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Umlaufrädergetriebe mit Schwungradspeicher Die Erfindung bezieht sich
.auf ein Antriebssystem zur Verwendung in Verbindung mit einer Kraftmaschine oder
einer sonstigen Kraftquelle, insbesondere für Fahrzeuge. Es sind bereits bei Antriebseinrichtungen
dieser Art aufladbare Energiespeicher mit einem Schwungrad zum Anlassen und Bremsen
bekanntgeworden, dessen Schaltung über Strömungskupplungen oder Wandler vorgenommen
wird. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer einfachen und betriebssicheren
Getriebeeinrichtung; die beim Beschleunigen eine Entladung des Energiespeichers
und damit eine Unterstützung des Antriebes ermöglicht und beim Verzögern eine Aufladung
des Energiespeichers gestattet. Erfindungsgemäß werden zur Lösung dieser Aufgabe
zwei Umlaufrädertriebe vorgesehen, von denen der Umlaufräderträger des ersten Umlaufrädertriebes
mit der Antriebswelle und dem Innenzahnkranz des zweiten Umlaufrädertriebes gekuppelt
ist, während der Innenzahnkranz des ersten Umlaufrädertriebes -mit einem Schwungrad
und dem Umlaufräderträger des zweiten Umlaufrädertriebes gekuppelt ist, sowie zwei
Kupplungsglieder zur wahlweisen Einschaltung eines der beiden Umlaüfrädertriebe
zwischen die treibende und die getriebene Welle und das Schwungrad. Mit einem solchen
erfindungsgemäßen Antriebssystem kann eine Kraftmaschine oder sonstige Kraftquelle
mit
verhältnismäßig niedrigem Leistungsgewicht wenigstens für einen gewissen Zeitraum
eine Leistung liefern, die derjenigen einer Maschine mit einem viel höheren Leistungsgewicht
entspricht. Die Erfindung ermöglicht ferner ohne Verwendung von hydraulischen oder
elektrischen Antrieben ein unmittelbares Starten aus dem Stillstand. Gemäß einer
Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird zweckmäßig eine Bremsvorrichtung vorgesehen
zum Festhalten des Umlaufräderträgers des zweiten Umlaufrädertriebes, wenn das Schwungrad
nicht mit diesem gekuppelt ist: Ein Wechselgetriebe wird ferner zweckmäßig zwischen
den Umlaufräderträger eines Umlaufrädertriebes und das Schwungrad eingeschaltet.
Dieses Wechselgetriebe kann auf Antrieb des Umlaufräderträgers des zweiten Umlaufrädertriebes
in der der Drehrichtung der getriebenen Welle entgegengesetzten Drehrichtung einstellbar
eingerichtet sein. Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann durch Hinzufügung weiterer
Umlaufrädertriebe vervollkommnet werden, beispielsweise können sechs Umlaufrädertriebe
vorgesehen werden. Elektromagnetische Kupplungen od. dgl. können ferner vorgesehen
werden zum Festhalten der Umlauf räderträger oder der Sonnenräder der verschiedenen
Umlaufrädertriebe.
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Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen an Hand von Fig.
I bis 6 näher erläutert, und zwar zeigen Fig. I bis 5 verschiedene Antriebssysteme
nach der Erfindung im Längsschnitt, Fig.4A eine Einrichtung im Längsschnitt, die
mit Fig. 4 zusammenarbeitet, Fig. 4B einen Querschnitt in Richtung A-A der Fig.
4A und Fig.6 eine bevorzugte Ausführungsform eines Schwungrades im Profil.
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An Hand von Fig. I ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Antriebssystems erläutert, das für ein mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstetes
Kraftfahrzeug, z. B. einen Sportwagen, geeignet ist, dessen Maschine im Drehzahlbereich
von 8oo bis 5400 U/min ein im wesentlichen gleichbleibendes Drehmoment liefert.
Ein regelbares Differentialgetriebe mit zwei Übersetzungsverhältnissen besteht aus
zwei Umlaufrädertrieben I und Il. Im Trieb I ist ein Sonnenrad 45 auf einer Welle
46 vorgesehen, die durch eine Reibungskupplung 46' mit der Maschinenwelle 47 gekuppelt
werden kann. Ein Umlauf räderträger 48 ist direkt mit einer Zwischenwelle 49 verbunden,
die die Fahrzeugräder antreibt. Ein Innenzahnkranz 50 ist ferner vorgesehen,
der die doppelte Zähnezahl des Sonnenrades 45 aufweist. Am Umlaufräderträger 48
sind Umlaufräder 5I angeordnet, von denen jedes mit dem Sonnenrad 45 und dem Innenzahnkranz
50 kämmt. Der Trieb II besteht aus einem Sonnenrad 52 auf einer Büchse 53, die durch
eine Friktionskupplung 54 mit der Maschinenwelle 47 gekuppelt werden kann. Ein Umlaufräderträger
55 ist direkt mit dem Innenzahnkranz 5o des Triebes I verbunden, und ein Innenzahnkranz
56 mit doppelter Zähnezahl wie das Sonnenrad 52 steht direkt mit dem Umlauf räderträger
48 des Triebes I in Verbindung. Der Umlauf räderträger 55 trägt Umlaufräder 57 und
ermöglicht ein Drehzahlverhältnis von I : I zwischen dem Innenzahnkranz 56 und dem
Sonnenrad 52, wenn der Umlaufräderträger 55 mit Hilfe einer Friktionsbremse 58,
welche auf den Innenzahnkranz 5o des Triebes I und den Umlaufräderträger 55 des
Triebes II wirkt, festgehalten wird. Ein Kegelrad 59 ist drehbar auf der Zwischenwelle
49 angeordnet und kämmt mit einem Kegelritzel6o, das ein auf einer vertikalen Achse
befestigtes Schwungrad 61 antreibt. Das Schwungrad hat beispielsweise ein Gewicht
von etwa 8o kg, einen Durchmesser von etwa 6o cm und eine Maximaldrehzahl von 30
ooo U/min. Ein Umlaufwechselgetriebe III ist zwischen dem Kegelrad 59 und dem aus
dem Innenzahnkranz 5o des Triebes I und dem Umlaufräderträger 55 des Triebes II
gebildeten Ausgleichsgetriebe vorgesehen. Dieses Wechselgetriebe besteht aus einem
Innenzahnkranz 62, der direkt mit dem Kegelrad 59 über eine Büchse 63 verbunden
ist, einem Umlaufräderträger 64, der direkt mit dem genannten Ausgleichsgetriebe
verbunden ist, einem Sonnenrad 65, das mittels einer Friktionsbremse 66 abgebremst
oder mittels einer Friktionskupplung 67 mit dem Innenzahnkranz 62 des Triebes III
gekuppelt werden kann, und abgesetzten Umlaufrädern 68, die ein Übersetzungsverhältnis
von 2 : I zwischen Innenzahnkranz und Umlaufräderträger ermöglichen, wenn das Sonnenrad
65 durch die Bremse 66 abgebremst wird. Die Kegelraduntersetzung beträgt 5;5 : I,
und die Maximaldrehzahl des Kegelrades 59 liegt demzufolge bei 54oo U/min. Das Kegelrad
rotiert in gleicher Richtung wie die Maschine.
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Das Getriebe ist auf folgende Betriebsbedingungen einstellbar: Im
I. Gang sind nur die Kupplung 46' und die Bremse 58 einzuschalten. Das vorher aufgeladene
Schwungrad 61 läuft dann leer, und die Zwischenwelle 49 kann aus dem Stillstand
bis auf I8oo U/min durch die Maschine allein beschleunigt werden unter Drehmomentvervielfachung
im Verhältnis 3 : i über den Trieb I, der als einfaches Umlaufgetriebe wirkt.
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Im 2. Gang wird die Kupplung 46' und die Bremse 66 betätigt. Das erwähnte
Ausgleichsgetriebe wird dann durch das Schwungrad 61 mit einer Maximaldrehzahl von
270o U/min angetrieben, und die Zwischenwelle 49 kann durch Beschleunigung der Maschine
von i8oo bis 36ooUlmin beschleunigt werden. Unter diesen Bedingungen beträgt das
Drehmoment an der Zwischenwelle 49 das Dreifache des Maschinendrehmoments, wobei
die auf die Zwischenwelle übertragene zusätzliche Kraft vom Schwungrad 61 :geliefert
wird.
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Im 3. Gang werden nur die Kupplungen 46' und 67 eingeschaltet. Das
Ausgleichsgetriebe wird vom Schwungrad mit einer Maximaldrehzahl von 5400 U/min
angetrieben, und die Zwischenwelle 49 kann von 36oo bis 5400U/min beschleunigt werden;
und zwar wieder mit dem dreifachen Drehmoment des Maschinendrehmoments.
Im
direkten Gang werden nur die Kupplungen 46' und 54 eingeschaltet. Die Triebe I und
II sind dann miteinander verbunden, und die Zwischenwelle wird direkt von der Maschine
angetrieben, während das Schwungrad leer läuft.
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Nutzbremsung erreicht man durch Einschalten der Kupplung 54 und Betätigung
der Bremse 66. Das Ausgleichsgetriebe rotiert dann vorwärts mit einer Maximaldrehzahl
von 270o U/min, und die Maschinendrehzahl steigert sich von o bis 540o U/min, während
die Zwischenwelle 49 von 5400 U/min bis zum Stillstand verzögert wird. Während der
Nutzbremsung wird dem Schwungrad sowohl von der Zwischenwelle als auch von der Maschine
Energie zugeführt.
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Eine hydraulische Turbokupplung kann zwischen der Maschine und den
Kupplungen 46' und 54 vorgesehen werden. Es werden vorteilhaft elektromagnetische
Kupplungen zum Bremsen verwendet.
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Das in Fig.2 gezeigte Antriebssystem enthält vier Umlaufrädertriebe
I, II, III und IV. Der Trieb I besteht aus einem Sonnenrad 69 auf einer Welle 7o,
die über eine Scheibenkupplung 72 mit dem Schwungrad 71 gekuppelt werden kann. Der
Trieb II enthält ein Sonnenrad 73 auf einer Büchse 74, die mit dem. Schwungradgehäuse
75 über eine Scheibenkupplung 76 gekuppelt werden kann. Eine Klauenkupplung 77 kann
mittels einer nicht dargestellten Gabel betätigt werden und dient dazu, über Hebel
78 und 79 die Kupplungen 71, 72 und 75, 76 wechselweise zu betätigen. Es
sind insgesamt vier Kupplungsstellungen möglich, die weiter hinten erläutert werden.
Der Umlaufräderträger 8o des Triebes I trägt Umlaufritzel 81 und ist fest mit einer
Zwischenwelle 82 sowie mit einem Innenzahnkranz 83 des Triebes II verbunden. Der
Umlaufräderträger 84 des Triebes II trägt die Umlaufritzel 85 und ist mit dem Innenzahnkranz
86 des Triebes I fest verbunden sowie mit dem das Umlaufritzel 88 tragenden Umlaufräderträger
87 des Triebes III und mit dem Innenzahnkranz 89 des Triebes IV. Der Innenzahnkranz
9o des Triebes III ist mit einem Kegelrad 9I über eine Büchse 92 verbunden, und
das Sonnenrad 93 des Triebes III steht mit dem Sonnenrad 94 des Triebes IV und mit
einer weiteren Scheibenkupplung 95 in Verbindung. Der Umlaufräderträger 96 des Triebes
IV trägt Umlaufritze197, die mit dem Sonnenrad94 und dem Innenzahnkranz 89 im Eingriff
stehen, und ist ferner mit einem Hilfsanker 98 versehen. Der Umlaufräderträger 84
des Triebes II und seine zugehörigen Teile 86, 87, 89 tragen einen Hilfsanker 99.
Das Kegelrad 91 arbeitet mit einem Kegelritzel Ioo auf einer Welle IoI zusammen,
die mit einem Schwungrad i02 aus einem Stück besteht, das somit um eine senkrechte
Achse rotieren kann. Auf der Zwischenwelle 82 ist eine verschiebbare Klauenkupplung
103 vorgesehen, die wahlweise entweder mit den auf der mit einem Kupplungsflansch
I06 versehenen Antriebswelle 105 angeordneten Kupplungsklauen 104 oder mit den am
Getriebegehäuse i08 angeordneten Kupplungsklauen 107 in Eingriff gebracht werden
kann. Die Kupplungsklaue 77 ist in Leerlaufstellung gezeigt, in welcher beide Kupplungen
74 72 und 75, 76 ausgeschaltet sind. Wenn sie vorwärts, d. h. in der Zeichnung von
rechts nach links, in eine Stellung bewegt wird, bei der die Kupplung 75 und 76
noch ausgeschaltet ist, so ist die Antriebsmaschine mit dem Sonnenrad 73 des Triebes
Ih gekuppelt (Bremsstellung). Wenn die Kupplungsklaue 77 aus der gezeigten Stellung
rückwärts, d. h. nach rechts, in eine Stellung bewegt wird, bei der die Kupplung
71, 72 eingeschaltet und die Kupplung 75, 76 ausgeschaltet ist, dann ist die Antriebsmaschine
mit dem Sonnenrad 69 des Triebes I gekuppelt (Beschleunigungsstellung). Bei weiterem
Rückwärtsbewegen der Kupplungsklaue 77 nach rechts wird sowohl die Kupplung 75,
76 als auch die Kupplung 71, 72 eingeschaltet, und die Antriebsmaschine ist mit
den Rädern 69 und 73 beider Triebe I und II gekuppelt (direkter Antrieb). Die drei
letztgenannten Stellungen der Kupplungsklaue 77 werden nun im folgenden näher beschrieben.
Beschleunigungsstellung Wenn ein mit dem Getriebegehäuse i08 verbundener Elektromagnet
Iog erregt wird und dabei den Anker 99 und mit diesem den Innenzahnkranz 86 des
Triebes I festhält, dann arbeiten das Sonnenrad 69 und der Umlaufräderträger 8o
sowie die Umlaufritzel 81 als Umlaufreduziergetriebe, das ein Übersetzungsverhältnis
von etwa 3 : 1 zwischen Maschine und Zwischenwelle 82 ermöglicht, so daß ein Maschinendrehzahlbereich
von beispielsweise o bis 4500 U/min einem Drehzahlbereich der Zwischenwelle von
o bis I5oo U/min entspricht. Wenn die Klauenkupplung 103 mit den Klauen i04 in Eingriff
gebracht wird, so wird die Zwischenwelle mit dem Antriebsflansch 1o6 gekuppelt,
der die Fahrzeugräder antreibt. Wird der Magnet Iog abgeschaltet und an dessen Stelle
ein entsprechender Elektromagnet IIo erregt, so wird der Innenzahnkranz 86 des Triebes
I mit dem Schwungrad i02 gekuppelt, während der Anker 98 und der Umlaufräderträger
97 des Triebes IV festgehalten werden. Dadurch laufen die Triebe II und III gekuppelt
und ermöglichen ein Übersetzungsverhältnis von etwa 2,1 : i zwischen dem Kegelritzel
gI und dem Innenzahnkranz 86. Wird das Kegelrad 9I vom Schwungrad Io2 beispielsweise
mit etwa 45oo U/min angetrieben, so läuft der Innenzahnkranz 86 des Triebes I mit
etwa 215o U/min, und zwar in der gleichen Richtung wie das Sonnenrad 69 des Triebes
I. Die Drehmomentübersetzung zwischen der Maschine und der Zwischenwelle 82 ist
dabei noch i : 3, der Drehzahlbereich der Zwischenwelle wird jedoch auf i5oo bis
3000 U/min übersetzt entsprechend einem Maschinendrehzahlbereich von o bis
q:500 U/min. Das durch den Trieb I übertragene Maschinendrehmoment übt eine Gegenwirkung
aus, die; . am Innenzahnkranz .86 des Triebes I gemessen, etwa dem doppelten Maschinendrehmöment
entspricht, und dieses Reaktionsmoment versucht sich der Drehung des Innenzahnkranzes
86 zu widersetzen, Die hohe Trägheit des Schwungrades i02- jedoch, das beispielsweise
mit
etwa 22 500 U/min läuft; wirkt diesem Reaktionsmoment entgegen,
so daß der Innenzahnkranz 86 während der für die Beschleunigung des Fahrzeuges und
zum Einschalten des Elektromagneten IIo erforderlichen Zeitspanne seine Geschwindigkeit
nicht verlangsamt. Wenn der Elektromagnet IIo abgeschaltet und ein ebenfalls am
Getriebegehäuse Io8 befestigter Elektromagnet III erregt wird, wobei die Kupplungsscheibe
95 und das Sonnenrad 93 des Triebes III festgehalten werden, dann treibt das Kegelrad
9I den Innenzahnkranz 86 des Triebes I über den Trieb III, der als einfaches Umlaufuntersetzungsgetriebe
arbeitet. Es ergibt sich dabei ein Verhältnis von etwa 44: I zwischen Kegelrad 9I
und Innenzahnkranz 86, so daß letzterer mit etwa 3300 U/min rotiert, was einer Drehzahl
des Kegelrades von 4500 U/min entspricht. Die Maschine treibt die Zwischenwelle
82 noch mit einem Drehmomentverhältnis von etwa I : 3 über den Trieb I an, aber
mit Hilfe des Innenzahnkranzes 86 wird der Drehzahlbereich der Zwischenwelle 82
auf 220o bis 3800 U/min übersetzt, was einem Maschinendrehzahlbereich von
o bis 450o U/min entspricht. Wenn der Elektromagnet III abgeschaltet und ein fest
am Kegelrad 9r angeordneter Elektromagnet II2 erregt wird, so wird der Innenzahnkranz
86 des Triebes I vom Kegelrad 9I mit I : I-Übersetzung angetrieben, da der Trieb
III mit dem Kegelrad 9I im Eingriff steht und der Trieb IV außer Betrieb ist. In
dieser Stellung treibt die Maschine die Zwischenwelle noch mit einer Drehmomentübersetzung
von I : 3 an, der Drehzahlbereich der Zwischenwelle 82 wird jedoch auf etwa 3000
bis 45oo U/min übersetzt, entsprechend einem Maschinendrehzahlbereich von o bis
4500 U/min.
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Direkte Antriebsstellung Befindet sich die Klauenkupplung 77 in der
äußersten rechten Stellung, so daß beide Kupplungen 7I, 72 und 75, 76 eingekuppelt
sind und die Maschine mit beiden Sonnenrädern 69 und 73 verbunden ist, so werden
die Triebe I und II, da der Innenzahnkranz 83 des Triebes II mit dem Umlaufräderträger
8o des Triebes I verbunden ist, durch Zusammenwirken der vorgenannten Kupplungen
miteinander im Eingriff stehen. Es ergibt sich dadurch eine I : I-Übersetzung zwischen
der Maschine und der Zwischenwelle 82, und das Schwungrad Io2 wird, da keiner der
Elektromagneten eingeschaltet ist, von der Maschine auch nicht angetrieben.
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. Bremsstellung Sofern die Klauenkupplung 77 in der äußersten linken
Stellung ist, so daß die Maschine über die Kupplungen 75, 76 das Sonnenrad 73 des
Triebes II antreibt, so wird unter der Annahme, daß das Fahrzeug in Bewegung ist
und die Zwischenwelle 82 mit etwa 2ooo U/min läuft, das Schwungrad Io2 beim Einschalten
des Magneten IIo unter Festhalten des Ankers 98 und des Umlaufräderträgers 96 des
Triebes IV mit dem Innenzahnkranz 83 des Triebes II über das Kegelrad 9I verbunden.
Der Umlaufräderträger 84 wird dadurch mit etwa 2Ioo U/min im gleichen Drehsinn wie
die Maschine angetrieben. Unter diesen Umständen wird das von der Maschine auf das
Sonnenrad 73 ausgeübte Drehmoment auf den Innenzahnkranz 83 des Triebes II als negatives
oder verzögerndes Moment übertragen, obwohl die Drehrichtung des Innenzahnkranzes
83 noch positiv ist, d. h. den gleichen Drehsinn wie die Maschine hat. Daher wird
beim Erregen des Magneten IIo im vollen Drehzahlbereich der Maschine von o bis 450o
U/min eine Verzögerung der Zwischenwelle 82 in einem Drehzahlbereich von 285o bis
1I50 U/min bewirkt. Beide Drehmomente, nämlich sowohl das auf das Sonnenrad 72 übertragene
Maschinenmoment als auch das über den Innenzahnkranz 83 des Triebes II auf die Zwischenwelle
82 ausgeübte Verzögerungsmoment, werden auf den Umlaufräderträger 84 und von diesem
über die Triebe III und IV die als gekuppelte Umlaufradgetriebe wirken, auf das
Kegelrad 97 und das Schwungrad Io2 übertragen. Dadurch wird die Schwungraddrehzahl
erhöht, es wird also beim Abbremsen des Fahrzeuges und beim Regeln des Maschinenmoments
kinetische Energie gespeichert. Wenn sich das Fahrzeug mit höherer Geschwindigkeit
bewegt, als dem obenerwähnten Drehzahlbereich der Zwischenwelle entspricht, so kann
der Magnet III an Stelle des Magneten IIo erregt werden, so daß das Kegelrad 9I
mit dem Umlaufräderträger 84 des Triebes II über den Trieb III verbunden wird, der
als einfacher Untersetzungstrieb arbeitet. Der Umlaufräderträger 84 läuft dabei
mit etwa 3300 U/min, und der Drehzahlbereich der Maschine von o bis 4500
U/min entspricht unter diesen Bedingungen einem Drehzahlbereich der Zwischenwelle
von 4500 bis 27oo U/min, wobei das Fahrzeug verzögert wird und in der oben erläuterten
Weise Energie im Schwungrad gespeichert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird
die Nutzbremsung nicht so weit getrieben, daß das Fahrzeug zum Stillstand gebracht
wird, obwohl dies bei passender Wahl der Getriebeübersetzungen der Triebe II, III
und IV durchaus möglich ist.
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Anfangsspeicherung von Energie .Bisher wurde angenommen, daß das Schwungrad
102 bereits gleichmäßig mit etwa 22 500 U/min rotiert, was es ohne größere Verluste
im Leerlauf eine ziemlich lange Zeit tut. Anfänglich jedoch bzw. wenn das Fahrzeug
einige Tage außer Betrieb gewesen ist, muß das Schwungrad Io2 zunächst hochgefahren
und auf seine Normaldrehzahl von 22,500 U/min gebracht werden. Man erreicht
dies, sofern die Maschine bereits gestartet und die Klauenkupplung Io3 mit den Klauen
I04 in Eingriff gebracht ist, indem man die Klauenkupplung 77 wie in der Bremsstellung
in die äußerste linke Stellung bringt und den Magneten 112 erregt, der in der erläuterten
Weise eine i : i-Übersetzung zwischen Umlaufräderträger 84 und Kegelrad 9i herstellt,
so daß das Maschinenmoment vom Sonnenrad 73 durch den Trieb II, der als einfaches
Umlaufrädergetriebe
mit einer Ubersetzung von etwa 3,4:1 vom Sonnenrad auf den Umlaufräderträger wirkt,
über den Umlaufräderträger 84 und das Kegelrad 9I auf das Schwungrad I02 übertragen
wird. In dieser Stellung wird im vollen Drehzahlbereich der Maschine von o bis 4500
U/min das Schwungrad von o bis auf 620o U/min beschleunigt. Beim anschließenden
Erregen des Magneten III an Stelle des Magneten 112 wird die Übersetzung zwischen
dem Umlaufräderträger 84 und dem Kegelrad 9I geändert, und das Schwungrad kann hierdurch
auf 880o U/min beschleunigt werden. Durch abwechselndes Erregen des Magneten IIo
kann mit der vollen Maschinendrehzahl von 4500 U/min die Drehzahl des Schwungrades
bis auf 14000 U/min gebracht werden. Auf dieser Stufe wird die Klauenkupplung Ioi
in die Leerlaufstellung gebracht, und die Kupplungsklaue 77 wird in die äußerste
rechte Stellung bewegt. Die Triebe I und II werden dadurch miteinander verbunden
und ermöglichen eine I : I-Übersetzung zwischen der Maschine und der Zwischenwelle
82 sowie der Vereinigung des Umlaufräderträgers 84 und des Innenzahnkranzes 86.
Wenn nun der Elektromagnet 112 mit den anderen Elektromagneten wieder abwechselnd
erregt wird, so entsteht gleichfalls eine I : I-Übersetzung zwischen der Vereinigung
des Umlaufräderträgers 84 mit dem Innenzahnkranz 86 und dem Kegelrad 9I, so daß
dieses mit der Maschinendrehzahl angetrieben wird und das Schwungrad bei maximaler
Maschinendrehzahl auf 22 5oo U/min beschleunigt wird.
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In Fig. 3 isst eine Abänderung der Fig. 2 dargestellt, bei der die
Kupplungen 71, 72 und 75, 76 sowie der Kupplungsmechanismus 78, 79 und: die Kupplungsklaue
77 mit den, gleichbezeichneten Teilen der Fig. 2 sowie die Triebe I und II übereinstimmen,
mit Ausnahme des Umlaufräderträgers 84 des Triebes II und des Innenzahnkranzes 86
des Triebes I, die hier keinen Hilfsankermechanismus zum Festhalten dieser Teile
am Getriebegehäuse aufweisen. Dafür sind diese Teile durch eine Büchse 113 mit dem
Umlauf radträger 87 des. Triebes III und mit dem Umlaufradträger 114 des Triebes
IV verbunden, der in diesem Falle auf der Seite des Kegelrades 9I entfernt vom Trieb
III angeordnet ist. Der Umlaufradträger 114 des Triebes IV trägt Umlaufritzel I15,
die mit einem Sonnenrad I16 auf der Büchse 92 und mit einem Innenzahnkranz i 17
im Eingriff stehen, der einen Anker 118 zum Festhalten am Getriebegehäuse i08 mit
Hilfe eines Elektromagneten I19 trägt. Der Innenzahnkranz 117 ist mit einem Umlaufradträger
i20 des Triebes V verbunden, der untereinander verbundene Umlaufritzel 121, 122
trägt, von denen das Ritzel 121 weniger Zähne aufweist und mit einem Sonnenrad 123
auf der Büchse 113 im Eingriff steht. Das größere Ritzel 122 arbeitet mit einem
Sonnenrad 124 zusammen, das mit einem Anker 125 eine Einheit bildet; die mittels
eines am Getriebegehäuse I08 gelagerten Elektromagneten I26 festgestellt werden
kann. Die Klauenkupplung 77 hat; wie bei Fig. 2, vier Arbeitsstellungen, die von
rechts nach -links bedeuten: Direkter Antrieb, Beschleunigung, Leerlauf und Bremsen.
Die beiden Bremsstellungen stimmen mit denen nach Fig. 2 überein, jedoch sind die
Übersetzungen bei diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, daß eine Nutzbremsung bis
auf eine Abtriebsgeschwindigkeit Null ermöglicht wird. Die Hochlaufverhältnisse
des Schwungrades stimmen ebenfalls mit denen der Fig. 2 überein., mit dem Unterschied
allerdings, daß die ersten drei Stufen des Speichervorganges, nämlich Verbringen
der Klauenkupplung 77 in Bremsstellung, Festhalten der Zwischenwelle 82 am Fahrzeug
durch Ineingriffbringen der Kupplungsklaue 131 entweder mit der Klaue 133 oder 135
und Betätigung der Fahrzeugbremsen, genügen, um das Schwungrad auf eine reduzierte
Normaldrehzahl von 15 ooo U/min zu bringen. Im Falle der Beschleunigungsstellung,
in welcher der eingeschaltete Magnet 126 den. Anker 125 und das Sonnenrad 124 des
Triebes V hält, läuft das letztere zusammen mit dem Trieb IV gekuppelt, um einen
sehr kleinen Abfall vom Kegelrad 9I zum Sonnenrad 123, Büchse 113 und Innenzahnkranz
86 des Triebes I zu erzielen, wobei unter Umkehrung der Drehrichtung das Übersetzungsverhältnis
etwa 11,5: -1 ist. Da die Kegelradübersetzung so gewählt ist, daß bei einer Drehzahl
von 15 ooo U/min des Schwungrades das Kegelrad 91 mit etwa 2300 U/min in gleicher
Richtung wie das Maschinenschwungrad rotiert, dann wird. mit erregtem Elektromagneten
126 der Innenzahnkranz 86 des Triebes I mit etwa 200 U/min im .umgekehrten Drehsinn
laufen. Wenn das Fahrzeug und demzufolge die Zwischenwelle 82 und der Umlaufradträger
8o stillstehen, wird das Sonnenrad 69 des Triebes I über das Umlaufritzel 81 entgegen
der Drehrichtung des Innenzahnkranzes 86 mit entsprechend höherer Drehzahl angetrieben,
d. h. es wird in gleicher Drehrichtung wie das Maschinenschwungrad. mit etwa 340
U/min gedreht. Beim Regeln der Maschine im Leerlauf kann also die Kupplung 71, 72
bei 340 U/min eingerückt werden, um das Maschinenschwungrad mit der Welle 70 und
dem Sonnenrad 69 zu kuppeln., ohne daß eine Kraftübertragung vom Schwungrad 102
auf das Maschinenschwungrad 71 oder umgekehrt stattfindet und die Zwischenwelle
72 und -die Fahrzeugräder stillstehen. Wenn jedoch das Schwungrad mit mehr als 15
ooo U/min umläuft, dann kann das Sonnenrad 69 entsprechend schneller laufen als
3q:0 U/min, und mit eingerückter Kupplung 70, 71 wird das Maschinenschwungrad ebenfalls
mit höherer Drehzahl angetrieben.. Die Brennstoffzufuhr zur Maschine kann daher
abgestellt werden, und die Maschine läuft nur durch die Energie des Schwungrades
i02 mit der obigen Leerlaufdrehzahl weiter, so daß die überhöhte Drehzahl des Schwungrades
vermindert wird. Umgekehrt wird, falls das Schwungrad i02 unter seiner Normaldrehzahl
läuft, das Sonnenrad 69 unter einer Drehzahl von 340 U/mim gehalten, und mit eingerückter
Kupplung 71, 72 wird die Maschine ebenfalls unter ihrer Leerlnufdrehzahl laufen,,
so daß die Brennstoffzufuhr erhöht werden muß, um von der Maschine
über
das Sonnenrad 69, den -Innenzahnkranz 86, die Triebe IV und V und das Kegelrad:
9I dem Schwungrad 1o2 Energie zuzuführen und dessen Drehzahl zu erhöhen. Wenn jedoch
das Übergewicht des Maschinenschwungrades 7I über die Trägheit des Schwungrades
I02 so gering ist, daß selbst das volle Drehmoment der Maschine die Drehzahl des
Schwungrades nur in geringem Maße erhöhen kann, so wird das über den Trieb I übertragene
Maschinenmonment ein Drehmoment im Verhältnis von. etwa 2,75 : I entsprechend der
Übersetzung des Triebes I auf den Umlaufradträger 8o und die Zwischenwelle 82 ausüben.
Beim Loslassen der Bremsen. wird dieses auf die Fahrzeugachsen und die Räder übertragene
Maschinendrehmoment das Fahrzeug in Bewegung setzen und über einen Geschwindigkeitsbereich
beschleunigen, der, an der Zwischenwelle gemessen, von o bis 680 U/min reicht entsprechend
dem Maschinendrehzahlbereich von 340 bis 220o U/min des vorliegenden. Ausführungsbeispiels.
Während der zur Beschleunigung über diesen Bereich erforderlichen Zeit wird die
Drehzahl des Schwungrades I02 um Etwas weniger als 7o U/min erhöht, was sich auf
den Innenzahnkranz 86 des Triebes I durch eine Zunahme von weniger als I U/min auswirkt.
Wenn der Elektromagnet 126 abgeschaltet und statt dessen der Elektromagnet II9 erregt
wird, um den Anker 1 r8 und den Innenzahnkranz 117 des Triebes IV festzuhalten,
arbeitet letzteres. als einfaches Umlaufgetriebe mit einer Übersetzung zwischen
dem Kegelrad 9I und dem Innenzahnkranz 86 des Triebes I von etwa 3, 2 : I, so daß
der Innenzahnkranz 86 mit etwa 730 U/min angetrieben wird entsprechend einer Drehzahl
des Schwungrades Iot von I5 ooo U/min. -Unter diesen Bedingüngen liegt der Drehzahlbereich
der Zwischenwelle 82 zwischen etwa 450 und 1250 U/min entsprechend dem vollen Maschinendrehzahlbereich
von. o bis 220o U/min Dabei wird die Rückwirkung des Triebes I am Innenzahnkranz
86 auf das Schwungrad Io2 übertragen, so daß dessen Drehzahl innerhalb der zur Beschleunigung
notwendigen Zeitspanne um etwa. 220 U/min vermindert wird. Wenn der Elektromagnet
III abwechselnd mit dem Magneten II9 erregt wird; so wird der Drehzahlbereich der
Zwischenwelle 82 in der bei Fig. 2 beschriebenen Weise weiter übersetzt mit einem
Drehmomentverhältn.is zwischen der Welle 7o und der Zwischenwelle 82 von I : 2,75.
Wenn. der Elektromagnet 112 abwechselnd erregt wird, wird die Drehzahl noch weiter
übersetzt, so daß die Zwischenwelle von I45o bis 220o U/min arbeitet.. Zwischen
der Zwischenwelle 82 und der Abtriebswelle I05 ist ein Trieb VI eingeschaltet, dessen
Zweck lediglich ist, die Wahl einer besonders niedrigen Geschwindigkeitsstufe für
die Abtriebswelle zusätzlich zu der I : I-Übersetzung und zur Leerlaufstellung zu
ermöglichen.. Dieser Trieb VI enthält einen Innenzahnkranz 127, der fest mit der
Zwischenwelle 82 verbunden ist, und damit zusammenarbeitende Umlaufritzel 128; die
von einem auf der Abtriebswelle I05 befestigten Umlaufradträger 129 getragen werden.
Die Umlaufritzel 128 arbeiten außerdem mit einem Sonnenrad I30 zusammen, das eine
Klauenkupplung I31 aufweist, die mit Hilfe einer Gabel 132 aus der gezeigten Leerstellung
nach rechts bewegt und mit- Klauen. 133 in Eingriff gebracht werden kann, die an
einem Zusatzgehäuse 134 des Getriebegehäuses I08 befestigt sind. Wird die Klauenkupplung
nach links: bewegt; so kommt sie mit Klauen 135 am Umlaufradträger 129 in Eingriff.
Unabhängig von. der Stellung der früher erwähnten Kupplungen wird beim Ineingriffbringen
der Klauenkupplung 131 mit den Klauen 135 eine Drehmomentübersetzung von I : I zwischen
der Zwischenwelle 82 und der Abtriebswelle I05 erzielt oder ein Verhältnis von etwa
I,6 : I, wenn die Klauenkupplung 131 nach rechts bewegt und mit den Klauen 133 in
Eingriff gebracht wird, so daß das Sonnenrad I30 festgehalten wird. und der Trieb
VI als einfacher Umlaufuntersetzungstrieb arbeitet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist. das Kegelritzel IoI getrennt vom Schwungrad I02 gelagert und mit einem Elektromagneten
136 versehen, der über einen Kontakt 137 erregt werden kann und mit einem Anker
138 zusammenarbeitet, der mittels Kugeln 139 gegenüber dem Schwungrad I02 axial
verschiebbar gelagert ist. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, bei Außerbetriebnahme
des Fahrzeuges durch Aberregung des Magneten 136 das Schwungrad I02 abzukuppeln.
und frei auslaufen zu lassen, ahne daß das Kegelritzel IoI, das Kegelrad 9r und
andere zugehörige Teile mitlaufen müssen.
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Bei allen erläuterten Ausführungsformen läuft das. Schwungrad Iot
vorzugsweise innerhalb eines evakuierten Gehäuses, und zweckmäßig wird eine kleine
Pumpe vorgesehen, die Flüssigkeit und Luft entfernt, welche in den Raum zwischen
dem Getriebegehäuse I08 und dem Schwungradgehäuse I4I eindringt. Da das Schwungrad
I02 am Fuß in einem Kugellager 142 geringer Reibung läuft, ist der Drehzahlabfall
bei Aberregung der Magnetkupplung I36, 138 sehr gering, und es kann deshalb noch
etwa 2o Tage weiterlaufen. Mit Rücksicht auf die beträchtliche Kreiselwirkung des
Schwungrades rot, die sich auf das Getriebegehäuse und andere Fahrzeugteile überträgt,
ist es zweckmäßig, um ein Rollen oder seitliches Kippein des Fahrzeuges sowie unzulässige
Belastung der Schwungradaufhängung zu vermeiden, Mittel. vorzusehen, die eine Auslenkung
des Getriebegehäuses i08 um die durchgehende Achse gegenüber dem Fahrzeug bei Neigung
des Fahrzeuges um diese Achse ermöglichen und trotzdem die- Übertragung des Reaktionsmomentes
vom Getriebegehäuse auf das Fahrzeug gestatten. Fig. 3 zeigt eine solche bekannte
Anordnung zur Erlangung seitlicher Beweglichkeit der Fahrzeugmaschine gegenüber
der Antriebseinheit, und zwar sind hierfür Gummi oder ähnliche elastische Mittel
143 vorgesehen, die radial vorbelastet-sind, so daß das Gewicht der Einheit von
einem Teil 144 des Fahrzeugrahmens aufgegenommen wird. Ähnliche Teile werden zweckmäßig
vorn am Getriebegehäuse bzw. an der Maschine vorgesehen und so angeordnet, daß die
Einrichtung
eine begrenzte Winkelbewegung relativ zum Fahrzeugrahmen um die durchgehende Achse
ausführen kann. Dadurch wird auch eine gewisse Freiheit im Vor- und Zurückneigen
erreicht, um der Kreiselpräzision Rechnung zu tragen, die in einer Ebene senkrecht
zu der erwähnten Achse verursacht wird, in welcher das Getriebegehäuse Io8 eine
begrenzte Winkelbewegung um diese Achse mit den Stützen 143, 144 ausführen kann.
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Die Nutzbremsung soll vorzugsweise auf alle vier Räder wirken, und
es ist unter Berücksichtigung der effektiven Verlagerung des Fahrzeuggewichtes nach
vorn wünschenswert, daß bei einer starken Verzögerung die Vorderräder stärker abgebremst
werden, andererseits verursacht die große Beschleunigung beim Anfahren bis zur Höchstgeschwindigkeit
eine Gewichtsverlagerung nach hinten, die es wünschenswert erscheinen. läßt, daß
der größte Teil der Antriebskraft auf die Hinterräder wirkt. Um diesen zwei Bedürfnissen
nachzukommen., wird zweckmäßig, wie in Fig. 4, 4A und 4 B gezeigt, ein automatisches
Differentialgetriebe zwischen- Vorder- und Hinterrädern vorgesehen. Zwei Umlaufrädertriebe
VII und VIII sind zwischen die Zwischenwelle 82 und die gleichachsige Abtriebswelle
I45, die auf die- Hinterräder wirkt, eingeschaltet. Der Umlaufradträger I46 des
Triebes VII und der Umlaufradträger 147 des Triebes VIII sind miteinander und. mit
der Zwischenwelle 82 verbunden. Ein Sonnenrad I48 des Triebes VII und ein Innenzahnkranz
149 des Triebes VIII sind auf der Abtriebswelle I45 befestigt. Ein Innenzahnkranz
I5o des Triebes VII ist auf der Zwischenwelle 82 angeordnet und trägt ein Doppelkettenrad
I5I, während ein Sonnenrad I52 des Triebes VIII auf der Abtriebswelle I45 angebracht
ist und ein einfaches Kettenrad I53 trägt. Am Umlaufradträger I46 sind Umlaufritzel
I54 angeordnet, die mit dem Sonnenrad 148 und. dem Innenzahnkranz I5o des Triebes
VII zusammenarbeiten. Der Umlaufradträger I47 weist Umlaufritzel I55 auf, die mit
dem Sonnenrad I52 und dem Innenzahnkranz 149 des Triebes VIII zusammenwirken. Das
Getriebe VII, das während der Nutzbremsung in Kraft tritt, wie später noch erläutert
wird, hat ein Zähnezahlverhältnis zwischen. Innenzahnkranz I5o und Sonnenrad I48,
das der Gewichtsverteilung zwischen den Vorder- und Hinterrädern des Fahrzeuge bei
der größten auftretenden Verzögerung entspricht, während der Trieb VIII, der während
der Beschleunigung des Fahrzeuges in Kraft tritt, ein Verhältnis zwischen Innenzahnkranz
I49 und Sonnenrad I52 aufweist, das der Gewichtsverteilung zwischen Vorder- und
Hinterrädern bei größter Beschleunigung entspricht. Eine in Fig. 4A gestrichelt
gezeigte Doppelkette verbindet das Doppelkettenrad I5I mit dem Doppelkettenrad r56,
und eine einfache Kette verbindet das Kettenrad 153 mit einem Zahnrad I57. das ebenso
wie das Zahnrad I56 auf einer die Vorderräder antreibenden Abtriebswelle 158 angeordnet
ist. Ein Kammrad I59 ist auf der Abtriebswelle I58 befestigt und arbeitet mit zwei
Satz Rollen I6o und I6I zusammen, die nebeneinander, aber nicht in unveränderlicher
gegenseitiger Lage durch einen Käfig 16.2 gehalten werden. Die Rollen I6o wirken
auf die zylindrische Innenfläche einer mit dem Doppelkettenrad 156 verbundenen.
Büchse I63, und die Rollen 16I wirken auf die zylindrische Innenfläche einer mit
dem Kettenrad 157 verbundenen Büchse 164. Die Vorwärtsdrehrichtung ist durch einen
Pfeil in. Fig. 4B angedeutet. Wenn das Antriebsmoment durch das Kettenrad 157 in
der Antriebsrichtung auf die Büchse I64 übertragen wird, werden die Rollen 161 zwischen
Büchse 164 und Kammrad 159 festgeklemmt, und dabei wird das Antriebsmoment auf die
Welle 158 und auf die Vorderräder übertragen. Das Antriebsmoment wird ferner mittels
einer Kette vom Kettenrad: 153 und vom Sonnenrad 152 auf das Zahnrad 157 übertragen,
aber infolge der Ausgleichswirkung der Umlaufritzel I55, die sich auf dem Umlauf
radträger 147 des Triebes VIII befinden, wird ein proportional größeres Drehmoment
von den Umlaufritzeln 155 auf den Innenzahnkranz 149 übertragen, der die Rückwärtsabtriebswelle
145 direkt antreibt. Bei Umkehrung der Drehrichtung der Zwischenwelle 62 und des
Umlaufräderträgers 147, z. B. während der Nutzbremsung, haben die Umlaufritzel das
Bestreben, den Innenzahnkranz 149 und das Sonnenrad I52 in entgegengesetzter Richtung
anzutreiben. Das Sonnenrad I52, das durch das Kettenrad 153 und das Zahnrad I57
sowie die Büchse I64 mit den Rollen 161 in Verbindung steht, bewegt jedoch bei Umkehrung
der Drehrichtung diese Rollen in eine freie Lage, während die anderen Rollen I6o
in der Gegenrichtung wirken und zwischen Kammrad I59 und Büchse I63 eingeklemmt
werden, so daß das in umgekehrter Richtung wirkende Drehmoment über das Doppelkettenrad
I56, das Doppelkettenrad 15I und den Innenzahnkranz I5o des Triebes VII auf diese
Büchse I63 übertragen wird. Die Belastung am Innenzahnkranz 150 wird durch die Ritzel
154 durch ein proportional niedrigeres Moment am Sonnenrad I48 auf der Welle I45
ausgeglichen, so daß die Hinterräder verzögert werden. Die Vorderradantriebswelle
I58 wird von der Welle I82 abgezweigt und kann an der Maschine vorbeigeführt werden.
Der linke Teil des in Fig. 4 gezeigten Antriebssystems kann ähnlich ausgebildet
werden wie der linke Teil: der Fig. 3.
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Eine Abwandlung des Antriebssystems nach Fig. 4, 4A, 4B ist in Fig.
5 dargestellt. Hier ist ein einfaches Umlaufgetriebe IX für solche Fälle vorgesehen,
in denen die Gewichtsverlagerung beim Beschleunigen und Bremsen im wesentlichen
gleich ist.
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In Fig. 5 ist die Zwischenwelle 82 fest mit einem Umlaufradträger
165 des Triebes IX verbunden.; an dem Umlaufräder 166 vorgesehen sind, die mit einem
fest mit einem Übertragungszahnrad 168 verbundenen Sonnenrad 167 im Eingriff stehen.
Ein Innenzahnkranz 169 ist mit dem Übertragungszahnrad 170 fest verbunden. Die Übertragungszahnräder
168 und 17o arbeiten mit Zahnrädern 171
und 172 zusammen, welche auf einer
Zwischenwelle 173 angeordnet sind. und im Eingriff stehen, mit
Zahnrädern
174 und I75, welche auf der Welle 176 angebracht sind. Ein auf der Leerlaufwelde
I73 angeordnetes Zahnrad 177 kämmt mit einem Zahnrad I78 auf der Antriebswelle für
die Vorderräder 179, die gleichachsig mit der Antriebswelle für die Hinterräder
176 angeordnet ist. Ein Paar in entgegengesetztem Drehsinn wirkender Freilaufkupplungen
I8o und I8I, die denen der Fig. 4A und 4B entsprechen, dienen zum wechselweisen
Kuppeln der Zahnräder I7I und I72 mit der Zwischenwelle 173, während die Zahnräder
177 und 178 und die Antriebswelle für die Vorderräder 179 und ein zweites Paar entgegengesetzt
wirkender Kupp.-lungen I82 und 183 wie die Kupplungen I8o und I8I die Zahnräder
174 und 175 wechselweise mit der Antriebswelle für die Hinterräder 176 kuppeln.
So wird, sofern die Zwischenwelle 82 ein positives Drehmoment ausübt, der größere
Teil davon über den Innenzahnkranz 169 im Trieb IX und über die Zahnräder 170, 172
und I75 auf die nach rückwärts treibende Welle 176 übertragen, während der kleinere
Teil vom Sonnenrad 167 über die Zahnräder I68, I7I, I77 und I78 auf die nach vorn
treibende Welle 179 gelangt. Wenn die Drehrichtung umgekehrt wird, entweder durch
Abstellen des Brennstoffes oder durch Nutztrennung, wie oben erwähnt, wird der größere
Teil dieses. negativen Drehmoments von dem Innenzahnkranz I69 des Triebes IX über
die Zahnräder 170, I72, I77, I78 auf der Antriebswelle der Vorderräder I79, und
der kleinere Teil über die Zahnräder I68, I71 und I74 auf die Antriebswelle der
Hinterräder I76 übertragen. In der Anordnung nach Fig. 5 sind sowohl die Antriebswelle
für die Vorderräder; als auch die Antriebswelle für die Hinterräder gegenüber der
Zwischenwelle versetzt und in der Längsachse des Fahrzeuges angeordnet.
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Das in Fig. 6 gezeigte und für die erfindungsgemäßen Antriebssysteme
besonders geeignete Schwungrad hat die Form einer Scheibe mit verstärktem Mittelteil
und verstärktem Rand.. Die Drehachse liegt in Richtung Y-Y, und die Bezugszeichen
A-J geben die wichtigsten Abmessungen an. Der Durchmesser erstreckt sich in Richtung
X-X, und der Radius ist mit A bezeichnet. Die Stärke C des Mittelteiles beträgt
beispielsweise das I,5 bis 4fache der Stärke B des Randteiles. Die Randbreite D
beträgt beispielsweise ein Zehntel des Radius A. Die Abschrägung E des Randes liegt
etwa zwischen 30 und 4o% des Radius A, und F liegt zwischen 5 und Io% von A. Die
Abschrägung G des Mittelteiles liegt beispielsweise zwischen 20 und 25 % von A,
und die Abschrägung H kann zwischen I5 und 2o 0/o von A betragen. Der Radius I des
Mittelteiles beträgt etwa 5 bis Io % von A, und die Scheibenverjüngung I hat eine
Stärke von etwa 3/8 bis I von B. Die Abmessungen von A und B richten sich nach der
kinetischen Energie und Drehzahl. Die mit I84 und 185 bezeichneten Teile sind annähernd
parallel, und die Teile I86, I87, I88 und I89 können leicht gekrümmt sein. Ein Schwungrad
dieser Form ermöglicht eine besonders gute Materialausnutzung. Die Antriebssysteme
nach der Erfindung sind nicht nur für Fahrzeuge geeignet, sondern können auch für
andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise für Aufzüge, Bergwerkförderanlagen,
Krane und Bagger. Die einzelnen Triebe der an Hand der Ausführungsbeispiele erläuterten
Systeme können im Rahmen der Erfindung in gewissem Maße abgewandelt werden, beispielsweise,
kann man bei den gezeigten Umlaufgetrieben den Innenzahnkranz auch mit den in der
Geschwindigkeit geregelten Organen verbinden und das Sonnenrad mit dem Speicherschwungrad.