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Stufenlos einstellbares Planetengetriebe
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Die Erfindung betrifft ein stufenlos einstellbares Planetengetriebe,
insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem ein Umschlingungstrieb als Variator und
eine Planetenradstufe zu einem Stellgetriebe vereinigt sind.
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Für die Übertragung der Antriebsdrehbewegung bei Kraftfahrzeugen,
im Maschinen- und Geratebau, in der Steuerungs- und Regeltechnik sind für unterschiedliche
Fahr-bzw. Arbeitsbedingungen Getriebesysteme von Vorteil, mit denen durch stufenlose
Übersetzung der Antriebsdrehung ein angepaßter Betriebsablauf ermöglicht wird.
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Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Bestrebungen kraftschlüssige
Systeme, insbesondere in Kombination mit einem Planetengetriebe anzuwenden.
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Die Verbindung eines Umschlingungstriebes in der Auslegung einer einstellbaren
Kegelscheibenanordnung und einer Planetenradstufe stellt die raumsparende Variante
eines stufenlosen Getriebes mit Reibungsübertragung dar.
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("Die Planetenrad- Umlaufrädergetriebe" von Hugo Klein Hanser Verlag
München 1962 S.183 bis 221) Es sind auch Ausführungen bekannt geworden, bei denen
ein Wälzkörper- Übertragungssystem mit Planetenradstufen vereinigt ist (DE-PS 2
207 o33).
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Die Verbindung eines "Hydrostatischen Motors" mit einem Planetengetriebe
stellt eine weitere Variante der stufenlos einstellbaren Planetengetriebe dar (DEPS
1 918 954).
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Für die stufenlose Übertragung einer Umfangskraft mit einem Umschlingungsgetriebe
sind außer den Planetengetrie bekombinationen auch Anordnungen mit festem Steg bekannt
(Prospekt: Die stufenlosen P.I.V. Hochleistungsgetriebe" von Reimers KG.).
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Drehmoment-Wandler als hydrodynamische Übertragungseinrichtungen werden
insbesondere bei Motorfahrzeugen eingesetzt und unterscheiden sich grundsätzlich
vom Erfindungsgegenstand.
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Sowohl die aufgeführten als auch einschlägige stufenlos einstellbare
Getriebesysteme beruhen auf einer Reibungsübertragung in einem Variator oder einer
hydrodynamischen bzw. einer sonstigen hydraulischen Leistungsübertragung mit Wandlern
unterschiedlicher Konzeption. Sie sind deshalb mit erheblichen Reibungs- bzw. Strömungsverlusten
behaftet. Damit sind sie bei einem kleineren Übertragungswirkungsgrad mit größerem
Verschleiß, verbunden mit zusätzlichen Bauaufwendungen, gegenüber Stufengetrieben
im Nachteil. In den vorgegebenen Anwendungsbereichen sind sie nur eingeschränkt
einzusetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos einstellbares
Planetengetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich von den bekannten
Auslegungen durch formschlüssige Leistungsübertragung, einfachere raumsparende Bauart
und günstigere Betriebseigenschaften mit höherem Wirkungsgrad unterscheidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Umschlingungstrieb
in zwei bzw. mehrere Kombinationen gegliedert ist, die in zwei bzw. mehreren Radialebenen
angeordnet sind, bei denen die antriebsseitige Kombination aus Doppelverzahnungen
111/112 eines gehäusefesten Sonnenrades 113 und Doppelverzahnungen 109/ 11o von
Planetenrädern 106/107 zusammengesetzt ist, die auf einem radial einzustellenden
Stellsteg 104 gelagert sind, daß die zweite Yombination von Verzahnungen 116/ 117
der Planetenräder 1o£/1o7 der antriebsseitigen Kombination mit einer Zahnscneibe
118 gebildet wird, die mit einer Stegwelle 119 die Verbindung zu einer Planetenradstufe
herstellt, daß diese Elanetenradstufe aus einem Außenrand 121 und einem Hohlrad
122 besteht, das über eine Exzentrizitäts-Ausgleichseinrichtung mit der Abtrieoswelle
125 verbunden ist.
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Um einen abtriebsseitigen Stillstand einstellen zu können, sind nach
weiterer Ausbildung der Erfindung die Doppelverzahnungen 111/112 des Sonnenrades
113 zu den Doppelverzahnungen 1o9/11o aer Flanetenräder 106/107 bei der antriebsseitigen
Kombination für gleiche Zähnezahlen ausgelegt und die Verzahnungen 116/117 der Planetenräder
1o6/1o7 zur XTerzahnunx der vahnscheibe 118 der zweiten Kombination mit der Planetenradstufe
aus dem Hohlrad 122 zum Außenrand 121 auf den gleichen Abstufungswert abgestimmt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dab sich durch formschlüssige LeistungsüDertragung ein hoher Wirkungsgrad erreichen
laut und ein weiter ttbersetzungsbereicn bis zum abtriebsseitigen Stillstand und
einer Drehrichtungsumkeur erschlossen wird.
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Infolge der größeren Belastungsfahigkeit gegenüber Getrieben mit reibungsschlüssiger
Leistungsübertragung,
lassen sich die Aufwendungen bei der erstellung
verringern und das Verschleißverhalten der Ubertragungsteile verbessern. Da Zusatzeinrichtungen
wie Reibungskupplungen bzw. Wandler insbesondere bei Motorfahrzeugen nicht erforderlich
sind, ermöglichen sich bei der Anwendung Vereinfachungen, mit denen sich die erfindungsgemäße
Version von den bekannten Ausführungen abhebt.
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Die Erfindung wird in dem folgenden Ausführungsbeispiel anhand zeichnerischer
Darstellungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch ein stufenlos
einstellbares Planetengetriebe in der Einstellung einer Leistungsübertragung.
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Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch den Umschlingungstrieb in der
Radialebene I-I eines stuSenlos einstellbaren Planetengetriebes nach Fig.1 in der
Einstellung eines abtriebsseitigen Stillstandes.
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Fig. 3 zeigt einen Radialschnitt durch den Umschlingungstrieb in der
Radialebene II-II eines stufenlos einstellbaren Planetengetriebes nach Fig.1 in
der anstellung einer Leistungsüber-Wragung.
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Fig. 4 zeigt einen Radialschnitt durch die Planetenradstufe in der
Radialebene 111-1 II eines stufenlos einstellbaren Planetengetriebes nach Fig.1
in aer Einstellung einer Leistungsübertragung.
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Das stufenlos einstellbare Planetengetriebe mit formschlüssiger Leistungsübertragung
nach Fig.1 bis Fig.4 ist in einem Getriebegehause ~angeordnet und folgendermaßen
aufgebaut:
An der Antriebswelle 1o1, die in den Getrieberaum ragt,
befindet sich der Anschlußsteg 102, der über die Schieberührung ;o3 den Stellsteg
104 radial einstellbar aufnimmt. Am Anschlußsteg 1o2 ist die hydraulische Verstelleinrichtung
105 angeordnet, mit der der Stellsteg 104 in der Schiebeführung 103 verbunden ist.
Der Anschluß an einen Stellzylinder als Betätigungsorgan auverhalb des Getriebegehäuses
126 wird durch Bohrungen in den Übertragungsteilen hergestellt. Die Planetenräder
1o6/1o7 sind in der Nutenführung 1o8 der Querachse des Stellsteges 104 verschiebbar
gelagert. it ihren Doppelverzahnungen 1o9/11o in der antriebsseitigen Radialebene
I-I sind sie über diese jeweils durch ein Umschlingungsglied mit einer der Doppelverzahnungen
111/112 des gehäusefesten Sonnenrades 113 verbunden. Die Lagerungen der Planetenräder
1o6/1o7 sind an die hydraulische Verstelleinrichtung 105 angeschlossen. Die Verzahnungen
116/117 der Planetenräder 1o6/1o7 sind über ein Umschlingungsglied mit der Zahnscheibe
118 in der zweiten Radialebene II-II im Eingriff, die an der Stegwelle 119 befestigt
ist.
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Diese ist in der Stegnabe 120 gelagert und nimmt auf der Abtriebsseite
das Außenrad 121 auf, das sich mit dem Hohlrad 122 in der abtriebsseitigen Radialebene
III-III im Kammeingriff befindet. Das Hohlrad 122 ist mit der Zapfenverbindung 123
drehbar an den Stellsteg 1o4 angeschlossen. Die Gelenkwelle 114 verbindet das Hohlrad
122 mit der Abtriebswelle 125, die im Getriebegehäuse 126 gelagert ist. Die Führungsbüchse
115 stellt den Längenausgleich bei unterschiedlichen Exzentrizitätseinstellungen
an der Gelenkwelle 114 her.
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Der funktionelle Ablauf dieser Anordnung vollzieht sich in der folgenden
Weise: Die Antriebsdrehbewegung der Antriebswelle 1o1 wird vom Anschlußsteg 102
übernommen und über die Schiebeführung 103
auf den Stellsteg 104
mit den beiden Planetenrädern 1o6/1o7 in seiner Nutenführung 1o8 übertragen. Dabei
werden die Planetenräder 1o6/1o7 mittels der beiden Umschlingungsglieder, welche
ihre Doppelverzahnungen 1o9/11o mit den Doppelverzahnungen 111/112 des Sonnenrades
113 verbinden, in der antriebsseitigen Hadialebene I-I in eine translatorische Umlaufbewegung
um das gehausefeste Sonnenrad 113 gebracht. Die Verzahnungen 116/117 der Planetenrader
1o6/1o7 übertragen diese in die zweite Radialebene II-II und bewirken dort den Umlauf
eines Umschlingungsgliedes, das der Zahnscheibe 118 eine Drehbewegung erteilt. Uber
die Stegwelle 119 in der Stegnabe 120 wird diese zum Außenrad 121 in der abtriebsseitigen
Radialebene III-III weitergeleitet.
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Dieses rollt im Hohlrad 122 ab, dem dabei entsprechend der radlalen
Einstellung des Stellsteges 104 über die Zatfenverbindung 123 eine überlagerte Drehbewegung
erteilt wird. Die gelenkwelle 114, welcne an das Hohlrad 122 angeschlossen ist,
überträgt die Drehbewegung an die im Getriebegehäuse 126 gelagerte Abtriebswelle
125 und zentralisiert dabei den exzentrischen Umlauf des Hohlrades 122. Der Längenausgleich
bei den unterschiedlichen Exzentrizitäten erfolgt durch die Führungsbüchse 115.
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Bei der unterschiedlichen Sinstellung der beiden Planetenrader 106/107
zum Sonnenrad 113 aurch die hydraulische Verstelleinrichtung 105 in aer antriebsseitigen
Radialebene I-I entsprechend der jeweiligen Ubersetzungseinstellung ist ein Abstandsausgleich
erforderlich.
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Dieser kommt dadurch zustande, dab die Planetenräder 1o6/ 107 über
ihre Lagerungen in der Nutenführung 1o8 des Stellsteges 104, die an der hydraulischen
Verstelleinrichtung 105 angeschlossen sind, in eine angepaßte Position gebracht
werden.
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Das erfindungsgemäße Prinzip des stufenlos einstellbaren Planetengetriebes
wird anhand der beiden Sinstellungen
einer Leistungsübertragung
und eines abtriebsseitigen Stillstandes entsprechend der Darstellung einer Teildrehung
in Fig.2, Fig.3 und Fig.4 näher erläutert: Bei der Einstellung einer Leistungsübertragung
befinden sich sowohl die Doppelverzahnungen 1o9/11o der Planetenräder 1o6/1o7 der
antriebsseitigen Kombonente in der Radialebene I-I, als auch die zweite Kombonente
mit den Verzahnungen 116/117 in der Radialebene II-II des Umschlingungstriebes und
die Planetenradstufe in der Radialebene III-III auDermittig zum Sonnenrad 113 in
der radialen Position M1. ine Teildrehung des Stellsteges 104 mit den Planetenradern
106/107 bewirkt, dau diese sich entsprechend dem eingestellten Abstand a zur titte
M1 des Sonnenrades 113 translatorisch einstellen.
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Dabei wird dem Umschlingungsglied cter zweiten Radialebene II-II aDer
die Verzahnungen 116/117 eine kbrollbewegung erteilt, die oei der angeschlossenen
Zahnscheibe 118 eine Drehbewegung bewirkt, die im Abrollbogen c1 abläuft. Die Verzahnungen
116/117 der beiden Planetenräder 106/107 bilden die aufgeteilte Umlaufmitte des
Umschlingungsgliedes, das der Zahnscheibe 118 eine Drehbewegung erteilt, bei der
eine rückläufige Relativbewegung ausgeschlossen ist. Damit ergibt sich bei allen
Sinstellungen zur Mitte M1 des Sonnenrades 113 immer die gleiche Bogenlänge des
Abrollbogens c2, der sich aus der Abstufung des Äußenrades 121 zum Hohlrad 122 ableitet.
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Dem jeweiligen Abrollbogen c1 bzw. c2 muS sich der Zentriwinkel α1
in Abhängigkeit vom eingestellten Mittenradius r1 anpassen. Wird der Abrollbogen
c2 im Hohlrad 122 zu einem Abrollkreis ergänzt, so entspricnt dieser aem Teilkreis
eines analogen drehfesten Aubenrades mit clem Durchmesser d01 = 2r2.
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In Beziehung zum Hohlrad 122 gebracht, ergeben sich dabei folgende
Übersetzungsverhältnisse:
i= eingestellte Ubersetzungsstufe do1 = Teilkreisdurchmesser des Hohlrades 122 do2
= Teilkreisdurchmesser eines analogen drehfesten Außenrades.
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Entsprechend dieser Beziehung wird dem Hohlrad 122 beim Abrollen eine
überlagerte Drehbewegung erteilt, die sich auf dem Außenrand 121 mit umlaufendem
Wälzpunkt einstellt.
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Die über den Stellsteg 104 eingestellte Übersetzungsstufe wird exzentrizitätsausgleichend
über die Anschlußteile auf die Abtriebswelle 125 übertragen. Ein Vergleich des Zentriwinkels
*g beim Abrollbogen c2 des Außenrades 121 und des Zentriwinkels B im Hohlrad 122
mit dem Differenzwinkel yt entsprechend der Darstellung einer Teildrehung nach Fig.
2-4 bietet eine weitere Möglichkeit, die jeweilige toersetzungsstufe zu ermitteln.
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Bei der Einstellung eines abtriebsseitigen Stillstandes nacii Fig.
2 befinden sich sowohl die Planetenräder 1o6/1o7 zum Sonnenrad 113 des antriebsseitigen
Umschlingungstriebes in der Radialebene I -I, als auch der Umschlingungstrieb in
der Radialebene II-II und die abtriebsseitige Planetenradstufe in der Radialebene
III-III in der gemeinsamen Mittenposition M1/M1,. Bei der Übertragung der Antriebsdrehbewegung
umlaufen diese Kombinationen in den drei Radialebenen entsprechend ihrer zentralen
Einstellung die Mitte M1 des Sonnenrades 113.
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Vom Umschlingungstrieb in der Radialebene II-II wird dabei über die
Zahnscheibe 118 auf das Außenrad 121 eine übersetzte Drehbewegung übertragen, mit
der in der abtriebsseitigen Radialebene III-III im Hohlrad 122 leerdrehend umläuft.
Da deshalb keine Übertragung auf die
Anschlußteile erfolgt, wird
auf die Abtriebswelle 125 auch keine Drehbewegung übertragen.
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Ein Vergleich des eingestellten Zentriwinkels oRN vom Abrollbogen
c2 des Außenrandes 121 mit dem Zentriwinkel des Hohlrades 122 ergibt bei der eingestellten
Mittenposition M1/M1 einen Differenzwinkel 7at = Null.
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Damit findet keine abtriebsseitige Drehbewegung statt.
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Die erfindungsgemäße Konzeption des "Stufenlos einstellbaren Planetengetriebes"
läßt sich bei Übernahme des Grundprinzips variieren und an gegebene Verhältnisse
anpassen. So besteht z.B. bei einer Veränderung des Aufbaus auch die Möglichkeit
den AnTrieb direkt über die Zahnscheibe 118 einzuleiten. Als Umschlingungsglieder
bei den Umschlingungstrieben können sowohl alle Systeme von Rollen- und Zahnketten
als auch Zahnriemen eingesetzt werden. Da sich Übersetzungsänderungen ohne Kraftflußunterbrechung
einstellen lassen, sind Kupplungen und Synchronisiereinrichtungen nicht mehr erforderlich.
Infolge der Einsparungen an Bauteilen und Material können die Aufwendungen im Vergleich
mit den bekannten Getriebeausführungen wesentlich verringert werden. Dazu ist durch
eine formschlüssige Leistungsübertragung ein hoher Getriebewirkungsgrad zu erreichen.