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Flüssigkeits-Drehzahlwandler für Kraftmaschinen, insbesondere für
Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf einen stufenlosen, innerhalb der gegebenen
Grenzen sich selbsttätig einstellenden Drehzahlwandler für Kriaftmaschinen, insbesondere
für Kraftfahrzeuge. Drehzahlwandler dieser Gattung sind an sich bekannt. Sie bestehen
aus einer zwischen der An- und AbtrIebswelle geschalteten Freilauf- bzw. Flüssigkeitskupplung,
Bauart Föttinger, oder einer ähnlichen bekannten Konstruktion.
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Ziel der Erfindung ist ein besonders einfach, sicher und verlustarm
wirkender, stufenloser, sich selbsttätig regelnder Drehzahlwandler, der ohne Schaltungen
ein weiches Anfahren der angetriebenen Arbeitsmaschine b@zw. des Kraftfahrzeuges
ermöglicht, wobei gleichzeitig ein Abwürgen bzw. eine übermäßige Belastung der Antriebsmaschine
bei jeder Belastungsänderung und insbesondere auch beim Anfahren sicher vermieden
wird. Außerdem ist nach Erreichung einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle
ein konstantes und schlupfloses Übersetzungsverhältnis i : i bei gleichzeitiger
verlustloser Kraftübertragung innerhalb des Flüs,s@igkeits-Drehzahlwandlers gewährleistet.
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Dieses Ziel wird bei der Erfindung in nachfolgend beschriebener weise
erreicht: Durch kleine, mit der Abtriebswelle fest verbundene Pumpenzylinder und
Kolben, die kraftschlüssig kuppelnd zwischen An- und Abtriebswelle angeordnet sind,
wird Flüssigkeit unter Druck gesetzt und diese dann zu einem Drosselhahn oder Ventil
geleitet, welches von einem Fliehkraftregler gesteuert wird, der mit der Abtriebswelle
verbunden ist und von einer bestimmten Mindestdrehgeschwindigkeit an
(Ixerlaufgeschwindigkeit)
den Drosselhahn verstellt, d. h. den von den kleinen Pumpen erzeugten Flüssigkeits-
bzw. Ölfluß drosselt. Damit wird der Pumparbeit Widerstand entgegengesetzt und durch
.die dadurch mittels der kleinen Pumpen bewirkte kraftschlüssige Verbindung zwischen
der An- und Ab triebswelle die letztere mitgenommen. Je größer die Drehgeschwindigkeit
.der Antriebswelle wird; desto größer wird die Pumparbeit und desto größer der Durchgangswiderstand
durch den Drosselhahn, welch letzterer bei steigender Drehzahl der Abtriebswelle
mittels des Geschwindigkeitsreglers immer weiter gedrosselt wird und damit zusätzlich
.den Schlupf der Abtniebswelle .gegenüber der Antriebswelle- vermindert. Beim Erreichen,
einer .durch entsprechende Abmessungen. von Pumpenzylinderdurchmes-ser und Hub sowie
.der-Drosselöffnungen konstruktiv festgelegten Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle
wird der Dr-ösgelhahn. den Flüssigkeitsdurchfluß mittels des Geschwindigkeitsreglers
ganz sperren, so .daß der Schlupf der Abtriebswelle annähernd Null ist und -nur
durch Undichtigkeiten einen minimalen Wert hat. Zur Entlastung des Flüssigkeits-Drehzahlwandlers
werden vom Geschwindigkeitsregler in dieser Endlage gleichzeitig Sperrhaken in einen
Rastenzahnkranz gedrückt und damit die An- und Abtriebswelle im Antriebsdrehsinn
fest und schlupflos im Verhältnis i : i gekuppelt. Durch ein einsgebautes Walzenbremslager
ist es möglich, die Antriebsmaschine auch im umgekehrten Sinn als Bremse wirken
zu lassen, was z. B. bei Verwendung des Drehzahlwandlers im Kraftfahrzeug fahrtechnische
Verwendungsbedingung ist.
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Der Drehzahlwandler läßt sich in einem geschlossenen Gehäuse unterbringen;
so daß Flüssigkeits- b@zw. Druckölverluste nach außen praktisch nahezu ausgeschlossen
sind. Undichtigkeiten innerhalb .des rotierenden Gehäuses infolge natürlicher Abnutzungserscheinungen
nach längeren Betriebszeiten bedeuten ebenfalls keine Verluste nach außen, sondern
nur eine geringe Vergrößerung des Schlupfes insbesondere beim Anfahren.
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Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise soll .die Erfindung an einem
Ausführungsbeispiel an Hand der Abbildungen beschrieben werden. Um ein gleichmäßiges
Arbeiten des Drehzahlwandlers zu ermöglichen, sind in diesem Beispiel zweckmäßig
zwei gegenüber angeordnete Gruppen von je drei Pumpen vorgesehen, wobei innerhalb
jeder Gruppe jweil@s eine Pumpe drückt und die anderen beiden Pumpen Flüssigkeit
bzw. Öl in ihre Zylinder einlassen.
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In -diesem abgebildeten Ausführungsbeispiel bedeuten: i dieAntriebswelle
mit Gehäuse undDeckel, ,
2 die Abtriebswelle mit dem Zylinderkörper 3,4-a,
4, 4a die Kolben. einer Gruppe, 4x, 4y, 4z die Kolben der anderen Gruppe, 5 die
Federn zur Unterstützung des Saughubes, 6- die Rollen mit Achsen an, den Kollbenssti-elen,
7 die Führung der Rollen mittels segmentärtiger Einfräsungen in den Zylinderkörpern,
-8a, 8b die Ablaufbahnen.der beiden Pumpengruppen, 9 die Drosselküken, io die Fliehkraftregler
mit Sperrhaken, i z den Rastenzahnkranz für Sperrhaken, 12 die Walzenbremseinrichtung
(Walzenb@remslager), 13 zwei Kugellagerkränze und 14 den S immering.
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Die Arbeitsweise in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist folgende:
Der Antrieb erfolgt über dieAntriebswelle i mit angesetztem Gehäuse. Die am inneren.
Gehäuserand (befindlichen Ablaufbahnen 811 und 8x bewirken eine entsprechende Bewegung
der Kolben, 4a, 4b, 4c und 4x, 4y; 4z im Zylinderkörper 3 derart,
daß hierbei in jeweils zwei sich gegenüberliegenden Zylindern die Druckflüssigkeit
durch den zentralen Drosselhahn herausgedrückt wird, und zwar ins freie Gehäuseinnere;
gleichzeitig mit diesem Druckhub tritt Flüssigkeit durch den Drosselhahn in; ,die
anderen. vier Zylinder ein. Dieser Rhythmus wird .dadurch ermöglicht, daß .die äußeren
.Ablaufbahnen 811 und 8x zu 1/a ihres Umfangs die Kolben rim Druckhub in =die Zylinder
hineindrücken und zu 2/s "des Umfangs durch .die gleichzeitig auf die Kalben wirkende
Zentrifugalkraft, unterstützt durch eine in den Zylindern angeordnete Druckfeder
5, d.ie Kolben 4 im Saughub bewegen. Die präzise Führung der Kolben geschieht hier
mittels Rollen mit den Achsen 6 in den aus dem Zylinderkörper herausragenden Kolbenstielen,
.die auf den Ablanfbahnen 8 abrollen. Um ein Verdrehen der Rollen zu verhindern
und eine gute Kolbenführung auch in der Endlage zu gewährleisten, werden die Zylinderbohrungen
:bis zum äußersten Rand des entsprechend groß gehaltenen Zylinderkörpers ausgeschliffen
und für die Rollen segmentartige Einfräsungen vorgesehen, wobei die Rollen selbst
nicht mehr als bis etwa zur Hälfte aus der äußersten Rollenführung 7 des Zylinderkörpers
herausragen dürfen.
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Die Kolbengeschwindigkeit der jeweils zwei fördernden Kolbenpumpen
ist in dem Ausführungsbeispiel doppelt so groß wie -die -der übrigen vier gleichzeitig
saugenden Pumpen. Im übrigen werden zweckmäßig die Neigungswinkel der Ablaufbahnen
annähernd konstant gehalten, so daß im Gegensatz zu einem Kurbelbetrieb eine gleichmäßige
Förderung und damit auch eine gleichmäßige kraftschlüssige Kupplung gewährleistet
ist.
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Die Drosselöffnungen im Drosselhahn 9 werden zweckmäßig so gehalten,
daß bis zu einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle, der Leerlaufgeschwindi,gkeit,
die auch vom der an der Abtriebswelle angeschlossenen Belastung abhängig ist, die
Flüssigkeit frei durchfließen kann, als ohne .den Zylinderkörper und damit .die
Abtriebswelle drehend ,mitzunehmen. Bei steigender Drehgeschwindigkeit und . damit
wachsender Flüssigkeits- bzw. Ölförderung wird der Zylinderkörper 3 langsam steigend
mitgenommen und damit ein weiches Anfahren ermöglicht. Bei noch weiterer Erhöhung
.der Drehzahl der Antriebswelle wird dann die Drehgeschwindigkeit des Zylinderkörpers
beschleunigt erhöht. Dadurch verdreht der an diesem befestigte Fliehkraftregler
io das zentrale Drosselkükeng so, daß eine zunehmende Drosselung des gefÖrdertenFlü@ssigkeitsstromes,
d. h. ,der Druckflüssigkeit
verursacht wird. Dies steigert sich
bei wachsender Drehzahl so weit, daß die Drehzahl des Zylinderkörpers nahezu die
Drehzahl der Antriebswelle erreicht, bei welcher Drehgeschwindigkeit dann der Geschwintdigkeitsregier
in seiner Endlage nicht nur den Drosselhahn praktisch ganz schließt, sondern auch
mittels Sperrhaken in den Rastenzahnkranz 1i am Gehäuse eingreift und damit die
Mitnehmerpumpen entlastet, womiit dann ein schlupflosesübersetzungsverhältnis i
: i erreicht ist.
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Die vorhandenen geringen Undichtigkeiten an den Förderpumpen. sorgen
dafür, daß bis zum Eingreifen der Sperrhaken stets ein ganz geringer Schlupf erhalten
bleibt, da sich sonst die Sperrhaken. nicht im Rastenzahnkranz festsetzen können.
Bei Überlastung der Antriebsmaschine (z. B. Kraftfahrzeug bei starker Steigung)
müssen die Sperrhaken wieder gelöst werden, um die feste Kupplung (Übersetzung i
: i) aufzuheben. Dies wird erreicht durch plötzliche starke Drehzahlmiinderung der
Antriebsmaschine (z. B. Gaswegnehmen), so .daß für einen kurzen Augenblick diese
als Bremse wirkt. Bei einer vollkommenen Kupplung muß jedoch, insbesondere bei Kraftfahrzeugen,
eine gegenläufige Drehrichtung ausgeschlossen sein. Deshalb ist bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein Walzenbremslager 12 vorgesehen, das hier zwischen dem Zylinderkörper
und dem Antriebsgehäuse i angeordnet ist. Tritt eine entsprechende Drehbewegung
in der Abtriebswelle gegenüber der Antriebswelle ein, so kommt das Walzenbremslager
in Tätigkeit, dadurch, daß sich die Walzen in dem sich verengendem Lagerspiel festklemmen
und damit .das Gehäuse (Antriebswelle) und die Abtriebswelle ebenfalls fest im Übersetzungsverhältnis
i : i verbinden, womit die z. B. für Kraftfahrzeuge fahrtechnisch bedingte Forderung
erfüllt ist, d@aß der Antriiebsmotor als Bremse wirken kann.
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Zwei Kugella:gerkränze 13 sorgen für eine zentrische Führung der ineinander
rotierenden Kupplungsteile. Ein Simmering 14 sorgt dafür, daß insbesondere beim
Stillstand keine Getriebeflüssigkeit aus dem Getriebsgehäuse ausfließen und verlorengehen
kann.
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Da im erstbeschriebenen Drehzahlwandler beim Antrieb im umgekehrten
Drehsinn durch das eingebaute Walzenbremslager eine feste Kupplung (i : i) herbeigeführt
wird, so daß z. B:. ein Benzinmotor beim Gaswegnehmen als Bremse wirkt, kann er
auch als Rückwärtsantrieb benutzt wer-den. Dazu muß jedoch für diese Drehrichtung
eine entsprechende Untersetzung eingeschaltet werden, was in einem angebauten Zusatzteil
möglich ist, wie nachstehend in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Dieses Untersetzungszusatzgetr
ehe für die umgekehrte Drelhrichtung muß gleitend eingekuppeltwerden können. Weiter
wird die Sicherheit des Getriebes in Betrieb dadurch erhöht, daß es aus .dem Vorwärtsgang
nur über die Leerlaufstellung eingeschaltet werden kann.
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In Abb. 3 und 4 ist gezeigt, wie ein solches Umkehrzusatzgetriebe
für den Rückwärtsgang zweckmäßig ausgeführt und angeschlossen werden kann. In diesen
Abbildungen bedeutet i die Antriebswelle mit dem Gehäuse (gemäß A:bib. i und 2),
15 das Antriebskettenrad, 16 die An:triebshohlwelle mit den Nuten 33 und,dem Zahnkranz
21, 17 die Anschlaghalbrinige für das Antriebsrad 15, 1.8 die Kugellagerschale mit
Schraubgewinde und Kontermutter, 19 ein Kugellager, 2o ein weiteres Kugellager,
21 den Zahnkranz auf der Hohlwelle 16, 22 das Planetengetriebe, 23 .die Planetenräder,
24 den Planetenkranz mit der Bremstrommel für den Rückwärtsgang, 25 das Walzendrucklager,
2.6 ein Kugellager, 27 den Innenzahnkranz mit einer Überwurfmutter, 2:8 das Bremnsband
für die Bremstrommel, 29 die Kupplungsführung, 3o den Bolzen, 31 den. Konuskern,
32 die Druckfeder, 33 die Nuten für die Gleitzähne von 31, 34 den Konusrin:g, 3,5
die Nuten für die Gleitzähne von 34, 36 die Druckfedern, 37 die Eingreifzähne vom
Konuskern 31/24, 38 die Zahnlücken am Planetenkranz 24/31, 39 den Sprengring, 40
den Kugellagerkonus mit Kontermutter.
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Die Arbeitsweise im Ausführungsbeispiel ist folgende: Der Antrieb
erfolgt nicht mehr direkt auf die Antriebswelle i, sondern über das vorgebaute Untersetzungszusatzgeitriebe,
und zwar über das Kettenrad 15, Idas auf der Hohlwelle 16 in Nuten aufgesteckt und
gegen Halbringe 17 festgeschraubt, 18, ist. Die Hohlwelle 16 wird durch zwei Kugellager
i9 und 2o auf ,der Antriebswelle i des Hauptgetriebes (Abt. i und 2) zentriert und
ist mit dem Zahnkranz 21 als Mittelrad des Planetengetriebes 22 ausgestattet. Die
Planetenräder 23 sitzen am Planetenkranz 24, der gleichzeitig als Bremstrommel zur
Einschaltung des umgekehrten Drehsinnes bzw. -des Rückwärtsganges ausgebildet ist
und mittels eines Walzendrucklagers 25 und Kugellagers 26 gegen die Hohlwelle zentrisch
gehalten wird. Die Planetenräder 23 kämmen nach außen an einem Innenzahnkranz 27,
der an. dem Gehäuse i festgesetzt ist. Beim Anziehen des über der Brems= tromrnel
24 liegenden Bremsbandes 28 wird also eine Drehung der Welle i durch das Planetengetriebe
22 im entgegengesetzten Drehsinn bewirkt. Der Kraftfluß führt über 15, 16, 21, 23,
27, 1. Durch langsames Anziehen des Bremsbandes ist ein weiches Einsetzen des Rückwärtsganges
möglich. Beim Lösen des Bremsbandes entsteht ein Leerlauf.
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Um einen Vorwärtsgang zu erreichen, muß die Kupplungsführung 29 frei
gelassen werden, die mittels Bolzen- 30 mit dem Konuskern 31 fest verbunden
ist. Durch die Druckfedern 32 wird .der Konuskern 31, der in den äußeren Nuten 33
der Hohlwelle 16 gleitet, in .den Konusring 34 gedrückt. Dieser gleitet in den Nuten
35 der Bremstrommel mit dem Planetenkranz 24 gegen den geringen Widerstand der Federn
36 und bewirkt dadurch eine leichte Mitnahme des Planetenkranzes 24 in Drehrichtung
des Antriebszahnkranzes 15. Damit wird der Unterschied der Drehgeschwindigkeiten
des mittleren Zahnkranzes 2-1 der Hohlwelle 16 und des Inn,enzahnkranlzeS 27 am
Getriebegehäuse i langsam vermindert, d. h. das Hauptgetriebe (Abt. i und 2) tritt
bei kleinerer Drehzahl zunächst
im Leerlauf, also ohne Belastung
in Tätigkeit. Die dabei erforderliche Mitnahme- bzw. Reibungskraft im Konusp.aar
31/34 ist dementspmechend verhältnismäßig gering. Die Federn 36 verhindern ein sofortiges
plötzliches Einrücken der Zähne 37 in die Zahnlücken 38 des Planetenkranzes 24,
da der Abstand zwischen den Kanusterilen kleiner ist als zwischen dem Eingreifzahn,
und der Zahnlücke 3p38. Die Bremstrommel 24 wird- also zunächst im Leerlauf mitgenommen;
schon bevor noch die Zähne und Zahnlücken 373$ ineinandengreifen können. Dies tritt
erst bei Belastung ein, falls die Zähne und die Zahnlücken beim Einrücken (Zusammenrücken)
nicht gerade genau gegenüberstanden. Durch dieses Ineinan.dergrei.fen ist ein festes
übersetzungsverhältnis r : z zwischen der Hohlwelle r6. und dem, Planetenkranz,
24 eingetreten. Dadurch sind die Planetenräder blockiert und damit auch -das Antriebskettenrad
15 mit der Antriebswelle: und dem Gehäuse z des Hauptgetriebes fest gekuppelt.
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Beim Auskuppeln zum Leerlauf mittels .der Kupplungsführung 29 wird
der Konusring 34 durch die Federn. 36 bis zum Anschlag an den Sprengring 3g. gedrückt.
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Zu der Arbeitsweise dieses Zusatzgetriebes für Vor- und Rückwärtsgang
wird noch folgendes ausgeführt Würde während des Vorwärtsganges gleichzeitig das
Bremsband für den Rückwärtsgang angezogen werden, so würde .dies als verstärkte
Bremsung wirken, um nach Erreichen des Stillstandes allmählich auf denRückwärtsgang
zu kommen. Dies würde jedoch -insbesondere das Planetengetriehe mechanisch sehr
hoch beanspruchen; deshalb empfiehlt es sich, eine gleichzeitige Schaltung .des
Vor- und Rückwärtsganges dadurch zu verhindern, daß der eine Hebel immer zwangsweise
blockiert wird, wenn -der andere eingeschaltet ist odier daß z. B. beide Schaltungen
von einem Hebelbetätigt werden, etwa in -der Weise, daß der Hebel nach der einen
Seite bewegt den Vorwärtsgang einschaltet und nach der anderen Seite den Rückwärtsgang.
In der Mittellage, in der Leerlauf besteht (in beiden Drehrichtungen), wird eine
selbsttätige Hebelsperre vorgesehen, um einen unbeabsichtigten plötzlichen Übergang
von voTwärts auf rückwärts auszuschließen.