2 or 8.1-8.2 to the corresponding coaxial W3 (6) and W4 (6) of the drive wheels a and e of the dif fer ⁇ rentialgetriebes 6 as n ⁇ 1 and n> 1.
  • these speeds are brought together and transmitted via the coaxial shaft Wl (2) on the drive gear a of the differential gear 2 as nl.
  • the transmission gears 7.1 and 7.2 here have a gear ratio of 29:30 or 31:30, resulting in a total speed change of 899: 900, thus ⁇ 1 but very close to 1.
  • the gearboxes 8.1 and 8.2 the transmission ratio 30: 29 or 30:31, which results in a total speed change of 900: 899, thus also close to 1.
  • braking Z and Y can be set which of the transmission 7.1-7.2 or 8.1-8.2 should be active.
  • the speed of the transmission gear 7.2 and 8.2 is transmitted via the coaxial W4 (6) or W3 (6) on the drive wheels a, e of the differential gear 6 and from the basket k via the coaxial shaft Wl (2) on the drive gear a of the differential gear 2 in Speed converter 1.
  • Fig. 6 shows how almost purely linear speed curves can be realized by purely mechanical means.
  • control stages 1: 1 of the control transmission 12 are selected to be shorter than in the right-hand illustration X2.
  • the duration of the switching stage> 1 is constant.
  • the resulting curve indicates a much flatter slope ⁇ .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwandler, mit dem eine konstante Drehzahl oder eine stetig ansteigende oder stetig fallende Drehzahlveränderung realisierbar ist. Das Wandeln der Eingangsdrehzahl erfolgt unter Verwendung von mindestens drei in Reihe angeordneten Differentialgetriebe 2, 3, 4, von denen die beiden äußeren Differentialgetriebe 2, 3 gleich sind. Die Differentialgetriebe 2, 3, 4 werden in ein Leistungsgleichgewicht gebracht, um eine konstante Ausgangsdrehzahl zu generieren. Durch ein über- setzendes Steuergetriebe (12), das in den Leistungsfluss einkoppelbar ist, ist das Leistungsgleichgewicht störbar, indem das Steuergetriebe (12) im Verhältnis ungleich 1:1 übersetzt, was einen stetigen Drehzahlanstieg oder Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl generiert.

Description

Verfahren zum Wandeln einer Drehzahl und Drehzahlwandler
Die Erfindung betrifft einen Drehzahlwandler, mit dem eine konstante Drehzahl oder eine stetig ansteigende oder stetig fallende Drehzahlveränderung realisierbar ist. Bevorzugt arbeitet dieser Drehzahlwandler kupplungslos und verfügt über einen ununterbrochenen Kraftfluss zwischen dem Eingang und dem Ausgang.
Drehzahlwandler unter Verwendung von Differentialgetrieben sind bekannt.
In der DE 26 35 946 A wird ein Drehmomentwandler beschrieben, bei dem zwei differenziell rückgekoppelte Differenti¬ algetriebe genutzt werden, um unabhängig von der Eingangsdrehzahl die Ausgangsdrehzahl zu verändern.
Bei der GB 473 677 werden zwei Differentialgetriebe eingesetzt, um die Drehzahl stufenweise und kontinuierlich zu reduzieren .
Die FR 2 631 899 verwendet drei Differentialgetriebe, wobei ein Differentialgetriebe eine Blockadefunktion hat und ein weiteres eine Abbremsfunktion. Dabei kommen zwei Planetenräder zum Einsatz, die gegenläufig drehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einem Drehzahlwandler, unabhängig von einer Eingangsdrehzahl eine konstante, stetig ansteigende oder stetig fallende Ausgangsdrehzahl zu generieren, um so Drehzahlverläufe zu steuern. Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Verfahrensanspruch 1. Einen Drehzahlwandler beschreibt Anspruch 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wandeln einer Eingangsdrehzahl in einem Drehzahlwandler in mindestens eine Ausgangsdrehzahl unter Verwendung von
mindestens drei in Reihe angeordneten Differentialgetrieben, von denen die beiden äußeren Differentialgetriebe gleich sind und jedes der Differentialgetriebe jeweils einen Korb (k), zwei Antriebsräder (a, e) sowie mindestens ein Ausgleichsrad (c) aufweisen, sieht vor, dass die Differentialgetriebe in ein Leistungsgleichgewicht gebracht werden, indem durch mindestens ein Übersetzungsgetriebe die Eingangsdrehzahl in zwei gleichgroße und gegenläufige Drehzahlen für Antriebsräder (a) der äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) gewandelt werden, die Korbdrehzahl der Körbe der äußeren Differentialgetriebe auf Antriebsräder (a, e) des mittleren Differentialgetriebes (Kern) übertragen wird und die Korbdrehzahl des mittleren Differentialgetriebes (Kern) im Verhältnis 2:1 übersetzt und gleichläufig auf Antriebsräder (e) der äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) zurückgekoppelt wird, und wobei durch ein übersetzendes Steuergetriebe, das in den Leistungsfluss eingekoppelt ist, oder einkoppelbar ist,
- das Leistungsgleichgewicht gestört wird, indem das
Steuergetriebe im Verhältnis ungleich 1:1
übersetzt, was bei einem Übersetzungsverhältnis
größer 1 einen stetigen Drehzahlanstieg und bei
einem Übersetzungsverhältnis kleiner 1 einen stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl des
Drehzahlwandlers generiert, oder
- ein Leistungsgleichgewicht wieder hergestellt wird,
indem das Steuergetriebe auf ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 umgeschaltet wird, was
eine konstante Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers generiert, so dass Drehzahlverläufe realisierbar werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass bei der Drehzahlwandlung im Steuergetriebe mehrere Übersetzungsverhältnisse in den Steuerstufen > 1, < 1 wahlweise einstellbar sind.
Bevorzugt werden Übersetzungsverhältnisse für die Steuerstufen < 1, > 1 gewählt, die dem Verhältnis 1:1 angenähert sind, um flache Anstiege α bei der Ausgangsdrehzahl zu generieren .
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl gemessen und verarbeitet werden, um den Drehzahlanstieg zu limitieren oder die Einhaltung eines vorbestimmten Drehzahlverlaufs zu prüfen.
Der erfindungsgemäße Drehzahlwandler, bei dem eine Eingangsdrehzahl in eine konstante oder stetig steigende oder stetig fallende Ausgangsdrehzahl gewandelt wird, besteht aus mindestens drei in Reihe angeordneten Differentialgetrieben, von denen die beiden äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) gleich sind und jedes der Differentialgetriebe jeweils einen Korb (k) , zwei Antriebsräder (a, e) sowie mindestens ein Ausgleichsrad (c) aufweisen,
zwei Übersetzungsgetrieben und
einem Steuergetriebe, wobei die Körbe von zwei äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) mit jeweils einem Antriebsrad (a, e) des zwischen diesen angeordneten Differentialgetriebes (Kern) gekoppelt sind.
Jeweils ein Antriebsrad (a) der äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) sind miteinander über ein Übersetzungsgetriebe gekoppelt, so dass diese Antriebsräder gegenläufig (+n, -n) und mit gleicher Drehzahl (nl) drehen.
Die Drehzahl des Korbes (k) des mittleren Differentialgetriebes (Kern) ist durch ein Übersetzungsgetriebe im Verhältnis 2:1 übersetzbar und mit dieser Drehzahl sind die beiden anderen Antriebsräder (e) der äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) gleichläufig antreibbar.
Das Steuergetriebe ist in eine Kopplung zwischen einem Übersetzungsgetriebe und einem äußeren Differentialgetriebe (Master, Slave) oder in eine Kopplung zwischen den äußeren Differentialgetrieben (Master, Slave) und dem mittleren Differentialgetriebe (Kern) angeordnet oder kann zugeschaltet werden und wandelt die Eingangsdrehzahl in das Steuergetriebe in eine der drei Steuerstufen Übersetzungsverhältnis 1:1, um eine konstante
Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers zu erreichen, oder
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert größer 1, um einen stetigen Drehzahlanstieg der Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers zu erreichen, oder
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert kleiner 1, um einen stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers zu erreichen.
Ein derartiger Drehzahlwandler befindet sich im Leistungsgleichgewicht, solange durch das Steuergetriebe eine Übersetzung von 1:1 realisiert wird, d.h. eine vorhandene Ausgangsdrehzahl wird konstant beibehalten.
Durch das Umschalten des Steuergetriebes auf ein Überset¬ zungsverhältnis > 1 oder < 1 wird dieses Gleichgewicht gestört und ein stetiger Drehzahlanstieg oder ein stetiger Drehzahlabstieg realisiert.
Wird wieder ein Gleichgewicht hergestellt durch das Umschalten des Steuergetriebes auf ein Übersetzungsverhältnis 1:1 wird die erreichte Drehzahl weiter kontinuierlich abgegeben, unabhängig von Schwankungen der Eingangsdrehzahl. Diese darf nur nicht den Wert Null annehmen.
Um verschiedene Anstiege α der Drehzahl realisieren zu können, ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, innerhalb der Steuerstufen > 1 und/oder < 1 verschiedene Übersetzungsverhältnisse realisierbar zu machen. Dadurch kann der Anstieg α der Drehzahlkurve über der Zeit ab dem Umschalten auf ein anderes Übersetzungsverhältnis innerhalb einer Steuerstufe steiler oder flacher werden.
Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen: den Aufbau des Drehzahlwandlers,
vereinfachte Darstellung,
den Drehzahlwandler mit einem kupplungslosen Steuergetriebe,
den Drehzahlwandler mit einem stufenlos verstell baren Steuergetriebe,
den Drehzahlwandler mit einem speziellen Steuergetriebe und
gesteuerte Drehzahlverläufe.
Fig. 1 zeigt den Drehzahlwandler 1 mit seinen Anschlüssen für eine von einem Motor kommende Eingangsdrehzahl Nl, N2, N3 oder N4 sowie die Anschlüsse zur Last mit den Ausgangsdrehzahlen Nl, N2, N3 oder N4. Dabei schließen sich gleiche Anschlüsse für den Ein- und Ausgang aus. Das bedeutet, dass wenn Nl die Eingangsdrehzahl ist, kann die Ausgangsdrehzahl nur N2, N3 oder N4 sein.
Ferner wird gezeigt, dass das Steuergetriebe 12 die vom Motor oder aus einer Drehzahlwandlerkopplung kommende Eingangsdrehzahl in das Steuergetriebe 12 übersetzt im Verhältnis 1:1, < 1 oder > 1 und diese übersetzte Drehzahl über eine Welle Wl oder W2 auf ein Antriebsrad a oder e eines der Differentialgetriebe 2, 3, 4 abgibt.
Dabei ist es vorteilhaft, das Steuergetriebe 12 an der selben Kupplung anzuordnen, an der auch der Motor angeschlossen ist. Das Kernstück des Drehzahlwandlers bilden drei miteinander gekoppelte und in Reihe angeordnete Differentialgetriebe 2, 3, 4 und die beiden Übersetzungsgetriebe 9, 13, von denen das Übersetzungsgetriebe 13 die Eingangsdrehzahl in dieses Übersetzungsgetriebe 1:1 umdreht und das Übersetzungsgetriebe 9 im Verhältnis 2:1 übersetzt.
Das Verfahren zum Wandeln einer Eingangsdrehzahl in mindestens eine Ausgangsdrehzahl unter Verwendung von mindestens drei in Reihe angeordneten Differentialgetriebe 2, 3, 4, von denen die beiden äußeren Differentialgetriebe 2, 3 gleich sind und jedes der Differentialgetriebe 2, 3, 4 jeweils einen Korb k, zwei Antriebsräder a, e sowie mindestens ein Ausgleichsrad c aufweisen, sieht vor dass die Differentialgetriebe 2, 3, 4 in ein Leistungsgleichgewicht gebracht werden, indem durch das Übersetzungsgetriebe 13 die Eingangsdrehzahl in zwei gleichgroße und gegenläufige Drehzahlen für die Antriebsräder a der äußeren Differentialgetriebe 2, 3 gewandelt wird, die Korbdrehzahl der Körbe k der Differentialgetriebe 2, 3 auf die Antriebsräder a, e des mittleren Differentialgetriebes 4 übertragen wird und die Korbdrehzahl des mittleren Differentialgetriebes 4 im Verhältnis 2:1 übersetzt und gleichläufig auf die Antriebsräder e der äußeren Differentialgetriebe 2, 3 zurückgekoppelt wird, wobei durch ein übersetzendes Steuergetriebe 12, das in den Leistungsfluss eingekoppelt, oder einkoppelbar ist,
- das Leistungsgleichgewicht gestört wird, indem das
Steuergetriebe 12 im Verhältnis ungleich 1:1
übersetzt, was bei einem Übersetzungsverhältnis größer 1 einen stetigen Drehzahlanstieg und bei einem Übersetzungsverhältnis kleiner 1 einen
stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl
des Drehzahlwandlers generiert, oder
- ein Leistungsgleichgewicht wieder hergestellt wird,
indem das Steuergetriebe 12 auf ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 umgeschaltet wird, was
eine konstante Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers generiert .
Zum besseren Verständnis soll in den folgenden Ausführungen Nl die Eingangsdrehzahl sein und N2 als Ausgangsdrehzahl dienen. Ferner wird das Steuergetriebe 12 in die Kopplung nach Nl gelegt. Eine solche Darstellung wurde in den
Fig. 2 - 4 gewählt.
In der Darstellung der Fig. 2 ist der Eingang des Drehzahlwandlers 1 in die Kopplung der Antriebsräder a der Differentialgetriebe 2, 3 integriert. In dieser Kopplung befindet sich auch das Steuergetriebe 12 und das Übersetzungsgetriebe 13.
Beispiel 1
Die Steuerstufe des Steuergetriebes 12 übersetzt im Verhältnis 1:1. Die Eingangsdrehzahl Nl beträgt 100. Die Ausgangsdrehzahl N2 ist 0. Dann drehen die Antriebsräder a der Differentialgetriebe 2 und 3 mit den Drehzahlen +100 und -100 wegen der Umkehr der Eingangsdrehzahl im Übersetzungsgetriebe 13. Die Drehzahl N2 und damit die der Antriebsräder e der Differentialgetriebe 2 und 3 ist 0. Die Körbe k der Differentialgetriebe 2, 3 und damit die Antriebsräder a und e des Differentialgetriebes 4 drehen mit N3 = +50 bzw. N4 = -50, d. h. der Korb k des Differentialgetriebes 4 dreht nicht.
Das bedeutet, unabhängig von der Eingangsdrehzahl Nl, verändert sich die Ausgangsdrehzahl N2 nicht. Liegt bereits eine Ausgangsdrehzahl N2 an, wird diese kontinuierlich beibehalten. Der Drehzahlwandler befindet sich im Leistungs¬ gleichgewicht .
Beispiel 2
Die Steuerstufe des Steuergetriebes 12 übersetzt um einen Wert < 1. Die Eingangsdrehzahl Nl beträgt 100. Die Ausgangsdrehzahl N2 ist 0. Durch die Steuerstufe wird die Eingangsdrehzahl in der Getriebekopplung zum Differentialgetriebe 2 von +100 auf z.B. +80 gewandelt.
Dann dreht das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 2 mit +80, während das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 3 mit -100 dreht wegen der Umkehr der Eingangsdrehzahl im Übersetzungsgetriebe 13.
Die Drehzahl N2 und damit die der Antriebsräder e der Differentialgetriebe 2, 3 ist 0.
Damit drehen die Körbe k der Differentialgetriebe 2, 3 mit N3 = +40 bzw. N4 = -50 und damit das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 4 mit +40 und das Antriebsrad e des Differentialgetriebes 4 mit -50. Durch das Ausgleichsrad c des Differentialgetriebes 4 wird diese Differenz ausgeglichen, indem der Korb k des Differentialgetriebes 4 mit -5 dreht.
Diese Drehzahl wird durch das Übersetzungsgetriebe 9 im Verhältnis 2:1 übersetzt, was bedeutet, dass die Ausgangsdrehzahl N2 = -10 beträgt.
Diese Drehzahl liegt jetzt aber gleichzeitig und gleichläufig an den Antriebsrädern e der Differentialgetriebe 2 und 3 an, während an den Antriebsrädern a der Differentialgetriebe 2, 3 weiter die o. g. Drehzahlen von +80 bzw. -100 anliegen .
Der Ausgleich in den Differentialgetrieben 2, 3 führt dazu, dass der jeweilige Korb k der Differentialgetriebe 2, 3 und damit das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 4 mit N3 = (80-10) /2 = +35 dreht, während das Antriebsrad e mit N4 = (-100-10) /2= -55 dreht.
Der Ausgleich im Differentialgetriebe 4 bedeutet
-55 +35 = -20/2 = -10, d. h. dass der Korb k des Differentialgetriebes 4 mit -10 = N2/2 dreht.
Diese Drehzahl wird übersetzt im Verhältnis 2:1, so dass N2 = -20 ist. Diese Drehzahl liegt gleichzeitig und gleichläufig an den Antriebsrädern e der Differentialgetriebe 2, 3 an, so dass sich der Drehzahländerungszyklus fortsetzt. Diese stetige Veränderung der Drehzahl lässt sich ändern, indem auf eine Steuerstufe 1:1 umgestellt wird, was zu einer Beibehaltung der erreichten Drehzahl führt oder auf eine Steuerstufe größer 1, was zu einer stetigen Veränderung in die andere Richtung führt. Der Wechsel der Steuerstufen wird in Auswertung der gemessenen Drehzahlen angesteuert, denn einer stetigen Drehzahlerhöhung sind technische Grenzen durch die Materialeigenschaften gesetzt und der Zweck der Drehzahlwandlung ist ja, eine bestimmte Drehzahl oder einen bestimmten Drehzahlverlauf über die Zeit zu realisieren .
Mit der Größe des Wertes der Steuerstufe (Übersetzungsverhältnis) wird über den Anstieg α der Drehzahl entschieden, somit über eine optimale Anpassungen an den vorgesehenen Antrieb .
Fig. 3 zeigt den Drehzahlwandler 1 mit einem besonderen Steuergetriebe 12, das gewährleistet, dass eine ständige Verbindung zwischen dem Steuergetriebeeingang und dem Steuergetriebeausgang besteht.
Das Steuergetriebe 12 weist hier zwei Differentialgetriebe 5, 6 auf, wobei die steuergetriebeeingangsseitige Welle mit dem Differentialgetriebekorb k des Differentialgetriebes 6 und die steuergetriebeausgangsseitige Welle mit dem Differentialgetriebekorb k des anderen Differentialgetriebes 5 in Wirkverbindung stehen.
Die Antriebsräder a, e der jeweiligen Differentialgetriebe 5, 6 kämmen jeweils mit mindestens einem Ausgleichsrad c des jeweiligen Differentialgetriebekorbes k und jedes Antriebsrad a, e des einen Differentialgetriebes 6 ist mit jeweils einem Antriebsrad a, e des anderen Differentialgetriebes 5 getriebetechnisch über Kopplungswellen W3 oder W4 verbunden, wobei die Kopplungswellen W3, W4 jeweils über eine Feststelleinrichtung und/oder Bremse Z, Y verfügen und mindestens eine Kopplungswelle 3 oder 4 ein Übersetzungsgetriebe 7 aufweist, hier beide, nämlich 25:24 bzw. 23:24.
Ein derartiges Kopplungsgetriebe kann die drei Steuerstufen mit den Übersetzungsverhältnissen
Übersetzungsverhältnis 1:1, um eine konstante
Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers 1 zu erreichen,
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert größer 1, um einen stetigen Drehzahlanstieg der Ausgangsdrehzahl
N2 des Drehzahlwandlers zu erreichen,
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert kleiner 1 um einen stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl
N2, des Drehzahlwandlers 1 zu erreichen
einstellen, ohne dass der Kraftfluss unterbrochen werden muss .
Bei dieser dargestellten Ausführung sind die Übersetzungsverhältnisse der Steuerstufen festgelegt und damit der Anstieg der Drehzahlveränderung.
Die Eingangsdrehzahl Nl und die Ausgangsdrehzahl N2 werden mittels der Drehzahlmesser 10, 11 gemessen und rechentechnisch ausgewertet werden, um über die Steuerstufenschaltung einen vorgesehenen Drehzahlverlauf über der Zeit zu generieren.
Der Anstieg der Drehzahl nach oben wird über diesen Weg auch limitiert.
Fig. 4 zeigt ein Steuergetriebe 12, bei dem das Übersetzungsverhältnis in den Steuerstufen veränderbar ist, so dass auch der Anstieg der Drehzahlveränderung innerhalb einer Steuerstufe < 1 oder > 1 veränderbar ist. Ein solches Getriebe könnte ein CVT-Getriebe sein.
Fig . 5 zeigt den Drehzahlwandler 1 in einer üblicherweise verwendeten Form. Die Differentialgetriebe 2, 3 und 4 sind hier verschachtelt und das Übersetzungsgetriebe 9 ist in die verschachtelten Differentialgetriebe 2, 3 und 4 integriert. Mögliche Ausgangsdrehzahlen sind hier N2/2, N3 und N4. N2/2 deshalb, weil die Korbdrehzahl des Korbes k des Differentialgetriebes 4 abgegriffen wird und nicht wie in den vorangegangenen Figuren die durch das Übersetzungsgetriebe 9 2 : 1-übersetzte rückgekoppelte Drehzahl N2.
In einer vorteilhaften Ausführung werden bei diesem Drehzahlwandler 1 und dessen Kopplung mit dem Steuergetriebe 12 sowie im Steuergetriebe 12 Kopplungswellen W in Form von Koaxialwellen, nachfolgend ebenfalls mit W bezeichnet, eingesetzt .
Insoweit wird mit dieser Anordnung des Drehzahlwandlers 1 mit dem Steuergetriebe 12 eine größere Kompaktheit als in Fig. 3 erreicht
Die Eingangsdrehzahl n von Nl wird hier über ein Ritzel auf zwei gegenläufig mit gleicher Drehzahl drehende Zahnräder übertragen, um einen gegenläufigen und mit gleicher Drehzahl +- n drehenden Antrieb für die Antriebsräder a der äußeren Differentialgetriebe 2, 3 zur Verfügung zu haben.
Über die Koaxialwelle Wl(3) erfolgt der direkte Antrieb des Antriebsrades a des Differentialgetriebes 3 mit -n vom Eingang Nl aus. Diese Welle Wl(3) bildet deshalb auch die innere Welle auf der die anderen Wellen koaxial angeordnet sind.
Die gegenläufige Eingangsdrehzahl +n wird durch das Steuergetriebe 12 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1, < 1 oder > 1 übersetzt und über die Koaxialwelle Wl(2) auf das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 2 übertragen.
Der Korb k des Differentialgetriebes 5 dreht mit der zu wandelnden Drehzahl +n und überträgt diese über das Ausgleichsrad c auf die Antriebsräder a und e als nl und von dort auf die Koaxialwellen W3(5) und W4(5).
Diese Drehzahl nl wird jeweils über zwei Übersetzungsgetriebe 7.1-7.2 bzw. 8.1-8.2 auf die entsprechenden Koaxialwellen W3(6) und W4(6) der Antriebsräder a und e des Diffe¬ rentialgetriebes 6 als n < 1 und n > 1 übertragen. Im Differentialgetriebe 6 werden diese Drehzahlen zusammengeführt und über die Koaxialwelle Wl(2) auf das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 2 als nl übertragen.
Die Übersetzungsgetriebe 7.1 und 7.2 haben hier ein Übersetzungsverhältnis von 29:30 bzw. 31:30, was zu einer Gesamtdrehzahländerung von 899:900 führt, somit < 1 aber sehr nahe an 1. Bei den Übersetzungsgetrieben 8.1 bzw. 8.2 betragen die Übersetzungsverhältnis 30:29 bzw. 30:31, was zu einer Gesamtdrehzahländerung von 900:899 führt, somit ebenfalls nahe an 1.
Durch das Arbeiten mit Übersetzungsverhältnissen für < 1 und > 1, die dem Wert 1:1 angenähert sind, fällt der erzielbare Anstieg α der Ausgangsdrehzahl N2, N3, N4 bezogen auf die Zeit sehr flach aus. Dies hat besonders Bedeutung bei Antrieben von großen Lasten z. B. von Schiffen, Kranen, Generatoren.
Durch Bremsen Z und Y lässt sich einstellen, welches der Übersetzungsgetriebe 7.1-7.2 bzw. 8.1-8.2 aktiv sein soll.
Die Drehzahl der Übersetzungsgetriebe 7.2 und 8.2 wird über die Koaxialwellen W4(6) oder W3(6) auf die Antriebsräder a, e des Differentialgetriebes 6 übertragen und von dessen Korb k über die Koaxialwelle Wl(2) auf das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 2 im Drehzahlwandler 1.
Ist keine Bremse Y, Z aktiv, wird über die Übersetzungsgetriebe 7.1 - 7.2 und 8.1 - 8.2 und das Differentialgetriebe 6 die Drehzahl +n an das Antriebsrad a des Differentialgetriebes 2 abgegeben, was dem Zustand: Übersetzungsverhältnis des Steuergetriebes 12 von 1:1 entspricht.
Fig. 6 zeigt wie auf rein mechanischem Wege nahezu gradlinige Drehzahlverläufe realisierbar sind.
In der Fig. 6 bedeuten It = Bremse aktiviert für eine Drehzahlübersetzung > 1 im Steuergetriebe 12 und Pt = Bremse deaktiviert, also 1:1 Übersetzung.
In der linken Darstellung XI sind die Steuerstufen 1:1 des Steuergetriebes 12 kürzer gewählt als in der rechten Darstellung X2. Die Dauer der Schaltstufe > 1 ist jeweils konstant. Im Ergebnis zeigt die resultierende Kurve einen wesentlich flacheren Anstieg α an.
Das bedeutet, dass mittels einer Software gesteuert über die Wechsel in den Schaltstufen ein nahezu geradliniger und mit dem gewünschten Anstieg α vollziehbarer Drehzahlverlauf realisierbar ist. Da wie anhand der Fig. 3 und 5 gezeigt das Realisieren einer Schaltstufe im Steuergetriebe 12 durch das Zu- oder Abschalten einer Feststelleinrichtung oder einer Bremse Y oder Z erfolgt, ist dies auch ohne größeren technischen Aufwand realisierbar. Dabei muss in Rechnung gestellt werden, dass aufgrund der Anordnung der Feststelleinrichtung oder Bremse zwischen zwei Differentialgetrieben beim Feststellen/Bremsen keine Leistung vernichtet wird, sondern diese sofort umverteilt wird.
Bezugs zeichenliste
1 Drehzahlwandler
2 Differentialgetriebe (Master)
3 Differentialgetriebe (Slave)
4 Differentialgetriebe (Kern)
5 Differentialgetriebe im Steuergetriebe
6 Differentialgetriebe im Steuergetriebe
7 Übersetzungsgetriebe
8 Übersetzungsgetriebe
9 Übersetzungsgetriebe (zwei Ausgänge, 2:1,
gleichläufig)
10 Drehzahlmesser
11 Drehzahlmesser
12 Steuergetriebe
13 Übersetzungsgetriebe (zwei Ausgänge mit gleicher Drehzahl, gegenläufig)

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Wandeln einer Eingangsdrehzahl in einem Drehzahlwandler (1) in mindestens eine Ausgangsdrehzahl unter Verwendung von
mindestens drei in Reihe angeordneten Differentialgetriebe (2, 3, 4) , von denen die beiden äußeren Differentialgetriebe (2, 3) gleich sind und jedes der Differentialgetriebe (2, 3, 4) jeweils einen Korb (k) , zwei Antriebsräder (a, e) sowie mindestens ein Ausgleichsrad (c) aufweisen, wobei die Differentialgetriebe (2, 3, 4) in ein Leistungsgleichgewicht gebracht werden, indem durch mindestens ein Übersetzungsgetriebe (13) die Eingangsdrehzahl in zwei gleichgroße und gegenläufige Drehzahlen für die Antriebsräder (a) der äußeren Differentialgetriebe (2, 3) übersetzt werden, die Korbdrehzahl der Körbe (k) der Differentialgetriebe (2, 3) auf die Antriebsräder (a, e) des mittleren Differentialgetriebes (4) übertragen wird und die Korbdrehzahl des mittleren Differentialgetriebes (4) im Verhältnis 2:1 übersetzt und gleichläufig auf die Antriebsräder (e) der äußeren Differentialgetriebe (2, 3) zurückgekoppelt wird, und wobei durch ein übersetzendes Steuergetriebe (12), das in den Leistungsfluss eingekoppelt ist, oder einkoppelbar ist,
- das Leistungsgleichgewicht gestört wird, indem das Steuergetriebe (12) im Verhältnis ungleich 1:1 übersetzt, was bei einem Ubersetzungsverhältnis größer 1 einen stetigen Drehzahlanstieg und bei einem Übersetzungsverhältnis kleiner 1 einen
stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl
des Drehzahlwandlers generiert, oder
- ein Leistungsgleichgewicht wieder hergestellt wird, indem das Steuergetriebe (12) auf ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 umgeschaltet wird, was
eine konstante Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers generiert, so dass Drehzahlverläufe realisierbar werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Drehzahlwandlung im Steuergetriebe (12) mehrere Übersetzungsverhältnisse in den Steuerstufen > 1, < 1 wahlweise einstellbar sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
Übersetzungsverhältnisse für die Steuerstufen < 1, > 1 gewählt werden, die dem Verhältnis 1:1 angenähert sind, um flache Anstiege (a) bei der Ausgangsdrehzahl zu generieren. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsdrehzahlen die der Körbe (k) der Differentialgetriebe 2, 3 und/oder 4 genutzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsdrehzahl und die Ausgangsdrehzahl gemessen und verarbeitet werden, um den Drehzahlanstieg zu limitieren oder die Einhaltung eines vorbestimmten Drehzahlverlaufs zu prüfen.
Drehzahlwandler (1) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Eingangsdrehzahl und mindestens einer Ausgangsdrehzahl mindestens bestehend aus drei in Reihe angeordneten Differentialgetrieben (2, 3, 4), von denen die beiden äußeren
Differentialgetriebe (2, 3) gleich sind und jedes der Differentialgetriebe (2, 3, 4) jeweils einen Korb (k), zwei Antriebsräder (a, e) sowie
mindestens ein Ausgleichsrad (c) aufweisen, zwei Übersetzungsgetrieben (9, 13) und
einem Steuergetriebe (12) , wobei die Körbe (k) der äußeren Differentialgetriebe (2, 3) mit jeweils einem Antriebsrad (a, e) des inneren Differentialgetriebes (4) gekoppelt sind, die Antriebsräder (a) der Differentialgetriebe (2, 3) miteinander über das Übersetzungsgetriebe (13) gekoppelt sind, so dass die Antriebsräder (a) gegenläufig und mit gleicher Drehzahl drehen, die Drehzahl des Korbes (k) des Differentialgetriebes (4) durch das Übersetzungsgetriebe (9) im Verhältnis 2:1 übersetzbar ist und mit dieser Drehzahl die Antriebsräder (e) der Differentialgetriebe (2, 3) gleichläufig antreibbar sind und das Steuergetriebe (12) in eine Kopplung zwischen dem Übersetzungsgetriebe (9) oder (13) und einem Differentialgetriebe (2) oder (3), oder zwischen den Differentialgetrieben (2) und (4) oder (3) und (4) angeordnet oder zuschaltbar ist und die Eingangsdrehzahl in das Steuergetriebe (12) gesteuert übersetzt in eine der drei Steuerstufen
Übersetzungsverhältnis 1:1, um eine konstante Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers (1) zu erreichen, oder
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert größer 1, um einen stetigen Drehzahlanstieg der
Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers (1) zu erreichen, oder
Übersetzungsverhältnis mit einem Wert kleiner 1 um einen stetigen Drehzahlabfall der Ausgangsdrehzahl des Drehzahlwandlers (1) zu erreichen.
7. Drehzahlwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Ausgangsdrehzahl, vorzugsweise die Eingangs- und die Ausgangsdrehzahl messbar sind und die Messergebnisse zu Steuerungszwecken für das Steuergetriebe (12) einsetzbar sind.
8. Drehzahlwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergetriebe (12) zwei Differentialgetriebe (5, 6) aufweist, wobei die steuergetriebeeingangsseitige Welle mit dem Differentialgetriebekorb (k) des einen Differentialgetriebes (6) und die steuergetriebeaus- gangsseitige Welle mit dem Differentialgetriebekorb (k) des anderen Differentialgetriebes (5) in Wirkverbindung stehen, die Antriebsräder (a, e) der jeweiligen Differentialgetriebe (5, 6) jeweils mit mindestens einem Ausgleichsrad (c) des jeweiligen Differentialgetriebekorbes (k) kämmen und jedes Antriebsrad (a, e) des einen Differentialgetriebes (6) mit jeweils einem Antriebsrad (a, e) des anderen Differentialgetriebes (5) getriebetechnisch über Kopplungswellen (W3) oder (W4) verbunden sind, wobei die Kopplungswellen (W3, W4) jeweils über eine Feststelleinrichtung und/oder Bremse (Z, Y) verfügen und mindestens eine Kopplungswelle (W3) oder (W4) ein Übersetzungsgetriebe (7) aufweist.
9. Drehzahlwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststelleinrichtung und/oder Bremse (Z, Y) softwaregesteuert arbeiten.
10. Drehzahlwandler nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungen der Übersetzungsgetriebe (7), (7.1 - 7.2) und/oder (8.1 - 8.2) dem Übersetzungsverhältnis von 1:1 angenähert sind.
11. Drehzahlwandler nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergetriebe (12) innerhalb der Steuerstufen < 1 und > 1 über mehrere einstellbare Übersetzungsverhältnisse verfügt.
12. Drehwandler nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehzahlwandler (1) und dessen Kopplung mit dem Steuergetriebe (12) sowie im Steuergetriebe (12) Kopplungswellen W in Form von Koaxialwellen eingesetzt sind, wobei das Antriebsrad (a) des Differentialgetriebes (3) direkt mit dem Übersetzungsgetriebe (13) über eine koaxialangeordnete Welle Wl(3) gekoppelt ist und diese Welle Wl(3) eine im koaxialen Wellenverbund innen liegende Welle ist.
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