ITGE20000092A1 - Cambio o variatore continuo di velocita' - Google Patents

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione tratta di un cambio o variatore continuo di velocità che può essere utilizzato su autoveicoli o semoventi in genere oppure su qualsiasi macchina operatrice.

Il cambio di velocità è un dispositivo inserito in una macchina fra la sorgente di energia meccanica e l'organo che la utilizza, e tale cambio permette di variare, a volontà dell'operatore, la velocità di utilizzazione o la grandezza del momento della coppia utilizzata, od entrambi questi elementi.

Sono già noti vari tipi di cambi o variatori di velocità da utilizzarsi per autoveicoli o per macchine operatrici e normalmente tali cambi sono di tipo meccanico a salto di velocità, ad esempio con ruote opportunamente innestabili fra loro, oppure cambi di tipo continuo nei quali il cambio della velocità avviene senza disinserire il cambio lungo la linea di trasmissione della potenza.

Nel presente Brevetto si fa particolare riferimento a detti cambi continui che, come noto, possono essere di tipo meccanico, a cinghia, ad ingranaggi a dentature elicoidali od ingranaggi epicicloidali.

Scopo della presente Invenzione è di migliorare le prestazioni di un cambio meccanico di tipo continuo, rendendo possibile la variazione continua di velocità in un campo notevolmente ampio, con attrezzature semplici, di poco costo, di poco peso e poco ingombranti.

Sono già noti nel campo dei cambi o variatori continui di velocità i Brevetti US 2 973 669 ed US 3 645 152, che prevedono in maniera similare un albero motore solidale alla scatola portante gli alberi delle ruote satelliti di un primo differenziale mentre le ruote planetarie sono solidali a ruote dentate di estremità libere di ruotare sull'asse dell'albero motore. Un secondo differenziale prevede una scatola portante gli alberi delle ruote satelliti solidale ad un albero condotto, mentre le relative ruote planetarie sono solidali a ruote dentate di estremità libere di ruotare sull'asse dell'albero condotto. Dette ruote dentate di estremità ingranano a coppie fra loro. Regolando con mezzi a fluido la rotazione di una delle ruote dentate della prima coppia di estremità ricevente il movimento dall'albero motore, si ha, attraverso l'insieme degli ingranaggi descritti, una variazione continua della velocità di rotazione dell'albero condotto.

La presente invenzione prospetta un cambio o variatore continuo di velocità derivato dai detti due Brevetti noti US 2 973 669 ed US 3 645 152, con particolare riferimento a quest'ultimo, ed in detta invenzione con un solo gruppo differenziale ed un numero veramente ridotto di ruote dentate è possibile ottenere un numero praticamente infinito di rapporti nei giri di rotazione dell'albero condotto rispetto all'albero motore, ove la variazione del numero di giri dell'albero condotto avviene senza modificare il regime di rotazione dell'albero motore ottenendo altresì una variazione della coppia motrice a seconda delle necessità di utilizzazione.

Secondo l'invenzione infatti il cambio o variatore continuo di velocità prevede un solo differenziale ed elimina gran parte delle ruote dentate costituenti il dispositivo del Brevetto noto US 3 645 152, semplificandone notevolmente la costruzione, aumentandone il rendimento meccanico e riducendone il peso e l'ingombro.

Il cambio o variatore di velocità secondo l'invenzione prevede sostanzialmente un differenziale contenuto in una scatola entro la quale agiscono due ruote satelliti e due ruote planetarie, di cui le due ruote satelliti sono rispettivamente collegate all'albero motore ed all'albero condotto. La scatola del differenziale presenta una ruota dentata esterna coassiale con le ruote satelliti, ingranante con altra ruota dentata di regolazione della rotazione della scatola del differenziale. Gli alberi dei planetari uscenti dalla relativa scatola del differenziale presentano rispettivamente un regolatore di velocità collegato tramite un variatore di flusso alla parte rotativa di un distributore a sua volta collegato con la parte fissa del distributore alimentato da opportuna pompa oleodinamica.

La parte fissa del distributore alimenta attraverso un opportuno variatore di flusso un regolatore di velocità sistemato sull'albero della ruota dentata ingranante con la ruota dentata della scatola del differenziale.

In base a quanto statuito risulta il seguente funzionamento in tre casi limite. In un primo caso, quando viene bloccata tramite il sistema di regolazione oleodinamico, la ruota dentata ingranante con la ruota dentata della scatola del differenziale ed il sistema di regolazione libera completamente la rotazione dei planetari, la scatola del differenziale non può ruotare per cui la rotazione dell’albero motore si trasmette, attraverso i planetari ed i satelliti del differenziale, all'albero condotto, alla stessa velocità di rotazione ma in senso opposto.

E' possibile pertanto ottenere una trasmissione simile alla "presa diretta" con rotazione dell'albero condotto alla stessa velocità dell'albero motore ma con giri opposti.

Nel secondo caso limite, quando la ruota dentata ingranante con la ruota dentata applicata alla scatola del differenziale è libera di ruotare, mentre sono bloccati, sempre tramite la regolazione oleodinamica, i planetari del differenziale, la rotazione dell'albero motore provoca la rotazione di tutto il differenziale e la rotazione dell'albero condotto. Si ottiene pertanto una trasmissione in "presa diretta" con rotazione dell'albero condotto alla stessa velocità dell'albero motore e con giri concordi.

Il terzo caso limite si ottiene quando tutte le mote soggette a regolazione tramite il sistema oleodinamico, sono completamente libere di ruotare. Con tale soluzione l'albero motore fa ruotare il differenziale alla metà della sua velocità, mentre l'albero condotto, che è un albero con azione resistente collegato alle mote motrici oppure alla utilizzazione, resta fermo. Si prefigura pertanto una condizione di "folle".

Fra le predette due condizioni estreme di "presa diretta" con rotazione dell’albero condotto inversa o concorde rispetto all'albero motore e la condizione intermedia di "folle", è possibile ottenere, agendo in modo variabile e progressivo su dette regolazioni dei giri, una ampia gamma di velocità dell'albero condotto con rotazione sia un senso che in senso opposto, fermi restando la velocità ed il senso di rotazione dell'albero motore, soddisfacendo alle varie necessità di marcia-avanti e marci a-indietro.

Il trovato in parola è chiarito nella sua esemplare esecuzione nell'allegata tavola di disegno ove:

La Fig. 1 ne mostra l'impostazione costruttiva esemplare.

Con riferimento a detto disegno, con 1 è indicata la scatola di un differenziale contenente due ruote satelliti 2, 2’ e due ruote planetarie 3, 3' ingrananti fra loro come comunemente noto.

L'albero motore 4 è collegato rigidamente ad una ruota satellite 2 del differenziale mentre l'altra ruota satellite 2' è rigidamente collegata all'albero condotto 5.

Le ruote planetarie 3, 3' sono sostenute da opportuni alberi 6, 6'.

Attorno alla scatola 1 del differenziale è prevista una ruota dentata 7 coassiale con gli alberi motore 4 e condotto 5. Tale ruota dentata 7 del differenziale 1 ingrana meccanicamente con altra ruota dentata 8 sopportata da un proprio albero 9.

Completano il cambio o variatore continuo di velocità oggetto dell'invenzione, i dispositivi di regolazione dei giri di dette ruote dentate e tale dispositivo è esemplarmente del tipo oleodinamico.

In dettaglio tale dispositivo oleodinamico prevede due regolatori 10, 10' della velocità di rotazione degli alberi 6, 6' delle ruote planetarie 3, 3' e detti regolatori di velocità sono collegati con un distributore rotativo Il a sua volta collegato con un distributore fisso 12 alimentato da opportuna pompa idraulica 13. Tramite un variatore di flusso 14 si regola il flusso entro i regolatori 10, 10' che definiscono il numero di giri dei detti alberi 6, 6' e relative ruote planetarie 3, 3'.

Un ulteriore regolatore di velocità 15 è posto sull'albero 9 della ruota dentata 8 ingranante con la ruota dentata 7 della scatola 1 del differenziale. Tale regolatore 15 provvede a regolare, tramite un variatore di flusso 16 collegato al distributore fisso 12, la velocità di rotazione di detta ruota 8. Detti regolatori di giri 10, 10' e 15 possono bloccare la rotazione degli alberi 6, 6’, 9 e delle corrispondenti ruote dentate oppure possono liberarne completamente la rotazione.

Il funzionamento del cambio o variatore continuo di velocità avviene tra due condizioni estreme di "presa diretta" ed una condizione intermedia di "folle" come qui appresso chiarito.

- A - Azionamento in presa diretta con rotazione dell'albero condotto con lo stesso numero di giri dell’albero motore ma in senso inverso - Bloccando, tramite la regolazione oleodinamica la ruota dentata 8 collegata alla ruota dentata 7 del differenziale 1 e liberando completamente la rotazione delle ruote planetarie, detto differenziale non può ruotare su sè stesso per cui i giri dell'albero motore 4 si trasmettono, attraverso le ruote satelliti 2, 2' e planetarie 3, 3', con egual numero di giri ma in senso contrario all'albero condotto 5. Si ha pertanto la condizione limite di "presa diretta" con rotazione dell'albero condotto con egual numero di giri inversi rispetto all'albero motore.

B - Azionamento in presa diretta con rotazione dell'albero condotto con lo stesso numero di giri dell'albero motore in senso concorde - Bloccando tramite la regolazione oleodinamica le ruote planetarie 3, 3' e liberando completamente la ruota dentata 8 ingranante con la ruota dentata 7 della scatola 1 del differenziale, si ottiene che l'albero motore 4 fa ruotare tutto il differenziale e con esso l'albero condotto 5 con lo stesso numero di giri dell'albero motore 4 ed in senso concorde.

C - Azionamento in folle - Liberando completamente la rotazione della ruota dentata 8 collegata alla ruota dentata 7 della scatola 1 del differenziale ed anche liberando completamente, sempre tramite i dispositivi di regolazione oleodinamica, gli alberi 6, 6' e le ruote planetarie 3, 3', si ottiene che l'albero motore fa girare la scatola 1 e tutto il differenziale con metà numero di giri rispetto all’albero motore, per cui l’albero condotto 5 che è comunque un albero resistente di azionamento delle ruote motrici o della utilizzazione, resta fermo.

- Si è pertanto ottenuta la condizione di "folle".

D - Azionamento a giri variabili dell'albero condotto rispetto ai giri fìssi dell’albero motore - Agendo sui regolatori oleodinamici menzionati 10, 10' e 15, tramite i variatori di flusso 14, 16 si ottengono varie condizioni di azione resistente (comprese tra il bloccaggio e la liberazione totale) sugli alberi della ruota 8 e delle ruote planetarie 3, 3', per cui si possono ottenere giri dell'albero condotto variabili in modo continuo rispetto ai giri dell'albero motore e variabili tra le due condizioni di "presa diretta" e la condizione intermedia di "folle".

Ad esempio, considerando il caso A di azionamento in "presa diretta" con numero di giri dell'albero condotto 5 pari ma inversi ai giri dell'albero motore 4, si ha il blocco della ruota dentata 8 e del differenziale 1, mentre le ruote satelliti 3, 3' sono completamente libere di ruotare. Per variare il numero di giri dell'albero condotto 5 e nel presente caso per diminuire tale numero di giri a parità di giri dell'albero motore, si agisce sul variatore di flusso 16 che libera progressivamente la rotazione di detta ruota 8 e del differenziale 1, mentre restano sempre libere di ruotare le ruote planetarie 3, 3'. Liberando così progressivamente la detta ruota 8, si riduce il numero di giri dell'albero condotto fino alla completa liberazione della detta ruota 8, generante la condizione di "folle".

Ad esempio considerando il caso B di azionamento in "presa diretta" con numero di giri dell'albero condotto 5 pari e concordi col numero di giri dell'albero condotto 4, si ha il blocco delle ruote dentate planetarie 3, 3', mentre la ruota dentata 8 ed il differenziale 1 sono completamente liberi di ruotare. Per variare il numero di giri dell'albero condotto 5 rispetto all'albero motore 4 a giri costanti e nel presente caso per diminuire il numero di giri di detto albero condotto, si agisce sul variatore di flusso 14, che libera progressivamente la rotazione delle ruote planetarie 3, 3', mentre resta sempre libera la rotazione della detta ruota 8. Liberando progressivamente dette ruote planetarie 3, 3', si riduce il numero di giri dell'albero condotto sempre ruotante in senso concorde all'albero motore che gira con propria rotazione costante; la completa liberazione delle ruote planetarie 3, 3' genera la condizione di "folle".

Le due condizioni menzionate di "presa diretta" possono essere utilizzate per azionare rispettivamente la marcia-avanti e la marcia-indietro che fanno capo alla posizione intermedia di "folle".

Tali azionamenti in marcia-avanti e marcia-indietro sono assolutamente alternativi fra loro e richiedono la manovra alternativa dei variatori di flusso 14 e 16.

Nel caso che l'albero condotto 5 sia sollecitato in rotazione da sollecitazioni indipendenti dal motore (ad esempio in condizioni di discesa di un mezzo semovente), è consigliabile prevedere sull'albero motore 4 un opportuno dispositivo di blocco atto ad evitare la possibile inversione di rotazione dell’albero motore stesso.

Ovviamente i regolatori di velocità 10, 10' e 15 sono stati indicati a funzionamento idraulico od oleodinamico, ma tali regolatori possono essere con altro conveniente funzionamento quale meccanico, elettrico, elettromeccanico, ecc..

Ne segue che il cambio o variatore continuo di velocità oggetto della presente invenzione è quanto mai meccanicamente semplice, funzionale e di poco peso e richiede pochi ingombri e poca manutenzione.

Claims (4)

1. RI V E N D I C A Z I O N I 1) Cambio o variatore continuo di velocità caratterizzato da ciò che prevede: - un differenziale formato da una scatola (1) e formato da due ruote satelliti (2, 2') e da due ruote planetarie (3, 3'), ove dette ruote planetarie (3, 3') sono sostenute dai propri alberi solidali (6, 6'), - un albero motore (4) collegato rigidamente ad una delle ruote satelliti (2) del differenziale, un albero condotto (5) collegato rigidamente all'altra ruota satellite (2') del detto differenziale, - una ruota dentata (7) coassiale con gli alberi motore e condotto (4, 5) prevista fissata attorno alla scatola (1) del differenziale, - una ruota dentata (8) sopportata da un proprio albero (9), ingranante con detta ruota dentata (7) della scatola (1) del differenziale, un dispositivo di regolazione (10, 10', 11, 12, 13, 14) di giri degli alberi (6, 6') dei planetari (3, 3'), un dispositivo di regolazione (12, 13, 15, 16) del numero di giri dell'albero (9) della ruota dentata (8) ingranante con la ruota dentata (7) della scatola (1) del differenziale in guisa che regolando tramite i dispositivi regolatori (10, 10', 15) il numero di giri da zero (blocco dei giri) ad un valore massimo (liberazione dei giri) rispettivamente del detto albero (9) e relativa ruota dentata (8) ingranante con la ruota dentata (7) periferica alla scatola (1) del differenziale e degli alberi (6, 6') delle ruote planetarie (3, 3') si ottengono due condizioni limite di "presa diretta" ed una condizione limite intermedia di "folle" e cioè una prima condizione di "presa diretta” ottenuta con bloccaggio della detta ruota (8) e della scatola (1) del differenziale e liberazione completa delle ruote planetarie (3, 3') con rotazione dell'albero condotto (5) allo stesso numero di giri in senso opposto rispetto al numero di giri dell'albero motore, una seconda condizione di "presa diretta" ottenuta col bloccaggio delle ruote planetarie (3, 3') e con la liberazione completa della ruota dentata (8) ingranante con la ruota dentata (7) della scatola (1) del differenziale, con rotazione dell'albero condotto (5) con lo stesso numero di giri dell'albero motore (4) ed in senso concorde, mentre la terza condizione di "folle" si ottiene con la liberazione completa della rotazione della detta ruota dentata (8) del differenziale e delle ruote planetarie (3, 3'), ove la regolazione continua variabile del numero di giri dell'albero condotto (5) rispetto all'albero motore (4) fra dette condizioni limite di "presa diretta" e la condizione intermedia di "folle", avviene tramite i detti regolatori di giri (10, 10', 15) ed ove le due condizioni di azionamento con albero condotto ruotante inverso o concorde con l'albero motore (4) creano le condizioni di marci a-avanti e di marciaindietro.
2. 2) Cambio come da rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che il dispositivo di regolazione di giri dell'albero (9) e della relativa ruota dentata (8) ingranante con la ruota dentata (7) del differenziale (1) prevede un regolatore di giri (15) collegato ad un variatore di flusso (16) a sua volta alimentato da un distributore fisso (12) collegato ad una pompa idraulica (13), ove tramite il variatore di flusso (16) si regola il numero di giri (15) di detta ruota (8).
3. 3) Cambio come da rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che il dispositivo di regolazione dei giri degli alberi (6, 6') dei planetari (3, 3') prevede regolatori di velocità (10, 10') collegati ad un variatore di flusso (14) alimentato da un distributore rotativo (11) a sua volta collegato al distributore fisso (12) alimentato dalla pompa oleodinamica (13), ove detto variatore di flusso (14) regola il numero di giri di dette ruote planetarie (3, 3').
4. 4) Cambio come da rivendicazione 1 , caratterizzato da ciò che i regolatori di velocità (10, 10', 15) possono essere oltre che a funzionamento oleodinamico, anche a funzionamento meccanico, elettromeccanico, o di qualsiasi altro tipo.