DE69923233T2

DE69923233T2 - Stufenlos regelbares getriebe

Info

Publication number: DE69923233T2
Application number: DE69923233T
Authority: DE
Inventors: Muthvetpillai Mt Wellington JEGATHEESON
Original assignee: GYRO HOLDINGS Ltd GREY LYNN; Gyro Holdings Ltd
Current assignee: GYRO HOLDINGS Ltd GREY LYNN; Gyro Holdings Ltd
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-11-10
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-11-11
Also published as: EP1149251B1; JP2002535583A; US6640659B1; TWI245881B; CN1334905A; AU1085400A; PT1149251E; DK1149251T3; KR100693324B1; EP1149251A1; WO2000045068A1; ES2237174T3; CN1157547C; ATE287052T1; EP1149251A4; DE69923233D1; KR20010101776A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Getriebe und insbesondere ein solches stufenlos verstellbares Getriebe, in dem primär Trägheitsreaktionen auf eine geeignet angeordnete Massenverteilung als Kupplungskräfte und Drehmomente verwendet werden, um eine Nettoenergieübertragung von einem Eingang zu einem Ausgang zu ermöglichen. Das zeitliche Integral des Ausgangsdrehmoments und, sofern anwendbar, des Eingangsdrehmoments, das aus diesen Trägheitsreaktionen resultiert, wird durch das zeitliche Integral eines Reaktionsdrehmoments, das aus diesen Trägheitsreaktionen resultiert, ausgeglichen. Das Reaktionsdrehmoment wird auf die feste Umgebung oder das Getriebegehäuse oder anderweitig so aufgebracht, um zu ermöglichen, dass der Übertragungsprozess in zyklischer Weise stattfindet. In einigen Fällen können, während zyklischer Bewegungen der Übertragungsmechanismen, andere Kräfte und Momente als die vorgenannten Trägheitsreaktionen zusätzlich oder anderweitig verwendet werden, um eine Energieübertragung von dem Eingang zum Ausgang des Getriebes hervorzurufen. Selbst diese zyklischen Bewegungen der Übertragungsmechanismen selbst, die zur Energieübertragung vom Eingang zum Ausgang durch andere als die vorgenannten Trägheitsreaktionen erforderlich sind, können mittels anderer Trägheitsreaktionen hervorgerufen oder unterstützt werden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Getriebe, die feste Eingangs-/Ausgangsdrehzahlverhältnisse haben, sind für eine weite Vielzahl von Betriebsbedingungen ungeeignet. Um die Eingangs-/Ausgangsvariablen, nämlich das Drehmoment und die Drehzahl, derart anzupassen, dass die Übertragungsverluste reduziert sind, und um optimale Betriebsbedingungen an dem Eingang/Ausgang zu erlauben und um übermäßige Belastungen zu vermeiden, die sich in dem Getriebe unter Übergangszuständen am Eingang/Ausgang entwickeln, sind variable Getriebe erforderlich.
Bei der Verwendung diskret variabler Getriebe wird das Drehzahlverhältnis in einer endlichen Anzahl von Stufen verändert. Diese obigen Vorteile eines variablen Getriebes werden durch dieses Verfahren nur teilweise erreicht.
Ferner ist die Anzahl der Schritte aus wirtschaftlichen und praktischen Gründen beschränkt.
Es ist eine Vielzahl stufenlos verstellbarer Getriebe bekannt. Hauptsächlich verwenden diese Reibelemente, hydraulische Elemente (Motor oder Turbine/Pumpe) oder elektromagnetische Elemente (Motor/Generator) zur Kraftübertragung. Mit der Ausnahme elektromagnetischer Verfahren sind diese Getriebe aufgrund von Schlupf unter Übergangsbedingungen von Beschleunigung und Verzögerung aufgrund der begrenzten Reaktionsfähigkeit ineffizient, insbesondere unter schnell ändernden Eingangs-/Ausgangsbedingungen. Elektromagnetische Systeme zum Vermeiden solcher Ineffizienzen können sehr teuer sein und sind unter vielen Umständen, aufgrund von Raum- und Gewichtsbedingungen, nicht praktisch.
Der Anmelder kennt eine Anzahl herkömmlicher Vorschläge, die sich bemühen, gyroskopische Rotoren zu verwenden, um ein stufenlos verstellbares Getriebe zu erreichen.
Die in der US-Patentschrift 4 169 391 offenbarte Vorrichtung beruhte auch auf der Veränderung des Trägheitsmoments der Rotoren durch hydraulische Mittel, um ein Nettoausgangsdrehmoment zu erzeugen und die Eingangs-/Ausgangsbedingungen anzupassen. Dies ist, insbesondere unter sich schnell ändernden Eingangs-/Ausgangsbedingungen, extrem schwierig zu erreichen. Ferner ist das beschriebene hydraulische System kompliziert.
Andererseits beruht die in der US-Patentschrift 3 851 545 offenbarte Vorrichtung darauf, geeignete Rotationsorientierungen durch externe Krafteingaben beizubehalten. Dies erhöht die Komplexizität an der offenbarten Erfindung signifikant, insbesondere unter sich schnell ändernden Eingangs-/Ausgangsbedingungen.
Die in der US-Patentschrift 3 540 308 offenbarte Vorrichtung überträgt sowohl positives als auch negatives Drehmoment auf die Ausgangswelle, wobei ein positives Nettodrehmoment auf die Ausgangswelle ausgeübt wird.
Die in der US-Patentschrift 3 539 561 offenbarte Vorrichtung beruht auf einer zyklischen Änderung der Rotorträgheit und der Ausgabe eines diskontinuierlichen Drehmoments auf die Ausgangswelle, das durch den Schwungradeffekt wesentlicher Rotormassen kompensiert werden muss.
Der Anmelder hat unter der internationalen Anmeldung PCT/NZ92/ 00004 eine Vorrichtung auf der Basis gyroskopischer Rotoren offenbart. Diese Vorrichtung beruht auf der Pumpwirkung durch eine Coulomb-gedämpfte Oszillation ("Vibration") der gyroskopischen Rotoren um die Rotationsachse herum. Ein hydraulisches System, das zu einem Anteil der gesamten Kraftübertragung in der Lage war, war erforderlich, um die Vibration hervorzurufen, und die "Vibration" ist unter hohen Dämpfverhältnissen unvorhersehbar. Ferner sind Federelemente erforderlich, um die "Vibration", und daher Hystereseverluste, hervorzurufen. Es war eine zusätzliche Drehzahlsteuervorrichtung erforderlich, um einen nutzbaren Arbeitsbereich zu erreichen.
Der Anmelder kennt auch einen anderen Vorschlag, worin ein gyroskopischer Rotor an einem inneren Rahmen eines kardanischen Trägers angebracht ist und der äußere Rahmen des Kardans oszilliert, um ein gyroskopisches Drehmoment abwechselnder Richtung hervorzurufen. Hier war es, wieder mit einem Federsystem, der Vorschlag, auf effiziente Weise eine gedämpfte Coulomb-Vibration hervorzurufen, und aus dieser Vibration musste die gesamte Kraftübertragung entweder durch hydraulische Mittel oder durch ein Äquivalent einer komplizierten Coulomb-Dämpfung auftreten, die aus dem Widerstand an dem Ausgang durch Einwegkupplungen resultieren würde. Die Unvorhersehbarkeit der vorgeschlagenen Oszillation in diesem System ist somit sehr hoch, und das Federsystem wird in größeren Hystereseverlusten resultieren, da die gesamte übertragende Kraft direkt aus der "Vibration" resultiert. Ferner waren nur kleine Oszillationsamplituden zulässig, was hohe Kräfte erfordert, um eine gegebene Kraftübertragung zu bewirken.
AUFGABE
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenlos verstellbares Getriebe anzugeben, in dem diese Nachteile verringert sind.
DARLEGUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Übertragungseinrichtung angegeben, die Folgendes umfasst: ein festes Gehäuse oder eine feste Haltevorrichtung (5); ein Eingangsglied (21, 56); eine Drehmomentwelle (12, 57); ein Ausgangsglied (4, 55), das so angeordnet ist, dass es von der Drehmomentwelle (12) um eine Rotationsachse rotiert wird; eine erste Einwegkupplung (2) zwischen der Drehmomentwelle (12) und dem Ausgangsglied (4), die so konfiguriert ist, dass sie ein positives Drehmoment auf das Ausgangsglied aufbringt; eine zweite Einwegkupplung (1); eine Gestängeanordnung (17, 7, 34, 35, 32, 40, 43, 48, 47, 58, 70), die unter dem Einfluss des Eingangsglieds um die Achse des Eingangsglieds (21, 56) rotierbar ist; und einen auf der Gestängeanordnung angebrachten gyroskopischen Rotor (13) mit einer Rotationsachse, die als Reaktion auf das Eingangsglied zyklisch in einem Winkel abgelenkt wird, um gyroskopische Reaktionskräfte zu erzeugen, wobei die vom Rotor erzeugten Reaktionskräfte, wenn seine Achse zyklisch abgelenkt wird, als positives und negatives Drehmoment auf die Drehmomentwelle (12, 57) aufgebracht werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied entweder um eine Rotations achse relativ zum festen Gehäuse beziehungsweise zur festen Haltevorrichtung rotierbar ist oder entlang einer Achse relativ zum festen Gehäuse beziehungsweise zur festen Haltevorrichtung hin- und herbewegbar ist; und dass die Drehmomentwelle über die der ersten Einwegkupplung (2) entgegengesetzte zweite Einwegkupplung (1) entweder mit dem Gehäuse beziehungsweise der Haltevorrichtung (5) verbunden ist, um das negative Drehmoment auf das Gehäuse beziehungsweise die Haltevorrichtung aufzubringen, oder alternativ über ein Rotationsumkehrsystem (51, 52, 53) mit dem Ausgangsglied verbunden ist, um das negative Drehmoment als positives Drehmoment auf das Ausgangsglied (55) aufzubringen; wobei das Ausgangsglied durch die Drehmomentwelle (12, 57) nur in einer Rotationsrichtung rotiert werden kann.
Bevorzugt umfasst die Gestängeanordnung einen äußeren Rahmen (43, 58), der um eine erste Rahmenachse rotierbar ist und einen inneren Rahmen (47, 70), der relativ zum äußeren Rahmen um eine zweite, zur ersten Rahmenachse senkrechte zweite Rahmenachse rotierbar ist, wobei der innere Rahmen (47, 70) den Rotor trägt.
Bevorzugt ist der äußere Rahmen (58) relativ zum Eingangsglied (56) fest, um mit diesem zu rotieren.
Bevorzugt ist die Drehmomentwelle (57) durch verzahnte Zahnräder (64, 65, 66, 67) derart mit dem inneren Rahmen (70) verbunden, dass vom Rotor, wenn er durch die Rotationen des inneren und des äußeren Rahmens abgelenkt wird, auf den inneren Rahmen (70) aufgebrachtes Drehmoment auf die Drehmomentwelle (57) übertragen wird.
Bevorzugt ist die Rotationsachse des Rotors rechtwinklig zur zweiten Rahmenachse.
Bevorzugt umfasst das Eingangsglied eine Antriebswelle (21 ), die entlang einer Achse hin- und herbewegbar ist, wobei der Rotor so auf der Gestängeanordnung angeordnet ist, dass seine Achse mit sich hin- und herbewegender Antriebswelle in einer die Achse der Antriebswelle enthaltenden oder zu ihr parallelen Ebene in einem Winkel abgelenkt werden kann.
Bevorzugt umfasst das Eingangsglied eine entlang einer Achse hin- und herbewegbare Antriebswelle (21) und die Gestängeanordnung umfasst ein ein Verbindungsglied (17) und die Drehmomentwelle (12) umfassendes Kniegestänge, wobei das Kniegelenk an einem Ende rotierbar mit der Antriebswelle (21) verbunden ist und an seinem anderen Ende relativ zum Ausgangsglied (4) entlang der Rotationsachse desselben unbeweglich ist, wobei der Rotor so an einem Arm des Kniegestänges angebracht ist, dass seine Achse in einem Winkel abgelenkt werden kann, wenn sich die Antriebswelle (21) hin- und herbewegt.
Bevorzugt umfasst das Eingangsglied eine Antriebswelle (21), die entlang einer Achse hin- und herbewegbar ist, und die Gestängeanordnung umfasst einen Kardanrahmen mit einem inneren Rahmen (47) und einem äußeren Rahmen (43), wobei dessen äußerer Rahmen relativ zur Drehmomentwelle (12) fest und relativ zur Antriebswelle (21) um eine erste Rahmenachse rotierbar ist und dessen innerer Rahmen relativ zum äußeren Rahmen um eine zweite Rahmenachse rotierbar ist, und wobei der Rotor am inneren Rahmen des Kardanrahmens angebracht ist und eine Anordnung (40, 42) bereitgestellt ist, um den inneren Rahmen des Kardanrahmens als Reaktion auf die Hin- und Herbewegung der Antriebswelle zu rotieren.
Bevorzugt ist die Rotationsachse des Rotors rechtwinklig zur zweiten Rahmenachse.
Bevorzugt ist der innere Rahmen (47) so mit der Antriebswelle (21) verbunden, dass er oszilliert wird, wenn sich die Antriebswelle (21) hin- und herbewegt.
Bevorzugt ist der innere Rahmen (47) durch eine Verbindungsstangenanordnung mit der Antriebswelle (21) verbunden.
Bevorzugt ist der innere Rahmen (47) durch eine Zahnstangentriebanordnung mit der Antriebswelle (21) verbunden.
Bevorzugt ist zwischen dem inneren Rahmen (47) und dem Rotor eine Zahnradanordnung (45) bereitgestellt, wodurch der Eingang auch die Rotation des Rotors bewirkt.
Bevorzugt ist der Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse rotierbar und ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Eingang veränderlich.
Bevorzugt ist der Rotor so auf der Gestängeanordnung angeordnet, dass seine Achse in einer die Achse der Antriebswelle enthaltenden oder zu ihr parallelen Ebene in einem Winkel abgelenkt werden kann, wenn sich die Antriebswelle hin- und herbewegt.
Bevorzugt sind zwei ineinander verzahnte Zahnräder (49, 50) zwischen der ersten Einwegkupplung (2) und dem Ausgangsglied (55) angeordnet und sind drei verzahnte Zahnräder (51, 52, 53) zwischen der zweiten Einwegkupplung (1) und dem Ausgangsglied (55) angeordnet, so dass diejenige Kupplung (1, 2), die nicht frei laufend ist, das Ausgangsglied in derselben Rotationsrichtung antreibt.
Bevorzugt ist das Eingangsglied (101) rotierbar und außerdem über eine weitere, an eine dritte Einwegkupplung (110), auf der ein mit einer Rotationsgeschwindigkeit rotierbares Zahnrad (111) angebracht ist, gekoppelte Welle an das Ausgangsgangsglied (112) gekoppelt, wobei das Eingangsglied (101) vom Ausgangsglied (112) angetrieben wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads die der weiteren Welle übersteigt und die dritte Einwegkupplung unter allen anderen Bedingungen frei läuft.
Bevorzugt ist die dritte Einwegkupplung (110) über ein Getriebesystem mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis (108) an das Eingangsglied gekoppelt.
Bevorzugt ist das Ausgangsglied ein um eine feste Haltevorrichtung (25) rotierbarer Körper (24), wobei das Eingangsglied eine zur festen Haltevorrichtung (25) hin und von ihr weg hin- und herbewegbare Antriebswelle ist, wobei das Gestänge ein Kniegestänge (17) umfasst, das an einem Ende drehbar mit der Antriebswelle verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit einem mit dem Körper rotierbaren Rahmen (3a, 27) verbunden ist, wobei die Drehmomentwelle über die zweite Einwegkupplung (1) mit der Haltevorrichtung (25) und über die erste Einwegkupplung (2) mit dem Rahmen (31, 27) verbunden ist.
Bevorzugt ist das Eingangsglied entlang einer Achse hin- und herbewegbar und enthält weiter eine rotierbare Eingangswelle (101), die über ein Verbindungssystem mit dem Eingangsglied verbunden ist, um Hin- und Herbewegung an das Eingangsglied zu erteilen, wobei die Eingangswelle außerdem über eine weitere, an die dritte Einwegkupplung (110), auf der ein mit einer Rotationsgeschwindigkeit rotierbares Zahnrad (111) angebracht ist, gekoppelte Welle an das Ausgangsglied (112) gekoppelt ist, wobei die Eingangswelle (101) vom Ausgangsglied (112) angetrieben wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads (111) die der weiteren Welle übersteigt und die dritte Einwegkupplung (111) andernfalls frei läuft.
Bevorzugt ist die dritte Einwegkupplung (110) über ein Getriebesystem mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis an die Eingangswelle gekoppelt.
Bevorzugt sind die Achse des Eingangsglieds und die Achse des Ausgangsglieds im Wesentlichen parallel oder aufeinander liegend.
Bevorzugt ist die Drehmomentwelle ein Teil der Gestängeanordnung.
Bevorzugt ist die Drehmomentwelle von der Gestängeanordnung getrennt.
Bevorzugt ist der Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit um die Rota tionsachse rotierbar und ist die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Eingang unabhängig veränderlich, um den Betrag der Reaktionskräfte und damit das an das Ausgangsglied übertragene Drehmoment zu ändern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es sind verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
1 stellt schematisch die Prinzipien in Bezug auf das gyroskopische Drehmoment auf einen Rotor aufgrund der aufgebrachten Präzession dar,
2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführung der Erfindung unter Verwendung der in 1 gezeigten Prinzipien,
3 ist eine Teilansicht in der Richtung des Pfeils G in 2, wenn die Rahmen 6 und 8 in derselben Ebene liegen,
4 ist eine Teilansicht in der Richtung des Pfeils H in 2,
5 ist ein Querschnitt durch den oberen Teil von 2,
6 zeigt schematisch eine Ausführung auf der Basis eines alternativen Funktionstyps der Erfindung,
7 zeigt schematisch eine alternative Anordnung zum Teil von 2,
8 ist ein Querschnitt in einer vertikalen Ebene durch den unteren Teil von 6,
9 und 10 sind theoretische Diagramme,
11 zeigt schematisch eine andere Ausführung,
12 zeigt schematisch eine weitere Ausführung,
13 zeigt schematisch einen Teil einer anderen Ausführung,
14 stellt schematisch die Anwendung von 1 auf die in 2 und 6 gezeigten Ausführungen dar, und
15 stellt schematisch eine weitere Modifikation der Erfindung dar.
BESCHREIBUNG
Zuerst werden in Bezug auf 1 die allgemeinen Prinzipien, die sich auf gyroskopische Drehmomenterzeugung beziehen, wie folgt beschrieben:
Ein Rotor A, der um die Y-Achse herum rotiert, hat ein Winkelmoment M = Iw₁, wobei I = Trägheitsmoment des Rotors und w₁ = dessen Winkelgeschwindigkeit. Dieser Rotor kann durch den Eingang, den Ausgang oder eine unabhängige Quelle angetrieben sein.
Wenn dieser Rotor A um die X-Achse mit der Winkelgeschwindigkeit w₂ rotiert, dann wird ein gyroskopisches Präzessionsdrehmoment T_um um die Z-Achse herum erzeugt. Das Drehmoment T wird durch die Beziehung angegeben: T = M × w2 = Iw1w2
In der folgenden Beschreibung werden zwei der möglichen Übertragungstypen erläutert, die als Typ A und Typ B bezeichnet werden. Grundliegend findet der Übertragungsbetrieb in zyklischer Weise statt, wobei das Ausgangsdrehmoment und das Reaktionsdrehmoment über einen Zyklus erzeugt werden.
Typ A:
Eine der Eingangs-Hin- und -Herbewegungen resultiert in der Kopplung der Drehmomentwelle mit einer Ausgangswelle durch eine Einwegkupplung, wäh rend die andere der Hin- und Herbewegungen des Eingangs in der Kupplung der Drehmomentwelle mit der Masse oder einer anderen Ausgangswelle durch eine andere, entgegengesetzte Einwegkupplung resultiert.
Typ B:
Im Wesentlichen jede der Eingangsbewegungen in jeder Richtung resultiert in einem Ausgangsdrehmoment, das auf die Ausgangswelle ausgeübt wird, und dem Reaktionsdrehmoment, das auf die Masse ausgeübt wird. Diese Funktionsform erfordert für einen glattgängigen Betrieb eine Ausgangsdrehung mit einer höheren Geschwindigkeit als der Eingangsfrequenz.
In 14 sind X, Y, Z ein Satz fest zueinander orthogonaler Achsen, und i, j, k sind ein Satz zueinander orthogonaler Vektoren, die an DQ angebracht sind, so dass der Vektor M immer mit dem Vektor I zusammenfällt. T_NM ist das Reaktionsdrehmoment aufgrund der Präzession N, gegeben durch T_NM = M × N in der Richtung k.
n ist die Drehzahl der Welle DQ um die Achse PR, und S ist die Drehzahl DQ um seine eigene Achse.
In Bezug auf 14 wird das Reaktionsdrehmoment T_NM entlang der Achse der Welle DQ aufgrund der Drehung N mit dem Winkelmomentvektor erzeugt. Wenn die Drehung N nun umgekehrt wird, so dass der Spitzenwinkel des durch DQ beschriebenen Kegels kleiner wird, wird die Reaktion T'_NM unter Aufhebung des zuvor erzeugten Drehmoments T_NM erzeugt, und das Nettodrehmoment an der Welle DQ wird über einen Zyklus null, wenn der Vektor M wieder auf seine ursprüngliche dynamisch äquivalente Position zurückgebracht wird.
Es wird auf eine Form des Typ-A-Getriebes Bezug genommen, die in 2 gezeigt ist.
Eine Kupplung D koppelt die Welle DQ mit der Welle DP in einem Drehsinn und läuft in der anderen frei, so dass nur das Drehmoment T_NM auf die Welle PR übertragen wird. Eine Kupplung E koppelt die Welle DQ mit einem festen Träger im anderen Drehsinn und läuft in dem anderen Drehsinn frei, so dass nur T_NM auf den Träger übertragen wird.
Somit wird das Drehmoment T_NM auf die Welle PR übertragen, und das Reaktionsdrehmoment wird, durch Ausüben hin- und herbewegender Präzessionen, auf den festen Rahmen übertragen. Dies ist das Wesentliche der Funktion des Typ-A-Getriebes, das durch die Erfindung bereitgestellt wird.
T_SM ist das Reaktionsdrehmoment aufgrund der durch T_SM = M × S gegebenen Präzession S, und in diesem Fall gleich null, da, in Typ-A-Getrieben, S = 0.
T_nM ist das Reaktionsdrehmoment aufgrund der Präzession n, gegeben durch T_nM = M × n Cos ZPQ in der Richtung -j.
Wenn n = 0, wird keine Kraft auf die Welle PR übertragen, obwohl das Nettodrehmoment auf die Welle PR übertragen wird, und T_nM = 0. Dieses Schwenken der Welle PQ zum Vergrößern des Winkels ZPQ erfordert keine Eingabekraft.
Wenn jedoch n größer als null ist, ist T_nM größer als null, und daher ist eine Eingabekraft erforderlich, um den Wert von ZPQ zu erhöhen, und es wird eine Nettokraft auf die Welle PR übertragen.
Während das Drehmoment T'_NM ausgeübt wird, läuft die Welle DQ anfänglich frei, und wenn synchronisiert, wird T'_NM auf den Schwenkwellenträger durch die Einwegkupplung E übertragen. Ähnlich läuft, während das Drehmoment T_NM ausgeübt wird, die Welle DQ anfänglich frei, und wenn sie synchronisiert ist, wird T_NM auf die Ausgangswelle PR übertragen.
In dem Typ B-Getriebe, wie in 6 gezeigt, ist nur während der Kraftübertragungsphase des Zyklus S = 0, und andernfalls ist S nicht gleich null.
Wenn man n > 0 annimmt, dann sei, zu Beginn des Zyklus, die Präzession N in der entgegengesetzten Richtung zu der gezeigten, und S = 0.
Wenn die Eingangspräzession N aufgebracht ist, wird die Welle DQ verzögert und S wird zunehmen, bis gleich zu einem positiven Wert n Cos ZPQ, wobei das Reaktionsdrehmoment auf die nun feste Welle PR durch die Einwegkupplung D aufgrund der dominanten Ausgangsdrehung über die Eingangspräzession aufgebracht wird, was bewirkt, dass der Vektor M in einer dynamisch äquivalenten Richtung entgegengesetzt zu jener, die in 14 gezeigt ist, schwenkt.
Das fortgesetzte Aufbringen dieser Eingangspräzession wird bewirken, dass die Welle DQ zur Synchronisation mit dem Ausgang zurück beschleunigt, resultierend in S = 0, sowie eine Übertragung des Ausgangsdrehmoments durch die Einwegkupplung E auf den Wellenträger. Am Ende dieser Eingangspräzession ist der Zyklus abgeschlossen, wodurch der Vektor M und die Präzession N so erscheinen, wie in 14 gezeigt, da die Welle DQ das Doppelte des Anfangswinkels ZPQ präzediert. Eine ähnliche Folge von Ereignissen wird auftreten, auch wenn der Präzessionswinkel kleiner ist.
Der Zyklus wird wiederholt, wenn der Vektor präzediert, wie zuvor, in der entgegengesetzten Richtung, d.h. N < 0.
Während des Freilaufs, der dem Reaktionsdrehmoment vorausgeht, würde ein gewisser Verlust der Vektororientierung auftreten, und während des Freilaufs, der dem Ausgangsdrehmoments vorausgehet, würde dies korrigiert.
In 2 ist eine Ausgangswelle 4 an einem Getriebegehäuse 5 drehbar angebracht. Ein äußerer Rahmen 6 ist mittels koaxialer Wellen 7 an dem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Ein innerer Rahmen 8 ist an dem äußeren Rahmen mittels koaxialer Wellen 9 drehbar gelagert. Ein Fehlausrichtungsgelenk 10, wie etwa ein Gleichlaufgelenk, ist mit der Welle 4 gekoppelt, so dass der Schwenkpunkt der Fehlausrichtungsgelenke bevorzugt mit dem Schnittpunkt der Schwenkachsen der inneren und äußeren Rahmen zusammenfällt. Ein flexibles Gelenk 11, das zu re-lativ kleinen linearen und Winkelgraden der Fehlausrichtung in der Lage ist, kann zwischen der Welle 4 und dem Fehlausrichtungsgelenk 10 vorgesehen sein, um eine etwaige Abweichung zwischen den Schnittpunkten aufzunehmen. Eine Drehmomentwelle 12 ist an einem Wellenträger 3 drehbar gelagert.
Die Drehmomentwelle 12 ist mit einem Eingangsglied 17 durch ein Zapfengelenk verbunden. In seiner einfachsten Form ist das Glied 17 eine Stange, an deren Enden Zapfengelenke vorgesehen sind. An der Eingangswelle 21 sind Nutflansche 19 und 20 zur Aufnahme von Wälzkörpern 22 angebracht, und ein Flansch 18 ist zwischen 19 und 20 drehbar angebracht, um die Wälzkörper 22 aufzunehmen. Der Flansch 18 ist mit einer Verlängerung versehen, wie etwa einer Gabel 23, um einen Gelenkzapfen mit dem Eingangsglied 17 aufzunehmen, wie in 5 gezeigt.
Die Eingangswelle 21 ist mit der Ausgangswelle 4 koaxial, und ein Standardmechanismus, wie etwa eine Kurbel-/Pleuelstange, kann verwendet werden, um eine lineare Hin- und Herbewegung entlang der Achse der Ausgangswelle 4 vorzusehen.
Die Hin- und Herbewegung des Oberendes des Eingangsglieds 17 braucht nicht wahr linear sein. Zum Beispiel könnte sie ein wenig bogenförmig sein, wenn der Eingang durch einen langen horizontalen Hebel vorgesehen wird. In diesem Fall ist das Glied 17 bevorzugt an beiden Enden durch Schwenkgelenke verbunden.
Andere Formen des Eingangsantriebs könnten Nocken, hydraulische oder manuelle Mittel sein.
Eine erste Einwegkupplung 2 verbindet die Drehmomentwelle 12 und die Ausgangswelle 4, während eine zweite entgegengesetzte Einwegkupplung 1 die Drehmomentwelle 12 mit dem Wellenträger 3 verbindet.
Ein Rotorwellenträger 14 ist an der Drehmomentwelle 12 angebracht, und ein Rotor 13 ist an dem Rotorwellenträger 14 mittels einer Rotorwelle 16 drehbar angebracht. Die Bezugszahl 15 bezeichnet einen Motor, der an dem Ro torwellenträger 14 angebracht und mit der Rotorwelle 16 gekoppelt ist.
Die oben beschriebene Ausführung kann als ein "Typ-A"-Getriebe identifiziert werden.
7 zeigt eine alternative Anordnung für das Typ-A-Getriebe, das ohne das Fehlausrichtungsgelenk auskommt.
Die Drehmomentwelle 12 ist in diesem Fall an dem Gelenkpunkt vorbei verlängert und ist mit einem Ende einer Welle 34 durch die Einwegkupplung 2 gekoppelt. Ein hohler Block 35 hat Innenkeilnuten und ist mit einem Element 33 durch einen Gelenkzapfen verbunden. Die Welle 34 hat Außenkeilnuten, die mit den Keilnuten des Blocks 35 in Eingriff stehen. Eine Platte 32 stellt eine Nut bereit, in die das Element 33 eingreift, und frei entlang einem Radius der Ausgangswelle 4 verschiebbar ist. Die Platte 32 ist an der Ausgangswelle 4 angebracht.
Im Betrieb wird das Drehmoment von der Drehmomentwelle 12 auf die Ausgangswelle 4 durch 2, 34, 35, 33 übertragen, während die Drehmomentwelle 12 um ihren Schwenkpunkt herum frei schwenkt.
Eine Variante des oben beschriebenen Typ-A-Getriebes ist das in 6 und 8 gezeigte Typ-B-Getriebe. Ein Ausgangskörper 24 ist an dem Getriebegehäuse 5 drehbar angebracht. Eine feste Welle 25 ist an dem Getriebegehäuse koaxial zu dem Ausgangskörper 24 befestigt. 8 zeigt eine Anordnung, die dem Obigen genügt, wobei der Körper 24 an einer Welle 25 angebracht ist.
An dem Körper 24 sind Schwenklagerbeschläge 26 angebracht. An den Beschlägen 26 können Schwenkzapfen 28 angebracht sein. An einem Drehmomentwellenträger 3a ist ein Schwenkzapfen 27 angebracht.
Ein Fehlausrichtungsgelenk ist mit der Welle 25 derart gekoppelt, dass der Schwenkpunkt des Fehlausrichtungsgelenks auf der Achse der Schwenkzapfen 28 liegt. Es kann ein flexibles Gelenk zwischen der Welle 25 und dem Fehlausrichtungsgelenk vorgesehen sein, um etwaige Abweichungen aufzunehmen.
Die Einwegkupplung 1 verbindet die Drehmomentwelle 12 und die Welle 31 des Fehlausrichtungsgelenks, während die entgegengesetzte Einwegkupplung 2 die Drehmomentwelle 12 mit dem Wellenträger 3a verbindet.
4 gilt für die Rotorhalterungsdetails wie für 2.
5 gilt für den Eingangswellenmechanismus wie für die 2. In der Ausführung von 6 ist jedoch das Eingangsglied 17 mit 3a verbunden und nicht mit der Welle 12.
Wie in 2 ist die Eingangswelle 21 koaxial zum Körper 24 und der Welle 25 und bewegt sich linear entlang der Achse des Ausgangskörpers. Das Gelenk zwischen dem Eingangsglied 17 und dem Träger 3a ist von der Achse der Eingangswelle 21 und vom Ausgangskörper 24 versetzt.
Eine Variante zu den oben beschriebenen Ausführungen in Bezug auf das Typ-B-Getriebe wird vorgesehen, indem die gyroskopische Rotoranordnung in geeigneter Weise mit einer "Tot"-Masse ergänzt wird, wie in 10 dargestellt.
9 zeigt das Prinzip der Trägheitsreaktion an einer Masse "m", die sich in Richtung "v" bewegt. "f' repräsentiert die Beschleunigung der Masse, und "F" repräsentiert die Anfangsreaktion der Masse.
In 10 wird, für N < 0, die Trägheitskraft auf die Masse "M" und das gyroskopische Drehmoment an dem Vektor M auf den Ausgang eines Typ-B-Getriebes gemeinsam wirken. Der gyroskopische Vektor M ist erforderlich, um den zyklischen Prozess des Typ-B-Getriebes hervorzurufen.
Ferner wird die Arbeit, die gegen die Schwerkraft auf die Masse m während der "Eingangsstufe" ausgeübt wird, auch während der "Umkehrstufe" auf den Ausgang übertragen, um hierdurch eine weitere Variante für das Typ-B-Getriebe bereitzustellen, wodurch eine von der Trägheitsreaktion abweichende Kraft, wie etwa Schwerkraft, auch dazu genutzt wird, Energie von dem Eingang zum Ausgang des Getriebes zu übertragen.
In 11 ist der Gelenkpunkt für die Massenverteilung "oberhalb" des Drehmomentwellenträgers 5 durch ein Scharniergelenk 36 vorgesehen. Diese Ausführung ist für Typ-A-Getriebe geeignet. Eine Variante zu dem beschriebenen Typ-A-Getriebe wird vorgesehen, indem die Einwegkupplung 1 mit einem anderen Ausgang gekoppelt wird, anstelle der Kupplung mit dem Gehäuse, und dieser Ausgang könnte mit dem Ausgang zur Welle 4 mittels einer Umkehrzahnradanordnung kombiniert werden, wie in 12 gezeigt.
12 zeigt eine andere bevorzugte Ausführung des Typ-A-Getriebes mit vielen interessanten Merkmalen. Eine Gabel 43 ist an der Drehmomentwelle 12 angebracht. Die Rotorwelle 16 ist an dem Rahmen 47 drehbar gelagert. Der Rahmen 47 ist an der Gabel 43 mittels der Wellen 48 drehbar gelagert, die an dem Rahmen 47 koaxial angebracht sind. Die Drehmomentwelle 12 ist an dem Getriebegehäuse 5 drehbar gelagert.
Am Ende der Eingangswelle 21 ist ein Flansch 37 angebracht. Axiallager 38 sind an beiden Seiten dieses Flanschs 37 vorgesehen. Die Axiallager sind in 39 aufgenommen. Arme 41 sind an 39 und an Zahnstangen 40 der Zahnstangen- und Ritzelanordnung angebracht, die durch 40 und die Ritzel 42 vorgesehen sind. Die Ritzel 42 sind an den Wellen 48 angebracht. Somit wird die Hin- und Herbewegung der Eingangswelle 21 in eine Oszillation der Rotorwelle 16 um die Achse der Wellen 48 herum umgesetzt, um hierdurch das Ausgangsdrehmoment und das Reaktionsdrehmoment an der Drehmomentwelle 12 zu erzeugen.
In 12 ist ein Mittel dargestellt, das die Eingangsbewegung verwendet, um den Rotor 13 in Drehung zu versetzen. Ein Kegelzahnrad 44 ist an eine der Gabeln 43 konzentrisch zu den Wellen 48 angebracht. Ein Koppelzahnrad 45 ist an dem Rahmen 47 drehbar gelagert. Der Kegelzahnring von 45 steht mit dem Zahnrad 44 in Eingriff, während der Geradzahnring von 45 mit dem Zahnrad 46 in Eingriff steht. Das Zahnrad 46 ist mit der Rotorwelle 16 durch eine Einwegkupplung gekoppelt. Somit wird die Oszillation der Wellen 48 um ihre eigene Achse bewirken, dass der Rotor 13 in der durch die Einwegkupplung bestimmten Richung rotiert.
Die Zahnräder 50 und 51 sind an der Ausgangswelle 55 angebracht. Das Drehmoment von der Einwegkupplung 2 wird auf das Ausgangszahnrad 50 durch das Zahnrad 49 übertragen, das an der Einwegkupplung 2 angebracht ist.
Das Zwischenzahnrad 52 kehrt das Drehmoment von der anderen Einwegkupplung 1 um und überträgt es, über die Zahnräder 53 und 51, auf die Ausgangswelle 55.
Wenn es gewünscht ist, dass die Drehzahl des Rotors 13 unabhängig von der Eingangsfrequenz variabel sein sollte, kann dies dadurch erreicht werden, dass ein Verschieben des Zahnrads 44 auf der Gabel 43 erlaubt wird.
Die vorliegende Erfindung kann besondere Anwendung in Automobilgetrieben und bei der Krafterzeugung aus fluktuierenden Energiequellen, wie etwa Wind und Wellen, finden.
Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Anwendungen beschränkt, und es werden verschiedene andere mögliche Anwendungen avisiert.
In Automobil- und anderen Anwendungen, wo die Ausgangsrotation nicht immer zur Verfügung steht, ist das Typ-A-Getriebe leicht anwendbar.
Der Typ-B-Betrieb ist leicht anwendbar, wo die Ausgangsdrehung zur Verfügung steht, wie etwa bei der Energieerzeugung. Gyroskopische Rotoren haben den Vorteil, dass sie kompakt sind und ein weiter Bereich von Eigenschaften möglich ist. Jedoch kann in anderen Anwendungen die Verwendung einer Totmasse in Verbindung mit einem gyroskopischen Rotor eine billigere Option sein.
Andere Kräfte und Momente als Trägheitsreaktionen können in Verbindung mit diesen Mechanismen verwendet werden, insbesondere mit dem Typ-B-Getriebe. Indem zyklische Bewegungen der Drehmomentwelle hervorgerufen werden, wie im Typ-B-Betrieb, und Speichern potentieller Energie während der Eingabestufe und Freigeben der gespeicherten Energie während der Umkehrstufe, kann eine stufenlos verstellbare Übertragung ohne die Verwendung von Trägheitsreaktionen erhalten werden.
Im Folgenden werden Beispiele von Modifikationen angegeben.
Die in 12 gezeigte Ausführung kann modifiziert werden, indem die Zahnstangen 40 und die Ritzel 42 durch einen Kurbel- und Pleuelstangenmechanismus ersetzt werden. Die Ritzel 42 würden durch Kurbeln ersetzt, die an der Welle 48 angebracht sind, während die Zahnstangen 40 durch Pleuelstangen zwischen den Kurbeln und den Armen 41 ersetzt werden.
Ein Typ-A-Getriebe kann zu einer vielseitigen verstellbaren Pumpe modifiziert werden. Die Einwegkupplungen 1 und 2 werden weggelassen, und das Ausgangsende der Drehmomentwelle wird mit einer Pumpe, wie etwa einer Schrägscheibenpumpe oder einer Taumelscheibenpumpe vom Nockentyp, gekoppelt, auf die eine drehende Eingabe aufgebracht werden kann. In einer solchen Pumpe stellt sich die Hublänge entsprechend dem Gegendruck automatisch selbst ein, ohne jede rückkoppelnde Regelung. Eine rückkoppelnde Regelung kann immer noch auf die Änderung der Übertragungseigenschaften angewendet werden, indem die relevanten Größen verändert werden, wie etwa die Drehzahl des gyroskopischen Rotors.
Im Typ-B-Getriebe wurde auf die Anwendung der Trägheitskraft verwiesen, um Energie von dem Eingang zum Ausgang des Getriebes zu übertragen. In diesem Fall kann eine der Wellen 24, 25 Ausgang sein, oder eine kann mit dem Ausgang gekoppelt sein, während die andere mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Im Folgenden wird die Anwendung von Schwerkraft bei mit dem Gehäuse gekoppel ter Welle 25 erläutert.
Man betrachte 10 in Verbindung mit 6, mit einer Totmasse m mit Vektor M = 0, und nehme an, dass die Trägheitskräfte auf die Masse m im Vergleich zu deren Gewicht nicht signifikant sind, und man nehme an, dass die Achse der Welle 25 im Wesentlichen vertikal ist.
Man betrachte den Arm Qm in einer solchen Position, dass die Trägheitskraft auf die Masse m durch die Einwegkupplung 1 ein axiales Drehmoment auf die Welle ausübt. Ein gleiches und entgegengesetztes Drehmoment wird von dem Gehäuse auf die Welle 25 ausgeübt. Dies resultiert in einem ausgeglichenen Drehmoment, das auf den Ausgangskörper 24 aufgebracht wird, aufgrund der Fehlausrichtung der Drehmomentwelle 12 und der Weile 25. Da der Ausgang unter der Wirkung dieser Ausgleichskraft rotiert, fällt die Masse m bis zu ihrem tiefsten Punkt ab, wobei sie ihre potentielle Energie auf den Ausgang gibt. An diesem Punkt liegt der Arm Qm in der Ebene, welche die Achsen der Drehmomentwelle 12 und der Welle 25 enthält. Eine fortgesetzte Drehung des Ausgangs resultiert darin, dass die Masse m zunimmt, was bewirkt, dass ein Drehmoment auf die Drehmomentwelle 12 in der entgegengesetzten Richtung ausgeübt wird, d.h. durch die Schwerkraft auf m. Dies beschleunigt die Drehmomentwelle 12, bis sie mit dem Ausgang 24 durch die Einwegkupplung 2 synchronisiert ist. Das Getriebe ist nun für die nächste Eingabe bereit, durch die die Masse m durch Umkehr des Winkels ZPQ in 10 angehoben wird. Wenn der Winkel ZPQ umgekehrt ist, zeigt der Arm Qm aufwärts und das Drehmoment auf der Drehmomentwelle 12 aufgrund der Schwerkraft auf m wird umgekehrt, was bewirkt, dass die Drehmomentwelle 12 verzögert und durch die Einwegkupplung 1 mit der Welle 25 synchronisiert wird. Der Prozess kann wiederholt werden. Eine typische Anwendung des Betriebsmodus des Typ-B-Getriebes ist in Spielgeräten.
Im Folgenden wird eine andere Form des Getriebes in Bezug auf 13 erläutert. In dieser Form werden das Ausgangsdrehmoment und das Reaktionsdrehmoment auf der Drehmomentwelle 12 über einen Differentialantriebsmechanismus aufgetragen. In seiner grundlegenden Form besteht das Getriebe aus einem Paar koaxialer Wellen 56, 57, deren eine an einem Hauptrahmen 58 angebracht ist, während die andere relativ zu dem Hauptrahmen 58 drehbar ist. Ein Hilfsrahmen 59, der eine geeignete Masseverteilung trägt, ist an dem Hauptrahmen 48 drehbar gelagert, wobei seine Achse im Wesentlichen orthogonal zur Achse der koaxialen Wellen 56, 57 ist. Ein rechtwinkliger Antriebszug 64, 65, 66, 67 zum Koppeln des Hilfsrahmens 59 mit der Welle 57 ist an dem Hauptrahmen 58 drehbar gelagert, so dass die Differenzgeschwindigkeit zwischen den koaxialen Wellen 56, 57 auf den Hilfsrahmen 59 übertragen wird.
Eine dieser koaxialen Wellen 56, 57 stellt die Drehmomentwelle dar, analog zur Drehmomentwelle 12 der zuvor beschriebenen Ausführungen, während die andere mit der Eingangswelle gekoppelt wird. Wie zuvor wird die Drehmomentwelle 57 in dem vorliegenden Beispiel mit einer Antriebswelle durch eine der Einwegkupplungen verbunden, und durch die andere Einwegkupplung ist die Drehmomentwelle mit einem Drehungsumkehrmechanismus verbunden, wie er etwa in 12 gezeigt ist, oder ist mit einem festen Gehäuse 5 des Getriebes verbunden.
Die Massenverteilung kann ein gyroskopischer Rotor sein, der an dem Hilfsrahmen 59 drehbar gelagert ist, wobei die Rotorachse 63 im Wesentlichen orthogonal zur Achse des Hilfsrahmens ist. Alternativ kann die Massenverteilung aus einer Totmasse bestehen, die an dem Hilfsrahmen 59 exzentrisch um die Hilfsrahmenachse herum angebracht ist, und in diesem Fall muss der Hauptrahmen 58 an der Eingangswelle fest sein.
Das übertragene Drehmoment kann durch Verändern des Orts der Totmasse oder durch Verändern der Drehzahl des gyroskopischen Rotors um seine Achse herum eingestellt werden.
Es kann leicht aufgezeigt werden, dass, wenn die Eingangswelle 56 rotiert, ein alternierendes Trägheitsmoment auf die Drehmomentwelle 57 (12) wirken wird, so dass das Ausgangsdrehmoment und das Reaktionsdrehmoment erzeugt werden. In dieser Anordnung sind die algebraische Summe der Zeitinteg rale des Eingangsdrehmoments, des Ausgangsdrehmoments und des Reaktionsdrehmoments unter idealen zyklischen Bedingungen gleich null.
Bezug auf 13 wird eine der koaxialen Wellen 56 oder 57 die Drehmomentwelle 12, während die andere durch den Eingang angetrieben wird. Der Hauptrahmen 58 ist an der Welle 56 angebracht, während die Welle 57 mit der Welle 61 differentiell durch den rechtwinkligen Zahnradzug gekoppelt ist, der aus den Zahnrädern 64, 65, 66 und 67 besteht. Das Zahnrad 64 ist an der Welle 57 angebracht, die an dem Hauptrahmen 58 drehbar gelagert ist. Die Welle 68 ist an dem Hauptrahmen drehbar gelagert, und die Zahnräder 65 und 66 sind an der Welle 68 angebracht. Ein Paar koaxialer Wellen 61 und 69 ist an dem Hilfsrahmen 59 angebracht und an dem Hauptrahmen drehbar gelagert, wie gezeigt. Das Zahnrad 67 ist an der Welle 61 angebracht und kämmt mit dem Zahnrad 66, während das Zahnrad 64 mit dem Zahnrad 65 kämmt.
Der gyroskopische Rotor 13 ist an der Welle 63 angebracht, die an dem Hilfsrahmen drehbar gelagert ist, wie gezeigt. Der Rotor 13 kann durch einen Motor 62 oder alternativ durch die Eingangs-/Ausgangsbewegungen angetrieben werden, wie zuvor. Somit kann gesehen werden, dass das Drehmomentwellenprinzip in zahlreichen Konfigurationen stufenlos verstellbarer Getriebe angewendet werden kann, welche primär Trägheitsreaktionen nutzen, wobei aber auch andere Kräfte, wie etwa Schwerkraft, sinnvoll nutzbar sind.
In der in 13 gezeigten Ausführung sind i, i, k rotierende Vektoren. θ ist der Winkel, der durch den Vektor i zur Mittellinie der Übertragung in der Richtung k gebildet ist.
Der Vektor i fällt mit der Rotorachse 63 zusammen. Der Vektor k fällt mit der Achse des Zahnrads 67 zusammen, d.h. der Drehachse des inneren Rahmens 59. Der Vektor i ist normal zu den Vektoren i und k, so dass i Δ i = k. N₁ ist die Eingangsdrehzahl. N_s ist die Drehzahl von 70 um k in Richtung k.
A, B, C sind die Trägheitsmomente des inneren Rahmenaufbaus 59, ausschließlich des Rotors, in den Richtungen i, j bzw. k.
A_R, B_R und C_R sind die Trägheitsmomente des Rotors in den Richtungen i, j, bzw. k.
N_R ist die Geschwindigkeit des Rotors in der Richtung j.
t _i, t _j und t _k sind die Reaktionsdrehmomente in den Richtungen i,j bzw. k. Unter stetigen Bedingungen tI, = i NI NS Cos θ (B + BR – A – C – CR) tJ = j {NI NS Sin θ (B + BR + C + CR – A) – NS NR AR}
Unter Freilaufbedingungen wird die Trägheit des Zahnradzugs und der Drehmomentwelle so verstanden, dass sie die relevanten Faktoren bestimmen, wie etwa die Zyklusperiode etc. Ein Zyklus besteht aus einer Umdrehung von 59, d.h. θ, 0 → 360°, und während einer Zyklusausgabe tritt eine Reaktion und ein Freilauf auf.
In den oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung ist eine Rückwärtsübertragung der Kraft von dem Ausgang zum Eingang nicht möglich. 15 stellt eine Anordnung dar, wodurch es möglich ist, dass die Ausgangswelle 112 die Eingangswelle 101 antreibt, wenn die Ausgangswelle 112 schneller dreht als die Eingangswelle 101. Dies kann zum Beispiel in Automobilanwendungen vorteilhaft sein, wenn es erwünscht ist, das Fahrzeug zu verlangsamen, ohne sich vollständig auf die Bremse zu verlassen.
In 15 findet die Kraftübertragung in der Vorwärtsrichtung von der Welle 101 auf die Welle 112 durch das Basisgetriebe 103 statt. Das Basisgetriebe 103 kann irgendeines der zuvor beschriebenen und dargestellten sein, außer der Annahme, dass eine hin- und hergehende Eingabe aus der drehenden Eingabe 101 unter Zwischenschaltung eines Kurbel- und Pleuelstangensystems erlangt wird. Die Eingangsdrehung wird von der Welle 101 auf die Welle 107 übertragen, typischerweise durch einen Satz von Zahnrädern, wie etwa 104, 105 und 106. Die Drehung der Welle 107 wird bei Bedarf durch die Zahnradeinheit 108 um ein variables Gangverhältnis G reduziert. Die Welle 109 ist mit der Ausgangswelle 112 gekoppelt, typischerweise durch einen Satz von Zahnrädern, wie etwa 111, 212 und 113, und durch die Einwegkupplung 110.
N9 und N11 seien die Drehzahlen der Welle 109 bzw. des Zahnrads 111. Wenn im Betrieb N9 größer ist als N11, bleibt die Welle 109 von dem Zahnrad 111 und somit von der Welle 112 entkoppelt. Die Kraftübertragung erfolgt von der Welle 101 auf die Welle 112 durch das Basisgetriebe 103. Wenn jedoch N9 gleich N11 ist, wird das Zahnrad 111 mit der Welle 109 durch die Einwegkupplung 110 gekoppelt.
Es kann vorteilhaft sein, die Zahnradeinheit 108 derart anzuordnen, dass ihr Gangverhältnis G während des Betriebs verändert werden kann. Hierzu wird auf einfache Weise das Zahnrad 111 auf der Welle 109 frei laufen gelassen, indem sichergestellt wird, dass N9 größer als N11 ist, um hierdurch den Bedarf nach einer separaten Kupplungseinheit zu vermeiden.

Claims

Übertragungseinrichtung, die folgendes umfasst: ein festes Gehäuse oder eine feste Haltevorrichtung (5); ein Eingangsglied (21, 56); eine Drehmomentwelle (12, 57); ein Ausgangsglied (4, 55), das so angeordnet ist, dass es von der Drehmomentwelle (12) um eine Rotationsachse rotiert wird; eine erste Einwegkupplung (2) zwischen der Drehmomentwelle (12) und dem Ausgangsglied (4), die so konfiguriert ist, dass sie ein positives Drehmoment auf das Ausgangsglied aufbringt; eine zweite Einwegkupplung (1); eine Gestängeanordnung (17, 7, 34, 35, 32, 40, 43, 48, 47, 58, 70), die unter dem Einfluss des Eingangsglieds um die Achse des Eingangsglieds (21, 56) rotierbar ist; und einen auf der Gestängeanordnung angebrachten gyroskopischen Rotor (13) mit einer Rotationsachse, die als Reaktion auf das Eingangsglied zyklisch in einem Winkel abgelenkt wird, um gyroskopische Reaktionskräfte zu erzeugen, wobei die vom Rotor erzeugten Reaktionskräfte, wenn seine Achse zyklisch abgelenkt wird, als positives und negatives Drehmoment auf die Drehmomentwelle (12, 57) aufgebracht werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied entweder um eine Rotationsachse relativ Zum festen Gehäuse beziehungsweise zur festen Haltevorrichtung rotierbar ist oder entlang einer Achse relativ zum festen Gehäuse beziehungsweise zur festen Haltevorrichtung hinundherbewegbar ist; und dass die Drehmomentwelle über die der ersten Einwegkupplung (2) entgegengesetzte zweite Einwegkupplung (1) entweder mit dem Gehäuse beziehungsweise der Haltevorrichtung (5) verbunden ist, um das negative Drehmoment auf das Gehäuse beziehungsweise die Haltevorrichtung aufzubringen oder alternativ über ein Rotationsumkehrsystem (51, 52, 53) mit dem Ausgangsglied verbunden ist, um das negative Drehmoment als positives Drehmoment auf das Ausgangsglied (55) aufzubringen; wobei das Ausgangsglied durch die Drehmomentwelle (12, 57) nur in einer Rotationsrichtung rotiert werden kann.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestängeanordnung einen äußeren Rahmen (43, 58), der um eine erste Rahmenachse rotierbar ist und einen inneren Rahmen (47, 70), der relativ zum äußeren Rahmen um eine zweite, zur ersten Rahmenachse senkrechten zweiten Rahmenachse rotierbar ist, umfasst, wobei der innere Rahmen (47, 70) den Rotor trägt.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rahmen (58) relativ zum Eingangsglied (56) fest ist, um mit diesem zu rotieren.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentwelle (57) durch verzahnte Zahnräder (64, 65, 66, 67) derart mit dem inneren Rahmen (70) verbunden ist, dass vom Rotor, wenn er durch die Rotationen des inneren und des äußeren Rahmens abgelenkt wird, auf den inneren Rahmen (70) aufgebrachtes Drehmoment auf die Drehmomentwelle (57) übertragen wird.
Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Rotors rechtwinklig zur zweiten Rahmenachse ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied eine Antriebswelle (21) umfasst, die entlang einer Achse hinundherbewegbar ist, wobei der Rotor so auf der Gestängeanordnung angeordnet ist, dass seine Achse mit sich hinundherbewegender Antriebswelle in einer die Achse der Antriebswelle enthaltenden oder zu ihr parallelen Ebene in einem Winkel abgelenkt werden kann.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied eine entlang einer Achse hinundherbewegbare Antriebswelle (21) umfasst und dass die Gestängeanordnung ein ein Verbindungsglied (17) und die Drehmomentwelle (12) umfassendes Kniegestänge umfasst, wobei das Kniegelenk an einem Ende rotierbar mit der Antriebswelle (21) verbunden ist und an seinem anderen Ende relativ zum Ausgangsglied (4) entlang der Rotationsachse desselben unbeweglich ist, wobei der Rotor so an einem Arm des Kniegestänges angebracht ist, dass seine Achse in einem Winkel abgelenkt werden kann, wenn sich die Antriebswelle (21) hinundherbewegt.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied eine Antriebswelle (21) umfasst, die entlang einer Achse hinundherbewegbar ist und dass die Gestängeanordnung einen Kardanrahmen mit einem inneren Rahmen (47) und einem äußeren Rahmen (43) umfasst, wobei dessen äußerer Rahmen relativ zur Drehmomentwelle (12) fest und relativ zur Antriebswelle (21) um eine erste Rahmenachse rotierbar ist, und dessen innerer Rahmen relativ zum äußeren Rahmen um eine zweite Rahmenachse rotierbar ist und wobei der Rotor am inneren Rahmen des Kardanrahmens angebracht ist und eine Anordnung (40, 42) bereitgestellt ist, um den inneren Rahmen des Kardanrahmens als Reaktion auf die Hinundherbewegung der Antriebswelle zu rotieren.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des Rotors rechtwinklig zur zweiten Rahmenachse ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Rahmen (47) so mit der Antriebswelle (21) verbunden ist, dass er oszilliert wird, wenn sich die Antriebswelle (21) hin- und herbewegt.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Rahmen (47) durch eine Verbindungsstangenanordnung mit der Antriebswelle (21) verbunden ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Rahmen (47) durch eine Zahnstangentriebanordnung mit der Antriebswelle (21) verbunden ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren Rahmen (47) und dem Rotor eine Zahnradanordnung (45) bereitgestellt ist, wodurch der Eingang auch die Rotation des Rotors bewirkt.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse rotierbar ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Eingang veränderlich ist.
Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor so auf der Gestängeanordnung angeordnet ist, dass seine Achse in einer die Achse der Antriebswelle enthaltenden oder zu ihr parallelen Ebene in einem Winkel abgelenkt werden kann, wenn sich die Antriebswelle hinundherbewegt.
Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ineinander verzahnte Zahnräder (49, 50) zwischen der ersten Einwegkupplung (2) und dem Ausgangsglied (55) angeordnet sind und drei verzahnte Zahnräder (51, 52, 53) zwischen der zweiten Einwegkupplung (1) und dem Ausgangsglied (55) angeordnet sind, so dass diejenige Kupplung (1, 2), die nicht freilaufend ist, das Ausgangsglied in der selben Rotationsrichtung antreibt.
Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied (101) rotierbar ist und außerdem über eine weitere, an eine dritte Einwegkupplung (110), auf der ein mit einer Rotationsgeschwindigkeit rotierbares Zahnrad (111) angebracht ist, gekoppelte Welle an das Ausgangsglied (112) gekoppelt ist, wobei das Eingangsglied (101) vom Ausgangsglied (112) angetrieben wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads die der weiteren Welle übersteigt und die dritte Einwegkupplung unter allen anderen Bedingungen frei läuft.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einwegkupplung (110) über ein Getriebesystem mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis (108) an das Eingangsglied gekoppelt ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsglied ein um eine feste Haltevorrichtung (25) rotierbarer Körper (24) ist, das Eingangsglied eine zur festen Haltevorrichtung (25) hin und von ihr weg hinundherbewegbare Antriebswelle ist, das Gestänge ein Kniegestänge (17) umfasst, das an einem Ende drehbar mit der Antriebswelle verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit einem mit dem Körper rotierbaren Rahmen (3a, 27) verbunden ist, wobei die Drehmomentwelle über die zweite Einwegkupplung (1) mit der Haltevorrichtung (25) und über die erste Einwegkupplung (2) mit dem Rahmen (31, 27) verbunden ist.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied entlang einer Achse hinundherbewegbar ist und die weiter eine rotierbare Eingangswelle (101) enthält, die über ein Verbindungssystem mit dem Eingangsglied verbunden ist, um Hinundherbewegung an das Eingangsglied zu erteilen, wobei die Eingangswelle außerdem über eine weitere, an die dritte Einwegkupplung (110), auf der ein mit einer Rotationsgeschwindigkeit rotierbares Zahnrad (111) angebracht ist, gekoppelte Welle an das Ausgangsglied (112) gekoppelt ist, wobei die Eingangswelle (101) vom Ausgangsglied (112) angetrieben wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrads (11) die der weiteren Welle übersteigt und die dritte Einwegkupplung (11) andernfalls frei läuft.
Übertragungseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Einwegkupplung (110) über ein Getriebesystem mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis an die Eingangswelle gekoppelt ist.
Übertragungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse des Eingangsglieds und die Achse des Ausgangsglieds im Wesentlichen parallel oder aufeinander liegend sind.
Übertragungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentwelle Teil der Gestängeanordnung ist.
Übertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentwelle von der Gestängeanordnung getrennt ist.
Übertragungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mit einer Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse rotierbar ist und die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors relativ zum Eingang unabhängig veränderlich ist, um den Betrag der Reaktionskräfte und damit das an das Ausgangsglied übertragene Drehmoment zu ändern.