NL1016696C1 - Van der Leeuw transmissies. - Google Patents

Description

2

INLEIDING

Met de huidige stand van de techniek is het nog steeds gebruikelijk de meeste voertuigen, machines en gereedschappen te voorzien van een transmissie-inrichting met beperkte 5 mogelijkheden voor het veranderen van de overbrengingsverhouding. Zo worden bijvoorbeeld auto's meestal voorzien van een versnellingsbak met slechts 5 versnellingen vooruit waarbij bovendien, tijdens het veranderen van versnelling, de motor ontkoppelt dient te worden.

Een hijskraan heeft vaak maar één versnelling omhoog, waardoor belast maar ook onbelast het hijsblok zich altijd even snel (langzaam) verplaatst.

10 Wil men met een boormachine een grote boor gebruiken, dan hoort dit met weinig toeren te gebeuren. Bij de meeste boormachines kan dit wel, alleen kan men dan niet van het volledige vermogen gebruik maken

In al deze situaties is er slechts zelden sprake van een ideale overbrengingsverhouding, wat leidt tot traag werkende systemen maar vooral, verspilling van energie (brandstof).

15

Wat een oplossing kan bieden is een continu variabele transmissie ofwel CVT. Bekende voorbeelden hiervan zijn: De variomatic van van Doorne en de verbeterde versie met zogenoemde duwbanden.

Nadeel van de variomatic is vooral de grote slijtage waaraan de overbrengingsbanden lijden 20 waardoor de kwaliteit van het gewenste effect, continu een ideale overbrengingsverhouding, snel afneemt Bovendien treed er bij snaaroverbrengingen een aanmerkelijk energieverlies op en is het systeem niet te gebruiken voor het overbrengen van relatief grote vermogens.

Bij de versie met duwbanden is het probleem van slijtage grotendeels opgelost. Echter zijn de technieken die nodig zijn voor het toepasbaar maken van deze oplossing dermate complex en 25 kostbaar dat er in de praktijk nog maar nauwelijks gebruik van wordt gemaakt Ook door de afmetingen worden de mogelijkheden beperkt

Bij gebruikmaking van deze uitvinding worden veel van deze problemen opgelost. Het grote verschil met voorgaande oplossingen is het volgende. Onder de tal van mogelijkheden die de 30 van der Leeuw transmissie biedt bevind zich ook de mogelijkheid van een CVT waarbij de transmissie plaats vind via vaste overbrengingen zoals tandwielen. Hierdoor worden de problemen van slijtage en energieverlies beduidend geringer en kunnen toepassingen voor grote vermogens en transmissiesystemen van kleine afmetingen beduidend makkelijker en goedkoper worden gerealiseerd.

1016696 3

Het is zelfs mogelijk bij bijvoorbeeld een hijsinrichting, de transmissie richting omhoog en omlaag om te keren, zonder ontkoppelen van de motor. Uiteindelijk zal elke gewenste karakteristiek van een continu optimale overbrengingsverhouding gerealiseerd kunnen worden.

5 10 15 20 25 30 1016696 4

F1GUURBESCHRIJVING

Figuur 1 toont hoe een tandwiel en een differentieel worden weergegeven.

Respectievelijk een vooraanzicht, een zijaanzicht en een bovenaanzicht van een tandwiel.

5 Daarna, respectievelijk een vooraanzicht, zijaanzicht en een bovenzicht van een differentieel met vertanding op het huis en de uitgaande assen 101 en 102.

Als laatste een dwarsdoorsnede van een conventioneel differentieel.

Figuur 2 toont de “basisbouwsteen” B van de van der Leeuw transmissie Twee differentiëlen, 10 via hun uitgaande assen, met elkaar gekoppeld door twee vaste overbrengingen.

Differentieel 1 is gekoppeld aan differentieel 2 aan één kant door de tandwielen 3 en 4, aan de andere kant door de tandwielen 5 en 6.

De tandwielen 3 en 4 vormen in dit geval een versnelling van differentieel 1 naar differentieel 2, de tandwielen 5 en 6 een vertraging.

15 Versnelling en vertraging worden in de beschrijving ook wel respectievelijk “grote” en “kleine” overbrenging genoemd

Verder is in de figuur getoond waar een aandrijvende motor M geplaatst kan worden.

Figuur 3 toont dezelfde bouwsteen als figuur 2, alleen met andere 20 overbrengingsverhoudingen. De versnelling T3-T4 en de vertraging T5-T6 zijn in dit geval beide groter door geschikte aanpassing van de tandwielen

Figuur 4, idem als figuur 3 alleen met een kleinere versnelling T3-T4 en een kleinere vertraging T5-T6.

23

Figuur 5, respectievelijk zijaanzicht en bovenaanzicht van een aangepaste bouwsteen BI met aan één kant een even en aan de andere kant een oneven aantal tandwielen met als belangrijkste kenmerk de tegengestelde richting van beide overbrengingen Dit wil zeggen; door toevoegen van tandwiel 7 hebben tandwiel 5 en 6 dezelfde draairichting 30 in tegenstelling tot tandwiel 3 en 4 die ten opzichte van elkaar tegengesteld draaien.

Figuur 6 toont een aaneenschakeling van bouwstenen B en BI met als belangrijkste kenmerken 3 parallel opgestelde bouwstenen BI als in figuur 3, die elk de bewegingsrichting 1016696 5 kunnen omkeren en steeds in serie daarmee een bouwsteen B voor een optimale overbrengingsverhouding.

Het geheel wordt vooraf gegaan, onder aan de figuur, door een bouwsteen B als koppeling tussen deze transmissie-inrichting en de krachtbron M 5 De bouwstenen worden onderling met elkaar verbonden door tandwielen. Bij de tandwielkoppeling zijn de drie tandwielen vast verbonden met één as.

Figuur 7 toont een bouwsteen B met daaraan gekoppeld een centrifugaalkoppeling 10. Het huis van deze centrifugaalkoppeling is vast verbonden aan het huis van het geheel. Hierdoor 10 ontstaat een inrichting die zorgt voor een toerental begrenzing van betreffende vaste overbrenging T5-T6.

Aan de andere vaste overbrenging T3-T4 is gekoppeld tandwiel 8 met blokkeemok 9, een inrichting die ervoor zorgt dat betreffende overbrenging slechts in één richting kan draaien.

15 Figuur 8 toont een bouwsteen B waarbij de vaste overbrengingen T5-T6 en T3-T4 met elkaar in verbinding staan door een derde vaste overbrenging 12 en een centrifugaalkoppeling 11 met vertanding op het huis.

Figuur 9 toont een bouwsteen B met dezelfde nummering 1 tot en met 6, respectievelijk 20 vooraanzicht, zijaanzicht en bovenaanzicht, waarbij de vaste overbrengingen T3-T4 en T5-T6 met elkaar in verbinding staan via een derde differentieel 13 en de tandwielen 14 en 15.

De beide tandwielen 8 en 9 grijpen de grote tandwielen aan van de twee vaste overbrengingen, dat wil dus zeggen, 14 grijpt aan op 3 en 15 grijpt aan op 6.

25 30 101669® 6

BESCHRIJVING

De uitvinding beoogt een optimale transmissie van kinetische energie (met name in de vorm van roterende delen), niet alleen ten behoeve van het praktisch nut, maar ook van energetisch 5 rendement, slijtvastheid en productiemogelijkheden (productiekosten).

Een en ander wordt gerealiseerd door gebruikmaking van vaste overbrengingen en differentiëlen, bijvoorbeeld conventionele tandwiel differentiëlen zoals er één in dwarsdoorsnede getekend is in figuur 1.

10 Kenmerk van een dergelijk differentieel is dat een ingaande beweging, hetzij via het huis of via één der assen 101 of 102, verdeeld wordt over twee uitgaande bewegingen, hetzij via twee assen 101 en 102 of via één as 101 of 102 en het huis van het differentieel.

Hierbij geldt dat de ingaande beweging in absolute zin gelijk is aan de som der uitgaande bewegingen, waarbij beweging gedefinieerd moet worden als omwenlelingssnelheid 15 vermenigvuldigd met het koppel. Dit wil zeggen dat het mogelijk is dat de richting van één of beide uitgaande bewegingen tegengesteld is aan de richting van de ingaande beweging en dat er dus geen energie verloren gaat, als we de wrijving tussen tandwielen en in lagers builen beschouwing laten.

Ook is het mogelijk het differentieel te gebruiken om twee ingaande bewegingen samen te 20 voegen tol één uitgaande beweging. Ook hier geldt dal de som der mgaandc bewegingen gelijk is aan de uitgaande beweging m absolute zin.

In beginsel kan elk type differentieel hiervoor worden gebruikt

Met een vaste overbrenging wordt bedoeld een conventionele overbrenging zoals een 25 tandwieloverbrenging, kettingoverbrenging, V-snaaroverbrenging of al wat dies meer zij.

Uit praktische overwegingen worden alle figuren getekend met een tandwieloverbrenging en zal verder alleen gesproken worden over tandwieloverbrengingen waar dus tevens alle andere vormen van vaste overbrengingen bedoeld worden 50 Door nu ten minste twee differentiëlen., mei elkaar Ie koppelen via hun uitgaande assen, met behulp van vaste overbrengingen, zie figuur 2. ontstaat over het geheel een "losse” overbrenging cup eert variabele overbrenging doordat de bewegingsenergie gelijktijdig via twee wegen, mei verschillende ovcrbrengingsvcrhoi tdingen, getransporteerd kan worden 1016696 7

Voorbeeld 1: (zie figuur 2) Differentieel 1 (Dl) wordt aangedreven met een constant toerental ωΐ . Wanneer tandwiel 3 en 4 (T3 en T4) niet meedraaien (wat door externe toevoegingen zoals remmiddelen tot stand kan worden gebracht), co3 = co4 = 0, verloopt de transmissie volledig via T5en T6. De overbrengingsverhouding (Nt) is in dat geval een vertraging, N5-6 = 5 rT5/rT6, waardoor het eindresultaat (ω2), dat wordt geleverd bij differentieel 2 (D2), gelijk is aan ωΐ x "N5-6. Ofwel: ω2 = ωΐ x N56, in dit geval een vertraging.

Wanneer T5 en T6 niet meedraaien gaat de volledige transmissie via T3 en T4.

Hier geldt: ω2 = ωΐ x N3-4, in dit geval een versnelling.

Wanneer de toerentallen van T3 en T5 variëren, N.B. ω3 + co5 = 2ω1, varieert het toerental 10 van de uitgaande beweging mee. Voor de overbrengingsverhouding van het geheel geldt:

Nt = ω3 x N3-4 + 0)5 x N5-6.

Belangrijk kenmerk van deze overbrenging is: Bij invoer van een beweging met constant toerental kan het toerental van de uitvoer oneindig variëren, volgens de volgende regels.

(ΰ2 = ω2 x Nt = ωΐ (ω3 x N3-4 + ω5 x N5-6) = ωΐ (ω3 (rT3/rT4) + ω5 (rT5/rT6)) 15 εηω3+ω5=2ω1

Analoog aan deze regels voor het toerental gelden regels voor het koppel, dat omgekeerd evenredig is met het toerental.

Voorbeeld 2: (zie figuur 2) De in en uitgaande bewegingen worden dit maal niet de bij de 20 differentiëlen gekozen maar bij 2 tandwielen. De aandrijving geschiedt bij T3 en het eindresultaat vinden we bij T6. Als Dl stil staat krijgen we dezelfde vertraging als in vorig voorbeeld, via T5 en T6, bij stilstand van D2 dezelfde versnelling via T3 en T4. Verder zijn alle varianten in toerentallen ook hier weer mogelijk 25 Toch is er een belangrijk verschil tussen voorbeeld 1 en voorbeeld 2. In voorbeeld 2 treden er zonder externe toevoegingen, zoals bijvoorbeeld het affemmen van één der differentiëlen, geen extra krachten/koppeis op.

In voorbeeld 1 gebeurt dit wel. Bij een belasting van de uitgang (D2), ontstaat hier, ook zonder externe toevoegingen, een koppel dat in maximale grootte afhankelijk is van het 30 verschil tussen de overbrengingsverhoudingen van T3-T4 en T5-T6

Zie figuur 3 Tandwiel 3 en 6 zijn beide groter, tandwiel 4 en 5 zijn beide kleiner in vergelijking met figuur 2. Het verschil in overbrengingsverhoudingen van T3-T4 en T5-T6 is hier groter dan in figuur 2. Onbelast zullen de tandwielen in het differentieel en dus de 1016696 8 uitgaande assen 101 en 102 in dezelfde richting draaien. Wanneer de uitgang wel belast wordt ontstaat er een verschil in koppel op de beide assen c.q. tandwielen in het differentieel.

Wanneer dit verschil groot genoeg is, keert de bewegingsrichting van één van de tandwielen in het differentieel om. Het verschil in koppel is afhankelijk van de belasting en van het 5 verschil tussen de overbrengingsverhoudingen T3-T4 en T5-T6 Bij een groter verschil tussen de overbrengingsverhoudingen zoals in figuur 3 ontstaat er dus ook een groter verschil in koppel van de tandwielen in het differentieel en draait de bewegingsrichting van het tandwiel met het kleinste koppel eerder om.

Het maximum koppel dat B kan overbrengen, ontstaat bij uitgang D2 en is kleiner dan in 10 figuur 2.

Zie figuur 4. Het verschil in overbrengingsverhoudingen T3-4 en T5-T6 is hier kleiner dan in figuur 2. Het maximum koppel dat ontstaat bij uitgang D2 is hierdoor groter dan in figuur 2. Door gebruikmaking van deze eigenschap kan het spectrum van toepassingen worden 1 5 uitgebreid. Te denken valt bijvoorbeeld aan een koppeling met een maximum belasting of bij omkering van het systeem aan vertragingsmechanisme c.q. een rem.

Noot bij de figuren 2, 3 en 4. Bij de twee vaste overbrengingen zijn steeds twee tandwielsets gebruikt met dezelfde grootte tandwielen maar in omgekeerde volgorde. Dit is gedaan om een 20 zo duidelijk mogelijk beeld te schetsen. Het is dus niet noodzakelijk voor de werking van het systeem. Met ander woorden, men kan de overbrengingsverhoudingen van de vaste overbrengingen naar believen kiezen.

Door omkering van de draairichting van één der vaste overbrengingen, zoals bijvoorbeeld in 25 figuur 5 door toevoeging van een tandwiel 7, ontstaat een transmissiesysteem BI waarbij met constant toerental van de aandrijving de draairichting van de uitgang probleemloos kan worden omgekeerd door afwisselend één van beide vaste overbrengingen af te remmen c.q. te blokkeren.

De overbrengingsverhoudingen kunnen naar believen worden gekozen 30 hventueel kan dit systeem worden voorafgegaan door eerder beschreven koppeling met maximum overdraagbaar koppel waardoor te abrupte bewegingsomkeringen, waarbij bijvoorbeeld een grote massatraagheid in het spel is, kunnen worden opgevangen Verder kan dit systeem worden opgevolgd door een transmissiesysteem B , waarbij de toerenlallen van beide vaste overbrengingen Τ3-Ύ4 en T5-T6 zo beïnvloed worden, dat er 101 6696 9 continu een optimale verhouding ontstaat tussen geleverd vermogen aan de ingang en geleverd toerental bij de uitgang.

Wanneer we een aantal van deze systemen parallel schakelen ontstaat over het geheel een transmissiesysteem waarbij verschillende functies, naar keuze voor of achteruit, met behulp 5 van één motor, continu optimaal gebruik makend van het geleverde vermogen, gelijktijdig bediend kunnen worden langs volledig mechanische weg. Zie figuur 6.

Voor het sturen van de toerentallen van de verschillende vaste overbrengingen T3-T4 en T5-T6, om zodoende over het geheel een variabele overbrenging te krijgen, kunnen tal van wegen 10 bewandeld worden, zoals het affemmen van één der vaste overbrengingen met een centrifugaalkoppeling tot en met het toevoegen van een computer gestuurde stuurmotor. Voorbeeld 3 : Zie figuur 7. Bij het transmissiesysteem B zijn hier twee zaken toegevoegd om één en ander naar wens te laten werken. Ten eerste: mocht het gevraagde koppel bij de uitgang het door het systeem geleverde maximum koppel overstijgen, dan kan door beperking 15 van de draairichting, bijvoorbeeld gerealiseerd door tandwiel 8 en blokkeemok 9, van de vaste overbrenging met de grootste overbrengingsverhouding T3-T4, ervoor worden gezorgd dat de uitgang niet stil kan staan en ten minste met het toerental volgend uit de “kleinste" overbrenging gaat draaien.

Verder is toegevoegd een centrifugaalkoppeling 10, gekoppeld aan het huis van het geheel.

20 Zodoende ontstaat eigenlijk een toerentalbegrenzer. Wanneer het toerental waarop de centrifugaal koppeling 10 gaat werken zo gekozen wordt dat de motor in ieder geval voldoende vermogen kan ontwikkelen maar nog onder het maximum vermogen zit (nb. P is rechtevenredig met ω), ontstaat er een gebiedje in het vermogensbereik van de motor, waar behalve de “kleine” ook de “grote” overbrenging begint mee te draaien. Mocht het zo zijn dat 25 het gebiedje waarin de totale overbrengingsverhouding varieert te klein is dan kan dit worden opgevangen door dit systeem meerdere malen in serie met elkaar te koppelen.

Voorbeeld 4: Zie figuur 8. Hier gebeurd grotendeels hetzelfde als in voorbeeld 3, alleen wordt door de centrifugaalkoppeling met vertanding op het huis 11, via de vaste overbrenging 12, te koppelen aan de “grote” overbrenging, de energie die nodig is om de ’’kleine” overbrenging af 30 te remmen gebruikt bij het aandrijven van de “grote” overbrenging

Voorbeeld 5: Zie figuur 9. De “kleine” overbrenging T5-T6 en de “grote" overbrenging T3-T4 zijn met elkaar in verbinding gebracht via een derde differentieel 13 Via dit differentieel is beïnvloeding van de toerentallen van de beide vaste overbrengingen direct mogelijk. Draait i>l> in de ene lichting met een bepaald aantal loeren dan staat bijvoorbeeld de "grote' 6696 10 overbrenging stil, vieze versa in de andere richting, dan staat de '"kleine” overbrenging stil Alle toerentallen hier tussenin maar eventueel ook daarbuiten zijn mogelijk. Dl3 wil zonder toevoeging zo draaien dat de "grote” overbrenging stil staat.(eventueel weer met een draairichting beperking van deze “grote” overbrenging). Door opnieuw een 5 centrifugaalkoppeling te plaatsen maar nu bijvoorbeeld op de aandrijving (Dl), deze te laten sluiten vlak voor het ideale toerental van de aandrijfmotor bereikt wordt en deze zo te verbinden met Dl 3 dat bij een “gesloten” koppeling de “grote” overbrenging volop meedraait, ontstaat een transmissie die continu variabel is en bij het ideale toerental van de aandrijfmotor zelf de ideale overbrengingsverhouding kiest voor een uitgang met zo veel 10 mogelijk toeren met optimaal koppel.

Bij verdere uitbreiding kan men denken aan een mechanisme dat de centrifugaalkoppeling eerder doet sluiten, als niet het maximum vermogen gevraagd wordt of het toerental van Dl 3 beïnvloeden met een extra motor. Deze “stuurmotor” kan naar wens bediend worden bijvoorbeeld met 'behulp van een computer, waar alle gewenste variabelen kunnen worden 15 ingevoerd en zodanig verwerkt dat elke gewenste karakteristiek wat betreft de uiteindelijke overbrengingsverhouding kan worden gerealiseerd.

De transmissie-inrichting kan in verschillende verschijningsvormen worden ingebouwd in bijvoorbeeld voertuigen, hijswerktuigen of gereedschappen. Zij wordt dan ingebouwd tussen 20 aandrijvende motor en aan te drijven deel

In beginsel kan zij ook voor elke over te dragen beweging worden gebruikt mits deze beweging ccn roterende beweging dan wel een in een roterende beweging om te zetten beweging betreft en afmetingen, krachten en koppels dit toelaten.

25 30 101 6696

Claims (9)

1 Transmissie-inrichting, voorzien van ten minste een eerste differentieel en een tweede differentieel elk voorzien van een van een eerste as en een tweede as, 5 waarbij de eerste assen onderling zijn gekoppeld door een eerste overbrenging en de tweede assen door een tweede overbrenging

2 Transmissie-inrichting volgens conclusie 1, waarbij de eerste en de tweede overbrenging vaste overbrengingen zijn.

3 Transmissie-inrichting volgens conclusie 2, waarbij de eerste en/of de tweede 10 overbrenging een tandwieloverbrenging is.

4 Transmissie-inrichting volgens conclusie 3, waarbij de of elke tandwieloverbrenging een even aantal tandwielen omvat.

5 Transmissie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de eerste en de tweede overbrenging een tandwieloverbrenging is, waarbij de eerste en de 15 tweede overbrenging beide een even of beide een oneven aantal tandwielen omvat, bij voorkeur en gelijk aantal tandwielen.

6 Transmissie-inrichting volgens één der conclusies 1 -5, waarbij de eerste en de tweede overbrenging een tandwieloverbrenging is en waarbij de eerste en de tweede tandwieloverbrenging respectievelijk een even aantal en een oneven aantal 20 tandwielen omvatten.

7 Transmissie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij tenminste één en bij voorkeur elk der differentiëlen een huis omvat, roteerbaar ten opzichte van de eerste en de tweede as, welk huis is voorzien aan de buitenzijde, van aangrijpmiddelen voor een ingaande as respectievelijk een uitgaande as.

25. Transmissie-inrichting volgens conclusie 7, waarbij de aangrijpmiddelen een vertanding omvatten.

9 Transmissie-inrichting volgens één der conclusies 1 -8, waarbij de eerste overbrenging de ingaande zijde van de transmissie-inrichting vormt en de tweede overbrenging de uitgaande zijde 30 10 Transmissie-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de overbrengingsverhouding van de eerste en de tweede overbrenging aan elkaar gelijk maar tegengesteld zijn. 101 6696