DE69826702T2

DE69826702T2 - Umlaufgetriebe

Info

Publication number: DE69826702T2
Application number: DE69826702T
Authority: DE
Inventors: Hugh John KERR
Original assignee: Ker Train Holdings Ltd
Current assignee: Ker Train Holdings Ltd
Priority date: 1997-11-03
Filing date: 1998-11-03
Publication date: 2005-02-10
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: CA2306753A1; EP1027547A2; JP2001522024A; CA2641075A1; DE69826702D1; CA2641075C; WO1999023398A3; EP1027547B1; BR9814839A; CA2306753C; US6669594B2; US6418810B1; WO1999023398A2; JP4849716B2; AU1015599A; ATE278126T1; US20020108832A1; US6126566A

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis, das eine coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife und eine Kupplungseinrichtung zum Wechseln des Getriebeverhältnisses des Getriebes enthält.
Hintergrund der Erfindung
Konventionelle Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis (US-A-1619127) enthalten gewöhnlich eine Eingangswelle, eine Ausgangswelle, ein Antriebsritzel, das mit jeder Welle gekoppelt ist, und eine Käfiganordnung, die um die Eingangs- und Ausgangswellen angeordnet ist. Die Käfiganordnung umfasst mindestens ein Paar von Gruppenzahnrädern, die mit den Antriebsritzeln gekoppelt sind und auf einer Welle montiert sind, die benachbart zu und parallel zu den Eingangs- und Ausgangswellen verläuft. Eine Kupplungseinrichtung kuppelt in ausgewählter Weise die Käfiganordnung mit dem Getriebegehäuse, um ein erstes Getriebeverhältnis zu schaffen, oder mit der Eingangs- oder der Ausgangswelle, um ein zweites Getriebeverhältnis zu schaffen. Das herkömmliche Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis kann eine Reihe von kaskadenartig angeordneten Käfiganordnungen aufweisen, um eine Vielzahl von Getriebeverhältnissen zu verwirklichen.
Das konventionelle Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis findet breite Verwendung in manuell schrittweise variablen Übertragungen. Die Herstellung und der Zusammenbau dieser Übertragungen ist jedoch schwierig, teilweise wegen der Schwierigkeit, die Zähne jedes Zahnradelements der Zahnradgruppe miteinander auszurichten. Ferner können Ausrichtungsfehler der Zahnradelemente der Gruppe auf ihrer Montagewelle eine ungleichmäßige Lastverteilung verursachen. Weiterhin sind die Gruppenzahnräder und Ritzel im Allgemeinen mit schraubenförmigen Zähnen hergestellt, um das Kontaktverhältnis zwischen den Gruppenzahnrädern und den Ritzeln zu erhöhen. Die Verwendung von schraubenförmigen Zähnen erzeugt einen Punktkontakt zwischen kongruenten Zahnflanken, was die Zähne einer hohen Kontaktspannung unterwirft.
Es wurden Versuche unternommen, um die Nachteile des konventionellen Getriebes mit variablem Übersetzungsverhältnis zu überwinden. Beispielsweise lehrt Roeder (US-Patent 2,005,167) eine schrittweise variable Übertragung, die koaxiale Eingangs- und Ausgangswellen und eine coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife enthält, die durch eine rotierende Kupplung mit der Eingangs- und der Ausgangswelle gekoppelt ist. Die coplanaren seitenverkehrte Getriebezugschleife umfasst einen mit Zähnen versehenen Abschnitt, der um die Eingangswelle herum angeordnet ist, einen ersten Zahnkranz, der um den gezahnten Abschnitt herum angeordnet ist, einen zweiten Zahnkranz, der um den ersten Zahnkranz herum angeordnet ist, und einen exzentrischen Montagering, um den ersten Zahnkranz konzentrisch gegen den gezahnten Abschnitt zu halten. Der zweite Zahnkranz ist mit der Ausgangswelle gekoppelt und ist koaxial zum gezahnten Abschnitt. Die rotierende Kupplung ist zwischen der Eingangswelle und dem Montagering gekoppelt. Wenn die Kupplung mit dem Montagering in Eingriff steht, dreht sich der Montagering mit der Eingangswelle, wodurch ein erstes Getriebeverhältnis der Einheit geschaffen wird. Wenn die Kupplung vom Montagering freikommt, halten ein Paar gezahnter Ringe, die am Übertragungsgehäuse befestigt sind, den Montagering gegen Drehung fest, wodurch ein zweites Getriebeverhältnis geschaffen wird. Da die Übertragung nicht erfordert, dass mehrere Zahnräder auf einer gemeinsamen Welle montiert sind, reduziert die Konstruktion die Ausrichtprobleme, die beim konventionellen Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis auftreten.
Getriebewechsel werden verursacht, indem man das innere Ende der Eingangswelle mit einer Reihe sich axial erstreckender Zähne für einen Gleiteingriff mit einer gleichermaßen gezahnten Nabe ausbildet, die auf der Eingangswelle getragen wird. Die Nabe ist mit einem klinkengezahnten Zylinder gekoppelt, der mit einem ähnlich gezahnten Zylinder in Eingriff steht, der mit der Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Die Drehkupplung ist mit Betätigungsarmen versehen, die mit einem Nocken in Eingriff stehen, der an der Eingangswelle ausgebildet ist. Wenn auf die Ausgangswelle wenig oder keine Belastung ausgeübt wird, steht die Kupplung mit dem Montagering in Eingriff, um dadurch das erste Getriebeverhältnis zu erzeugen. Wenn jedoch die Belastung an der Übertragung ansteigt, drücken die Klinkenzähne auf die Eingangswelle, um diese axial zu verlagern. Im Ergebnis übt der Nocken Druck auf den Betätigungsarm aus, wodurch die Kupplung vom Montagering freikommt und das zweite Getriebeverhältnis erzeugt.
Die durch Roeder gelehrte Übertragung enthält eine Reihe von kaskadenartigen, coplanar spiegelverkehrten Getriebezug-Kupplungsanordnungen, um eine Vielzahl von Getriebeverhältnissen zu schaffen. Da jedoch die Getriebeänderungen durch eine axiale Verlagerung der entsprechenden Eingangswellen verursacht werden, ist die Übertragung nur fähig, Getriebeverhältnisse zu erzeugen, bei denen entweder alle coplanaren Getriebeschleifen zusammen mit ihrer entsprechenden Eingangswelle rotieren, oder eine der coplanaren Getriebeschleifen dreht sich mit ihrer entsprechenden Eingangswelle und die Montageringe aller vorangegangener coplanarer Getriebeschleifen werden gegen Drehung festgehalten. Demzufolge ist die Gesamtzahl der verfügbaren Getriebeverhältnisse begrenzt. Weiterhin sind die Herstellungs- und Montagekosten unnötig erhöht, da die Übertragung sowohl eine Drehkopplung als auch gezahnte Ringe erfordert, die mit dem Übertragungsgehäuse verbunden sind. Demgemäß verbleibt ein Bedürfnis an einem Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis, das die Ausrichtprobleme reduziert, die im Stand der Technik vorhanden sind, ohne die Anzahl verfügbarer Getriebeverhältnisse zu begrenzen, und ohne die Herstellungs- und Montagekosten unnötig zu erhöhen.
Es wurden weiterhin Versuche gemacht, Getriebeelemente mit einem erhöhten Kontaktverhältnis zwischen kongruenten Zahnflanken zu erzeugen. So lehrt beispielsweise Rennerfelt (US-Patent 5,030,184) ein exzentrisches Getriebe mit einem festen Stirnrad mit inneren Zähnen, einem exzentrischen Nocken, der an der Eingangswelle des exzentrischen Getriebes befestigt ist und einem exzentrischen Getrieberad, das drehbar gekoppelt ist mit dem exzentrischen Nocken und Zähne aufweist, die mit den inneren Zähnen des festen Stirnrads kämmen. Die Zähne des exzentrischen Getrieberads und die Zähne des festen Stirnrads sind durch Profilverlagerung korrigiert, um Kollisionen zwischen den Zähnen zu verhindern und durch Abstumpfen korrigiert, um Kollisionen zwischen den Vorsprüngen zu verhindern. Der Patentinhaber stellt fest, dass die beschriebene Profilverlagerung und Abstumpfung die Anzahl der in Eingriff befindlichen Zähne erhöht. Der Patentinhaber bestätigt jedoch weiterhin, dass theoretisch nur ein Zahn in jeder Belastungsrichtung gleichzeitig in Eingriff ist, und dass in der Praxis man eine größere Anzahl von Zähnen im Eingriff erreichen kann, nur wenn man sich auf die flexible Natur der Zähne verlässt. Eine derartige Praxis kann jedoch nur die Spannung in jedem Zahn erhöhen. Demgemäß verbleibt ein Bedürfnis an einem Getriebe, das Zahnräder aufweist, die mit Zähnen hergestellt sind, die so geformt sind, dass sie das Kontaktverhältnis das zwischen kongruenten Zahnflanken erhöht, um dadurch die Kontaktspannung an den Zahntragflächen reduziert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis zu schaffen, das eine reduzierte Empfindlichkeit im Hinblick auf die Zahnradausrichtung aufweist und eine größere Anzahl verfügbarer Getriebeverhältnisse im Vergleich mit Getrieben des Standes der Technik aufweist.
Gemäß Anspruch 1 schafft die vorliegende Erfindung eine Getriebeanordnung mit variablem Übersetzungsverhältnis, die Drehmomenteingangsmittel, Drehmomentausgangsmittel, mindestens zwei unabhängig variable, coplanar spiegelverkehrte Getriebezugschleifen und eine Kupplung enthält, um ein Getriebeverhältnis der Getriebeschleifen zu variieren. Eine erste der coplanar spiegelverkehrten Getriebezugschleifen umfasst ein erstes Drehmomenteingangsteil, ein erstes Drehmomentausgangsteil und ein erstes reaktionsfähiges Element oder Reaktionselement, während eine zweite der coplanar spiegelverkehrten Getriebezugschleifen ein zweites Drehmomenteingangselement, ein zweites Drehmomentausgangselement und ein zweites reaktionsfähiges Teil enthält. Das erste Drehmomenteingangselement ist mit dem Drehmomenteingangsmittel gekoppelt, das erste Drehmomentausgangselement ist mit dem Drehmomentausgangsmittel gekoppelt, und das erste reaktionsfähige Element ist mit dem zweiten Drehmomenteingangselement gekoppelt. Die Kupplung ist mit der zweiten coplanar spiegelverkehrten Getriebezugschleife gekoppelt, um in ausgewählter Weise mindestens ein Element aus der Gruppe des zweiten reaktionsfähigen Elements und des zweiten Drehmomentausgangselements aus einer Kupplung mit entweder dem Drehbezug, oder dem Drehmomenteingangsmittel oder dem Drehmomentausgangsmittel in eine Kupplung mit einem anderen Element der Gruppe aus Drehreferenz, Drehmomenteingangsmittel und Drehmomentausgangsmittel umzuschalten.
In einer Ausführungsform enthält die Kupplung erste Kupplungsmittel, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element gekoppelt sind, um das zweite reaktionsfähige Element aus einer Kupplung mit entweder dem Drehbezug oder dem Drehmomenteingangsmittel umzuschalten in eine Kupplung mit dem Drehmomenteingangsmittel oder dem Drehbezug, und enthält weiterhin zweite Kupplungsmittel, die mit dem zweiten Ausgangselement gekoppelt sind, um das zweite reaktionsfähige Element aus einer Kupplung mit dem Drehbezug oder der Drehmomentausgangseinrichtung in eine Kupplung mit der Drehmomentausgangseinrichtung oder dem Drehbezug umzuschalten.
In einer weiteren Ausführungsform enthält die Kupplung erste Kupplungsmittel, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element gekoppelt sind, und zweite Kupplungsmittel, die mit dem zweiten Ausgangselement gekoppelt sind, um jeweils das zweite reaktionsfähige Element und das zweite Ausgangselement aus einer Kupplung mit entweder dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln in eine Kupplung mit entweder dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln umzuschalten.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Kupplung erste Kupplungsmittel, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element zum Kuppeln des zweiten reaktionsfähigen Elements mit entweder dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln oder den Drehmomentausgangsmitteln zu koppeln, und enthält zweite Kupplungsmittel, die mit dem zweiten Ausgangselement zum Umschalten des zweiten Ausgangselements aus einer Kupplung mit entweder dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln in eine Kupplung mit entweder den Drehmomenteingangsmitteln oder dem Drehbezug umzuschalten.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel enthält die Kupplung erste Kupplungsmittel, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element gekoppelt ist, um das zweite reaktionsfähige Element mit dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln oder den Drehmomentausgangsmitteln zu koppeln, und enthält zweite Kupplungsmittel, die mit dem zweiten Ausgangselement gekoppelt sind, um das zweite Ausgangselement aus einer Kupplung mit dem Drehbezug oder den Drehmomenteingangsmitteln in eine Kupplung mit den Drehmomenteingangsmitteln oder der Drehreferenz umzuschalten.
Um weiterhin die Herstellungs- und Montagekosten zu reduzieren, und um den Betrieb der Getriebeanordnung zu vereinfachen, enthält die Kupplung in jedem Ausführungsbeispiel eine binäre oder Doppelkupplung mit einem Paar Kupplungselemente, wobei jedes Kupplungselement einen Satz konzentrischer Nuten aufweist, die jeweils in ihrer inneren Oberfläche angeordnet sind, wobei eines der Kupplungsteile zum Kuppeln entweder mit den Drehmomenteingangsmitteln oder den Drehmomentausgangsmitteln angepasst ist, und wobei ein weiteres Kupplungselement zum Kuppeln mit den Drehmomentausgangsmitteln oder den Drehmomenteingangsmitteln ausgebildet ist. Ein interaktives Element ist zwischen den beiden Kupplungselementen angeordnet. Das interaktive Element enthält ein Paar gegenüberliegender Oberflächen und ist zum Kuppeln mit einem reaktionsfähigen Element ausgebildet. Eine erste dieser Oberflächen enthält eine Vielzahl konzentrischer Nuten, die mit einem der Nutensätze eingreifen, und eine zweite der Oberflächen enthält eine Vielzahl konzentrischer Nuten, die mit einem anderen der Nutensätze eingreift. Ein Kupplungsbetätiger ist mit dem interaktiven Element gekoppelt, um das interaktive Element zwischen einer ersten Position, in der es mit einem ersten der Kupplungselement in Eingriff steht, und einer zweiten Position, in dem es mit einem zweiten der Kupplungselemente in Eingriff steht, zu bewegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend und nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, wobei:
1 eine axiale Querschnittsdarstellung der Getriebeanordnung mit variablern Übersetzungsverhältnis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
2 und 3 auseinandergezogene Darstellungen der Getriebeanordnung mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß 1 sind;
4 eine axiale Querschnittsdarstellung einer kinematischen Anordnung der Benutzung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
5a–5f schematische Darstellungen der sechs kinematischen Anordnungen der Benutzung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife sind;
6a eine axiale Querschnittsdarstellung einer Abwandlung der Getriebeanordnung mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß 1 ist, die eine hydraulische Bandkupplung verwendet;
6b–6c Querschnittsdarstellungen der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife sind, die in der in 6a gezeigten Getrebeanordnung verwendet wird;
7a eine auseinandergezogene Darstellung der Bandkupplung ist, die mit der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß den 6b–6c verwendet wird;
7b eine auseinandergezogene Darstellung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß den 6b–6c ist;
8a eine axiale Querschnittsdarstellung einer weiteren Abwandlung der Getriebeanordnung mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß 1 ist, die eine neue binäre Kupplung verwendet;
8b eine auseinandergezogene Darstellung der der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife ist, die in der Getriebeanordnung gemäß 8a verwendet wird;
9a eine axiale Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, die mehrere Zahnringe in der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife verwendet;
9b eine auseinandergezogene Darstellung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß 9a ist;
10a eine axiale Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, die mehrere Antriebsritzel in der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife enthält;
10b eine auseinandergezogene Darstellung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß 10a ist;
11 eine schematische Darstellung einer kinematischen Anordnung des Gebrauchs der coplanar seitenverkehrten Getrebezugschleife mit vier Übersetzungsverhältnissen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
12 schematische Darstellungen von 36 kinematischen Anordnungen des Gebrauchs der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife mit vier Übersetzungsverhältnissen gemäß 11 aufzeigt;
13 schematische Darstellungen von 12 kinematischen Anordnungen des Gebrauchs einer Abwandlung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gemäß 11 mit vier Übersetzungsverhältnissen zeigt;
14 schematische Darstellungen von 5 kinematischen Anordnungen im Gebrauch einer coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife mit 5 Übersetzungsverhältnissen aufzeigt, die die Merkmale der in den 12 und 13 gezeigten vier Stufen enthält;
15 eine schematische Darstellung einer Struktur mit zwei coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen gemäß der Erfindung ist, die einen Rückwärts- und zwei Vorwärtsübersetzungsstufen zeigen kann;
16 eine schematische Darstellung einer Struktur mit zwei coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen gemäß der Erfindung ist, die fähig ist, entweder drei Vorwärts-Übersetzungsstufen oder eine Rückwärts- und zwei Vorwärts-Übersetzungsstufen zu bilden;
17a eine axiale Querschnittsdarstellung eines Differentials gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
17b eine auseinandergezogene Darstellung des Differentials gemäß 17a ist;
18a eine axiale Querschnittsdarstellung eines Differentials gemäß der vorliegenden Erfindung mit begrenzter Wirkung ist;
18b eine auseinandergezogene Darstellung des Differentials gemäß 18a mit begrenzter Wirkung ist;
19a, 19b Querschnittsdarstellungen einer coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife sind, die eine konventionelle Evolventenverzahnung aufweist;
21a–21d Diagramme sind, die die Wirksamkeit der Evolventenverzahnung darstellen;
22a, 22b Diagramme sind, die die Kontaktwinkel der Kopfhöhenformflanken für unterschiedliche Getriebesätze darstellen;
23 eine Querschnittsdarstellung eines Kopfhöhenformzahns ist, wenn der Kongruenzwinkel vom Zentrum weg gelenkt ist;
24a–24d Diagramme sind, die ein weiteres Verfahren zum Erzeugen von Getriebezonen mit Kopfhöhenflanken zeigen;
25a–25f Diagramme sind, die ein Layout einer Viergeschwindigkeits-Rollstuhlübertragung mit einer manuellen Geschwindigkeitsauswahl darstellen;
26a–26d Diagramme sind, die ein Layout einer Dreigeschwindigkeits-Treibbereich-Fahrrad-Nabenübertragung mit Schaltmöglichkeit während des Betriebs darstellen;
27a–27e Diagramme sind, die ein Layout einer Fahrrad-Nabenübertragung mit 16 Geschwindigkeiten und Geschwindigkeitserhöhung und mit einer Schaltfähigkeit im Gebrauch darstellen; und
28a–28f Diagramme sind, die ein Verfahren zum Erzielen von Kopfhöhenflanken-Getriebezähnen für einen Doppel-Ritzel/Ring-Getriebesatz darstellen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 ist ein Getriebe 100 mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die eine rotierende Eingangswelle 102, eine rotierende Ausgangswelle 104, die koaxial mit der Eingangswelle 102 ist, eine erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106, die mit der Eingangswelle 102 verbunden ist, eine zweite, coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108, die mit dem Ausgang der ersten, coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 verbunden ist, und eine dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110 enthält, die zwischen den Ausgang der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 und der Ausgangswelle 104 verbunden ist. Das Getriebe 100 mit variablem Übersetzungsverhältnis enthält ferner eine Kupplung 112, die individuell als binäre Kupplungen 112a, 112b, 112c gezeigt sind, die jeweils mit sowohl der ersten coplanaren seitenverkehrten Getriebezugschleife 106, als auch der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 108 als auch der dritten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 110 gekoppelt sind, um die Richtung und die Geschwindigkeit der Drehung der Ausgangswelle 104 zu variieren. Wie näher erläutert werden wird, kann jede Kupplung 112a, 112b, 112c unabhängig betätigt werden, um die Geschwindigkeitsverhältnisse der ersten, zweiten und dritten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 106, 108, 110 unabhängig voneinander und unabhängig von der Richtung der Drehung der Ausgangswelle 104 zu verändern. Dadurch bietet die Erfindung eine verbesserte Flexibilität und eine größere Anzahl von Getriebeverhältnissen im Vergleich mit dem Stand der Technik.
In 2 ist die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106 gezeigt und sie enthält ein außenverzahntes Antriebsritzel 114, das mit der Eingangswelle 102 verkeilt ist, einen innenverzahnten Zahnring 106, der um das Antriebsritzel 114 angeordnet ist, und sich koaxial mit dem Antriebsritzel 114 erstreckt, und ein Gruppenzahnradelement, das mit dem Antriebsritzel 114 und dem Zahnring 116 in Eingriff steht. Das Gruppenzahnradelement umfasst einen Zahnkranz 118 und einen Käfig (wie unten beschrieben); um den Zahnkranz 118 coplanar mit dem Antriebsritzel 114 und dem Zahnring 116 anzuordnen. Der Zahnkranz 118 hat eine gezahnte innere Oberfläche 120 zum Eingriff mit der gezahnten äußeren Oberfläche 122 des Antriebsritzels 114, und eine gezahnte äußere Oberfläche 124 zum Eingriff mit der gezahnten inneren Oberfläche 126 des Zahnrings 116. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die Erfindung nicht auf gezahnte Getriebeelemente beschränkt ist, sondern auch coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleifen enthält, die ungezahnte Getrieberäder hat.
Der Käfig umfasst ein erstes scheibenförmiges Käfigelement 128a, das an der Eingangswelle 102 befestigt ist, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 128b, das parallel zum ersten Käfigelement 128a ist, ein Paar hohler, sichelförmiger Elemente 130, 132, die sich axial zwischen den scheibenförmigen Käfigelementen 128a, 128b erstrecken, und Lager 124a, 124b, die an gegenüberliegenden Endflächen des Zahnkranzes 118 vorgesehen sind, damit der Zahnkranz 118 zwischen den ersten und zweiten Käfigelementen 128a, 128b rotieren kann. Die ersten und zweiten Käfigelemente 128a, 128b erstrecken sich quer zur Achse der Eingangswelle 102 und enthalten sichelförmige Kanäle 136a, 138a und sichelförmige Kanäle 136b, 138b, die jeweils darin ausgebildet sind, um die Enden der sichelförmigen Elemente 130, 132 aufzunehmen. Die ersten und zweiten Käfigelemente 128a, 128b und die sichelförmigen Elemente 130, 132 sind miteinander verschweißt und drehen sich mit der Eingangswelle 102 als feste Einheit. Das sichelförmige Element 130 ist zwischen der gezahnten, äußeren Oberfläche 122 des Antriebsritzels 114 und der inneren gezahnten Oberfläche 120 des Zahnkranzes 118 angeordnet, während das sichelförmige Element 132 zwischen der gezahnten inneren Oberfläche 126 des Zahnrings 116 und der gezahnten äußeren Oberfläche 124 des Zahnkranzes 118 angeordnet ist. Die sichelförmigen Elemente 130, 132 sind um einen Abstand radial von der Achse der Eingangswelle 102 verlagert, um dem Zahnkranz 118 eine Drehachse zu verleihen, die bezüglich der Achse der Eingangswelle 102 exzentrisch ist.
Die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106 enthält weiterhin eine binäre Kupplung 112a, die mit der Querfläche 140 des Zahnrings 116 gekoppelt ist. Die Binärkupplung 112a ist im Wesentlichen ähnlich der Binärkupplung 112b, die mit der zweiten coplanar seitenverkehrten Getrebezugschleife 108 gekoppelt ist, und der Binärkupplung 112c, die mit der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 110 gekoppelt ist, und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die zweiten und dritten coplanaren, seitenverkehrten Getriebezugschleifen 108, 110 beschrieben. Um jedoch den Betrieb der ersten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 verstehen zu helfen, wird eine Kurzbeschreibung der Binärkupplung 112a gegeben.
Wie 1 zeigt, umfasst die Binärkupplung 112a ein erstes scheibenförmiges Kupplungselement 142a, das gegen Drehung am Gehäuse 144 des Getriebes 100 befestigt ist, ein zweites scheibenförmiges Kupplungselement 142b, das auf den äußeren Zähnen 146 der Eingangswelle 102 sitzt, ein scheibenförmiges, interaktives Kupplungselement 148, das an der Querfläche 140 des Zahnrings 116 durch eine Wellenfeder 150 befestigt ist. Das erste und zweite Kupplungselement 142a, 142b enthält jeweils einen Satz konzentrischer Nuten, die an einer ihrer entsprechenden inneren Oberfläche ausgeformt sind. Das interaktive Kupplungselement 148 ist zwischen den ersten und zweiten Kupplungselementen 142a, 142b angeordnet und enthält einen ersten Satz konzentrischer Nuten, die an einer ihrer Oberflächen ausgebildet sind zum Eingriff mit den konzentrischen Nuten, die am ersten Kupplungselement 142 ausgebildet sind, und einen zweiten Satz konzentrischer Nuten, die an der gegenüberliegenden Oberfläche zum Eingriff mit den konzentrischen Nuten ausgebildet sind, die am zweiten Kupplungselement 142b ausgebildet sind. Das interaktive Element 148 ist mit einem Kupplungsbetätiger 152 gekoppelt, der mit der Wellenfeder 150 zusammenwirkt, um das interaktive Element 148 zwischen einer ersten Position, in der der Zahnring 116 mit dem ersten Kupplungselement 142a gekoppelt ist, und einer zweiten Position axial zu verlagern, in der der Zahnring 116 mit dem zweiten Kupplungselement 142b gekoppelt ist.
Im Betrieb, wenn der Betätiger 152 aktiv ist, wird das interaktive Element 148 gegen das erste Kupplungselement 142a gedrückt, wodurch der Zahnring 116 am Gehäuse 144 gegen Drehung festgelegt wird. Wenn sich die Eingangswelle 102 dreht, werden der Käfig und der Zahnkranz 118 in eine Drehung in die gleiche Richtung wie die Eingangs welle 102 gezwungen, was bewirkt, dass das Antriebsritzel 114 sich mit einem ersten Geschwindigkeitsverhältnis (wird unten beschrieben) in einer Richtung dreht, die der Drehrichtung der Eingangswelle 102 entgegengesetzt ist. Wenn jedoch der Betätiger 152 inaktiv ist, drückt die Wellenfeder 150 das interaktive Element 148 gegen das zweite Kupplungselement 142b, wodurch der Zahnring 116 mit der Eingangswelle 102 gekoppelt wird. Dadurch rotieren der Zahnring 116, der Käfig und der Zahnkranz 118 als gesamte Einheit, wenn sich die Eingangswelle 102 dreht, was bewirkt, dass das Antriebsritzel 114 in der gleichen Richtung und mit der gleichen Drehgeschwindigkeit dreht, wie die Eingangswelle 102 rotiert. Es ist deshalb festzustellen, dass bei der ersten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 der Käfig als Drehmomenteingangselement, der Zahnring 116 als reaktionsfähiges Element und das Antriebsritzel 114 als Drehmomentausgangselement wirken, was die Drehrichtung ändert, in Abhängigkeit von der axialen Position des interaktiven Elements 148.
Die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108 wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Wie hier gezeigt, umfasst die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108 ein Antriebsritzel 214, das als Teil des Antriebsritzels 114 ausgebildet und koaxial zu ihm ist, einen innenverzahnten Zahnring 216, der um das Antriebsritzel 214 angeordnet und koaxial mit dem Antriebsritzel 214 ist, und ein Gruppengetriebeelement, das mit dem Antriebsritzel 214 und dem Zahnring 216 in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 218 und einen Käfig, um den Zahnkranz 218 coplanar mit dem Antriebsritzel 214 und dem Zahnring 216 anzuordnen. Der Zahnkranz 218 hat eine gezahnte innere Oberfläche 220 zum Eingriff mit der gezahnten äußeren Oberfläche 222 des Antriebsritzels 214, sowie eine gezahnte äußere Oberfläche 224 zum Eingriff mit der gezahnten inneren Oberfläche 226 des Zahnrings 216.
Der Käfig umfasst ein erstes scheibenförmiges Käfigelement 228a, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 228b, das parallel zum ersten Käfigelement 228a angeordnet ist, ein Paar hohler sichelförmiger Elemente 230, 232, die sich axial zwischen den scheibenförmigen Käfigelementen 228a, 228b erstrecken und Lager 234a, 234b, die an gegenüberliegenden Stirnflächen des Zahnkranzes 218 vorgesehen sind, um zu gestatten, dass sich der Zahnkranz 218 zwischen den ersten und zweiten Käfigelementen 228a, 228b drehen kann. Die ersten und zweiten Käfigelemente 228a, 228b erstrecken sich quer zur Achse der Eingangswelle 104 und umfassen sichelförmige Kanäle 236a, 238a und sichelförmige Kanäle 236b, 238b, die jeweils dahin ausgebildet sind, um die Enden der sichelförmigen Elemente 230, 232 aufzunehmen. Die ersten und zweiten Käfigelemente 238a, 238b und die sichelförmigen Elemente 230, 232 sind miteinander verschweißt und drehen als feste Einheit. Das sichelförmige Element 230 ist zwischen der gezahnten äußeren Oberfläche 222 des Antriebsritzels 218 und der gezahnten inneren Oberfläche 220 des Zahnkranzes 218 angeordnet, wogegen das sichelförmige Element 232 zwischen der gezahnten inneren Oberfläche 226 des Zahnringes 216 und der gezahnten äußeren Oberfläche 224 des Zahnkranzes 218 angeordnet ist. Die sichelförmigen Elemente 230, 232 sind radial um einen Abstand von der Achse der Eingangswelle 102 versetzt, um den Zahnkranz 218 mit einer Drehachse zu versehen, die exzentrisch zur Achse der Eingangswelle 102 verläuft.
Die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108 enthält ebenfalls eine neuartige binäre Kupplung 112b, die mit dem ersten Käfigelement 128a gekuppelt ist. Wie 3 zeigt, ist die binäre Kupplung 112b so gezeichnet, dass sie ein Kupplungsgehäuse 240 aufweist, das am ersten Käfigelement 228 befestigt ist, ein erstes scheibenförmiges Kupplungselement 242a aufweist, das gegen Drehung am Gehäuse 144 der Getriebebox 100 befestigt ist, ein zweites scheibenförmiges Kupplungselement 242b aufweist, das mit den äußeren Zähnen 122 des Antriebsritzels 114 verbunden ist, ein drittes scheibenförmiges Kupplungselement 242c aufweist, das benachbart der äußeren Oberfläche des zweiten scheibenförmigen Kupplungselements 242b vorgesehen ist und Laschen aufweist, um das dritte Kupplungselement 242c am Kupplungsgehäuse 240 zu befestigen, und ein scheibenförmiges, interaktives Kupplungselement 248 aufweist, das zwischen den ersten und zweiten Kupplungselementen 242a, 242b und Wellenfedern 250 angeordnet ist, die zwischen dem Kupplungsgehäuse 240 und dem interaktiven Kupplungselement 248 angeordnet sind.
Das erste Kupplungselement 242a enthält einen Satz konzentrischer V-Nuten 244a, die an seiner inneren Oberfläche ausgebildet sind. In gleicher Weise enthält das dritte Kupplungselement 242c einen Satz konzentrischer V-Nuten 244c, die an seiner inneren Oberfläche ausgebildet sind. Das zweite Kupplungselement 242b enthält einen ersten Satz konzentrischer V-Nuten 246, die an seiner inneren Oberfläche ausgebildet sind, und einen zweiten Satz konzentrischer V-Nuten 247, die an seiner äußeren Oberfläche ausgebildet sind, die mit den konzentrischen V-Nuten 244c kämmen, die am dritten Kupplungselement 242c ausgebildet sind. Das interaktive Kupplungselement 248 enthält eine Vielzahl von Schlitzen 253, die gleichermaßen geformte Laschen 254 beaufschlagen, die im Kupplungsgehäuse 240 zum Drehen des Kupplungsgehäuses 240 zusammen mit dem interaktiven Element 248 ausgebildet sind. Das interaktive Element 248 enthält weiterhin einen ersten Satz konzentrischer V-Nuten 249, die an seiner inneren Oberfläche ausgebildet sind, die mit den konzentrischen V-Nuten 244a kämmen, die am ersten Kupplungselement 242a ausgebildet sind, und enthält einen zweiten Satz konzentrischer V-Nuten 251, die an der gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet sind, zum Kämmen mit den konzentrischen V-Nuten 246, die am zweiten Kupplungselement 242 ausgebildet sind. Der radial äußere Rand des interaktiven Elements 248 ist mit einem Kupplungsbetätiger 242 gekoppelt, der mit der Wellenfeder 250 wirkt für eine axiale Verlagerung des interaktiven Elements 248 zwischen einer ersten Position, die den Käfig mit dem ersten Kupplungselement 242a kuppelt und einer zweiten Position, die den Käfig mit dem zweiten und dritten Kupplungselement 242b, 242c koppelt. Da die binären Kupplungen 112a, 112b, 112c jeweils V-Nuten verwenden, wird der Reibflächenbereich der Kupplung vergrößert, wodurch die Anzahl der Platten und Scheiben, die in einer Kupplungspackung erforderlich ist, verringert wird. Da ferner die Trennung der Scheiben sehr viel positiver ist als bei konventionellen Kupplungspackungen, wird der Kupplungsplatten-Öffnungswiderstand nahezu eliminiert.
Wenn während des Betriebs der Betätiger 252 aktiv ist, wird das interaktive Element 248 gegen das erste Kupplungselement 242a gedrückt, wodurch das Kupplungsgehäuse 240 und der Käfig gegen Drehung am Gehäuse 144 festgelegt werden. Wenn sich das Antriebsritzel 114 dreht, drehen sich das Antriebsritzel 214 und der Zahnkranz 218, was bewirkt, dass sich der Zahnring 216 mit einem ersten Geschwindigkeitsverhältnis (unten beschrieben) dreht. Wenn jedoch der Betätiger 252 inaktiv ist, drückt die Wellenfeder 250 das interaktive Element 248 gegen das zweite Kupplungselement 242b, wodurch das Kupplungsgehäuse 240 und der Käfig mit dem Antriebsritzel 214 gekuppelt werden. Dadurch rotieren, wenn das Antriebsritzel 114 rotiert, das Antriebsritzel 214, der Käfig und der Zahnkranz 218 als gesamte Einheit, was bewirkt, dass sich der Zahnring 216 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie das Antriebsritzel 214 dreht. Dadurch ist klar, dass in der zweiten coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108 das Antriebsritzel 214 als Drehmomenteingangselement, der Käfig als Reaktionselement und der Zahnring 216 als Drehmomentausgangselement wirken, was die Drehgeschwindigkeit verändert in Abhängigkeit von der axialen Position des interaktiven Elements 248.
Die dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110 ist im Wesentlichen ähnlich den ersten und zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 106, 108. Wie wiederum in den 1 und 2 gezeigt, umfasst die dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110 ein Antriebsritzel 318 mit äußeren Zähnen 322, 323, einen innenverzahnten Zahnring 316, der um das Antriebsritzel 314 angeordnet ist und mit der Ausgangswelle 104 verbunden ist, und ein Gruppengetriebeelement, das mit den Antriebsritzel 314 und dem Zahnring 316 in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 318 und einen Käfig zum Anordnen des Zahnkranzes 318 coplanar mit dem Antriebsritzel 314 und dem Zahnring 316. Der Zahnkranz 318 hat eine gezahnte innere Oberfläche 320 zum Eingriff mit der gezahnten äußeren Oberfläche 322 des Antriebsritzels 314, und eine gezahnte äußere Oberfläche 324 zum Eingriff mit der gezahnten inneren Oberfläche 326 des Zahnrings 316.
Der Käfig umfasst ein erstes scheibenförmiges Käfigelement 328a, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 328b, parallel zum ersten Käfigelement 328a und mit dem Zahnring 316 gekoppelt, ein Paar hohler sichelförmiger Elemente 330, 332 und Lager 234a, 234b. Die ersten und zweiten Käfigelemente 228a, 228b umfassen sichelförmige Kanäle 336a, 338a und sichelförmige Kanäle 336b, 338b. Die sichelförmigen Elemente 330, 332 sind radial um einen Abstand gegenüber der Achse der Eingangswelle 102 verlagert, um den Zahnkranz 318 mit einer Drehachse zu versehen, die exzentrisch zur Achse der Eingangswelle 102 ist.
Die dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110 enthält weiterhin eine binäre Kupplung 112c, die mit dem Antriebsritzel 314 gekoppelt ist. Wie 3 zeigt, umfasst die binäre oder Doppelkupplung 112c ein Kupplungsgehäuse 340, das mit den äußeren Zähnen 323 des Antriebsritzels 314 verbunden ist, erste und dritte scheibenförmige Kupplungselemente 342a, 342c, ein zweites scheibenförmiges Kupplungselement 342b, das mit dem ersten Käfigelement 328a verbunden ist, ein scheibenförmiges, interaktives Kupplungselement 348, das zwischen den ersten und zweiten Kupplungselementen 342a, 342b angeordnet ist, und Wellenfedern 350, die zwischen dem Kupplungsgehäuse 240 und dem interaktiven Kupplungselement 348 angeordnet sind. Das erste und dritte Kupplungselement 342a, 342c enthält jeweils konzentrische V-Nuten 344a, 344c. Das zweite Kupplungselement 342b enthält konzentrische V-Nuten 346, 347, die an gegenüberliegenden Seiten des Elements ausgebildet sind. In gleicher Weise enthält das interaktive Kupplungselement 348 konzentrische V-Nuten 349, 351, die an gegenüberliegenden Oberflächen des Elements ausgebildet sind. Das interaktive Kupplungselement 348 enthält weiterhin eine Vielzahl von Schlitzen 353, die ähnlich geformte Laschen 354 beaufschlagen, die am Kupplungsgehäuse 340 ausgebildet sind, um das Kupplungsgehäuse 340 zusammen mit dem interaktiven Element 348 zu drehen. Der radial äußere Rand des interaktiven Elements 348 ist mit einem Kupplungsbetätiger 352 gekoppelt, der mit den Wellenfedern 350 für eine axiale Verlagerung des interaktiven Elements 348 zwischen einer ersten Position, in der das Antriebsritzel 314 mit dem ersten Kupplungselement 342a gekoppelt ist, und einer zweiten Position, in dem das Antriebsritzel 314 mit den zweiten und dritten Kupplungselementen 342b, 342c gekoppelt sind, zusammenwirkt.
Wenn im Betrieb der Betätiger 352 aktiv ist, wird das interaktive Element 348 gegen das erste Kupplungselement 342a gedrückt, um dadurch das Antriebsritzel 314 am Gehäuse 144 gegen Drehung zu sichern. Wenn der Käfig und das Kupplungsgehäuse 340 rotieren, rotiert der Zahnkranz 318 ebenfalls, was den Zahnring 316 veranlasst, sich mit einem Geschwindigkeitsverhältnis (unten beschrieben) zu drehen. Wenn jedoch der Betätiger 352 inaktiv ist, drückt die Wellenfeder 350 das interaktive Element 348 gegen das zweite Kupplungselement 342b, wodurch der Käfig und das Kupplungsgehäuse 340 mit dem Antriebsritzel 314 gekoppelt sind. Im Ergebnis rotieren, wenn der Zahnring 216 rotiert, das Antriebsritzel 314, der Käfig und der Zahnkranz 318 als gesamte Einheit, was bewirkt, dass sich der Zahnring 316 und die Ausgangswelle 104 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie der Zahnring 216 drehen. Es ist demzufolge festzustellen, dass in der dritten coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110 der Käfig als das Drehmomenteingangselement, das Antriebsritzel 314 als ein reaktives Element und der Zahnring 316 als ein Drehmomentausgangselement wirken, was die Drehgeschwindigkeit verändert, abhängig von der axialen Position des interaktiven Elements 348. Da die binären Kupplungen 112 alle unabhängig betätigbar sind, kann das Geschwindigkeitsverhältnis jeder der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 106, 108, 110 unabhängig voneinander verändert werden. Da weiterhin jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106, 108, 110 entweder ein Einheits-Geschwindigkeitsverhältnis oder ein Geschwindigkeitsverhältnis außer der Einheit aufweisen kann, in Abhängigkeit vom Zustand der entsprechenden binären Kupplung 112a, 112b, 112c, und da der Ausgang (Antriebsritzel 114) der ersten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 mit dem Eingang (Antriebsritzel 214) der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 108 gekuppelt ist, und der Ausgang (Zahnring 216) der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 108 mit dem Eingang (Käfig) der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 110 gekuppelt ist, kann das Getriebe 100 mit variablem Übersetzungsverhältnis eine von acht möglichen Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Ein Hinzufügen von coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen wird die Anzahl der Geschwindigkeitsverhältnisse, die für jede zugefügte Schleife verfügbar sind, verdoppeln. Es ist demzufolge möglich, ein Getriebe zu konstruieren, das 2ⁿ Getriebeverhältnisse aufweist, wobei n eine positive ganze Zahl, einschließlich 1, ist und die Anzahl der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen repräsentiert. Das Vorsehen einer solchen großen Anzahl von Getriebeverhältnissen ohne eine wesentliche Erhöhung der Herstellungs- oder Montagekosten bedeutet einen merklichen Vorteil gegenüber herkömmlichen Getrieben.
Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das nichteinheitliche Geschwindigkeitsverhältnis, das durch die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106 erzeugt wird, unterschiedlich bezüglich des nichteinheitlichen Geschwindigkeitsverhältnisses, das durch die zweite und die dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108, 110 erzeugt wird. Dieses Ergebnis ist eine Folge des Aufbringens eines Drehmoments und des Abnehmens eines Drehmoments von unterschiedlichen Elementen jeder coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife. Bei der ersten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 106 ist das Drehmomenteingangselement 106 der Käfig, das Drehmomentausgangselement ist das Ritzel 114 und das reaktive Element ist das Zahnringelement 116. Im Gegensatz dazu ist bei der zweiten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 108 das Drehmomenteingangselement das Antriebsritzel 214, das Drehmomentausgangselement der Zahnring 216 und das reaktive Element ist der Käfig. Bei der dritten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 110 ist das Drehmomenteingangselement der Käfig, das Drehmomentaungangselement der Zahnring und das reaktive Element das Ritzel. Demzufolge ist festzustellen, dass sowohl das Antriebsritzel als auch der Zahnring als auch der Käfig als Drehmomenteingangselement und Drehmomentausgangselement wirken können. Demgemäß kann jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife in einer von sechs (3!) möglichen kinematischen Ordnungen im Gebrauch angeordnet werden, in Abhängigkeit davon, welches Element als das Drehmomenteingangselement und welches Element als das Drehmomentausgangselement verwendet wird.
Eine mögliche kinematische Ordnung des Gebrauchs ist in 4 gezeigt, zusammen mit dem zugehörigen schematischen Diagramm in 5a. Die verbleibenden fünf möglichen kinematischen Ordnungen des Gebrauchs sind schematisch in den 5b–5f gezeigt. Der Leser wird feststellen, dass 5a die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 108, 5d die dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 110, und 5f die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 106 darstellt. Die zugehörigen nichteinheitlichen Geschwindigkeitsverhältnisse für jede kinematische Ordnung im Gebrauch (wobei das interaktive Element mit dem ersten Kupplungsteil 242a in Eingriff steht) lauten wie folgt, wobei K1 das Produkt (a/b)(c/d) darstellt, wobei "a" die Anzahl der Zähne des Antriebsritzels 214, "b" die Anzahl der Zähne an der inneren Oberfläche 220 des Zahnkranzes 218, "c" die Anzahl der Zähne an der äußeren Oberfläche 224 des Zahnkranzes 218 und "d" die Anzahl der Zähne am ringförmigen Element 216 sind:

1) 5a mit dem Ritzel 214 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Ring 216 verbunden mit der Ausgangswelle 104 und der Kupplungspackung verbunden mit Käfig 219, zeigt ein Verhältnis erster Ordnung mit: K1
2) 5b, mit dem Ritzel 214 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Ring 216 verbunden mit der Kupplungspackung und dem Käfig 219 verbunden mit der Ausgangswelle 104 zeigt ein Verhältnis zweiter Ordnung mit: -1/((1/K1) – 1)
3) 5c, mit dem Ring 216 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Käfig 219 verbunden mit der Kupplungspackung und dem Ritzel 214 verbunden mit der Ausgangswelle 104, weist ein Verhältnis dritter Ordnung auf mit: 1/K1
4) 5d, mit dem Ring 216 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Ritzel 214 verbunden mit der Kupplungspackung und dem Käfig 219 verbunden mit der Ausgangswelle 104, hat ein Getriebeverhältnis vierter Ordnung mit: 1/(1 – K1)
5) 5e, mit dem Käfig 219 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Ritzel 214 verbunden mit der Kupplungspackung, und dem Ring 216 verbunden mit der Ausgangswelle 104, weist ein Getriebeverhältnis fünfter Ordnung auf mit: 1 – K1
6) 5f, mit dem Käfig 219 verbunden mit der Eingangswelle 102, dem Ring 216 verbunden mit der Kupplungspackung und den Ritzel 214 verbunden mit der Ausgangswelle 104, weist ein Verhältnis sechster Ordnung auf mit: 1 – 1/K1

Das Geschwindigkeitsverhältnis für jede Abwandlung, wobei das interaktive Element mit dem zweiten Kupplungselement 242b in Eingriff steht, ist einheitlich.
Da die Verhältnisse a/b und c/d einer coplanaren Getriebeschleifeneinheit nur kleiner als eins sein können, folgt, dass:

1) Verhältnisse erster Ordnung sind immer kleiner als eins,
2) Verhältnisse zweiter Ordnung sind immer größer als eins und immer negativ,
3) Verhältnisse dritter Ordnung sind immer größer als eins,
4) Verhältnisse vierter Ordnung sind immer größer als eins,
5) Verhältnisse fünfter Ordnung sind immer kleiner als eins, und
6) Verhältnisse sechster Ordnung sind immer größer als eins und immer negativ.

Die 1–3 zeigen eine Abwandlung eines erstes Ausführungsbeispiels der Erfindung. 6a zeigt eine die Abgabe erhöhende 8-Geschwindigkeits-Übertragung 400 unter Verwendung einer neuen Bandkupplung anstelle der binären oder Doppelkupplung 112 der 1–3. Die Übertragung 400 umfasst eine rotierende Eingangswelle 402, eine rotierende Ausgangswelle 404, die koaxial mit der Eingangswelle 402 ist, coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleifen 406a, 406b, 406c erster, zweiter und dritter Ordnung, gekoppelt zwischen der Eingangswelle 402 und der Ausgangswelle 404 und eine Kupplung 408, die Bandkupplungen 408a, 408b, 408c aufweist, die jeweils mit den coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 406a, 406b, 406c gekoppelt sind, um die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 404 zu verändern.
Jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 406 dritter Ordnung ist in den 6b, 6c, 7b mit einem außenverzahnten Antriebsritzel 414, einem innenverzahnten Zahnring 416, der um das Antriebsritzel 414 und koaxial mit dem Antriebsritzel 414 angeordnet ist, und einem Gruppengetriebeelement gezeigt, das mit dem Antriebsritzel 414 und dem Zahnring 416 in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 418 und einen Käfig 419, um den Zahnkranz 418 mit einer Drehachse zu versehen, die exzentrisch zur Drehachse der Eingangswelle 302 ist. Der Käfig 419 umfasst ein erstes trommelförmiges Käfigelement 428a, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 428b, das parallel zum ersten Käfigelement 428a angeordnet ist, und ein Paar von sichelförmigen Elementen 430, 432, die sich axial zwischen den Käfigelementen 428a, 428b erstrecken. Nicht gezeigte Lager sind an gegenüberliegenden Endflächen des Zahnkranzes 418 vorgesehen, damit der Zahnkranz 418 zwischen den ersten und zweiten Käfigelementen 428a, 428b rotieren kann.
Die ersten und zweiten Käfigelemente 428a, 428b erstrecken sich quer zur Achse der Eingangswelle 402 und enthalten sichelförmige Kanäle, wie die Kanäle 436a, 438a, 439a, und den Kanal 436b, die jeweils darin ausgebildet sind, um die Enden der sichelförmigen Elemente 430, 432 aufzunehmen. Die ersten und zweiten Käfigelemente 428a, 428b sind miteinander verschweißt und drehen sich als feste Einheit. Das sichelförmige Element 430, 432 enthält jeweils Gleitstücke 430a, 432a und Rollen 430b, 432b und umfassen Abschnitte einer Einwegkupplung vom spiraligen Typ, um eine Drehung zwischen dem Antriebsritzel 414, dem Zahnring 416 und dem Zahnring 418 in ausgewählter Weise zu verhindern, wenn die Bandkupplung 408 gelöst.
Wie in 7a gezeigt, umfasst jede Bandkupplung 408 einen zylindrischen Stator 460, der am Übertragungsgehäuse 444 befestigt ist, einen zylindrischen Rotor 462, der innerhalb des Stators 460 angeordnet ist, ein Bandelement 464, das zwischen der inneren Oberfläche 466 des Rotors 462 und der äußeren Oberfläche 468 des Käfigelements 428a angeordnet ist, und Endelemente 470a, 470b, die an gegenüberliegenden Enden des Stators 460 befestigt sind. Das Bandelement 464 ist an einem Ende 464a am Rotor 462 an einem Schlitz 462a befestigt und ist am anderen Ende 464b am Stator 460 durch Kerben 472a, 472b befestigt, die in den Endplatten 470a, 470b ausgebildet sind. Jede Bandkupplung 408 ist unabhängig betätigbar, indem hydraulisches Strömungsmittel zwischen den Stator 460 und der äußeren Oberfläche 474 des Rotors 462 eingespritzt wird, um dem Rotor 462 eine Drehung zu verleihen und dadurch das Bandelement 464 um die äußere Oberfläche 468 des Käfigelements 428a festzuziehen. Ist dies geschehen, so wird der Käfig 406 gegen Drehung am Gehäuse 444 befestigt, wodurch ein erstes Geschwindigkeitsverhältnis geschaffen wird. Wenn das Bandelement 464 gelöst wird, kann sich der Käfig 406 drehen. Da jedoch jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 406 dritter Ordnung eine geschwindigkeitserhöhende Schleife ist, verhindern die sichelförmigen Elemente 430, 432 eine Relativdrehung zwischen dem Antriebsritzel 414, dem Zahnring 416 und dem Zahnkranz 418, wodurch das zweite Geschwindigkeitsverhältnis der Einheit geschaffen wird.
Die 8a, 8b zeigen eine ausgabeerhöhende 8-Geschwindigkeits-Übertragung 500, die eine neue binäre Kupplung verwendet, die weniger Teile erfordert als die binäre Kupplung 112. Die Übertragung 500 umfasst eine rotierende Eingangswelle 502, eine rotierende Ausgangswelle 504, die koaxial mit der Eingangswelle 502 angeordnet ist, erste, zweite und dritte coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleifen 506a, 506b, 506c erster Ordnung, die zwischen der Eingangswelle 502 und der Ausgangs 504 gekuppelt sind und eine Kupplung, die einzeln als Binärkupplungen 508a, 508b, 508c gezeigt sind, die mit jeder der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 506a, 506b, 506c ge koppelt sind, um die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 504 zu verändern. Wie oben ist jede Kupplung 508a, 508b, 508c unabhängig betätigbar, um das Geschwindigkeitsverhältnis der ersten, zweiten und dritten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen 506a, 506b, 506c unabhängig zu verändern.
Jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 506 erster Ordnung umfasst ein außenverzahntes Antriebsritzel 514, einen innenverzahnten Zahnring 516, der um das Antriebsritzel 514 und koaxial mit dem Antriebsritzel 514 angeordnet ist, und ein Gruppengetriebeelement, das einen Zahnkranz 518 und einen trommelförmigen Käfig 516 enthält, die das Antriebsritzel 514, den Zahnring 516 und den Zahnkranz 518 einschließen. Der Zahnkranz 518 enthält eine Laufbahn 562, die in einer seiner Seiten ausgebildet ist, und der Käfig 560 enthält eine ähnliche Laufbahn 564 exzentrisch zur Eingangswelle 502. Zwischen der Laufbahn 562 und der Laufbahn 564 sind Lager 566 vorgesehen, damit der Zahnkranz 518 innerhalb des Käfigs 560 um eine Achse rotieren kann, die exzentrisch zur Eingangswelle 502 vorgesehen ist. Das Antriebsritzel 514 ist mit einem sich in Querrichtung erstrecken, scheibenförmigen Kupplungselement 562b ausgebildet, das Keilprofile 568 aufweist, die rund um den Umfang zum Eingriff mit dem Zahnring 516 der vorangegangenen Stufe angeordnet sind.
Die Kupplung 512 umfasst ein scheibenförmiges Kupplungselement 542a, das gegen Drehung am Übertragungsgehäuse 144 befestigt ist, das oben beschriebene, scheibenförmige Kupplungselement 542b, ein scheibenförmiges, interaktives Kupplungselement 548, das zwischen den Kupplungselementen 542a, 542b angeordnet ist, und Wellenfedern 550, die zwischen dem interaktiven Kupplungselement 548 und einem Flansch 570 angeordnet sind, der quer einwärts von der radial äußersten Wand 572 des Käfigs 560 vorsteht.
Die Kupplungselemente 542a, 542b enthalten jeweils einen Satz konzentrischer V-Nuten 544a, 544b, die jeweils in einer ihrer Oberflächen ausgebildet sind. Das interaktive Kupplungselement 548 enthält eine Vielzahl von Schlitzen (nicht gezeigt), die mit ähnlich geformten Laschen 554 in Eingriff stehen, die am Käfig 560 zur Drehung mit dem Käfig 560 zusammen mit dem interaktiven Element 548 ausgebildet sind. Das interaktive Element 548 enthält weiterhin einen ersten Satz konzentrischer V-Nuten 549, die in einer seiner Oberflächen ausgebildet sind, die mit den konzentrischen V-Nuten 544a kämmen, die im Kupplungselement 542a ausgebildet sind, und enthält einen zweiten Satz von konzentrischen V-Nuten 551, die an der gegenüberliegenden Oberfläche ausgebildet sind, um mit den konzentrischen V-Nuten 544b zu kämmen, die am Kupplungselement 542b ausgebildet sind. Der radial äußere Rand des interaktiven Elements 548 ist mit einem Kupplungsbetätiger 552 gekoppelt, der zusammen mit der Wellenfeder 550 für eine axiale Verlagerung des interaktives Elements 548 zwischen einer ersten Position, in der der Käfig 560 mit dem Kupplungselement 542a gekuppelt ist, und einer zweiten Position, in der der Käfig 560 mit dem Kupplungselement 542b gekuppelt ist, zusammenwirkt.
Der Betrieb der binären Kupplung 512 ist ähnlich der der binären Kupplung 112. Wenn der Betätiger 552 aktiv ist, wird das interaktive Element 548 gegen das Kupplungselement 542 gedrückt, wodurch der Käfig 560 am Gehäuse 144 gegen Drehung gesichert wird. Wenn der Betätiger 552 inaktiv ist, drückt die Wellenfeder 550 das interaktive Element 548 gegen das Kupplungselement 542b, wodurch der Käfig 560 mit dem Antriebsritzel 514 gekoppelt wird.
Die 9a, 9b zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Anzahl zur Verfügung stehender Getriebeverhältnisse weiter erhöht ist. Die hier gezeigte, coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 600 umfasst ein Antriebsritzel 614, einen ersten innenverzahnten Zahnring 616a, der um das Antriebsritzel 614 und koaxial mit dem Antriebsritzel 614 angeordnet ist, einen zweiten innenverzahnten Zahnring 616b, der um das Antriebsritzel 614 und koaxial mit dem Antriebsritzel 614 angeordnet ist, und ein Gruppengetriebeelement, das mit dem Antriebsritzel 614a und den Zahnringen 616a, 616b in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Y-förmigen Zahnkranz 618 und einen Käfig 619, damit der Zahnkranz 618 um eine Achse exzentrisch zum Ritzel 614 drehen kann. Der Zahnkranz 618 hat eine gezahnte innere Oberfläche 620 zum Eingriff mit der gezahnten äußeren Oberfläche 622 des Antriebsritzels 614, eine erste verzahnte äußere Oberfläche 624a zum Eingriff mit der verzahnten, inneren Oberfläche 626a des Zahnrings 616a und eine gezahnte, äußere Oberfläche 624b zum Eingriff mit der gezahnten, inneren Oberfläche 626b des Zahnrings 616b.
Der Käfig 619 umfasst ein erstes scheibenförmiges Käfigelement 628a, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 628b, das parallel zum ersten Käfigelement 628a ist, ein Paar sichelförmiger Elemente 630, 632, die sich axial zwischen den scheibenförmigen Käfigelementen 628a, 628b erstrecken, und Lager 634a, 634b, die an gegenüberliegenden Endflächen des Zahnkranzes 618 vorgesehen sind, damit der Zahnkranz 618 zwischen den ersten und zweiten Käfigelementen 628a, 628b drehen kann. Die ersten und zweiten Käfigelemente 628a, 628b erstrecken sich quer zur Achse des Antriebsritzels 614 und enthalten sichelförmige Kanäle 636a, 638a und sichelförmige Kanäle 636b, 638b, die jeweils darin ausgebildet sind, um die Enden der sichelförmigen Elemente 630, 632 aufzunehmen. Die ersten und zweiten Käfigelemente 638a, 638b und die sichelförmigen Elemente 630, 632 sind miteinander verschweißt und drehen sich als feste Einheit.
Wie ersichtlich, hat die coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 600 effektiv ein Drehmomenteingangselement, ein Drehmomentausgangselement, ein reaktionsfähiges Element und ein Hilfselement, das als weiteres Drehmomenteingangselement oder Drehmomentausgangselement wirken kann. Demgemäß ist die coplanare seitenverkehrte Getriebezugschleife 600 in der Lage, 24 (4!) kinematische Ordnungen des Gebrauchs zu liefern. Wenn alle vier Getriebe gleichzeitig verwendet werden, sind weitere 24 kinematische Ordnungen des Gebrauchs möglich, für eine Gesamtzahl von 48 kinematischen Ordnungen des Gebrauchs.
Die 10a, 10b zeigen eine coplanar, seitenverkehrte Getriebezugschleife 700, ähnlich der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 600, jedoch enthaltend ein erstes Antriebsritzel 714a, ein zweites Antriebsritzel 710b, einen innenverzahnten Zahnring 716, der um die Antriebsritzel 714a, 714b und koaxial zu den Antriebsritzeln 714a, 714b angeordnet ist, und ein Gruppengetriebeelement, das mit den Antriebsritzeln 714a, 714b und dem Zahnring 716 in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen umgekehrt Y-förmigen Zahnkranz 718 und einen Käfig 719, der sichelförmige Elemente 730, 732 enthält, damit der Zahnkranz 718 um eine Achse exzentrisch zu den Antriebsritzeln 714a, 714b drehen kann. Der Zahnkranz 718 hat eine erste gezahnte, innere Oberfläche 720a zum Eingriff mit der ersten, gezahnten, äußeren Oberfläche 722a des ersten Antriebsritzels 714a, eine zweite, gezahnte, innere Oberfläche 720b zum Eingriff mit der zweiten, gezahnten, äußeren Oberfläche 722b des zweiten Antriebsritzels 714b und eine gezahnte, äußere Oberfläche 724 zum Eingriff mit der gezahnten, inneren Oberfläche 726 des Zahnrings 716. Wie oben, kann die coplanar seitenverkehrte Ge triebezugschleife 700 24 (4!) kinematische Ordnungen des Gebrauchs liefern. Wenn alle vier Getriebe gleichzeitig verwendet werden, sind weitere 24 kinematische Ordnungen für eine Gesamtsumme von 48 kinematischen Ordnungen des Gebrauchs möglich.
Wie oben unter Bezugnahme auf die 1 diskutiert, kann jede der coplanaren seitenverkehrten Getriebezugschleifen in einer von sechs möglichen kinematischen Ordnungen des Gebrauchs angeordnet werden, abhängig davon, welches Element als das Drehmomenteingangselement und welches Element als das Drehmomentausgangselement verwendet wird. Demgemäß sind für eine Vier-Geschwindigkeits-Übertragung, die zwei in Reihe geschaltete, coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleifen verwendet, eine Gesamtzahl von 36 kinematischen Ordnungen des Gebrauchs möglich. Was jedoch jedes dargestellte Ausführungsbeispiel mit mehr als einer coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife betrifft, ist das Drehmomentausgangselement einer coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife mit dem Drehmomenteingangselement der folgenden coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gekuppelt. Weitere kinematische Ordnungen des Gebrauchs sind möglich, indem man abweichende Strukturen einsetzt, wie beispielsweise die in 11 gezeigte Struktur.
Die schematisch in 11 dargestellte Getriebeanordnung 800 ist eine Vier-Verhältnis-Stufe, die eine drehende Eingangswelle 802, eine drehende Ausgangswelle 804, koaxial mit der Eingangswelle 802, und zwischengekoppelte erste und zweite coplanaren seitenverkehrte Getriebezugschleifen 806, 808 umfasst, die mit der Eingangswelle 802 und der Ausgangswelle 804 gekoppelt sind. Die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 806 umfasst ein außenverzahntes Antriebsritzel 814a, das mit der Eingangswelle 802 gekoppelt ist, einen innenverzahnten Zahnring 816a, der mit der Ausgangswelle 804 gekoppelt ist, und ein Gruppengetriebeelement, das mit dem Antriebsritzel 814a und dem Zahnring 816a in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 818a und einen Käfig 819a, um für den Zahnkranz 818a eine Drehachse exzentrisch zur Achse der Eingangswelle 802 zu schaffen. Da die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 806 mit der Eingangswelle gekoppelt ist, wird sie nachfolgend als Antriebsstufe bezeichnet.
Die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 808 ist eine reaktive Stufe und umfasst ein außenverzahntes Antriebsritzel 814b, das mit der ersten binären Kupplung 812a gekoppelt ist, und einen innenverzahnten Zahnring 816b, der mit dem Käfig 819a der ersten coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 806 gekoppelt ist, sowie ein Gruppengetriebeelement, das mit dem Antriebsritzel 814b und dem Zahnring 816b in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 818b und einen Käfig 819b, um für den Zahnkranz 818b eine Drehachse zu schaffen, die exzentrisch zur Achse der Eingangswelle 802 ist. Der Käfig 819b ist mit der zweiten binären Kupplung 812b zum Umschalten des Käfigs 819 zwischen einer Kupplung am Gehäuse 844 und einer Kupplung an der Ausgangswelle 804 gekoppelt. Die erste binäre Kupplung 812a arbeitet unabhängig von der zweiten binären Kupplung 812b und schaltet das Antriebsritzel 814b zwischen einer Kupplung am Gehäuse 844 und einer Kupplung an der Eingangswelle 802 um. Da die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 808 mit dem reaktiven Element der Antriebsstufe gekoppelt ist, wird sie als "reaktive Stufe" nachfolgend bezeichnet.
Die vier Geschwindigkeitsverhältnisse der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife 800 sind die Folgenden, wobei das Antriebsstufenverhältnis K1 das Produkt (a/b)(c/d) repräsentiert, wobei "a" die Anzahl der Zähne auf dem Antriebsritzel 814a ist, "b" die Anzahl der Zähne an der inneren Oberfläche des Zahnkranzes 818a ist, "c" die Anzahl der Zähne an der äußeren Oberfläche des Zahnkranzes 818a ist und "d" die Anzahl der Zähne auf der ringförmigen Element 816a ist, und wobei das Verhältnis K2 der reaktiven Stufe durch das Produkt (a'/b')(c'/d') repräsentiert wird, wobei "a'" die Anzahl der Zähne auf dem Antriebsritzel 814b ist, "b'" die Anzahl der Zähne an der inneren Oberfläche des Zahnkranzes 818b ist, "c'" die Anzahl der Zähne an der äußeren Oberfläche des Zahnkranzes 818b ist, und "d'" die Anzahl der Zähne auf dem ringförmigen Element 816b ist:

1) wenn das Antriebsritzel 814b und der Käfig 819b beide mit dem Gehäuse 844 gekuppelt sind, sind der Zahnring 816b und der Käfig 819b stationär, was zu einem Verhältniszustand erster Ordnung führt: 1. Verhältniszustand = 1/K1,
2) wenn das Antriebsritzel 814b mit der Eingangswelle 802 und der Käfig 819b mit dem Gehäuse 844 gekuppelt sind, dreht sich der Zahnring 816b und der Käfig 819a, was zu einem Verhältniszustand zweiter Ordnung führt: 2. Verhältniszustand = 1 + [(1 – 1/K1)(1 – K2)]
3) wenn das Antriebsritzel 814b mit dem Gehäuse 844 und der Käfig 819b mit der Ausgangswelle 804 gekuppelt sind, drehen sich der Zahnring 816b und der Käfig 819a, was zu einem Verhältniszustand dritter Ordnung führt: 3. Verhältniszustand = 1/[(1 – K1)((K2)]
4) wenn das Antriebsritzel 814b mit der Eingangswelle 802 und der Käfig 819b mit der Ausgangswelle 804 gekuppelt sind, wirken alle Bestandteile der Getriebeeinheit 800 als eine feste Kupplung, was zu einem Verhältniszustand der vierter Ordnung der Einheit führt.

Es soll darauf hingewiesen werden, dass gemäß der Diskussion der 5, da jede coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife in einer von sechs möglichen kinematischen Ordnungen der Verwendung angeordnet werden kann, die Getriebeanordnung 800 nur eine von 36 möglichen kinematischen Anordnungen des Gebrauchs ist. Die 12.1:1 bis 12.6:6 sind schematische Darstellungen aller 36 kinematischen Ordnungen der integrierten, Viergeschwindigkeitsstruktur 800, und die folgende Tabelle zeigt die Verhältnisse erster Ordnung, zweiter Ordnung und dritter Ordnung für jede Ordnung auf. Das Kennzeichen in Form "X : Y", das jeder Figur und jeder Tabelleneingabe zugeordnet ist, stellt die kinematische Ordnung der integrerten Viergeschwindigkeitsstruktur dar, wobei "X" die kinematische Ordnung der Antriebsstufe und "Y" die kinematische Ordnung der reaktiven Stufe darstellt.
In jedem Falle ist der Übersetzungszustand vierter Ordnung einheitlich, wenn beide Kupplungen ihre zugeordneten reaktiven Elemente mit der Eingangs- 802 und der Ausgangswelle 804 kuppeln.
13 sind schematische Darstellungen von 12 bevorzugten kinematischen Ordnungen einer Vierverhältnisstufe ähnlich den schematischen Darstellungen der 12, außer dass die zwei reaktiven Elemente der reaktiven Stufe entweder beide mit der Eingangswelle 802, der Ausgangswelle 804 oder dem Gehäuse 844 gekuppelt sind. Die folgende Tabelle listet die Verhältnisse erster Ordnung, zweiter Ordnung und dritter Ordnung für jede bevorzugte Ordnung auf. Die Kennzeichen der Form "X : Y : Z", die jeder Figur zugeordnet sind, und jede Tabelleneingabe repräsentiert die kinematische Ordnung der integrierten Viergeschwindigkeitskonstruktion, wobei "X" die kinematische Ordnung der Antriebsstufe, "Y' die kinematische Ordnung der reaktiven Stufe und "Z" die Kupplung mit der Eingangswelle 802 (I) oder mit der Ausgangswelle 804 (O) repräsentiert.
In jedem Falle ist die Übersetzungsstufe vierter Ordnung einheitlich, wenn beide Kupplungen ihre zugeordneten reaktiven Elemente mit der Eingangswelle 802 oder der Ausgangswelle 804 kuppeln.
14 zeigt schematische Darstellungen 12 bevorzugter kinematischer Ordnungen einer Fünf-Übersetzungsstufe, die Merkmale der Vier-Übersetzungsstufe der 12 und der Vier-Übersetzungsstufe der 13 enthält, wobei eines der reaktionsfähigen Elemente der reaktiven Stufe mit entweder dem Gehäuse 844, der Eingangswelle 802 und der Ausgangswelle 804 gekuppelt werden kann. Die folgende Tabelle zeigt die Verhältnisse erster Ordnung, zweiter Ordnung und dritter Ordnung für jede bevorzugte Ordnung. Die Kennzeichen in der Form "X : Y", die jeder Figur und jedem Tabelleneintrag zugeordnet sind, stellen die kinematische Ordnung der integrierten Fünfgeschwindigkeitskonstruktion dar, wobei "X" die kinematische Ordnung des Antriebszustands, "Y" die kinematische Ordnung des reaktiven Zustands darstellt.
In jedem Falle ist der Übersetzungszustand fünfter Ordnung einheitlich, wenn beide Kupplungen ihre zugeordneten reaktiven Elemente mit der Eingangswelle 802 oder der Ausgangswelle 804 kuppeln.
Weiterhin in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung ist die Übersetzungsstufe der höchsten Ordnung immer einheitlich gewesen. 15 zeigt eine Konstruktion mit zwei coplanar seitenverkehrten Getriebezugsschleifen, ohne dieses Erfordernis, die fähig ist, eine Rückwärts- und zwei Vorwärts-Übersetzungsstufen zu schaffen. Die Konstruktion der coplanar seitenverkehrten Getriebezugsschleife 900 gemäß 15 umfasst eine rotierende Eingangswelle 902, eine rotierende Ausgangswelle 904, die koaxial mit der Eingangswelle 902 angeordnet ist, und dazwischen gekoppelte erste und zweite coplanar seitenverkehrten Getriebezugsschleifen 906, 908, die mit der Eingangswelle 902 und der Ausgangswelle 904 gekoppelt sind. Die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleife 906 umfasst ein Antriebsritzel 914a, das mit der Eingangswelle 902 gekoppelt ist, einen Zahnring 916a, der um das Antriebsritzel 914a angeordnet ist, und einen Käfig 919a, der mit der Ausgangswelle 904 gekoppelt ist. Die zweite coplanare Getriebezugsschleife 908 umfasst ein Antriebsritzel 914b, das mit dem Zahnring 916a gekoppelt ist, einen Käfig 919b, der mit dem Gehäuse 914 gekoppelt ist, und einen Zahnring 916b, der mit einer Kupplungspackung zum Kuppeln des Zahnrings 916b entweder mit dem Gehäuse 944, deren Eingangswelle 902 oder dem Käfig 919a verbunden ist.
Wenn die Verhältnisse der ersten und zweiten coplanaren Schleifen 906, 908 jeweils k1 und k2 sind, sind die Eingangs-/Ausgangs-Übersetzungsstufen der Konstruktion 900:

1) 1 – 1/k1, ein Mechanismus erster Ordnung, wenn der Zahnring 916b mit dem Gehäuse 944 gekuppelt ist;
2) (1 – 1/k1) + (–1/(1/k2) – 1), eine Summe von Mechanismen erster und dritter Ordnung, wenn der Zahnring 916 mit dem Käfig 919a gekoppelt ist; und
3) 1/(1 + (1/k2)(1/k1)), ein mutierier Mechanismus erster/sechster Ordnung, wenn der Zahnring 916b mit der Eingangswelle 902 gekuppelt ist.

16 zeigt eine Konstruktion mit zwei coplanar seitenverkehrten Getriebezugsschleifen, die entweder drei Vorwärts-Übersetzungsstufen oder zwei Vorwärts- und eine Rückwärts-Übersetzungsstufe aufweist. Die in 16 gezeigte coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleifenkonstruktion 1000 umfasst eine rotierende Eingangswelle 1002, eine rotierende Ausgangswelle 1004 und zusammengekuppelte erste und zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleifen 1006, 1008, die mit der Eingangswelle 1002 und der Ausgangswelle 1004 gekuppelt sind. Die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleife 1006 umfasst ein Antriebsritzel 1014a, einen Käfig 1019a, der mit der Eingangswelle 1002 gekuppelt ist, und einen Zahnring 1016a, der mit der Ausgangswelle 1004 gekuppelt ist. Die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleife 1008 umfasst einen Käfig 1019b, gekoppelt mit dem Käfig 1019a, einen Zahnring 1016b, gekoppelt mit dem Gehäuse 1044 über eine Bandkupplung 1060 und ein Antriebsritzel 1014b, gekuppelt mit dem Antriebsritze) 1014a und mit einer Kupplungspackung zum Kuppeln der Antriebsritzel 1014a, 1014b entweder mit dem Gehäuse 1044 oder der Eingangswelle 1002.
Sind die Verhältnisse der coplanaren Schleifen 1006, 1008 jeweils k1 und k2, sind die Eingangs-/Ausgangs-Übersetzungsstufen der Konstruktion 1000:

1) 1 – 1/k1, ein Mechanismus erster Ordnung, wenn die Ritze) 1014 mit dem Gehäuse 1044 gekuppelt sind;
2) 1 – (k1/k2), ein Mechanismus erster/dritter Ordnung, wenn die Bandkupplung 1060 aktiviert ist, um den Zahnring 1016b mit dem Gehäuse 1044 zu kuppeln; und
3) 1, wenn die Ritzel 1014 mit der Eingangswelle 1002 gekuppelt sind.

Während die Übersetzungsstufe 1) nur positiv sein kann, kann die Übersetzungsstufe 2) entweder positiv oder negativ sein, abhängig von den relativen Werten der Variablen k1 und k2. Wenn k1 größer als k2 ist, ist das Übersetzungsverhältnis 2) negativ, und wenn k1 geringer als k2 ist, ist das Übersetzungsverhältnis 2) positiv.
Gemäß 17 enthält ein Differential 1100 gemäß der Erfindung eine linke Achse 1102, eine rechte Achse 1104 und eine einzige coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleife 1106, die mit der linken Achse 1102 und der rechten Achse 1104 gekuppelt ist. Die coplanar seitenverkehrte Getriebezugsschleife 1106 umfasst ein außenverzahntes Antriebsritzel 1114, das einstückig mit der linken Achse 1102 ausgebildet, einen innenverzahnten Zahnring 1116, der mit einer Antriebseingangsquelle über Laschen 1116a gekuppelt ist, die einstückig mit dem Zahnring 1116 ausgebildet sind, und ein Gruppengetriebeelement, das mit dem Antriebsritzel 1114 und dem Zahnring 1116 in Eingriff steht. Das Gruppengetriebeelement umfasst einen Zahnkranz 1118 und einen Käfig, um den Zahnkranz 1118 mit einer Drehachse zu versehen, die exzentrisch zu den Achsen 1102 und 1104 ist. Der Käfig umfasst ein erstes scheibenförmiges Käfigelement 1128a, das an der rechten Achse 1104 befestigt ist, ein zweites scheibenförmiges Käfigelement 1128b, das parallel zum ersten Käfigelement 1128a ist, und ein Paar sichelförmiger Elemente 1130, 1132, die sich axial zwischen den scheibenförmigen Käfigelementen 1128a, 1128b erstrecken.
Wenn das Differential 1100 in einem Motorfahrzeug installiert ist, und sich das Fahrzeug auf einer geraden Linie bewegt, werden sich die linken und rechten Achsen 1102, 1104 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit drehen, was bewirkt, dass sich das Antriebsritzel 1114, der Zahnring 1116 und der Käfig als feste Kupplung drehen. Wenn sich das Fahrzeug jedoch dreht und eine der Achsen 1102, 1104 gezwungen wird, sich mit einer größeren Geschwindigkeit als die andere zu drehen, reduziert die erhöhte Geschwindigkeit der Drehung der sich schneller drehenden Achse die Geschwindigkeit der Drehung der anderen Achse. Wenn K1 = 2 ist, wird jeder Anstieg oder jede Verringerung der Geschwindigkeit einer Achse eine entsprechende Verringerung oder Erhöhung der Geschwindigkeit der anderen Achse bewirken.
18 zeigt ein Differential ähnlich dem Differential 1100, jedoch als Differential mit begrenzter Wirkung ausgebildet. Das Differential 1200 mit begrenzter Wirkung umfasst eine linke Achse 1202, eine rechte 1204 und ein Paar dazwischen geschalteter, erster und zweiter coplanar seitenverkehrter Getnebezugschleifen 1206, 1208, die mit der linken Achse 1202 und der rechten Achse 1204 gekuppelt sind. Die erste coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 1206 umfasst ein außenverzahntes Antriebsritzel 1214a, das die linke Achse 1202 umgibt, eine erste Einwegkupplung 1260 vom Spiraltyp, die zwischen dem Antriebsritzel 1214a und der linken Achse 1202 vorgesehen ist und an der linken Achse 1202 angeordnet ist, eine zweite Einwegkupplung 1262 vom Spiraltyp, die zwischen dem Antriebsritzel 1214a und der linken Achse 1202 angeordnet ist, einen innenverzahnten Zahnring 1216a, einen Zahnkranz 1218a, der mit dem Antriebsritzel 1214a und dem Zahnring 1216a in Eingriff steht, und einen Käfig 1219, der am Differentialgehäuse über Laschen 1219a befestigt ist.
Die zweite coplanar seitenverkehrte Getriebezugschleife 1208 umfasst ein Antriebsritzel 1214b, das an der rechten Achse 1204 ausgebildet, einen Zahnring 1216b, der mit dem Zahnring 1216a und einer Antriebsquelle gekuppelt ist, einen Zahnkranz 1218a, der mit dem Antriebsritzel 1214b und dem Zahnring 1216b in Eingriff steht, und einen Käfig mit einer Verlängerung 1262, der zwischen der linken Achse 1202 und der zweiten Kupplung 1262 vorgesehen ist, und als Überholbahn dafür wirkt.
Bei gleicher Drehung der linken und rechten Achsen 1202, 1204 rotiert das Ritzel 1214a frei wegen der Ausrichtung der eingebauten, doppelten Einwegkupplungen 1260, 1262. Während Drehmanövern des Fahrzeugs jedoch, oder wenn ein Schleifen des Differentialrads stattfindet, und mit einer Übersetzungsstufe von 1/k1 = 1,20 für die erste coplanare Schleife 1206, ist eine Differenz der Drehgeschwindigkeiten zwischen den beiden Achsen 1202, 1204 auf 20% durch Kuppeln begrenzt, das stattfindet, wenn irgendeine der Einwegkupplungen 1260, 1262 in Kongruenz mit den Laufbahnelementen gedrückt wird, die an den Achsen 1202, 1204 angeordnet sind.
Anhand der 19a und 19b wird nunmehr ein Verfahren zum Verbessern des Kontaktverhältnisses der coplanaren Getriebeeinheiten der vorliegenden Erfindung diskutiert. 19a zeigt den Zahnring 116 und den Zahnkranz 118 der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife in Kontakt am Teilungspunkt. Der Zahnkranz 118 hat ein Zentrum A und der Zahnring 116 hat ein Zentrum B. Der außenverzahnte Zahnkranz 118 hat 37 Evolventenzähne und der innenverzahnte Zahnring 116 hat 45 Evolventenzähne, was zu einem Übereinstimmungsbogen von 13,7° mit einem Druckwinkel von 25° führt.
Eine allgemeine Darstellung des Kontaktverhältnisses lautet: Tc = (1 + T)(Aa/360) wobei Tc das Zahnkontaktverhältnis, T die Hälfte der Anzahl der Zähne an beiden Getriebeelementen und Aa der Kongruenzwinkel des Getriebesatzes ist. Demgemäß ist das Kontaktverhältnis des evolventenverzahnten Getriebesatzes gemäß 19 lediglich: Tc = (1 + 41)(13,7/360) = 1,60
Um das Kontaktverhältnis zwischen Getriebeelementen zu erhöhen und demzufolge die Kontaktspannung an den Zahntragoberflächen zu erhöhen, hat der Anmelder eine neue Kopfhöhenform-Zahnflanke entwickelt, die einen gleitenden Kontakt zwischen kontaktierenden Zähnen ohne Verlust von Effektivität erzeugen. Diese Zähne mit neuer Kopfhöhenform befinden sich in völligem Kontrast zu konventionellen Zähnen mit Evolventenform, die aufeinander treffen und abrollen mit minimalem Gleitkontakt.
20 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen der Kopfhähenformzähne gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl das folgende Verfahren dargestellt wird unter Verwendung von Innen-/Außenzahnrädern 116, 118, soll darauf hingewiesen werden, dass das Verfahren auf jeden Ritzel- und Zahnradsatz anwendbar ist. Obwohl weiterhin das Verfahren gemäß 20 die Verwendung eines simplen Kongruenzbogens beinhaltet, soll darauf hingewiesen werden, dass die Kopfhöhenformzähne gemäß der Erfindung erzeugt werden können unter Verwendung irgendeiner Kurve, die sich zwischen den Kopfhöhenkreisen des Zahnradsatzes zwischen dem Kontaktpunkt des Kopfhöhenkreises mit dem Teilungspunkt erstreckt.
Um die Kopfhöhenformzähne gemäß dem Verfahren in 20a zu erzeugen, wird ein Kongruenzbogen konstruiert, der sich vom Teilungspunkt B' des Innen-/Außen-Getriebesatzes zum Schnittpunkt C der Kopfkreise des Innen-/Außen-Getriebesatzes erstreckt. Wie nachfolgend erläutert wird, definiert der Kongruenzbogen B'C die radial äußerste Stelle des Kontaktpunktes der Zähne des Getriebesatzes, wenn jeder Zahn von einem Anfangskontaktpunkt (Schnittpunkt der Kopfhöhenkreise) zum Teilungspunkt gedreht wird.
Wenn A das Zentrum des außenverzahnten Zahnrades 118, B das Zentrum des innenverzahnten Zahnrades 116, r = 0,7944 der Krümmungsradius des äußeren Zahnrads 118 und R = 0,8759 der Krümmungsradius des inneren Zahnrads 116 ist, sind die Seiten a, b und c des Dreiecks ABC jeweils R, r und R – r = 0,1630. Bei einem diametralen Pitch von 24,57 sind die Teilungskreise der Zahnradsätze jeweils R + 1/24,57 = 0,9166 und r – 1/25,47 = 0,7537 und die definierte Geometrie des Kongruenzbogens B'C wird wie folgt abgeleitet:

1. von der Beziehung zwischen den Seiten und Winkeln eines ebenen Dreiecks: s = (a + b + c)/2 = (0,8759 + 0,7944 + 0,1630)/2 = 0,9166 sin A = 2/bc[s(s – a)(s – b)(s – c)1/2, = (2/(0,8759 × 0,1630))[(0,9166(0,9166 – 0,859)(0,9166 – 0,7944)(0,9166 – 0,1630)] = 0,906080 A = 115,03°, oder Winkel A' = 180 – 115,03 = 64,9°
2. aus dem Kosinussatz: Seite a' = [b^2 + c^2 – 2bc(cos A')]1/2 = 0,8322
3. aus dem Sinussatz: sin B' = b(sin A/a) = 0,89418, und Winkel B' = 59,88°
4. aus der Trigonometrie eines rechtwinkligen Dreiecks: b'=(a'/2)/(sin(90 – B') = 0,8293, und Winkel A'' = 2(90 – B') = 60,23°

Da der Kongruenzbogen B'C und die Teilungskreise des Zahnradsatzes mit den Radien BB' und AB' den Teilungspunkt B' schneiden, bezieht sich jeder Punkt auf dem kreisförmigen Bogen B'C, wenn er zum Teilungspunkt B' gedreht wird, auf die Drehung darüber liegender Punkte an jedem Zahnrad des Satzes durch ein Verhältnis des Radius des Kongruenzbogens zu dem der entsprechenden Radien der Teilungskreise der Zahnräder. Dieses Verhältnis wird in der folgenden Gleichung ausgedrückt: Ra = Rc(rc/ra) Rp = Rc(rc/rp)wobei Ra und Rp die Drehung übereinanderliegender Punkte auf dem ringförmigen und dem Antriebszahnrad ist, Rc eine Winkelverlagerung eines Punktes auf dem Bogen B'C, und rc/ra sowie rc/rp die Verhältnisse der Radien des Kongruenzbogens zu den entsprechenden Teilungszirkeln des Rings und des Ritzels sind.
Betrachtet man beispielsweise den Punkt 15 der 20a, wo Rc = A'' = 60,23°, rc = b' = 0,8293, ra = R + 1/25,47 = 0,9166 und rp = r – 1/25,47 = 0,7537 ist, dann ist Ra = 60,23(0,8293/0,9166) = 54,49° Rp = 60,23(0,8293/0,7537) = 66,27°
Da der Punkt 15 durch Definition ein Kongruenzpunkt ist, der jeder Kopfhöhenflanke des Getriebesatzes gemeinsam ist, wird, wenn der Punkt 15 auf dem Kreisbogen B'C zum Teilungspunkt B' dreht, ein darüber liegender Punkt auf dem Ring 116 um 54,49° um das Zentrum B und ein darüber liegender Punkt auf dem Zahnkranz um 66,27° um das Zentrum A rotieren. Daraus ergibt sich, dass dann, wenn alle fünfzehn Punkte auf dem Kreisbogen entsprechend gedreht werden, sie die Kopfhöhenflanken der Zähne des Getriebesatzes werden und der Bogen B'C wirksam wird, um den Kongruenzbogen zu erzeugen. Fertig erzeugte Kopfhöhenflanken sind im Ausschnitt der 20b zusammen mit den Fußhöhenflanken gezeigt. Die Fußhöhenflanken werden erreicht durch Duplizieren der Kopfhöhenflanken des passenden Zahns mit Verlängerung zu den Fußkreisen der Zahnräder mit einer entsprechenden Auskehlung.
Da der Kongruenzbogen zwischen den Kopfhöhenkreisen beider Zahnräder hindurchtritt, haben die so erzeugten Getriebezähne nur Zahnhöhenkontakt und unterscheiden sich von den Zahnflanken der 19b, die nur Kongruenz zwischen der Fußhöhe des inneren Zahnrads und der Kopfhöhe des äußeren Zahnrads während eines Teils des Zahnkontakts und zwischen der Kopfhöhe des inneren Zahnrads und der Fußhöhe des äußeren Zahnrads während des verbleibenden Bereichs des Zahnkontakts haben. Dadurch verringert ein Hinterschneiden den Zahnkontakt bei Flanken mit einer Evolventenform, jedoch nicht bei den Kopfhöhenformflanken, wie sie hier beschrieben wurden, da Kopfhöhenformflanken keine kongruenten Fußhöhenflanken aufweisen, lediglich verlängerte Wurzeln, die sich nicht mit der Zahnwirkung überschneiden.
Der Kongruenzwinkel A'' ist in 20c gezeigt. Der Kontaktwinkel der Zähne mit einer solchen Kopfhöhenformflanke beträgt: Tc = (1 + 41)(60,2/360) = 7,02was, verglichen mit der obigen Berechnung für Flanken (d) mit Evolventenform, eine Erhöhung des Kontaktverhältnisses durch merkliche (7,02/1,60) = 439%! beträgt. Demgemäß kann die Verwendung von Zahnprofilen mit Kopfhöhenform die Belastungstragkapazität eines Getriebesatzes um das mehr als Vierfache erhöhen, verglichen mit den Zahnprofilen mit Evolventenflanke des Standes der Technik.
Die grafischen Darstellungen der 20d zeigten den Gleitkontaktwert auf der Abszisse gegenüber der Drehung in Grad auf der Ordinate, wenn Kopfhöhenflanken des Zahnradsatzes der 20c sich in Kongruenz zum Teilungspunkt drehen. Die Punkte der Stelle P werden durch eine einfache Messung der Summe der Distanzen zwischen den Punkten 0-1, 1-2, 2-3, 3-4, usw., bis 14-15 auf den erzeugten Flanken des Rings und des Ritzels erhalten, wenn diese rotieren. So ist beispielsweise die Summe des Gleitabstandes, wenn der Ring und das Ritzel zwischen den Kongruenzpunkten 14-15 rotieren, etwas über 0,1 dimensionsloser Einheiten der Länge. Die mittlere Gleitdistanz ist bei etwa 0,005 Einheiten der Länge gezeigt, und wenn sie multipliziert wird durch die Gesamtanzahl der Gleitschritte 16 ist sie 0,005 × 16 = 0,080, was etwa gleich ist der radialen Verlagerung der Kopfhöhenkreise aus ihren Teilungskreisen mit einer diametrischen Pitch von 24,57 × 2/24,57 = 0,081. Die Zwischenpunkte an der Stelle A sind der gemessene Gleitabstand auf der Ritzelflanke und können verwendet werden, um den relativen Gleitabstand an jeder Flanke zu bestimmen. Obwohl die Gleitabstände die gleichen zu sein scheinen, unterscheiden sie sich um bis zu 0,6%, was ein Merkmal von Flanken mit Kopfhöhenform ist, die durch Kongruenzbögen erzeugt wurden.
Die 20e ist eine grafische Darstellung, die die schrittweise Effizienz des Zahnradsatzes zeigt, wenn eine kontinuierliche Übertragung entlang der Punkte 0-1, 1-2, 2-3, 3-4, usw., bis 14-15 der erzeugten Flanken stattfindet. Die augenblickliche prozentuale Effektivität ist auf der Abszisse gezeigt, gegenüber der kongruenten Zahnraddrehung auf der Ordinate, und wurde aus der folgenden Gleichung berechnet: Effektivität = Arbeit – Verlust/Arbeit Arbeit = F × D Verlust = F × (cfs und/oder cfr) × (s und/oder r)wobei F = die Kraft am Teilungspunkt, D = die Länge der schrittweisen Drehung, cfs und cfr sind Reibkoeffizienten beim Gleiten und Rollen, und s sowie r sind die Roll- und Gleitabstände. Verluste durch das Wegdrücken von Zahnöl oder durch Lagerkräfte werden nicht berücksichtigt, da diese Verluste irrelevant gegenüber der Zahnrad-Zahnflanken-Effizienz sind.
Bei D = 4°/360°(2 × 0,8293 × pi) = 0,0111 (5,211) = 0,0579, F = 1, cfs = 0,050 und cfr = 0,003, beträgt die mittlere Effektivität: Arbeit = 1 × 0,0579 = 0,0579 Verlust = 1 × 0,050 × 0,005 = 0,00025 Effektivität = 0,0579 – 0,00025/0,0579 = 99,56%
Da sowohl die geleistete Arbeit als auch der Anstieg der Stelle P konstant ist, folgt, dass der Zahnverlust, eine Funktion des Gleitabstands, ein Anstieg ist, beginnend am Teilungspunkt 0°, 0 der Grafik der 20e, wobei die Effektivität 100% ist und wegen der kalkulierten Effektivität am mittleren Punkt fällt, die mittlere Zahneffektivität einer Kopfhöhenform-Zahnflanke.
Die Effektivität der Kopfhöhenform-Zähne ist vergleichbar mit der Effektivität herkömmlicher Evolventenzähne. 21a zeigt 7 nummerierte Punkte auf einer Evolventenzahnflanke des Zahnradsatzes. Die Länge des kongruenten Rollkontakts zwischen den von 0 bis 7 nummerierten Punkten sowohl am Ring als auch am Ritzel, 0-1, 1-2, 2-3, usw., bis 6-7, sind auf der Abszisse der Grafik der 21b gegen die Basiskreisdrehung des Ge triebesatzes auf der Ordinate aufgetragen. Der Gleitkontakt wird vernachlässigt bei der folgenden Berechnung der Zahneffektivität, trägt jedoch in den meisten Fällen wesentlich zu den Verlusten bei, da der Reibungskoeffizient beim Gleiten bis zum Zehnfachen desjenigen des Rollkoeffizienten beträgt, was merklich zu einem kontinuierlichen Verlust bei evolventenverzahnten Flanken beiträgt.
Mit F = 1, cfr = 0,010 und D = 1,95°/360°(2 × 0,8293 × pi) = 0,00544(5,211)= 0,02837, ist die Effektivität des Evolventenzahns am Punkt x: Arbeit = 1 × 0,02837 = 0,02837 Verlust = 1 × 0,0080 × 0,0212 = 0,00017 Effektivität = 0,02837 – 0,00017/0,02837 = 99,40%
Wiederholt für alle sieben Punkte auf den erzeugten Flanken, ist die Zahnflanken-Kontakteffektivität so, wie in 11c gezeigt. Die mittlere Effektivität von Evolventenflanken ist durch die Schattenlinie bei etwa 99,42% gezeigt.
22a zeigt die Kontaktböden von Kopfhöhenformflanken von fünf Getriebesätzen mit einem inneren Zahnrad mit 100 Zähnen und äußeren Zahnrädern mit 90, 80, 70, 60 und 50 Zähnen. 22b zeigt die Kontaktbögen von Kopfhöhenformflanken dreier Zahnradsätze mit Teilungskreisdurchmessern von 5 und 4,5 und diametrischen Pitchen von 5, 10 und 20. Die fünf Zahnradsätze der 22a weisen ein Kontaktverhältnis von 15,0, 10,3, 8,2, 6,9 und 6,1 auf und die drei Zahnradsätze der 22b haben Kontaktverhältnisse von 6,2, 15,0 und 20,5. Es kann deshalb geschlossen werden, dass wie bei vielen anderen Zahnprofilen, der Zahnkontakt sich verringert, wenn sich das Getriebeverhältnis erhöht und sich erhöht, wenn der diametrische Pitch sich erhöht, jedoch mit weniger Empfindlichkeit. Wie durch 22a nahegelegt, könnte es bei Verhältnissen von weniger als 0,65 berechtigt sein, zu schließen, dass coplanare Zahnradsätze mit Kontaktverhältnissen von fünf bis acht und mehr in vielen Fällen erreicht werden können, dass coplanare Getriebezugsschleifen mit den gleichen Stirnseitenbreiten ein äquivalentes Zahnmomentkontinuum tragen können wie die drei oder vier in Gruppen zusammengestellten, seitenverkehrten Getriebezugschleifen, und dass coplanare Getriebezugschleifen mit der gleichen Gesamtlänge ein Drehmomentkontinuum vom Doppelten tragen können als das von drei oder vier gruppierten, einfach seitenverkehrten Getriebezugschleifen.
23 zeigt das erzeugte Kopfhöhenzahnprofil, wenn das Zentrum des Kongruenzbogens weg vom Mittelpunkt der Zentren der beiden Zahnräder gelenkt wird. Wie durch die Linien e, f gezeigt, tendiert ein Belastungsverhältnis über 50% dazu, die Kopfhöhe anzustoßen, die Wurzel des Zahnkranzes 108 zu verlängem, die Zahnhöhe zu verlängern und die Fußhöhe des Rings 106 abzustumpfen. Wie durch die Linien g, h zeigt, tendiert ein Belastungsverhältnis unter 50% dazu, die Kopfhöhe zu verlängern, die Wurzel des Zahnkranzes 108 abzustumpfen, die Zahnhöhe abzustumpfen und die Fußhöhe des Rings 106 zu verlängern.
Ein Merkmal der erzeugten Kopfhöhenformzähne unter Verwendung eines einzigen Bogens liegt darin, dass solche Zähne stärker an einigen Punkten entlang des Kongruenzbogens gleiten als an anderen Punkten. 24 zeigt ein Verfahren zum Erzeugen von Kopfhöhenformzähnen, die ein gleichmäßiges Gleiten aufweisen, wobei alle Punkte an einer Stelle beginnend am Schnittpunkt der Kopfhöhenkreise und endend an ihrem Teilungspunkt, durch gleichmäßig beabstandete, sich schneidende, versetzte Bögen konzentrisch mit und begrenzt durch ihre Kopfhöhenkreise beschrieben werden. Im Ausschnitt der 24b sind sechs solcher Punkte gezeigt. Das verwendete Verfahren, um solche Punkte zu übertragen, um die Kopfhöhenformflanken auszubilden, ist gleich demjenigen Verfahren, das beim Übertragen des Punktes 15 bei der Diskussion der 20a verwendet wurde. Da alle Punkte an der Stelle einen spezifischen Radius und eine Mittelpunktsanordnung auf einer Linie, die die Mittlpunkte A und B verbindet, haben, wie im Ausschnitt der 24c gezeigt, sind sie nicht den Kongruenzpunkten auf dem Bogen der 20a gleich, wo alle Punkte ein gemeinsames Zentrum haben. Jeder Punkt, der eine erzeugte Stelle beschreibt, weist ein Verlagerungsverhältnis, wie oben definiert, auf.
25 zeigt die schematische Darstellung einer automatischen Übertragung mit sechzehn Vorwärts- und acht Rückwärtsgeschwindigkeiten, die aus einer Reihenanordnung aus einer Viergeschwindigkeitsanordnung der 12-2:5, zwei Zweigeschwindigkeitsanordnungen der 5a und 5d, zusammen mit einer Differentialanordnung der 17 besteht.
26 zeigt eine Anordnung einer Viergeschwindigkeitsübertragung für einen Rollstuhl mit einem manuellen Geschwindigkeits-Auswählmechanismus während des Betriebs. Ein Eingangsflansch 1 ist an einem Handrad befestigt und das Gehäuse 9, befestigt bei 9a, ist ein Radnabenausgang der Einheit. Zwei coplanare Schleifen sind vorgesehen, die sich einen gemeinsamen Ring 4-4' mit einem zentralen Steg 4a teilen, der, wenn er mit dem Eingangsflansch 1 gekuppelt ist, eine erste Getriebestufe einer Eingangsschleifenkonstruktion mit Ritzel/Gruppe 2'-3' von X¹ auf X⁰ ändert, und wenn er mit dem Ausgangsflansch 9a gekoppelt ist, eine erste Übersetzungsstufe einer Ausgangsschleifenkonstruktion mit Ritzel/Gruppe 2-3 von X^–2 auf X⁰ ändert. 26a zeigt eine radiale Verlagerung einer Kugelratsche, wenn eine Verhältnisänderung [X^–2]⁰ zu [X^–2]¹ durch eine Axialbewegung eines Nocken 7 aktiviert wird, so dass die Kugel durch die Löcher am Flansch 1 vorsteht, um mit dem Zahnprofil 2a am Ausgangsritzel 2 in Eingriff zu kommen. Die 26b bis 26e zeigen die vier Positionen einer Spindel 6, verursacht durch die Wirkung der Ratsche eines Sektorzahnrades 8 und einem kreisförmigen Zahnstangenende der Spindel. Die folgende Gleichung beschreibt die vier Eingangs-/Ausgangs-Übersetzungsstufen der Rollstuhlübertragung als Funktion der Anzahl der Zähne an jedem Zahnradpaar der Kombination: 1. = (24/37)(47/60)_ = 0,508 2. = (24/37)(37/47)/(60/53)(43/36) = 0,690 3. = 1/1_ = 1,00 4. = (60/53)(43/36)_ = 1,352mit einem Overdrive-Verhältnis und einem Gesamtbereich von 1,352/0,508 = 2,661.
27 ist eine Querschnittsdarstellung einer Fahrradnabenübertragung mit ansteigenden sechzehn Geschwindigkeiten mit einer Schaltmöglichkeit im Betrieb. Eine erste coplanare Schleife der 5d in Reihe mit drei ähnlichen Schleifen der 5c mit einem Käfig der ersten Schleife einem Ausgang des Rings der zweiten Schleife, mit Ringen aller Schleifen als Eingangskomponente. Ritzel und Ringe aller benachbarten Schleifen übertragen kontinuierlich zur Radnabe, mit Käfigelementen der drei letzten Schleifen als reaktive Elemente. Die Sicheln der ersten drei Schleifen und das Ritzel der letzten Schleife sind jeweils mit einem ratschenartigen Einweg-Kupplungsmechanismus mit Ausrichtung versehen, so dass ihre reaktionsfähigen Elemente frei sind, wobei die Schleifen eine feste Kupplung mit zweiten Übersetzungsstufen der Einheit werden. Wenn jedoch ein reaktives Element gekoppelt ist mit einer nicht drehenden Mittelkonstruktion der Übertragung durch einen radialen Eingriff mit Kugelprofilen, verursacht durch eine Wechselwirkung zwischen einer drehbaren Nocke und axial bewegbaren Nockenfolgern, die jedem reaktiven Element zugeordnet sind, schaffen die ersten und zweiten Übersetzungsstufen jeder Schleife, kombiniert in allen Kombinationen des Produkts, eine Fahrradübertragung mit sechzehn Geschwindigkeiten.
Die 28a–28f zeigen ein Verfahren zum Erzeugen von Zahnradzähnen mit Kopfhöhenflanken für einen doppelten Zahnkranz/Zahnring-Satz mit Zahnkränzen, die eine ungerade Anzahl von Zähnen haben, wie in der Viergeschwindigkeits-Rollstuhl-Übertragung gemäß 26. 28a ist eine Querschnittsdarstellung der coplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen der Übertragung 2000 der 26, die einen ersten Zahnkranz 2018a, einen zweiten Zahnkranz 2018b und den Ring 2016 aufweist. Eingangs werden der Ring 2016 und der erste Zahnkranz 2018a mit Kopfhöhenformzähnen ausgebildet, wie oben beschrieben. 28b ist eine Draufsicht auf eine Übertragung 2000, bei der der Ring 2016 und der erste Zahnkranz 2018a jeweils 60 innere Kopfhöhenformzähne und 47 äußere Kopfhöhenformzähne aufweisen.
28c ist eine Draufsicht auf die Übertragung 2000, bei der der Ring 2016 und der zweite Zahnkranz 2018b gezeigt ist, wobei der zweite Zahnkranz 2018b 53 externe Zähne hat. Der zweite Zahnkranz 2018b ist mit korrespondierenden Kopfhöhenformzähnen unter Verwendung des Kongruenzbogens versehen, der in 28d gezeigt wird, verwendet beim Ausbilden der Zahnradzähne des Zahnrings 2016 und des ersten Zahnkranzes 2018a, um einen neuen Kongruenzbogen zu erzeugen, wie in 28e gezeigt. Ein Verfahren zum Erzeugen des Kongruenzbogens gemäß 28e beinhaltet (1) das Erzeugen eines ersten Bogens, der sich von einem Punkt auf der Kopfhöhe der Zahnflanke des Zahnrings 2016 erstreckt, angeordnet in einem festgesetzten Abstand vom Teilungspunkt und mit einem Zentrum versehen, das das Zentrum des Zahnringes 2016 ist, (2) Erzeugen eines zweiten Bogens, der sich von einem Punkt auf der Kopfhöhe der Zahnflanke des Zahnrings 2016 erstreckt, angeordnet mit dem festgesetzten Abstand von dem Teilungspunkt, jedoch an der gegenüberliegenden Seite des Teilungspunktes, wobei sein Zentrum das Zentrum des Zahnkranzes 2018b ist, (3) Schneiden des ersten Bogens mit dem zweiten Bogen, um einen Kongruenzpunkt zu definieren, (4) Erzeugen eines Kongruenzbogens, der sich zwischen den ersten und zweiten Bögen erstreckt, vom Teilungspunkt zum Kopfhöhenkontaktpunkt, (5) Berechnen der Polarkoordinaten des Kopfhöhenkontaktpunktes unter Verwendung des Radius des Kongruenzbogens, wie unter Bezugnahme auf 20a beschrieben, und (6) Wiederholen der Schritte (1) bis (5) über eine Anzahl von Punkten auf der Kopfhöhenflanke des Zahnrings 2016, um eine ausreichende Anzahl von Polarkoordinaten zu erhalten, um die Form der Kopfhöhenflanke des Zahnkranzes 2018b zu definieren.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die oben beschriebene Methode verwendet werden kann, um Zahnradzähne mit einer Kopfhöhenflanke zu entwickeln, die Gleitkontakt mit jedem vorgefertigten Zahnrad, einschließlich einem Evolventenzahnrad, hat und für jede Anordnung von Zahnrädern und Ritzeln verwendet werden kann. 28f (k1) zeigt, dass bei Verwendung der obigen Methode ein Zahnrad mit Kopfhöhenflanke an ein Evolventenzahnrad, anstatt an ein weiteres Evolventenzahnrad, zusätzliche 5,7 Grad des Kontakts erreicht werden. 28f (k2) zeigt, dass der Kontaktwinkel sich von 15,5 auf 29,6 erhöht unter Verwendung der obigen Methode mit einem Zahnrad und einem Ritzel.
Die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist nur beispielhaft und nicht erschöpfend in Bezug auf die vorliegende Erfindung. Der Fachmann wird in der Lage sein, Zusetze, Weglassungen und/oder Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele vorzunehmen, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Getriebeanordnung mit variblem Übersetzungsverhältnis mit: einer Drehmomenteingangseinrichtung (102, 402, 502, 802, 902, 1002, 1102, 1202); einer Drehmomentausgangseinrichtung (104, 404, 504, 804, 904, 1004, 1104, 1204); mindestens zwei unabhängig variierbare, koplanar seitenverkehrte Getriebezugschleifen (106, 108, 110; 406a, 406b, 406c; 506a, 506b, 506c; 600; 700; 806; 808; 1106; 1206, 1208), wobei eine erste der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen ein erstes Drehmomenteingangselement (128a, b), ein erstes Drehmomentausgangselement (114) und ein erstes reaktionsfähiges Element (116) enthält, wobei eine zweite der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen ein zweites Drehmomenteingangselement (214), ein zweites Drehmomentausgangselement (216) und ein zweites reaktionsfähiges Element (228a, b, 219) aufweist, wobei das erste Drehmomenteingangselement (128a, b) mit der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) gekuppelt ist, wobei das erste Drehmomentausgangselement (114) mit der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) gekuppelt ist, und wobei das erste reaktionsfähige Element (116) mit dem zweiten Drehmomenteingangselement (214) gekuppelt ist; wobei die erste der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen in einer Ebene, eine Gruppe aus einem Zahnkranz (118, 418, 618, 718, 818a, 1118, 1218a) und einem Käfig (128, 419, 560, 619, 719, 819a, 1119, 1219), ein Antriebsritzel (114, 414, 514, 614, 714a, 814a, 1114, 1214a) und einen Zahnring (116, 416, 516, 616a, 716, 816a, 1116, 1216a) enthält, wobei der Zahnkranz eine innere Oberfläche zum Eingriff mit der äußeren Oberfläche des Antriebsritzels und eine äußere Oberfläche zum Eingriff mit der inneren Oberfläche des Zahnrings aufweist, wobei die zweite der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen, in einer Ebene, eine weitere Gruppe aus einem weiteren Zahnkranz (218, 418, 618, 718, 818b, 1118, 1218) und einem weiteren Käfig (228, 419, 560, 619, 719, 819b, 1119, 1219), ein weiteres Antriebsritzel (214, 414, 514, 614, 714a, 814a, 1114, 1214a) und einen weiteren Zahnring (216, 416, 516, 616, 716b, 816b, 1116, 1216b) umfasst, wobei der andere Zahnkranz eine innere Oberfläche zum Eingriff mit der äußeren Oberfläche des anderen Antriebsritzels und eine äußere Oberfläche zum Eingriff mit der inneren Oberfläche des äußeren Zahnrings aufweist; und einer Kupplung (112b), die mit der zweiten koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gekuppelt ist, um das zweite reaktionsfähige Element (228a, b, 219) und/oder das zweite Drehmomentausgangselement (216) aus einer Kupplung mit einem Drehbezug (144), oder der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) oder der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144), der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) und der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) zu bringen, wodurch das Antriebsritzel oder der Zahnring oder der Käfig als Drehmomenteingangselement und Drehmomentausgangselement dienen können, um ein Geschwindigkeitsverhältnis der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen zu variieren.
Getriebeanordnung mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung (112b) erste Kupplungsmittel umfasst, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element (228) gekoppelt sind, um das zweite reaktionsfähige Element (228a, b, 219) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) zu bringen, und wobei zweite Kupplungsmittel mit dem zweiten Ausgangselement (216) zum Umschalten des zweiten reaktionsfähigen Elements (228a, b, 219) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomentausgabeeinrichtung (104, 1204) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomentausgabeeinrichtung (104–1204) zu bringen.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung (112b) erste, mit dem zweiten reaktionsfähigen Element (228) gekuppelte Kupplungsmittel und zweite Kupplungsmittel aufweist, die mit dem zweiten Ausgangselement (216) gekuppelt sind, um jeweils das zweite reaktionsfähige Element (228) und das zweite Ausgangselement (216) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) umzuschalten.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung (112b) erste, mit dem zweiten reaktionsfähigen Teil (228a, b) gekuppelte Kupplungsmittel und zweite Kupplungsmittel aufweist, die mit dem zweiten Ausgangselement (216) zum Umschalten jeweils des zweiten reaktionsfähigen Elements 228a, b) und des zweiten Ausgangselements (216) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) gekuppelt sind.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung erste Kupplungsmittel umfasst, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element zum Kuppeln des zweiten reaktionsfähigen Elementes (228a, b) mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomenteingabeeinrichtung (102–1202) oder der Drehmomentausgabeeinrichtung (104–1204) gekuppelt sind, und zweite Kupplungsmittel umfasst, die mit dem zweiten Ausgangselement (216) gekuppelt sind, um das zweite Ausgangselement (216) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomenteingabeeinrichtung (102–1202) zu bringen.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung (112b) erste Kupplungsmittel enthält, die mit dem zweiten reaktionsfähigen Element (228a, b) zum Kuppeln des zweiten reaktionsfähigen Elements (228a, b) mit dem Drehbezug (144), oder der Drehmomenteingabeeinrichtung (102–1202) oder der Drehmomentausgabeeinrichtung (104–1204) gekuppelt sind, und zweite Kupplungsmittel enthält, die mit dem zweiten Ausgangselement (216) zum Umschalten des zweiten Ausgangselements (216) aus einer Kupplung mit dem Drehbezug (144) oder der Drehmomentausgabeeinrichtung (104–1204) in eine Kupplung mit einem anderen Teil aus der Gruppe aus dem Drehbezug (144) und der Drehmomentausgabeeinrichtung (104–1204) gekuppelt sind.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei das zweite Drehmomentausgangselement (216) am Drehbezug (144) befestigt ist, und wobei die Kupplung mit dem zweiten reaktionsfähigen Teil (288a, b) für eine unabhängige Kupplung des zweiten reaktionsfähigen Elements (228a, b) mit dem Drehbezug (144), oder der Drehmomenteingangseinrichtung (102–1202) oder der Drehmomentausgangseinrichtung (104–1204) gekuppelt ist.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung eine Doppelkupplung (112a, 112b; 112c; 508a, 508b, 508c; 812a, 812b) aufweist, die mit mindestens einer der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen gekuppelt ist, wobei die Doppelkupplung ein erstes Kupplungselement (142a, 242a, 342a, 542a) enthält, das mit dem Drehbezug (144) gekuppelt ist, wobei ein zweites Kupplungselement (142b, 242b, 342b, 542b) entweder mit dem jeweiligen Drehmomenteingangselement oder dem Drehmomentausgangselement gekuppelt ist, und ein interaktives Element (148, 248, 348, 548) aufweist, das mit dem entsprechenden reaktionsfähigen Element gekuppelt ist und zwischen den Kupplungselementen angeordnet ist, wobei das interaktive Element betätigbar ist zwischen einer ersten Position, in der das entsprechende reaktionsfähige Element mit dem ersten Kupplungselement gekuppelt ist, und einer zweiten Position, in der das entsprechende reaktionsfähige Element mit dem zweiten Kupplungselement gekuppelt ist.
Getriebeeinheit mit variablem Verhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Kupplung eine Bandkupplung (408a, 408b, 408c) und eine Überholkupplung (464) umfasst, die mit mindestens einer der koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleifen gekuppelt ist, wobei die Bandkupplung mit dem Drehbezug (444) verbunden ist und um das jeweilige Drehmomenteingangselement oder das Drehmomentausgangselement oder das reaktionsfähige Element angeordnet ist, um deren Drehung zu arretieren, wenn die Bandkupplung auf das entsprechende der Elemente aufgebracht wird, wobei die Überholkupplung mit der entsprechenden koplanar seitenverkehrten Getriebezugschleife gekuppelt ist, um eine relative Drehung zwischen zwei Teilen aus der Gruppe des jeweiligen Drehmomenteingangselements, Drehmomentausgangselements und reaktionsfähigen Elements zu arretieren, wenn die Bandkupplung nicht auf diese Weise aufgebracht ist.