Nach der EP 0 708 896 B1 ist ein stufenlos oder quasi stufenlos verstellbares form- schlüssiges Satellitengetriebe bekannt, das ein Antriebs-und ein Abtriebselement sowie mehrere einzelne Räder besitzt, die gemeinsam ein Satellitenrad darstellen, das mit einem Zentralrad in einer permanenten Formschlußverbindung steht. Wer- den das Verhältnis der wirksamen Radien des Satellitenrades und des Zentralrades und die gegenseitige exzentrische Lage des Satellitenrades und des Zentralrades zueinander durch geeignete Mittel variiert, wird in entsprechender Weise das Dreh- zahlverhältnis zwischen dem Antriebs-und dem Abtriebselement bestimmt. Die das Satellitenrad bildenden Räder durchlaufen bei exzentrischer Lage zu dem Zentralrad einen drehmomentübertragenden Lastweg und einen lastfreien Weg zyklisch, wobei die Räder einerseits um die Satellitenradachse und andererseits über eine richtungs- geschaltete Kupplung nur in eine Richtung um ihre eigene Achse drehbar angeord- net sind. Beim Übergang vom lastfreien Weg zum Lastbogenweg übertragen die Räder durch Formschlußeingriff bei blockierter Eigenrotation das jeweils anliegende Drehmoment. Eine Ungleichförmigkeit der Drehmomentübertragung wird durch Variation der durch den Lastbogen bestimmten Radien und/oder der wirksamen Tangentialkomponenten durch eine zyklische Regelung zumindest teilweise kom- pensiert. In einem konkreten Ausführungsbeispiel, das in dieser Druckschrift beschrieben wird, werden die Kupplungselemente auf dem Umfang des Antriebs- elementes angebracht und können auf der Abtriebsseite durch dort vorgesehene radiale Nuten unterschiedliche Laufradien einnehmen. Die Kupplungselemente wer- den dabei über verschiedene, richtungsgeschaltete Kraft-und/oder Formschlußwir- kungen so in Eingriff gebracht, dass immer dasjenige Kupplungselement das Drehmoment übernimmt, das zur höchsten Winkelgeschwindigkeit im Abtriebsele- ment führt. Dadurch werden die übrigen Kupplungselemente selbsttätig in den "Überholbetrieb"übergehen, d. h. ausgekuppelt. Das in der EP 0 708 896 B1 beschriebene Getriebe und diesem ähnliche richtungsgeschaltete Getriebe haben prinzipbedingt den Nachteil, dass wegen der selbsttätigen Freilaufschaltung immer nur eine Übersetzung in Richtung höherer Abtriebsdrehzahlen, nicht jedoch Unter- setzungen in niedrige Abtriebsdrehzahlen möglich sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe mit stufenloser Regelung bzw. quasi stufenloser Regelung der Übersetzung zu schaffen, bei der sowohl höhere als auch niedrigere Abtriebsdrehzahlen schaltbar sind.

Diese Aufgabe wird durch das Getriebe nach Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß werden im Gegensatz zum Stand der Technik die Schaltelemente durch eine gezielte Steuerung in den jeweils drehmomentübertragenden Eingriff gekuppelt, also nicht bzw. nicht nur über eine Richtungsschaltung stets dann in Ein- griff gebracht, wenn das jeweilige Schaltelement die höchste Winkelgeschwindigkeit überträgt. Die verwendeten Mittel zum Ein-und Auskuppeln können in Bezug auf das Abtriebselement die Bewegung der Schaltelemente in axialer oder radialer Richtung bewirken.

Vorzugsweise erfolgt die Kupplung zwischen dem Schaltelement und dem Abtriebs- element, dass eine Scheibe oder eine Welle (als Achse) sein kann, über eine tempo- räre Formschlußverbindung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verriegeln die Schaltelemente über eine Richtungsschaltung selbsttätig entsprechend den bei richtungsgeschalteten Kupplungen verwendeten Klemmkörpern, jedoch wird der Klemmflächenkontakt zur Drehmomentübertragung vom Antriebselement auf das Abtriebselement nur in einem jeweils vorgewählten Winkelbereich für eine gewünschte vorbestimmte Übersetzung durch eine gezielte Ansteuerung bewirkt. Vorzugsweise erfolgt diese Ansteuerung der Schaltelemente in axialer Richtung.

Nach einem konkreten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Ansteuerung eine Steuerscheibe vorgesehen, die immer in konzentrischer Lage zu einer weiteren Scheiben angeordnet ist, die Radialführungen für die Schaltelemente aufweist. Vor- zugsweise steuert die Steuerscheibe über radial ausgeführte Bewegungen. Als Formschlußeingriff zwischen dem Schaltelement und dem Abtriebselement wird ins- besondere eine Hirth-Verzahnung gewählt.

Um Fehler beim Zahneingriff und Stöße durch Ungleichförmigkeiten auszugleichen, ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Scheibe mit radialer Bewegungsfreiheit (zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses) in der Nutenfüh- rung elastisch gelagert. Zum weiteren Ausgleich von Lagefehlern beim Zahneingriff und von Ungleichförmigkeiten auszugleichen, kann außer der radialen Bewegung der Schaltelemente in der genannten Scheibe ein Elastomer vorgesehen sein, das radiale Bewegungen und Umfangsbewegungen zwischen den Schaltelementen und der verwendeten Formschlußscheibe zuläßt.

Die Kupplungsvorgänge können nach der vorliegenden Erfindung elektromecha- nisch, hydraulisch, elektrisch, magnetisch oder über Piezo gesteuerte Elemente geschaltet werden.

Vorzugsweise wird die beim Formschluß gewählte Verzahnungsgeometrie so gewählt, dass das Verhältnis der Zahnbreite zu der Zahntiefe bei allen Drehzahlen größer ist als das Verhältnis von der maximal möglichen Umfangsgeschwindigkeits- differenz im Lastübergang zur Geschwindigkeit der axialen Hubbewegung der Schaltelemente beim Kupplungsvorgang.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Vorteile werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 jeweils Explosionsdarstellungen eines erfindungsgemäßen Getriebes und Fig. 3 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen weiteren Satelliten- getriebes.

Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe ermöglicht eine Drehmomentübertragung von einer mit einem Zahnrad 10 versehenen Scheibe 20 mit einer Achse 21 (als Antriebs- element) auf eine Scheibe 40 (als Abtriebselement), wobei das Drehmoment durch Schaltelemente 30 übertragen wird, die über eine Nockenscheibe 50 gezielt ansteu- erbar sind. Die Antriebsseite und die Abtriebsseite sind jedoch austauschbar.

Die Scheibe 40 besitzt beidseitig radiale Führungen 42, die strahlenförmig als lineare Hohlkörper angeordnet sind und gegenüberliegende Nuten für Stifte 35 aufweisen, mit denen unerwünschte Kippungen der Schaltelemente 30 vermieden werden. Die Schaltelemente 30 besitzen an ihrem, dem Zahnrad 10 mit einer Hirth-Verzahnung zugewandten Seite einen entsprechend mit einer Zahnung versehenen Körper 31.

Die Schaltelemente 30 übertragen alle Umfangskräfte über Gleitsteine 33 und radiale Führungen 42 auf die Scheibe 40. Durch eine axiale Verschiebung der Schaltele- mente 30 in Form einer Gleitbewegung der Achsen 32 in den Gleitsteinen 33 kann ein Formschluß zwischen den Körpern 31 und dem Zahnrad 10 bewirkt werden. Die Schaltelemente 30 laufen über Rollen 34, die an jeweiligen Enden der Achsen 32 angebracht sind. Die Nockenscheibe 50 besitzt einen Nocken 51, der sich beispiels- weise über ein Winkelsegment von 45° erstreckt, so dass bei verwendeten acht Schaltelementen nur eines der Schaltelemente durch den Nocken axial verschoben und mit der Verzahnung am Zahnrad 10 in Eingriff gebracht wird. Beim Auslaufen des Schaltelementes aus dem segmentartigen Nocken 51 wird das Schaltelement über eine nicht dargestellte Anfederung und über die axialen Komponenten der Zahnkräfte wieder aus dem Eingriff gehoben. Die Nockenscheiben 50 bleibt stets konzentrisch zur Scheibe 40. Drehzahländerungen vom Antrieb zum Abtrieb werden bewirkt, indem die Scheibe 40 exzentrisch zu der Scheibe 20 bzw. dem Zahnrad 10 bewirkt wird.

Um den Lastübergang von einem zum anderen Schaltelement 30 möglichst ruckfrei zu gewährleisten, prinzipbedingte Ungleichförmigkeiten auszugleichen und beim Eingriff in die Verzahnung (Körper 31 und Zahnrad 10) Synchronfehler zu kompen- sieren, sind in einer bevorzugten Variante die Radialführungsnuten 42 auf der Scheibe 40 drehbar und angefedert gelagert. Vorzugsweise liegt der Drehpunkt auf dem Radius, bei dem das Übersetzungsverhältnis 1 beträgt. Über die Achse 21 und die Scheibe 20 wird das Drehmoment von der Zahnscheibe 10 zum Getriebeaus- gang abgeleitet ; das Getriebe erlaubt auch den Gegenbetrieb, bei dem Abtrieb und Antrieb vertauscht werden. Mit der dargestellten und zuvor beschriebenen Ausfüh- rungsform lassen sich beliebige Übersetzungsverhältnisse einschließlich Unterset- zungen zu kleineren Drehzahlen einstellen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Zahnflanken der Schaltelemente 30 über eine Elastomer-Zwischenlage mit den Achsen der Schalt- elemente so zu verbinden, dass Zahneingriffsfehler beim Kupplungsvorgang durch elastische Bewegungen in Umfangsrichtung ausgeglichen werden. Werden über sol- che Elastomer-Zwischenlagen zusätzlich radiale Bewegungen ermöglicht, ergibt sich zusätzlich noch eine Verbesserung der prinzipbedingten Ungleichförmigkeiten des Getriebes. In einer weiteren Ausführungsvariante wird die in dem genannten Eiasto- mer zugelassene Relativbewegung durch Endanschläge begrenzt, so dass die Elastomere nicht durch Spitzenlasten der Umfangskräfte überlastet werden können.

Alternativ zu der formschlüssigen Kupplung über eine Hirth-Verzahnung 10,31 ist auch eine kraftschlüssige Kupplung ähnlich wie bei bekannten Klemmkörperfreiläu- fen möglich.

Fig. 2 zeigt Schaltelemente 70, die Klemmsteine 71, Gleitelemente 72 und gekröpfte Achsen 73 aufweisen, an denen Rollen 74 angebracht sind. Die Gleitsteine 72 kön- nen in den Nuten 81 sowohl radial gleiten als auch rotieren, so dass eine Kippbewe- gung der Schaltelemente möglich wird, bei der die Klemmsteine 71 in Kontakt zu Klemmflanken 61 und 62 einer Ringscheibe 61 kommen und durch die dreh- momentführende Umfangskräfte auf den Gleitsteinen 72 ein schlupffreies Verriegeln ermöglichen, so dass das anliegende Drehmoment übertragen werden kann. Im Überholbetrieb wechselt die Umfangskraft in den Gleitsteinen 72 die Richtung, das Kippmoment wird negativ und die Klemmwirkung aufgehoben. Eine (nicht darge- stellte) Anfederung hält auch im Überholbetrieb die Klemmsteine 72 in Kontakt.

Durch die Kröpfung am Ende der Achsen 73 und die Laufrollen 74 wird durch deren Abrollen auf der Nockenscheibe 90 eine zusätzliche Kippbewegung der Schaltele- mente zwangsgesteuert, die gegen die Anfederung die Klemmsteine aus dem Klemmkontakt hebt, also eine Freilaufschaltung erzwingt. Beim Passieren der Nut 91, die kreissegmentartig ausgebildet ist, wird die Freilaufwirkung der Schaltele- mente 70 gelöst, die Zwangssteuerung aufgehoben, die Klemmsteine durch die Federung ein einen Klemmkontakt gebracht und eine drehmomentführende Umfangskraft erzeugt. Auf diese Weise wird zwar einerseits eine Freilaufwirkung zum Verriegeln der Schaltelemente 70 genutzt, da bei entsprechender Klemmgeo- metrie eine Verriegelungswirkung erzielt wird, in der sich die Normalkräfte zur Erzeu- gung des Reibschlusses selbsttätig mit der jeweils anliegenden Umfangskraft ver- stärken und so eine schlupffreie Kupplung garantieren, andererseits wird aber ver- hindert, dass immer nur das jeweils schnellste Schaltelement 70 in Eingriff gebracht wird und so nur Übersetzungen ins Schnelle möglich werden. Im Rahmen der vorlie- genden Erfindung ist es auch möglich, die Scheibe 80 derart zu modifizieren, dass eine Anfederung der Umfangskräfte ähnlich wie bei der Scheibe 40 (Fig. 1) erreicht wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines kuppelbaren Getriebes mit einer Ringscheibe 100, von der nur ein Segment der Vollscheibe mit Achse und Ringkon- tur dargestellt ist, die im Führungskanal Verzahnungen aufweist. Der Satellit 101 wird über die dargestellte Führungskontur 105 in der Mitte der Ringscheibe 100 gehalten.

Die Zwischenlagen 104 werden durch Piezo-Effekte in der Wandstärke gedehnt bzw. kontrahiert und drücken so die Zahnsegmente 103 in die Verzahnung der Ringscheibe 100 bzw. ziehen sie aus dieser Verzahnung heraus. Hierdurch wird der Kupplungsvorgang ausgelöst und das Drehmoment aus der Ringscheibe in die Satelliten übertragen und von dort mit dem Übertragungsstift 102 in eine Stern- scheibe ausgeleitet bzw. je nach Lastrichtung umgekehrt aus der Sternscheibe in die Satelliten-und die Ringscheibe übertragen. Um die Bauhöhe der Piezo-Ele- mente 104 zu erhöhen und so größere Kupplungswege zu ermöglichen, werden in einer weiteren Variante die Zwischenlagen 104 in den Übertragungsstift 102 hinein verlängert.

Statt einer Ausführung als Piezo-Stapel wird in einer weiteren Variante der Über- tragungsstift 102 als Zylinder hohl ausgestaltet und ein darin geführter Kolben hydraulisch oder pneumatisch so bewegt, dass die Verzahnung ein-bzw. ausge- kuppelt wird. Die Ansteuerung des Kupplungsvorganges erfolgt vorzugsweise über eine Schlitzblende im Hydraulikkreis dergestalt, dass in einer axialen Zuführung ein permanenter Druck anliegt und in der Rotation jeweils in dem Segment, in dem gekuppelt werden soll, also im Lastbogen, der Zylinder die Schlitzblenden passiert und damit hydraulisch Druck beaufschlagt wird.

Die Krafterzeugung der Kupplungsbewegung entsprechend der Ausführung nach Fig. 3 kann auch durch elektromechanische bzw. magnetische Wirkungen hervorge- hoben werden.

Um eine kinematische Verblockung des Getriebes zu vermeiden, die dadurch begründet sein kann, dass einerseits nur über einen unendlich kleinen Umfangsweg die durch zwei Satelliten erzeugte Übersetzung identisch ist, der Kupplungsvorgang jedoch andererseits nicht unendlich schnell erfolgen kann, wird die Verzahnungs- geometrie so gewählt, dass das Verhältnis der Zahnbreite zu der Zahntiefe bei der gewählten Hirth-Verzahnung bei allen Drehzahlen größer ist als das Verhältnis der maximal möglichen Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz im Lastübergang zur Geschwindigkeit der axialen Hubbewegung der Satelliten beim Kupplungsvorgang.

Hinsichtlich weiterer Erläuterungen zu der Ausbildung der Klemmsteine 71 wird ins- besondere auf die EP 1 003 984, Fig. 13 bis 16 sowie entsprechende Erläuterungen hierzu verwiesen.