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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes stufenloses Getriebe
entsprechend der Präambel
in Anspruch 1 und wie in
DE
560276 C offengelegt.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein stufenloses Getriebe jener
Art, welche Planetenkörper
aufweist, die im Rollkontakt mit radial inneren und äußeren Laufringen
stehen, die je zwei axial beabstandete Teile aufweisen, mit Steuerungsmitteln,
um die axiale Trennung der beiden Teile eines Laufrings und damit
die radiale Positionierung der Planetenkörper im Rollkontakt mit ihnen
selektiv zu variieren. Ein solches Getriebe kann eine Vorrichtung
aufweise, welche auf das Drehmoment reagiert, das auf einen der
beiden den Antrieb übersetzenden Körper des
Getriebes (nämlich
den Eingangs- und Ausgangswellen) wirkt, um die ausgleichende Variierung
bei der Trennung der beiden Teile des anderen Laufrings und damit
das Übersetzungsverhältnis des Getriebes
festzustellen und auch die zwischen den Planeten und den Laufringen
wechselnden Kräfte
zu variieren, die an ihrer Schnittstelle normalerweise auftreten.
Der Rollkontakt zwischen den Planetenkörpern und den Laufrädern wird
mit einem sehr dünnen
Schmiermittelfilm geschmiert. Dieser dünne Schmiermittelfilm ist unbedingt
erforderlich, um den Reibkontakt zwischen den in relativer Bewegung
befindlichen Körpern
zu verhindern, der zu vorzeitigem Verschleiß führen würde, und es ist unerlässlich, dass
dieser Film äußerst dünn ist,
damit der relative Schlupf verhütet
wird.
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Ein
wichtiges Konstruktionskriterium ist, dass das Getriebe am günstigsten
in dem Übersetzungsverhältnis arbeitet,
das am häufigsten
und auf die längste
Zeit verwendet wird. Bei allen Getrieben entsteht ein gewisser Verlust
durch Reibung und daher auch Reibungswärme. Aus diesem Grund wird gewöhnlich die
Konstruktion eingesetzt, die im sogenannten „höchsten" Übersetzungsverhältnis die günstigste
Wirkung verspricht, d.h. in dem Verhältnis, bei dem sich die Ausgangswelle
bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle am schnellsten
dreht. In einem herkömmlichen
Stufengetriebe wird zumeist die günstigste Wirkung erzielt, wenn
sich die Ausgangswelle in derselben Ge schwindigkeit dreht wie die
Eingangswelle, um ein Verhältnis
von 1:1, d.h. ein „geradliniges" Übersetzungsverhältnis herbeizuführen.
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Es
gibt jedoch Bedingungen, unter denen das günstigste Übersetzungsverhältnis geringer
als 1:1 ist, und umgekehrt auch Bedingungen, unter denen ein Übersetzungsverhältnis von
mehr als 1:1 gewünscht
wird.
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In
einem stufenlosen Getriebe mit Rollkontakt, von der vorstehend beschriebenen
Art, kann der Eingang durch die radial inneren Laufringe erfolgen und
der Ausgang der Vorrichtung von den Planeten über Planetenmitnehmer oder
einen Planetenträger ausgehen,
wobei der äußere Laufring
den stationären
Teil darstellt. Dabei wird das hohe Übersetzungsverhältnis erzielt,
wenn die beiden Teile des radial äußeren Laufrings den weitmöglichsten
Abstand voneinander aufweisen, während
die Teile des inneren Laufrings so nahe wie möglich zueinander stehen, damit
die Planeten effektiv in ihre größtmögliche radiale
Position „gedrückt" werden. Natürlich versteht sich,
dass die Rollen der Eingangs- und
Ausgangswellen auch ausgetauscht werden können, und bei der fraglichen
Konstruktion sind die Rollen aller drei Teile, nämlich der radial inneren Laufringe,
des Planetensatzes (einschließlich
Planetenmitnehmer und Planetenträger)
und der radial äußeren Laufringe, austauschbar,
sodass jeder dieser Teile stationär sein kann, während die
anderen beiden Teile als Eingangs- oder Ausgangskörper dienen
können.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass der vorstehend beschriebene Aufbau,
bei dem der äußere Laufring
stationär
ist, konstruktiv besondere Vorteile verspricht.
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Ein
Nachteil bei diesem Aufbau, wenn der Planet eine Kugel darstellt,
ist jedoch, dass das höchstmögliche Verhältnis erzielt
wird, wenn die Stellen, an denen der Rollkontakt zwischen den Planeten und
den Laufringen stattfindet, nahe dem Ende ihres jeweiligen Abstandsbereichs
liegen (d.h. der innere Laufring ist so nahe wie möglich an
der Kugelachse und der radial äußere Laufring
so weit wie möglich von
der Kugelachse entfernt). Am Ende des Abstandsbereichs verursacht
das Rollen der Planeten über
den einen oder anderen Laufring einen deutlichen „Drall" an den Kontaktstellen
zwischen dem Planeten und dem Laufring, und dadurch wird erheblich
viel Wärme
erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe mit Rollkontakt,
von der vorstehend beschriebenen Art, in dem die nachteilige Wärmeerzeugung
bei hohen Übersetzungsverhältnissen
vermindert wird und auch bei hohen Übersetzungsverhältnissen ein
vorteilhafteres Verhältnis
zwischen dem Drall an der Kontaktstelle und der Rollwinkelgeschwindigkeit
erzielt wird.
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Dies
wird erfindungsgemäß erreicht,
indem die Gestalt der Planeten von einer allgemeinen Kugelform in
eine sphäroidische
Form verwandelt wird (entweder ein gestrecktes oder ein abgeplattetes
Rotationsellipsoid), wodurch die Kontaktstellen auch bei variierenden
Positionen einen effektiv vorteilhafteren Kontaktwinkel beibehalten
können.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch die direkte Verbindung der Planeten
mit den Planetenträgern
durch eine feste Anlenkung statt Planetenmitnehmern, die bei bisherigen
Vorrichtungen die auf die Planeten ausgeübten Kräfte selbst auf den Planetenträger und
von dort aus auf die Eingangswellen bzw. von den Ausgangswellen übertragen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird daher ein stufenloses Getriebe mit
Planetenkörpern
im Rollkontakt mit radial inneren und äußeren Laufringen, die jeweils
axial beabstandete, relativ axial bewegbare Teile und Steuermittel
zur Bestimmung der axialen Trennung der Teile eines der beiden Laufringe
aufweisen, so angeordnet, dass die Planeten für ihre Umlaufbewegung mit einer
Anlenkung an einen Planetenträger
angeschlossen sind, welche die radiale Position der Planeten je
nach Variierung der axialen Trennung der Teile eines der beiden
Laufringe ermöglicht,
und dabei die Umfangsverbindung aufrecht erhält.
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Die
Anlenkung kann in Form eines Nachlaufarms gebildet werden, wobei
der Planetenträger
mit den Planeten an einem axialen Mittelpunkt des Planeten verbunden
ist, indem der Planet eine Mittelrinne aufweist, in welche die Anlenkung
einmünden kann.
Dadurch wird die Übersetzung
der Kräfte
symmetrisch verteilt, und es werden andere Vorteile erzielt, die
nachfolgend näher
beschrieben werden.
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Das
erfindungsgemäße Getriebe
kann mit Planeten in der Form von Verbundkörpern eingesetzt werden, die
aus zwei Rollelementen bestehen, welche eine äußere Drehfläche zum Eingriff mit den entsprechenden
Teilen der beiden Laufringe aufweisen. Die Drehfläche kann
durch eine Erzeugende definiert werden, die krummlinig ist oder
geradlinige, konvexe oder konkave Bereiche aufweist. Natürlich muss
die Gestalt der Laufringe der Gestalt der Planeten entsprechen (aber
nicht mit ihr übereinstimmen),
die im Falle der geradlinigen oder konkaven Planetenoberfläche konvex
und im Falle der konvexen Planetenoberfläche konkav sein muss, wobei
der letztere Fall als die günstigste
Anordnung gelten kann.
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Wie
vorstehend besprochen, können
die Planeten an ihrem Umfang eine Rinne aufweisen, in welche die
Anlenkung mündet,
und in einem Verbundplanetenkörper
können
die beiden einzelnen Rollelemente, aus denen er besteht, durch ein
Zwischenelement verbunden sein, an welche die besagte Anlenkung
angeschlossen ist.
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Die
Zwischenelemente jedes Planetenkörpers
können
mit den besagten Anlenkungen durch Kugellager, vorzugsweise Nadellager,
verbunden sein, die teilweise in den Rollelementen liegen. Zu diesem
Zweck kann jedes Rollelement als Halbschale ausgebildet sein. Die
Anlenkung zwischen jedem Planetenkörper und dem Planetenträger kann
in Form eines entsprechenden Nachlaufarms für jeden Planeten ausgebildet
sein. Dabei gilt der Begriff „Nachlauf" natürlich nur
für eine
Richtung der relativen Bewegung. In der anderen Richtung der relativen Bewegung
wird der „Nachlaufarm" zum „führenden Arm". Bei einer solchen
Anordnung können
Kräfte
an die Planeten und von ihnen auf zufriedenstellende Weise übersetzt
werden, da die Planeten an den Enden der Arme sowie die Anlenkung
an den Planetenträger
alle gezwungen werden, keine kreisförmige Bewegung auszuführen.
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Allgemein
wird die Drehfläche
jedes Rollelements jedes Planetenkörpers durch eine krummlinige Erzeugende
definiert. Diese Drehfläche
muss nicht unbedingt Teil eines Kreises sein und auch nicht eine symmetrische
oder regelmäßige Kurve
darstellen. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist die krummlinige Erzeugende der Oberfläche jedes
Rollelements jedoch ein Kreisbogen und vorzugsweise ist der Mittelpunkt
des die Erzeugende der Drehfläche
jedes Rollelements definierenden Kreisbogens axial und/oder radial
zum Mittelpunkt des Planeten versetzt. Wenn ein kugelförmiger Planet
als Standard oder Beispiel für
die Form verwendet wird, dann wird die bevorzugte Gestalt der erfindungsgemäßen Planeten
dadurch erzielt, dass die elementaren Oberflächen effektiv radial nach innen
zur Mitte hin verschoben werden, wo sie einen pseudo-kugelförmigen Körper bilden.
Dies wird auf zweierlei Art und Weise erzielt. Würde man aus einer fiktiven
Kugel eine äquatoriale „Scheibe" aus der Mitte der
Kugel herausschneiden und dann die beiden restlichen Teile zusammenbringen,
dann würde
man einen ähnlichen Effekt
bewirken wie bei der Bildung eines abgeplatteten Rotationsellipsoids.
Würde man
auf ähnliche Weise
rund um die Drehachse des Planetenelements von Pol zu Pol ein zylindrisches
Stück entnehmen und
den restlichen Körper
effektiv zusammendrücken (ohne
dessen Gestalt zu verändern),
um das entnommene Material zu ersetzen, würde man erzielen, dass die
Oberfläche
des Planetenkörpers
zur Form eines stärker
abgeplatteten Rotationsellipsoids hinneigt. Im Endresultat bestehen
die Oberflächen
des mit den Laufringen kämmenden
Rollelements aus den Teilen einer Kugel, die zur Mitte oder zum
mittleren Bereich der potentiellen Oberfläche der fiktiven Anfangskugel hinneigen,
während
die näher
zur Rollachse und zur äquatorialen
Region hinneigenden Teile entnommen oder ausgelassen wurden. Das
führt zu
einem Körper,
dessen Flächenkrümmung stärker in
Rollrichtung ist als in der dazu quer liegenden Richtung. Mit dieser
Beschreibung der Behandlung einer fiktiven Kugel wird jedoch nicht
beabsichtigt, die Funktionsweise für die Bildung eines Planetenelements
zu erklären,
sondern nur, dessen daraus hervorgehende Gestalt zu beschreiben.
Da es sich um ein Verbundelement handelt, kann jede der zwei axialen
Hälften des
Rollelements, die beide identisch sind, als „Schale" hergestellt werden, deren offene Enden
sich gegenüber
stehen und – wie
vorstehend beschrieben – durch
ein Zwischenelement verbunden sind. Wenn die Oberflächen durch
Erzeugende in der Form eines Kreisbogens gebildet werden, dann wird
der Mittelpunkt des die Erzeugende definierenden Kreisbogens für die Oberfläche jedes
Rollelements effektiv axial und/oder radial zum Mittelpunkt des
Planeten versetzt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Planetenträger
mehrere Arme, die von einem axialen Ende der Vorrichtung im Wesentlichen
parallel zur Drehachse der Vorrichtung verlaufen, und die freien
Enden der besagten Arme werden durch einen Verstärkungsring verstärkt, der
alle freien Enden zusammen anlenkt. Dieser Verstärkungsring nimmt den Raum zwischen
den Enden der Arme des Planetenträgers und einer Endkappe der
Vorrichtung ein, wobei er radial außerhalb der inneren Laufringe
liegt, damit er deren Bewegung nicht behindert.
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Die
besagten radialen inneren und äußeren Laufringe
befinden sich in einem festen Gehäuse, und der eine oder andere
dieser Laufringe ist gegenüber
dem Gehäuse
durch den Eingangs- oder Ausgangskörper des Getriebes drehbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der radial innere Laufring gegenüber dem
Gehäuse
durch den Eingangskörper
des Getriebes drehbar. Es wird ebenso bevorzugt, dass der Planetenträger gegenüber dem
Gehäuse
durch den Ausgangskörper
des Getriebes drehbar ist.
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Bei
einer solchen Anordnung ist es möglich, dass
die Eingangs- und Ausgangskörper,
die beispielsweise als Wellen ausgebildet sein können, beide aus derselben Seite
des Gehäuses
vorspringen, indem die Ausgangswelle als Hohlkörper gleichachsig um die Eingangswelle
herum ausgebildet ist. Dies ist besonders geeignet für den Einsatz
in Triebwerken für
zweirädrige
Fahrzeuge, bei denen die Übersetzung
zum Triebrad mit einem Kettenantrieb erfolgt.
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Um
die Schmierung und Kühlung
des erfindungsgemäßen Getriebes
zu ermöglichen,
sind verschiedene Durchlässe
für die
Zufuhr des Schmiermittels vorgesehen, das gleichzeitig als Kühlmittel
wirkt, indem es durch das Getriebe gepumpt wird. Zu diesem Zweck
ist an einem Ende der Eingangswelle, vorzugsweise an dem Ende, das
dem aus dem Gehäuse
herausragenden Ende gegenüberliegt,
axial ein Durchtritt für
die Zufuhr des Schmiermittels vorgesehen. Dieser Schmiermitteldurchtritt
hat einen radial durch die Eingangswelle hindurchführenden
Teil, der in den für
die besagten radial inneren Laufringteile dienenden Bereich führt bzw.
noch vorteilhafter in einen Mittelbereich zwischen den beiden bewegbaren Laufringteilen
führt.
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Um
die axiale gegenseitige Verschiebung der beiden Laufringteile zu
erzielen, können
dieselben durch eine schraubenförmige
Kupplung verbunden sein, und die durch den gegenseitigen Eingriff verursachte
Reibung kann dadurch verringert werden, dass zwischen den beiden
Teilen Rollelemente vorgesehen sind. Eine Schwierigkeit bei, Einsatz
derartiger Rollelemente in einer schraubenförmigen Kupplung ist die Gefahr,
dass die Rollelemente gegen das eine oder andere Ende des Bewegungsbereichs
abrutschen. Wenn dies geschieht, aktiviert das Rollelement am Ende
der Führung
einen Anschlag, der verhindert, dass das Element weiter rutscht
und den Reibkontakt steigert, wobei die Wirksamkeit des Rollelements
eingeschränkt
würde,
indem es gezwungen wäre,
sich ohne Rollbewegung zu drehen, wenn es gegen die Enden stößt. Um dieses
Problem zu vermeiden, sieht die vorliegende Erfindung eine Anordnung
vor, bei der sich an jedem Ende der Reihe von Rollelementen ein
formschlüssiges
Eingriffsmittel befindet, das den relativen Schlupf (bzw. das Rutschen)
zwischen den Rollelementen und den Laufringteilen verhindert, wenn
das Getriebe im Betrieb ist. Ein derartiges formschlüssiges Eingriffsmittel kann
z.B. aus einer kämmenden
Verzahnung der Rollelemente an einem (oder jedem) Ende der Reihen
und an den in Kontakt stehenden Laufringteilen bestehen. Dieses
Endelement kann daher bei Verschiebung nur rollen, während das
Eingreifen der Zähne
jede Art von Schlupf verhindert.
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Als
Alternative können
die Rollelemente selbst eine speziell angepasste Form aufweisen.
So können
die Rollelemente statt einem Kugel- oder Zylinderelement eine schraubenförmige Oberfläche haben,
mit der sie in die entsprechenden schraubenförmigen Oberflächen an
den beiden Laufringteilen, zwischen denen sie angeordnet sind, eingreifen. Dann
haben die beiden Laufringteile effektiv kämmende Gewinde, und die Rollelemente,
die jeweils über
die gesamte Kontaktlänge
hinweg axial verlaufen, weise entsprechende Gewinde auf, die in
die Gewinde der beiden relativ bewegbaren Laufringteile eingreifen.
Wenn ein Rollelement versucht, sich beim Abrollen auf dem Gewinde
eines Teiles axial zu verschieben, dann wird es durch die umgekehrte
Tendenz korrigiert, sich axial in die entgegengesetzte Richtung
zu bewegen und auf seinem eigenen Gewinde abzurollen.
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Eine
Einschränkung
bei vielen Arten stufenloser Getriebe ist die Unfähigkeit,
ein Drehmoment in beide Richtungen zu übersetzen (im Gegensatz zu zweiseitig
wirkenden Getrieben). In anderen Worten: Obwohl ein Beschleunigungsantrieb übersetzt
werden kann, ist es nicht möglich,
einen verlangsamenden Antrieb zu übersetzen, wenn die Last stärker auf die
Ausgangswelle wirkt als der Motor auf die Eingangswelle wirken kann.
Das ist Kraftfahrern als Schiebebetrieb bekannt, wobei man den Motor
als Fahrzeugbremse benutzen kann. Getriebe, die nur die einseitige
Drehmomentübersetzung
ermöglichen, können einen
solche Schiebebetrieb nicht ermöglichen,
der jedoch im Kraftfahrzeugverkehr unerlässlich ist. Das erfindungsgemäße Getriebe
kann die zweiseitig wirkende Drehmomentübersetzung ermöglichen.
Da die Teile der besagten anderen Laufringe in ihre dazugehörigen Eingangskörper (sowohl Eingangs-
als auch Ausgangswellen) mit einer schraubenförmigen Kupplung eingreifen
können
werden die beiden Laufringteile von dem durch die Vorrichtung übersetzten
Drehmoment in dieselbe Richtung gezwungen, und zwar in eine beliebige
Richtung, ungeachtet der Drehrichtung des Getriebes und der angetrieben
Körper.
Indem ein Anschlag an jedem Ende der Vorrichtung die Bewegung des „führenden" Laufringteils begrenzt
(und in diesem Zusammenhang versteht sich, dass für jede Bewegungsrichtung
der Laufringteile in Bezug auf die entsprechenden Antriebe bzw.
angetriebenen Körper ein
führender
und ein nachfolgender Körper
vorhanden ist, wobei diese Rollen bei Umkehr der relativen Bewegungsrichtung
vertauscht werden können), können sich
die beiden Teile der besagten anderen Laufringe ungeachtet des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses
von einem Ende ihrer jeweiligen Antriebe bzw. angetriebenen Körper zum
anderen zusammen bewegen, wenn sich die Drehmomentrichtung verändert, und
die schraubenförmige
Kupplung die zwischen den Körpern
ausgeübte
Kraft aufrecht erhält,
die sie zusammenpresst. Der Bereich des Antriebs bzw. der angetriebenen
Körper,
der an die Endanschläge
angrenzt, erfährt
weit mehr Belastung (sowohl Drehmoment als auch Zugspannung) als
der übrige
Teil der Körper,
da die Endanschläge
nur auf Axialkräfte
reagieren. Um einen großen
Verhältnisbereich
zu erhalten, muss die radiale Dimension des Antriebs bzw. angetriebenen
Körpers
klein gehalten werden. Es sind jedoch größere Abschnitte erforderlich,
um die dem System auferlegten größeren Belastungen
bei Anwendungen mit höherer
Leistung (z.B. bei Kfz-Getrieben) zu ermöglichen. Aus diesem Grund sehen
Ausführungsformen
der Erfindung vor, dass die Endanschläge mit Mitteln versehen werden, die
sowohl auf das Drehmoment als auch auf axiale Kräfte reagieren können. Das
kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Endanschläge als Klauenkupplungsanschläge ausgeführt sind.
Ein Schaltkranz von 90 Grad, der auf das Drehmoment, aber nicht
auf axiale Kräfte
reagiert, kann theoretisch funktionieren, aber der Verzahnungsbereich
wäre sehr
klein, weil der kämmende
Zahn am Laufring – vom
Kugelumlauf-Schrägungswinkel
bestimmt – in einem
flachen Winkel anlaufen muss. Die optimale Lösung liegt irgendwo zwischen
der 90-Grad-Zahnschrägung
des klassischen Schaltkranzes und der Null-Grad-Zahnschrägung des
einfachen Anschlags. Daher wird hier ein Winkel von 25 Grad gewählt, der in
Hinsicht auf die Lagerfläche,
die Wellenbelastungen und die Kugelrollbelastungen die beste Allgemeinleistung
bietet.
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Das
Klauenschaltgetriebe mit einem Winkel von 25 Grad kann als zweiter
schraubenförmiger schrägverzahnter
Mechanismus angesehen werden, der parallel mit dem ersten Mechanismus
(Kugelumlaufmechanismus), aber umgekehrt läuft, sodass die Belastungen
vorzugsweise auf beide verteilt werden.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung hat die besagte Klauenkupplung axial verlaufende Zähne mit
schrägen
Scheiteln, deren Neigungswinkel vom Gefällewinkel des gegenseitigen
Eingriffs der Schraubgewindegänge
zwischen den besagten zwei Laufringteilen und dem besagten Getriebe
abhängt. Die
vorliegende Erfindung kann in einer Vorrichtung eingesetzt werden,
in der die Klauenkupplung an jedem besagte Teil des besagten anderen
Laufrings und an dem besagten Antriebsübersetzungskörper eine
ringförmige
Anordnung von axial verlaufenden Stiften oder Bolzen aufweist. Vorzugsweise
werden die Endanschläge
auf entsprechenden an die besagte Antriebsübersetzung angebauten Manschetten getragen.
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Die
axiale Ölflussleitung
in der Mittelwelle des Getriebes kann auch zum Bereich an einem Ende
der relativ bewegbaren radial inneren Laufringe führende radiale
Ausflussöffnungen
aufweisen, um diesem Bereich das Kühlschmiermittel zur Verfügung zu
stellen.
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Vorzugsweise
sind durch die Manschetten führende,
den Zufluss von Schmieröl
ermöglichende Ölleitungen
vorgesehen, die Einwegventile aufweisen, die in einen abgeschlossenen, Öl enthaltenden Raum
führen,
der teilweise durch den entsprechenden Teil des besagten Laufrings
definiert wird, wodurch die Bewegung des besagten Teils des besagten
anderen Laufrings gedämpft
wird, wenn er sich dem Endanschlag des Antriebsübertragungskörpers nähert. In
einer Vorrichtung, die so angeordnet ist, dass der Antriebsübertragungskörper einen
zentrale Eingangsantriebswelle der Vorrichtung darstellt, und dass
der besagte andere Laufring den radial inneren Laufring darstellt,
wirken die beiden Teile des besagten inneren Laufrings als die Zylinder
des Dämpfers, wobei
die Manschetten jeweils als deren Kolben wirken.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Getriebe der Art, in
welcher ein Planetenkörper
im Rollkontakt mit radial inneren und äußeren Laufringen vorgesehen
ist, die jeweils zwei axial beabstandete Teile aufweisen, mit Steuerungsmitteln
für das selektive
Variieren der axialen Trennung der beiden Teile des eines Laufrings
und damit der radialen Position des mit ihm im Rollkontakt stehenden
Planetenkörpers,
wobei die Kontaktflächen
der Planeten durch eine mittlere Rinne in zwei Bereiche getrennt werden,
in der die Planeten durch eine Anlenkung mit einem Planetenträger verbunden
sind.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Getriebe der vorstehend
definierten Art, dessen Planeten durch eine um den Umfang laufende
Rille in zwei Teile getrennt werden und dessen Kontaktflächen die
Oberflächen
eines Umlaufkörpers
darstellen, dessen Erzeugende gekrümmte Linien darstellen und
ein gestrecktes oder abgeflachtes Rotationsellipsoid bilden.
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Nachstehend
werden verschiedene Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher beschrieben.
Es zeigen
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1 eine
axiale Schnittansicht entlang der Linie I-I in 2 eines
stufenlosen Getriebes in Rollkontakt, das als Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebildet und mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis dargestellt
wird;
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2 eine
Endansicht der Ausführungsform in 1;
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3 eine
axiale Schnittansicht eines Teils der Ausführungsform in 1,
wobei die Bauteile mit einem hohen Übersetzungsverhältnis dargestellt werden;
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4 eine
axiale Schnittansicht ähnlich
der in 1, eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellend,
wobei die Planetenkörper
gestreckte Rotationsellipsoide bilden, mit einem Aufbau für ein niedriges Übersetzungsverhältnis;
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5 eine ähnlich axiale
Ansicht der in 4 dargestellten Ausführungsform,
wobei die bewegbaren Bauteile einen Aufbau für ein hohes Übersetzungsverhältnis aufweisen;
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6 eine
schematische Ansicht eines Teils einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung, die eine modifizierte schraubenförmige ineinander eingreifende
Vorrichtung dargestellt wird;
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7 eine
axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine
Endansicht der in 7 dargestellten Ausführungsform;
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9 eine
axiale Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, ausgelegt
für schwere
Belastungen und einen großen
Verhältnisbereich;
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10 eine
Endansicht der in 9 dargestellten Ausführungsform;
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11 eine
Explosionsdarstellung der Abtriebsbauteile der in 9 und 10 dargestellten Ausführungsform;
und
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12 eine
Explosionsdarstellung der inneren Laufringbaugruppe der in 9 und 10 dargestellten
Ausführungsform.
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1, 2 und 3,
umfasst das dargestellte Getriebe ein allgemein mit 11 bezeichnetes
Gehäuses,
in dem sich ein radial äußerer Laufring 12 befindet,
der in zwei relativ axial verschiebbaren Teilen 13, 14 ausgebildet
ist, die durch einen sogenannten „Kugelumlauf" zusammenwirken, der
mehrere schraubenförmige
Reihen von Kugeln 15 aufweist, die in entsprechende schraubenförmige Rinnen
in den beiden Teilen 13, 14 eingreifen, wodurch
sie sich entgegengesetzt zueinander um die zentrale Längsachse
X-X des Getriebes drehen können.
Der Kugelumlauf hat mehrere Anläufe
(in diesem Fall vier); der Grund dafür ist, dass der verfügbare Raum
mit Kugeln ausgefüllt
werden muss (um die maximale Belastbarkeit zu erzielen), wobei jedoch bei
der zum Ausgleich der axialen Last und der Umfangslast nötigen relativ
langen Anlaufstrecke große Kugeln,
die bei einer einzigen Anlaufwindung erforderlich wären, zu
vermeiden sind. Die relativ axiale Verschiebung zwischen den Teilen 13, 14 wird
erzielt, indem Teil 14 auf festen Stiften 16 befestigt
wird, die eine Kreuzscheibenkupplung bilden, wobei ein Paar Stifte
im Gehäuse
angebracht sind, um das Drehen des Laufringteils 14 zu
verhindern, aber die axiale Verschiebung zu ermöglichen. Hierbei wird die Kreuzscheibenkupplung
als eine „Toleranz
ermöglichende" Vorrichtung verwendet,
die radiale Übersetzung
aber keine Rotation erlaubt. In Wirklichkeit liegen die beiden Stiftpaare
nicht, wie es in der Zeichnung erscheint, in derselben Ebene, sondern
sie sind um 90 Grad zueinander angeordnet, und die kleinen durch
Kreuze dargestellten Flachstellen laufen in Schlitzen im Ring der
Kreuzscheibenkupplung. Der verdrehbare Laufringteil 13 ist
in einem allgemein zylindrischen Halter befestigt, der von einem
Justierarm 18 um die Achse X-X gedreht werden kann, welcher durch
eine Justierbetätigung 10 gedreht
wird. Die in 1 in Endansicht dargestellte
Betätigung 10 ist bevorzugt
als Schraubbetätigung
ausgebildet, die einen durch einen nicht dargestellten Elektromotor
angetriebenen Kugelumlauf aufweist. Indem der verdrehbare Laufringteil 13 um
die Achse X-X, wird er selbst in Beziehung auf den axial verschiebbaren äußeren Laufringteil 14 durch
den Kugelumlauf 15 „verschraubt", wodurch sich derselbe
axial entlang den Gleitstiften 16 bewegt, ohne sich zu
drehen. Auf diese Weise werden die beiden Laufringteile 13, 14 auseinander
oder zusammen geschoben, indem der verdrehbare äußere Laufringteil 13 in
eine oder die andere Richtung gedreht wird. Die beiden Laufringteile haben
gekrümmte
Laufringoberflächen 19, 20,
die in die gekrümmten
Oberflächen
eines Planetenkörpers eingreifen,
der allgemein mit 21 bezeichnet wird, der aus zwei Rollelementen
besteht, die in diesem Fall etwa die Form von Halbschalen 22, 23 haben,
von einem zentralen Stift 24 zusammengehalten werden, der
ein Rollelementlager 25 trägt, von welchem der Planetenträger 21 auf
einer entsprechenden Anlenkung 26 getragen wird. Wie 2 zeigt,
ist jede Anlenkung 26 mit einem Planetenträgerarm 27 eines Planetträgers 28 verbunden,
der fest mit der Ausgangswelle 29 verbunden ist, welche
gleichachsig um die Eingangswelle 30 herumführt und
an ihr mit einem Lager 31 getragen wird. Ein weiteres Lager 32 verbindet
die Eingangswelle 30 mit dem Planetenträger 28, und die Dichtungen 33, 34 schützen das
Innere der Vorrichtung vor dem Eintritt von Staub, Schmutz und anderen
verunreinigenden Stoffen, Luftfeuchtigkeit und sonstiger Feuchtigkeit.
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Die
Planetenkörper 21 rollen
auch auf einem allgemein mit 35 bezeichneten inneren Laufring,
der einen axial befestigten Laufringteil 36 und einen darauf
von einem Kegelumlauf 38 getragenen axial verschiebbaren
Laufringteil 37 enthält, ähnlich der
Ausführung,
bei welcher zwei Teile des radial äußeren Laufrings miteinander
verbunden sind. Eine leichte vorgespannte Drehfeder 40 zwingt
den axial verschiebbaren inneren Laufringteil 37 zum Planetenkörper 21 hin,
um Kontakt aufrecht zu erhalten.
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Die
Art und Weise, wie die Übersetzungsverhältnisse
geändert
werden und das Drehmoment zwischen Eingangs- und Ausgangswelle vom
axial verschiebbaren radial inneren Laufringteil 37 erkannt wird,
der vom Kugelumlauf 36 am axial befestigten Laufringteil 36 getragen
wird, ist bereits in unserer vorgenannten Internationalen Patentanmeldung WO99/35417
beschrieben worden, bei deren Offenlegung wir dieselben Bezugszeichen
wie für
die vorliegende Erfindung benutzt haben, und die hier – mit Ausnahme
der Gestalt des Planetenkörpers 21 – nicht
näher beschrieben
wird.
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In
der vorgenannten Internationalen Anmeldung waren die Planeten feste
runde Kugeln, und die von der Bewegung zwischen den radial inneren
und äußeren Laufringen
verursachten Kräfte
wurden durch die zwischen jedem benachbarten Planetenpaar vorgesehenen
Planetenmitnehmer übersetzt. Wenn
die äußeren Laufringteile
zusammen bewegt wurden, um die Planeten radial nach innen zu zwingen,
wurden die radial inneren Laufringteile dank der das Drehmoment
wahrnehmenden Auslegung aufrecht erhaltenen Anlagedruck auseinander
gezwungen, wie in jener Anmeldung beschrieben wird. Wenn die beiden
radial äußeren Laufringteile
die am engsten beieinander liegende Position erreichen, dann bewegen
sich die Kontaktstellen zwischen den Planeten und den Laufringen
radial nach innen und – dank
der Gestalt der kugelförmigen
Planeten – wird die
Senkrechte zu den Kontaktflächen,
die durch die Mitte des Planeten führt, flachwinkliger in Bezug
auf die Rollachse, sodass die radial aufgelöste Kraftkomponente kleiner
und die axial aufgelöste
Kraftkomponente größer wird.
Es muss daher eine bedeutend größere Kontaktkraft
auf den Planeten aufgewendet werden, um die niedrigen Verhältnisse
zu erzielen, und es kommt natürlich
der Punkt, an dem die bei weiterer Steigerung der Kraft zusätzlich zur
Verfügung
stehende radiale Verschiebung relativ gering wird und die Kräfte unhaltbar
hoch werden. Außerdem
sind die der Rollachse des Planeten am nächsten liegenden Kontaktstellen
bei den höchsten
und niedrigsten Verhältnissen
erheblichem „Schlupf" ausgesetzt, wodurch
sich die Wärmewirkung
des Reibungskontakts erhöht
und zusätzliche
Wärme erzeugt,
die abgeführt
werden muss, damit die Vorrichtung innerhalb des zulässigen Toleranzbereichs bleibt.
Jedoch im Gegensatz zur Gestalt eines kugelförmigen Planeten nutzt die Ausführung des
Planetenkörpers 21 der
vorliegenden Übersetzung
nur jene Bereiche der Umfangs-Erzeugenden, die am günstigsten
wirken, wobei auf das um den Umfang laufende Band verzichtet wird,
weil der ringförmige Raum 41 zwischen
den beiden Schalen 22, 23 und die Gestalt der
Polregionen durch die Gestalt der jeweiligen Schalen 22, 23 modifiziert
werden. Wie 1 zeigt, sind in dieser Ausführungsform,
in der die äußeren Laufringteile 13, 14 den
Planetenkörper 21 im
geringsten Abstand zu dessen Rollachse berühren, haben die Kontaktflächen immer
noch einen Neigungswinkel im Bereich von 30 Grad, und außerdem liegt
die Schnittstelle der Senkrechten und der Kontaktflächen (in 1 durch
die Linien A und B dargestellt) an einem Punkt, der vom Mittelpunkt
des Sphäroids
versetzt ist und von den krummlinigen Oberflächen des Planetenkörpers definiert
wird. Dadurch wird der Schlupf der Kontaktstellen begrenzt, und
die Vorrichtung kann größere Belastungen
verarbeiten. Die direkte Verbindung der Planetenkörper über Anlenkungen 26 zum
Planetenarmträger 27 befähigt die
Vorrichtung außerdem,
eine größere Belastung
zu ertragen, da im verfügbaren
Raum mehr Planeten untergebracht werden können.
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Unter
Bezugnahme auf 4 und 5 wird eine
alternative Ausführungsform
dargestellt, in der die Planetenkörper eine deutlicher gestreckte Gestalt
haben. In der in 4 und 5 gezeigten Ausführungsform
sind die Bauteile, die dieselbe Funktion erfüllen wie die entsprechenden
Bauteile in 1 bis 3, mit denselben
Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform sind die Arme 27 des
Planetenträgers
jedoch mit der Ausgangswelle 29 integriert, sodass das
Lager 32 zwischen der Eingangswelle und dem Planetenträger nun
unmittelbar zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle wirkt,
während
das Lager 44 zwischen der Ausgangswelle und dem Gehäuse (vorher
axial zum Lager 32 versetzt) nun axial eng mit dem Lager
ausgerichtet ist, wodurch die Vorrichtung stabiler wird. Die Dichtungen 33, 34 sind
durch eine Dichtung 43 zwischen dem Ende der Ausgangswelle
und der Eingangswelle 30 ersetzt worden, und eine Dichtung 42 schützt das
Lager 44 vor dem Eintritt von Staub, Schmutz und anderen
verunreinigenden Stoffen zwischen der Ausgangswelle 29 und
dem Gehäuse 11.
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Die
Arme 27 des Planetenträgers
weisen angebaute Verlängerungen 46 auf,
die einen Verstärkungsring 45 in
einer Position umfangen, die das Ende des axial befestigten inneren
Laufringteils 36 unmittelbar umfangen. Dieser innere Laufringteil 11 wird
von einem Lager 48 auf einem Vorsprung 49 des Gehäuses 11 getragen,
in dem ein zentraler Stutzen 50 vorgesehen ist, der einen
nach außen
führenden Durchtritt 47 für die Einführung des
Kühlschmiermittels
ins Innere der Vorrichtung darstellt. Der Durchtritt 47 in
dem Stutzen 50 mündet
in eine Kammer 51 in der kombinierten Eingangswelle 50 und
dem inneren Leitring 35, von wo aus zwei radiale Durchtritte 52, 53 ausgehen,
deren erster sich axial im Eingriff mit dem Raum 41 zwischen
den Schalen 22, 23 befindet, wodurch das Kühlschmiermittel
direkt in Kontakt mit den Lagern 25 zwischen den Planetenkörpern 21 und
den Anlenkungen 25 eingeführt werden kann, während die
zweite Durchtrittöffnung
(53) in den Bereich des Hauptlagers 32 zwischen
der Ausgangswelle 29 und der Eingangswelle 30 führt. Die
Kammer 51 führt ebenfalls
zu Lager 49, sodass in den zentralen Durchtritt 47 in
der Welle 30 eingeführtes Öl direkt den
Hauptlagern 49, 32, dem radial inneren Umlaufkörper 40 und
den Lagern 25 der Planetenkörper 21 zugeführt werden
kann. Die durch diesen erzwungenen Fluss des Kühlschmiermittels gewährte zusätzliche
Kühlung
und Schmierung, das Vorhandensein des Verstärkungsrings 45 sowie
die gestreckte Gestalt der Planetenkörper 21 ermöglichen
insgesamt, dass eine höhere
Belastbarkeit erzielt wird.
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Wie 4 zeigt,
gewährleistet
die als stark gestrecktes Rotationsellipsoid ausgebildete Gestalt der
Planetenkörper 21,
dass die Senkrechte zu den Kontaktstellen, in 4 durch
die Punkte P dargestellt, selbst dann noch einen Neigungswinkel
von mehr als 45 Grad gegenüber
der Rollachse der Planetenkörper 21 aufweisen,
wenn sie die Position mit dem geringsten Abstand zu dieser Achse
erreicht. Dann wird deutlich, dass die Auflösung der Kräfte in radiale und axiale Komponenten
den radialen Komponenten bevorzugt, selbst wenn sich die beiden
Teile 13, 14 des radial äußeren Laufrings in der Position mit
dem geringsten Abstand befinden (4), wobei die
axiale Komponente der zwischen den Planetenkörpern 21 und den Teilen 36, 37 des
radial inneren Laufrings 35 ausgetauschten Kräfte nicht nachteilig beeinflusst
wird. Ebenso – wie
aus 5 ersichtlich ist, wo die radial äußeren Laufringteile 13, 14 in
ihrer Position mit der weitesten Trennung gezeigt werden – bleiben
die Neigungswinkel zwischen den Senkrechten zu den Kontaktstellen
P zwischen dem Planetkörper 21 und
den radial inneren Laufringteilen 36, 37 immer
noch im Bereich von 45 Grad in Bezug auf die Rollachse des Planeten,
wodurch sich die radiale Komponente dieser Kraft im Vergleich mit
dem radialen Komponenten der entsprechenden Kraft in einem kugelförmigen Planeten
vorteilhaft vergrößert.
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Es
versteht sich, dass Anordnungen, die eine in zwei Richtungen arbeitende
Drehmomentübertragung
durch eine Vorrichtung wie das vorstehend beschriebene Getriebe
ermöglichen,
mit denselben erfinderischen Gedanken wie in der ebenfalls noch schwebenden
Anmeldung 0016261.0, deren Offenlegung durch Bezugnahme hier inbegriffen
ist, vorgestellt werden können.
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Eines
der Probleme, die bei Kugelumläufen wie
den Schrauben 15, 38 auftreten, die verwendet werden,
um zwei Teile der radial inneren und radial äußeren Laufringe 12, 35 zu
verbinden, ist der Umstand, dass Schlupf oder Rutschen zwischen
den Kugeln und den Laufbahnen, in denen sie untergebracht sind,
dazu führen
kann, dass die Kugeln am Ende der Reihe mit Anschlägen in Eingriff
kommen und daran verhindert werden, ihre normale Rollbewegung auszuführen. Dem
kann man entgegenwirken, indem die Kugeln an allen entgegengesetzten
Enden der Reihe mit Zähnen
versehen werden, die an den Endabschnitten der schraubenförmigen Durchlässe mit entsprechenden
Zähnen
oder Verzahnungen kämmen.
Das verringert nicht die Belastungsfähigkeit des übrigen Kugelumlaufs,
aber ermöglicht
eine sichere Rollwirkung, wodurch gewährleistet ist, dass zwischen
den Kugeln und den Durchlässen
kein Schlupf entsteht.
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Bei
dem in 6 dargestellten alternativen Aufbau können die
Kugeln durch Rollen 55 ersetzt werden, die schraubenförmige Rillen 56 aufweisen, welche
mit den entsprechenden schraubenförmigen Rillen 57, 58 in
den radial äußeren und
radial inneren Komponenten zwischen den Rollen 55 vorgesehen sind,
kämmen.
Natürlich
sind Gewindeneigung und die Anzahl der Windungen in jedem Komponenten gleich,
und vorzugsweise haben die Rollen nur eine einzige Anlaufwindung,
die vorzugsweise eine Dreieckswindung mit einem Flankenwinkel von
90 Grad darstellt, obwohl die Gewindeform auch trommelförmig sein
kann, um einen großen
Kontaktradius zu gewährleisten.
Da alle Windungen dieselbe Gewindenei gung aufweisen, verschieben
sich die Rollen nicht axial, wenn sie zwischen den beiden Körpern rollen. Jede
Neigung des Gewindes, auf einem der Körper axial in eine Richtung
zu laufen, wird durch die Neigung der Windung der Rolle korrigiert,
axial in die entgegengesetzte Richtung zu laufen. Die Rollen haben
an jedem Ende eine Verzahnung, die mit den verzahnten Ringen auf
den zwei Körpern
kämmen, zwischen
denen die Rollen eingreifen, um eine korrekte Rollbewegung ohne
jeglichen Schlupf zu gewährleisten.
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Unter
Bezugnahme auf 7 und 8 ist die
dargestellte alternative Ausführungsform
so ausgelegt, dass so viel wie möglich
von der Umfangsfläche
Gebrauch gemacht wird, damit in eine Vorrichtung von gegebener Größe die größtmögliche Anzahl von
Planeten eingepasst werden kann. In 7 und 8 werden,
wie auch in den vorstehenden Ausführungsformen, dieselben Bezugszeichen
verwendet, um dieselben oder entsprechende Komponenten zu identifizieren.
Wie 8 zeigt, hat diese Ausführungsform fünf Planeten 60 in
einem Getriebe derselben Größe wie in
der Ausführungsform
in 1, die jedoch nur vier Planeten aufweist. Diese
Planeten 60 sind durch eine Scheibe 61 mit den
Trägerarmen 27 verbunden,
welche an die Arme 27 des Planetenträgers in der Mittenebene des
Planetenrings 60 befestigt ist. Die Scheibe 61 hat
breite, im Wesentlichen radiale Schlitze, in denen die Buchsen 36 untergebracht
sind, welche die Rollelementlager 25a, 25b, auf
denen die Planeten rollen, enthalten. Die Buchsen 63 selbst
rollen bei den das Übersetzungsverhältnis ändernden
Bewegungen in den Schlitzen 62. Die Schlitze können von
der rein radialen Orientierung abweichen und schräg verlaufen,
wodurch die Kontaktkräfte
am inneren Laufring erhöht
oder reduziert werden, während
die Kräfte
an den äußeren Laufringen
entsprechend reduziert oder erhöht
werden. Das kann ein wichtiges Konstruktionshilfsmittel darstellen.
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Diese
Ausführungsform
ist sehr kompakt im Umfang und gewährt eine hohe Belastbarkeit.
Die Scheibe 61 ist lokal von größerer Dicke, um eine breitere
Stütze
für die
von den Buchsen 63 konstituierten Rollen zu schaffen, und
es ist natürlich
nicht erforderlich, die Arme 27 des Planetenträgers wie
in 4 dargestellt in eine verstärkende Scheibe auszuweiten,
da die Scheibe 61 selbst eine viel höhere Stabilität gewährt. Diese
Ausführungsform
ermöglicht auch
die in zwei Richtungen arbeitende Drehmomentübersetzung zwischen der Eingangswelle 30 und
der Ausgangswelle 29. Zu diesem Zweck wird beispielsweise
der in 1 dargestellte Kugelumlauf 38 zwischen
der Eingangswelle 30 und der rechten inneren Laufringhälfte 37 durch
eine gleichachsige Kugelumlaufkupplung 70, 71 in
der Form einer entsprechenden Reihe von Kugeln in kämmenden
Gängen
in der Eingangswelle 30 und in den linken und rechten inneren
Laufringhälften 36, 37 ersetzt.
Beide Kugelumläufe
sind gleichlaufend, sodass eine vorgegebene Richtung der Drehmomentübersetzung
beide Hälften
veranlasst, axial entlang der Eingangswelle 30 in derselben
Richtung zu laufen, also z.B. nach links bei positiv angetriebener
Drehmomentübersetzung
und nach rechts bei negativ angetriebener Drehmomentübersetzung.
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Die
Antriebswelle 30 hat einen zentralen Flansch 72,
der eine Schulter mit einem ringförmigen Verschleißstück 73,
und das linke Ende der Antriebswelle 30 trägt ein ringförmiges Auflager
als Endanschlag 74 mit einem entsprechenden ringförmigen Verschleißstück 75.
Das Stück 75 wird
von einem in einer ringförmigen
Aussparung am Ende der Antriebswelle 30 angebrachten Sicherungsring 76 in Position
gehalten.
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Die
beiden Endanschläge 72, 74 kämmen mit
den entsprechenden radialen Oberflächen der rechten bzw. linken
inneren Laufringhälften 37, 36. Bei
positiv angetriebener Übersetzung,
wenn die beiden Laufringhälften 36, 37 wie
in der Zeichnung dargestellt nach rechts laufen müssen, begrenzt
das Auflager 72 daher die Bewegung der Laufringhälfte 37,
sodass durch die fortgesetzte Schraubbewegung auf Laufringhälfte 36 die
Quetschwirkung der Planeten 70 aufrechterhalten wird. Entsprechend
gilt für
die negative Drehmomentübersetzung,
dass die beiden Laufringhälften 36, 37 auf
ihren jeweiligen Kegelumläufen 70, 71 nach
links laufen, bis die Laufringhälfte 36 in
den Endanschlag 74 eingreift und die fortgesetzte Schraubbewegung
des Kugelumlaufs 70 die Laufringhälfte 37 in Richtung
Laufringhälfte 36 führt, wobei
ebenfalls die Quetschwirkung der Planeten 60 aufrechterhalten
wird. Je nach dem genauen, zur Zeit der Drehmoment-Richtungswechsels
geltenden Übersetzungsverhältnis kann
eine mehr oder weniger signifikante Verschiebung der Position der
Laufringhälften 36, 37 stattfinden.
Das heißt,
dass bei einem niedrigen Verhältnis,
wenn die Laufringhälften 36, 37 am
weitesten voneinander entfernt sind, überhaupt keine, oder nur eine
sehr geringe Verschiebung entlang den Kugelumläufen 70, 71 auftreten mag.
Andererseits entsteht bei dem höchsten
Verhältnis,
wenn die radial inneren Laufringhälften 36, 37 den
geringsten Abstand voneinander aufweisen, die weiteste Trennung
zwischen ihren entgegengesetzten radialen Vorderseiten und den Endanschlägen 72, 74,
sodass ein Höchstmaß an axialer
Verschiebung auftritt. Das kann zu einer spürbaren Stoßwirkung führen, wenn die Laufringhälfte beim
Drehmoment-Richtungswechsel auf den entsprechenden Endanschlag trifft,
und die in 9 dargestellte Ausführungsform
enthält
Mittel, um dabei entstehende nachteilige Probleme zu lösen.
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Wie
bereits erwähnt,
ist die in 9 dargestellte Ausführungsform
ebenfalls so ausgelegt, dass sie eine höhere Belastung ermöglicht und
einen hohen Verhältnisbereich
erzielt, wie nachstehend näher erklärt wird.
Wie bei den vorherigen Ausführungsformen
werden die Bauteile, die dieselben bzw. entsprechende Funktionen
erfüllen
wie im Falle der vorherigen Ausführungsformen,
durch dieselben Bezugszeichen identifiziert. In dieser Ausführungsform
besteht die in 12 gesondert dargestellte innere
Laufring-Baugruppe aus den beiden inneren Laufringteilen 36, 37,
die mit Kugeln 39 (siehe 9) durch
eine Kugelumlaufanordnung auf einem Schraubgewindeteil 77 der
Eingangswelle 30 angebracht sind. Statt der Endanschläge 72, 74 hat
die in 9 dargestellte Ausführungsform zwei Manschetten 78, 79,
wobei die erste in den Flansch 72 der Antriebswelle 30 eingreift
und die zweite am entgegengesetzten Ende der Antriebswelle 30 mit
einem nicht dargestellten, durch die Führungslöcher 80 (in Welle 30)
und 81 (in Manschette 81) gesteckten Scherstift
befestigt ist.
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Um
einen großen
Verhältnisbereich
zu ermöglichen,
ist es erforderlich, dass der Kugelumlaufabschnitt der Welle 30 den
kleinstmöglichen
Durchmesser aufweist. Für
schwerere Belastungen muss die Welle jedoch stärker sein. Um die Belastung
zu verteilen, ist zwischen den inneren Laufringhälften 36, 37 und
den Manschetten 79, 78 eine Klauenkupplungsvorrichtung
vorgesehen. Diese besteht aus einer ringförmigen Anordnung von axial
verlaufenden Stiften 82, 83 auf den Laufringhälften 36, 37 und
einer ringförmigen
Anordnung von Stiften 84, 85 auf den Manschetten 79, 78.
Die Diese Stifte sind endseitig angeschrägt, damit sie zumindest teilweise
auf Verdrehungs- und Axialbelastungen reagieren können, wobei
zu beachten ist, dass der Eingriff der so gebildeten Klauenkupplung
in einer relativ schraubenförmigen
Bewegung der Laufbahnteile 36, 37 auf dem Schraubgewindeteil 77 der
Welle 30 stattfindet.
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Um
das wie in Bezug auf 7 erwähnte, beim Drehmoment-Richtungswechsel
auftretende Flankenspiel zu dämpfen,
ist die in den 9 bis 12 dargestellte
Ausführungsform
mit einem Paar axialer Durchlässe 86,87 versehen,
die durch entsprechende Einwegventile 88, 89 gesteuert
werden, wodurch Öl
im zentralen Durchlass 47 radial über entsprechenden Einwegventile 88, 89 in
die axialen Durchtritte 86, 87 und von dort aus
in eine ringförmige
Kammer 92 fließen
kann, die zwischen der Laufbahnhälfte 37 und
der Manschette 78 durch eine ringförmige Rohrhülse 93 definiert wird.
Die linke Laufbahnhälfte 36 hat
eine ähnliche,
durch Hülse 95 definierte
ringförmige
Kammer 94 für
den Eintritt von Öl durch
die nicht dargestellten Durchtritte in der Manschette 79.
Das in diesen Kammern 92, 94 unter Druck stehende Öl kann nur
durch den kleinen Spalt zwischen der als (ringförmiger) Kolben wirkenden Manschette
und dem durch die Laufringhälfte
definierten Zylinder entweichen, wenn der Laufring beim Drehmoment-Richtungswechsel
zum Anschlag hin geführt
wird. Dadurch wird das Flankenspiel gedämpft und der Anschlaglärm verhindert,
wenn der Antrieb durch metallische Berührung wiederhergestellt wird.
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Ein
typischer Planet 21 wird als Teil des in 11 dargestellten
Abtriebssystems gezeigt und umfasst 2 Planetenhälften 21 am 21b mit
Schiebesitz auf einer zentralen Welle 21c, die zunächst durch
die Hülse 21d geführt wird
und an jedem Ende entsprechende Nadellager aufweisen. Die Hülse 21d greift
in einen radialen Schlitz 61a in die Platte 61 ein
(in dieser Ausführungsform
eine annähernd
quadratische Platte mit abgerundeten Ecken), wobei der Schlitz axial
verlaufende Seiten 61b, 61c aufweist, um eine verbreiterte
Oberfläche
zu bieten, auf der die Hülse über eine
kurze Strecke in radialer Richtung rollen kann. Die Platte 61 vermittelt
ihre Kraft an den Träger 27 über die
Löcher 61d,
in welche die Finger 27a des Trägers eingreifen.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsformen
ist es möglich,
ein höchstes
Getriebeübersetzungsverhältnis zu
erzielen, wobei Schlupf auf den Kontaktstellen dadurch verhindert
wird, dass die größtmöglichen
radial nach außen
gehenden Auslenkungen der Planeten so begrenzt sind, dass sie geringer
sind als die Höchstauslenkung
der radial äußeren Laufringe,
wenn deren beide Teile über
einen Grenzwert hinaus getrennt werden.
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Das
wird in den in 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsformen
beispielsweise dadurch erreicht, dass die Rotation der Anlenkungen 26 z.B. durch
einen nicht dargestellten, am Träger
angebrachten Auflageranschlag begrenzt wird, um die nach außen gerichtete
Auslenkung der Anlenkung 26 zu stoppen. Dieser könnte an
einer Stelle zwischen dem mit dem Planeten verbundenen Ende und
dem mit dem Planetenträger
verbundenen Ende angebracht werden. In der in den 7 bis 8 dargestellten
Ausführungsform
könnte
dieses Ziel dadurch erreicht werden, das gewährleistet wird, dass die radial äußeren Enden
der Schlitze 62 die Planeten zu einer radial nach außen gerichtete
Auslenkung veranlassen, die geringer ist als die Höchstauslenkung der
Teile des radial äußeren Laufrings.
In der in 9 bis 12 dargestellten
Ausführungsform
wird diese maximale Getriebesperre dadurch erzielt, dass die inneren
Laufringhälften 36, 37 an
ihrem Umfang jeweils mit Greifringen 96, 97 ver sehen
sind und dass sie so geformt sind, dass die Greifringe auf der radial äußeren Seite
der Rollachse in die Planeten 21 eingreifen. Wenn die radial äußeren Laufringe 13, 14 daher
ihren weitesten Abstand voneinander erreichen und den radial inneren
Laufringen ermöglichen,
von Umlauf 39 angetrieben ihre Position mit dem geringsten
gegenseitigen Abstand einzunehmen, dann greifen die beiden Greifringe 96, 97 in
die Planeten 21 ein und schaffen einen direkten Antrieb
zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. In dieser Ausführung, die
einen Abstand zwischen dem Planeten 21 und den äußeren Laufringen 13, 14 erfordern, findet
ein Stufenwechsel statt, der typischerweise im Bereich von 1,2:1
liegt, zwischen dem höchsten
Rollverhältnis
und diesem gesperrten hohen Gang, da die Planeten 2l in
diesem Zustand von den radial inneren Laufringhälften gegen die Rotation gehalten werden.