Stufenlos regelbares Getriebe Die Erfindung betrifft ein stufenlos regelbares Getriebe mit einer Formschlussele- mente, vorzugsweise eine Verzahnung, sowie eine Umfangsnut aufweisenden Ring- scheibe und einer hierzu in beliebige konzentrische oder exzentrische Lagen ver- schiebbare Sternscheibe mit Radialführungen, und mit mindestens zwei Kupplung- elementen, die einerseits in der Umfangsnut geführt werden und die zu den Form- schlusselementen komplementär ausgebildete Formschlusselemente aufweisen und die andererseits einen axial hervorstehenden, in einer der vorgesehenen Radialfüh- rungen der Sternscheibe bewegbaren Übertragungsstift aufweisen, wobei jedes Kupplungselement bei seiner zirkularen Bewegung in der Umfangsnut der Ring- scheibe einen sich über einen bestimmten Teilkreisbogen erstreckenden Lastweg, in dem das Kupplungselement mit den Formschlusselementen der Ringscheibe im Ein- griff steht, und den verbleibenden Teiikreisbogen als Leerbogen durchläuft, in dem der Formschlusseingriff gelöst (entkuppelt) ist, und wobei durch Variation der exzen- trischen Lage der Ringscheibe und der Sternscheibe das Übersetzungsverhältnis veränderbar ist.

Ein solches Getriebe wird beispielsweise in der DE 199 53 643 A1 dargestellt und beschrieben.

Nach der EP 0 708 896 B1 ist ein stufenlos oder quasi stufenlos verstellbares form- schlüssiges Satellitengetriebe bekannt, das ein Antriebs-und ein Abtriebselement sowie mehrere einzelne Räder besitzt, die gemeinsam ein Satellitenrad darstellen, das mit einem Zentralrad in einer permanenten Fbrmschlussverbindung steht. Wer- den das Verhältnis der wirksamen Radien des Satellitenrades und des Zentralrades und die gegenseitige exzentrische Lage des Satellitenrades und des Zentralrades zueinander durch geeignete Mittel variiert, wird in entsprechender Weise das Dreh- zahlverhältnis zwischen dem Antriebs-und dem Abtriebselement bestimmt. Die das Satellitenrad bildenden Räder durchlaufen bei exzentrischer Lage zu dem Zentralrad einen drehmomentübertragenden Lastweg und einen lastfreien Weg zyklisch, wobei die Räder einerseits um die Satellitenradachse und andererseits über eine richtungs- geschaltete Kupplung nur in eine Richtung um ihre eigene Achse drehbar angeord- net sind. Beim Übergang vom lastfreien Weg zum Lastbogenweg übertragen die Räder durch Formschlusseingriff bei blockierter Eigenrotation das jeweils anliegende Drehmoment. Eine Ungleichförmigkeit der Drehmomentübertragung wird durch Vari- ation der durch den Lastbogen bestimmten Radien und/oder der wirksamen Tangen- tialkomponenten durch eine zyklische Regelung zumindest teilweise kompensiert. In einem konkreten Ausführungsbeispiel, das in dieser Druckschrift beschrieben wird, werden die Kupplungselemente auf dem Umfang des Antriebselementes angebracht und können auf der Abtriebsseite durch dort vorgesehene radiale Nuten unterschied- liche Laufradien einnehmen. Die Kupplungselemente werden dabei über verschie- dene, richtungsgeschaltete Kraft-und/oder Formschlusswirkungen so in Eingriff gebracht, dass immer dasjenige Kupplungselement das Drehmoment übernimmt, das zur höchsten Winkelgeschwindigkeit im Abtriebselement führt.

In der EP 1 003 984 B1 wird eine Weiterbildung eines solchen Getriebes mit Satelli- ten bzw. Klemmelementen beschrieben, die aus einem ein-oder mehrteiligen Grundkörper und aus einem ein-oder mehrteiligen Kontaktkörper bestehen, der in der drehmomentübertragenden Stellung in der Führung des Antriebselementes sper- rend anliegt, wobei vorstehende Klemmkörperzapfen oder ein mit dem Klemmkörper verbundenes Element zweischnittig, d. h. jeweils zwei axial versetzte Teile aufwei- send, in radialen Führungen des Abtriebselementes angeordnet ist. Die Klemmele- mente können nach einer weiteren dort beschriebenen Ausgestaltung auch Kontakt- körper mit einem unrunden Querschnitt aufweisen, wobei ein Flächenabschnitt der Kontaktkörper mit seinem Krümmungsradius etwa der Flächenkrümmung der Ringnutwandung der Ringscheibe angepasst ist, mit der die genannten Flächenab- schnitte der Kontaktkörper in der drehmomentübertragenden Stellung eine reib- schlüssige flächige Anlage bilden, so dass die Hertz'sche Pressung minimiert wird, wobei das Verhältnis der Radien zwischen 0,6 und 1,4 liegen soll.

Wichtig für die Funktion solcher Getriebe ist eine kompakt bauende, hochfrequent und schaltgenau kuppelbare, technische Lösung für das Funktionsprinzip der Satel- liten-bzw. Kupplungselemente. Die Aufgabe der hochfrequenten Kupplung bzw. Ent- kupplung zeigt zwar gewisse Analogien zu denen sich bei Freiläufen stellenden Auf- gaben, jedoch unterscheiden sich Freiläufe von den hier in Rede stehenden Getrie- ben erheblich. Während Freiläufe an jeder beliebigen Stelle mit allen oder möglichst vielen Kupplungselementen, wie Klemmkörpern oder Sperrklinken, möglichst schalt- genau verriegeln sollen, muss bei mit Klemmkörpern arbeitenden Getrieben (soge- nannten Satellitengetrieben) die Verriegelung und Entriegelung immer an bestimm- ten Stellen, nämlich beim Eintritt in den sogenannten Lastbogenweg erfolgen, wobei stets nur ein einziges Kupplungselement im Eingriff sein darf, währenddessen die übrigen Kupplungselemente den sogenannten Leerbogen durchlaufen. Bei Satelli- tengetrieben ergeben sich außerdem erheblich höhere Anforderungen an die Kupp- lungselemente, welche jeweils einzeln die Kraft direkt von der Ringscheibe als Antriebsscheibe in die Sternscheibe als Abtriebsscheibe übertragen müssen, wäh- rend bei Freiläufen die Krafteinleitung in einen Innen-oder Außenring, zwischen denen die Klemmkörper rotieren, regelmäßig über alle Klemmkörper erfolgen. Bei Getrieben ist die Anzahl der Kupplungsvorgänge sowie die Kraftüberleitung über jeweils ein einzelnes Kupplungselement auch höher.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte stufenlose Getriebe dahingehend weiterzuentwickeln bzw. zu verbessern, dass das Getriebe einfach und funktionssicher aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird durch das Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße stufenlos regelbare Getriebe besitzt eine Ringscheibe mit einer Umfangsnut sowie Formschlusselemente, die vorzugsweise als ringförmiges Zahnprofil ausgebildet sind. In der genannten Umfangsnut werden Kupplungsele- mente geführt, welche Formschlusselemente aufweisen, die komplementär zu den Formschlusselementen der Ringscheibe ausgebildet sind, also insbesondere ein Zahnprofil aufweisen, das zum formschlüssigen Eingriff in die Verzahnung der Ring- scheibe geeignet ist. Diese Kupplungselemente durchlaufen einen das anliegende Drehmoment übertragenden Lastbogen, der sich über einen Teilkreisbogen erstreckt, und einen Leerbogen. Beim Eintritt in den Lastbogen werden die Klemmelemente eingekuppelt, d. h., zwischen den Formschlusselementen der Ringscheibe und den korrespondierend ausgebildeten Formschlusselementen der Klemmkörper wird ein Formschlusseingriff hergestellt, indem die Kupplungselemente eine Verschwenkung um eine körpereigene Achse vollziehen, die vorzugsweise parallel zu den Drehach- sen der Ringscheibe und der Sternscheibe des Getriebes steht. Dieser Form- schlusseingriff bleibt im Lastbogen aufrechterhalten. Beim Übergang vom Lastbogen in den Leerbogen werden die Klemmkörper zurückgeschwenkt, wodurch der Form- schlusseingriff gelöst wird. Jedes Kupplungselement besitzt einen axial hervorste- henden, in einer der vorgesehenen Radialführungen der Sternscheibe bewegbaren Übertragungsstift, über den die beim Durchlaufen des Lastbogens anliegende Kraft auf die Sternscheibe übertragen wird. Diese sogenannte einschnittige Kraftübertra- gung hat den Vorteil, dass der Aufbau des Getriebes einfach gehalten werden kann.

Je nach konzentrischer oder exzentrischer Lage der Sternscheibe zur Ringscheibe kann das Übersetzungsverhältnis verändert werden. Die Übertragungsstifte laufen bei Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in Radialführungen, die nutenförmig sein können oder entlang radial verlaufender Flächen von verschwenkbaren Klemm- backen, die bei eingestelltem Übersetzungsverhältnis aufeinander zu und den Über- tragungsstift in der gewünschten Lage fixierend verschwenkbar sind. Die genannten Radialführungen können linear oder auch leicht bogenförmig verlaufen.

Erfindungsgemäß wird die Geometrie der Kupplungselemente, der Umfangsnut und der Formschlusselemente der Ringscheibe sowie die Geometrie der Sternscheibe mit ihren Führungen und der Abstand der Ringscheibe zur Sternscheibe so gewählt, dass die Kräfte, die beim Durchlaufen des Lastbogens zwischen dem Kupplung- element und der Sternscheibe auftreten, einen Formschlusskontakt erzeugen oder verstärken, bei dem die Anpresskraft ein das Kupplungselement in planparalleler Stellung zu der Ringscheibe und der Sternscheibe haltendes Moment erzeugt, das größer ist als das Kippmoment, das durch den Abstand zwischen der Wirkungsebene der Kraftübertragung von der Ringscheibe in die Kupplungselemente einerseits und der Wirkungsebene der Kraftübertragung von den Kupplungselemente in die Stern- scheibe andererseits bestimmt wird. Vorzugsweise besitzen die Formschlussele- mente der Ringscheibe sowie die der Kupplungselemente möglichst viele Zähne auf dem Umfang, um die Schaltgenauigkeit zu erhöhen, die im günstigsten Fall nur so hoch sein kann wie die Zahnteilung. Bei gegebenem Umfang der Formschlussele- mente der Ringscheibe werden die einzelnen Zähne um so kleiner, je mehr Zähne verwendet werden sollen. Kleine Zähne verfügen aber naturgemäß über kleine Kon- taktflächen. Da die Flächenpressung der Zähne von der zulässigen Werkstoffbean- spruchung her begrenzt ist, werden unter Umständen die übertragbaren Drehmo- mente sehr gering. Aus diesem Grund besitzt jedes Kupplungselement im Unter- schied zu Sperrklinken bei Freiläufen eine Kontaktfläche mit aus mehreren Zähnen bestehenden Formschlusselementen, wobei die Zähne in-jeweils vorhandene Zähne der Formschlusselemente der Ringscheibe eingreifen. Zur Erhöhung der übertragba- ren Umfangskraft werden die Klemmelemente so ausgeführt, dass die übertragenen Umfangskräfte im Kupplungselement ein Rotationsmoment M1 verursachen, das stets größer ist als das Rotationsmoment M2 aufgrund möglicher Zahnflankenkräfte, dass eine Entriegelung bewirken würde. Zusätzlich wird das übertragbare Drehmo- ment dadurch erhöht, dass die Reibung in den somit durch hohe Anpressung belasteten Kontaktflächen zu den Komponenten der Zahnkräfte in Umfangsrichtung wirken.

Bei der gewählten einschnittigen Kraftausleitung aus den Kupplungselementen in die Sternscheibe liegen die Wirkungslinien der einleitenden und der ausleitenden Kräfte in verschiedenen Ebenen mit einem Abstand le. Aufgrund der bestehenden Gleich- gewichtsbedingung sind die einleitende Kraft Fein und die ausleitende Kraft Faus gleich groß und entgegengerichtet, d. h., sie erfüllen die Gleichung Fejn =-FaUs. Auf das Kupplungselement wirkt somit ein Kippmoment Mkipp = le x Faus, wodurch eine Rotation des Kupplungselementes aus der planparallelen Ebene zur Ringscheibe und zur Sternscheibe verursacht wird. Die Geometrie der Klemmkörper ist somit so zu wählen, dass das Rotationsmoment M1 = Fe ! n x) e eine Anpresskraft in der Verzahnung auslöst, die zu einem Stabilisierungsmoment Ms führt, das größer ist als das Kippmoment Mkipp.

Die vorbeschriebene Lösung ist für alle denkbaren und praktisch möglichen Lastfälle des Getriebes realisierbar, da bei der gewählten Geometrie des Getriebes alle Kräfte, die zu den obengenannten Momenten führen, proportional zum jeweils anlie- genden Drehmoment sind. Jeweils wählbare geometrische Parameter sind insbe- sondere der Zahnflankenwinkel der Verzahnung, die Höhe der Verzahnung, die mechanisch wirksame Breite der Verzahnung, die mechanisch wirksame Länge des Übertragungsstiftes, der Krümmungsradius der Ringscheibe, der Durchmesser oder die Führungslänge der Gleitkontur des Klemmelementes in der Ringscheibe, das Spaltmaß zwischen Ring-und Sternscheibe, der wirksame Klemmwinkei der Klemm- elemente sowie der Reibungskoeffizient in der Verzahnung. Die aufgabengemäß geforderte Stabilität des Getriebes kann also nur dann gewährleistet werden, wenn bei der Getriebeauslegung nicht nur die auftretenden Kräfte in der Ringscheiben- bzw. Sternscheibenebene berücksichtigt werden, sondern auch die hierzu senk- rechten Kraftanteile bzw. die infolge der räumlichen Ausdehnung der Klemmele- mente auftretenden Drehmomente bzw. Hebelwirkungen.

Vorzugsweise Ausführungsformen des Getriebes sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So wird vorzugsweise die wirksame Breite der Formschlusselemente im eingekup- pelten Zustand mindestens so groß gewählt wie die Summe der mechanisch wirk- samen Längen des Übertragungsstiftes und dem Abstand, d. h. dem Spaltmaß zwi- schen der Ringscheibe und der Sternscheibe. Diese grundlegende Bedingung geht davon aus, dass die Kraftverteilung auf den jeweiligen Bezugsflächen auch bei rea- len Toleranzen einen im wesentlichen konstanten Verlauf in axialer Richtung besitzt und die Bauteile keine nennenswerten Elastizitäten aufweisen, wobei der stabilisie- rende Einfluss der Reibungskräfte auf den Flächenanteilen der Verzahnung, die planparallel zu den Umfangsflächen der Ringscheibe liegen, nicht berücksichtigt ist.

Vorzugsweise werden die Kontaktflächen in der Ringscheibe, die zur Führung der Kupplungselemente dienen und die Reibungskräfte bewirken, so ausgebildet und angeordnet, dass die Wirkungslinie der Resultierenden aller Reibungskräfte dann weiter (oder näher) vom Mittelpunkt der Ringscheibe entfernt ist als die Wirkungslinie der resultierenden Kraft zwischen dem Kupplungselement und der Sternscheibe, wenn die Wirkungslinie der Verzahnungskräfte ebenfalls weiter (oder näher) vom Mittelpunkt der Ringscheibe entfernt ist als die Wirkungslinie zwischen dem Kupplungselement und der Sternscheibe. Auch diese Maßnahme dient der Vermeidung von Kippungen des Klemmelementes in anderen Richtungen als der Schwenkrichtung beim Ein-und Auskuppeln.

In einer weiteren Ausführung werden die Kupplungselemente nicht bzw. nicht nur in einer Ringnut geführt, sondern stützen sich stattdessen bzw. zusätzlich direkt mit dem Übertragungsstift an der Anlaufscheibe in radialer Richtung ab bzw. auf dem Übertragungsstift wird eine Rolle aufgeschoben, die wiederum an der Anlaufscheibe anliegt. Zusätzlich ist in einer besonderen Variante eine Anlaufscheibe an der Ring- scheibe angebracht, die unterhalb des Übertragungsstiftes liegt. In diesem Falle ragt der Übertragungsstift somit durch den Umfangsschlitz, den die beiden Anlaufschei- ben offen lassen, aus dem Kupplungselement heraus in die Sternscheibe. In diesem Fall ist die Ringnut in der Ringscheibe nicht mehr zwingend erforderlich und kann entfallen. Der Vorteil dieser Lösung liegt nicht nur in dem verminderten Raumbedarf sondern auch in den geringeren Kippmomenten im Überholbetrieb, da die Führungs- kräfte im Kontakt mit der oder den Anlaufscheiben in einem sehr geringen Abstand zu den Führungskräften in der Sternscheibe wirken und so die Länge des mecha- nisch wirksamen Kipphebels minimiert ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzen die Kupplungselemente eine Axialbohrung, die oberhalb und parallel zur Schwenkachse der Kupplungsele- mente angeordnet ist, und die eine Druckfeder aufnimmt, die sich einerseits an der Ringscheibe und mit dem anderen Ende an einer Anlaufscheibe gleitend abstützt, so dass das Kupplungselement axial geführt wird und gleichzeitig sichergestellt ist, dass alle oder zumindest die dominanten Reibungskräfte oberhalb des Übertragungsstif- tes angreifen, so dass beim Richtungswechsel der angreifenden Umfangskraft jewei- lige das Einkuppeln oder Auskuppeln unterstützende Momente erzeugt werden.

Diese Druckfeder dient somit als elastische Stützung der Klemmelemente gegen ein seitliches Kippen im Überholbetrieb.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die Ringscheibe eine weitere parallel zur Fläche der Formschlusselemente liegende im wesentlichen glatte Ringfläche, an der sich eine Feder abstützt, deren anderes freies Ende auf das Kupplungselement federnd einwirkt, wobei der Winkel (a) zwischen der Verbindungslinie des Kontakt- punktes der Feder an der genannten Ringfläche und dem Kontaktpunkt der Feder an dem Kupplungselement einerseits und der durch den genannten Kontaktpunkt der Feder an dem Kupplungselement laufenden Radiallinie die Bedingung tan (a) <my mit my = Reibungskoeffizient der Gleitführung der Feder (19) in der Ringfläche (18) erfüllt.

Um eine sichere Verriegelung der Kupplungselemente beim Übergang vom Leerbo- gen in den Lastbogen zu schaffen, muss das auf die Kupplungselemente wirkende Drehmoment größer sein als das sich aus dem Produkt der Reibung und dem Abstand a ergebende Drehmoment, wobei der Abstand a der Abstand ist, den das erste mit dem Formschlusselemente der Ringscheibe in Eingriff kommende Form- schlusselement des Klemmelementes von der Klemmelementdrehachse hat.

Zur weiteren Optimierung der Funktionalität der Kupplungselemente liegt der Schwerpunkt aller Massen, die beim Einkuppeln der Kupplungselemente rotieren, im wesentlichen auf der Drehachse, um die das Kupplungselement beim Einkuppeln (bzw. Auskuppeln) rotiert.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Formschlusselemente als Schrägverzahnungen ausgebildet sein. Die Passtoleranzen für die Führung der Kupplungselemente in der Umfangsnut der Ringscheibe und für die Führung des Übertragungsstiftes in den Radialführungen der Sternscheibe werden engstmöglich gewählt, um einerseits eine planparallele Position der Kupplungselemente sicherzu- stellen, andererseits jedoch Verkantungen mit Klemmwirkung und Selbsthemmung zu vermeiden.

Um eine optimale Stellgenauigkeit zu erreichen, besitzt der Übertragungsstift vor- zugsweise einen Ring, der exzentrisch auf dem Übertragungsstift montiert ist. Die drehmomentführende Umfangskraft wird dann von der Ringscheibe in die Kupp- lungselemente eingebraucht, in dem der Ring bzw. die ringe in die Radialnuten der Sternscheibe in Umgangsrichtung mitgenommen werden, wobei sich die Ringe in den Radialnuten rollend (statt) gleitend bewegen. Entsprechendes gilt auch für über den Kopf der Übertragungsstifte montierte Hülsen, die eine Rollbewegung in den Radialnuten der Sternscheibe oder den Umfangsnuten der Ringscheibe ausführen.

Die Umfangskraft an der Kontaktstelle zwischen der Radialnut der Sternscheibe und der genannten Hülse bewirkt wegen des exzentrischen Versatzes zwischen dem Übertragungspunkt einerseits und dem Ring mit der Hülse andererseits ein Rotati- onsmoment, das das Kupplungselement je nach Kraftrichtung in den Zahneingriff hinein-bzw. aus dem Zahneingriff herausdreht. Da der exzentrische Versatz beliebig kleingestaltet werden kann und der Abstand der Verzahnungsoberfläche auf dem Kupplungselement im Vergleich dazu viel größer sein kann, ist ein Hebelverhältnis möglich, bei dem kleine Relativbewegungen der Kontaktstelle in der Radialnut deut- lich größere Bewegungen in der Verzahnung des Kupplungselementes auslösen.

Der schädliche Totweg, der die geforderte bzw. gewünschte Stellgenauigkeit ver- schlechtert, wird somit beliebig klein ; die Schaltgenauigkeit kann den Wert der Zahnteilung erreichen. Tatsächlich findet nach dem Einkuppeln bzw. Einrasten des Kupplungselementes keine Gleit-oder Wälzbewegung mehr in der Verzahnung statt, d. h. aller Vorhandenen Zähne tragen gemeinsam und gleichzeitig mit im wesentli- chen gleichen Lastanteilen. Die Dimensionierung der Zahnfußbelastung hängt damit nicht mehr von der Größe der einzelnen Zähne, sondern nur noch von der Breite der Kupplungselemente ab.

Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Explosionsdarstellung der Ringscheibe mit der Umfangsnut und einer Zahnscheibe, ein Klemmelement sowie eine Anlauf- scheibe, Fig. 2 die vorgenannten Teile in einer transparenten Darstellung ohne den axialen Explosionsversatz, Fig. 3 eine Seiten-Transparentansicht der Ringscheibe und eines Kupplungselementes im Klemmzustand, Fig. 4 eine perspektivische Transparentansicht der Anordnung nach Fig. 2 oder 3 mit einer zusätzlichen Anfederung des Kupplung- elementes, Fig. 5 eine Seitenansicht der Ausgestaltung nach Fig. 4, Fig. 6 eine perspektivische Ansicht gemäß Fig. 2 bis 3 mit einer zusätzlichen Sicherung der planparallelen Lage des Kupplung- elementes, Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 6, Fig. 8 eine Transparentdarstellung eines Klemmelementes mit Übertra- gungsstift sowie einer Darstellung der hierauf beim Einkuppeln wirkenden Kräfte und Drehmomente und Fig. 9 eine schematische Seitenansicht eines Klemmelementes sowie eines Teiles der Ringscheibe sowie einer Darstellung der auftre- tenden Reibungskräfte.

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung eines Klemmelementes sowie eines Teiles der Ringscheibe mit einer Rolle 22 auf dem Übertragungsstift, der in Kontakt mit der Anlaufscheibe liegt.

Prinzipiell ist der Aufbau des Getriebes aus der EP 0 708 896 B1, der EP 1 003 984 B1 oder der DE 199 53 643 A1 bekannt.

Das Satellitengetriebe besitzt eine Ringscheibe 10 mit einer Umfangsnut 11, in der Kupplungselement 14 als Klemmkörper zirkulierend bewegt werden. Diese Kupp- lungselemente durchlaufen bei der zirkularen Bewegung in der Umfangsnut einen Lastbogen sowie einen Leerbogen, wobei durch Verschwenkung der Kupplungsele- mente eine Anlage an die Umfangsnut geschaffen wird, die entweder, wie nach dem Stand der Technik im Prinzip bekannt, reibschlüssig oder, wie in Fig. 1 dargestellt, formschlüssig ist, so dass das anliegende Drehmoment auf die Sternscheibe über- tragen werden kann. Hierzu besitzen die Kupplungselemente einen axial abstehen- den Übertragungsstift 14, der-wie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt-in Radialnuten einer Sternscheibe eingreift. Anstelle dieser Radialführungen in einer (nicht dargestellten) Sternscheibe können auch schwenkbare, auf der Sternscheibe angeordnete Klemmbacken verwendet werden, die beim Aufeinanderzuschwenken den Übertragungsstift fixieren und damit dessen Radiallage bezogen auf die Stern- scheibe festlegen. Je nach Lage der Sternscheibe zur Ringscheibe, die konzentrisch oder exzentrisch sein kann, wird das Übersetzungsverhältnis variiert. Die Ring- scheibe sowie die Sternscheibe sind parallel zueinander angeordnet.

Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung axial versetzt ein Segment der Ring- scheibe 10 mit der Umfangsnut 11 sowie Formschlusselementen 12, die im vorlie- genden Fall als Zahnscheibe ausgebildet sind. Ein entsprechendes Zahnprofil besitzt das Klemmelement 13 an seiner der Zahnscheibe 12 zugewandten Fläche. Vor- zugsweise werden mehrere parallel liegende Zahnreihen verwendet, die sich über eine axiale Breite erstrecken, die im dargestellten Fall größer ist als die Länge der Formschlusselemente des Kupplungselementes. Die dargestellte Anordnung nach Fig. 1 ist einschnittig, da die Kraftübertragung auf die Sternscheibe nur auf einer Seite, d. h. über den Übertragungsstift 14 erfolgt. Das Kupplungselement 13 besitzt eine Axialbohrung 15 zur Aufnahme einer Feder 16, die sich einerseits an der Ring- scheibe und mit dem anderen Ende an der Anlaufscheibe 17 abstützt, so dass das Kupplungselement 13 axial geführt wird und gleichzeitig sichergestellt ist, dass alle oder zumindest die dominanten Reibungskräfte oberhalb des Übertragungsstiftes 14 angreifen, so dass beim Richtungswechsel der angreifenden Umfangskraft ein Ein- riegelungsmoment im Lastbogeneintritt und ein Entriegelungsmoment im Lastbogen- austritt erzeugt wird. Die Anordnung der genannten Teile in der zusammengesetzten Bauform ist im einzelnen Fig. 2 zu entnehmen.

Fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht die Stellung des Kupplungselementes 13 im einge- riegelten Zustand, bei dem die Zahnscheibe 12 mit der Verzahnung des Kupplung- elementes 13 einen Formschluss bildet, der durch Verschwenkung des Kupplung- elementes 13 bei Eintritt in den Lastbogen herbeigeführt wird. Durch Rückschwenken des Kupplungselementes 13 beim Austritt aus dem Lastbogen und beim Eintritt in den Leerbogen wird diese Kupplung wieder gelöst. In dieser drehmomentübertra- genden Stellung (von der Ringscheibe 10 auf die nicht dargestellte Sternscheibe) greift am Übertragungsstift 14 des Kupplungselementes 13 eine Umfangskraft U an.

Durch die geometrische Ausbildung des Kupplungselementes wirkt im vorliegenden Fall unter einem dargestellten Winkel von 30° in der Verzahnungsmitte eine Normal- kraft N, mit der die Verzahnung des Kupplungselementes 13 in die Verzahnung des Zahnringes bzw. der Zahnscheibe 12 gedrückt wird und so die Übertragung hoher Umfangskräfte bei kleiner Zahngeometrie erlaubt, ohne dass die in Eingriff stehen- den Formschlusselemente der Zahnscheibe 12 und des Kupplungselementes 13 "herausspringen". Im Bereich der steiler stehenden Zähne bei kleinerem Winkel als den dargestellten 30° wird diese Normalkraft noch weiter verstärkt.

In einer weiteren Ausführungsvariante nach Fig. 4 ist inmitten der Zahnscheibe 12 eine Umfangsnut 18 vorgesehen, welche die Zahnscheibe 12 in zwei Zahnringe auf- teilt. Eine entsprechend korrespondierende Aufteilung der Verzahnung besitzt das Kupplungselement 13. In diese Umfangsnut 18 greift eine Feder 19, im vorliegenden Fall eine Drahtfeder mit einem oben abgebogenen Ende ein, die mit ihrem anderen Ende an dem Klemmelement 13 fixiert ist. Die Feder 19 gleitet in der Umfangsnut 18 und wird hier abgestützt. Das Kupplungselement 13 und diese Anfederung 19 bewir- ken ein Kraftverhältnis, bei dem gemäß der Anordnung nach Fig. 5 der Kontaktpunkt der Feder 19 im Nutgrund 18 zusammen mit dem Kontaktpunkt des Klemmelemen- tes 13 in der Umfangsnut der Ringscheibe 10 einen Winkel a bildet, der in der darge- stellten Ausbildung 6 beträgt (wobei der andere Schenkel durch eine Radiallinie gebildet wird). Der Tangens des jeweiligen Winkels (hier 6°) soll erfindungsgemäß kleiner als das Verhältnis der Normalkraft N zu der Reibungskraft, d. h. kleiner als der Reibungskoeffizient my sein. Für 6° ergibt sich die Bedingung Tangens 6° = 0, 11 < my. Damit werden die Kupplungselemente 13 mit nur einer Anfederung ohne externe Ansteuerung im Leerbogen aus der Formschlussverbindung (Verzah- nung) gehoben und im Lastbogen automatisch in die Formschlussverbindung gedrückt.

Um einen Kupplungszustand zu vermeiden, bei dem die Verzahnung nur teilweise eingerastet ist, wird in einer weiteren Ausführung die Zahngeometrie, d. h. die Ausbil- dung der Formschlusselemente, so gewählt, dass die Summe der Momente, die durch Reibung beim Gleiten auf der Verzahnung erzeugt werden und die der Bewe- gung beim Einkuppeln durch Verschwenken des Kupplungselementes entgegenwir- ken, immer kleiner ist als die Momente, die eine Einkupplung bzw. Einriegelung bewirken.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsvariante des Getriebes, bei dem die planparallele Lage des Klemmelementes 13 dadurch gesichert wird, dass diese einen nutförmigen Schlitz 21 aufweist, in den eine Führungskontur 20 eingreift, welche aus der Zahn- scheibe 12 mittig herausragt und die Zahnscheibe 12 in zwei axiale Zahnscheiben- hälften unterteilt. In entsprechender Weise wie in Fig. 1 dargestellt, kann das Klemmelement 13 ebenfalls eine Bohrung zur Aufnahme einer Feder 16 aufweisen, die sich dann auf der einen Seite an der Führungskontur 20 (ggf. links und rechts) abstützt.

Wie Fig. 8 zu entnehmen ist, greifen in diametral entgegengesetzten Richtungen die Kräfte Fein einerseits und Faus andererseits am Kupplungselement 13, im Idealfall mittig der Formschlusselemente sowie in der Mitte des Übertragungsstiftes 14 an.

Die geforderte Gleichgewichtsbedingung ist unter der Annahme von engstmöglichen Passtoleranzen zu Null sowie der Bedingung, dass das Kupplungselement ein starrer Körper ist, dann erfüllt, wenn die Anpressung in die Verzahnung ein Kippen des Kupplungselementes trotz des Kippmomentes Mkipp verhindert.

Der Darstellung nach Fig. 9 ist zu entnehmen, dass die Zahnscheibe 12 einen Radius Rz hat und dass der Übertragungsstift 14 mit seiner Drehachse auf einem Radius Rü umläuft. Die bereits zu Fig. 1 beschriebene axiale Anfederung 16 gleitet auf einem Radius Rgl, an dem die Reibungskräfte für die planparallele Führung des Klemmelementes 13 angreifen, die aus der Gleitbewegung des Klemmelementes resultiert. Positive Verriegelungsmomente ergeben sich durch Erfüllung der Bedin- gung Rgl > Rü, wenn Rz > Rü ist. Für eine nicht dargestellte Geometrie mit Rz > Rü muss ebenfalls Rgl > Rü sein.

Alle Bauelemente, die mit den Kupplungselementen 13 Überholvorgänge ausführen, werden einerseits in der Ringscheibe 10, in der Verzahnung 12 und in den Radial- nuten der Sternscheibe geführt. Um diese Linearführungen möglichst verlustfrei zu gestalten, müssen die Passtoleranzen einerseits eng genug gewählt werden, um eine planparallele Position des Klemmelementes bzw. der Klemmelemente sicherzu- stellen, andererseits müssen Verkantungen mit Klemmwirkung und Selbsthemmung vermieden werden. Daher werden die Passungen erfindungsgemäß dergestalt festgelegt, dass im Überholbetrieb die Kupplungselemente 13 angefedert in der Ringscheibe so geführt sind, dass keine Klemmkontakte auftreten können, sondern statt dessen alle Kippmomente Mkipp, die durch die einschnittige Kraftauslenkung verursacht werden, federgestützt gehalten werden. Die Federkennlinie und die Federvorspannung verhindern dabei alle Auslenkungen, die zu einem Anlaufen har- ter Konturen, insbesondere der ineinandergeschachtelten gewölbten Umfangskontu- ren und zum Verklemmen führen. Im eingekuppelten Zustand der Kupplungsele- mente 13 hingegen ist die stabilisierende Kraft aus dem Zahneingriff der Form- schlusselemente dominant und hält sowohl den in der Umfangsnut geführten Klemmkörper als auch dessen Übertragungsstift in der Sternscheibe planparallel und frei von Verkantungen.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Verzahnung als Schrägverzahnung vor- gesehen sein, so dass das Klemmelement 13 im Zahneingriff in den Nutgrund der Umfangsnut der Ringscheibe 10 gedrückt wird und so eine Kippstabilisierung ver- stärkt wird.

Auf jedes Kupplungselement wirkt beim Betrieb eine Vielzahl von Kräften, wie z. B.

Massenkräfte durch instationäre Phasen im Umlauf, Fliehkräfte, Korioliskräfte und Reibkräfte an den verschiedenen Kontaktflächen. Diese Kräfte liegen zum Teil auf verschiedenen Wirkungslinien und in verschiedenen Ebenen, so dass sie Momente bewirken, die den Rotationsvorgang der Kupplungselemente zum Einkuppeln und Entkuppeln und dessen planparallele Lage beeinflussen.

Beim Einsatz von Kupplungselementen in Freiläufen können die vorgenannten Kräfte positiv genutzt werden, weil die Kupplungsvorgänge an jeder Stelle des Umfanges und von allen Elementen gleichzeitig gewünscht und erforderlich sind. Damit können z. B. permanent im Betrieb wirkende Kräfte genutzt werden, um einen dauerhaften Kontakt von Sperrklinken oder Klemmkörpern zu Formtaschen oder Klemmringen zu halten. Außerdem ist es möglich, Federn anzubringen, die dauerhaft eine solche Kontakthaltung sicherstellen.

Bei den hier zu behandelnden erfindungsgemäßen Satellitengetrieben sind hingegen die genannten permanent über den gesamten Umfang wirkenden Kräfte und Momente Störfaktoren, da jeweils zur Drehmomentübertragung nur eines von mehre- ren Kupplungselementen eingekuppelt ist, während dessen die anderen Kupplung- elemente im entkuppelten Zustand einen Leerbogen durchlaufen. Für eine einwand- freie und verschleißarme Funktion sind bei Satellitengetrieben nur solche Kräfte und Momente von Nutzen, durch die die Kupplungselemente im Gesamten Leerbogen aus der Verzahnung gehoben und im gesamten Lastbogen in die Verzahnung gepresst werden. Beim Übergang von einem Lastbogen in einen Leerbogen ändert sich jedoch die Richtung der auf den Übertragungsstift wirkenden Kraft, da der Über- tragungsstift beim Durchlaufen des Lastbogens des Kupplungselementes die Kraft überträgt und beim Durchlaufen des Leerbogens durch die Sternscheibe lediglich mitgeschleppt oder getrieben wird. Um eine Rotation der Kupplungselemente zu bewirken, die zum Einkuppeln bzw. Auskuppeln führt, sind konsequenterweise nur solche Kräfte nutzbar, die zusammen mit der Kraft auf den Übertragungsstift ein Kräftepaar bilden, das beim Lastbogeneintritt zum Einkuppeln und beim Lastbogen- austritt zum Auskuppeln führt bzw. diese Bewegung unterstützt.

Zur erfindungsgemäßen Beseitigung der Störmomente werden die Kupplungsele- mente so balanciert, dass die Schwenkachse der Verriegelungsbewegung im Ideal- fall durch den Schwerpunkt aller beim Einriegeln bewegten Massen oder zumindest in dessen Nähe liegt. Zusätzlich werden alle Kontaktanlagen, die bei der Relative- wegung des Kupplungselementes zur Ringscheibe für die Führung benötigt werden oder geometrisch bzw. konstruktiv notwendig sind und die Reibungskräfte erzeugen, so gewählt, dass sie relativ zur Wirkungslinie der Kräfte auf dem Übertragungsstift positive Verriegelungsmomente erzeugen. Eine solche Bedingung wird u. a. durch Wahl der Radien gemäß Fig. 9 erzielt.

Eine weitere Maßnahme liefert die Anfederung 16, die einem seitlichen Verkippen des Kupplungselementes im Überholbetrieb elastisch entgegenwirkt, wobei eine weitgehend konstante (Reibungs-) Kraft erzeugt wird, die beim Einkuppeln und Aus- kuppeln die Schwenkbewegung der Kupplungselemente positiv unterstützt.

In derselben Weise wirkt auch die bereits beschriebene Anfederung 19 an der Umfangsfläche 18. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, ist vorzugsweise auf dem Übertragungsstift eine Rolle 22 montiert, die in Kontakt mit der Anlaufscheibe 17 liegt, so dass das Kupplungsele- ment auf dem Umfang der Ringscheibe mit kleinstmöglicher Kipphebelwirkung geführt wird.