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Umlaufrädergetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung
betrifft einen Geschwindigkeitsregler zur Drehzahlwandlung in einem gewissen Bereich
von der Antriebswelle zur getriebenen Welle, besonders für Kraftfahrzeuge an Stelle
der bekannten entsprechenden Getriebe und Kupplungen.
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Bei Kraftfahrzeugen sowie vielen anderen Maschinen werden Geschwindigkeit
und Kraft und Drehmoment der Antriebswelle mittels eines Getriebes oder eines hydraulischen
Systems geregelt, das die Antriebswelle mit der getriebenen Welle kinematisch koppelt.
Mechanische Getriebe sind bekannt. Sie gestatten aber nur eine begrenzte Wandlung
des Verhältnisses zwischen Kraft und Geschwindigkeit mit Hilfe dreier oder von vier
Stufenübersetzungen.
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Das hydraulische System hat diesen Nachteil zwar überwunden. Es erfordert
aber die Kombination einer Vielzahl komplizierter Mittel, so daß es sich in der
Praxis zu teuer stellt, und überdies, soll es betriebsfähig gehalten werden, geschulte
Bedienungskräfte.
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Zum Stand der Technik gehört auch ein Umlaufrädergetriebe, bei dem
ein Teil des Getriebes durch eine Flüssigkeitspumpe mit veränderlichem Durchflußquerschnitt
abbremsbar ist.
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Neu ist demgegenüber die Kombination von drei Ventilen, wovon nur
zwei nach Belieben bedient
werden, während das dritte durch einen
Geschwindigkeitsregler, dessen Drehachse mit der Getriebewelle gekuppelt ist, bedient
wird.
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Unter Vermeidung der vorerwähnten Nachteile vereinigt die Erfindung
die Vorteile beider Systeme, d.h. der erfindungsgemäße Geschwindigkeitsregler ist
konstruktiv so einfach wie ein mechanisches Getriebe, und er ermöglicht gleichzeitig
innerhalb eines bestimmten Bereiches jedes gewünschte Verhältnis zwischen Kraft
und Geschwindigkeit, so wie das bislang nur mit einem hydraulischen System möglich
war.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einem solchen Getriebe die Pumpe
in eine Ventilkammer mit drei Ventilen mit Drosselklappen fördert, die in einen
flüssigkeitsgefüllten Behälter münden, wobei die eine Drosselklappe willkürlich
zusammen mit dem Gashebel und die zweite zusammen mit dem Bremshebel verstellbar
ist, während die dritte Drosselklappe in Abhängigkeit von einem Fliehkraftregler
verstellbar ist, der durch die getriebene Welle antreibbar ist. Der regelbare Geschwindigkeitsmechanismus
besteht also aus einer Antriebswelle, die an die Motorwelle angeschlossen ist. Die
Antriebswelle trägt am anderen Ende mindestens ein Zahnrad, dessen Drehachse senkrecht
zur Achse der Triebwelle steht.
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Das Zahnrad kämmt gleichzeitig mit einem ersten, z.B. Kegelrad, und
einem zweiten, die parallel zueinander angeordnet sind, koaxiale Drehachsen besitzen
und von denen das erste unter dem Einfluß einer Bremse steht, während das zweite
mit der getriebenen Welle gekuppelt ist.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, einen Geschwindigkeitsregler
zu schaffen, der innerhalb gewisser Grenzen eine beliebige Drehzahlwandlung gestattet,
ohne die Kombination einer großen Anzahl von Elementen zu erfordern.
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Ein weiteres Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes ist seine Fähigkeit,
mittels eines Getriebes von Zahnrädern eine Drehzahl in eine beliebige andere zu
transformieren. Von Vorteil ist, daß der Erfindungsgegenstand billig ohne Spezialmaschinen
hergestellt werden kann.
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Beschreibung und Zeichnung erläutern diese und weitere Merkmale der
Erfindung im einzelnen. Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele.
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Fig.I zeigt den Erfindungsgegenstand schematisch im Aufriß, teilweise
geschnitten; Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht die strukturelle Verbindung zwischen
der hydraulischen Bremse und dem Zahnradgetriebe; Fig.3 ist eine Detailansicht nach
Fig.I und zeigt die Ventileinrichtung der hydraulischen Bremse in einer anderen
Stellung; Fig.4 veranschaulicht eine andere Zahntriebausführung; Fig.5, eine Draufsicht,
zeigt die Verbindung zwischen Regler und getriebener Welle.
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Wie aus Fig.I ersichtlich ist, bildet das eine Ende der Antriebswelle
I, die mittels einer nicht gezeichneten Kupplung an die Zapfstelle einer nicht gezeichneten
Kraftmaschine angeschlossen werden kann, ein T-Stück 2 mit freien Enden 3 und 4,
auf denen frei drehbar Kegelräder 5 und 6 lagern.
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Ein erstes Triebrad 7 ist auf einer Nabe 8 befestigt, die außerdem
ein Schneckenrad 9 trägt. Die Nabe 8 ist frei drehbar auf der Welle I gelagert.
Das erste Triebrad 7 kämmt mit den Rädern und 6.
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Ein zweites Triebrad Io, im Abstand parallel zu dem ersten 7 angeordnet,
besitzt gleichen Durchmesser und gleiche Zähnezahl und kämmt ebenfalls mit den Rädern
5 und 6. Dieses Rad In sitzt fest auf dem einen Ende der getriebenen Welle II.
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Gemäß Fig.2 greift das Schneckenrad 9 in die Schnecke I2 ein, welche
auf einer Welle I3 sitzt. Diese ragt in eine Flüssigkeitsbremse I4 und trägt ein
Zahnrad I5 einer Zahnradpumpe I6. Diese weist ein mit dem Rad I5 kämmendes weiteres
Zahnrad I7 auf. Der Pumpe ist ein Einlaß I8 und ein Auslaß I9 zugeordnet. Die Pumpe
I6 ist in einem Tank 2o, umgeben von einer Flüssigkeit 2I, angeordnet. Der Auslaß
I9 mündet in eine Ventilkammer 22 mit Ventilen 23, 24 und 25. Das Ventil 23 besitzt
ein Abschlußglied 26, das über ein Gestänge 27 mit dem abgefederten Gashebel 28
in Verbindung steht. Die Feder 29 hält das Abschlußglied 26 des Ventils 23 für gewöhnlich
offen.
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Das Ventil 24 besitzt ein Abschlußglied 3o, da über ein Gestänge 3I
mit der abgefederten Bremse 32 verbunden ist. Die zugehörige Feder 33 (Fig.3) schließt
den Deckel 30 für gewöhnlich, also das Ventil 24.
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Das Ventil 25 endlich besitzt ein Abschlußglied 34. Dasselbe ist über
ein Gestänge 35 mit einem Regler 36 verbunden, der (Fig.I), in Ruhe befindlich,
das Ventil 25 offen hält. An ihrem oberen freien Ende ist die Welle 37 des Reglers
36 mit einem schräg verzahnten Stirnrad 38 versehen, das mit einem Gegenrad 39 auf
der getriebenen Welle II kämmt.
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In Fig.I ist zum besseren Verständnis die konstruktive Verbindung
zwischen dem Schneckenrad g und der Welle 13 lediglich durch eine strichpunktierte
Linie 40 angedeutet.
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Obwohl der Erfindungsgegenstand im Zusammenhang mit einem Automobilmotor
erläutert wird. soll damit seine Anwendung nicht begrenzt sein.
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Die durch die Antriebswelle i hervorgerufene Bewegungsübertragung-
durch den Mechanismus nach der getriebenen Welle i i hat eine obere und untere Grenze.
Die obere Grenze setzt gleiche Drehzahl für die Antriebswelle i und die Abtriebswelle
i i voraus, wobei die Räder 7 und io gleichen Durchmesser und gleiche Zähnezahl
besitzen.
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Bei der unteren Grenze wird die Drehzahl der treibenden Welle i nicht
in Gänze auf die getriebene Welle i i übertragen. Mit Hilfe der hydraulischen Bremse
14 kann, wie später erläutert wird, innerhalb der gegebenen Grenzen jede Drehzahl
von der Welle i nach der Welle i i übertragen «-erden. Wenn die Räder 7 und io durch
ein Räderpaar ersetzt werden, das eine ungleiche Zähnezahl besitzt,
dann
ist es sogar möglich,der getriebenen Welle II eine Drehzahl mitzuteilen,die größer
ist als die der treibenden Welle I.
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Beim Ausführungsbeispiel wird die obere Grenze erzielt, indem das
Rad 7 festgehalten wird. Wenn das Rad 7 nämlich nicht rotieren kann, so erzeugt
die der Welle I aufgezwungene Drehbewegung über die mit ihr einstückige Wellenachse
2 eine Drehung der Räder 5 und 6, die ihrerseits ihre Bewegungen auf das Rad Io
und die getriebene Welle II übertragen, wodurch die gewünschte obere Drehzahlgrenze
erreicht wird.
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Will man andererseits die untere Grenze erreichen, so überträgt die
Antriebswelle I ihre Bewegung nicht auf die Abtriebswelle II. Das Rad 7 wird dann
gelöst und kann sich mit seiner Nabe 8 frei auf der Welle I drehen. Da die getriebene
Welle II zufolge ihrer Kupplung mit anderen zu treibenden Maschinenteilen einen
höheren statischen Widerstand als dasRad7 zeigt,vorausgesetzt,daß die Bremse I4
außer Funktion ist in bezug auf die Welle I, so übertragen die Räder 5 und 6 ihre
Bewegung auf das Rad 7, während das zweite Rad Io in ähnlicher Weise wie das erste,7,arbeiten
würde, wenn die obere Grenze gewünscht wäre.
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Durch Veränderung der Einwirkung der hydraulischen Bremse I4 auf die
Drehbewegung des Rades 7, derart, daß es sich nicht völlig frei zu drehen vermag,
kann innerhalb der gesetzten Grenzen zwischen den Wellen I und II jede gewünschte
Drehzahl übertragen werden.
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Eine Einrichtung nach Fig.4 ist erforderlich, wenn es gewünscht wird,
eine höhere Drehzahl abzunehmen,als sie die Welle I besitzt.Die Antriebswelle IoI
ist mit einem T-Stück Io2 versehen, das an seinen freien Enden 103 und 104 Wellen
1o5 und i o6 trägt.
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Frei drehbar auf der Welle IoI ist eine Nabe 1o8 vorgesehen. Sie ist
mit einem Zahnrad 107 und einem Schneckenrad Io9 ausgerüstet, das mit einer Schnecke
9 und einer entsprechenden hydraulischen Bremse I4, wie bereits beschrieben, in
Verbindung steht. Eine getriebene Welle III trägt an ihrem einen Ende ein zweites
Zahnrad IIo, das kleiner ist und weniger Zähne besitzt als das Rad 107. Die Wellen
105 und roh ihrerseits tragen an ihren Enden Zahnräder I5o und I5I bzw. I52
und I53, die mit den Rädern 107 bzw. IIo kämmen (I5o und I52 mit I07; I5I und I53
mit IIo). Im Hinblick darauf, daß das erste Rad Io7 einen größeren Durchmesser und
somit mehr Zähne hat als das zweite Rad IIo, ist die von der Antriebswelle IoI übertragene
Drehzahl über die Achse I02 und die Wellen I05 und Io6 bei der Welle III vergrößert,
weil die Räder I5o und I52 ihre Bewegung auf die Räder I5I und I53 übertragen, die
einen größeren Durchmesser als die Räder I5o und I52 besitzen.
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Wenn der Geschwindigkeitsregler mit einer in Verbindung mit Fig.I
beschriebenen Flüssigkeitsbremse ausgerüstet wird, die einen Teil eines Kraftwagens
bildet, dann ist die Funktion folgende: Wenn Motor und Wagen, bewirkt durch die
Bremse (Pfeil 4I in Fig.I), stillstehen, dann ist das Abschlußglied 3o des Ventils
24 offen; ebenso sind die Abschlußglieder 26 und 34 der Ventile 23 und 25 offen,
wenn der Vergaserhebel (Beschleuniger) 28 und der Regler 36, der mit der getriebenen
Welle II verbunden ist, in Ruhestellung sind, solange die getriebene Welle sich
nicht dreht. Nach dem Start befindet sich die Welle i in Drehung. Durch die Räder
5 und 6 wird die Bewegung auf das erste Rad 7 übertragen, das sich frei um die Welle
i dreht und über das Schneckenrad 9 mit der Schnecke I2 verbunden ist, die über
die Welle I3 die Räder I5 und I7 betätigt, welche durch den Einlaß I8 Flüssigkeit
2I ansaugen und durch den Auslaß I9 nach den Ventilen 23, 24 und 25 und zurück in
den Tank 20 fördern. Im Hinblick darauf, daß die Flüssigkeitsbremse ohne beachtlichen
Widerstand arbeitet, weil die drei Ventile offen sind, wird die gesamte Bewegung
oder von der Welle i anfallende Kraft (Drehmoment) von dem ersten Rad 7 aufgenommen,
so daß auf das Rad 1o keine Bewegung übertragen wird und somit auch nicht auf die
getriebene Welle i i.
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Nach Loslassen der Bremse 32 schließt die Feder 33 über das Hebelgestänge
31 mittels des Deckels 3o das Ventil 24, so daß das hydraulische Bremssystem bereits
unter einer gewissen Last zu arbeiten beginnt, weil das durch die Räder 15 und 17
aufgenommene Flüssigkeitsvolumen lediglich durch die Ventile 23 und 25 weitergefördert
werden muß. In Anbetracht des durch den Abschluß des Ventils 24 erzeugten Widerstandes
dreht sich das erste Zahnrad 7 mit einer gewissen Belastung, weshalb ein Teil der
von der Welle i abgegebenen Bewegung und Kraft auf die getriebene Welle i i übertragen
wird. In der Praxis dagegen hängt das davon ab, ob der auf die Räder 15 und 17 ausgeübte
Widerstand (durch Ventilabschluß 24) größer oder geringer als der statische Widerstand
ist, der an der getriebenen Welle i i besteht. Das gibt den Ausschlag dafür, ob
die getriebene Welle bereits in Umdrehung versetzt wird oder nicht. Die Frage kann
je nach Wunsch entschieden werden; ratsam ist aber, dem Ventil 24 ehre so geringe
Abmessung zu geben, daß sich die getriebene Welle beim Lösen der Bremse noch nicht
ohne weiteres in Bewegung setzt und damit bei unbeabsichtigtem Lösen das Fahrzeug.
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Bei Betätigung des Beschleunigers 28 (Pfeil 42 in Fig. 3) wird das
Abschlußglied 26 in Funktion der Verschiebung des Beschleunigers 28 teilweise geschlossen
und dabei die Bremswirkung auf das erste Rad 7 gesteigert, so daß ein Teil der Bewegung
der Antriebswelle i auf die getriebene Welle i i übertragen wird. Gleichzeitig betätigt
die getriebene Welle i i den Regler 36 (Räder 39 und 38), so daß das Abschlußglied
34 mit seiner Absperrwirkung auf das Ventil 25 beginnt.
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Dem Fachmann ist daraus ersichtlich, daß sich das Fahrzeug auf diese
Weise sanft und stetig schneller in Bewegung setzen wird.
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Wenn auch der Fahrer plötzlich Vollgas geben würde, so wird sich doch
das Fahrzeug nicht ebenso plötzlich auf seine Höchstgeschwindigkeit steigern,
weil
das Ventil 25 offen gehalten ist,da es reglergesteuert ist und der Regler 36 von
der getriebenen Welle II abhängig ist. Die Maximalgeschwindigkeit wird erst dann
erreicht, wenn der Regler 36 das Ventil 25 geschlossen hat. Der Regler muß also
so konstruiert sein, daß er das Ventil 25 nur schließt, wenn der Motor die Höchstgeschwindigkeit
auf normale Weise erreicht hat.
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Wenn der Wagen mit gewisser Geschwindigkeit läuft,nach Freigeben des
Beschleunigers auf seine äußerste Stellung und dabei Öffnen des Ventils 23, wird
der Wagen nur langsam an Geschwindigkeit verlieren, weil das Ventil 24, das der
Bremse zugeordnet ist,noch geschlossen ist und das Ventil 25, das dem Regler zugehört,
durch die Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert wird.
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Bei Anwendung der Bremse 32 dagegen und Schließen des Ventils 24,im
Notfall z. B., wird der Wagen sofort abgestoppt werden, und doch wird durch den
Regler 36 vermieden, daß die Bremsung zu stark ist und die kinetische Energie den
Fahrer unerwünscht verlagert.
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Das Zahnradpumpengehäuse I6 braucht nicht unbedingt im Tank 2o angeordnet
sein, wenn gewünscht wird, den Raumbedarf für die Flüssigkeitsbremse zu verringern.
Der Einlaß für die Pumpe I6 und die Ventile 23 bis 25 können dann an einen kleineren
Tank angeschlossen werden.
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Je nach Erfordernis können die Ventile bei anderer Verwendung des
Erfindungsgegenstandes der Zahl nach vermehrt oder verringert werden.