Stufenlos verstellbares formschlüssiges Satellitengetriebe

Die Erfindung betrifft ein stufenlos versteilbares formschlüs¬ siges Satellitengetriebe.

Die nach dem Stand der Technik bekannten forrπschiüsεigen Schaltkupplungen haben den Nachteil, daß sie nur im Stillstand bzw. bei Synchronlauf der V7ellen einschaltbar sind. Bekannte Ausführungsformen sind Klauenkupplungen und Zahnkupplungen. Wegen der genannten begrenzten Schaltmöglichkeiten wird insbe¬ sondere im Kraftfahrzeugbau auf kraftschlüssige Schaltkupplun¬ gen zurückgegriffen, bei denen die Drehmomentübertragung durch Reibung erfolgt. Bei diesen Kupplungen müssen die gegenseitigen Reibflächen unter Last bei hohen Drehzahlen geschaltet werden, wobei erst allmählich ein Reibungsschluß auftritt. Der Nachteil dieser Kupplung besteht in dem hohen Verschleiß, der durch die Reibungswärme noch verstärkt wird. Da in den meisten Fällen ein einziges Übersetzungsverhältnis für alle Betriebszustände des Antriebs nicht optimal ist, wird im Regelfall auf ein stufen¬ weise geschaltetes Getriebe zurückgegriffen, das verschiedene Übersetzungen ermöglicht. Hierdurch ergibt sich gegenüber dem nur ein Übersetzungsverhältnis übertragenden Getriebe eine ver¬ besserte, jedoch noch keine optimale Anpassung an den Bedarf, ferner das Problem der Zugkraftunterbrechung beim Schalten sowie die notwendige Synchronisation der Zahnräder beim Gang¬ wechsel.

Ideal wäre eine stufenlose Anpassung der jeweiligen Übersetzung während des Betriebes ohne Zugkraftunterbrechung. Solche stu¬ fenlose Getriebe sind als sogenannte P.I.V.- oder CVT-Getriebe bekannt. Diese Getriebe basieren auf einer Kraftübertragung, bei der verschiedene Laufradien der in Verbindung stehenden Räder einstellbar und hierüber das Übersetzungsverhältnis vari¬ iert werden kann. Um nach diesem Prinzip die Übersetzung zu

verstellen, muß die Veränderung der Laufradien stetig und über¬ gangslos sein, woraus folgt, daß die im Eingriff befindlichen Rader keine formschlüssige Verbindung haben können, da diese eine Radialbewegung blockieren würde. Daher beruhen alle nach dem Stand der Technik bekannten Getriebe auf Reibschluß in Form von Keilriemen, Flachriemen, Reibrädern und -Scheiben mit den bekannten Nachteilen des Schlupfes, eines hohen Verschleißes unter Bildung von Einlaufriefen, dem Erfordernis hoher Anpreß- und Verstellkräfte sowie einem relativ schlechten Gesamtwir¬ kungsgrad.

Eine Alternative wird in der DE 43 17 478.7 AI aufgezeigt, in der ein formschlüssiges Getriebe als Zugmittelgetriebe beschrieben wird. Dieses Getriebe besitzt einen antriebsseiti- gen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satelli¬ tenräder, die stufenlos radial versteilbar angeordnet und von einem Zugmittel umfaßt sind, welches das durch den eingestell¬ ten radialen Abstand bestimmte Drehzahlverhältnis auf ein Abtriebsrad überträgt. Die Durchmesserveränderung wird durch sogenannten Satellitenräder mit kleinerem Durchmesser bewirkt. Um während des Versteilens zum Ausgleich des Einlauffehlers in allen Radialpositionen, die nicht einem ganzzahligen Vielfachen der Kettenteilung entsprechen, Drehmomente übertragen zu kön¬ nen, wird vorgeschlagen, daß die Satellitenräder auf und rela¬ tiv zu der Antriebs- und/oder Abtriebsscheibe in einer oder in beiden Richtungen freilaufen können oder blockiert sind, wobei die Freilauf- und/oder Blockierschaltung von der von dem Zug¬ mittel ausgeübten Radialkraft und/oder von der Phasenlage der Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe angesteuert oder ausgelöst wird. Insbesondere kann die Satellitenradwelle als Hohlwelle ausge¬ bildet sein, die unter Federkraft in einem Käfig anliegt, wobei bei Erhöhung der Radialkraft auf die Kettenradwelle die Hohl¬ welle gegen die Federkraft verschoben wird und hierbei ein Hebel verschwenkt wird, der einen Zylinderkäfig für die Klemm¬ rollen oder Klemmkugeln des Freilaufes so verdreht, daß die Rollen oder Kugeln in die keilförmigen Taschen eines festste¬ henden Innen- oder Außensternes getrieben werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenlos ver¬ stellbares formschlüssiges Satellitengetriebe (ohne Zugmittel} zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 beschriebene Satel¬ litengetriebe gelöst, bei dem mindestens ein im Durchmesser verstellbares Satellitenrad vorgesehen ist, das mit einem Zen¬ tralrad in einer permanenten Formschlußverbindung steht, wobei das Durchmesserverhältnis der beiden Räder zueinander die gegenseite exzentrische Lage der Räder zueinander und damit das Drehzahlverhältnis der Räder bestimmt. Ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Zentralrad als innenverzahntes Hohlrad ausgebildet, kann bei einer maximal möglichen Durchmes¬ sererweiterung auf den Innenradius der Innenverzahnung des dann koaxial zum Zentralrad angeordneten Satellitenrad eine Überset¬ zung der Drehzahlen im Verhältnis von 1 : 1 erfolgen, da die gesamte Verzahnung des innenliegenden Satellitenrades in die Verzahnung des Zentralrades eingreift. Verringert man den Durchmesser des Satellitenrades, kann der Verzahnungseingrif nur dann aufrechterhalten werden, wenn das innenliegende Satel¬ litenrad aus der koaxialen Lage in eine exzentrische Lage ver¬ schoben wird. Bei Aufrechterhaltung des Verzahnungseingriffes rollt das innenliegende Satellitenrad mit seinem Außenmantel auf dem Innenmantel des Zentralrades ab, d.h., es führt sowohl eine Eigenrotation als auch eine Rotation um die Achse des Zen¬ tralrades aus. In entsprechender Weise kann auch vorgesehen sein, daß das Zentralrad eine Außenverzahnung besitzt, worüber das Satellitenrad mit einer entsprechenden Außenverzahnung abrollt. Auch hierbei kann entsprechend der Durchmesserverstel¬ lung des Satellitenrades der Formschluß nur aufrechterhalten werden, wenn das Satellitenrad gegenüber dem Zentralrad eine exzentrische Verstellung erfährt. Die vorliegende Erfindung erfaßt auch solche Ausführungsformen, bei denen sowohl das Zen¬ tralrad als auch das Satellitenrad, also beide, im Durchmesser variabel sind, was untenstehend noch erläutert wird.

Da in der Praxis Drehzahlen, die nur annähernd in dem Bereich der meisten realen, technischen Anwendungen liegen, die Anpas ^¬ sungsfehler in die Radialstellungen der Satellitenräder während des Eingriffes und ausgelöst durch den Verstellvorgang sehr gering sind, gehen die Anpassungsfehler praktisch in der Ferti ^¬ gungstoleranz unter oder können durch eine geeignete und abge¬ stimmte Elastizität der Geometrie der Satellitenposition ausge¬ glichen werden. Beispielsweise greifen bei einer Drehzahl von z.B. 50 Umdrehungen pro Sekunde und 5 Satelliten 250 Satelliten pro Rad und Sekunde in das Zugmittel ein, so daß bei einer Regelgeschwindigkeit, die von Anschlag bis Anschlag z.B. nur 10 Sekunden benötigt, die Relativbewegung zwischen den Satelli¬ ten während eines Eingriffszyklus nur 1/2500, also nur 0,4 o/oo der Radialbewegung ausmacht. Die hieraus resultierende elasti¬ sche Ausgleichsbewegung der Satelliten führt nur zu einer geringen Einbuße beim Wirkungsgrad, die zudem nur während der Verstellung anfällt und arginale Größenordnungen erreicht, so daß sie keine unakzeptable Verschlechterung darstellt. Die Durchmesserverstellung des Satellitenrades oder des Zahnrades kann - wie beispielsweise in der DE 43 17 478.7 beschrieben - dadurch erzielt werden, daß das Satellitenrad aus mehreren ein¬ zelnen im Durchmesser kleineren Rädern besteht, die um die Satellitenradachse einerseits und in einer Richtung um ihre eigene Achse andererseits drehbar sind und die radial verstellt werden können, so daß sie - bei einer exzentrischen Lage des Satellitenrades zu dem Zentralrad - einen Drehmoment übertra¬ genden Lastbogenweg und einen lastfreien Weg zyklisch durchlau¬ fen und daß sie sich beim Übergang vom lastfreien Weg zum Last¬ bogenweg, d.h. im Moment des Formschlußeingriffes in das Zen¬ tralrad frei synchronisierend bewegen, aber nach Formschlußein¬ griff die Eigenrotation blockierend das anliegende Drehmoment übertragen. Mit eingeschlossen sind auch solche Ausführungsfor¬ men, bei denen jeweils zwei Satelliten in Tandemformation hin¬ tereinander angeordnet sind, so daß sie direkt oder indirekt in gegenseitigem, formschlüssigem Eingriff stehen, so daß sie beim Einlaufen in die Zentralradverzahnung sich frei synchronisieren

können, jedoch nach dem Einlaufen in den Formschluß des Gegen¬ stückes in ihrer Rotationsbewegung blockiert sind. Diese Aus¬ führungsform kann für Sonderanwendungen mit sehr hohen Ver¬ stellgeschwindigkeiten bei kleinen Drehzahlen, wie z.B. bei Fahrrädern, noch dahingehend variiert werden, daß die Träger, auf denen je ein Satellitentandem plaziert ist, so gekippt wer¬ den können, daß jeweils ein Satellit aus dem Eingriff mit der Zentralradverzahnung ausklinkt, so daß die im Eingriff verblei¬ benden Satellitenräder frei drehen und eine beliebige Radial¬ verschiebung ausüben können. Nach Abschluß des Verstellvorgan¬ ges werden die Satellitenträger wieder in die Ausgangsposition zurückgeschwenkt. Bei dieser Ausführungsform ist zwar auch eine Zugkraftunterbrechung gegeben, jedoch bleibt diese auf Sonder¬ fälle schneller Stellgeschwindigkeit bei langsamer Drehzahl oder im Stillstand beschränkt. Bei der dargestellten Tandemver- sion kann ebenfalls vorgesehen sein, die Zähne der einzelnen im Durchmesser kleineren Räder in einer zum Leistungseingriff axial versetzten Ebene vollkommen spitz zulaufend zu gestalten, wodurch das Anschnäbeln besonders vereinfacht wird, während die Zähne zur Drehmomentübertragung aus hochbelastbaren Materialien und in Standardzahngeometrien gefertigt sind.

Zu dem vorbeschriebenen Prinzip, nach dem das Satellitenrad abrollt und ein jeweiliges Anschnäbeln erforderlich ist, kann nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch vorge¬ sehen werden, daß die Zahnräder in permanentem Eingriff blei¬ ben. Diese Ausführungsform wird in Anspruch 3 beschrieben und besitzt insbesondere die Merkmale, daß mit einem Zentralrad und mehreren im Durchmesser kleineren, mit dem Zentralrad in perma¬ nentem Eingriff stehenden und auf einer Scheibe angeordneten oder über Kraftübertragungsmittel mit dieser verbundene Satel¬ liten vorgesehen sind, die um ihre eigene Drehachse in einer Richtung über Freiläufe drehbar sind, in der Gegenrichtung jedoch blockieren. Die Achse der Scheibe ist zur Zentralachse exzentrisch verschiebbar, so daß sich in Abhängigkeit von der

exzentrischen Verschiebung unterschiedliche Drehzahl- und Drehmomentverhältnisse zwischen der Scheibe und dem Sentrairad einstellen lassen.

Sind die Satelliten jeweils auf Radialstützen gelagert, die verschiedene radiale Positionen, beispielsweise über Führungen, einnehmen können, kann erreicht werden, daß die vorzugsweise unter Federbelastung oder durch die Radialstütze gegen die Verzahnung des Zentralrades gepreßten Satelliten stets im Eingriff bleiben, so daß sie zyklisch bei einer jedem Umdrehung verschiedene Radialpositionen einnehmen, so daß die insgesamt auf dem Umkreis eines Zahnrades oder einer Ketten- oder son¬ stigen Zugmittelumschlingung ablaufen. Sind nun die Satelliten bezüglich ihrer Eigenrotation auf Freiläufen gelagert, so wird in allen exzentrischen Achspositionen das Rad die gesamte Last übertragen, das sich am nächsten an der kürzesten Radialposi¬ tion befindet und alle anderen Räder werden zu einer Umfangs¬ geschwindigkeit von dem erstgenannten Rad angetrieben, die größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit des antreibenden Rades, d.h., die Räder müssen sich in Freilaufrichtung zusätz¬ lich um ihre eigene Achse drehen, um im verzahnten Eingriff zu bleiben. Bei dieser Ausführungsform entfällt das Problem der Synchronisation nach dem Einlaufen aus dem Leerbogen.

Bei der Verwendung von das Satellitenrad bildenden einzelnen Rädern oder Satelliten mit einer richtungsgeschalteten Kupplung wird eine mechanisch arbeitende Freilaufkupplung, vorzugsweise eine Klemmkörperfreilaufkupplung oder ein Klinkenfreilauf, oder eine visko-hydraulische oder auch eine elektromechanische Kupp ^¬ lung bevorzugt.

Schaltgenaue Klemmfreiläufe unterliegen einer Lebensdauerbe¬ grenzung, bei der das Nennmoment M _zu ι bei 10 ⁸ Lastspielen auf 50 % abnimmt. Um solche Freiläufe in einen Antrieb zu integrie¬ ren, bei dem zyklische Schaltvorgänge bei jeder Umdrehung aus¬ gelöst werden, ergibt sich ein Dimensionierungsproblem. Für den

Fall, daß der Freilauf hochübersetzt wird, nehmen die Nennmo¬ mente ab, jedoch die Lastspiele zu, da die Drehzahl steigt, und bei einer Abwärtsuntersetzung umgekehrt. Dies ist bei solchen Freiläufen dimensionskritisch, bei denen 10 ⁸ Lastspiele im Lebenszyklus erreicht werden, z.B. bei Fahrzeuggetrieben. Bei dem vorliegenden Satellitengetriebe ist daher für Sonderfälle vorgesehen, daß die Drehzahl der Freiläufe relativ zu den Satellitenrädern durch einen oder mehrere Stirnrad- oder Plane¬ tensätze oder andere getriebetechnische Ausführungsformen einer Drehzahlübersetzung verändert wird. Diese Veränderung der Dreh¬ zahl, z.B. ins Schnelle im Sinne einer Drehzahlerhöhung, ver¬ mindert die Größenordnung der im Freilauf auftretenden Momente, ohne jedoch die Schaltfrequenz bzw. die Lastspielzahl zu erhö¬ hen. Es wird demnach eine Hochübersetzung auf hohe Drehzahlen und kleine Momente gewählt, ohne daß die Lastspielzahl zunimmt, da jeder Schaltvorgang genau einmal pro Umdrehung des Abtriebsrades und nicht pro Umdrehung des einzelnen Rades des Satellitenrades bzw. Satelliten erfolgt.

In einer alternativen Lösung, d.h. bei der Verwendung von Sperrklinkenfreiläufen, ergibt sich hingegen eine nahezu unbe¬ grenzte Dauerfestigkeit, ferner sind Sperrklinkenfreiläufe preisgünstig. Der Nachteil der verminderten Schaltgenauigkeit (8 bis 10°) wird durch die im vorigen Abschnitt beschriebene Übersetzung vermindert. Außerdem verschiebt sich durch den Win¬ kelfehler des Schaltvorganges lediglich der Lastübergabepunkt zwischen zwei Satelliten, ohne einen Funktionsfehler zu verur¬ sachen. Ein dabei evtl. auftretender Drehmomentensprung kann durch eine elastische Bauelemente in der Freilaufverriegelung abgefangen werden. Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausfüh¬ rung bei Verwendung von Sperrklinkenfreiläufen eine Regelung der Übersetzung dergestalt vorzusehen, daß nicht in unendlich kleinen Stufen verstellt wird, sondern in Sprüngen jeweils sol¬ che Übersetzungsverhältnisse gewählt werden, die im wesentli¬ chen zu einer Rotation in den Satellitenrädern führen, die einer Klinken- bzw. Rampenbreite des Sperrklinkenfreilaufs

führt, so daß kein Lastsprung mehr erzeugt wird. Diese Verände¬ rung von stufenloser zu quaεistufenloser Regelung der Überset¬ zungsverhältnisse stellt bei hinreichend kleinen Verriegelungs¬ winkeln in der Praxis keinen gravierenden Nachteil dar.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die ein¬ zelnen Räder des Satellitenrades oder Satelliten federbelastet und/oder auf ihren Freiläufen in Radialstützen gelagert, die vorzugsweise auf nicht linearen Bögen geführt werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können das Zen¬ tralrad und/oder das Satellitenrad oder die Satelliten auf einer Antriebs- und/oder Abtriebsscheibe angeordnet sein, was den Vorteil besitzt, daß auf dieser jeweiligen Scheibe Führun¬ gen, Anlenkungen für die einzelnen Räder des Satellitenrades oder die Satelliten angebracht werden können. Vorzugsweise wer¬ den die einzelnen Räder des Satellitenrades oder die Satelliten jeweils über einen Hebel oder eine Kurbel an einer An- oder Abtriebsscheibe angelenkt.

Die Drehmomentübertragung erfolgt hierbei über die betreffenden Hebel oder Kurbeln. Mit der Momentenübertragung von einzelnen Rädern eines Satellitenrades oder von Satelliten auf das Zen¬ tralrad ergeben sich prinzipbedingt Bewegungsbahnen der einzel¬ nen Räder, die in Relation zum wirksamen Mittelpunkt auch innerhalb des Lastbogenweges verschiedene wirksame Radien und verschiedene Tangentialkomponenten bewirken, was eine Ungleich- förmigkeit des Übersetzungsverhältnisses zur Folge hat, die bei großen Exzentrizitäten Werte bis zu 1,5 oder mehr erreichen kann und dann die Laufruhe des Antriebes erheblich beein¬ trächtigt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Ungleichförmigkeit der Drehmomentübertragung bzw. des Überset¬ zungsverhältnisses durch eine zyklische Regelung zumindest teilweise kompensiert. Dies kann auf verschiedene Arten erfol¬ gen.

Nach einer ersten Aus ührungsform wird die Kompensation durch einen Radienausgieich herbeigeführt, bei e im wesentlichen ein konstanter Mittelwert, Minimalwert oder Maximaiwert mit gleichem Integral unter der Übertragungsfunktion gewählt wird, die durch das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten des Antriebes zu der des Abtriebes in Abhängigkeit zum Drehwinkel bestimmt ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird die Ungleichmäßigkeit der Drehmomentübertragung bzw. des Übersetzungsverhältnisses durch eine kraftabhängige Federung und/oder durch Ausgleichs- massen kompensiert. Dies kann hydraulisch, pneumatisch oder sonstwie mechanisch erfolgen.

Die Regelung der relativen Exzentrizität führt zu einer Bewegung von mindestens einer der beiden Achsen. Um eine kinematische Weiterführung des Leistungsflusses in eine wiederum feststehende Achse zu ermöglichen, üsste eine flexible Welle oder ein Kardan- oder sonstiges Gelenk vorgesehen werden. In einer bevorzugten Ausführung wird die Relativbewegung nicht translatorisch sondern rotatorisch ausgeführt und die für den Verstellvorgang auf einer Kreisbahn geführte Achse rollt dabei auf einem Zahnradsatz ab, wobei ein Rad mittig zur bewegten Achse und das zweite bzw. die folgenden in einem Zahnrad enden, das wiederum konzentrisch zum Mittelpunkt der Kreisbahn liegt, auf welcher die bewegte Achse während des Verstellvorganges abläuft.

Durch diese Maßnahme und bei Integration von Ausgleichmassen zur Vermeidung von Unwuchten ist eine sehr hochfrequente Verstellung möglich.

Diese schnelle Verstellmöglichkeit kann dann auch genutzt werden, um die beschriebene Ungleichförmigkeit zu beseitigen. In phasenzyklisch verkleinerter wirksamen Radien wird die

Exzentrizität hierbei vermindert und in phassnvergrδßerter Radien vergrößert. Auf diese Art und Weise kann mit einer einfachen Geometrie eine Gleichförmigkeit erzielt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Drehmo¬ mentübertragung zwischen dem jeweils als Scheibe, Rad oder Welle ausgebildeten Antriebsmittel und dem entsprechenden Abtriebsmittel über einen Kniegelenkhebel durchgeführt, wobei eine zyklisch gesteuerte oder gefederte Knickbewegung des Knie¬ gelenkes die Ungleichförmigkeit der Drehmomente und der Dreh¬ zahlschwankungen kompensiert.

Die Bewegungsbahn der Kniegelenke beschreibt nach einer weite¬ ren Ausgestaltung der Erfindung im Lastbogenweg einen Kreis, vorzugsweise über eine Kulissen-, Nocken-, Mehrgelenkketten und/oder Gestängeführung als Radialstütze. Die jeweils zum Ausgleich der genannten Schwankungen gewählten Geometrien sind vorzugsweise hinsichtlich der Amplitude der zyklischen Bewegung in Abhängigkeit von der Exzentrizität zeitlich konstant.

Die Freiläufe können über- oder untersetzt mit einer gegenüber den Satellitenrädern unterschiedlichen Drehzahl laufen. Weiter¬ hin bleibt die Führung der Satellitenräder hinsichtlich des Zahnflankenspieles und/oder des Anpreßdruckes zum Zentralrad zeitlich konstant.

Insbesondere zur Kompensation der Ungleichmäßigkeit der Dreh¬ momente oder im Hinblick der Einstellung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses kann die Drehzahlübersetzung in zwei oder mehr parallel oder in Reihe angeordneter Stufen erfolgen, wobei vorzugsweise die Phasenlage der Stufen so gewählt wird, daß sich die Ungleichförmigkeiten jeder einzelnen Stufe im wesentlichen gegenseitig kompensieren. Vorzugsweise werden zwei Stufen eine gemeinsame Exzenterscheibe und zur Kompensation der

Ungleichförmigkeiten entsprechend phasenversetzte Antriebs¬ bzw. Abtriebsscheiben auf und/oder die Zahl der einzelnen Räder des Satellitenrades bzw. der Satelliten in zwei solchen Scheiben ist identisch.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können minde ^¬ stens zwei Stufen des Satellitengetriebes in ein Differential¬ getriebe, das mit der Abtriebswelle verbunden ist, so einge¬ speist werden, daß sich die Ungleichförmigkeit der Drehmomente und Drehzahlübertragung im wesentlichen kompensiert.

Schließlich können auch mehrere Satellitenstufen mit in der Drehrichtung entgegengesetzten und/oder umschaltbaren Freiläu¬ fen oder über eine Umkehr- oder parallele Welle ansteuerbaren Wellen miteinander gekoppelt sein.

Die Vorteile des beschriebenen Satellitengetriebes liegen darin, daß es im Stillstand und unter Last verstellt werden kann, daß es schlupffrei und formschlüssig, geräuscharm und kompakt ist und sowohl einen guten Wirkungsgrad als auch eine hohe Dauerfestigkeit aufweist. Die Kosten liegen niedriger als bei vierstufigen Schaltgetrieben oder dreistufigen Kupplungsau¬ tomaten, wie Planetenautomaten mit Lamellenkupplungen. Synchro¬ nisation, Schiebemuffen oder Reibkupplungen entfallen vollstän¬ dig.

Das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Satellitengetriebes ist weit gesteckt und reicht vom Fahrrad über alle denkbaren motor¬ getriebenen Fahrzeuge bis zum Maschinenbau einschließlich dem Antrieb von Nebenaggregaten. Durch Ausgestaltung eines Antriebsstranges, bei dem die Welle des Motors über einen Stirnradsatz in zwei gegenläufig rotierende Wellen geteilt wird, kann in einer Welle ein Satellitengetriebe die Relativ¬ drehzahl so steuern, daß eine gezielte Differenzdrehzahl ein¬ stellbar ist. Diese wiederum wird einem Differential an die

Antriebsräder weitergeführt, so άali in dem Fall, daß der Diffe¬ renzwert 0 eingestellt wird, eine Anfahrkupplung nicht mehr benötigt wird. Ein Fahrzeug mit einem solchen Antrieb ist selbsttätig gegen ein Rückrollen blockiert und fährt auch bei beliebig geringen Geschwindigkeiten ruckfrei. Lediglich eine ungewollte Bewegung durch Drehzahlschwankung im Satellitenge¬ triebe muß durch eine Komparatorregelung oder eine formschlüs¬ sige Klauenkupplung zur Stillstandssicherung zwischen den bei¬ den gegenläufigen Antriebswellen geschaltet werden, da ein ungewollter Kriechvorgang nicht mit einer Bremse aufgehalten werden könnte.

Die Erweiterung des Satellitengetriebes in der beschriebenen Weise erhöht den Bauteil- und Kostenaufwand nur relativ gering, da die benötigte Planetenstufe in die Konstruktion des Satelli¬ tengetriebes integriert werden kann und somit viele Bauteile, wie Wellen, Lager, Scheiben, Gehäuse und Bauteile zur Schmie¬ rung etc., mehrfach genutzt werden können.

Zusätzlich kann ein Schwungkreisel direkt mechanisch genutzt werden, so daß der Antriebsmotor eventuell nur noch für die stationäre Dauerleistung dimensioniert werden muß und für alle instationären Phasen der Leistungenfluß und -rückfluß über den Schwungkreisel geführt werden kann. Hierdurch eröffnet sich durch Fahrzeuge im Straßenverkehr ein enormes Einsparpotential beim Kraftstoffverbrauch und in der Schadstoffemission bei gleichzeitig besseren Fahrleistungen und erhöhtem Bedienungs¬ komfort.

In der beschriebenen Form überträgt ein Satellitengetriebe zunächst Drehmomente und Leistungen nur in einer Richtung, da in der Gegenrichtung durch die Freiläufe keine Momente übertra¬ gen werden. Da jedoch für viele Anwendungsfälle ein Leistung¬ fluß in beiden Richtungen gewünscht wird, sind entsprechende Vorkehrungen vorzusehen. In einer möglichen Ausführung werden

die Freiläufe dazu in Gegenrichtung umgeschaltet. In einer wei¬ teren Ausführung wird eine zweite Stufe mit gegensinniger Frei¬ laufschaltung parallel oder in Reihe angeordnet. Bei entspre ^¬ chender Regelung der Übersetzungen in beiden Stufen wird ein kinematisches Verblocken vermieden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar¬ gestellt. Es zeigen

Fig. la bis d jeweils Draufsichten (a, c) und Seitenansichten

(b, d) einer ersten Ausführungsform eines Satellitengetriebes mit einem Zentrairad mit Innenverzahnung,

Fig. 2 a, b eine weitere Ausführungsform des Satellitenge¬ triebes mit einem Zentralrad mit Außenverzah¬ nung,

Fig. 3 die Änderung der wirksamen Radien über dem

Lastbogenweg und die jeweilige Umfangskraft,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Abrollens der einzelnen Räder des Satellitenrades und des Zentralrades nach Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Geometrie von

Kniegelenken in Hebeln, die auf einem Führungs ^¬ kreis ablaufen,

Fig. 6 eine Ausführungsform zur Realisierung Kniege¬ lenke zwischen einer Abtriebsscheibe und Radialstützen, welche die einzelnen Räder des Satellitenrades tragen,

Fig. 7 eine entsprechende Darstellung nach Fig. 5 unter Berücksichtigung der Exzentrizität,

Fig. 8a, b eine weitere Ausführungsform des Satellitenge¬ triebes, hier zur Verwendung bei einem Fahrrad,

Fig. 9a, b dieselbe Ausführungsform in einer perspektivi¬ schen Ansicht,

Fig. 10a , b eine perspektivische sowie eine Draufsicht einer Abtriebsscheibe mit Tangentialstützen zur Momentenübertragung,

Fig. 11a, b eine perspektivische Ansicht sowie eine Drauf¬ sicht einer Zentraleinheit mit drei Radialträ¬ gern,

Fig. 12a, b ein Stirnradsatz der Antriebseinheit,

Fig. 13 eine Antriebsstrangkonzeption für ein Fahrzeug mit einem Satellitengetriebe ohne Kupplung,

Fig. 14 eine geschnittene Ansicht eines Getriebes mit einer zyklischen Steuerung zum Ausgleich der Ungleichförmigkeit und

Fig. 15a, b jeweils schematische Draufsichten auf ein

Getriebe mit einer Zentraleinheit mit drei Stützen in unterschiedlichen Positionen.

Fig. 1 zeigt ein Antriebsrad 20 als Zentralrad mit einer Innen¬ verzahnung, entlang der einzelne Satellitenräder 21 bis 24 in stetem Umgriff umlaufen. Diese einzelnen Räder 21 bis 24 werden auf Radialstützen geführt, die, wie aus Fig. lc, d ersichtlich, bei einer exzentrischen Verschwenkung aus der in Fig. la dargestellten konzentrischen Lage heraus verschiedene Radialpositionen einnehmen. Durch Lagerung der einzelnen Räder 21 bis 24 auf Freiläufen bezüglich ihrer Eigenrotation

wird in allen exzentrischen Ächspositionen das Rad (hier 22} die gesamte Last übertragen, das sich am nächsten an der kürze¬ sten Radialposition befindet. Die übrigen Räder, insbesondere Rad 24, werden zu einer Umfangsgeschwindigkeit angetrieben wer¬ den, die größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Rades 22 ist, das als antreibendes Rad dient. Die Antriebsbewegung wird über Hebel 25 bis 28 auf eine Abtriebsscheibe 29 übertragen. Die Räder 21 bis 24 sind während der Drehbewegung dauernd im Eingriff mit der Innenverzahnung des Zentralrades 20, so daß eine Synchronisation nach dem Einlaufen aus einem Leerbogen entfällt. Jedes der Räder 21 bis 24 befindet sich so lange in blockierter Stellung des Freilaufes, d.h. lastübertragend im Lastbogenweg, wie betreffende Rad einen kürzesten Radius ein¬ nimmt, bis es durch ein nächstfolgendes Rad abgelöst wird, das dem Mittelpunkt der Abtriebsscheibe 29 näherkommt. In diesem Fall übernimmt das nächstfolgende Rad den Antrieb, wohingegen das vorlaufende Rad relativ schneller als die Umfangsgeschwin¬ digkeit des Rades wird.

Nach der Ausführungsform entsprechend Fig. 2 besitzt das Antriebsrad 30 eine Außenverzahnung, worüber die einzelnen Satellitenräder 31 bis 34 formschlüssig Kraft bzw. Drehmomente auf die Abtriebsscheibe 35 unter Vermittlung von Hebeln 36 bis 39 übertragen. Die jeweiligen Stirnradpaarungen 40 und 41 über¬ setzen die Drehzahlen der jeweiligen einzelnen Räder hoch, so daß die Freiläufe, die das Zahnrad 41 gegenüber der betreffen¬ den Radialstütze 42 halten, entsprechend kleinere Momente über¬ tragen müssen und eine erhöhte Stellgenauigkeit erzielen. Fig. 2a zeigt eine leichte, Fig. 2b eine extreme exzentrische Lage des Antriebsrades 30 relativ zur Abtriebsscheibe 35. Bei der Stellung nach Fig. 2b wird ein Übersetzungsverhältnis von etwa 1 : 6 erreicht, wobei die Hebel 36 bis 39 entsprechend verschwenkt werden, um trotz der Exzentrizität den formschlüs¬ sigen Eingriff zwischen den einzelnen Rädern 31 bis 34 und dem Antriebsrad 30 zu gewährleisten.

Die Änderung der wirksamen Radien 43 über dem Lastfoogeπweg 44 zeigt Fig. 3 ebenso wie die Umfangskraftkomponente 45 der Antriebskraft 46 zwischen der Antriebsscheibe 47 und der Abtriebsscheibe 48. Die einzelnen Räder sind mit 49 bezeichnet.

Fig. 4 zeigt das Ausmaß der Radialänderung der einzelnen Räder 49, wenn sich die Antriebsscheibe um ein geringfügiges Maß (von der durchgezogenen Stellung in die strichlinierte Stellung) verschiebt.

Fig. 5 ist in bezug auf Fig. 6 zu lesen, wo die geradlinigen Hebel 36 bis 39 nach Fig. 2 durch Kniegelenkhebel 50 mit jewei¬ ligen Kniegelenken 51 ersetzt worden sind. Diese Kniegelenke 51 laufen auf einem Führungskreis 52 ab, worauf sie durch einfache (nicht dargestellte Radialstützen) geführt werden können. Durch die Ausgleichsbewegung der Kniegelenke 51 werden die Kniegelenkhebel 50 in verschiedenen Stellungen in unter¬ schiedlichen Winkeln abgeknickt, so daß zwischen dem Antriebs¬ rad 30 und der Abtriebsscheibe 35 über dem gesamten Lastbogen ein konstantes Übersetzungsverhältnis vorliegt. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, wie die Kniegelenke 51 durch unterschiedliche Knickung, d.h. unterschiedlichen Winkel zwischen den jeweiligen Hebelarmteilen ein Ausgleich schaffen.

Fig. 8 und 9, jeweils a, b, zeigen eine spezielle Ausführungs¬ form der Erfindung an einem Fahrrad-Zahnkranz 54, der über Kur¬ beln an die Radialstützen der einzelnen Räder 56 angelenkt ist. Diese Räder stehen mit einem Zentralrad 57 im Zahneingriff, durch dessen exzentrische Verschiebung gegenüber dem Zahn¬ kranz 54 das Übersetzungsverhältnis verändert werden kann.

Fig. 10a, b zeigt eine Abtriebsscheibe 58, die von einem Antriebsrad 59 mittels Tangentialstützen 60 angetrieben wird. Die Diagonalstützen des Ausgleichskreises 62 sind mit 61 bezeichnet.

Fig. 11a, b zeigt eine Zentraleinheit mit drei Radialträgem, bei dem mit dem zentralen Antriebsrad 62 drei Satellitenrä¬ der 63 auf Radialträgern 64 in permanentem Eingriff stehen. Mittels eines Übersetzungsgetriebes 55 wird die Drehzahl für den Freilauf 66 erhöht, um die dort entstehenden Drehmomente minimal zu halten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 12a, b wird über jeweilige Stirnräder 67 eine Drehmomentübertragung zwischen den Wel¬ len 68, auf denen sie angeordnet sind, bewirkt. Die Wellen bzw. Stirnräder werden durch einen umlaufenden Achsträger 69 gehal¬ ten.

Fig. 13 zeigt eine Antriebsstrangkonzeption für ein Fahrzeug mit einem Satellitengetriebe ohne Kupplung. Hierbei treibt die Welle 70 eines Antriebsmotors 71 über einen Stirnradsatz zwei gegenläufige Wellen 72 und 73 an, wobei ein Satellitenge¬ triebe 74, das zwischen der Welle 70 und der dortigen Abtriebs- welle 72 geschaltet ist, eine gezielte Differenzdrehzahl ein¬ stellen läßt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Wellen 70 und 73 ist im vorliegenden Fall mit 1 : 1,25 angenommen worden. Beide Bewegungen der Wellen 72 und 73 werden einem Differen¬ tial 75 zugeführt, so daß sich im Leerlaufbetrieb für die Abtriebswelle 76 ein Differenzwert 0 einstellen läßt, d.h., das Satellitengetriebe wird auf ein Übertragungsverhältnis von 1,25 gesetzt. Weitere Zahlenbeispiele ergeben sich aus der nachfol¬ genden Tabelle.

^N leer ^N vorl ^N vor2 ^N rück

Fig. 14 zeigt ein Satellitengetriebe mit einem integrierten Planetensatz als sogenanntes IVT-Getriebe. Es bezeichnen 77 die Antriebsachse, 78 ein Planetengetriebe, 79 einen Freilauf mit einer Freilaufübersetzung 80 sowie 81 das angetriebene Satelli¬ tenrad. Ein Stellhebel 82 wirkt auf die Schwenkachse der Ver¬ stellung 83. Das Übersetzungsverhältnis wird durch Betätigung der Exzenterscheibe 84 verändert, wobei diese zum Ausgleich der Ungleichförmigkeit mit einer zyklischen Steuerung 85 verbunden ist.

Fig. 15a und b zeigt das Satellitengetriebe nach Fig. 14 in unterschiedlichen Exzentersteliagen.