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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein stufenlos verstellbares Getriebe im Allgemeinen und insbesondere
eine derartige Vorrichtung, bei der die Kräfte durch Rollantrieb übertragen
werden.
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Eine bekannte Art eines stufenlos
verstellbaren Antriebs, der bei einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs
zur kommerziellen Verwendung gekommen ist, besteht aus einem Antriebsriemen
mit trapezförmigem
Querschnitt, der um zwei geteilte Riemenscheiben gelegt ist, deren
entgegen gesetzte Hälften einander
gegenüberliegende
konisch geneigte Flächen
aufweisen und die derart aufeinander zu gespannt sind, dass das
tatsächliche
Antriebsübersetzungsverhältnis zwischen
einer Riemenscheibe und der nächsten
durch den relativen Abstand der zwei Teile der Riemenscheibe bestimmt
ist. Indem sie auseinander bewegt werden, lassen die zwei Teile
der Riemenscheibe den Riemen die konischen Flächen an einer radial inneren
Position berühren
und verändern
dabei das Übersetzungsverhältnis.
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In diesem Fall lässt die elastische Kraft, die auf
die zwei Teile der anderen Riemenscheibe wirkt, diese sich zusammen
bewegen, um das Nachlassen der Spannung bei dem Riemen zu kompensieren
und vergrößern dabei
den Kontaktradius zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben. Solche
Getriebe sind jedoch relativ groß, da sie zwei erheblich auseinander
liegende Wellen besitzen und sie können das Übersetzungsverhältnis auch
nicht rasch ändern.
Sie neigen auch dazu, unter Teillastbetrieb eine geringe Effizienz
zu zeigen. Versionen, die Gummiriemen besitzen, können auch
erheblichen Abnutzungen durch Gleitreibung unterworfen sein, die
zwischen dem Riemen und den Riemenscheiben stattfindet, wenn die „Übersetzungsverhältnisse" des Getriebes geändert werden.
Es besitzt den Vorteil gegenüber
konventionellen Getriebekästen,
dass eine kontinuierliche oder stufenlose Veränderung des Antriebs von einem
minimalen zu einem maximalen Antriebsübersetzungsverhältnis geboten
wird. Es ist jedoch nicht in der Lage, ohne weitere Verkomplizierungen
ein umgekehrtes Übersetzungsverhältnis zu
bieten.
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Es sind andere Arten stufenlos verstellbarer Getriebe
bekannt. Zum Beispiel beschreibt das US-Patent 1,800,388 (Jacobsen)
ein Geschwindigkeit wechselndes Reibungsantriebsgetriebe, bei dein Planetenkugeln
reibend angetrieben werden, um zwischen einem äußeren geteilten Laufring, bei
dem die Trennung der axial beabstandeten Teile durch ein Handrad
eingestellt wird, und einem geteilten inneren Laufring, dessen beide
Teile durch zwei Federn aufeinander zu gespannt werden zu rotieren.
Der Abtrieb wird von einem Satz Folgerollen aufgenommen, die von
einem Drehträger
getragen werden. Eine andere stufenlos einstellbare Antriebsvorrichtung
ist in dem US-Patent 3,452,622 (kKshipera) beschrieben. Diese verwendet
ein Paar gegenüberliegender
konkaver Konusräder,
auf denen Kugeln laufen, die auf einer geneigten, axial einstellbaren
Spur gehalten werden. Diese besitzt einen Dreipunktekontakt auf den
Kugeln, im Unterschied zu dem Vierpunktekontakt bei Jacobsen, und
die Bälle
selbst rollen um Achsen, die gegenüber der Achse, um die die Planetenbewegung
der Kugeln stattfindet, geneigt sind.
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Die vorliegende Erfindung will einen
stufenlos veränderbaren
Antrieb schaffen, bei dem die Kräfte
in ähnlicher
Weise zwischen den sich bewegenden Teilen durch Rollkontakt übertragen
werden. Dies minimiert die Abnutzung, der die Teile durch Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
unterworfen werden und gestattet, einen kontinuierlich veränderbaren
Antrieb zu bewirken, der einfach zu steuern ist, wenig Instandhaltung
benötigt
und einen haltbaren Mechanismus mit einer langen Betriebszeit bietet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung, wird daher ein stufenlos verstellbares Getriebe von der
Art geschaffen, das Planetenkörper
in Rollkontakt mit radialen, inneren und äußeren Laufringen besitzt, die
jeweils aus zwei axial beabstandeten Teilen bestehen, mit wahlweise
einstellbaren Steuermitteln zur wahlweisen Veränderung der axialen Trennung
der beiden Teile eines Laufrings und somit der radialen Position
der Planetenkörper
die mit diesem in Rollverbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel vorhanden sind die auf das Drehmoment reagieren, das
zwischen den zwei Antrieb übertragenden
Teilen der Übertragung
aufgebracht wird, die beide dazu dienen, die kompensierende Varia tion
bei der Trennung der beiden Teile des anderen Laufrings zu bestimmen
und damit das Übertragungsverhältnis der
Vorrichtung und die Kräfte
zu ändern,
die zwischen den Planeten und den Laufringen senkrecht zu der Schnittstelle
zwischen ihnen ausgetauscht werden, und dadurch, dass der eine Laufring
der radial äußere Laufring
ist und die Mittel zur wahlweisen Veränderung des axialen Abstands
der zwei Teile des einen Laufrings zwei Einstellteile besitzen,
die durch wendelförmige
Mittel zum gegenseitigen Eingriff verbunden sind, so dass die relative
Drehbewegung eines der Einstellteile in einer axialen Verschiebung
von diesem gegenüber dem
anderen führt.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung sind die Planetenkörper
im Wesentlichen sphärische
Körper.
Sie können
genau runde, abgeplattete oder gestreckte Spheroide sein. Alternativ
können die
Planetenkörper
jeweils erste und zweite Oberflächenbereiche
besitzen, die um die gleiche Achse drehen (bei jedem Teil), wobei
die Oberflächenbereiche gegeneinander
in entgegen gesetzte Richtungen um die Drehachsen geneigt sind.
Die Planetenteile können
eine konvexe oder konkave Drehfläche
besitzen, die durch eine gekrümmte
Mantellinie definiert wird, die eine reguläre oder irreguläre Kurve
oder eine Teilkreiskurve sein kann. Im Fall einer teilkreisförmigen Mantellinie
kann es ein Halbkreis sein, wobei in diesem Falle die Drehfläche des
Planetenkörpers
sphärisch
ist.
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In der Praxis ist es vorzuziehen,
dass die Planetenkörper
im Wesentlichen sphärisch
und zwischen den inneren und äußeren Laufringen
gehalten sind, wobei Rollennachlaufteile mit ihrem Umfang zwischen
benachbarten Paaren von Planetenkörpern eingebettet sind, um
den Antrieb zu den oder von den Planetenkörpern zu übertragen. Bei einer solchen Anordnung
ist es besonders günstig,
wenn die Rollennachlaufteile auf einem Planetenträgerteil
getragen werden, zu dem der Antrieb von oder zu den Planetenkörpern bei
dem Betrieb der Vorrichtung übertragen
wird.
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Allgemein gesprochen schafft die
vorliegende Erfindung eine Antriebsübertragungsvorrichtung, wie
oben definiert, bei der die Drehachsen der Planetenkörper um
ihre eigene Achse im Wesentlichen parallel zu der Drehachse der
Planeten um den inneren Laufring liegen. Bei einer derartigen Antriebsübertragungsvorrichtung
ist es ein besonderes Merkmal, dass die Drehachse des radial inneren
Laufrings im Wesentlichen parallel zu der Achse der Mittel liegt, die
den radial äußeren Laufring
definiert, der den Planetenweg der Planetenkörper definiert.
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Bei Ausführungen der Erfindung kann
das schraubenförmige
Ineinandergreifen der zwei Einstellteile ein Gewindeeingriff der
Teile selbst sein, wobei das eine der zwei Einstellteile um wenigstens
einen begrenzten Bewegungskreis um eine erste Achse drehbar ist
und das andere Einstellteil um wenigstens eine Achse, die im Wesentlichen
parallel zu der ersten Achse liegt, in seiner Drehbewegung beschränkt ist.
Die Gewindesteigung kann über
die gesamte Länge
des Gewindes gleich sein, obwohl es für bestimmte Anwendungen nützlich erachtet
wurde, wenn die Gewindesteigung des schraubenförmigen Eingriffs sich über den
Umfangsweg des Gewindes verändert.
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Ob das Gewinde konstant ist, oder
sich verändert,
sollten seine Form und die Gewindesteigung vorzugsweise derart sein,
dass die Umfangskomponente der Axialkraft, auf die das Gewinde reagiert,
im Wesentlichen gleich ist mit der und im Vorzeichen umgekehrt zu
der direkten Umfangskraft, auf die das Gewinde reagiert, so dass
die Kraft, die erforderlich ist, die auf die wahlweisen Einstellmittel
ausgeübt wird,
um das Übersetzungsverhältnis beizubehalten oder
zu ändert
minimiert wird.
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Die vorliegende Erfindung beinhaltet
auch eine unendlich veränderbare
Antriebsvorrichtung, bestehend aus einem stufenlos einstellbaren
Getriebe, wie oben definiert, mit einem weiteren epizyklischen Getriebezug
festgesetzter Getriebeübersetzungen
oder Rollzugkörpern,
deren Abmessungen derart sind, dass der effektive Kontaktradius
zwischen den Antrieben der Eingangswelle bei einem Radius zwischen
dem maximalen und dein minimalen Radius auf der Kontaktlinie zwischen
dem radial inneren Laufring und den Planeten an entgegen gesetzten
Enden des Einstellbereichs des stufenlos einstellbaren Getriebes
liegt.
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Bei einer solchen Ausführung gibt
es, wenn der Radius der Kontaktlinie zwischen den Planetenkörpern und
des radial inneren Laufrings des kontinuierlich verstellbaren Getriebes
gleich ist mit dem Kontaktradius zwischen dem radial inneren Laufring
und den Planeten des epizyklischen Getriebezugs mit festen Übersetzungsverhältnissen,
keine wirksame Drehkraftübertragung
und die Drehkraftübertragung wird,
abhängig
davon, ob die Einstellung des kontinuierlich verstellbaren Getriebes
die Kontaktlinie zwischen den Planetenkörpern und dem radial inneren Laufring
zu einem Punkt bewegt, der größer oder kleiner
ist, als der Kontaktradius des epizyklischen Gewindezugs mit festen Übersetzungen,
in die eine oder andere Drehrichtung abgegeben. Dies ermöglicht es,
sowohl vorwärts
gerichtete, als auch rückwärts gerichtete
Antriebsübersetzungsverhältnisse zu
bieten.
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Bei einer praktischen Ausführung sind
die Rollennachlaufteile jeweils zwischen entsprechenden Paaren benachbarter
Planetenkörper
eingesetzt und von einem Planetenträgerteil getragen, durch das
der Antrieb zu oder von den Planetenkörpern in der Betriebsrichtung
der Vorrichtung übertragen
wird.
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Die erfindungsgemäße stufenlos verstellbare Antriebsvorrichtung
mit Rollkontakt kann unter einem Gesichtswinkel als eine variable
Geometrie einer Rollkörperlagerung
mit vier Kontaktpunkten betrachtet werden, bei der die Kraftübertragung
zwischen zwei oder drei Hauptlagerelementen stattfindet, jeweils
bestehend aus einem radial inneren Laufring, einem radial äußeren Laufring
und einem Planetenträger
oder -käfig;
ein viertes, üblicherweise
festes, Lagerelement ist zur Drehkraftaufnahme vorgesehen.
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Bei einer Antriebsvorrichtung, die
als eine Ausführung
der Erfindung ausgebildet ist, ist daher die axiale Trennung des
Laufrings, der die Einstellung des anderen kompensiert, im Wesentlichen durch
die Kräfte
bestimmt, die auf die anderen Laufringteile ausgeübt werden.
Ein derartiger stufenlos verstellbarer Antrieb kann mit einem epizyklischen Gewindezug
kombiniert werden, um eine unendlich einstellbare Übersetzung
zu schaffen, die ein Übersetzungsverhältnis besitzt,
das zwischen einem negativen Wert oder Null bis zu einem Maximalwert
variiert, der durch die Abmessungen der Vorrichtung bestimmt ist.
Es ist auch möglich,
die jeweiligen Formen der Kontaktflächen der Laufringe und Rollelemente
so zu wählen,
dass eine so genannte „angetriebene" neutrale Position
erreicht werden kann, bei der trotz der Drehung des Antriebsteils
keine Bewegungsübertragung
stattfindet. Eine derartige Konfiguration erlaubt deshalb auch,
dass die Rollelemente sich an einem Zwischenpunkt ihrer Gesamtbewegung
(die durch die gesteuerte Trennung des Paars der Laufringteile bestimmt
wird, auf die die Eingangssteuerkräfte ausgeübt werden) sich in einer solchen neutralen
Position befinden und dabei entsprechend der Verstellung des Antriebs
die relative Drehung der Eingangs- und Ausgangsantriebsteile in
die gleiche oder entgegen gesetzte Richtungen erlauben. Dies resultiert
tatsächlich
in der zur Verfügung
Stellung von vorwärts
und rückwärts gerichteten
Antriebsübersetzungen
auf beiden Seiten einer neutralen Übersetzung.
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Obwohl solche Getriebe so gesteuert
werden können,
dass eine unendlich verstellbare Übersetzungsverhältnissteuerung
bewirkt werden kann, ist eine derartige Steuerung für die Mehrheit
der Benutzer angesichts des beinahe universellen Gebrauchs schrittweiser
oder inkrementeller Antriebsübersetzungen,
die von Getriebekästen
erhältlich
sind, die für
solche Übersetzungsverhältnisänderungen verwendet
werden unvertraut. Es können
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung gemacht werden, bei denen eine inkrementelle
Steuerung der Getriebeübersetzungen
durch verschiedene Mittel erreicht werden kann, um einen schrittweisen
Getriebekasten zu simulieren. Bei einer Ausführung besitzt ein Steuerungsmechanismus,
durch den die Trennung der beiden Steuerlaufringe bestimmt wird,
eine inkrementelle Verstellvorrichtung oder einen Indexmechanismus, der
ihm erlaubt, zwischen verschiedenen vorbestimmten Positionen verstellt
zu werden. Alternativ kann die Kontaktfläche einiger Laufringe so geformt sein,
dass die auf die Rollelemente ausgeübten Kräfte dazu neigen, sie zu einer
von einer begrenzten Zahl vorbestimmter Positionen anzutreiben.
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Obwohl eine „angetriebene" Neutralstellung bei
einer Antriebsvorrichtung, wie sie hier definiert ist, viele Vorteile
hat, können
sich unvermeidbare Toleranzen ergeben, da es einen gewissen Anteil
von „Schlupf" in beide Richtungen
geben kann, wenn die Antriebsvorrichtung auf ihre neutrale Position
gestellt wird. Um dies zu bekämpfen
mag es vorteilhaft sein, Mittel zur Verfügung zu stellen, mit denen
ein „entkoppeltes" neutrales Übersetzungsverhältnis erreicht werden
kann, bei dem eine tatsächliche
Bremse in der Antriebskette Gewissheit bei der Wahl eines neutralen
Antriebs erlaubt, bei dem keine Antriebsübertragung stattfindet.
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Eine entkoppelte Neutralstellung
kann bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht werden,
indem entweder dem radial inneren Laufring oder dem radial äußeren Laufring
ein relativ drehbares Teil oder entsprechende Teile hinzugefügt werden,
die von den Rollelementen über
einen bestimmten Weg ihrer Bewegung bei der Einstellung der Antriebsübertragung
kontaktiert werden. Wenn die Rollelemente mit derart relativ drehbaren
Teilen in Kontakt sind, sichert das tatsächliche Entkoppeln der Rollelemente
von den Laufringwegen, dass die Antriebsübertragung bei dieser Einstellung
nicht stattfindet.
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Eine entkoppelte Neutralstellung
kann auch erreicht werden, indem eines der Teile der Laufringe so
montiert wird, dass es aus seiner Betriebsposition wegbewegt werden
kann, so dass der Druck auf die Rollelemente ungeachtet der Verstellung
der Antriebsvorrichtung zu diesem Zeitpunkt weggenommen werden kann.
Dies erlaubt tatsächlich
einen „Entkopplungsvorgang", der bei der Antriebsvorrichtung
bei jedem Übersetzungsverhältnis des
Getriebes erreicht werden kann.
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Eine ähnliche Anordnung kann für eine so genannte „Startkontrolle", d. h. für ein progressives Eingreifen
der Antriebsvorrichtung von einem neutralen zu einem Antriebsübersetzungsverhältnis geschaffen
werden und dies dadurch, dass ein Bewegungsbereich eines Übersetzungsverhältniskontrollteils
zwischen der angetriebenen Neutralstellung und einem ersten Rastpunkt
oder Anschlag geboten wird, die, bzw. der das niedrigste Übersetzungsverhältnis definiert.
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Bei manchen Ausführungen der insoweit beschriebenen
vorliegenden Erfindung kann der Antrieb von einer Einganswelle zu
einer Ausgangswelle nur in einer Drehrichtung stattfinden. Dies,
weil der Drehmomentsensor, der bei einer Ausführung einen Gewindeeingriff
zwischen einem der beiden Laufringteile des anderen Laufrings und
einer zusammenwirkenden Komponente beinhaltet, es den zwei Laufringen
erlaubt, durch die Kräfte
aufeinander gedrückt
zu werden, die nur dann im Betrieb auf sie wirken, wenn die Drehrichtung
der Eingangswelle der des Gewindeeingriffs entspricht. Relative
Drehung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle in entgegen gesetzter
Richtung würde
zu einer relativen Trennung der anderen Laufringteile führen, was
dann zu einer Verringerung der Kontaktkräfte führen würde und letztlich zu einer
Entkopplung der Eingangs- und Ausgangsteile. Dies hat natürlich unter
manchen Umständen
bestimmte Vorteile, insbesondere wenn ein Überlastfreilaufeffekt erwünscht ist.
Für die
Verwendung als Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere bei dem der Motorauflauf
zum Bremsen verwendet wird, ist der Freilaufeffekt unerwünscht und
in der Tat nicht erstrebenswert.
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Die vorliegende Erfindung versucht
deshalb auch ein stufenlos verstellbares Getriebe der hier beschriebenen
Art zu schaffen, bei dem die Übertragung
der Drehkraft von einer Eingangs- auf eine Ausgangswelle in beiden
Drehrichtungen stattfinden kann.
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Gemäß einer besonderen Ausführung der vorliegenden
Erfindung besteht ein stufenlos verstellbares Getriebe der Art,
die Planetenkörper
in Rollkontakt mit inneren und äußeren Laufringen
aufweisen, die jeweils zwei axial getrennte Teile besitzen, mit
Steuermitteln, um die axiale Trennung der beiden Teile eines Laufrings
und damit die radiale Position der Planetenkörper, die mit diesen in Rollkontakt
stehen, wahlweise zu verändern,
wobei Mittel vorhanden sind, die auf die Drehkraft reagieren, die
auf ein Antrieb übertragendes
Teil der Antriebsvorrichtung ausgeübt wird, wobei beides dazu
dient, die ausgleichende Veränderung
der zwei Teile des anderen Laufrings und damit das Übersetzungsverhältnis der Vorrichtung
zu bestimmen und die Kräfte,
die zwischen den Planeten und den Laufringen in der Normalen ausgetauscht
werden, zu variieren und wobei die Mittel, die auf die Drehkraft
reagieren aus zwei axial beabstandeten, relativ beweglichen Teilen
des anderen Laufrings bestehen, wobei beide Teile für sich von
einer Mittelposition aus in zwei Richtungen beweglich sind und mit
Endanschlägen
in Eingriff kommen, wodurch die Übertragung
des Drehantriebs eines Drehantriebeingangsteils auf ein Drehantriebsausgangsteil
der Antriebsvorrichtung in beide entgegen gesetzten Drehrichtungen
erlaubt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung sind die relativ beweglichen Laufringteile der Mittel,
die auf die Drehkraft reagieren durch einen Gewindeeingriff mit
dem Antriebseingangsteil verbunden, der den gleichen Sinn besitzt,
durch den die Drehkraft übertragen
wird, wenn die axiale Verschiebung eines Laufringteils beschränkt wird.
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Die Gewindegänge des Schraubeneingriffs stehen
vorzugsweise durch Rollelemente, wie Kugeln in Eingriff, obwohl
dies nicht wesentlich ist. Das Vorhandensein von eingreifenden Kugeln
hilft bedeutend bei der Verringerung des Reibungswiderstands in
der Vorrichtung.
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Die zwei relativ beweglichen Laufringteile der
Mittel, die auf die Drehkraft reagieren, können entgegen gesetzt axial
Feder beaufschlagt sein. Diese Federbeaufschlagung wirkt als „Starter" für die auf Drehkraft
reagierende Aktion der Vorrichtung und bei einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung wird die Federbeaufschlagung der zwei relativ beweglichen Laufringteile
durch eine Druckfeder erreicht, die zwischen diesen angeordnet ist.
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Um abzusichern, dass die Drehung
beider Laufringteile in zwei Richtungen erfolgen kann, muss natürlich jedes
Laufringteil schließlich
in seiner axialen Bewegung eingeschränkt werden, so dass sich das
andere Laufringteil tatsächlich
durch die Schraubaktion, die durch das Eingangsteil ausgeübt wird, gegen
es „aufschrauben" kann. Solche Endanschläge können jeweils
aus Anschlägen
bestehen, die von dem Antriebseingangsteil getragen werden oder
mit diesem verbunden sind.
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Bei einer Ausführung der Erfindung sind die beiden
Laufringteile des einen Laufrings des Getriebes, deren axiale Trennung
wahlweise einstellbar ist, jeweils in einem Gehäuse des Getriebes gehalten, derart,
dass sie in beiden entgegen gesetzten Drehrichtungen eine begrenzte
Drehverschiebbarkeit besitzen. Die relative axiale Trennung der
zwei Laufringteile des einen Laufrings kann durch einen Gewindeeingriff
wenigstens eines der beiden Laufringteile mit einem festen Teil
des Getriebes ereicht werden, wobei die beiden Laufringteile gegenüber dem festen
Teil relativ drehbar sind. Eine solche relative Drehbewegung der
zwei Laufringteile des einen Laufrings kann durch jedes Mittel bewirkt
werden, das direkt zwischen diesen wirkt, statt zwischen einem Teil
und einem festen Teil. Ein Mittel, mit dem dies erzielt werden kann,
besteht aus einem Bowdenzug, der zwischen den beiden Laufringteilen
wirkt.
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Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung
besitzt ein stufenlos verstellbares Getriebe der oben definierten
Art, bei dem die Planetenkörper jeweils
eine ringförmige
Nut besitzen, deren Achsen im Wesentlichen mit der jeweiligen Rollachse
zusammenfallen, um die sich jeder Planetenkörper dreht, wenn er in Kotakt
zu den Laufringen rollt, wobei die ringförmigen Nuten mit führen, damit
sie bei der Planetenbewegung ihre Orientierung beibehalten.
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Dieses letztere Merkmal führt zu einer
größeren Last
aufnehmenden Kapazität,
da eine größere Zahl
von Planetenkörpern
in einem gegebenen ringförmigen
Raum angeordnet werden kann, da der Umfangsraum, den ein Planetenkörper beansprucht
sich mit dem überschneiden
kann, den ein Planetennachläufer
beansprucht.
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Die Planetennachläufer werden vorzugsweise von
einem gemeinsamen Trägerteil
gehalten, durch das die Antriebsübertragung
auf ein Ausgangsantriebsteil der Vorrichtung erfolgt.
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Bei einer anderen Ausführung der
Erfindung besitzen die Planetenkörper
jeweils gekrümmte Oberflächenabschnitte,
die mit entsprechend gekrümmten
Abschnitten der Laufringe korrespondieren, wobei der Radius der
Krümmung
der Oberflächenabschnitte
der Planetenkörper
größer ist,
als der tatsächliche
Radius des Planetenkörpers
selbst.
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Dies kann man sich vor Augen führen, indem man
sich die Planetenkörper
als sphärische
Körper eines
gegebenen Durchmessers vorstellt, die gedanklich geteilt werden,
um einen Mittelabschnitt zu entfernen und wieder zusammenzuführen, wobei
die verbleibenden Quadranten einander kontaktieren. Der Radius der
Krümmung
der Oberflächenabschnitte
wird daher dem des „originären" sphärischen
Körpers
entsprechen, während
der Durchmesser des neu zusammen gebauten sphärischen Körpers geringer sein wird, als
der Durchmesser des originären sphärischen
Körpers.
Solche Planeten können
auch mit ringförmigen
Nuten geformt werden, um wie oben diskutiert Nachlaufrführungsrollen
aufzunehmen. Es können
außerdem
Mittel vorhanden sein, um die Planetenkörper zu führen, damit sie die Orientierung
ihrer Rollachsen behalten, wenn sie entlang der Kontaktflächen der
Laufringe rollen. Solche Führungsteile
können
die oben erwähnten
Rollen sein, die mit den Umfangnuten in Eingriff stehen.
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Der Zweck der Vergrößerung des
Radius der Krümmung
der Oberflächenabschnitte
gegenüber dem
Durchmesser der Planetenkörper
selbst ist, den Bereich der Übersetzungsverhältnisse,
die von dem Getriebe übertragen
werden können,
zu erweitern. Bei einer besonderen Ausführung kann das Übersetzungsverhältnis auf
4,3 : 1 erweitert werden.
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Bei einer weitere Ausführung der
vorliegenden Erfindung besitzt jeder Planetenkörper mehrere elementare ringförmige Oberflächenkontaktabschnitte,
die eine im Wesentlichen gleiche Neigung zu der Rollachse des Planetenkörpers aufweisen.
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Dies gestattet es, dass das stufenlos
verstellbare Getriebe mit bevorzugten Einstellpositionen ausgestattet
werden kann, die tatsächlich
bestimmten Getriebeübersetzungen
eines konventionellen Getriebekastens entsprechen. Eine erhöhte Last
aufnehmende Kapazität
kann auch erreicht werden, indem etwas geschaffen wird, das eher
einer Kontaktlinie, als einem Punktkontakt zwischen den Planeten und
den Laufringen über
die Oberflächenabschnitte mit
den im Wesentlichen gleichen Neigungen gleicht.
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Dies kann man sich vorstellen als
ob die Planetenkörper
eine Erzeugende besitzen, die einen Abschnitt aufweist, der aus
mehreren im Wesentlichen geradlinigen Grundabschnitten besteht.
Die Laufringe können
im Wesentlichen kontinuierlich gekrümmte Kontaktflächen für den Rollkontakt
mit den Planetenkörpern
besitzen, die jeweils korrespondierend geneigte Grundkontaktflächen aufweisen,
die im Wesentlichen denen der Planetenkörper gleichen.
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Verschiedene Ausführungen der vorliegenden Erfindung
werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
genauer beschrieben, bei denen:
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1 ein
schematischer axialer Schnitt durch den Hauptteil eines stufenlos
verstellbaren Getriebes mit Rollkontakt ist, der nützlich für die Erklärung des
Arbeitsprinzips der Vorrichtung ist;
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2 eine
schematische axiale Ansicht des Getriebes aus der Richtung des Pfeils
A von 1 gesehen ist;
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3 und 4 schematische axiale Schnitte ähnlich wie 1 sind und jeweils das Getriebe
in dieser Konfiguration bei dem größten Übersetzungsverhältnis und
bei dem niedrigsten Übersetzungsverhältnis zeigen;
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5 ist
ein axialer Schnitt eines stufenlos verstellbaren Getriebes mit
Rollkontakt, ausgebildet als eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine schematische axiale Schnittdarstellung, die ein stufenlos verstellbares
Getriebe mit Rollkontakt zeigt, das in ein unendlich verstellbares
Getriebe integriert ist;
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7 ist
eine axiale Schnittdarstellung einer weiteren Ausführung der
Erfindung, die für
eine Fahrradnabengangschaltung geeignet ist;
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8, 9 und 10 sind schematische axiale Teilschnitte
verschiedener Laufringkonfigurationen, die für verschiedene Anwendungen
nützlich
sind;
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11 und 12 sind schematische axiale Schnittdarstellungen
alternativer Ausführungen,
die verschiedene Planetenkörper
aufweisen;
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13 ist
eine axiale Teilschnittdarstellung durch eine erste Ausführung der
vorliegenden Erfindung;
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14 ist
ein Schnitt entlang der Linie XIII-XIII von 13;
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15 und 16 sind schematische Detailansichten
der Ausführungen
von 13 und 14 bei zwei verschiedenen
Betriebskonfigurationen;
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17 ist
eine schematische Schnittdarstellung der Ausführung von 13, die die relativen Positionen eines
Einstellmechanismus zeigt;
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18 ist
eine axiale Schnittdarstellung einer alternativen Ausführung der
Erfindung;
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19–24 sind schematische Ansichten
eines Details der Ausführung
von 18, die die Komponenten
in verschiedenen Konfigurationen zum Erreichen verschiedener Getriebeübersetzungen
zeigen.
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Gemäß zuerst den 1 bis 4 ist
der erfindungsgemäße stufenlos
verstellbare Getriebemechanismus als epizyklischer Mechanismus mit
variablem Radius mit rollender Drehkraftübertragung ausgebildet, mit
dem Vorteil, dass die Wellenlager und das Gehäuse nicht großen Kräften ausgesetzt sind
und die sich bewegenden Teile auf traditioneller Roll- und Kugellagertechnologie
basieren können.
Er hat auch die Vorteile, dass es ein rein mechanisches Vorspannungs-
und Drehmomenterfassungssystem besitzt und dass es durch ein übliches
flüssiges Schmiermittel
spritzgeschmiert oder abgeschmiert werden kann, ohne besondere Schmiertechniken
zu erfordern. Wie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung entnommen
werden kann, kann die Steuerung des Übersetzungsverhältnisses
durch eine einfache mechanische Vorrichtung erfolgen.
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Das epizyklische Getriebe mit veränderlichem
Radius der 1 bis 4, manchmal als Variator bezeichnet,
besitzt ein Gehäuse
(das zur Vereinfachung nicht gezeigt ist) in dem eine Eingangswelle 11 angeordnet
ist, die Rollelementlager 12, 13 in einem Planetenkäfig 14 trägt, der
drei Planetennachlaufkörper 15 trägt. Die
Planetennachlaufteile 15 sind durch Planetennachlaufteilwellen 16 in
Form von abgesetzten Vertikalwellen drehbar an dem Planetenkäfig gelagert.
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Der Planetenkäfig 14 besteht vor
allem aus zwei radialen Platten 14a, 14b, die
durch die abgesetzten Vertikalwellen zusammengehalten werden, die
die Planetennahlaufteilwellen 16 bilden und sind durch
Muttern 20, 21 (nicht gezeigt), die auf hervor ragende
Enden geschraubt sind an beiden Enden gesichert, um einen Käfig zu bilden.
Eine axiale zylindrische Verlängerung
der radialen Platte 14b des Planetenträgers 14 stellt die
Ausgangswelle 22 des Getriebes dar.
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Auf der Eingangswelle 11 ist
ein radial innerer Laufring 23 gelagert, der aus zwei Teilen 23a, 23b des
inneren Laufrings besteht, die durch ein Kupplungsmittel mit der
Welle 11 in Eingriff stehen, das aus einem wendelförmigen Eingriff
in Form einer Schraubverbindung besteht. Die beiden Teile 23a und 23b des
inneren Laufrings besitzen gegensinnige Gewinde, so dass, wie unten
genauer beschrieben werden wird, eine relative Drehung der Eingangswelle 11 und
der Teile 23a, 23b des inneren Laufrings in einer
Richtung die beiden Teile zu einer Bewegung aufeinander zu veranlassen
wird, wobei eine axiale Trennung der beiden Teile 23a, 23b des inneren
Laufrings erfolgt, wenn eine relative Rotation zwischen diesen und
der Eingangswelle 11 in der entgegen gesetzten Richtung
stattfindet.
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Drei sphärische Planetenkörper 25 sind
zwischen dem inneren Laufring 23 und einem äußeren Laufring 26 eingespannt,
der ebenfalls aus zwei axial getrennten ringförmigen Laufringteilen 26a, 26b besteht.
Die Laufspuren der Laufringteile 23a, 23b und 26a, 26b,
die jeweils mit 27a, 27b und 28a, 28b bezeichnet
sind, besitzen im Querschnitt eine als Teilkreis gekrümmte Fläche, deren
Radius etwas größer ist,
als der Radius der sphärischen
Planetenkörper 25.
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Die Teile 26a, 26b des äußeren Laufrings stehen
in Eingriff mit einem Mechanismus zur axialen Einstellung, der allgemein
mit 29 bezeichnet ist und schematisch in 1 als Hebel 30 gezeigt ist,
der schwenkbar an einem Aufnahmeteil 31 befestigt ist, so
dass das Drehen des Hebels in die eine oder die andere Richtung
um den Schwenkpunkt 32, an dem er mit dem Aufnahmeteil 31 verbunden
ist und wie dies mit dem Doppelpfeil B von 1 gezeigt ist, die zwei Laufringteile 26a, 26b axial
aufeinander zu gedrückt
werden oder es ihnen gestattet wird, sich axial voneinander zu trennen.
Der Laufring 26 besitzt Mittel zum Verhindern seiner Drehung
um die Achse X-X, die die gemeinsame Achse der Rotation der Eingangswelle 11,
des inneren und des äußeren Laufrings 23, 26,
der Ausgangswelle 22 und der sphärischen Planetenkörper 25 ist.
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Beim Betrieb wird die Antriebsdrehung
der Welle 11 auf den inneren Laufring 23 übertragen, dessen
Drehung die Rotation der sphärischen
Planetenkörper
oder Kugeln 25 durch Rollkontakt mit diesen veranlasst,
wobei die Kugeln 25 entlang des stationären äußeren Laufrings 26 rollen.
Die Rotation der Kugeln 25 wird über die Planetennachläufer 15 auf
den Planetenkäfig 14 und
so auf die Ausgangswelle 22 übertragen. Indem der Hebel 30 in
die eine oder in die andere Richtung verschoben wird, können die
beiden Teile 26a, 26b des äußeren Laufrings auf einander
zu gedrückt
werden oder es wird ihnen gestattet, sich axial voneinander weg
zu bewegen. Die axiale Annäherung
der beiden äußeren Laufringteile 26a, 26b übt Druck
auf die Planetenkugeln 25 aus und läst diese im Getriebe radial
nach innen bewegen und die beiden inneren Laufringteile 23a, 23b auseinander
drücken.
Der Gewindeeingriff zwischen den radial inneren Laufringteilen 23a, 23b und
der Eingangswelle 11 wirkt tatsächlich als drehkraftsensibler
Mechanismus, da der Gewindeeingriff derart ist, dass die Rotation
der Welle 11 in der beabsichtigten Antriebsrichtung die
Laufringsteile 23a, 23b einander axial annähern lässt wenn
sie Widerstand erfahren, so dass jedes Spiel im Rollkontakt zwischen den
Laufringteilen 23a, 23b und den Planetenkugeln 25 aufgenommen
und durch die Tendenz der Laufringteile 23a, 23b sich
anzunähern,
bis die Kräfte,
die auf den Gewindeeingriff zwischen den Laufringteilen 23a, 23b und
der Antriebswelle 11 ausgeübt werden, den Reaktionskräften zwischen
den Laufringteilen 23a, 23b und den Planetenkugeln 25 entsprechen, bei
welchem Punkt keine weitere axiale Verschiebung der Laufringteile 23a, 23b mehr
stattfindet und, wenn dies gescheht, die Antriebsübertragung
bei einem Übersetzungsverhältnis stattfindet,
das durch die radiale Position der Planetenkugeln 25 bestimmt ist,
kompensiert wird.
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In der in 4 gezeigten Konfiguration wird zu sehen
sein, dass der Radius des Rollkontakts zwischen den Planetenkugeln 25 und
dem inneren Laufring 23 relativ groß und der Kontaktradius zwischen den
Planetenkugeln 25 und dem äußeren Laufring 26 relativ
klein ist. Bei dieser Konfiguration ist das Übersetzungsverhältnis zwischen
der Eingangswelle 11 und der Ausgangswellen 22 am
niedrigsten. Indem dem Hebel 30 gestattet wird, sich in
die entgegen gesetzte Richtung zu bewegen, lässt man jedoch die Laufringteile 26a, 26b sich
auseinander bewegen, so dass sich die Planetenkugeln 25 radial
nach außen bewegen
können,
kompensiert durch die axiale Annäherung
der inneren Laufringteile 23a, 23b.
-
Der Unterschied zwischen der Krümmung der
gekrümmten
Flächen 26a, 26b, 27a, 27b der Laufringteile
der Laufringe 23, 26 und den sphärischen
Planetenkörpern
wird die genaue Form des Kontaktpfads bestimmen, der zwischen den
im Rollkontakt stehenden Körpern
praktisch vorhanden ist. Obwohl der Kontakt in einer Idealsituation
ein Punktkontakt wäre,
werden die Kontaktpunkte in der Praxis, da das Innere eines solchen
stufenlosen Getriebes ein Schmiermittel in der Form eines besonderen Maschinenfluids,
das sowohl die beweglichen Teile schmiert, als auch den Rolleinriff
zwischen diesen verbessert, Kontaktflecken bilden, die größer sind,
je näher
sich die Radii der Kontaktflächen
zueinander sind. Es ist natürlich
unerwünscht,
wenn diese Flecken zu groß sind,
da der so genannte Duchdreh-Verlust vermieden werden soll, der sich
aus Kräften
ergibt, die sich in dem hydrodynamischen Fluid zwischen den beiden
in Rollkontakt stehenden Elementen ergeben.
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Der oben beschriebene stufenlos einstellbare
Getriebemechanismus ist äußerst kompakt
und hocheffizient und benötigt
keinen hydraulischen Druckkreislauf zur Schmierung oder für Steuerungszwecke,
um die erwünschte
Funktion zu erfüllen.
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Er kann in modularer Form vorliegen
und ist in der Größe anpassbar,
um sowohl großen,
als auch kleinen Anwendungen zu genügen.
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Es ist festzuhalten, dass wenn die
Eingangswelle 11 als einstückiges Teil betrachtet werden
würde,
es natürlich
keinen Weg geben würde,
auf dem die Laufringsteile 23a, 23b des inneren
Laufrings über
die nicht mit einem Gewinde versehene Ende der Welle 11 geschoben
werden könnten.
Dies könnte
jedoch erreicht werden, wenn die Eingangswelle 11 als zusammengesetztes
Teil ausgeführt
würde, bei
dem die nicht mit einem Gewinde versehenen Teile mit den Gewindeteilen
zusammengefügt
würden, nachdem
die Laufringteile 23a, 23b darauf angebracht wurden.
Alternativ kann die Welle 11 an den Enden, die nicht mit
einem Gewinde versehen sind, einfach einen kleineren Durchmesser
aufweisen, um dem radial innersten Durchmesser der Gewindegänge zu entsprechen
und es den Laufringteilen 23a, 23b erlauben, beim
Zusammenbau über
sie zu gleiten.
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Obwohl wie in 1 schematisch dargestellt die Trennung
der beiden Laufringteile 26a, 26b durch einen
einfachen Hebel 30 und ein geeignetes Aufnahmeteil 31,
das eine symmetrische Kraft auf die beiden Laufringteile 27a, 26b ausübt, um sie,
wie durch die Bewegung des Hebels 30 bestimmt, zusammen
oder auseinander zu bewegen gesteuert wird, ist festzuhalten, dass
es bei einer praktischen Anwendung nötig sein wird, die axialen
Kräfte
auf die Laufringteile über
deren ganzen Umfang oder an wenigstens mehreren symmetrisch angeordneten
Punkten auszuüben.
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Gemäß nun 5 ist eine praktische Ausführung gezeigt,
bei der diese Einstel-lung
in einer Weise erreicht wird, die die Einstellkräfte symmetrisch um den gesamten
Umfang der radial äußeren Laufringe
aufbringt. Die Struktur dieser Ausführung basiert auf der Erkenntnis,
dass die Kräfte,
die durch die sphärischen
Planeten 25 ausgeübt
werden, nicht durch zwei Planetenträgerplatten wie 14a, 14b aus 1 übertragen werden müssen, sondern
dass sie ausreichend ausbalanciert sind, dass eine einzige Planetenträgerplatte
verwendet werden kann, vorausge setzt, dass die Eingangswelle 11 mit
geeigneten Lagern versehen ist, um eine axiale Fehlausrichtung zu
verhindern.
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Bei dieser Ausführung werden die gleichen Referenznummern
verwendet, um sie mit gleichen oder ähnlichen Komponenten zu identifizieren,
wie in der Ausführung
der 1 bis 4. Die Eingangs- oder Antriebswelle 11 trägt die gesamte
verstellbare Getriebeeinheit. Eine solche Ausführung ist beispielsweise als
Zahnradantrieb eines Mopeds oder Motorrads geeignet, um ein Rad über einen
Kettenantrieb anzutreiben. Hierfür
ist das Ausgangsantriebsteil ein Kettenrad 33, das auf
einem äußeren Gehäuse 34 getragen
ist, das mit dem Umfang des Planetenträgers 14 verbunden
ist, der bei dieser Ausführung
aus einer einzigen Scheibe besteht, die Planetenfolgewellen 16 besitzt,
die von ihm hervorspringen. Anders als bei den 1 bis 4 reichen
die Planetenfolgewellen 16 nicht ganz durch den Raum zwischen
dem inneren und dem äußeren Laufring 23, 26.
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Die Antriebswelle 11 kann
beispielsweise die Ausgangswelle eines internen Verbrennungsmotors oder
einer anderen Kraftmaschine sein. Sie besitzt einen vorspringenden
Endabschnitt 35 mit kleineren Durchmesser als der des Hauptteils
der Welle 11, das eines der beiden Teile (in diesem Fall
Teil 23a) des inneren Laufrings 23 trägt, das
durch eine Scheibenfeder 36 drehfest mit der Welle 11 verbunden
ist. Bei dieser Ausführung
ist das Laufringteil 23a, statt dass die beiden radial
inneren Laufringteile 23a, 23b in ihrer Annäherungs-
und Trennungsbewegung beide gegenüber der Welle 11 relativ
drehbar sind, drehfest mit der Welle 11 und besitzt eine
sich axial erstreckende Hülse 23c, über die
das zweite Laufringteil 23b gesteckt ist. Die zylindrische
Außenfläche der Hülse 23c und
die innere zylindrische Fläche
des zweiten radial inneren Laufringteils 23b sind mit passenden
wendelförmigen
Kanälen 37, 38 mit
halbkreisförmigem
Querschnitt versehen, die eine Mehrzahl von Kugeln 39 aufnehmen.
Die relative axiale Trennung oder Annäherung der beiden Laufringsteile 23a, 23b kann
daher durch relative Drehung dieser beiden Teile um die Achse der
Antriebswelle 11 erzielt werden. Eine schwache Feder 40,
die zwischen dem zweiten radial inneren Laufringteil 23b und
einem festen inneren Gehäuse 41 gespannt
ist, sorgt für
eine leichte Vorspannung des zweiten radial inneren Laufringteils 23b,
um sicherzustellen, dass diese auch in lastfreien Bedingungen immer
Kontakt zu den sphärischen
Planeten 25 hat, so dass die radial inneren Laufringteile 23a, 23b nicht
um einen solchen Abstand axial getrennt werden, dass die sphärischen Planeten 25 lose
werden und in der Spur, die durch die radial inneren Laufringteile 23a, 23b definiert wird,
rattern.
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Der radial äußere Laufring 26 besitzt
ein erstes Laufringteil 26a, das eine sich axial erstreckende Hülse 42 besitzt,
in der das zweite radial äußere Laufringteil 26b steckt.
Die Innenfläche
der zylindrischen Hülse 42 besitzt
eine wendelförmige
Schulter 43 mit rechteckigem Querschnitt und das zweite
radial äußere Laufringteil 26b besitzt
auf seiner zylindrischen Außenfläche einen
wendelförmigen
Kanal 44 mit entsprechendem rechteckigen Querschnitt. Die Schulter 43 und
der Kanal 44 bilden ein robustes Laufringgewinde, das in
der Konfiguration ähnlich
einem „Ajax"-Schraubgewinde ist.
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Das erste radial äußere Laufringteil 26a ist drehfest
jedoch axial frei an einer zylindrischen Außenwand 45 des festen
inneren Gehäuses 41 befestigt,
das einen Vorsprung 47 trägt, an dem ein Drehmoment aufnehmender
Arm 48 gehalten ist, der mit einem festen Teil des Rahmens
des Kraftfahrzeugs in Eingriff steht, um das innere Gehäuse 41 stationär (d. h.
nicht rotierend) gegenüber
dem Kraftfahrzeug zu halten.
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Das innere Gehäuse 41 trägt auch
einen weiteren Vorsprung 46, der, in diesem Fall, hohl
ist und eine Drehzapfen 50 aufnimmt, der mit einem Ende aus
dem inneren Gehäuse 41 ragt
und einen Steuerhebel 51 trägt, dessen anderes Ende in
das Gehäuse ragt
und einen inneren Hebel 52 trägt, dessen freies Ende an dem
zweiten axial äußeren Laufringteil 26b befestigt
ist. Die Bewegung des Steuerhebels 51 um die Achse des
Drehzapfens 50 lässt
sich den inneren Hebel 52 entsprechend drehen und lässt das
Laufringteil 26b sich gegenüber dem festen radial äußeren Laufringteil 26a,
um die Achse der Vorrichtung drehen, die mit der Achse der Antriebseingangswelle 11 in
eins fällt.
Diese Bewegung wird von dem wendelförmigen Eingriff, der durch
den wendelförmigen Kanal 55 und
die wendel förmige
Schulter 43 hergestellt wird, in eine axiale Annäherung oder
Trennung der beiden radial äußeren Laufringteile 26a, 26b übersetzt.
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Die Rotation der Antriebswelle 11 lässt daher den
radial inneren Laufring rotieren, und, durch Rollkontakt die sphärischen
Planeten 25 mit sich tragen, die ebenfalls entlang der
gekrümmten
Flächen
des radial äußeren Laufrings 26 rollen.
Wie bei der verallgemeinerten Ausführung von 1 sind die Planetenkugeln 25 nur
durch ihren Kontakt mit den Rollspuren 27a, 27b und 28a, 28b jeweils
des radial innern und des radial äußeren Laufrings 23, 26 beschränkt, jedoch
besitzt jedes Paar Planetenkugeln 25 einen Planetennachläufer 15,
der mit seinem Umfang dazwischen eingeschoben ist, so dass die Planetenbewegung
der Kugeln 25 auf diese Rollen übertragen wird und über die
Planetennachfolgewellen 16 auf den Planetenträger 14,
der in diesem Fall das gesamte äußere Gehäuse der
Einheit bildet, das das Kettenrad 33 trägt, das beispielsweise eine
Kette für die
Weiterübertragung
des Antriebs auf das Rad trägt.
Diese Ausführung
besitzt ein weiteres Lager 53 zwischen dem rotierenden äußeren Gehäuse 34 und dem
festen inneren Gehäuse 41.
Die Veränderung
in der relativen Annäherung
oder Trennung der radial äußeren Laufringteile 26a, 26b,
erzeugt durch das Drehen des Steuerhebels 51 in die eine
oder die andere Richtung, lässt
eine größere oder
eine kleinere Kraft auf die Planetenkugeln 25 wirken und
drückt diese
radial nach innen in Kontakt mit dem inneren Laufring 23.
Wenn die beiden radial äußeren Laufringteile 26a, 26b zusammengebracht
werden, erhöht
sich die auf die Planetenkugeln 25 ausgeübte Kraft
und die radial nach innen gerichtete Kraft auf die radial inneren
Laufringteile 23a, 23b, die diese auseinander
drückt,
wird durch die relative Drehung des Laufringteils 23b gegenüber dem
Laufringteil 23a aufgenommen, wobei die Kugeln 39 in
den wendelförmigen
Kanälen 37, 38 als
Drehkraft sensibler Mechanismus wirken, der es erlaubt, die Drehbewegung
des beweglichen inneren Laufringsteils 23b gegenüber dem „festen" Laufringteil 23a zu
kompensieren, wobei fest bedeutet fest gegen axiale Bewegung in
Bezug auf die Antriebswelle 11. Das Laufringteil 23a dreht
sich mit gleicher Geschwindigkeit mit der Antriebswelle 11,
wie auch das Laufringteil 23b, mit der Ausnahme kleinerer
Schwankungen, wenn die relative Bewegung über einen begrenzten Bogen
erfolgt, um die Einstel- lung
der Drücke
zu kompensieren, die durch die Planetenkugeln 25 ausgeübt werden.
Hohe und niedrige Übersetzungsraten
mit einer stufenlosen Veränderung
zwischen den Endpunkten können
durch die Bewegung des Steuerhebels 51 erzielt werden,
wie dies in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wurde.
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Die Aufgabe des Drehkraft sensiblen
Mechanismus 37, 38, 39 ist es, das Verhältnis von
normaler bis tangentialer Kraft (n/f) jedes Planetenkugelkontaktpunkts
in einem bestimmten Bereich zu halten. Der Bereich muss groß genug
sein, um abzusichern, dass kein extremer Schlupf stattfindet (wenigstens 10 bei
Teilschmierung und bis zum Doppelten bei voller hydrodynamischer
Schmierung), jedoch nicht so groß, dass eine deutlich größere Normalkraft
aufgebracht wird, als nötig,
was die Wirksamkeit, die Drehkraftkapazität und die Lebensdauer der Einheit
verringern würde.
Hier kann erwähnt
werden, dass eine sphärische
Planetenform einmalig in der Ausübung dieser
Rolle ist, denn wenn ein solcher Planet im Gleichgewicht unter der
Einwirkung von vier peripher kontaktierenden radialen „Quetsch"-Kräften in
der Zugbahn (die n-Richtung) steht und wenn eine Antriebskraft durch
seinen Mittelpunkt normal zu der Zugbahn (die f-Richtung) steht,
wie hier, hat n/f stets den gleichen Wert, unabhängig wo auf dem Umfang die
Kontaktpunkte liegen mögen.
Das bedeutet, dass die n/f Werte des inneren und des äußeren Laufrings für jedes
eingestellte Übersetzungsverhältnis des Getriebes
gleich sind.
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Eine schwache Torsionsfeder 40,
die zwischen den beiden inneren Laufringteilen 23a, 23b wirkt,
schafft genügend
Vorspannung, um sicherzustellen, dass immer genügend Kontaktdruck für den Drehkraft
sensiblen Mechanismus vorhanden ist, um zu starten, wenn die Drehkraft
von Null ansteigt.
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Das äußere Laufringgewinde, das durch
die wendelförmige
Schulter 43 und den wendelförmigen Kanal 44 definiert
wird, muss eine Steigung aufweisen, die ausreicht, um Verhältniswechsel
zwischen Extremen zu bewirken, ohne einen übermäßig langen Weg für der Steuerhebel 51 zu
erfordern, wobei sie nicht so steil ist, dass die Kontaktbedingungen
die Laufringe einfach auseinanderdrücken. Die in
-
7 gezeigte
Getriebeart ist besonders bei Anwendungen geeignet, die eine hohe
Drehkraft, langsame Geschwindigkeitseingänge besitzen, wie dies bei
einem Fahrrad vorkommt. Dies deswegen, weil bei einem Eingang an
dem Planetenträger
auf den Drehkrafteingang mit einem größeren Radius reagiert wird
und mit doppelt so vielen Kontaktflecken, als wenn der Eingang am
inneren Laufring liegt. In manchen Fällen, wie beim Fahrrad, ist
ein Ausgangsantrieb erforderlich, um die Ausgangsgeschwindigkeit
auf die für
die Anwendung erforderliche zu verringern.
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Die Ausführung von 6 besteht aus einem unendlich einstellbaren
Getriebe mit sowohl vorwärts,
als auch rückwärts gerichteten Übersetzungsverhältnissen.
Es besitzt einen stufenlos verstellbaren Getriebemechanismus, ähnlich zu
dem in Bezug auf 5 beschrieben,
dessen Eingangsseite mit einem epizyklischen Gewindezug mit festen Übersetzungen
ausgestattet ist. Wiederum sind diejenigen Komponenten in der Ausführung von 6, die die gleiche oder
eine ähnliche
Funktion erfüllen,
wie entsprechende Komponenten mit den gleichen Referenznummern identifiziert.
-
Der Mechanismus zur Veränderung
des Übersetzungsverhältnisses
zwischen der Eingangsantriebswelle 11 und dem Ausgangskettenrad 33 ist im
Grund der gleiche, der in Bezug auf 5 beschrieben
wurde, deshalb werden nur die Unterschiede zu der Ausführung von 6 und der Ausführung von 7 im Detail beschrieben.
Die Eingangswelle 11 besitzt ein zusätzliches Sonnenrad 55 mit
einem festen Übersetzungsverhältnis, das
mit einer Reihe von Planetenantrieben 56 in Eingriff steht, die
gleich viele sind, wie die Planetennachlaufrollen 15 und
jeweils auf den gleichen Wellen 16 getragen werden.
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Die Planetenantriebe 56 stehen
mit einem äußeren Ringantrieb 57 in
Eingriff, der an einem äußeren Gehäuse 59 befestigt
ist, das das Kettenrad 33 trägt. Bei dieser Ausführung wird
die Drehung der Welle 11, da die Planetenantriebe 56 ständig in
Eingriff mit dem Sonnenrad 55 stehen, die Planetennachlaufrollen 15 veranlassen,
mit einer gegebenen Geschwindigkeit zu rotieren wenn der äußere Ringan trieb 57 und
daher das äußere Gehäuse 59 (und deshalb
das Ausgangskettenrad 33) fest stehen. Die stationäre oder „neutrale" Antriebsbedingung
findet daher statt, wenn die radiale Position der Planetenkugeln 25 derart
ist, dass die Drehgeschwindigkeit die gleiche ist, wie die der Planetennachlaufrollen 15. Dies
führt zu
einer „angetriebenen" neutralen Position.
Verstellung des Steuerhebels 51, um die Planetenkugeln 25 zu
veranlassen, gegenüber
der eben beschriebenen „neutralen" Position eine radial
innere Position anzunehmen, lässt
die Kugeln eine Kraft auf die Planetennachlaufrollen 15 ausüben, so
dass deren Drehgeschwindigkeit gegenüber zu der, bei der sie mit
dem äußeren Ringantrieb 57 fest
drehen würden,
sich verlangsamt, was zur Übertragung
der Drehkraft auf den äußeren Ringantrieb 57 in
einer ersten Richtung führt.
Diese Übertragung
der Antriebsdrehkraft kann als eine „Rückwärts"-Richtung betrachtet werden und deren
Geschwindigkeit wird mit der Abnahme der radialen Position der Planetenkugeln 25 steigen.
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Wenn, im Gegensatz dazu, die Verstellung des
Steuerhebels 51 derart ist, dass sie eine Zunahme der radialen
Position der Planetenkugeln 25 erlaubt, wird dies die Geschwindigkeit
der Kugeln erhöhen
und diese Veranlassen eine Kraft auf die Planetennachlaufrollen 15 auszuüben, die
die Planetenantriebs 56 veranlassen wird, in Eingriff mit
diesen zu kommen, um eine Kraft in der „Vorwärts"-Richtung auf
den äußeren Ringantrieb 57 zu übertragen,
die über
das äußere Gehäuse 59 auf
das Kettenrad 33 übertragen
wird. Eine weitere Verstellung des Steuerhebels, die eine weitere
Zunahme in der radialen Distanz der Planetenkugeln 25 von
der Achse der Eingangswelle 11 verursachen wird, wird auch
hier das Übersetzungsverhältnis erhöhen und
damit die Geschwindigkeit des Kettenrads 33 für eine gegebene
Eingangsgeschwindigkeit der Antriebswelle 11.
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Die Ausführung von 7 ist etwas ähnlich, aber anstelle einen
epizyklischen festen Antriebszug am Eingang des stufenlos verstellbaren
Gewindes zu haben, besitzt sie einen derartigen Zug am Ausgang des
stufenlos verstellbaren Getriebes. Außerdem ist die Ausführung von 7 besonders geeignet für die Verwendung
einer Fahrradnabenschaltung, wofür
die Mittelwelle 61 keine Antriebswelle ist, sondern eine fest
stehende Welle, um die die gesamte Vorrichtung rotiert. Wie derum
sind diejenigen Komponenten, die die gleichen sind oder die gleichen
Funktionen erfüllen,
wie die entsprechenden Komponenten in den 5 und 6 mit
den gleichen Referenznummern bezeichnet.
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Bei dieser Ausführung ist die Mittelwelle 61 eine
fest stehende Welle, die endseitige Gewindeabschnitte 72, 73 aufweist,
die mit jeweiligen Muttern 67, 68 in Eingriff
stehen, die auf die endseitigen Gewindeabschnitte 72, 73 aufgeschraubt
werden können,
um mit einem Rahmenabschnitt (nicht gezeigt) des Fahrrads zwischen
jeweiligen Paaren von Beilagscheiben 69, 74 und 70, 75 in
Eingriff zu kommen.
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Die fest stehende Welle 61 besitzt
eine radiale Verdickung 76 neben ihrem rechten Ende, von der
sich ein radialer Flansch 77 erstreckt, der das feste innere
Gehäuse 41 trägt, as an
seinem linken Seitenende den äußeren Ringantrieb 57 des
Antriebszugs mit dem festen Übersetzungsverhältnis trägt, der
eine Mehrzahl von Planetenantrieben 56 besitzt, die mit
dem äußeren Ringantrieb 57 und
einem Sonnerad 55 in Eingriff steht, das durch axiale Halterungen 78 auf
dem inneren Laufringteil 23a getragen wird.
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Der Planetenträger 14 des stufenlos
verstellbaren Getriebes besitzt eine zylindrische inner Hülse 79,
die an ihrer linken Seite ein röhrenförmiges Eingangsteil
trägt,
as die Eingangswelle 11 bildet, die ein Antriebszahnrad 62 trägt und selbst
durch Lager 66 aus der fest stehenden Welle 61 getragen
wird und über
Lager 63, 71 ein äußeres Gehäuse 64 trägt. Das äußere Gehäuse 64 ist
das „Nabenteil" des radial vorspringen
können.
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Im Betrieb veranlasst die Drehung
des Antriebszahnrads 62, beispielsweise durch einen Kettenantrieb,
wie er für
Fahrräder üblich ist,
eine Drehung des Planetenträgers 14 und
daher der Planetenkugeln 25, die von den Planetennachlaufrollen 15, die
von dem Planetenträger 14 getragen
werden, angetrieben werden. Die fest stehenden. äußeren Laufringteile 26a, 26b,
die von dem inneren Gehäuse 41 getragen
werden, erfüllen
die gleiche Funktion wie vorher, und besitzen eine Län geneinstellung
definiert durch wendelförmige
Schultern 43 und wendelförmige Kanäle 44 wie in den Ausführung von 5 und 6 und gleichfalls einen inneren Hebel
(nicht gezeigt) zur Steuerung der Umfangsposition des äußeren Laufringteils 26b und
damit seiner axialen Position gegenüber dem anderen äußeren Laufringteil 26a.
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Die Rotation der Planetenkugeln 25 wird
auf die radial inneren Laufringteile 23a, 23b übertragen, die,
wobei die das Sonnenrad 55 des epizyklischen Getriebemechanismus
mit dem festen Übersetzungsverhältnis tragen,
die Planetenantriebe 56 rotieren lassen, die, da sie mit
dem fest stehenden äußeren Ringantrieb 57 in
Eingriff stehen, das äußere Gehäuse 64 veranlassen,
sich mit einem Übersetzungsverhältnis und
einer Antriebsrichtung zu drehen, die von der Einstellung der radialen
Position der Planetenkugeln 25 abhängt.
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Die Leerlauffunktion, die üblicherweise
bei einem Fahrradantrieb vorhanden ist, kann in der Funktion des
Variators eingeschlossen ein. Solange die Vorspannung zwischen den
inneren Laufringteilen 23a, 23b gering ist, d.
h. dass die Feder 40 schwach ist, sind die Planetenkugeln
bei Abwesenheit von Drehkraft, wie beim Leerlauf, nur in leichtem Kontakt
mit den Laufringen und der Anteil von Zugdrehkraft, die dabei erzeugt
wird, ist vernachlässigbar.
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Bei vielen Anwendungen kann das Eingangsgetriebe
verwendet werden, um die Kraftkapazität des Variators zu erhöhen. Da
die Kraftkapazität eines
Variators normalerweise durch seine Drehkraftkapazität begrenzt
ist, während
seine Geschwindigkeitskapazität
normalerweise viel größer ist,
als erforderlich, kann das Eingangsgetriebe verwendet werden, um
die Letztere zu vergrößern und
die Erstere zu verringern. Beispielsweise könnte eine elektromotorische
Kraftmaschine mit einer Ausgangsgeschwindigkeit von 3000 U/min vorteilhafterweise
mit einem Variatoreingangsgetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von
3 : 1 kombiniert werden und dabei eine noch immer tolerierbare Variatoreingangsgeschwindigkeit
von 9000 U/min erzeugen, aber dabei die Kraftkapazität des Variators
verdreifa chen. Bei vielen Anwendungen würde ein zusätzliches Eingangsgetriebe die
Verwendung einer kleineren Variatoreinheit erlauben.
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Gemäß nun den 8 bis 10 sind
verschiedene alternative Konfigurationen für den radial inneren und den
radialäußeren Laufring 23, 26 gezeigt. Bei
der Beschreibung dieser Zeichnungen ist festzuhalten, dass das Teil
des Antriebsmechanismus, das gezeigt ist, nur das Teil ist, das
sich auf den unmittelbaren Kontakt eines Rollelements mit dem radial
inneren Laufring und dem axial äußeren Laufring
bezieht. Die Planetenkugeln (die in den Zeichnungen nicht gezeigt
sind) sind im Wesentlichen identisch mit denen der Ausführungen 5 bis 7.
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Bei der in 8 gezeigten Ausführung besitzt der radial äußere Laufring
eine gekrümmte
innere oder Kontaktfläche 202 die
vier örtliche
ringförmige Merkmale
oder Vertiefungen in Form von Abschnitten mit kürzeren Krümmungsradius als der Gesamtradius
des Laufrings. Diese ringförmigen
Vertiefungen sind in 8 mit
der Referenznummer 203 identifiziert. Es wird leicht zu
verstehen sein, dass ein zwischen dem äußeren Laufring 201 und
dem inneren Laufring 294, von denen jeder in zwei Teile 201a, 201b und 204a und 204b geteilt
ist, eingeschlossene Kugel als Ergebnis der relativen Neigung der
Normalen zu den Kontaktpunkten zwischen den Laufringteilen 201a, 201b und
der Planetenkugel selbst vorzugsweise in Kontakt mit einem der vier
ringförmigen Merkmale 203 kommen
wird, es sei denn diese ist auf eines der ringförmigen Merkmale zentriert.
Dies bietet die Möglichkeit
inkrementeller Einstellungen, die das System automatisch bevorzugen
wird, so dass obwohl die Verstellung unendlich variabel ist, es
das inkrementeller Einstellmuster eines konventionellen Getriebekastens
simulieren kann. Dies hat auch den nutzbringenden Effekt, dass die
Stabilität
der Antriebsübertragung
bei einem ausgewählten Übersetzungsverhältnis erhöht wird
und die Kontaktbelastungen vermindert werden. Es ist natürlich festzuhalten, dass
die ringförmigen
Merkmale 203, die in der Zeichnung gezeigt sind, zur Verdeutlichung
stark vergrößert sind
und dass in Wirklichkeit der Krümmungsradius
jedes der ringförmigen
Merkmale 203 eine Krümmung
irgendwo zwischen der der Planetenkugel und der des Laufrings aufweisen
würde.
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9 zeigt
eine Ausführung,
bei der eine „entkoppelte" neutrale Position
ermöglicht
wird. Bei dieser Ausführung
ist der radial innere Laufring 204 mit zwei frei drehenden
Ringen 205, 206 ausgestattet, von denen einer
in dem Laufringteil 204a und der andere in dem Laufringteil 204b angeordnet
ist. Beide Ringe 205, 206 sind in diesem Fall
jeweils durch einen Kugelring 207 montiert, so dass wenn
die relative Trennung der beiden inneren Laufringsteile 204a, 204b derart
ist, dass der Kontakt zwischen den Planetenkugeln (nicht gezeigt)
und den inneren Laufringteilen 204a, 204b mit
den Ringen 205, 206 zusammenfällt, die Antriebsübertragung
durch den Rollkontakt der Kugeln 207 unterbrochen ist.
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Gemäß nun 10 besitzt die alternative Ausführung ein ähnliches
Paar von Laufringen, wie bei den beiden vorigen Ausführungen,
jedoch ist in diesem Fall ein Teil 204b des inneren Laufringteils 204 axial
in Richtung des Pfeils A von 10 durch axiale
Verschiebung eines Steuerglieds 210 verschiebbar, das über ein
Lager 2l2 mit einem Arm 211 der inneren Laufringhälfte 204b in
Eingriff steht. Der Antriebsmechanismus kann durch Verschiebung
des Laufringteils 204b in einen „neutralen" Gang versetzt werden, welches Übersetzungsverhältnis auch
immer zu einem bestimmten Zeitpunkt gilt.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungen kann
auch eine separate „Start"-Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, um einen
ersten Bewegungsbereich der Steuerlaufringe zwischen einer „neutralen" Position und einem Übersetzungsverhältnis mit „niedrigem" Gang zu steuern.
Ein derartiger Mechanismus kann für eine feste relative Verschiebung
der Steuerlaufringe sorgen, so dass der „Start"-Steuermechanismus
wirksam als „"Herunterschalten" benützt werden
kann, während
sich der Mechanismus in einem Antriebsübertragungsgang befindet. Dies wird
den Effekt haben, das Übersetzungsverhältnis um
ein bestimmtes Maß entsprechend
der Verstellung von einem neutralen zu dem niedrigen Gang zu verringern,
wenn dieser in seinem „Start"-Modus verwendet
wird.
-
Gemäß nun den 11 und 12,
so zeigen diese stufenlos verstellbare Getriebe, die mit den gleichen
Prinzipien funktionieren, wie die oben beschriebenen Ausführungen,
bei denen jedoch die Form der Planeten erheblich verschieden ist,
mit der entsprechenden Veränderung
bei anderen Komponenten. Nichtsdestotrotz werden diejenigen Komponenten,
die die gleichen sind oder die gleichen Funktionen erfüllen, wie
entsprechende Komponenten bei vorher beschriebenen Ausführungen
mit den gleichen Referenznummern identifiziert. Bei der Ausführung von 11 definieren die inneren
Laufringteile 23a, 23b zusammen eine radial äußere tonnenförmige Oberfläche, wobei
das Laufringteil 23a eine gekrümmte Rollspur 27a besitzt,
bestehend aus einer Umwälzfläche die
durch eine gekrümmte
Erzeugende erzeugt wird, die gegenüber der Achse der Eingangswelle 11 in
einer ersten Richtung geneigt ist (insbesondere sich zu dieser Achse
nach links hinentwickelnd), während
das Laufringteil 27b aus einer Umwälzfläche besteht, die durch eine
Erzeugende in der Form einer gekrümmten Linie erzeugt wird, die
sich von der Achse der Welle 11 nach links wegentwickelt.
Die gekrümmten
Rollspuren 27a, 27b der Laufringteile 23a, 23b stehen
in Rollkontakt mit der gekrümmten
Oberfläche 27 jedes
Planeten 25, die bei dieser Ausführung als eine „Diaboloform" besitzend beschrieben
werden können,
die die Umwälzfläche als
gekrümmte
Linie darstellt, die gegenüber der
Drehachse konvex ist.
-
Sich rings um den Weg, dem die Planeten 25 folgen,
erstreckend und in Rollkontakt mit diesen befindet sich ein radial äußerer Laufring 26,
der aus zwei separaten Laufringteilen 26a, 26b besteht,
die beide radial innere gekrümmte
Oberflächen
besitzen, die jeweils Rollspuren 28a, 28b definieren,
die gebogene Umwälzflächen bilden,
die das Spiegelbild der Bögen
sind (aber nicht sein müssen),
die die Erzeugenden des jeweiligen axial zugehörigen inneren Laufringteils 23a oder 23b sind.
Außerdem
ist der Krümmungsradius
der Bögen,
die die gekrümmten Oberflächen 27a, 28a definieren
etwas kleiner als der Krümmungsradius
der gekrümmten
Oberfläche 27 des
Planetenkörpers 25.
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Die Laufringteile 26a, 26b besitzen
jeweils einen Zahn 10a, 10b, der jeweils mit einem
festen Teil (nicht gezeigt) in Eingriff steht und sicherstellt, dass
der äußere Laufring 26 feststehend
(d. h. nicht rotierend) gegenüber
dem Gehäuse
(nicht gezeigt) bleibt. Die Zähne 10a, 10b sind
in 11 rein schematisch
dargestellt und es ist festzuhalten, dass in der Praxis die Mittel,
mit denen der äußeren Laufring 26 in
dem Gehäuse
(nicht gezeigt) stationär
gehalten wird, eine andere Form aufweisen können.
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Zwischen den beiden äußeren Laufringteilen 26a, 26b ist
eine Steuerfläche 9 schwenkbar
an einem Drehpunkt 8 angeordnet und ist von einem Hebel 7 steuerbar.
Wiederum ist in 11 nur
ein Hebel 7 gezeigt, obwohl in der Praxis ein Mechanismus
erforderlich sein wird, der Kräfte
bietet, die symmetrisch um den Umfang des äußeren Laufrings 26 wirken.
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Gemäß nun der Ausführung von 12 besitzt diese im Grunde
das gleiche Funktionsprinzip, aber unterscheidet sich dadurch von
der Ausführung von 11, dass die Planeten 25 als
zwei Konusse 25a, 25b geformt sind, die an ihrer
größeren Basis vereinigt
sind (obwohl sie in der Praxis einstückig ausgebildet sind), was
die Erfordernis von doppelt gekrümmten
Oberflächen
wie in der Ausführung
von 11 vermeidet. Dies
stellt eine bestimmte Vereinfachung dar, da die konischen Oberflächen der
zwei Konusse 25a, 25b aus Erzeugenden mit geraden
Linien gebildet werden können.
Die Planeten 25 werden von Rolllagern 17 getragen,
die in radialen länglichen
Schlitzen 18 in dem Planetenträger angeordnet sind.
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Die radial inneren Laufringteile 23a, 23b sind als
zwei Scheiben ausgebildet, die geneigte Oberflächen 27a, 27b besitzen,
obwohl diese Oberflächen, um
relativ kleine Kontaktflecken zu behalten, dennoch gekrümmte Flächen sein
werden, die als Umwälzflächen einer
gebogenen Linie gebildet sind. Die radial äußeren Laufringteile 26a, 26b sind
ebenfalls als zwei Scheiben mit gekrümmten Flächen 28a, 28b geformt,
mit denen die konischen Flächen
der zwei Konusteile 25a, 25b des Planeten 25 in
Rollkontakt stehen.
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Der Einfachheit halber ist in 12 nur das Minimum der beweglichen
Teile gezeigt. Das allgemeine Konzept des Mechanismus ist im Grunde
das gleiche, wie vorher beschrieben, wobei das Übersetzungsverhältnis durch
die Trennung der beiden radial äußeren Laufrings 26a, 26b bestimmt
wird, die durch einen geeigneten Mechanismus (nicht gezeigt) gesteuert
werden.
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Gemäß nun den 13–17 besteht die gezeigte Vorrichtung
ein stufenlos in zwei Richtungen verstellbares Getriebe zur Übertragung
eines Drehantriebs einer Eingangswelle 209 auf ein Ausgangsantriebsteil 208,
das als röhrenförmige Komponente dargestellt
ist, mit der natürlich
durch jedes bekannte Mittel eine Ausgangsantriebswelle gekoppelt
werden kann.
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Das Getriebe besetzt einen äußeren und
einen inneren Laufring 213, 214, die jeweils aus
axial beabstandeten Teilen 213a, 213b, 214a, 214b bestehen,
zwischen denen Planetenkörper 215 rollen,
zwischen denen mit ihrem Umfang Nachlaufrollenlkörper 216 eingesetzt
sind, die auf einem gemeinsamen Träger 217 getragen sind,
von dem das Ausgangsantriebsteil vorspringt und der durch ein Rolllager 218 auf
der Éingangswelle 209 und
auf einem äußeren Gehäuse 219 durch
ein Rolllager 220 getragen wird.
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Der gemeinsame Träger 217 besitzt eine Mehrzahl
von Achsen 221, die sich durch die jeweiligen Nachlaufrollen 216 erstrecken
und diese tragen. Jede Achse 221 ist an ihrem anderen Ende
von einer Trägerplatte 222 getragen,
die durch ein Rolllager 223 auf der Eingangswelle 209 gelagert
ist. An diesem Ende ist die Antriebswelle 209 durch ein
Rolllager 224 am äußeren Gehäuse 219 gelagert.
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Wie den 15 und 16 zu
entnehmen ist, besitzen die Planetenkörper 215 allgemein
sphärische
Körper,
die durch eine Umfangsringnut oder einen Ringkanal 225 in
zwei axial getrennte Teile geteilt ist, in die die benachbarten
Nachlaufrollen 216 eingreifen, um die Planetenkörper 215 zu
führen,
damit sie sich um eine Rollachse drehen, die parallel zu der Achse
der Eingangswelle 209 liegt. Außer ihrem Eingriff mit den
Nachlaufrollen 216 und den Laufringen 213, 214 sind
die Planetenkörper 215 frei.
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Der Kontakt zwischen den Planetenkörpern 215 und
den Laufringen 213, 214 findet an zwei gekrümmten Oberflächenabschnitten 226, 227 der
Planetenkörper
statt, die, wie den 15 und 16 zu entnehmen ist, einen
Krümmungsradius
besitzen, der größer ist
als der allgemeine Radius der Allgemein sphärischen Körpers des Planetenkörpers 215.
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Die radiale Position der Planetenkörper 215 ist
durch die axiale Trennung der radial äußeren Laufringteile 213a, 213b bestimmt,
die durch einen Schraubeneingriff zwischen den beiden Laufringteilen 213a, 213b selbst
gesteuert wird, wofür
das Laufringteil 213a mit einer zylindrischen Hülse 228 verbunden
ist, um sich mit dieser zu drehen. Der Schraubeneingriff zwischen
den beiden Laufringsteilen 213a, 213b ist in 13 der Zeichnungen durch die
Kugeln 229 dargestellt. Ein Bowdenzug 230 (siehe 17) ist mit seinem äußeren Mantel
mit einem der beiden Laufringteile 213a, 213b und
mit seinem inneren Kabel mit dem anderen Laufringteil verbunden,
so dass axiale Kräfte,
die zwischen dem Mantel und dem inneren Kabel aufgebracht werden,
eine relative Drehbewegung der Laufringteile 213a, 213b erzeugen
können.
Abhängig
von der Drehrichtung der Eingangswelle 209 wird dies in
einer axialen Verschiebung der beiden Laufringteile 213a, 213b münden, deren
Drehung durch einen Anschlag 231 begrenzt wird (17), der in eine Ausnehmung 232 eingreift,
die durch Endschultern 233, 234 definiert ist.
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Wie einer Betrachtung der 15 und 16 zu entnehmen ist, wird die relative
Annäherung
der beiden Laufringteile 213a, 213b, wie in 15 gezeigt, den Planetenkörper 215 radial
einwärts
zu der Achse der Eingangswelle 209 hin drücken und
die erzeugt eine entsprechende Trennung der inneren Laufringteile 214a, 214b.
Die Kräfte,
die durch den inneren Laufring 214 auf den Planetenkörper 215 aufgebracht
werden, werden durch eine Drehkraft sensible Kupplung erzeugt, die
aus einem Gewindeabschnitt auf der Eingangswelle 209 besteht,
der in entsprechende Gewindeabschnitte der inneren Laufringteile 214a, 214b eingreift,
die bei de gleichsinnig sind und in der Zeichnung als verbindende
Kugeln 235, 236 gezeigt sind.
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Die axiale Verschiebung der inneren
Laufringteile 214a, 214b ist durch Endanschläge 237, 238 begrenzt.
Eine Anstoßfeder 239 drückt die
beiden inneren Laufringteile 214a, 214b auseinander.
Daher wird, abhängig
von der Drehrichtung der Eingangswelle 209, das eine oder
andere innere Laufringteil 214a, 214b durch den
jeweiligen Endanschlag 237, 238 in seiner axialen
Verschiebung begrenzt, so dass die Schraubbewegung, die durch die
Rotation der Eingangswelle 209 dem anderen Laufringteil
verliehen wird, die Kräfte,
die durch die Wahl der Trennung der beiden äußeren Laufringteile 213a, 213b ausgeübt werden,
kompensieren wird. Wie in 15 dargestellt,
wird der Planetenkörper 215,
wenn die beiden äußeren Laufringteile 213a, 213b eng
zusammen liegen, radial nach innen gezwängt, so dass die inneren Laufringteile 214a, 214b auseinander
gedrückt
werden, so dass der Rollkontakt des Planetenkörpers 215 zwischen
dem inneren und dem äußeren Laufring
eine niedrige Übersetzung
im Bereich von 0,14 : 1 ergibt. Wenn sich die äußeren Laufringteile 213a, 213b durch
Betätigung
des Kabels, die die Spannung zwischen dem inneren Kabel und dem Mantel
reduziert, sich trennen können,
wird die Drehkraft, die durch die Eingangswelle 209 ausgeübt wird, die
inneren Laufringteile 214a, 214b sich aufeinander zu
bewegen lassen und das Übersetzungsverhältnis bis
zu einem Maximum von 0,62 : 1 ansteigen lassen, wie in 16 dargestellt. Dieser Übersetzungsbereich
wird durch die Vergrößerung des
Krümmungsradius
der gekrümmten
Oberflächenkontaktabschnitte 226, 227 des
Planetenkörpers 215 gegenüber dem allgemeinen
Durchmesser des Planeten selbst, vergrößert. Die Last aufnehmende
Kapazität
des Getriebes wird auch durch das Vorhandensein der Ringnuten oder
Ringkanäle 225 der
Planeten vergrößert, die es
erlauben, eine größere Anzahl
von Planeten in einem Getriebekasten gegebener Größe anzuordnen. Wie
in 14 dargestellt, ist
zu sehen, dass dort fünf Planeten
in der Reihe sind, zwischen denen fünf Nachlaufrollen eingesetzt
sind, die jeweils von einer Achse 221 getragen werden.
Der tatsächliche
Durchmesser ist durch das Erfordernis der Anwesenheit der Achsen 221 bestimmt,
die Kräfte
von den Nachlaufrollen auf den Träger übertragen. Durch Anordnung
der inneren Laufringteile 214a, 214b auf einem gemeinsamen
Gewinde können
axial kompressive Kräfte
erzeugt werden, unabhängig
von der Drehrichtung der Antriebswelle 211, wenn, bei jedem
Fall, das „nachlaufende" Laufringteil auf
das andere zu gedrückt
wird, wenn dieses seinen jeweiligen Endanschlag erreicht.
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Gemäß nun 18 ist ein Getriebe gezeigt, das, obwohl
noch immer gedanklich stufenlos verstellbar, so wirken wird, dass
es eine Zahl bevorzugter Übersetzungsverhältnisse
bietet, an denen die Vorrichtung in Abwesenheit einer Übersteuerung
anhalten wird. Die allgemeine Konfiguration der in 18 dargestellten Vorrichtung ist ähnlich der
von 13 und die gleichen
oder entsprechende Komponenten werden nicht nochmals beschrieben.
Bei dieser Ausführungen
besitzen die Planetenkörper 215 gekrümmte Oberflächenabschnitte 226m 227, die
jeweils eine lineare Erzeugende besitzen, um ringförmige „Facetten" zu bilden, die deshalb
in der Tat ein gegebenes Übersetzungsverhältnis definieren,
wenn sie in Kontakt mit der entsprechenden Kontaktflächen der
Laufringteile stehen. Die 19 bis 24 stellen die relativen
Positionen der inneren und äußeren Laufringteile
für die
sechs Übersetzungsverhältnisse
dar, die durch die sechs Ringfacetten des Planetenkörpers dieser
Ausführung
bestimmt werden.