DE1425780A1 - Drehmomentumwandler - Google Patents

Drehmomentumwandler

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Description

  • "Drehmomentumwandler"
    Den Schwerpunkt der gesamten Einrichtung kann man ziemlich genau auf eine bestimmte Stelle festlegen, indem man erfindungsgemäß zwischen dem Reaktionskranz und dem Gehäuse des Wandlers regelbare, elastische Organe anordnet.
  • Der Umwandler kann einen doppelten Übertragungs-und einen doppelten Aufnahmekranz aufweisen, wodurch ermöglicht wird, daß sich die Reaktionsmomente, die auf den Reaktionsteil einwirken, ausgleichen, wobei dann die Anordnung so getroffen wird, daß jeder Kranz in seiner Drehung im Vergleich zu dem anderen Kranz, der dieselbe Funktion ausübt, um 180° phasenverschoben ist und die beiden Kränze, seien es die Aufnahmekränze, seien es die Übertragungskränze, unter sich durch eine "Oldham"- oder eine andere entsprechende Kupplung Verbindung haben.
  • Die Erfindung wird weiter nachstehend im einzelnen beschrieben, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen wird.
    Der Drehmomentumwandler gemäß der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus drei Umlaufelementen, nämlich einem Übertragungskranz 1 (Fig.1), einem Aufnahmekranz 2, der formschlüssig mit der Ausgangswelle des letzteren umläuft und einem Reaktionskranz 3, der mit dem Gehäuse des Wandlers formschlüssig verbunden ist. Diese drei genau koaxialen Kränze berühren sich tangential an zwei Stellen, welche Stellen sich innen oder außen oder innen und außen befinden können, was sich jeweils nach der Art und Weise richtet, in welcher die Funktion des in Betracht gezogenen Kranzes ausgenutzt werden soll.
    Fig.8 eine Anordnung, bei der der Anlauf der konischen Rotation des Übertragungsgliedes erleichtert wird; Fig.9 eine Anordnung zur Umkehr des Drehsinns der Ausgangswelle im Vergleich zu dem Drehsinn der Eingangswelle; Fig.10 ein mit Reguliergewichten arbeitendes System, wobei die Reguliergewichte auf den Aufnahmegetriebekranz einwirken; Fig.l1-24 schematisch verschiedene Anordnungen von Getriebekränzen, und zwar anhand einfacher Beispiele. Studium der schematischen Darstellungen gemäß Figuren 3 und 4.
  • Die Motorwelle 4 treibt unter Zwischenschaltung eines Kreuzgelenkes 5 und einer Welle 6 einen Kegel 7 an, dessen imaginäre Spitze genau auf die Mitte des Kreuzgelenkes 5 gerichtet ist. Der Kegel 7 des Radius r wird kräftig durch die Zentrifugalkraft gegen den inneren Kegel 8 vom Radius R gedrückt, in welchem er rollt, wenn sich die Motorwelle 4 in Rotation befindet. Die imaginäre Spitze des Kegels 8 liegt gleichfalls im Mittelpunkt des Kreuzgelenkes 5, die Achse des Kegels 7 beschreibt einen Umdrehungskegel mit einer Umlaufgeschwindigkeit w , und wenn die Welle des Motors 4 mit einer Geschwindigkeit "n" umläuft, ergibt sich: Die Zentrifugalkraft F ist proportional der Masse des Kegels 7, dem Quadrat von W und dem (R-r) oder dem Umlaufradius, den der Schwerpunkt des Kegels 7 beschreibt.
    Wenn man w durch den oben erhaltenen Wert ersetzt, ergibt sich:
    Aus diesen Bedingungen ergibt sich weiter, daß, wenn man zwischen die Kegel 7 und 8 einen Getriebekranz 9 schiebt, dessen Bohrung und äußere Oberfläche Kegel mit imaginären Spitzen bilden, die sich genau im Zentrum des Kreuzgelenkes 5 (Fig. 5) befinden, der Übertragungskegel 7 sich auf dem Inneren des Zahnkranzes abwälzt, welcher selbst wieder auf der Innenfläche des Kegels 8 rollt und dabei eine Bewegung vollführt, die man aus zwei einfacheren Bewegungen zusammensetzen kann, nämlich: 1.) eine Bewegung mit einer Winkelgeschwindigkeit w der umlaufenden Welle des genannten Kranzes um die Umdrehungsachse des inneren festen Kegels 8; 2.) eine Umdrehung mit der Geschwindigkeit N des Getriebekranzes um seine Umlaufachse.
  • Wenn man, um die Rechnung zu vereinfachen, annimmt, daß die inneren und äußeren Kegelflächen dieses Kranzes 9 in der Berührungszone einen gemeinsamen Abrollradius% haben, dann wird die Umlaufgeschwindigkeit dieses Kranzes 9 um seine Umlaufachse wie folgt: oder, wenn man Ui durch seinen zuvor ermittelten Wert ersetzt:
    Um die auf den Kranz 9 übertragene Leistung abnehmen zu können, genügt es, diesen mit einer Ausgangswelle 12 unter Zwischenschaltung einer rohrförmigen Übertragungswelle 10 und eines Kreuzgelenkes zu verbinden, wobei statt eines Kreuzgelenkes auch eine elastische Verbindung verwendet werden kann und das Ganze auf die gemeinsame imaginäre Spitze der Kegel zentriert ist.
  • Das der Ausgangswelle 12 entnommene Drehmoment ist derart, daß die von dieser Welle aufgenommene Leistung gleich der Leistung ist, die auf der festen Welle 4 des Kegels 7 entwickelt wird. Wenn das Drehmoment an der Welle 4 den Wert e annimmt, dann erhält man ON en wobei sich der Wert des Ausgangsdrehmomentes an der Welle 12 ergibt Die Differenz zwischen dem Eingangsdrehmoment c und. dem Ausgangsdrehmoment C wird durch den Teil aufgenommen, der den inneren Kegel 8 trägt und als Reaktionsteil dient.
    von hohem Reibungskoeffizienten, z.B. Kautschuk. Dieser Ring dient zunächst als Starthilfe und tritt nachher leicht wieder außer Wirkung, wenn eine gewisse Winkelgeschwindigkeitwerreicht ist, die Zentrifugalkraft F zu wirken beginnt und die Abwälzbahnen auf der zuvor beschriebenen Weise in Berührung kommen. Nach der axialen Verschiebung des Kranzes 2 zu seinem äußersten Ende wird dieser Ring vollkommen frei und unterliegt keiner Abnutzung und keiner Ermüdung. Die Figur 9 zeigt ein leichtes Mittel, um im Rahmen der Erfindung eine Umkehr des Drehsinnes der Ausgangswelle in bezug auf den Drehsinn der Eingangswelle zu erhalten, ohne daß dabei der Umlauf der Eingangswelle unterbrochen werden muß. In der dargestellten Einrichtung ist ein Übertragungskegel 17 fest an der Eingangswelle oder der Motorwelle 4 angebracht, und der Aufnahmekranz 23 weist 2 konische Zonen auf, nämlich Zone 18 für den normalen Betrieb, wobei die imaginäre Spitze des Kegels sich in dem gemeinsamen Zentrum der Gelenke auf den Wellen befindet,und die Zone 19, die in bezug auf die Zone 18 eine umgekehrte Neigung hat. Ferner sind die konischen Zonen 20 und 21 formschlüssig am Reaktionsteil 24 angebracht und können sich voneinander in axialer Richtung entfernen bzw. sich nähern, und zwar durch Betätigung seitens der Bedienungsperson. Wenn man sie in die Stellung bewegt, in der sie einander am nächsten kommen, dann geraten die Zonen 19 und 21 in Berührung, und der Aufnahmeteil 23 dreht im entgegengesetzten Sinne im Vergleich zur Drehung des Übertragungskonus 17. Wenn man jedoch die beiden konischen Zonen 20 und 21 in die Zage bewegt, in der sie am weitesten voneinander entfernt sind, dann treten die Zonen 18 und 20 in Kontakt,und der Drehsinn des Aufnahmeteils 23 entspricht dem Drehsinn des Übertragungsteils 17. Alle zuvor besprochenen Einrichtungen sind wesentlich vereinfacht dargelegt worden, um das Prinzip der Erfindung so klär wie möglich herauszuarbeiten. Sie werden achematisch durch die Figuren 3 und 5 dargestellt. Es ergibt sich ohne weiteres, daß ein Umwandler oder ein Getriebe, das auf diese Weise angeordnet ist, nützlich ist zur Übertragung kleiner Leistungen oder wenn man einen beachtlich großen Ständer oder feststehenden Teil verwendet, der als Abstützung für den Reaktionskegel dient. Die radiale Kraft F, die erforderlich ist, um die Übertragung eines Drehmomentes durch Reibung an den Kontaktstellen zu erlauben, muß beachtlich hoch sein, was erfindungsgemäß, wie vorstehend zu sehen war, sehr leicht zu bewerkstelligen ist. Aber diese Kraft dreht mit der Geschwindigkeit w ,und in dem in Fig. 3 vereinfacht dargestellten Aufbau-nimmt der Teil mit dem Reaktionskegel 8 diese Drehkraft F auf, daß sie selbst an ihren Berührungspunkten übertragen werden muß, was mit dem Aufbau einer leichten Einrichtung, die sich für ein Fahrzeug eignet, unvereinbar ist. Man kann allerdings die Übertragungs- und Empfangskegel, die in oder auf einem einzigen Reaktionsteil laufen, verdoppeln, wobei man gleichzeitig den erhaltenen beiden Kräften F eine gewisse Phasenverschiebung gibt, was die Verwirklichung der Erfindung verkompliziert (Fig. 24). Erfindungsgemäß sieht man die Möglichkeit vor, die äußeren Reaktionskräfte zu null werden zu lassen, indem man die Reaktionskegel in radialer Richtung beweglich ausbildet. Diese Beweglichkeit kann man auf dieselbe Weise verwirklichen, wie man die Beweglichkeit der anderen Kegel erhält, d.h. indem man den Reaktionskegel um den Mittelpunkt eines Kreuzgelenkes oder einer elastischen Kupplung gelenkig anbringt, soweit dieser Punkt vorteilhafterweise in der Nähe der imaginären ßpitze'der anderen Kegel liegt. Man erhält dann den Aufbau"gemäß"Figur 6.
    Ein solches Abhängigkeitsgesetz läßt sich sehr nützlich bei Zugmaschinen mit Verbrennungs- oder Elektromotoren anwenden, indem man automatisch das Übersetzungsverhältnis den Bedingungen der Fahrbahn des Fahrzeuges anpaßt. Als weiterer Vorteil sei hervorgehoben, daß ein derartiges Umwandlungsgetriebe es erlaubt, auf Abwärtsstrecken die Motorbremse maximal auszunutzen und das Fahrzeug, wenn es erforderlich ist, bis zum vollständigen Stillstand zu verlangsamen. Die Figuren 1, 7 und 12 stellen eine Anordnung der Übertragungsorgane 1, Aufnahmeorgane 2 und Reaktionsorgane 3 dar, die es erlaubt, das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der Ausgangswelle und der Eingangswelle von null bis eins zu variieren, wobei das letztere dem direkten Gang entspricht. In dieser Anordnung ist der Aufnahmeteil zwischen dem Übertragungsteil und dem Reaktionsteil angeordnet. Anordnungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, werden nachstehend unter Hinweis auf die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 11-19 geschildert. Durch diese Ausführungsbeispiele erhält man weitere Eigenschaften, die teilweise oder insgesamt zum Einsatz gebracht werden können. In den Einrichtungen gemäß Figuren 13 und 14 ist der Reaktionskranz 3 zwischen dem Übertragungskranz 1 und dem Aufnahmekranz 2 angeordnet. Diese Anordnungen weinen die Besonderheit auf, daß sie eine Veränderung des Verhältnisses der Geschwindigkeit der Ausgangswelle zur Eingangswelle von null bis unendlich ermöglichen. Der Umlaufsinn des.Aufnahmekranzes 2
    Übertragungsteil 1 erhält, indem er etwa wie eine Schubstange arbeitet. Das Verhältnis kann sich von null bis unendlich erstrecken. Der Drehsinn an der Ausgangswelle ist indifferent und durch den Anlauf bestimmt. Die Figur 20 zeigt schematisch eine Anordnung des Wechselgetriebes, die sich gut für eine große Übersetzung oder für eine große Vielzahl von Ausgangsgeschwindigkeiten eignet. Eine solche Anordnung ist als regelbares Getriebe sehr nützlich, wobei die Eingangswelle 30 die antreibende Drehbewegung auf die Welle 31 unter Zwischenschaltung des Kreuzgelenkes 32 oder einer entsprechenden elastischen Kupplung überträgt. Die Welle 31 ist in dem Lager 33 geführt und trägt an ihrem äußeren Ende ein exzentrisches Reguliergewicht 34. Während des Umlaufs der Eingangswelle 30 überträgt das Reguliergewicht 34 auf die Achse X-X', die gleichzeitig die Rotationsachse der Welle 31, des Kegels 35 und der rohrförmigen Welle 36 ist, eine konische Rotationsbewegung von der Geschwindigkeit w um das Zentrum X' der Kardangelenke 32 und 37. Der Kegel 35 ist folglich. gezwungen, im Inneren des Reaktionskegels 3 umzulaufen und sich um seine Umwälzachse mit der Ausgangsgeschwindigkeit N abzuwälzen, die er auf die Welle 29 überträgt. Die Geschwindigkeit L.Li wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung offenbar gleich der Geschwindigkeit der Eingangswelle n. Bei einem W = n ergibt die Formel für die Ausgangsgeschwindigkeit N als Funktion von W dasselbe wie' die weiter oben aufgeführte Gleichung
    man durch seinen Wert "n" ersetzt, erhält man oder das Übersetzungsverhältnis ergibt sich zu s
    Rotationsgeschwindigkeiten erfordern, wie z.B. kleine Schleudern, Kompressoren sowie Leistungsbremsen oder hydrodynamische oder aerodynamische Dämpfvorrichtungen. Es versteht sich, daß die Anordnung der in der Figur 20 dargestellten Abwälzkegel nur als nicht einschränkendes Beispiel dargestellt ist und daß andere Anordnungen wie diejenigen, die vorstehend dargestellt wurden, verwendet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der Reaktionsteil 3 kann auf einem Sockel befestigt oder in Verbindung mit einem Gehäuse unter Zwischenschaltung eines Kreuzgelenkes elastisch abgestützt sein, wobei das Kreuzgelenk auf die Kardangelenke 32 und 37 auf dieselbe Weise zentriert ist, wie es in den Figuren 6, 10 und 21 dargestellt ist. Für alle oben dargestellte Anordnungen versteht es sich, daß die Veränderung des Durchmessers des Abrollvorganges, die durch axiale Verschiebung der Kränze erhalten wird, durch die axiale Verschiebung von einem oder von zwei Kränzen erhalten werden kann. Die Abrollflächen können eine gegensinnige Konizität aufweisen oder selbst durch zylinderische Teile ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, obwohl man für den Fall, daß die Abrollwege konisch sind oder eine örtliche konische Berührung aufweisen, den Vorteil hat, die Reibung zu eliminieren, indem man soweit wie möglich die imaginären Spitzen der Kegel zusammenfallen läßt. Es ist augenscheinlich, daß man, wenn man das Prinzip der Erfindung weiter verfolgt, Übersetzungen ins Schnelle oder ins Langsame mit dem festen Übersetzungsverhältnis realisieren kann, sei es mit konischen Abrollwegen, die sich nicht axial verschieben, sei es mit zylindrischen Abrollwegen. Die Figur 23 zeigt eine Anordnung der Erfindung, bei welcher die Kränze parallel bleibend in ein und derselben festen Ebene rollen, was durch die Verwendung von Getriebewellen mit zwei Kreuzgelenken ermöglicht wird. Die Figur 24 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der der äußere Kranz, der in diesem die Erfindung gleichfalls nicht einschränkenden Beispiel der Reaktionsteil 3 ist, nur ausgeglichene Reaktionskräfte erhält und wobei der Übertragungsteil sowie der Aufnahmeteil zweifach auftreten. Jeder Kranz la und 1b des Übertragungsteils und 2a und 2b des Aufnahmeteils ist in bezug auf die Rotation W im Vergleich zum anderen Zahnkranz, der dieselbe Funktion ausübt, um 180o phasenverschoben. In diesem Beispiel eines Umwandlers mit ausgglichenem Reaktionsmoment ist die Verbindung zwischen den beiden Aufnahmekränzen 2a und 2b durch eine "Oldham"-Verbindung 28 oder eine entsprechende Einrichtung sichergestellt, die geeignet ist, ein Drehmoment zwischen zwei radial angeordneten Wellen zu übertragen. Schließlich ist es möglich, die Anzahl der Aufnahmekränze zu vermehren, derart, daß mit einem einzigen Drehmomentumwandler die Eingangsleistung mit gleichen oder verschiedenen Ausgangsgeschwindigkeiten auf zwei oder mehr Aufnahmemaschinen gegeben werden kann. Die Figur 22 stellt das Prinzip dieser Abwandlung der Erfindung für den Fall von zwei Aufnahmeteilen dar, wobei dieselben Bezugsziffern auf dieselben Teile oder Organe wie zuvor hinweisen. Der Aufbau 2' und 12' verdoppelt den Aufbau 2 und 12.

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Drehmoment- und Geschwindigkeitsumwandler mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, gekennzeichnet durch einen Übertragungskranz, der gemeinsam mit der Eingangswelle umläuft, einem Aufnahmekranz, der gemeinsam mit der Ausgangswelle umläuft, einem Reaktionskranz, der die Differenz zwischen den Drehmomenten der Eingangswelle und der Ausgangswelle aufnimmt sowie durch Gelenkeinrichtungen, die zwischen den beiden Wellen angeordnet sind, die eine relative Verschiebung von wenigstens zwei der genannten Kränze erlauben, um zu ermöglichen, daß die drei Kränze paarweise an zwei Stellen unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in Tangentialberührung kommen und sich dabei nach der Geschwindigkeit und/oder dem Drehmoment des Übersetzungsverhältnisses richten. 2.) Drehmoment- und Geschwindigkeitsumwandler mit einer ersten Welle, einem festen Ständer und einer zweiten Welle, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein erstes Organ, welches in formschlüssiger Verbindung mit der ersten Welle durch ein Zwischenstück in Gestalt eines Gelenkes umläuft und mit einer gewissen radialen oder konischen Freiheit versehen ist, die ihm gestattet, eine Bewegung durchzuführen, welche aus einer Drehbewegung, die durch die genannte Gelenkeinrichtung von der ersten Welle übertragen wird und einer Planetenbewegung um die erste Welle zusammengesetzt ist; b) ein zweites Orgän oder Reaktionsglied, welches ein öder mehrere Abroll-Umlaufbahnen aufweist und -formschlüssig mit dem Ständer umläuft; c) ein drittes Organ, welches ein oder mehrere Abroll-Umlaufbahnen aufweist, die formschlüssig mit der zweiten Welle unter Einschaltung einer Gelenkeinrichtung umlaufen und eine gewisse radiale oder konische Freiheit aufweisen und die in einer Bewegung umlaufen, die zusammengesetzt ist aus einer mit der zweiten Welle, durch die zweite Gelenkeinheit gleichlaufenden Bewegung und einer planetenartigen Rotation ihres Zentrums, welche dieselbe Geschwindigkeit als die Planetenrotation des ersten Organs hat und sich abstützt und direkt oder unter Zwischenschaltung des ersten Organs auf dem zweiten Organ abrollt, wobei die Rotationsenergie von einer Welle auf die andere durch die Wirkung der beachtlichen Trägheitsmomente übertragen wird, die durch die Geschwindigkeit des Planetenumlaufes, die dem ersten und dem dritten Organ gemeinsam ist, erzeugt wird und wobei die genannten Trägheitskräfte die erforderliche Berührung der drei Organe an zwei Punkten sicherstellen. 3.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskranz im Stillstand und im Umlauf fest ist. 4.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionskranz im Umlauf fest und im Stillstand beweglich ist. 5.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kränze innere Abwälzflächen aufweisen. 6.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kränze äußere Abwälzflächen aufweisen. 7.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollflächen der Kränze konisch oder leicht konisch sind und daß wenigstens einer der Kränze axial beweglich ist. 8.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollflächen der Kränze zylindrisch sind. 9.) Drehmomentumwandler nach Anspruch l und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollflächen der Kränze krummlinige Mantellinien auf-10.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kranz zwei Abstützflächen von umgekehrter Konizität aufweist, um eine Umkehrung des Drehsinns der Ausgangswelle in bezug auf denjenigen der Eingangswelle zu erlauben. 11.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1, und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung zwischen dem Übertragungskranz und dem Aufnahmekranz und der Eingangs- bzw. Ausgangswelle mittels Kreuzgelenken oder äquivalenten Systemen hergestellt wird. 12.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der Einrichtung genau unbeweglich, und zwar zwischen einem der Kränze und dem Wandlergehäuse mit Hilfe von elastischen regelbaren Organen gehalten wird. 13.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler den Übertragungsteil und den Aufnahmeteil doppelt aufweist, daß der Reaktionsteil nur ausgeglichene Reaktionskräfte erhält, daß jeder Kranz in seiner Umlaufbewegung im Vergleich mit dem anderen Kranz, der dieselbe Funktion ausübt, um 180° phasenverschoben ist und daß die beiden Kränze, die dieselbe Funktion ausüben, unter sich durch eine "Oldham"-Verbindung oder ein anderes entsprechendes Gelenk verbunden sind. 14.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler mehrere Aufnahmekränze aufweist, die verwendet werden, um mehrere Aufnahmemaschinen mit gleichen oder verschiedenen Geschwindigkeiten zu steuern. 15.) Drehmomentumwandler nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umwandler eine Welle aufweist, die von der Eingangswelle unter Zwischenschaltung eines Kreuzgelenkes oder einer äquivalenten elastischen Kupplung angetrieben wird und die an ihrem äußeren Ende, welches innerhalb des Kranzes mit externer konischer Abrolloberfläche gelegen ist, ein exzentrisches Reguliergewicht aufweist, welches während des Umläufens der Eingangswelle eine konische Rotationsbewegung auf die Achse der genannten ersten Welle von dem mit der röhrenförmigen Welle fest verbundenen Kegel überträgt, der mit der Ausgangswelle unter Zwischenschaltung eines Kardans oder eines analogen elastischen Gelenkes.verbunden ist, wobei die genannte konische Rotationsbewegung den genannten Kegel derart vorzieht, daB er am Inneren des Reaktionskegels unter Wirkung der Zentrifugalkraft abrollt.
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