Stufenlos einstellbare Getriebe sind beispielsweise aus Dubbel : Taschenbuch für den Maschinenbau, 18. Aufl., S. G 109 ff. bekannt. Derartige Getriebe können für eine gleichförmige Übertragung von Drehbewegungen, in ihrer Übersetzung i innerhalb eines Stellbereichs zwischen imin und imax stufenlos eingestellt werden. Sie werden auch stufenlose Getriebe oder Verstellgetriebe genannt. Zu unterscheiden davon sind Schaltgetriebe, deren Übersetzung nur in Stufen schaltbar ist. Die Verstellgetriebe werden meist in Verbindung mit einfachen Elektromotoren konstanter Drehzahl zum Antrieb solcher Maschinen und Geräte verwendet, deren Antriebsgeschwindigkeit stufenlos einstellbar sein soll, aber auch zur Konstanthaltung einer Drehzahl durch Feineinstellung bei schwankenden Drehzahlen der Antriebsmaschine. Die Übersetzung wird manuell oder automatisch von einem Regler eingestellt.

Der Nachteil bei stufenlos verstellbaren Getrieben liegt darin, daß die Kraftübertragung durch Wälzreibung unter einer bestimmten Anpresskraft stattfindet. Es tritt dabei an der Kraftübertragungsgrenzfläche Schlupf auf. Das Leistungsgewicht ist trotz besserem Wirkungsgrad im Vergleich zu Zahnradgetrieben wesentlich höher.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, den Schlupf beim gattungsgemäßen Gegenstand zu vermeiden und damit eine bessere Leistungsübertragung zu erreichen.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Gegenstand dadurch gelöst, daß die Glieder der Übertragungskette aneinander angepaßte negative und positive Formelemente aufweisen, die formschlüssig kämmend ausgebildet sind. Gerade bei stufenlos verstellbaren Getrieben entsteht durch Reibschluss unweigerlich ein Schlupf, der sich nachteilig auf die Leistungsübertragung auswirkt. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch Formschluss der Leistungsübertragungsgrenzflächen der bei Reibschluss entstehende Schlupf vermieden. Das Antriebsrad und das Abtriebsrad greifen entweder direkt durch Zahnräder ineinander, oder die Kraft zwischen Antriebsrad und Abtriebsrad wird vermittels eines Leistungsübertragungsgliedes, beispielsweise einer Kette, einem Zahnriemen oder einem Zahnrad, vorzugsweise ein Hohlrad, übertragen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Glied der Übertragungskette eine feste Teilung der Formelente aufweist und die Teilung der Formelemente des anderen damit kämmenden Gliedes verstellbar ausgebildet ist. Zur Verstellung des Übertragungsverhältnisses muß der wirksame Radius eines Flugkreises, der den Weg der Formelemente des Antrieb-bzw.

Abtriebsrades beschreibt, verändert werden. Eine Änderung des Radius ist aber mit einer Änderung der Teilung der Formelemente, d. h. des Abstandes zweier im Eingriff stehender Formelemente, verbunden. Bei der vorliegenden Erfindung ist jeweils eines der formschlüssig ineinandergreifenden Glieder der Übertragungskette mit einer konstanten Teilung der Formelemente versehen, wobei die Teilung der Formelemente des anderen Gliedes in der Teilung veränderbar ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Glied mit verstellbarer Teilung Formelemente aufweist, die als Klemmkörper in einer Nut ausgebildet sind. Durch die Klemmkörper wird die Kraft in einer Richtung, nämlich der Antriebsrichtung, zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad übertragen, wobei sich die Teilung der Formschlußglieder in der entgegengesetzten Richtung Radius einander anpassen kann. Dabei sind die vertellbaren Formelemente am äußeren Umfang eines Rades angeordnet und greifen in leistenförmige Formelente auf der Stirnfläche eines anderen Rades ein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Glied mit verstellbarer Teilung der Formelemente solche aufweist, die auf einer Drehachse mit einem Freilauf angeordnet sind. Dies können beispielsweise die Zähne eines auf einem Freilauf gelagerten Ritzels sein.

Durch den Freilauf wird die Kraft der Zähne in einer Richtung, nämlich der Antriebsrichtung, zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad übertragen, wobei sich die Teilung der Formelemente, d. h. der im Eingriff befindlichen Zähne zweier aufeinanderfolgender Ritzel, in der entgegengesetzten Richtung an einen geändertem Radius der Bewegungsbahn der Ritzel, d. h. bei einem geänderten Flugkreis, an die feste Teilung des anderen Gliedes anpassen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Glied mit verstellbarer Teilung als Rad mit einem verstellbaren Durchmesser des Flugkreises der Formelemente ausgebildet ist. Durch diese Ausführungsform der Erfindung wird einfach durch die Verstellung des Radius der Freilaufachse des Ritzels, dessen Zähne als Formelemnte dienen, von der Drehachse des Rades das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebsrad und Abtriebsrad in einem Bereich imin bis eingestellt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Durchmesser des Flugkreises mittels eines Motors verstellbar ausgebildet ist. Hierdurch kann die Übersetzung in Abhängigkeit von beliebigen Parametern wie beispielsweise Motorlast, Pedaldruck, Drehzahl oder Leistungsaufnahme beispielsweise durch einen Elektromotor verändert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwei im wesentlichen baugleich ausgebildete Räder als Antriebsrad und Abtriebsrad mit einer verstellbaren Teilung vorgesehen sind, die mittels eines endlosen Leistungsübertragungsgliedes, insbesondere einer Kette, mit fester Teilung der Formelemente miteinander gekoppelt sind. Dadurch, daß Antriebsrad und Abtriebsrad baugleich ausgebildet sind, können Herstellungskosten reduziert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Summe der Durchmesser der Flugkreise bei einer Verstellung konstantbleibend ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme ist es überflüssig, die Länge des Leistungsübertragungsgliedes, die sich ja bei Änderung des wirksamen Radius sich ebenfalls ändern müsste, mittels eines Rades unter Spannung zu halten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Leistungsübertragungsglied als ein Zahnrad, vorzugsweise innenverzahnt, oder als eine Kette ausgebildet ist. Bei einem Zahnrad können weniger Verschleißerscheinungen auftreten, der Formschluss ist stabiler und es kann nicht vom Antriebsrad oder Abtriebsrad springen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Rad mit verstellbarer Teilung zwei sich gegenüberstehende Kegelaußenflächen mit veränderlichem Abstand aufweist, zwischen denen das

Leistungsübertragungsglied mit fester Teilung angeordnet ist, wobei die Drehachse der Formelemente im wesentlichen parallel zu einer Falllinie der Kegelfläche angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung des erfindungsgemäßen Gegenstandes wird die Änderung des wirksamen Radius durch Abstandsänderung zwischen zwei gegenüberstehenden Kegeln erreicht. Der Formschluß mit den Formelemnenten des Leistungsübertragungsgliedes erfolgt durch in die Außenflächen integrierte, radial angeordnete Leisten eines Drehkreuzes, das auf einem Freilauf gelagert ist, dessen Achse parallel zur Kegelaußenfläche angeordnet ist. Das Leistungsübertragungsglied nimmt auf der Kegelaußenfläche selbsttätig die Form eines Kreisbogens an, der eine gleichförmige Momentenübertragung gewährleistet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Rad plan ausgebildet ist, wobei die Drehachse der Formelemente, d. h. die Achse des auf einem Freilauf gelagerten Ritzels, parallel zur Drehachse des Rades angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Abstand der Freilaufachse von der Drehachse des Rades beispielsweise dadurch verstellt werden, indem der Frilauf auf einer radieal verstellbaren Kulisse angeordnet wird.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugsziffern versehen.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen : Figur 1 : einen Schnitt einer Ausführungsform des stufenlos verstellbaren Getriebes in einer ersten Ausführungsform, Figur 2 : eine Aufsicht einer weiteren Ausführungsform des stufenlos verstellbaren Getriebes,

Figur 3 : einen Schnitt des verstellbaren Getriebes gemäß Schnittline III-III aus Figur 2, Figur 4 : eine schematisierte Aufsicht auf ein Getriebe gemäß Figur 2, Figur 5 : eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes in einer Seitenansicht, Figur 6 : einen Detailschnitt eines Rades mit verstellbaren Formelementen und Figur 7 : eine Aufsicht auf ein Rad mit fester Winkelteilung.

Die Figur 1 zeigt linksseitig eine Antriebsseite 1 mit einem Antriebsrad 5 und rechtsseitig eine Abtriebsseite 2 mit einem Abtriebsrad 5'. In dieser Ausführungsform sind das Antriebsrad 5 und das Abtriebsrad 5'im wesentlichen baugleich.

Auf dem Antriebsrad 5 bzw. dem Abtriebsrad 5'sind Befestigungsmittel 37 zur antriebsseitigen bzw. abtriebsseitigen Befestigung von Motoren bzw. anzutreibenden Bauteilen. Diese sind hier nicht dargestellt.

Das Antriebsrad 5 und das Abtriebsrad 5'sind mittels einem Kugellager 29 drehbar in einem Gehäuse 28 gelagert, das wiederum mit Befestigungsmitteln 36 beispielsweise an einer Maschine befestigt ist.

Auf dem Antriebsrad 5 bzw. dem Abtriebsrad 5'sind in Halterungen 20 drehbargelagerte Gewindestangen 30 sternförmig auf dem Antriebsrad 5 bzw. dem Abtriebsrad 5' angeordnet. Die Gewindestangen 30 liegen in einer Ebene parallel zur Ebene des Antriebsrades 5 bzw. des Abtriebsrades 5'und sind speichenartig angeordnetEs

sollten möglichst viele Gewindestangen 30 auf dem Rad angeordnet sein.

Das Antriebsrad 5 wie auch das Abtriebsrad 5'kann jeweils mit einem Elektromotor 4 gekoppelt sein, der jeweils ein Kegelrad 9, welches durch eine Welle mit dem Elektromotor 4 verbunden ist, antreibt. Der Elektromotor 4 ist lotrecht zum Antriebsrad 5 bzw. zum Abtriebsrad 5'angeordnet und durch Befestigungsmittel 35 auf dem Antriebsrad 5 bzw. dem Abtriebsrad 6 montiert.

Da der Elektromotor sich also mit dem Antriebsrad 5 bzw. dem Abtriebsrad 5'dreht, wird die Stromversorgung über Kontaktstifte 26 und 27 mit einer Stromquelle außerhalb des Gehäuses 28 hergestellt.

In das Kegelrad 9 greifen wiederum Kegelräder 8, welche an den Enden der Gewindestangen 30 drehfest montiert sind. Die Gewindestangen 30 werden also durch den Elektromotor 4 mit gleicher Geschwindigkeit gedreht.

Auf den Gewindestangen 30 sind zwischen den Halterungen 20 Muttern 11 eines Spindel-Mutter-Triebes angeordnet, auf welchen die Ritzel 57, deren Zähne als Formelemente 10 wirken, drehbar in einem Freilauf 13 gelagert sind, wobei die Drehachse 42 der Ritzel senkrecht zur Ebene des Antriebsrades 5 bzw. des Abtriebsrades 5'angeordnet ist.

Damit sind die Formelemente 10 auf einem Flugkreis zwischen der inneren Halterung 20 der Gewindestangen 30 und der äußeren Halterung 20 der Gewindestangen 30 verschieblich angeordnet.

Mit den Formelementen 10 kämmt eine Kette 58 mit fester Teilung der Formelemente als Leistungsübertragungselement 3, formschlüssig. Bei Änderung der Position der Ritzel 57 mit ihren Formelementen 10 auf den Gewindestangen 30 ändert sich die Teilung der Formelemente 10. Durch Drehung der Ritzel 57 in Richtung ihres Freilaufs paßt sich die Teilung

beim Eingreifen selbsttätig an die feste Teilung des Leistungsubertragungselementes 3 an. Diese Anpassung erfolgt also durch den Freilauf 13 der Formelemente 10.

Das Drehmoment des Antriebs wird also über die Befestigungsmittel 37 auf das Antriebsrad 5, vom Antriebsrad 5 auf die darauf montierten Gewindestangen 30, von den Gewindestangen 30 wiederum auf die darauf montierten Muttern 11, die Ritzel 57mit den als positive Formelementen 10 wirkenden Zähnen übertragen. Die Formelemente 10 stehen in formschlüssigem Kontakt mit dem Leistungsübertragungselement 3, das mit den Formelementen 10 des Abtriebsrades 5'auf gleiche Art und Weise formschlüssig verbunden ist. Auf dem Abtriebsrad 5'geht der Kraftfluß in umgekehrter Richtung bis zu den Befestigungsmitteln 37 des Abtriebsrades 5'.

In Figur 2 ist auf der rechten Seite die Antriebsseite 1 und auf der linken Seite die Abtriebsseite 2 mit jeweils zwei Kegelaußenflächen 15 bestehendem Antriebsrad 5 und Abtriebsrad 5'dargestellt. Die Drehachsen 12 des Antriebsrades 5 und des Abtriebsrades 5'liegen jeweils im Mittelpunkt des Antriebsrades 5 und des Abtriebsrades 5', welche sich gleichsinnig um die Achsen 12 drehen.

Die Formelemente 10 sind bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform als Drehkreuze 42 ausgebildet, deren Achse 16 (Figur 3) parallel zu einer Falllinie der Kegelaußenfläche 15 angeordnet sind. Die Drehkreuze 42 mit ihren leistenartigen Formelementen 10 sind gleichmäßig sternförmig über die Kegelaußenflächel5 verteilt.

Die positiven Formelemente 10 sind formschlüssig kämmend mit den negativen Formelementen 10 des Leistungsübertragungsgliedes 3 ausgebildet. Die Teilung 39 der Glieder des Leistungsübertragungsgliedes 3 ist konstant, diejenige der Formelemente 10 ändert sich aber mit Änderung des Radius der Flugkreise 43.

Diese Änderung der Teilung erfolgt durch einen Freilauf 13 der Formelemente 10 auf der Abtriebsseite entgegen der Laufrichtung 18 und auf der Antriebsseite in Laufrichtung 18 des Leistungsübertragungsgliedes 3. Eine Rotation der Formelemente 10 kann nur entgegen Laufrichtung 18 erfolgen, da sonst das Leistungsübertragungsglied 3 nicht vorwärts getrieben werden kann.

Der Durchmesser der Flugkreise 43 ändert sich durch Änderung des Abstandes der gegenüberliegenden Kegel 15. Bei Vergrößerung des Abstandes gleitet das Leistungsübertragungselement 3 an den schienenartigen Formelementen 10 zur Achse 12 des Antriebsrades 5 bzw. des Abtriebsrades 5', wobei sich der Radius des Flugkreises 43 des Leistungsübertragungselementes 3 verkleinert. Bei Verkleinerung des Abstandes erfolgt dies in umgekehrter Weise.

Wenn also die Verstellung des Antriebsrades 5 und des Abtriebsrades 5'gegenläufig in gleicher Geschwindigkeit erfolgt, muß auf Grund des linearen Zusammenhangs zwischen Radius und Umfang der Flugkreise nicht einmal ein Spannsrad bzw. eine Feder für die Aufrechterhaltung der Spannung des Leistungsübertragungselementes 3 vorgesehen werden.

Die Verstellung des Kegelabstandes erfolgt in bekannter Weise, da verschiedene Verstellmechanismen für diese Anordnung bei verstellbaren Getrieben ohne Formschluss bereits bekannt sind.

In Figur 3 ist ein Schnitt gemäß Schnittlinie III-III in Figur 2 gezeigt. Hier ist der Flugkreis 43 des Antriebsrades 5 gezeigt, der in diesem Fall kleiner als der nicht gezeigte Flugkreis 43 des Abtriebsrades 5'ist.

Hierdurch wird ein Übersetzungsverhältnis größer 1 erreicht. In umgekehrter Anordnung ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis kleiner l. Die Eingriffsmittel 11 können beispielsweise durch kugelartige Fortsätze 17 auf

dem Leistungsübertragungsglied 3 verkörpert sein. Die Lage der Formelemente 10 in den Ebenen der Kegelaußenflächen ist in Figur 3 ebenfalls deutlich dargestellt.

Figur 4 zeigt eine schematische Aufsicht eines Getriebes gemäß Figur l. Auf dem Antriebsrad 5 um Achsen 19 antriebsseitig in Drehrichtung 61 freilaufende und in Gegenrichtung 60 sperrende Ritzel 57 angeordnet, von denen nur die Teilkreise angedeutet sind. Die Sperrichtung der Freiläufe wird antriebsseitig gleichsinnig mit der Drehrichtung der Räder gewählt, abtriebsseitig umgekehrt.

Die Zähne der Ritzel 57 wirken als positive Formelemente 10, die mit entsprechend angepaßten negativen Formelementen 10 einer als Leistungsübertragungsglied 3 wirkenden Kette 58 oder den Zähnen 59 eines Zahnrades 46 kämmen.

Formelemente 10, d. h. die Glieder der Kette, bzw. die Zähne 59 des innenverzahnten Zahnrades 46 weisen, wie üblich, eine feste Teilung 39 auf. Die im Eingriff befindlichen Zähne der Ritzel 57 beschreiben bei Drehung der Räder 5 bzw. 5'einen Flugkreis 43 mit den Durchmessern 44 bzw.

45. Die Durchmesser dieser Flugkreise 44,45 sind wie vorbeschrieben verstellbar, so daß sich dadurch das Übersetzungsverhältnis ändern läßt.

In Figur 5 ist schematisch eine alternative Ausführungsform des Getriebes dargestellt, das auf ein Leistungsübertragungsglied verzichtet. Das Rad 6 dreht um die Achse 50. An der Stirnseite 51 weist es sternförmig angeordnete leistenförmige Eingriffselemente 11 auf. Diese greifen formschlüssig in entsprechend angepaßte auf dem Umfang entgegen der Drehrichtung verschiebliche Eingriffsmittel eines Rades 5 ein. Das Rad 5 dreht um Achse 52.

Wie in Figur 6 dargestellt ist, sind am äußeren Umfang des Rades 5 in einer T-förmigen Nut 53 Klemmkörper 54 angeordnet, die die positiven Formelemente 10 tragen und in einer Richtung verschiebbar sind, aber in der

entgegengesetzten Richtung 60 klemmen. Dadurch stellt sich die Teilung 40 selbsttätig an die feste Winkelteilung der leistenförmigen negativen Formelemente 10 an. Zwischen den Klemmkörpern 54 können Federn 55 vorgesehen sein, über die sich die Klemmkörper 54 gegenseitig abstützen.

Figur 7 zeigt schematisch die sternförmige Anordnung der leistenförmigen Formelemente 38, die als Eingriffsmittel dienen. Sie weisen eine feste Winkelteilung 39 auf. Durch geeignete Verstellung des Abstandes 56 zwischen Rad 5 und Drehachse 50 kann das Übersetzungsverhältnis stufenlos verstellt werden. Dabei paßt sich die Teilung 40 selbsttätig in Abhängigkeit vom Abstand 56 an.

Bezugsziffernliste 1 Antriebsseite 2 Abtriebsseite 3 Leistungsübertragungsglied 4 Elektromotor 5 Antriebsrad, Glied 5'Abtriebsrad, Glied 6 Abtriebsrad, glied 8 Kegelrad 9 Kegelrad 10 Formelement 11 Mutter 12 Drehachse 13 Freilauf 14 Achse 15 Kegelaußenfläche 16 Rotationsachse 17 kugelartige Fortsätze 18 Laufrichtung 19 Achse 20 Halterung 26 Kontaktstift

27 Kontaktstift 28 Gehäuse 29 Kugellager 30 Gewindestangen 35 Befestigungsmittel 36 Befestigungsmittel 37 Befestigungsmittel 38 Formelement 39 feste Teilung 40 verstellbare Teilung 41 Klemmkörper 42 Drehkreuz 43 Flugkreis 44 Durchmesser 45 Durchmesser 46 Zahnrad 47 Abstand 48 Drehachse 49 innere Halterung 50 Achse 51 Stirnseite 52 Achse

53 Nut 54 Klemmkörper 55 Feder 56 Abstand 57 Ritzel 58 Kette 59 Zähne (Teilkreis) 60 Sperrichtung 61 Drehrichtung