DE3228412A1

DE3228412A1 - Differentialuntersetzungsgetriebe

Info

Publication number: DE3228412A1
Application number: DE19823228412
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: NICKOLADZE LEO G
Current assignee: NICKOLADZE LEO G
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1982-07-29
Publication date: 1983-02-17
Also published as: JPS5865349A; IT8222630A0; IT1153119B; GB2102532A; GB2102532B; DE3228412C2; FR2510696A1; CA1201609A; IT8222630A1; KR840000752A

Description

ϋΝΕΚ E θ ES I N © H Ä U S *" ' PINCK

PATENTANWALT! iUt!OPi AN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2*3, MDNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH SS O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

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29. Juli 1982 DEA*-3OO99

Differentialuntersetzungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Getriebe/ mit dem sich insbesondere große Übersetzungsverhältnisse in einer einzigen Stufe erzielen lassen.

Die Verwendung von Getrieben zur Änderung der Winkel·^ geschwindigkeit in einem gewünschten Verhältnis ist seit langem bekannt. In den meisten Fällen legen die üblichen Getriebegestaltungen Zahngeometrien fest, die für große Übersetzungsänderungen oder übersetzungs-. Verhältnisse nicht zweckmäßig sind. So wird beispielsweise ein übersetzungsverhältnis von 60si in der Regel durch eine Vielzahl von Zwischenbereichsgetriebestufen erreicht, die zusammengesetzt das gewünschte Verhältnis ergeben. Da jede Getriebestufe einen Wirkungsgradverlust ergibt und die Herstellungs- und Wartungskosten steigert, wird hinsichtlich dieser Vielzahl von Getriebestufen eine intensive Forschung betrieben.

Neuerdings werden Getriebe mit ungeradzahligen Zähnen verwendet, um große Übersetzungsverhältnisse in einer einzigen Stufe zu erhalten. Der Nachteil dieser Getriebe besteht darin, daß die erreichbare Verhältniszunähme von ganzzahligen Schritten abhängt/ die mit der in dem

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Getriebe verfügbaren Zähnezahl verbunden sind. Obwohl ' V

die■ungeradzahligen Zahnrad- bzw. Getriebeanordnungen '

dann verwendet werden können, wenn ein spezielles ί

übersetzungsverhältnis bei der Auslegung der Getriebe- "J

stufe vorliegt, lassen sich diese Anordnungen nicht ^:: in geeigneter Weise modifizieren, wenn andere Übersetzungsverhältnisse erwünscht sind. Um den Wirtschaft- i lichkeitsanforderungen des Marktes zu gentigen, ist es deshalb erforderlich, technische Maßnahmen zu ergreifen, ^

mit denen sich große Übersetzungsänderungen erreichen \ lassen, ohne daß spezielle Werkzeugbearbeitungen und

aufwendige Verformungen erforderlich sind. _;

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Getriebe erreicht, welches jedem gewünschten übersetzungsverhältnis durch Teilungsungleichheiten angepaßt werden kann.

Bei einem untersetzungsgetriebe werden zwei Zahnanordnungen mit ungleichem Durchmesser und verschiedenen Tel- : lungen eingesetzt, um das gewünschte Differentialgetriebe zu erhalten. Weiterhin ergibt sich erfindungsgemäß ein Untersetzungsgetriebe, mit dem sich das Übersetzungs- ■ verhältnis durch zweckmäßige Auswähl veränderlicher

Teilungen erreichen läßt.
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Erfindungsgemäß wird ein Zahnrad mit einer ausgewählten Kreisteilung zwischen den treibenden Teilen verwendet, das entweder mit einer Zahnstange oder mit einem Zahnrad mit einem großen Durchmesser in Eingriff bringbar ist, die bzw. das mit angetriebenen Elementen versehen ist, welche in die Zähne eingreifen. Das Differential bzw. der Ausgleich in der Teilung zwischen dem treibenden Element und dem getriebenen Element an der Zahn- ψ--. stange oder dem Zahnrad ergibt das erforderliche über- ja

Setzungsverhältnis. Erst durch dieses Differential bzw. t|

diesen Ausgleich kann jedes geeignete Verhältnis erreicht ;*

werden. Alternativ kann dieses. Verzahnungsprinzip vorteilhaft in einer Sonnen- oder Planetenverzahnungsanordnung eingesetzt werden. Das treibende Teil und die getriebenen Teile können Zähne sein, die in Eingriff mit Rollen oder magnetisch gekuppelten Magneten stehen. Ein relativ reibungsloser Eingriff wird dabei entweder durch den Eingriff Rollen-rZähne oder durch die Koerzitivkräfte, die zwischen den Permanentmagneten entwickelt werden, erreicht, wodurch sehr hohe Wirkungsgrade erzielt werden und wobei der · Verschleiß reduziert oder vollständig ausgeschlossen wird.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher"erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Zahnstangen-Ritzel^-An-

ordnung unter Einsatz des erfindungsgemäßen Prinzips,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Stirnansicht einer Planetengetriebeanordnung/ bei der das Prinzip von Fig. 1 verwendet ist,

Fig. 3 den Schnitt 3-3. van Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Planetenanordnung in Kombination mit Zahnrädern/

Fig. 5 den Schnitt 5-5 von Fig. 4,

F.ig. 6 eine dritte Ausführungs einer .Planetenanordnung in der Seitenansicht,,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer magnetisch gekuppelten

Verzahnungsanordnung,
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Fig. 8 eine Einzelheit der Magnetzahnanordnung von Fig. 7,

Fig. 9 eine weitere Ausführung einer magnetisch in Eingriff gebrachten Getriebeanordnung,

Fig. 10 den Schnitt 10-10 von Fig. 7, 5

Fig. 11 eine Seitenansicht einer magnetisch gekuppelten Planetengetriebeanordnung und

Fig. 12 den Schnitt 12-12 von Fig. 11. 10

In Fig. 1 ist das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip anhand einer Zahnstangen-Ritzel-Anordnung .10 veranschaulicht, die ein Ritzel 11 aufweist, das auf einem Lager 12 sitzt, welches seinerseits an einem Schaft gehalten ist, der sich senkrecht ausgehend von einem Gleiteingriff in Nuten 15 erstreckt. Die Nuten 15 sind an der Innenseite eines quer ausgerichteten Kanalabschnitts 16 ausgebildet, der parallel zu einer Zahnstangenanordnung 20 angeordnet ist. Die Nut 15 ermöglicht die Bewegung des Schaftes 13 in ihrer Längsrichtung, verhindert jedoch eine. Vertikalbewegung. Die Zahnstangenanordnung 20 ist für eine Längsbewegung vorgesehen und hat eine Vielzahl von senkrecht gerichteten Zapfen 21, die im Abstand in gleichen Schritten auf der Längsachse angeordnet und für den Eingriff mit dem Umfang des Zahnrads 11 auseinandergezogen sind.. Jeder Zapfen 21 trägt an seiner Außenseite ein Bollenlager 22 oder eine ähnliche reibungsreduzierende äußere Abschirmung, durch welche der größte Teil der Kontaktreibung beseitigt wird..

Das Zahnrad 11 ist um seinen Umfang herum mit einer. Vielzahl von Aussparungen .31. versehen, die jeweils durch einen Zahn 32 getrennt sind. Die' Aussparungen .31 sind so geformt, daß sie die Rollen 22 aufnehmen,.. wobei, sich die vorstehenden Zähne 32 dazwischen erstrecken und so ausgerichtet sind, daU sie in die Spalte' zwischen den Rollenlagern gehen. Um einen guten Rollkontakt zu. gewährleisten, hat jede Ausnehmung zwischen den Zähnen 32 .einen insge- '..

samt kreisförmig ausgebildeten Bogen, der die beiden geraden Flächen verbindet/ welche die Zähne bilden. Die Zähne 32 oder die Ausnehmungen oder Bögen dazwischen sind im Abstand einer vorher festgelegten Kreisteilung angeordnet, die durch den Teilungsbogen P veranschaulicht ist. Die Abmessung des Teilungsbogens P bezüglich des Mittenabstands T .zwischen den Zapfen .21 legt das mit dieser Anordnung erreichbare übersetzungsverhältnis fest.

Wenn die Teilungsabmessung P plus der Teilungsabmessung über dem gewünschten übersetzungsverhältnis gleich dem Mittenabstand T ist, ergibt sich keine Bewegungsverringerung. Der Schaft 13 bewegt sich von rechts oder von links, ohne eine Bewegung auf die Zahnstangenanordnung 20 zu übertragen. Wenn nun der Mittenabstand T zwischen den Zapfen 22 gleich. T +.-^₅ ist, wobei P gleich T ist, führt die Bewegung des Schaftes 13 nach rechts um eine Einheit zu einer Bewegung der Zahnstange 20 nach links um ein Hunderstel der Einheit, so daJ3 man ein relatives Bewegungsverhältnis, von 100.:.1 erhält. Wenn umgekehrt der Mittenabstand zwischen den Zapfen 22 T *· " gemacht wird,

. führt die; Bewegung des Schaftes 13 nach rechte· zu einer Bewegung der Zahnstange 20 nach rechts um ein Hunderstel einer Einheit. Diese Bewegung ergibt sich durch das Abwälzen der Rollen 22 längs der Wände der Nuten oder Aussparungen .3 1 . Somit ist die Differenz zwischen der. Vorwärtsbewegung des Schaftes 13 in der Nut 15 relativ zur .Vorwärtsbewegung der Zahnstangenanordnung 20 gleich dem Kehrwert der Differenz zwischen der Kreisteilung P und dem Mittenabstand T.

Dieses Prinzip kann in vorteilhafter Weise bei einem Planetengetriebe verwendet werden, wie es in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Dabei ist das eine Ende einer Eingangswelle .51 in der Mitte einer getriebenen Platte 52 be-

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festigt, die eine im wesentlichen dreieckige ebene Form aufweist. Die Platte 52 ist in der Nähe eines jeden ihrer drei Scheitel mit einer Kreisböhrung 53 versehen, von denen jede ein Ende eines Zapfens. 54 aufnimmt. Das andere Ende des Zapfens 54 ist in gleicher Weise in einer weiteren Vielzahl von Bohrungen 55 aufgenommen, die sich wiederum in der Nähe der Scheitel einer Dreiecksplatte 56 befinden. Die Platten 52 und 56 "haben eine im wesentlichen gleiche ebene Form. Die Platte 56 hat eine zentrale Welle 57, die sich von. der Mitte nach außen erstreckt. Die Eingangswelle 51. versetzt auf einer Seite des Auf haus der. von den Platten 52 und 56 und den entsprechenden Zapfen 54 gebildet wird, die Anordnung in Drehung, wobei jeder Zapfen 54 seinerseits ein entsprechendes Zahnrad 60 trägt. Dieses Zahnrad 60 entspricht dem Zahnrad .11. von Fig.. 1 und hat eine. Vielzahl von am Umfang, vorgesehenen Aussparungen, die durch.zähne getrennt sind. Jedes Zahnrad .60 hat also an seinem Umfang eine Vielzahl, von mit einem Kreisrand versehene Aussparungen .61 oder Ausnehmungen, die zwischen den benachbarten Zähnen 62 ausgebildet sind. Dadurch erhält man eine integrale Anordnung, welche die Zahnräder 60 zusammen mit der Welle .51 trägt. In dieser Form sind die Zahnräder 60 frei für eine Drehung um ihre jeweiligen Zapfen, wodurch die Bewegungen des Zahnrads .11 um den Schaft 12. von Fig.. 1 verdoppelt wird. Die Planetengetriebeanordnung wird nach dem gleichen Prinzip innerhalb eines Rechtsgetriebes gedreht, das zwei Kreisplatten 71 und 72 hat, die im Abstand angeordnet sind und eine Vielzahl, von Rollen 75 dazwischen tragen. Die Rollen 75 sind am Umfang der Platten .71 und· 72 in fluchtender Ausrichtung für den Eingriff mit den Zähnen der Zahnräder 60. verteilt. Durch geeignete Wahl der. Teilungsdifferenz zwischen dem Zahnabstand an den Zahnrädern 60 und dem Umfangsabstand der Rollen 75 kann ein großes übersetzungsverhältnis erreicht, werden. Dieses erreichte übersetzungsverhältnis hängt also nicht von der Zähnezahl. sondern von der Teilungsdifferenz ab. Bei dieser Aus-

führungsform können die Platten .71 und 72 mit einer Abtriebsabnahme 76. versehen sein, über die die Übersetzung sreduzierung eintritt.

Die gleichen Prinzipien können bei einer Differentialanordnung verwendet werden, wie sie in den Fig. 4 und gezeigt ist, Das Differential- bzw. Ausgleichsgetriebe 100 hat eine Eingangswelle 1.01* die sich ins Innere eines Rxnggetriebegehäuses 102 mit im wesentlichen zylindrischen Abschnitt erstreckt. Jn dem Ringgetriebegehäuse .102 ist die Welle 101 mit einem Sonnenrad 103 . verkeilt, in dem herkömmliche Zähne ausgespart sind und das mit einer. Vielzahl von Planetenrädern kämmt. Die PlanetenZahnräder 104 sitzen auf Wellen 105, die für eine Drehung in einem Planetenradträger gehalten sind, der zwei kreisförmige Stirnplatten 106 und 107-aufweist. Jede der Wellen .105, die mit dem Zahnrad 104 verkeilt ist, ist weiterhin mit zwei Zahnrädern 108 und 109 verkeilt/ die erfindungsgemeLß ausgebildet sind. Die Zahnräder. .108 und .109 greifen in eine Vielzahl von Umfangsrollen .1.10 ein, die in der Nähe der Umfangswand des Ringgehäuses bzw, Differentialgehäuses 102 angeordnet ^s sind. Jedes der Zahnräder. 108 und 109 hat am Umfang Aussparungen 115 mit einer Teilung, die sich von der Teilung der ümfangsrollen .110 unterscheidet. Die Tei-. lungsdifferenz wird also auch Ijier in der. vorstehend beschriebenen Weise ausgenutzt.

Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Konstruktion kann auch bei der Anordnung, von Fig. 6 benutzt werden. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, ist das Sonnenrad 103 gemeinsam mit einem inneren Rollenkäfig 125 von ebener Kreisform . verkeilt, der am Umfang eine Vielzahl von Rollen-130 aufweist. Die radiale Abmessung der Positionierung der Rollen 130 ist so bemessen, daß ein Kontakt dazwischen und mit den Zahnrädern 108 und 103 besteht. Der Umfangs-

abstand der Rollen 130 kann so gewählt werden, daß er gleich der Kreisteilung der Zahnräder 108 und 109 ist, so daß sich eine Umkehrung ergibt. Somit ist die Drehung des Differentialgehäuses 102 entgegengesetzt zu der der Welle 1.01 und hat ein Verhältnis, das proporitonal zur Teilungsdifferenz ist.

Bei diesen Ausführungsformen gibt die. Verhältnisgeometrie der Kreisaussparung und der Rollenoberfläche einen einzigen Punktkontakt, der einen hohen Wirkungsgrad gewährleistet. In jedem Fall ermöglicht der Punktkontakt das erforderliche .übersetzungsverhältnis, so daß Wirkungsgrade erreicht werden, die denen lierkömmlicher. Getriebezüge gleich sind. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Getriebezügen werden diese Wirkungsgrade jedoch in einer einzigen Getriebestufe anstelle einer normalerweise großen Anzahl von Stufen erreicht, um ein solch hohes Verhältnis zu erzielen.

Das gleiche Prinzip der beschriebenen Teilungsdifferentialübersetzung kann wirksam bei einer magnetischen Kupplung eingesetzt werden. :

Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist,, wird ein Planetengetriebeträger 201 durch eine Welle 202 im. Inneren einer Ringgetriebeanordnung 203 angetrieben. Für die Drehung in dem Planetengetriebeträger 201 ist in gleicher radialer Trennung von der Mitte der Welle 202 eine. Vielzahl von Zahnrädern 205 gehalten,, von denen jedes als zylindrischer Abschnitt ausgebildet ist, an dessen Umfang sich eine Vielzahl von radialen Dipolen 206 erstreckt, die nach Nord und Süd magnetisiert sind gemäß.der in Fig. 8 gezeigten Richtung. Die Ringzahnradanordnung hat in ähnlicher Weise einen nach innen gerichteten am Umfang mit Zähnen versehenen Ring .211, wobei jeder Zahn .212 als Magnetdipol magnetisiert ist, Bei der Ausrichtung

der magnetischen Polarität der Ringζahnradζahne 212 und der Planetenzahnradzähne 206 für ein Abstoßen ergibt sich eine kontaktlose Getriebe- bzw, Übersetzungsanordnung. Die AbstoBung bewegt das Zahnrad 203 um einen Betrag, der der Teilungsdifferenz entspricht. Die Kreisteilung der Ringzahnräder 212 und der Zähne um den Umfang der Zahnräder 205 kann ungleich sein/ um die erwähnte Differential-Übersetzung zu erreichen. Bei dieser Ausführung wird das erforderliche übersetzungsverhältnis mit einer Anordnung erreicht/ die aufgrund der magnetischen Abstoßung eine Aufnahme durch die Welle ermöglicht, wodurch der Zahnradkontakt auf ein Minimum reduziert wird.

Der gleiche magnetische Effeiet ergibt sich bei der Anordnung von Fig. 9. Das Planetengetriebe 205 hat anstelle der sich am Umfang erstreckenden magnetischen Dipole halbkreisförmige magnetische Einsätze 226 um den Umfang herum. Das Ringzahnrad .211 hat in gleicher Weise halbkreisförmige magnetische Einsätze 232, wobei die magnetische Ausrichtung der Einsätze 226 und 232 Nord-Süd für die wechselseitige Anziehung ist. Der Umfangsabstand der Magneteinsätze 226 und der Abstand der Einsätze 232 ist so bemessen, daß man die Differentialübersetzung bzw. die Übersetzungsdifferenz erhält. Diese Anordnung gibt eine wirksame Übersetzung ohne mechanischen Kontakt, so daß sich die Anordnung besonders für den Antrieb empfindlicher Einrichtungen eignet, beispielsweise für Bandantriebe und ähnliche Anordnungen.

Um ein hohes Drehmoment zu erhalten, kann eine Magnetanordnung, verwendet werden, wie. sie in Fig. 10 gezeigt ist, wo eine feste Schiene 233 verwendet wird. Der kreisförmige Abstand zwischen den Magneten 226 und 233 ist gleich. Der kreisförmige Abstand der Magneten 232 ist verschieden vom Abstand der Magneten 226. Eine andere Ausgestaltung ist in den Fig. .11 und 12 gezeigt, die der von Fig» 6 ent-

spricht, mit der Ausnahme/ daß die Zahnräder durch Magnete ersetzt sind,, wobei jedoch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 6 benutzt werden.

Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Kreisteilung eines Zahnrads verwendet, um gro.Be Übersetzungsverhältnisse zu erhalten» in dem Fall, in dem ein fester Kontakt hergestellt wird, gewährleistet zwei Flächen, die nicht den gleichen Radius haben, einen Kontaktpunkt, was weiter durch die Eigenschaften einer Rolle verbessert wird. Somit erhält man den gleichen Wirkungsgrad wie er mit einem Kettentrieb oder einem Zahnradzug erhalten wird, mit dem zusätzlichen Vorteil, daß nur eine Stufe das gleiche Übersetzungsverhältnis ergibt, für das normalerweise eine. Vielzahl von Zahnrädern erforerlich sind. Da dieser Kontaktpunkt um den Umfang der Rolle rollt, wird die die Rolle tragende Anordnung durch die. Oberfläche der Aussparung, vorwärtsbewegt, ohne daJB eine entgegengesetzte Bewegungsbegrenzung bzw. ein entgegengesetzter Zwangslauf erforderlich ist. Da jeder Zahn in den Zwischenraum zwischen den Rollen vorwärtsbewegt wird, hält nur eine Seite des Zahns Kontakt. Die andere Seite des Zahns oder die Aussparung zwischen den Zähnen bleibt kontaktfrei. Für diese Zähnradanordnung ergibt sich für die. Vorwärtsbewegung über die Rollen eine notwendige entgegengesetzte Translation.in der Rollenanordnung, mit der die gewünschte übersetzung erreicht wird. Diese entgegengesetzte Translation tritt auch ein, wenn der Rollenaufbau .vollkommen eben ist, was bisher nicht erreichbar war. Bei der magnetisch gekuppelten

. Verzahnungsanordnung geben die abstoßenden oder anziehenden Kräfte der Magnete die Treibkraft, damit, sich die Pole ausrichten und die Zahnräder antreiben, während sie miteinander kämmen.

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Claims

ν. F α N E R EBBlNGHAU s" FINCK

PATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

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29. JuXi 1982 DEA-30099

Patentansprüche

Mrf Vorrichtung zum Ändern der Geschwindigkeit der relativen Vorwärtsbewegung zwischen einem treibenden Element und einem angetriebenen Element, gekennzeichnet durch ein zahnradartiges kreisförmiges Element (11) mit einem Umfangsrand, der mit einer Vielzahl von Treibelementen (32) versehen ist, die um den Ümfangsrand in vorher festgelegten Abständen angeordnet sind, wobei das kreisförmige Element (11) in Wirkungsverbindung mit den treibenden Elementen (13) für deren Drehung steht, und durch ein langgestrecktes Eingriffselement (20), das mit einer Vielzahl von getriebenen Elementen (22) versehen ist, die im Abstand längs des Eingriffselements (20) in gleichen vorher ausgewählten Abstandsschritten angeordnet sind, wobei die getriebenen Elemente (22) in Wirkungsverbindung mit den Treibelementen (32) stehen, wodurch die getriebenen Elemente (22) für den aufeinanderfolgenden Eingriff mit den Treibelementen (32) im Lauf der Drehung des kreisförmigen Elements (11) auseinandergezogen sind.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorher festgelegten Abstände und vorher ausgewählten Schritte ungleich
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibelemente (32) bogenförmige Aussparungen (31) haben, und daß die getriebenen Elemente (22) Rollen aufweisen, von denen jede einen Zapfen (21) hat, der sich quer vom Eingriffselement (20) aus erstreckt, wobei jeder Zapfen (21) drehbar eine zylindrische Hülse hält, deren Außendurchmesser kleiner als die Krümmung der bogenförmigen Aussparungen (31) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffselement in einer kreisförmigen Schleife gekrümmt ist und so angeschlossen ist, daß das getriebene Element in Drehung vorwärtsbewegt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Übersetzungseinrichtungen, die zwischen das kreisförmige Element und das getriebene Element für die Vorwärtsbewegung des kreisförmigen Elements mit dem Übersetzungsverhältnis geschältet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η ze ichnet, daß das kreisförmige Element für die

•*° Planetenbewegung im Inneren des Eingriffselements
gehalten ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen und Rollen

für wechselseitige Abstoßung magnetisiert sind.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die treibenden Elemente und die getriebenen Elemente für eine relative Anziehung magnetisiert sind.