DE4317478A1 - Stufenlos regelbares, formschlüssiges Zugmittelgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, mit einem antriebsseiti­ gen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satelli­ tenräder, mit einem Zugmittel, insbesondere einer Rollen- oder Zahnkette oder einem Zahnriemen, das (die, der) die Satelliten­ räder formschlüssig umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle überträgt, ferner mit einer Vorrichtung zur bevorzugt stufenlos stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchronisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen bzw. zur Regulierung der Zugmittelspannung im laufenden Betrieb sowie mit Einrichtungen, die eine ausglei­ chende Eigendrehung der umlaufenden Satellitenräder während der radialen Verschiebung ihrer Achsen zulassen.

Bereits in der US-A-4 878 883 wird ein Kettengetriebe vorge­ schlagen, das zur stufenlos stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Kettenräder von der Achse der Antriebs- oder der Abtriebswelle eine hydraulische Stellvorrichtung mit einzelnen Steuerventilen pro Kettenrad enthält. Dort sind auch mechani­ sche Einwegkupplungen vorgesehen, die unmittelbar an der Achse jedes einzelnen Kettenrades ansetzen und dieses permanent gegen einen Rücklaufsperren, gegenüber einem antriebsseitigen Vor­ lauf jedoch freigeben. Eine optimale Anpassung der Zahnradstel­ lung gegenüber der Kette ist nur in Ausnahmefällen möglich, nämlich wenn durch Vorwärtseigendrehung des Kettenrades dieses die bestehende Phasendifferenz gegenüber dem anliegenden Ket­ tenglied ausgleichen kann. In solchen Fällen, in denen auch eine entgegengesetzte Eigendrehung der Kettenräder zum Phasen­ ausgleich erforderlich wäre, die jedoch konstruktionsbedingt gesperrt ist, liegt die Gesamtbelastung an einem Zahn des Ket­ tenrades.

In der DE 40 11 011 C2 wird erstmalig das Problem angesprochen, daß die nach dem Stand der Technik bekannten Kettenräder nicht in jedem beliebigen Übersetzungsverhältnis bei vollständig drehfesten Kettenrädern lauffähig sind. Die einzelnen Kettenrä­ der können jeweils nur bei bestimmten radialen Abständen von der Hauptachse während des Umlaufs völlig drehfest, d. h., ohne ausgleichende Eigendrehung bleiben. Dies ist nur dann möglich, wenn der effektive, segmentweise zusammengesetzte Umfang des Antriebs- oder Abtriebsrades ein ganzzahliges Vielfaches einer Kettengliedteilung beträgt. Da dies nur für eine diskrete Folge radialer Abstände möglich ist, erreichen die bekannten Ketten­ getriebe nur in festen Stufen ihren vollständigen Wirkungsgrad.

Um eine selbstschaltende permanente Sperrwirkung gegenüber dem Rücklauf und dem Vorlauf der Kette zu schaffen und zugleich eine ruckfreie Änderung des Übersetzungsverhältnisses ohne Unterbrechung der Kraftübertragung bei einer Ausgleichsbewegung der Kettenräder in beiden Richtungen zu ermöglichen, wird nach der DE 40 11 011 C2 vorgeschlagen, die umlaufenden Kettenräder mit einem hydrostatischen Sperrelement, beispielsweise einer Zahnradpumpe formschlüssig zu koppeln, und zwar derart, daß die Eigendrehung eines Kettenrades zwingend einen Förderstrom des zugehörigen Sperrelementes erzeugt und daß (umgekehrt) die Drosselung dieses Förderstromes die Eigendrehung des Kettenrades zwingend reduziert bzw. sperrt. Durch Verbindung der Anschlüsse aller hydrostatischen Sperrelemente je Antriebs- oder Abtriebswelle und Trennung der Förderströme bei rechtsgerichteter Eigendrehung von solchen bei linksgerichteter Eigendrehung soll gewährleistet sein, daß Eigendrehungen unter bestimmten Bedingungen vorwärts als auch rückwärts zulässig sind, soweit die Summe der Winkelgeschwindigkeit aller betref­ fender Kettenräder Null ist. Das hierzu zu verwendende Dreh­ schieberventil arbeitet jedoch nicht in allen Stellungen exakt genug, insbesondere finden unerwünschte Hydraulikflüssigkeits­ strömungen während der Zeiträume statt, während der betreffende Öffnungen nur teilweise abgedeckt bzw. geöffnet sind. Die somit im laufenden Betrieb permanent im Fluß befindliche Hydraulik­ flüssigkeit verbraucht einen Teil der Leistung durch die unver­ meidlichen Strömungsverluste und beeinflußt den Wirkungsgrad eines solchen Getriebes negativ. Weiterhin sind derzeit keine geeignet kleinen Hydropumpen auf dem Markt erhältlich, die ausreichend hohe Drehmomente zum wirkungsvollen Sperren der Kettenräder liefern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stufenlos regelbares, formschlüssiges Zugmittelgetriebe zu schaffen, das möglichst schlupffrei mit hohem Wirkungsgrad verschleißfest arbeitet, bei kompakten Gesamtabmessungen hohe Drehmomente übertragen kann und ohne Zugkraftunterbrechung während des Betriebes und in geeigneter Ausführung auch im Stillstand verstellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Zugmittelgetriebe nach Anspruch 1 gelöst, das erfindungsgemäß Satellitenräder besitzt, die auf und relativ 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 Zugmittel ausgeübten Radialkraft und/oder von der Phasenlage der Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe angesteuert oder ausgelöst wird.

Vorzugsweise weist das Zugmittelgetriebe einen Freilauf auf, der in Abhängigkeit der vom Zugmittel auf die Kettenräderwellen ausgeübten Radialkraft blockiert. Mit anderen Worten, der Freilauf ermöglicht so lange eine rechts- oder linksgerichtete Eigendrehung der Kettenräder bis zur Erreichung eines durch Federelemente oder ähnliches vorgebbaren Radialkraftwertes. Diese Zeit reicht erfahrungsgemäß aus, daß sich das Kettenrad gegenüber den Kettengliedern ausrichtet. Da ein Zugmittel­ getriebe naturgemäß im Einlaufbereich, wo die Satellitenräder aus dem Leerlaufbogen ohne Eingriff in das Zugmittel erstmals wieder mit dem Zugmittel in Berührung kommen, eine zunächst tangentiale Relativbewegung zwischen Zugmittel und Satelliten­ rad aus trivialen geometrischen Überlegungen sicherstellt, baut sich die Radialkraft, die ein Sperren des Freilaufes für jedes Satellitenrad ermöglicht, stetig mit zunehmendem Umschlingungs­ winkel auf. Da während dieser Einlaufphase, in der die Radial­ kraft ansteigt, alle Tangentialkräfte des Zugmittels noch über den, bereits mit gesperrtem Freilauf im Eingriff befindlichen, vorherlaufenden Satelliten aufgenommen sind, liegt während des eigentlichen Sperrvorganges des Freilaufes keine Eigendrehung eines jeden Satellitenrades vor, bzw. allenfalls nur eine sehr langsame Eigendrehung vor, wenn gerade während dieser Phase die Übersetzung geändert wird und das Satellitenrad sich in einer Radialbewegung befindet. Eine solche Eigendrehung während der Radialbewegung ist jedoch vernachlässigbar gering im Vergleich zu der Eigendrehung, die immer dann und auch im stationären Betrieb ohne aktive Verstellung auftritt, wenn die Radialstellung der Satelliten nicht zu einem Gesamtumfang des Sonnenrades führt, der einem ganzzahligen Vielfachen der Kettenteilung entspricht.

Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Ansprü­ chen 3 bis 24 beschrieben.

So kann die Kettenradwelle als Klemmrollenfreilauf oder Klemm­ kugelfreilauf ausgebildet sein, wodurch der Wirkungsgrad opti­ miert werden kann.

Um das Erfindungsprinzip mechanisch zu realisieren, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung die Kettenratwelle als Hohl­ welle ausgebildet, die unter Federkraft in einem Käfig liegt, wobei die Erhöhung der Radialkraft auf die Kettenradwelle die Hohlwelle gegen die Federkraft verschiebt und hierbei einen Hebel verschwenkt, der einen Zylinderkäfig für die Klemmrollen oder Klemmkugeln so verdreht, daß die Rollen oder Kugeln in die keilförmigen Taschen eines feststehenden Innen- oder Außen­ sterns getrieben werden. Dieses Kettengetriebe läßt sich ohne steuerungstechnischen Aufwand leicht realisieren. Bei einer weiteren Vereinfachung ist im Hinblick auf eine kompakte Bauweise der genannte Hebel mit dem Käfig für die Hohlwelle verbunden.

Eine solche oder ähnliche Ausführung der Freilaufkonstruktion gewährleistet zusammen mit den oben beschriebenen Zusammen­ hängen des Tangentialkraftanstieges in der Einlaufphase einen praktisch wegfreien, stellgenauen Schaltvorgang mit sehr stei­ lem, praktisch digitalem Blockierverhalten, der sich durch die selbsthemmende Klemmwirkung mit steigender Last weiter verstärkt, so daß keine Gleitvorgänge beim Aufbau der Klemmphase Verschleiß verursachen und somit den Wirkungsrad vermindern können.

Um die Auslösung des Freilaufes zu bewirken, können die Ketten­ räder auch so geführt werden, daß sie im ersten Teil des Umschlingungsbereiches der Antriebsseite auf einer Sekante des im übrigen kreisförmigen Bogens ablaufen und jede Satelliten­ radwelle über einen schwenkbaren Hebel mit einem weiteren, vorzugsweise kleineren Rad verbunden ist, das am Zugmittel anliegt aber nicht notwendigerweise mit diesem formschlüssig im Eingriff sein muß und das nach Anlage an die Kette den Freilauf sperrt. Diese Ausführungsvariante kann auch alternativ unabhän­ gig als Drehwinkelsteuerung ausgeführt werden, ungeachtet der auf die Satellitenräderwellen wirkenden Radialkraft.

Eine weitere Ausführungsvariante läßt sich dadurch realisieren, daß jede der einzelnen Satellitenradwellen einen eigenen hydraulisch gesteuerten Freilauf besitzt. Gegenüber der aus der DE 40 11 011 C2 angebotenen Lösung kann auf jedwede Art von Hydrauliksteuerung mit Drehschiebern, die inexakt arbeiten, verzichtet werden. Auch entfallen bei einer solchen Lösung lange Flußwege der Hydraulik mit den bekannten Dichtproblemen an sich relativ zueinander drehenden Verbindungen und mit den bekannten Wirkungsgradeinbußen durch Strömungsverluste.

In einer weiteren Ausführungsvarianten können die Satelliten­ räder durch eine Magnetkupplung, eine mechanische oder elek­ trische Bremse in Abhängigkeit von der Phasenlage der Antriebs­ bzw. Abtriebsscheibe oder der vom Zugmittel ausgeübten Radial­ kraft blockiert bzw. freigeschaltet werden.

Um das Steuerungsproblem zu minimieren werden jeweils an der Antriebs- und der Abtriebsscheibe nur drei Satellitenräder verwendet. Eine Änderung der Dimensionierung der Satelliten­ räder oder des Zugmittels ergibt sich durch eine solche Vermin­ derung der Zahl der Satelliten nicht, da ohnehin auch bei einer beliebig -hohen Anzahl von Satellitenrädern die Lastberechnung auf einen einzigen Satelliten bezogen erfolgen muß, da durch die Freilaufschaltung während des Einlaufes oder während der Verstellung in jedem Fall phasenweise alle Tangentialkräfte an nur einem einzigen Satellitenrad anliegen. Vorzugsweise ist die durch die Satellitenräder im Bereich der Antriebs- und/oder der Abtriebsscheiben gebildete Umschlingungsbahn, die sich aus einer Anzahl von Sekantenabschnitten zusammensetzt, zumindest annähernd teilkreisförmig. Dies kann auf verschiedene Arten realisiert werden.

Eine erste Realisierungsmöglichkeit besteht darin, daß das mit den Satellitenrädern zur Übertragung tangentialer Kräfte in Eingriff bringbare Zugmittel zusätzliche Führungsvorrichtungen, vorzugsweise Stifte, Rollen oder Ähnliches aufweisen, die etwa im Radialabstand der Kettenräder zwischen diesen wirkend ange­ ordnet sind und auf einem Kreisbogen mit angepaßtem Radius abrollen. Anders ausgedrückt, es wird die Führung der Kette im Bereich der Umschlingungsbahn zumindest teilweise von den Mit­ teln zur Übertragung von Tangentialkräften abgekoppelt. Vor­ zugsweise sind zwei axial verschiebbare Kegelscheiben vorgese­ hen, die abstandsveränderbar gegenüberliegen, an denen das Zugmittel an den Flanken anliegt und die das Zugmittel zwischen den Satellitenrädern radial abstützen, wobei die Abstandsverän­ derung der Kegelscheiben mit der Radialverstellung synchroni­ siert ist. Insbesondere kann z. B. eine Kette seitlich der Kettenglieder in Käfigen gelagerte Kugeln aufweisen, die jeweils auf einer von zwei Kegelscheiben abrollen. Prinzipiell sind solche Kegelscheiben aus Reibriemenabtrieben bekannt. Durch Abstandsverkleinerung vergrößert sich der Laufdurchmesser für einen Reibriemen und umgekehrt, so daß durch die jeweiligen unterschiedlichen Einstellung sowohl Übersetzungen ins Schnelle als auch Übersetzungen ins Langsame entstehen können. Die Abstandsveränderungen an beiden Scheibenpaaren des Antriebs und des Abtriebs können auch gegenläufig vorgenommen werden, wenn ein gemeinsames Stellglied verwendet wird. Der Nachteil der bisher verwendeten Kegelscheibenpaare besteht jedoch darin, daß ihre Anwendung auf die Verwendung reibschlüssiger Elemente beschränkt war, die nicht schlupffrei betreibbar waren. Die Reibungs- und Walkarbeit als verlorene Energie war beträcht­ lich. Da nach dem weiterführenden Gedanken der Erfindung die Übertragungen der Tangentialkräfte durch die Satellitenräder übernommen wird, erübrigt sich eine Anlage des Zugmittels unter hoher Zugspannung, so daß die Reibung auf die minimale Rollrei­ bung oder eine minimierte Gleitreibung bei Verwendung einer geeigneten Schmierung z. B. im Ölbad, wenn aus Kostengründen auf die o.g. Kugeln verzichtet werden soll, reduziert werden kann. Die Kegelscheiben dienen somit ergänzend zu den Satelliten­ rädern (Kettenrädern) als Führungsmittel zwischen diesen, so daß das Zugmittel, insbesondere die Kette einen idealen Teilkreis anstelle eines Polygonzuges durchläuft. Der Stoßfaktor wird hierdurch auf Null minimiert.

Eine weitere Möglichkeit, die Umschlingungsbahn möglichst kreisförmig zu gestalten, besteht darin, daß jeweils zwischen benachbarten Satellitenrädern mindestens ein weiteres Radial­ element angeordnet ist, das in bezug auf die Antriebs- und/oder Abtriebsscheibe synchron mit den übrigen Satellitenrädern verschiebbar angeordnet ist und daß gleichend oder im Leerlauf rollend am Zugmittel anliegt, evtl. auch ohne Tangentialkräfte zu übertragen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die erfor­ derliche Anpassung eines jeweils eingestellten beliebigen Umfangswertes an das vorgegebene Teilungsverhältnis des Zugmit­ tels durch eine Zwangssteuerung der Satellitenräder erreicht werden, die jeder radialen Position auf der Scheibe genau eine rotatorischen Relativposition auf der Scheibe so zuordnen, daß der Abstand der Zähne zweier benachbarter Satellitenräder stets ein ganzzahliges Vielfaches der Teilung Zugmittels ist. Eine solche Zwangssteuerung könnte z. B. durch eine, mit jeder Scheibe gemeinsam rotierende Führungskette gleichen Teilungs­ verhältnisses erfolgen. Somit würde der Feinabgleich zur Anpas­ sung gegen Abweichungen, die geringer sind als z. B. die Zahn­ breite durch geführte oder frei laufende rotatorische Einstel­ lung der Kettenräder gegeneinander so erfolgen, daß für jeden eingestellten Abrollumfang die Lauflänge vom Zahn eines Satel­ litenrades zum nächsten in jeder Stellung ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung ist. Neben der Verwendung einer solchen Führungskette gleicher Teilung wie das leistungsüber­ tragende Lastzugmittel zum Zweck, ein ganzzahliges Vielfaches der Kettenteilung zu erreichen, kann eine Führungskette auch Verwendung finden, um den Einlaufvorgang eines Satellitenrades vom freien Bogen in den umschlungenen Bogen zu steuern, wenn z. B. die Führungskette einen engeren Umschlingungswinkel erreicht als das Lastzugmittel, das Satellitenrad also die Führungskette erst berührt, dort synchronisiert wird und dann erst, in perfekter Phasenlage zwischen Lastzugmittel und Satel­ litenrad formschlüssig eingreift. Nach einer bevorzugten Aus­ führungsform ist das Zugmittel zur Führung aus einem weichen Material z. B. aus Gummi, wie in einer Ausführung als Zahnrie­ men, und das Lastzugmittel eine Zahnkette. Die somit ver­ schleißarme Werkstoffpaarung des Führungsmittels zum Satelli­ tenrad gewährleistet hohe Standzeiten der Synchronisierungsvor­ gänge und die hochbelastbare Zahnkette eine hohe Drehmoment­ übertragung bei kleinen Gesamtabmessungen.

Zur Erzielung größtmöglicher Laufruhe können die auf der Scheibe angeordneten Satellitenräder auch in Richtung der Achse der Scheibe in verschiedenen Ebenen angeordnet und dann mit einer Duplex-, Triplex- oder Multiplexkette angetrieben werden, so daß die Zahl der Satellitenräder erhöht werden kann, ohne sich beim eingestellten Mindestumfang gegenseitig zu blockieren bzw. zu Durchdringen.

Insbesondere für einfache mechanische Kettengetriebe, z. B. bei Fahrrädern, bei denen aus wirtschaftlichen Erwägungen aufwen­ dige Lösungen nicht anwendbar sind, ist nach einer weiteren alternativen Lösung ein Kettengetriebe vorgesehen, bei dem die Kette eine ganzzahlige der Freilaufphase entsprechende Ketten­ teilung aufweist und die Radialverstellung nur abgestuft mit der Stufenanzahl möglich ist, die gleich der Kettengliedanzahl ist. Streng genommen handelt es sich hierbei nicht mehr um ein stufenlos verstellbares Kettengetriebe, jedoch ist der Schritt von einer Schaltstufe zur nächsten Schaltstufe aufgrund der Vielzahl der Kettenglieder so klein, daß hier von einem quasi stufenlosen Getriebe gesprochen werden kann. Bei dieser Lösung werden von vornherein Zwischenstellungen vermieden, wodurch das Kettengetriebe erheblich vereinfacht wird. Die Schaltpositionen der Schaltfreiläufe entsprechen ebenfalls einem ganzzahligen Vielfachen der Zugmitteleinteilung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgese­ hen, daß jeweils an der Antriebs- und/oder Abtriebsscheibe die dortigen Satellitenräder über ein gemeinsames Spannelement radial ein- oder auswärts bewegbar sind.

Eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß Spannelement aus einer Spreizeinrichtung mit Spreizarmen zwi­ schen den Satellitenrädern und einer auf einer Achse geführten Hülse (Schiebemuffe) bestehen zu lassen, die koaxial zu der jeweiligen Scheibenachse liegt. Solche Spreizeinrichtungen sind prinzipiell beispielsweise bei Regenschirmen bekannt und können in entsprechender Weise auch hier mit der Maßgabe eingesetzt werden, daß die Radialverschiebung der Satellitenräder in einer Ebene erfolgt, die durch die Antriebs- oder Abtriebsscheibe bestimmt ist. Dies kann dadurch gewährleistet werden, daß die betreffenden Satellitenräder einen durch ihre Achse gehenden Bolzen aufweisen, der in einer radialen Nut oder einem Schlitz der Antriebs- oder Abtriebsscheibe geführt ist.

Alternativ zu dem vorgenannten Spreizsystem kann auch ein einen Backen besitzendes Spannelement verwendet werden, wobei die Spannbacken mittels einer Planspirale radial verschiebbar sind. Eine solche Spannelementausbildung ist grundsätzlich bei Werk­ zeugmaschinenspannsystemen bekannt und kann in analoger Weise übertragen werden.

Ein vergrößerter Drehzahlverstellbereich kann dadurch geschaf­ fen werden, wenn sowohl an der Antriebs- als auch an der Abtriebsscheibe betreffende Laufdurchmesserveränderungen mög­ lich sind. Um die betreffenden Verstellorgane an der Antriebs- und der Abtriebsscheibe aufeinander abgestimmt bedienen zu kön­ nen, ist nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ein Stell­ glied vorgesehen, das gegensinnig auf beide Scheiben gleichzei­ tig wirkt. Vorzugsweise kann dieses Stellglied aus einer über eine Stellspindel betätigbare Kippstange bestehen, die um die Drehachse derart schwenkbar ist, daß beispielsweise die Hülse an der Antriebsscheibe auf diese zugefahren und damit der Lauf­ durchmesser vergrößert wird, während an der Abtriebsscheibe eine entgegengesetzte Bewegung durchgeführt wird.

Eine weitere alternative Lösung der oben gestellten Aufgabe liefert das Kettengetriebe nach Anspruch 15, das erfindungsge­ mäß dadurch gekennzeichnet ist, daß endseitig eines schwenkba­ ren Hebels angeordnete Zahnräder von der Kette zusätzlich ange­ trieben werden, wobei durch Schwenkung des Hebels eine Druck- oder Zugentlastung der Kette bewirkbar ist, die eine gegenläu­ fige radiale Bewegung der Satellitenräder an der Antriebs- und der Abtriebsseite auslöst. In diesem Falle wird die Arbeit der Drehzahlverstellung auf dem Hebel geleistet, der sowohl die Kette spannt als auch in den Eingriff der Zahnräder hineinzieht bzw. bewegt.

Nach einer weiteren Alternative ist es auch zur Lösung der ge­ stellten Aufgabe möglich, auf der Antriebs- und der Abtriebs­ scheibe jeweils einen Synchronstift anzuordnen, der das Stell­ glied für die Drehwinkeleinstellung der Kettenräder ist.

Eine weitere Lösung der Aufgabe liefert das im Anspruch 21 be­ schriebene Zugmittelgetriebe, bei dem jeweils drei Satelliten­ räder auf jeder Antriebsscheibe bzw. Abtriebsscheibe jeweils durch ein Differentialgetriebe miteinander verbunden sind.

Eine Lösung der gestellten Aufgabe kann auch dadurch bewirkt werden, daß die mit dem Zugmittel in Eingriff stehenden Satel­ litenräder mit einem für die Laufdurchmesserverstellzeit wirk­ samen Freilauf ausgestattet sind. Auch hierdurch kann ein Sperren oder Klemmen des Zugmittelgetriebes sowie insbesondere ein Reißen des Zugmittels verhindert werden. Bei Verwendung der beschriebenen radialkraftgesteuerten Freiläufe kann in einer weiteren Ausführungsform die Ansteuerung der beiden Sonnenräder zeitversetzt so erfolgen, daß der Kettenzug kurzzeitig vermin­ dert wird, wodurch die Radialkräfte so weit abnehmen, daß die Freiläufe kurzzeitig gelöst sind und die Satellitenräder unge­ hindert Ausgleichsdehnungen ausführen können. Für einen solchen Fall kann dann wiederum die Zahl der Satelliten erhöht werden und die Dimensionierung der einzelnen Satelliten verkleinert werden, da eine Lastkonzentration auf einen einzelnen Satelli­ ten nicht mehr vorkommen kann. Allerdings ist mit dieser Aus­ führung der Nachteil einer kurzzeitigen Zugkraftverminderung bzw. -unterbrechung verbunden, die jedoch in einigen Anwen­ dungsbereichen akzeptabel sein kann, da sie ja immer noch zeitlich viel geringer ist als die Zugkraftunterbrechung beim Schalten von Stufengetrieben.

Um die Synchronisation der Satellitenräder mit den Eingriffen dem Zugmittel sicherzustellen, können weiterhin die Satelliten­ räder mit einer Drehwinkelsteuerung in Freilaufrichtung verbun­ den sein, womit eine bei oder nach der Laufdurchmesserverstel­ lung auftretende ungewollte Phasenverschiebung der Zähne durch einen Zahnversatz beseitigbar ist.

Weitere Erläuterungen zur vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen. Es zeigen

Fig. 1a eine perspektivische Ansicht eines Ketten­ getriebes,

Fig. 1b eine Draufsicht des Kettengetriebes nach Fig. 1a,

Fig. 2a bis c jeweils unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Zugmittelgetriebes mit im Abstand verstellbaren Planetenscheiben,

Fig. 2d eine Draufsicht auf das Getriebe nach Fig. 2a bis c,

Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Antriebs- und einer Abtriebsscheibe mit jeweils drei Satellitenrä­ dern und Radialelementen,

Fig. 4 einen radialkraftabhängig gesteuerten Freilauf,

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines Zugmittelgetriebes, das über einen Hebel verschwenkbar ist und

Fig. 6 eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Stellglieder der Satellitenräder.

Ein stufenlos verstellbares Kettengetriebe ist in Fig. 1a, b dargestellt. Auf der Antriebsscheibe 10 sind sechs Satelliten­ räder 104 vorgesehen, die über ein Zugmittel 12 - hier eine Rollenkette- formschlüssig Tangentialkräfte aufnehmen und so Drehmomente von der Antriebs - auf die Abtriebsscheibe über­ tragen. Die Satellitenräder 105 der Antriebsscheibe stehen ebenso wie die Satellitenräder 114 einer Abtriebsscheibe 11 mit einer Zugkette 12 in Eingriff. Die unterschiedlichen Radial­ abstände der Satellitenräder 104 bzw. 114 von dem jeweiligen Rotationszentrum bestimmen das Übersetzungsverhältnis des Getriebes. Vergrößert man den Abstand der Satellitenräder 114 von der Drehachse 11 und minimiert man in gleichem Maße den Radialabstand der Satellitenräder 104 von der Drehachse 101, so ändert sich das Übersetzungsverhältnis in entsprechender Weise. Als Radialverstellung wird in der Ausführung nach Fig. 1a und 1b ein zentrales Stirnrad 103 auf der Antriebs- bzw. Abtriebs­ scheibe dargestellt, das sich mit je sechs kleineren Stirn­ rädern 102 auf seinem Umfang im Eingriff befindet. Die sechs kleineren Stirnräder 102 wiederum befinden sich auf Kurbeln 105, welche die Satellitenräder 104 tragen. Eine Drehung des Zentralstirnrades 103 bewirkt eine Drehung der kleineren Stirn­ räder 102 und damit eine synchrone Bewegung der Kurbeln 105, so daß sich damit die Radialpositionen der Satellitenräder 104 verändern.

Weitere radikale Verstellmittel sind im Prinzip bekannt und können beispielsweise aus einer Spreizeinrichtung mit Spreiz­ armen zwischen den Satellitenrädern 104 bzw. 114 und einer auf einer Achse geführten Hülse bzw. Schiebemuffe bestehen, die koaxial zur jeweiligen Scheibenachse 10, 11 liegt. Ebenso ist eine radiale Verschiebung auch mittels Spannbacken unter Zuhilfenahme einer Planspirale möglich, ggf. unter Mitwirkung einer über eine Stellspindel betätigbaren Kippstange.

Das Zugmittel kann auch einer Rollenkette, Zahnkette oder einem Zahnriemen bestehen, ist also weder auf die in Fig. 1 noch in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform begrenzt. Die Rollen­ kette 13 steht mit den Satellitenrädern 104 bzw. 114 jeweils in Eingriff und dienst zur Übertragung tangentialer Kräfte. Radial wird die Kette zwischen zwei Kegelscheiben 14 und 15 geführt, die abstandsveränderbar gegenüberliegen und deren Abstandsver­ änderung mit der Radialverstellung synchronisiert ist. Das Zugmittel 13 liegt an den Kegelscheibenflanken (der sich gegen­ überliegenden Flanken) an. Im Unterschied zu den im Prinzip nach dem Stand der Technik bekannten Reibriemenantrieben, die nur reibschlüssig arbeiten und daher in der Drehmomentübertra­ gung stark eingeschränkt sind, steht nach der vorliegenden Erfindung das Zugmittel formschlüssig mit den Antriebsrädern in Eingriff.

Fig. 3 deutet an, daß im Prinzip drei Satellitenräder 104 (oder entsprechende Zahnradsätze) ausreichen, wenn die Zwischenräume mit Radialelementen 106 besetzt sind, die synchron mit den Satellitenrädern 104 radial aus- und einwärts bewegt sind. In der linken Bildhälfte von Fig. 3 sind die Radialelemente 106 in ausgefahrenem und in der rechten Bildhälfte in kleinstmöglichem Anstand zueinander dargestellt. Etwa, um das größtmögliche Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebs- und Abtriebsscheibe zu erhalten.

Ein Beispiel für einen radialkraftabhängigen Freilauf ist Fig. 4 zu entnehmen. Die Kettenradwelle ich als Hohlwelle 16 ausgestaltet, die unter der Kraft einer Feder 17 in einem Käfig 18 liegt, wobei bei Erhöhung der Radialkraft auf die Hohlwelle 16 diese gegen die Federkraft verschoben wird. Die Hohlwelle 16 nimmt den Klemmkugelfreilauf auf, der aus einem Innenstern 19 mit keilförmigen Taschen 20 sowie in einem Käfig­ zylinder 21 geführten Kugeln 22 besteht, die auf dem Innenman­ tel der Hohlwelle 16 abrollen. Der Zylinderkäfig 21 ist weiter­ hin mit einem Steuerhebel 23 verbunden, der an dem Käfig 18 angelenkt ist. Wird die Hohlwelle 16 gegen die Kraft der Feder 17 bewegt, verschwenkt der Hebel 23 und nimmt den Zylin­ derkäfig mit, so daß die Kugeln 22 in die keilförmigen Taschen 20 getrieben werden und dort blockieren. Alternativ zu diesem Klemmfreilauf können auch andere auf Radialkrafteinwir­ kung den Freilauf blockierende Mittel verwendet werden, wie z. B. hydraulische Steuerungen. Die Zahl der Satellitenräder 104 bzw. 114 wird vorzugsweise auf jeweils drei begrenzt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist nach Fig. 5 ein zweiarmiger Schwenkhebel 24 vorgesehen, der endseitig jeweils Zahnräder 25 und 26 aufweist, die mit dem Zugmittel 13 ebenso wie die radial federnd gelagerten Satellitenräder 104 bzw. 114 in Eingriff stehen. Verschwenkt man den Hebel 24 um eine senkrecht zur Zeichenblattebene liegende Achse, so wird auf einen Teil des Zugmittels eine Zugkraft und auf den auf der anderen Seite des Zahnrades 25 oder 26 liegenden Teil eine Entlastung ausgeübt. Dort, wo das Zugmittel 13 eine Zugkraft erfährt, werden die Satellitenräder unter Abstandsverminderung zu der Rotationsachse nach innen gedrückt, auf der anderen Seite des Getriebes können die Satellitenräder hingegen nach außen unter dem Druck einer Feder ausweichen, wobei sie den Abrollradius für das Zugmittel 13 vergrößern. Der Vorteil dieser Verstelleinrichtung besteht darin, daß die axial Bauhöhe gering gehalten werden kann, ferner wird die notwendige Arbeit allein durch den Schwenkhebel aufgebracht, so daß das Antriebs­ rad entsprechend entlastet wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind jeweilige Schwenkposi­ tionen der Satellitenräder 114 bzw. 104 angedeutet, wobei der Schwenkhebel 27 je nach Stellungsänderung zu 27′ ein Einschwen­ ken bzw. Ausfahren der Satellitenräder 104 oder 114 bewirken kann. Das dargestellte Spreizhebelprinzip ist ähnlich wie bei Regenschirmen grundsätzlich nach dem Stand der Technik bekannt.

Claims (24)

1. Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle (101) und einer Abtriebswelle (111), mit einem antriebsseitigen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satelliten­ räder (104), mit einem Zugmittel (12, 13), insbesondere einer Rollen- oder Zahnkette oder einem Zahnriemen, das (die, der) die Satellitenräder (104) formschlüssig umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle (101) über­ trägt, ferner mit einer Vorrichtung zur bevorzugt stufen­ los stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle (101, 111) zur Änderung des Über­ setzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchro­ nisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen (101, 111) bzw. zur Regulierung der Zugmittelspannung im laufen­ den Betrieb sowie mit Einrichtungen, die eine ausglei­ chende Eigendrehung der umlaufenden Satellitenräder (104, 114) während der radialen Verschiebung ihrer Achsen zulas­ sen, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) auf und relativ zu der Antriebs- (10) und/oder Abtriebsscheibe (11) in einer oder in beiden Richtungen frei laufen können oder blockiert sind, wobei die Freilauf- und/oder Blockierschaltung von der von dem Zugmittel (12, 13) ausgeübten Radialkraft und/oder von der Phasenlage der Antriebs- (10) bzw. Abtriebsscheibe (11) angesteuert oder ausgelöst wird.

2. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) auf und relativ zu der Antriebs- (10) und/oder Abtriebsscheibe (11) einen Frei­ lauf (richtungsgeschaltete Kupplung) aufweisen, der (die) in Abhängigkeit der vom Zugmittel (12, 13) auf die Satellitenräderwellen ausgeübten Radialkraft blockiert.

3. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet,daß die Satellitenradwelle als Klemmrollen­ freilauf oder Klemmkugelfreilauf (16 bis 22) ausgebildet ist.

4. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenradwelle als Hohlwelle (16) ausgebildet ist, die unter Federkraft in einem Käfig (18) liegt, wobei bei Erhöhung der Radialkraft auf die Kettenradwelle die Hohlwelle (16) gegen die Feder­ kraft verschoben wird und hierbei ein Hebel (23) ver­ schwenkt wird, der einen Zylinderkäfig (21) für die Klemmrollen oder Klemmkugeln (22) so verdreht, daß die Rollen oder Kugeln (22) in die keilförmigen Taschen (20) eines feststehenden Innen- oder Außensterns (19) getrieben werden.

5. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hebel (23) mit dem Käfig (21) für die Hohlwelle verbunden ist.

6. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) im ersten Teil des Umschlingungsbereiches der Antriebs­ seite auf einer Sekante des im übrigen kreisförmigen Bogens ablaufen und jede Satellitenradwelle über einen schwenkbaren Hebel mit einem weiteren, vorzugsweise klei­ neren Rad verbunden ist, das nach Anlage an das Zugmittel den Freilauf sperrt.

7. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der einzelnen Satellitenradwellen einen eigenen hydraulisch gesteuerten Freilauf besitzt.

8. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der Antriebs- (10) und der Abtriebsscheibe (11) nur drei Satelliten­ räder (104, 114) vorgesehen sind.

9. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß zwei axial verschiebbare Kegelscheiben (14, 15), die abstandsveränderbar gegenüber­ liegen, deren Abstandsveränderung mit der Radial­ verstellung synchronisiert ist und an denen das Zugmittel an den Flanken anliegt, das Zugmittel (13) zwischen den Satellitenrädern (104, 114) radial abstützen.

10. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen benachbarten Satellitenrädern (104, 114) mindestens ein weiteres Radialelement (106) angeordnet ist, das in bezug auf die Antriebs- (10) und/oder Abtriebsscheibe (11) synchron mit den übrigen Satellitenrädern (104, 114) verschiebbar ange­ ordnet ist und daß gleitend oder im Leerlauf rollend am Zugmittel (12, 13) anliegt.

11. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) und/oder die Radialelemente (106) zwischen den Satelliten­ rädern (104, 114) radial gefedert geführt sind und so Längendifferenzen zwischen formschlüssigen Tangentialkraftübertragungen ausgleichen können.

12. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) auf und relativ zu der Antriebs- (10) und/oder Abtriebs­ scheibe (11) eine Zwangssteuerung besitzen, die jeder radialen Position auf der Scheibe (10, 11) eine rotato­ rische Relativposition so zuordnen, daß der Abstand der Zähne der Satellitenräder (104, 114.) stets ein ganz­ zahliges Vielfaches der Teilung des formschlüssigen Zug­ mittels (12, 13) ist.

13. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Satellitenräder (104, 114) auf Stufen­ freiläufen gelagert sind, die in Lastrichtung sperren und in Gegenlastrichtung frei laufen und die Verstellung in Stufen so erfolgt, daß jede geschaltete Radialposition der Satellitenräder (104, 114) zu einem Durchmesser führt, der ein ganzzahliges Vielfaches der Zugmittelteilung ist und daß die Schaltposition der Schaltfreiläufe ebenfalls einem ganzzahligen Vielfachen der Zugmittelteilung (12, 13) ent­ spricht.

14. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) auf Stufenfreiläufen gelagert sind, die in Lastrichtung sperren und in Gegen­ lastrichtung frei laufen und daß die Schaltpositionen der Stufenfreiläufe der Zähnezahl der Satellitenräder oder der Zähnezahl der Satellitenräder dividiert durch die Zahl der Satellitenräder pro Scheibe bzw. einem ganzzahligen Viel­ fachen dieser Zahlen entspricht.

15. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebs- (10) und/oder Abtriebsscheibe (11) angeordnete Satelliten­ räder (104, 114) in verschiedenen senkrecht zur Antriebs­ und/oder Abtriebsscheibenachse (111) liegenden Ebenen angeordnet sind und mit einer Duplex-, Triplex- oder Multiplex-Kette angetrieben werden.

16. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an der Antriebs- (10) und/oder Abtriebsscheibe (11) die dortigen Satelliten räder (104, 114) über ein gemeinsames Spannelement (27, 27′) radial ein- oder auswärts bewegbar sind.

17. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) durch eine Magnetkupplung in Abhängigkeit von der Phasen­ lage der Antriebs- (10) bzw. Abtriebsscheibe (11) oder in Abhängigkeit von der vom Zugmittel ausgeübten Radialkraft blockiert oder freigeschaltet werden.

18. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) durch eine mechanische Bremse in Abhängigkeit von der Phasenlage der Antriebs- (10) bzw. Abtriebsscheibe (11) oder in Abhängigkeit von der vom Zugmittel (12, 13) ausge­ übten Radialkraft blockiert oder freigeschaltet werden.

19. Zugmittelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) durch einen Schrittschaltmotor in Abhängigkeit von der Phasenlage der Antriebs- (10) bzw. Abtriebsscheibe (11) oder in Abhängigkeit von der vom Zugmittel (12, 13) ausge­ übten Radialkraft blockiert oder freigeschaltet und in die jeweils zum Zugmittel synchrone Position gesteuert werden.

20. Zugmittelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß endseitig eines schwenkbaren Hebels (24) angeordnete Zahnräder (25, 26) vom Zugmittel (13) zusätzlich ange­ trieben werden, wobei durch Schwenkung des Hebels (24) eine Druck- oder Zugentlastung des Zugmittels (13) bewirk­ bar ist, die eine gegenläufige radiale Bewegung der Satellitenräder (104, 114) an der Antriebs- (10) und der Abtriebsseite (11) auslöst.

21. Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle (101) und eine Abtriebswelle (111), mit einem antriebsseitigen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satellitenräder (104), mit einem Zugmittel, das die Satellitenräder (104) umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle (101) überträgt, ferner mit einer Vorrich­ tung zur stufenlos stellbaren Änderung es radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle (101, 111) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchronisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebs- (10) und der Abtriebsscheibe (11) jeweils ein Synchronstift angeordnet ist, welcher der Radialbewegung in einer geeig­ neten Kulisse folge und der das Stellglied für die Drehwinkeleinstellung der Satellitenräder (104, 114) ist.

22. Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle (101) und eine Abtriebswelle (111), mit einem antriebsseitigen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satelliten­ räder (104), mit einem Zugmittel, das die Satelliten­ räder (104) umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle (101) überträgt, ferner mit einer Vorrich­ tung zur stufenlos stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle (101, 111) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchronisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen (101, 111) bzw. zur Regulierung der Zugmittelspannung im laufenden Betrieb sowie mit Einrichtungen, die eine aus­ gleichende Eigendrehung der umlaufenden Satellitenräder während der radialen Verschiebung ihrer Achsen zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Satellitenräder (104, 114) auf der Antriebsscheibe bzw. auf der Abtriebsscheibe jeweils durch ein Differentialgetriebe miteinander ver­ bunden sind.

23. Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle (101) und eine Abtriebswelle (111), mit einem antriebsseitigen Satz planetenartig umlaufender, drehbar gelagerter Satelliten­ räder (104), mit einem Zugmittel, das die Satelliten­ räder (104) umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle (101) überträgt, ferner mit einer Vorrich­ tung zur stufenlos stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle (101, 111) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchronisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen (101, 111) bzw. zur Regulierung der Zugmittelspannung im laufenden Betrieb sowie mit Einrichtungen, die eine aus­ gleichende Eigendrehung der umlaufenden Satellitenräder während der radialen Verschiebung ihrer Achsen zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß ein für die Laufdurchmesser­ verstellzeit wirksamen Freilauf vorgesehen ist.

24. Zugmittelgetriebe, mit einer Antriebswelle (101) und eine Abtriebswelle, mit einem antriebsseitigen Satz planeten­ artig umlaufender, drehbar gelagerter Satelliten­ räder (104), mit einem Zugmittel, das die Satelliten­ räder (104) umfaßt und die Antriebskraft auf die Antriebswelle (101) überträgt, ferner mit einer Vorrich­ tung zur stufenlos stellbaren Änderung des radialen Abstandes der Satellitenräder-Achsen von der Achse der Antriebs- bzw. der Abtriebswelle (101, 111) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, mit einer Einrichtung zur Synchronisation dieser Änderung zwischen den beiden Wellen (101, 111) bzw. zur Regulierung der Zugmittelspannung im laufenden Betrieb sowie mit Einrichtungen, die eine ausgleichende Eigendrehung der umlaufenden Satellitenräder während der radialen Verschiebung ihrer Achsen zulassen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Zugmittel (12, 13) in Eingriff stehenden Satelliten­ räder (104, 114) mit einer Drehwinkelsteuerung in Frei­ laufrichtung verbunden sind, womit eine bei oder nach der Laufdurchmesserverstellung auftretende ungewollte Phasen­ verschiebung durch einen Zahnversatz beseitigbar ist.