Die Erfindung betrifft ein leistungsverzweigtes Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades und/oder der Übersetzungsspreizung eines leistungsverzweigten Getriebes.

Stand der Technik

Stetig steigende Betriebskosten und Komfortansprüche erfordern eine Optimierung bestehender Antriebsstrangkonzepte mobiler Anwendungen, insbesondere von

Fahrzeugen. Als vorteilhaft haben sich diesbezüglich Getriebekonzepte mit stufenlos verstellbarer Getriebeübersetzung erwiesen, da sie die Anforderungen des Abtriebs mit der zur Verfügung stehenden Leistung des Antriebs ideal kombinieren. Die dabei zum Einsatz gelangenden stufenlos verstellbaren Getriebe (Variator-Getriebe) weisen allerdings auch Defizite auf. In Abhängigkeit von der jeweiligen Variator- Technologie sind als Defizite ein begrenzt übertragbares Drehmoment, ein eingeschränkter Übersetzungsbereich und/oder ein schlechter Wirkungsgrad zu nennen. Bei mechanischen Variatoren kommt als weiterer Nachteil hinzu, dass sie geometrisch bedingt nicht ohne die Funktion eines Anfahrelementes die Geared- Neutral-Funktion, d. h. stehender Abtrieb bei drehendem Antrieb, abbilden können.

Es ist allgemein bekannt, dass mit Hilfe der Leistungsverzweigung die Eigenschaften stufenlos verstellbarer Getriebe verbessert werden können. Die Verbesserung zielt dabei entweder auf eine Erhöhung des Wirkungsgrades oder auf eine Erweiterung der Übersetzungsspreizung ab. Denn eine Erweiterung der Übersetzungsspreizung geht mit einer im Getriebe zirkulierenden Blindleistung einher, die in der Regel zu einer Reduzierung des Wirkungsgrads führt.

Aus der DE 43 08 761 AI geht ein stufenloses Getriebe für den Einsatz in Pkws und leichten Nutzfahrzeugen hervor, das zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades leistungsverzweigt ausgeführt ist. Durch die Leistungsverzweigung wird die Getriebeeingangsleistung auf mehrere Getriebezweige verteilt, welche einen ersten Getriebezweig mit variabler Übersetzung und mindestens einen weiteren

Getriebezweig mit konstanter Übersetzung umfassen. Zur Realisierung der variablen Übersetzung weist der erste Getriebezweig einen Variator, beispielsweise einen mechanischen Variator in Form eines Umschlingungsgetriebes, auf. Die

Kraftübertragung erfolgt in diesem Fall über Reibung, wobei im Bereich der Reibkontakte Reibungsverluste auftreten, die den Variatorwirkungsgrad reduzieren. Aufgrund der leistungsverzweigten Struktur des Getriebes wird dem Variator lediglich ein Teil der am Getriebeeingang anliegenden Leistung zugeführt, während der verbleibende Teil über mindestens einen weiteren Getriebezweig mit konstanter Übersetzung geleitet wird. Dadurch steigt der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes.

Zur Realisierung der Leistungsverzweigung wird in der DE 43 08 761 AI eine Getriebeanordnung mit einem Verteilerdifferential vorgeschlagen, das - in

Abhängigkeit von den jeweiligen baulichen Verhältnissen - getriebeeingangsseitig oder getriebeausgangsseitig angeordnet sein kann. Das Verteilerdifferential ist vorteilhafterweise als Planetengetriebe ausgebildet und umfasst zwei Ausgangswellen, von denen eine mit einer Abtriebswelle verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Getriebezweig mit einer konstanten Übersetzung geschaffen. Die weitere Ausgangswelle ist zur Schaffung eines Getriebezweiges mit variabler Übersetzung über mindestens eine Zwischenwelle mit einem Variator verbunden bzw. verbindbar. Der Variator weist vorzugsweise eine Übersetzungsspreizung von mindestens Faktor 4 auf. Dadurch soll ein stufenlos variables Getriebe bereit gestellt werden, das sich durch eine große Gesamtgetriebespreizung bei einem guten

Gesamtgetriebewirkungsgrad auszeichnet. Ausgehend von einem Getriebe der vorstehend genannten Art hat es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, den Wirkungsgrad und/oder die Übersetzungsspreizung eines solchen Getriebes zu optimieren und zugleich den Bauaufwand sowie den Bauraumbedarf des Getriebes zu reduzieren. Es soll auf diese Weise ein effizientes und wirtschaftliches leistungsverzweigtes Getriebe

bereitgestellt werden, das zudem besonders kompakt bauend ist.

Zur Lösung der Aufgabe werden ein leistungsverzweigtes Getriebe mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Optimierung des

Wirkungsgrades und/oder der Übersetzungsspreizung eines leistungsverzweigten Getriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgeschlagen. Vorteilhafte

Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung Vorgeschlagen wird ein leistungsverzweigtes Getriebe mit wenigstens einem stufenlos verstellbaren mechanischen Variator, wobei der Variator zur Realisierung der Leistungsverzweigung erfindungsgemäß mindestens drei Wellen umfasst und wobei zwei der drei Wellen über wenigstens eine eingangsseitig oder ausgangsseitig angeordnete Übersetzungsstufe gekoppelt sind. In dem vorgeschlagenen Getriebe übernimmt der Variator zugleich die Funktion eines Differentials, wobei jede der drei Wellen des Variators einen Leistungszweig bzw. Leistungspfad zur Realisierung der Leistungsverzweigung ausbildet. Die Integration der Differentialfunktion in den Variator führt zu einer„inneren" Leistungsverzweigung, die gegenüber der „äußeren" Leistungsverzweigung entsprechend der DE 43 08 761 AI den Vorteil besitzt, dass deutlich weniger Getriebekomponenten erforderlich sind. Insbesondere kann auf eine zusätzliche Getriebestufe zur Realisierung der Leistungsverzweigung, die üblicherweise in Form eines Planetengetriebes umgesetzt wird, verzichtet werden. Das vorgeschlagene leistungsverzweigte Getriebe kann demzufolge besonders kompakt bauend gestaltet werden. Zugleich kann mit Hilfe der

Leistungsverzweigung die Effizienz des Getriebes gesteigert werden.

In Abhängigkeit von den jeweiligen Bauraumverhältnissen kann die zur Kopplung zweier Wellen erforderliche Übersetzungsstufe getriebeeingangsseitig oder getriebeausgangsseitig angeordnet sein. Dadurch erhöht sich die Anzahl der möglichen Getriebekonfigurationen.

Abhängig von der Anordnung der Übersetzungsstufe - am Getriebeeingang oder am Getriebeausgang - besteht die Funktion der Übersetzungsstufe darin, die an einer Welle anliegenden Momente aufzuteilen oder zu summieren. Erfolgt beispielsweise die Anordnung der Übersetzungsstufe getriebeeingangsseitig, sind zwei der drei Wellen des Variators treibende Wellen und die verbleibende Welle ist eine getriebene Welle. Bei Anordnung der Übersetzungsstufe am Getriebeausgang ist eine der drei Wellen des Variators eine treibende Welle und die beiden verbleibenden Wellen sind getriebene Wellen.

Bevorzugt sind die drei Wellen des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators koaxial angeordnet. Auf diese Weise lässt sich der Bauraumbedarf weiter reduzieren. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Welle als Hohlwelle ausgebildet ist. Die als Hohlwelle ausgestaltete Welle vermag eine weitere, vorzugsweise koaxial angeordnete Welle zumindest abschnittsweise aufzunehmen, so dass eine koaxiale Anordnung der drei Wellen mit einfachen Mitteln umsetzbar ist. Ferner vereinfacht eine Hohlwelle die Ausbildung der zur Kopplung zweier Wellen erforderlichen Übersetzungsstufe. Beispielsweise kann die Kopplung über eine Welle-Nabe- Verbindung erfolgen.

Weiterhin bevorzugt besitzt der stufenlos verstellbare mechanische Variator zur Realisierung der Leistungsverzweigung wenigstens ein Kraftübertragungselement, das um eine eigene Achse dreht und zusätzlich eine umlaufende Bewegung um wenigstens eine der drei Wellen ausführt. Vorteilhafterweise besitzt der Variator mehrere drehende und umlaufende Kraftübertragungselemente. Denn mehrere Kraftübertragungselemente vermögen zum Einen ein größeres Drehmoment zu übertragen. Zum Anderen können die umlaufenden Massen klein gehalten und/oder es können Unwuchtkräfte vermieden werden. Hierzu erfolgt die Anordnung der mehreren Kraftübertragungselemente bevorzugt in der Weise, dass sie den gleichen radialen Abstand zu einer Welle und/oder den gleichen Winkelabstand zueinander aufweisen. Sofern der stufenlos verstellbare mechanische Variator lediglich ein Kraftübertragungselement umfasst, kann eine Unwucht durch bauliche Maßnahmen ausgeglichen werden. Die Anordnung des wenigstens einen Kraftübertragungselementes des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators erfolgt vorzugsweise nach Art eines Planeten eines Planetengetriebes, das üblicherweise zur Realisierung einer

Leistungsverzweigung eingesetzt wird. Vorliegend wird die Leistungsverzweigung jedoch durch den Variator realisiert. Hierzu wird - ausgehend von bekannten stufenlos verstellbaren mechanischen Variatoren mit wenigstens einem gehäuseseitig abgestützten Kraftübertragungselement - die Gehäuseabstützung des wenigstens einen planetenartig angeordneten Kraftübertragungselementes aufgehoben und der dadurch gewonnene Freiheitsgrad zur Leistungsübertragung genutzt. Auf diese Weise wird der zur Realisierung der Leistungsverzweigung erforderliche dritte Leistungspfad geschaffen. Indem die Leistungsverzweigung innerhalb des Variators umgesetzt wird, kann das üblicherweise zur Realisierung der Leistungsverzweigung eingesetzte Planetengetriebe entfallen, wodurch die bauliche Umsetzung eines leistungsverzweigten Getriebes deutlich vereinfacht wird. Die reduzierte Zahl der Getriebekomponenten führt ferner zu einer Reduzierung der Kosten sowie zu einem verringerten Bauraumbedarf.

Bevorzugt steht das wenigstens eine Kraftübertragungselement des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators mit mindestens einer Welle, vorzugsweise mit zwei der drei Wellen, von denen die eine eine treibende Welle und die andere eine getriebene Welle ist, in Reibkontakt. Vorteilhafterweise ist der stufenlos verstellbare mechanische Variator als Reibradgetriebe ausgebildet. Im Unterschied zu

Umschlingungsgetrieben, die einen Achsversatz der An- und Abtriebswelle erfordern, können bei Reibradgetrieben die An- und Abtriebswelle koaxial angeordnet werden.

Der Reibkontakt ermöglicht eine kraftschlüssige Leistungsübertragung, die allerdings - aufgrund von Reibungsverlusten im Reibkontakt - nicht verlustfrei ist. Das in Reibkontakt mit mindestens einer Welle stehende Kraftübertragungselement führt dabei eine Drehung um die eigene Achse aus, so dass die nicht verlustfrei über den Reibkontakt übertragene Leistung nachfolgend als„Wälzleistung" bezeichnet wird. Bei einem Planetengetriebe mit stillstehendem Steg, das üblicherweise zur Realisierung einer äußeren Leistungsverzweigung eingesetzt wird, definiert die Wälzleistung den„Standwirkungsgrad" des Getriebes. Dieser ist abhängig von den Verhältnissen im Reibkontakt, welche im Wesentlichen durch die

Relativgeschwindigkeit im Kontakt und den geometrischen Bedingungen der eingestellten Übersetzung beeinflusst werden. Bei dem vorgeschlagenen Getriebe mit innerer Leistungsverzweigung führt das wenigstens eine Kraftübertragungselement des Variators neben einer Drehung um die eigene Achse jedoch ferner eine

Umlaufbewegung aus. Dies gilt es bei der Effizienzbetrachtung zu berücksichtigen. Um eine Umlaufbewegung des wenigstens einen Kraftübertragungselementes des Variators zu ermöglichen, wird alternativ oder ergänzend vorgeschlagen, dass dieses über eine der drei Wellen abgestützt ist. Die abstützende Welle kann hierzu mit einem drehenden Steg verbunden oder selbst als drehender Steg ausgebildet sein. Die Abstützung hat dabei in der Weise zu erfolgen, dass die Drehbewegung des

Kraftübertragungselementes um die eigene Achse nicht behindert wird.

Die Wellenabstützung führt zur Aufhebung der sonst üblichen Gehäuseabstützung, so dass das wenigstens eine Kraftübertragungselement in der Lage ist, neben einer Drehung um die eigene Achse ferner eine Umlaufbewegung auszuführen. Der auf diesem Wege geschaffene dritte Leistungspfad ermöglicht eine Leistungsübertragung ohne Relativbewegung in einem Reibkontakt und damit eine verlustfreie

Leistungsübertragung. Der verlustfrei übertragene Leistungsanteil, welcher nachfolgend als„Kupplungsleistung" bezeichnet wird und in Abgrenzung zum Standwirkungsgrad den "Umlaufwirkungsgrad" definiert, vermag - in Abhängigkeit von der jeweiligen Leistungsaufteilung auf die mehreren Leistungspfade - den Wirkungsgrad des Variators und damit des gesamten Getriebes signifikant zu verbessern. Für die Effizienzbetrachtung des erfindungsgemäßen Getriebes ist daher der Umlaufwirkungsgrad von entscheidender Bedeutung. Dabei gilt es ferner zu berücksichtigen, dass sich die verlustfreie Kupplungsleistung und die

reibungsbehaftete Wälzleistung überlagern können.

Weiterhin bevorzugt ist das wenigstens eine Kraftübertragungselement des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators zumindest abschnittsweise

rotationssymmetrisch in Bezug auf seine Achse ausgebildet. Im Bereich eines rotationssymmetrisch ausgebildeten Abschnitts bildet das Kraftübertragungselement vorzugsweise eine umlaufende Reibkontaktfläche zur Herstellung des Reibkontaktes mit einer Welle aus. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine

Kraftübertragungselement im Längsschnitt eine Außenkontur besitzt, die in Bezug auf die Achse des Kraftübertragungselementes geneigt und/oder gekrümmt ist. Die gegenüber der Achse geneigte und/oder gekrümmte Außenkontur bewirkt bei Verlagerung des Kraftangriffspunktes mindestens einer in Reibkontakt mit dem Kraftübertragungselement stehenden Welle eine Veränderung des

Radienverhältnisses r _ab /r _an im Reibkontakt und damit eine stufenlose Verstellung der Übersetzung. Bevorzugt ist hierzu das Kraftübertragungselement zumindest abschnittsweise kegel-, kugel- oder teilkugelförmig ausgebildet. Denn derartige Geometrien gewährleisten zugleich eine rotationssymmetrische Ausbildung des Kraftübertragungselementes.

Vorteilhafterweise besitzt wenigstens eine Welle ein Hohlrad und/oder ein

Sonnenrad. Das Hohlrad und/oder Sonnenrad dient der Kopplung der Welle mit wenigstens einem Kraftübertragungselement. Hierzu sind am Hohlrad und/oder

Sonnenrad Reibkontaktflächen ausgebildet, die in Reibkontakt mit wenigstens einem Kraftübertragungselement stehen. Beispielsweise kann eine erste treibende oder getriebene Welle als Hohlrad ausgebildet sein oder ein solches umfassen, während eine zweite getriebene oder treibende Welle als Sonnenrad ausgebildet ist oder ein solches umfasst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zur Kopplung zweier Wellen vorgesehene Übersetzungsstufe als Getriebestufe mit konstanter Übersetzung ausgebildet. Eine derartige Übersetzungsstufe ist besonders einfach umsetzbar. Bevorzugt ist eine Übersetzung i _fest 1 gewählt, um ein Blockieren des Getriebes zu verhindern.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zur Kopplung zweier Wellen vorgesehene Übersetzungsstufe eine Getriebestufe mit variabler Übersetzung. Bei einer variablen Übersetzung kann beispielsweise eine Übersetzung i = 1 genutzt werden, um durch Blockbetrieb den Wirkungsgrad zu steigern. Die Getriebestufe mit variabler Übersetzung ist dabei vorzugsweise als ein weiterer stufenlos verstellbarer mechanischer Variator mit wenigstens einem um eine eigene Achse drehenden Kraftübertragungselement ausgeführt. In diesem Fall umfasst das vorgeschlagene leistungsverzweigte Getriebe wenigstens zwei stufenlos verstellbare mechanische Variatoren, die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind. Im Unterschied zum wenigstens einen Kraftübertragungselement des zur Realisierung der Leistungsverzweigung vorgesehenen Variators führt das wenigstens eine Kraftübertragungselement des weiteren Variators vorzugsweise keine umlaufende Bewegung aus. Das heißt, dass es bevorzugt gehäuseseitig abgestützt ist. Im Übrigen kann das wenigstens eine Kraftübertragungselement des weiteren Variators jedoch gleich dem Kraftübertragungselement des Variators mit Differentialfunktion ausgebildet sein, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden. Die Ausbildung der Übersetzungsstufe als stufenlos verstellbarer mechanischer Variator besitzt ferner den Vorteil, dass die Schmierung des Getriebes vereinfacht wird. Denn zur Schmierung der Übersetzungsstufe kann ein Traktionsfluid verwendet werden, das vorzugsweise bereits zur Schmierung des Variators mit Differentialfunktion eingesetzt wird. Demgegenüber erfordert die Ausbildung der Übersetzungsstufe als Getriebestufe mit konstanter Übersetzung ein

Schmiermedium, das vorzugsweise kein Traktionsfluid ist, so dass hier bevorzugt zwei unterschiedliche Schmiermedien Verwendung finden. Die unterschiedlichen Schmiermedien gilt es zudem durch Abdichtungsmaßnahmen voneinander zu trennen, was einen erhöhten baulichen Aufwand zur Folge hat. Bei Verwendung eines einzigen Schmiermediums, beispielsweise eines Traktionsfluids, können dagegen derartige Abdichtungsmaßnahmen entfallen.

Des Weiteren bevorzugt sind Verstellmittel zum Verschieben und/oder

Verschwenken wenigstens einer Welle und/oder wenigstens eines

Kraftübertragungselementes vorgesehen. Das wenigstens eine Kraftübertragungselement kann Bestandteil des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators mit Differentialfunktion und/oder Bestandteil der zur Kopplung zweier Wellen vorgesehenen Übersetzungsstufe sein, sofern diese ebenfalls als stufenlos verstellbarer mechanischer Variator ausgebildet ist. Sind zwei stufenlos verstellbare mechanische Variatoren vorgesehen, ist vorzugsweise über die Verstellmittel eine Verbundverstellung bewirkbar. Dadurch wird die Ausführung der Verstellmittel vereinfacht. Zugleich werden die Herstellungskosten gesenkt.

Vorzugsweise ist über die Verstellmittel eine axiale und/oder radiale Verschiebung und/oder Verschwenkung wenigstens eines Kraftübertragungselementes eines stufenlos verstellbaren mechanischen Variators bewirkbar, so dass ein

Kraftangriffspunkt einer Welle am Kraftübertragungselement verlagert und das Radienverhältnis r _an /r _a b im Reibkontakt geändert wird. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass über die Verstellmittel eine axiale Verschiebung wenigstens einer Welle bewirkbar ist. Denn auf diese Weise wird ebenfalls eine Verlagerung des Kraftangriffpunkts der Welle am

Kraftübertragungselement erreicht und das Radienverhältnis r _an /r _a b im Reibkontakt ändert sich.

Als weiterbildende Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Verstellmittel zum Verschieben und/oder Verschwenken wenigstens einer Welle und/oder wenigstens eines Kraftübertragungselementes gegenüber der wenigstens einen Welle und/oder gegenüber dem wenigstens einen Kraftübertragungselement drehentkoppelt sind. Dadurch ist sichergestellt, dass die Verstellmittel die Drehbewegung der Welle und/oder des Kraftübertragungselementes nicht behindern. Zudem wird durch die vorgeschlagene Drehentkopplung die Ausführung der Verstellmittel vereinfacht. Die Drehentkopplung kann beispielsweise über ein Wälzlager realisiert werden. Wie vorstehend beschrieben können mit Hilfe der inneren Leistungsverzweigung analog zur äußeren Leistungsverzweigung die Eigenschaften stufenloser Getriebe optimiert werden. Im Unterschied zur äußeren Leistungsverzweigung ermöglicht die innere Leistungsverzweigung jedoch eine deutliche bauliche Reduktion eines leistungsverzweigten Getriebes. Denn durch die Integration der Differentialfunktion in den mechanischen Variator kann eine Getriebestufe entfallen. Auf diese Weise wird ein kompaktes und zugleich effizientes und wirtschaftliches Getriebe für eine Vielzahl von Anwendungen geschaffen. Aufgrund der genannten Vorteile ist das vorgeschlagene leistungsverzweigte

Getriebe insbesondere für mobile Anwendungen geeignet. Es wird daher ferner ein motor- und/oder muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, wie beispielsweise ein

Kraftfahrzeug oder ein Fahrrad, mit einem erfindungsgemäßen Getriebe

vorgeschlagen. Ferner kann das Getriebe Einsatz in Bau- oder Landmaschinen finden. Da das erfindungsgemäße Getriebe besonders kompakt bauend gestaltet werden kann, ist es insbesondere für solche Anwendungen interessant, bei denen es eine stufenlose Getriebeübersetzung unter beengten Bauraumbedingungen zu realisieren gilt. Dies ist beispielsweise bei den immer beliebter werdenden E-Bikes der Fall. Hier kommt es in erster Linie auf eine kompakte Bauweise und

Wirkungsgrade über 90% an, die unabhängig von der Getriebeübersetzung erreicht werden müssen. Diesen Anforderungen wird das erfindungsgemäße Getriebe gerecht. Vorzugsweise ist daher das Fahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Getriebe umfasst, ein Fahrrad. Ferner wird ein Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrades und/oder der

Übersetzungsspreizung eines leistungsverzweigten Getriebes mit wenigstens einem stufenlos verstellbaren mechanischen Variator vorgeschlagen. Erfindungsgemäß umfasst der Variator zur Realisierung der Leistungsverzweigung mindestens drei koaxial angeordnete Wellen, wobei eine der drei Wellen zur Abstützung wenigstens eines um eine eigene Achse drehenden Kraftübertragungselementes des Variators eingesetzt wird. Das heißt, dass eine Gehäuseabstützung des wenigstens einen Kraftübertragungselementes des Variators aufgehoben und der dadurch gewonnene Freiheitsgrad als dritter Leistungspfad genutzt wird. Denn die Aufhebung der Gehäuseabstützung ermöglicht eine zusätzliche umlaufende Bewegung des wenigstens einen Kraftübertragungselementes. Dem Variator wird auf diese Weise eine Differentialfunktion zur Realisierung der Leistungsverzweigung aufgeprägt.

Bevorzugt werden zwei der drei Wellen über wenigstens eine eingangsseitig oder ausgangsseitig angeordnete Übersetzungsstufe gekoppelt. In Abhängigkeit von der Anordnung der Übersetzungsstufe - am Getriebeeingang oder am Getriebeausgang - bewirkt die Kopplung zweier Wellen eine Verteilung oder Summierung der an einer Welle anliegenden Momente.

Durch das vorgeschlagene Verfahren wird ein mechanischer Variator mit innerer Leistungsverzweigung geschaffen. Analog zur äußeren Leistungsverzweigung können mit dem Ansatz der inneren Leistungsverzweigung die Eigenschaften des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators hinsichtlich Wirkungsgrad und/oder Übersetzungsspreizung optimiert werden. Im Unterschied zur äußeren

Leistungsverzweigung erfordert die innere Leistungsverzweigung jedoch keine zusätzliche Getriebestufe, so dass der Bauaufwand deutlich reduziert wird. Auf diese Weise wird ein besonders kompakt bauendes leistungsverzweigtes Getriebe geschaffen, das zudem effizient und wirtschaftlich ist.

Die Übersetzungsstufe kann dabei als Getriebestufe mit konstanter oder variabler Übersetzung ausgebildet werden. Eine Getriebestufe mit konstanter Übersetzung ist besonders einfach realisierbar. Zudem benötigt sie einen geringen Bauraum. Die Vorteile dieser Ausführungsform liegen daher vorrangig in einer Reduzierung des Bauaufwands. Wird dagegen die Übersetzungsstufe als Getriebestufe mit variabler Übersetzung, insbesondere als weiterer stufenlos verstellbarer mechanischer Variator, ausgebildet, kann mit nur geringem Mehraufwand nicht nur eine Wirkungsgradsteigerung sondern ferner eine Vergrößerung der Getriebespreizung bewirkt werden. Denn die Vergrößerung der Getriebespreizung geht nicht mehr zwangsläufig mit einer im Getriebe zirkulierenden Blindleistung einher, die vom Grundsatz her einen negativen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Getriebes hat. Diese Maßnahme zielt daher vorrangig auf einen Effizienz- und Spreizungsvorteil ab. Ferner kann durch die Vergrößerung der Getriebespreizung der Verstellbereich des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators des Getriebes zur Realisierung der Leistungsverzweigung eingeschränkt werden, so dass geometrische Grenzlagen des Variators vermieden werden. Dies wiederum wirkt sich positiv auf den

Wirkungsgrad des Getriebes aus.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen: Fig. 1 einen Räderplan und eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebes mit ausgangsseitig angeordneter konstanter Übersetzungsstufe,

Fig. 2 einen Räderplan und eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebes mit eingangsseitig angeordneter konstanter Übersetzungsstufe,

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung der Getriebeeigenschaften des Getriebes der Fig. 1,

Fig. 4 einen Räderplan und eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebes mit ausgangsseitig angeordneter variabler Übersetzungsstufe und Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung der Getriebeeigenschaften eines

erfindungsgemäßen Getriebes mit variabler Übersetzungsstufe.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In den Fig. 1 und 2 sind zwei bevorzugte Ausführungsformen eines

erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Getriebes dargestellt, die sich lediglich im Hinblick auf die Anordnung einer Übersetzungsstufe 5 unterscheiden. Im

Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die Übersetzungsstufe 5 ausgangsseitig

(ausgangsgekoppelt) und im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 eingangsseitig

(eingangsgekoppelt) angeordnet. In Abhängigkeit von der Anordnung besitzt die Übersetzungsstufe 5 die Aufgabe, eingangsseitig anliegende Momente aufzuteilen oder ausgangsseitig anliegende Momente zu summieren. Beiden Getrieben gemein ist, dass sie auf einem bekannten stufenlos verstellbaren mechanischen Variator 4 ("Kopp-Variator") basieren, der zur Realisierung einer inneren

Leistungsverzweigung modifiziert wurde.

Der stufenlos verstellbare mechanische Variator 4 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 weist eine erste Welle 1 als Antriebswelle sowie eine zur ersten Welle 1 koaxial angeordnete zweite Welle 2 als Abtriebswelle auf. Die erste Welle 1 und die zweite Welle 2 sind über mehrere planetenartig angeordnete Kraftübertragungselemente 6 gekoppelt, wobei die Kopplung kraftschlüssig über Reibkontakte erfolgt. Der Reibkontakt mit der ersten Welle 1 wird über ein Hohlrad 8 und der Reibkontakt mit der zweiten Welle 2 über ein Sonnenrad 9 hergestellt, die mit der entsprechenden Welle 1 , 2 jeweils drehfest verbunden sind.

Die mehreren planetenartig angeordneten Kraftübertragungselemente 6 weisen die Form eines Doppelkegels auf, wobei die Grundflächen der Kegel aneinandergesetzt sind. Die Doppelkegel werden jeweils von einer Achse A durchsetzt, über welche die Kraftübertragungselemente 6 drehbar gelagert sind. Die Achsen A sind jeweils um etwa 45° gegenüber der Drehachse D der ersten bzw. zweiten Welle 1, 2 gekippt. Der jeweils außen zu liegen kommende Kegelabschnitt der Kraftübertragungselemente 6 bildet eine Reibkontaktfläche 7 für das Hohlrad 8 der ersten Welle 1 und der jeweils innen zu liegen kommende Kegelabschnitt bildet eine Reibkontaktfläche 7 für das Sonnenrad 9 der zweiten Welle 2 aus. Verstellmittel (nicht dargestellt) ermöglichen eine axiale Verschiebung der Kraftübertragungselemente 6, wobei sich das

Radienverhältnis r _an /r _a b im Reibkontakt und hierüber das Übersetzungsverhältnis ändert. Die Möglichkeit der axialen Verschiebung der Kraftübertragungselemente 6 ist in der Fig. 1 mittels der Pfeile 11 angedeutet.

Ein wesentlicher Unterschied zum bekannten "Kopp-Variator" besteht bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Getriebe darin, dass die um ihre eigene Achse A drehenden Kraftübertragungselemente 6 des Variators 4 zusätzlich eine umlaufende Bewegung ausführen. Ihre Achsen A sind hierzu an einer als Hohlwelle

ausgebildeten dritten Welle 3 abgestützt, die koaxial zur ersten bzw. zweiten

Welle 1 , 2 angeordnet ist. Die dritte Welle 3 bildet den zur Realisierung der inneren Leistungsverzweigung erforderlichen dritten Leistungspfad aus. In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die dritte Welle 3 eine getriebene Welle, welche über eine Übersetzungsstufe 5 mit der zweiten Welle 2 derart verbunden ist, dass das

Drehzahlverhältnis fest ist. Die Übersetzungsstufe 5 ist hierzu als Getriebestufe mit konstanter Übersetzung ausgebildet.

Zwischen der dritten Welle 3 bzw. einem Steg 12 der dritten Welle 3 und den nicht näher dargestellten Verstellmitteln ist ein Wälzlager 10 zur Drehentkopplung der Verstellmittel angeordnet. Dadurch kann die Ausbildung der Verstellmittel bzw. der hierzu erforderlichen Aktorik vereinfacht werden. Über weitere Wälzlager 10 ist die dritte Welle 3 zudem gegenüber der ersten und der zweiten Welle 1 , 2 drehbar gelagert. Unterhalb des Räderplans ist eine schematische Darstellung des Getriebes gezeigt. Der Variator 4 mit Differentialfunktion ist hierin als Rechteck wiedergegeben, während ein großer Kreis für eine Stirnradstufe mit festem Drehzahlverhältnis steht. Die Übersetzungsstufe 5 ist als kleiner Kreis dargestellt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 weist der Variator 4 ebenfalls drei Wellen 1, 2, 3 auf. Die Welle 3 ist hier jedoch eine treibende Welle ist, die über die eingangsseitig angeordnete Übersetzungsstufe 5 in einem festen Drehzahlverhältnis mit der ebenfalls treibenden Welle 1 verbunden ist. Im Unterschied zum Getriebe der Fig. 1 zeigt Fig. 2 demnach ein eingangsgekoppeltes Getriebe. Ferner unterscheidet sich das Getriebe der Fig. 2 von dem der Fig. 1 dadurch, dass das Sonnenrad 9 mit der ersten Welle 1 und das Hohlrad 8 mit der zweiten Welle 2 verbunden ist.

Unterhalb des Räderplans ist wiederum eine schematische Darstellung des Getriebes wiedergegeben. Es werden die gleichen Symbole wie in der Darstellung der Fig. 1 verwendet, so dass zur Erläuterung auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen werden kann.

Die Auswirkungen der inneren Leistungsverzweigung auf die Getriebeeigenschaften des ausgangsgekoppelten Getriebes der Fig. 1 sind in der Fig. 3 dargestellt.

Ausgehend von einem "Kopp-Variator" mit einem Variator- Verstellbereich von |-0,2| < i _var < |-1,2| und einer Übersetzungsspreizung von 600% kann durch die innere Leistungsverzweigung in Abhängigkeit von der Stirnradstufe mit der Übersetzung ii die Getriebespreizung theoretisch bis unendlich vergrößert werden (siehe Fig. 3 bei ii ~ 2). Die Vergrößerung der Übersetzungsspreizung kann allerdings nur durch zirkulierende Blindleistung erreicht werden, welche jedoch zugleich mit einer Erhöhung der Relativdrehzahl der Kraftübertragungselemente im Reibkontakt einhergeht. Diese Eigenschaft ist insbesondere für Anwendungen mit niedriger Eingangdrehzahl interessant (beispielsweise Fahrrad), da die Drehzahlerhöhung die Bedingungen der Reibkraftübertragung verbessert. Damit ist es im Unterschied zur äußeren Leistungsverzweigung möglich, gleichzeitig die Getriebespreizung und den Wirkungsgrad zu optimieren.

Noch deutlicher tritt dieser Vorteil bei einem erfindungsgemäßen

leistungsverzweigten Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren mechanischen Variator 4 und einer variablen Übersetzungsstufe 5 zur Kopplung zwei der drei Wellen 1, 2, 3 des Variators 4 hervor. Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 4 dargestellt. Bei dem Getriebe der Fig. 4 sind zwei stufenlos verstellbare mechanische Variatoren in Reihe geschaltet. Der erste Variator bildet den Variator 4 mit Differentialfunktion zur Realisierung der Leistungsverzweigung und der zweite Variator die variable Übersetzungsstufe 5 aus. Erster und zweiter Variator weisen jeweils um eine eigene Achse A, A' drehende Kraftübertragungselemente 6, 6' auf, die vorliegend wiederum als Doppelkegel ausgebildet sind, so dass kegelförmige Reibkontaktflächen 7, 7' ausgebildet werden. An den Reibkontaktflächen 7 der Kraftübertragungselemente 6 des Differential- Variators 4 greifen von außen eine erste Welle 1 und von innen eine zweite Welle 2 an, die jeweils als Hohlwelle ausgebildet und koaxial angeordnet sind. Eine dritte Welle 3 dient der Abstützung der Kraftübertragungselemente 6, so dass diese neben einer Drehbewegung um die eigene Achse A ferner eine umlaufende Bewegung ausführen. Die dritte Welle 3 ist ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet und koaxial zu den Wellen 1 , 2 angeordnet. Die als Hohlwellen ausgebildeten Wellen 1, 2, 3 werden von einer gemeinsamen Achse 13 getragen, welche die Wellen 1, 2, 3 durchsetzt.

Der Aufbau des in der Fig. 4 dargestellten Getriebes lässt darauf schließen, dass es insbesondere als Fahrradgetriebe einsetzbar ist. Denn an der ersten Welle 1 ist ein ritzelartiges Element 14 angeformt, das beispielsweise mit einer Kette (nicht dargestellt) verbindbar ist. Die dritte Welle 3 ist zudem nabenartig ausgebildet. Die nachfolgend noch näher dargestellten Vorteile des Getriebes der Fig. 4 kommen ferner insbesondere in der Anwendung als Fahrradgetriebe zum Tragen.

Die vorliegend als stufenlos verstellbarer mechanischer Variator ausgebildete Übersetzungsstufe 5 des Getriebes der Fig. 4 bewirkt eine Kopplung der Wellen 2 und 3 mit variabler Übersetzung. Hierzu weist das Getriebe Verstellmittel (nicht dargestellt) auf, mittels welcher eine axiale Verschiebung der

Kraftübertragungselemente 6'der Übersetzungsstufe 5 bzw. der zur Abstützung der Kraftübertragungselemente 6' vorgesehenen Gehäuseteile 15 bewirkbar ist. Die Reihenschaltung des ersten und zweiten Variators ermöglicht zudem eine

Verbundverstellung, so dass zur axialen Verschiebung der

Kraftübertragungselemente 6 des Variators 4 keine weiteren Verstellmittel erforderlich sind. Dadurch kann das Getriebe besonders kompakt gestaltet werden. Der Einsatz zwei stufenlos verstellbarer mechanischer Variatoren zur Ausbildung des Differential- Variators 4 und der Übersetzungsstufe 5 ermöglicht zudem den Einsatz eines Traktionsfluids als gemeinsames Schmiermedium. Zusätzliche

Abdichtungsmaßnahmen zur Trennung unterschiedlicher Schmiermedien sind nicht erforderlich, so dass auch hierdurch der bauliche Aufwand deutlich reduziert wird.

Unterhalb des Räderplans ist das Getriebe der Fig. 4 nochmals schematisch dargestellt. Im Unterschied zu den schematischen Darstellungen der Fig. 1 und 2 ist hier die Übersetzungsstufe 5 als Getriebestufe mit variabler Übersetzung, d. h. als Rechteck analog dem Differential- Variator 4 dargestellt. Von dem Differential- Variator 4 unterscheidet sich die Übersetzungsstufe 5 jedoch dadurch, dass sie als Standardvariator mit gehäuseseitig abgestützten

Kraftübertragungselementen 6'ausgebildet ist. Die Kraftübertragungselemente 6'der Übersetzungsstufe 5 führen demnach lediglich eine Drehbewegung um die eigene Achse A' aus. Die Gehäuseabstützung der Kraftübertragungselemente 6' ist ebenfalls der schematischen Darstellung zu entnehmen. Anhand des Diagramms der Fig. 5 sind die Vorteile eines erfindungsgemäßen Getriebes mit variabler Übersetzungsstufe 5 entsprechend dem Getriebe der Fig. 4 erkennbar. Ein Pfeil 16 gibt den Verstellbereich des Differential- Variators 4 und ein Pfeil 17 den Verstellbereich der variablen Übersetzungsstufe 5 an. Bei

Verbundstellung weist die Gesamtgetriebe-Ratio einen Verlauf entsprechend der mit einem Pfeil 18 gekennzeichneten Kurve auf.

Wie bei der äußeren Leistungsverzweigung kann eine Wirkungsgradsteigerung erzielt werden, die jedoch vorliegend nicht zu Lasten der Getriebespreizung geht.

Denn durch den Einsatz zweier Getriebestufen mit einer variablen Übersetzung kann zugleich eine Spreizungsvergrößerung bewirkt werden (siehe Fig. 5). Gegenüber einem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe mit äußerer

Leistungsverzweigung kann zudem der bauliche Aufwand deutlich reduziert werden.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Diese stellen nur Beispiele für eine Umsetzung des erfindungsgemäßen Getriebes dar. Abwandlungen sind möglich, die insbesondere die Ausbildung des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators 4 und/oder der Übersetzungsstufe 5 betreffen können.

Die Vorteile des vorgeschlagenen leistungsverzweigten Getriebes gegenüber dem Stand der Technik lassen sich wie folgt zusammenfassen: Aus Sicht der Getriebetechnik - unabhängig von der konkreten Anwendung - kann die Übersetzungsspreizung eines unverzweigten mechanischen Variators vergrößert werden, wobei die innere Leistungsverzweigung im Unterschied zur äußeren

Leistungsverzweigung zu einem reduzierten Bauaufwand führt. Aus Sicht der Anwendung wird durch die leistungsverzweigte Getriebestruktur eine Effizienzsteigerung gegenüber bekannter stufenlos verstellbarer Getriebe bewirkt. Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad des Getriebes durch eine Verbesserung der Reibkontaktbedingungen gesteigert werden. Diese Wirkungsgradsteigerung ist - im Fall einer konstanten Übersetzungsstufe zur Kopplung zweier Wellen des stufenlos verstellbaren mechanischen Variators - auf eine zirkulierende Blindleistung und einer damit einhergehenden Erhöhung der Relativdrehzahl im Reibkontakt

zurückzuführen. Gegenüber einer gestuften Getriebetechnik erhöht der Einsatz eines stufenlos verstellbaren mechanischen Variators zudem den Fahrkomfort.

Die Anwendung E-Bike ist dabei von besonderem Interesse, da hierbei höchste Anforderungen an die Getriebetechnik gestellt werden. Gefordert werden

insbesondere ein geringes Gewicht, ein geringer Bauraumbedarf (Getriebelänge < Radbreite), ein hoher Wirkungsgrad (> 90%), geringe Aktuatorkräfte, da auch eine manuelle Betätigung des Fahrers möglich sein muss, großes Drehmoment (T _max >

160 Nm) und eine Übersetzungsspreizung, die sich an der verfügbarer Stufengetriebe orientiert. Das vorgeschlagene leistungsverzweigte Getriebe vermag diese

Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus ist eine Übertragung auf weitere Anwendungen kleiner Leistung, beispielsweise auf All-Terrain- Vehicles (ATV) und Kraftfahrzeuge (Kfz), interessant.

Bezugszeichenliste:

1 Welle

2 Welle

3 Welle

4 Variator

5 Übersetzungsstufe

6 Kraftübertragungselement

7 Reibkontaktfläche

8 Hohlrad

9 Sonnenrad

10 Wälzlager

11 Pfeil

12 Steg

13 Achse

14 ritzelartiges Element

15 Gehäuseteil

16 Pfeil

17 Pfeil

18 Pfeil