DE3924548A1

DE3924548A1 - 4-wellen-umlaufgetriebe

Info

Publication number: DE3924548A1
Application number: DE19893924548
Authority: DE
Inventors: Peter Graf Von Ingelheim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-07-25
Publication date: 1990-09-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein 4-Wellen-Umlaufgetriebe. Derartige Getriebe sind in der Regel Zahnradgetriebe bzw. Zahnradumlaufgetriebe. Es gibt aber auch andere Umlaufgetriebe, wie z. B. Kurvengetriebe.

Nach Müller, H. W.; Umlaufgetriebe; in: Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau; 16. Aufl.; Springer-Verlag Heidelberg 1987; gilt für alle Umlaufgetriebe die Grundgleichung

(1.1) n 1-n 2*i 0-nS* (1-i 0)=0
bzw.
(1.1a) (n 1-nS)/(n 2-nS) = i 0

mit
n 1=Drehzahl der Welle 1
n 2=Drehzahl der Welle 2
nS=Drehzahl der Welle S bzw. des Steges
i 0=Bauverhältnis des Getriebes

Die Erfindung beinhaltet 4-Wellen-Getriebe, bei denen eine Welle vom Gehäuse gebildet wird und bei dem für die drei anderen Wellen eine andere Grundgleichung erreicht wird. In Verbindung mit konventionellen Planetengetrieben und stufenlos verstellbaren Getrieben werden damit stufenlos verstellbare Getriebe mit Leistungsverzweigung möglich, bei denen nur eine geringe Leistung über das Verstellgetriebe geht.

Anhand von Abb. 1 soll die neue Grundgleichung erläutert werden.
Abb. 1 zeigt ein Getriebe mit rotatorischer und oszillierender Bewegung. Eine Antriebswelle 1 hat zwei oszillierende (schräg liegende), geschlossene Kurvenzüge 2, 3 am Umfang. Diese Kurvenzüge können z. B. schräg liegende Wälz- oder Gleitlager sein.
Die Abtriebswelle 4 liegt rohrförmig um die Antriebswelle 1 und hat axiale Schlitze 5 in denen Eingriffskörper 6 hin- und herschiebbar sind.
Die Eingriffskörper 6 greifen in die Kurven 2, 3 und in einen kreisförmigen Nut 7 oder ein ringförmiges Wälz- oder Gleitlager in einer ringförmigen Hülse 8, die rohrförmig um An- und Abtriebswelle liegt. Die Hülse 8 ist in axialen Schlitzen 9 des Gehäuses 10 hin- und herschiebbar. Die Hin- und Herbewegung der Hülse wird genutzt, eine dritte Welle 11 zu drehen.
Man erkennt zunächst, daß für das in Abb. 1 gezeigte Getriebe die Drehzahlgleichung die Form annimmt

(1.2) n 1-n 4=z*n 11; z = beliebige rationale Zahl;

Diese Gleichung ist grundsätzlich von der Gleichung (1.1a) verschieden, wie man sich folgendermaßen klarmacht:

Wenn man versucht im Nenner von Gleichung (1.1a) nS = 0 zu setzen, um Gleichung (1.2) zu realisieren, dann verschwindet nS auch im Zähler und man hat nurmehr ein 2-Wellen-Getriebe. Daher ist Gleichung (1.2) grundsätzlich von (1.1a) verschieden.
Wenn Mi das Drehmoment der Welle i ist und M 10 das vom Gehäuse aufgenommene Stützmoment, dann gelten die Momentengleichungen:

M 1+M 4+M 10+M 11=0;
M 1+M 4=0;
M 10+M 11=0;
M 11=-z*M 1;

Damit fließt über die einzelnen Wellen die Leistung:

P 1/(2*pi) = n 1*M 1
P 4/(2*pi) = n 4*M 4=-n 4*M 1
P 11/(2*pi) = n 11*M 11=-(n 1-n 4)*z*M 1/z = (n 4-n 1)*M 1;
P 10/(2*pi) = 0*M 10=0;

und damit ist auch die Leistungsgleichgewichtsgleichung:

P 1+P 4+P 10+P 11=0;

erfüllt.

Die Gleichung (1.2) ist aber nicht nur mit Hilfe von neuartigen Getrieben, sondern auch mit Zahnradumlaufgetrieben realisierbar.

Abb. 2 dient dem Verständnis des stufenlosen Getriebes mit Leistungsverzweigung, welches ausschließlich mit Zahnradgetrieben realisiert wird.
Eine Antriebswelle 20 vom Motor treibt über ein Wendegetriebe 22 ein Zwischenrad 23. Das Zwischenrad 23 dreht mit der Drehzahl der Antriebswelle, aber entgegengesetzt zu dieser. Dieses Zwischenrad bildet die eine Abtriebswelle eines Differentials 24, dessen Käfig 25 über ein Zahnrad 26 mit einem hydrostatischen Verstellpumpe-Motor 28 verbunden ist.

Die Antriebswelle 20 treibt mit dem Sonnenrad 40 die Planetenräder 30 eines Planetengetriebes 31 und über das Sonnenrad 42 die Abtriebswelle. Der Steg S wird über das Zahnrad 35 von einem zweiten Verstellpumpenmotor 36 getrieben. Dieses Planetengetriebe 31 hat die Grundgleichung:

(n 40-ns)/(n 42-nS) = 4 bzw. n 40-4*n 42-(1-4)*nS 0:

mit
n 40=Drehzahl der Antriebswelle
n 42=Drehzahl der Abtriebswelle
nS = Drehzahl des Steges

Ein dritter Planetensatz 32 treibt den zweiten Abtriebsstrang 33 des Differentials 24.

Die beiden hydrostatischen Verstellaggregate 28, 36 fördern zueinander, bilden also ein hydrostatisches Verstellgetriebe.

Zunächst betrachte man die beiden "Differentiale" 22, 24. Für das erste Differential 22 gilt die Grundgleichung

(n 20-0)/(n 23-0)=-1;

und für das zweite Differential 24 gilt die Grundgleichung

(n 23-n 25)/(n 33-n 25)=-1;

Daraus wird

(n 20+n 25)/(n 33-n 25)=1;

oder (n 33-n 20)/n 25=2;

Diese letzte Form entspricht aber genau der Gleichung (1.2).

Für n 20=n 33 ist n 25=0. Das heißt, dann fließt keine Leistung über das Hydraulikgetriebe.

Zur Berechnung des Getriebes werden zunächst folgende Größen definiert:

i 0=Bauverhältnis des Planetengetriebes (=4)
i = n 20/n 21=n 40/n 42=M 21/M 20=M 42/M 40= momentane Getriebeübersetzung
M 32=über den Planetenantrieb eingebrachtes Differenzmoment= -M 38-M 30

Für dieses Getriebe gilt:

nS = (i 0*n 42-n 40)/(i 0-1)=(((i 0/i)-1)/(i 0-1))*n 40;
n 42=(i 0/(i 0-1))*((i-1)/i) *(r 40/r 30)*n 40;
MS = (i-1)*M 40;
M 42=((i/i 0)-1)*(r 30/r 40)*M 40;

Über den Stegantrieb bzw. das zweite Hydraulikaggregat 36 fließt somit die normierte Leistung:

PS/(2*pi) = MS *nS = ((i-1)*((i 0/i)-1)/(i 0-1))*M 40*n 40;

Über das erste Hydraulikaggregat 28 fließt die normierte Leistung:

P 32/(2*pi) = M 32*n 32=
((i/i 0)-1)*(1-1/i) *(i 0/(i 0-1))*(r 30/r 40)*(r 40/r 30)*n 40*M 40=
-((i-1)*((i 0/i) -1)/(i 0-1)*M 40*n 40;

Damit fließt über die beiden Hydraulikaggregate stets die gleiche Leistung.

Man erkennt, daß für i = 1 und i = i 0 der Leistungsfluß ausschließlich über das Zahnradgetriebe geht, da dann eines der beiden Hydraulikaggregate steht.

In den Zwischenbereichen ist der Leistungsfluß über die Hydraulik ebenfalls gering.
Er erreicht sein Maximum für

i = (i 0)^o,5;

und nimmt dort den Wert an:

P 32/(2*pi) = ((i 0)^0,5-1)/((i 0)^0,5+1))*M 40*n 40;

Ein derartiges Verzweigungsgetriebe ermöglicht einen sehr hohen Getriebewirkungsgrad.

In Abb. 3 ist ein Diagramm für die Wirkungsgradkurven des Getriebes gezeigt.
Die Wirkungsgradkurven der beiden Hydraulikaggregate über dem Verstellbereich des Getriebes sind gezeigt und daraus ist der Wirkungsgrad H des Hydraulikgetriebes hergeleitet. Zum Vergleich ist darunter der Leistungsfluß über das Hydraulikgetriebe als Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes gezeigt.
Man erkennt, daß der Leistungsfluß über das Hydraulikgetriebe dann groß ist, wenn der Wirkungsgrad H des Hydraulikgetriebes hoch ist.
Der Wirkungsgrad G des Gesamtgetriebes errechnet sich nach der Formel:

G = (1-(i-1)*((i 0/i) -1)/(i 0-1))+H *(i -1)*((i 0/i) -1)/(i 0-1);

Er ist ebenfalls als Kurve in das Diagramm eingezeichnet.

Claims

1. 4-Wellengetriebe, bei dem eine Welle 22 von dem stillstehenden Gehäuse gebildet wird und bei dem 3 Wellen 1, 20; 4, 33; 11, 25 drehbar sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die drei drehbaren Wellen 1, 20; 4, 33; 11, 25; mit ihren Drehzahlen n 1, n 20; n 4, n 33; n 11, n 25; so angeordnet sind, daß für sie die Drehzahlgleichung gilt: n 1-n 4=z *n 11;
mit z = rationale Zahl bzw.
n 20-n 33=z *n 25

2. 4-Wellengetriebe unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus insgesamt 5 Wellen 20, 22, 23, 25, 33 gebildet wird von denen drei Wellen 20, 22, 23 in einem Umlaufgetriebe mit der Grundgleichung (n 20-n 22)/(n 23-n 22)=-(1/a); a = rationale Zahl;und drei Wellen 23, 25, 33 in einem Umlaufgetriebe mit der Grundgleichung(n 23-n 25)/(n 33-n 25)=-averbunden sind und die eine Welle 22 gehäusefest ist, so daß ihre Drehzahl Null ist n 22=0, und daher für das Gesamtgetriebe die Gleichung gilt:(n 33-n 20)/n 25=(1+a)/a = z;

3. Getriebe unter Patentanspruch 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß seine eine Welle 33 mit den Planetenrädern 32 eines weiteren Umlaufgetriebes verbunden ist, seine andere Welle 25 mit einer Welle eines stufenlos verstellbaren Getriebes 28 verbunden ist und seine dritte Welle 23 mit der An- oder Abtriebswelle 20 eines sonstigen Antriebsstrangs verbunden ist.

4. Getriebe unter Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es den dritten Planetensatz 32 eines Planetengetriebes 31, welches zwischen einer Antriebswelle 20 und einer Abtriebswelle 21 angeordnet ist, die mit den beiden anderen Planetensätzen 30, 38 in Eingriff stehen, mit einer Welle 26 eines Verstellgetriebes verbindet und die andere Welle 35 des Verstellgetriebes 28, 36 den Steg S des Planetengetriebes 11 treibt.