Quasi-stufenloses, formschlüssiaes Satellitenqetriebe Die Erfindung betrifft ein quasi-stufenloses, formschlüssiges Satellitengetriebe, bestehend aus einem Antriebselement und einem Abtriebselement, die durch Ver- schiebung beliebige konzentrische oder exzentrische Lagen mit jeweils unterschied- licher Drehzahlübersetzung einnehmen können, wobei umlaufende Satelliten zyklisch über einen Lastbogenweg einkuppelbar sind und in diesem eingekuppelten Zustand direkt oder indirekt das Drehmoment von dem Antriebselement auf das Abtriebselement übertragen.

Getriebe, die stufenlose Übersetzungsregelungen mit formschlüssiger Übersetzung zulassen, sind als sogenannte Satellitengetriebe beispielsweise aus der EP 0 708 896 B1 bekannt, Dieses Getriebe besitzt mehrere einzelne Räder, die gemeinsam ein Satellitenrad darstellen, das mit einem Zentralrad in einer perma- nenten Formschlussverbindung steht, wobei das Verhältnis der wirksamen Radien des Satellitenrades und des Zentralrades und die gegenseitige exzentrische Lage des Satellitenrades und des Zentralrades zueinander, die durch geeignete Mittel variiert werden kann, das Drehzahlenverhältnis 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 pro Zyklus. Die Räder sind einerseits um die Satellitenrad- achse und andererseits über eine richtungsgeschaltete Kupplung nur in einer Rich- tung um ihre eigene Achse drehbar angeordnet, so dass sie beim Übergang vom lastfreien Weg zum Lastbogenweg durch Formschlusseingriff die Eigenrotation blo- ckierend das anliegende Drehmoment übertragen können. Eine Ungleichförmigkeit der Drehmomentübertragung wird durch Variation der durch den Lastbogen bestimmten wirksamen Radien und/oder der wirksamen Tangentialkomponenten durch eine zyklische Regelung zumindest teilweise kompensiert.

Die WO 03/060348 A1 beschreibt ein Satellitengetriebe, dass eine Ringscheibe mit einer Umfangsnut sowie einen Sternkörper mit Radialnuten besitzt, bei dem Satelli- ten auf der Ringscheibe gekuppelt werden und mittels eines Übertragungsstiftes das Drehmoment in den Sternkörper übertragen wird. Zur Reduzierung oder Eliminierung der Ungleichförmigkeiten durch Variation der durch den Lastbogen bestimmten wirk- samen Radien weist jeder Satellit eine Radialnut auf, in der der Übertragungsstift innerhalb des Lastbogens zumindest im Wesentlichen relativ zum Mittelpunkt der Ringscheibe führbar ist.

Allen vorbehandelten Satellitengetrieben ist gemeinsam, dass das Antriebs-und das Abtriebselement in beliebigem Maße exzentrisch gegenüber verstellbar sind, so dass sich unendlich viele Übersetzungsverhältnisse einstellen lassen. Die Kraftübertra- gung erfolgt bei diesen Getrieben durch zyklisches Ein-bzw. Auskuppeln der Satel- liten auf dem Umfang der Ringscheibe, wobei durch die Richtungswirkung, d. h. den Freilaufeffekt, immer der Satellit kuppelt, der die größte Übersetzung erzeugt. Der Lastbogen wird durch den Bereich, in dem ein Satellit kuppelt, definiert, wohingegen der Bereich, in dem der betreffende Satellit ausgekuppelt ist und im Überholbetrieb läuft, den Leerbogen darstellt. Die Lage des Lastbogens ist im Getriebe theoretisch ortsfest und liegt symmetrisch und parallel um die Linie der exzentrischen Verschie- bung, je nach Übersetzungsrichtung mit negativem oder positivem Vorzeichen zur Verschieberichtung.

Die Lastbogenlänge definiert sich als die Umfangslänge auf der Ringscheibe, die durch ein Segment der Sternscheibe aufgespannt wird. Die Sternscheibe enthält eine Zahl von im Wesentlichen radialen Segmenten, die durch die Zahl der Satelliten bestimmt wird. Theoretisch erfolgt der Kupplungsvorgang genau dann, wenn zwei Satelliten sich in symmetrischen Positionen, also auf gleichen Laufradien befinden.

In solchen exzentrischen Stellungen, in denen ein Satellit in symmetrischer Lage zum voreilenden Satellit exakt in ein Formschlusselement (d. h. einen Zahn oder eine Verzahnung) passt, wird auch in der Praxis die Lastübernahme sehr nahe am theo- retischen Lastbogeneingang erfolgen. In allen Fällen, in denen der Satellit wegen der Lastumkehr im Symmetriepunkt mit dem Kupplungsvorgang beginnt, also um den Übertragungsstift rotiert, um in Eingriff zu kommen, jedoch keine Zahnlücke findet, muss dieser Satellit so lange weiter voreilen, bis er die nächste Zahnflanke erreicht.

Dieser Überholvorgang beginnt zunächst mit sehr geringer Differenzgeschwindigkeit, da aus einfachen geometrischen Überlegungen heraus in der Nähe des Lastbogen- eintritts die Geschwindigkeiten zweier benachbarter Satelliten zunächst identisch sind und nur langsam mit vorschreitender Rotation zunehmen. Bis zum Kupplung- punkt an der im ungünstigsten Fall um eine Zahnbreite entfernten Zahnflanke wird je nach Geometrie des Getriebes ein Differenzwinkel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement überstrichen, der in der Größenordnung des Lastbogen- winkels selbst liegt. Somit ergibt sich in der Praxis eine Verschiebung des Lastbo- gens gegenüber der theoretischen Lage, die mit einem erheblichen Anstieg der Ungleichförmigkeit verbunden ist, da sich deutlich vergrößerte Differenzgeschwindig- keiten zwischen den Satelliten aufbauen. In einigen Stellungen der Exzentrizität resultieren daraus so große Geschwindigkeitsdifferenzen, dass der nachfolgende Satellit gar nicht mehr kuppelt, sondern erst der übernächste Satellit, der eine günsti- gere Zahnlücke findet, direkt in Eingriff kommt.

Kinematikanalysen zeigen, dass in praktisch sinnvoll ausgelegten Getrieben mit ent- sprechenden Parametervorgaben bezüglich der Zahl der Satelliten und der Zähne Überhöhungen der Ungleichförmigkeit durch die oben genannten Lastbogenver- schiebungen in Größenordnungen von 400%, in typischen Varianten z. B. von 1,5% Ungleichförmigkeit auf über 8% auftreten. Die Ungleichförmigkeit, welche durch die Zahl der Satelliten bestimmt wird und die auch bei kraftschlüssiger Kupplung der Satelliten auftritt, wird als primäre (im oben genannten Beispiel 1, 5%) Ungleichför- migkeit bezeichnet. Die Ungleichförmigkeit, die durch die Lastbogenverschiebungen durch ungünstige Lagen der Zähnezahl bestimmt ist, wird als sekundäre Ungleich- förmigkeit (im oben genannten Beispiel 8%-1, 5% = 6, 5%) bezeichnet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Getriebe zu schaffen, das die oben genannten Nachteile nicht besitzt, d. h. das mit größerer Laufruhe betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführte Maßnahme gelöst, wonach die jeweils über exzentrische Verschiebungen mittels eines Stelltriebes eingestellte Lastbogenlänge ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnbreite ist. Die Erfindung geht hierbei von der Überlegung aus, dass bestimmte Exzentrizitäten bzw. Übersetzungs- verhältnisse des Getriebes bevorzugt werden, nämlich jene, bei denen minimale Ungleichförmigkeiten auftreten, d. h. die sekundäre Ungleichförmigkeit verschwindet.

Hierdurch können bei nur geringfügig erhöhtem Fertigungsaufwand sehr ruhig lau- fende Getriebe gefertigt werden, ohne dass praktische Nachteile oder funktionale Einschränkungen in Kauf genommen werden müssen. Tatsächlich werden nämlich in den meisten Fällen praktischer Anwendung keine Getriebe mit unendlich vielen Übersetzungen benötigt. Der Anspruch auf eine"Stufenlosigkeit"konzentriert sich auf eine kontinuierliche Regelung ohne Zugkraftunterbrechung, ohne Bedarf von Trennkupplungen oder Drehmomentwandlern sowie auf die Vermeidung von Stufen- sprüngen im Antriebsstrang. Die Wahl des konstanten Übersetzungsverhältnisses nach Beendigung des Regelvorganges für die anschließende Periode stationären Betriebes, erlaubt daher durchaus gewisse Toleranzen zwischen der gewünschten und der gezielten Übersetzung. Die Erfindung minimiert die Anteile am Betriebs- zyklus von Satellitengetrieben dadurch, dass für den stationären Betrieb mit unver- änderter Stellung der Exzentrizität, also konstanter Übersetzung eine geeignete Rasterung in der Verstellung dafür sorgt, dass solche Werte für die exzentrische Verschiebung angefahren werden, bei denen die Lastbogenlänge zumindest im wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnteilung beträgt.

Vorzugsweise wird hierzu ein Stelltrieb mit einer Rasterung gewählt, mit der die exzentrischen Stellungen einstellbar und verriegelbar sind. Dies kann in einer beson- deren Ausführungsform eine Stellspindel sein, deren Steigung so ausgelegt ist, dass zwei benachbarte Stellungen der Exzentrizität mit ganzzahliger Zähnezahl im Last- bogen um eine Spindeldrehung oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Spindeldre- hung entfernt liegen. In einer solchen Ausführung kann eine einfache Nockenraste- rung in der Spindeldrehung die optimalen Exzentrizitäten fixieren.

Nach einer alternativen Ausführungsform wird ein Sensor verwendet, dessen Schwingungsmesswerte als Stellgröße für die Feineinstellung der Exzentrizität des Antriebs-und des Abtriebselementes dienen, bei der die größte Laufruhe eingestellt ist. Der Sensor kann beispielsweise ein Klopfsensor, der als Körperschallsonde in die Regelung integriert ist, sein, wobei dieser Sensor nicht die jeweilige geometrische Stellung, sondern die durch den Sensor ermittelte Laufruhe als eine Führungsgröße der Regelung benutzt. Im Prinzip lassen sich jedoch auch andere programmierbare Regelungen für bevorzugte Exzentrizitäten verwenden.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Verschiebungsweg, ent- lang dessen das Antriebs-und das Abtriebselement zur Änderung der Drehzahlüber- setzung bewegbar sind, nicht linear, wobei vorzugsweise die anzusteuernden Positi- onen, in denen jeweils die größte Laufruhe herrscht, äquidistant sind und/oder Mittel zur leichten Auffindbarkeit dieser Positionen vorgesehen sind.

Bei dem im Prinzip aus der WO 03/060348 A1 bekannten Satellitengetriebe, das eine Ringscheibe mit einer Umfangsnut und eine Sternscheibe mit Radialnuten sowie Satelliten besitzt, die auf der Ringscheibe gekuppelt werden, verlaufen vorzugsweise die Radialnuten in der Sternscheibe entlang einer nicht linearen Kontur, so dass eine einfache Ansteuerung der Lagen mit minimaler Ungleichförmigkeit möglich ist, vor- zugsweise äquidistante Positionen für minimale Ungleichförmigkeiten erreicht wer- den.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen sowohl der Verschie- bungsweg, entlang dessen das Antriebs-und das Abtriebselement, d. h. im besonde- ren Fall die Ringscheibe sowie die Sternscheibe verschoben werden können, nicht linear als auch der Verlauf der Radialnuten in der Sternscheibe nicht linear ist, um die Ansteuerung der Lage mit minimaler Ungleichförmigkeit zu erleichtern.

Um solche Übersetzungsverhältnisse mit besonderer Laufruhe auszustatten, die im gesamten Lastkollektiv hohe zyklische Betriebszeiten aufweisen, wird eine Zahntei- lung gewählt, bei der die Lastbogenlänge für die bevorzugten Übersetzungsverhält- nisse ein ganzzahliges Vielfaches der gewählten Zahnteilung ist. Insbesondere wird eine Zähnezahl gewählt, die ein ganzzahliges Vielfaches der Satellitenzahl darstellt.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Geometrie der Nuten in der Sternscheibe so auf die Geometrie der exzentrischen Verschiebung abgestimmt, dass die Zahl der Stellungen mit ganzzahliger Zähnezahl im Lastbogen maximiert wird und/oder dass sich eine besonders einfache Stellkinematik für die Rasterung des Stellgetriebes ergibt. Insbesondere können die Nuten der Stern- scheibe gekrümmt und der Verschiebeweg ebenfalls über eine besondere Kontur geführt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die eine schematische Ansicht eines Satellitengetriebes zeigt.

In der einzigen Figur ist eine Sternscheibe 10 mit Radialnuten 11 in einer exzentri- schen Position gegenüber einer Ringscheibe 12 mit einer Verzahnung 13 zu erken- nen. Die exzentrische Verschiebung beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 10 mm. Der Einfachheit halber sind nur drei Satelliten dargestellt, wovon die beiden Satelliten 14 ausgekuppelt sind und sich im Überholbetrieb befinden, da sie im Leer- bogen laufen. Der dargestellte Satellit 15 ist im Lastbogeneintritt in der Verriege- lungsstellung dargestellt. Selbstverständlich sind entsprechend der neun Radialnu- ten 11 neun Satelliten vorgesehen.

Wie in der Zeichnung zu erkennen, ist der Lastbogen durch die beiden Grenzli- nien 16 definiert, die symmetrisch zur Verschieberichtung der Exzentrizität (um 10 mm) liegen und die den Lastbogeneintritt und den Lastbogenaustritt markieren.

Der Lastbogenwinkel ergibt sich mit 360°/9 = 40° für neun Satelliten. Wenn die Umfangslänge 17 innerhalb des Lastbogens auf der Höhe des Radius, auf dem die Verzahnung 13 liegt, ein ganzzahliges Vielfaches der Zahnumfangslänge (etwa der Zahnbreite) ist, also eine ganze ungebrochene Zahl von Zähnen innerhalb dieses Bogens liegen, wird die Kupplung des nachfolgenden Satelliten nicht behindert. Der Satellit kuppelt dann unmittelbar in der Nähe des Lastbogeneintritts, die Lastbogen- verschiebung und damit die sekundäre Ungleichförmigkeit werden minimiert. Alle Exzentrizitäten, für die dieser Zustand erreichbar ist, sind bevorzugte Stellungen des Getriebes mit optimaler Laufeigenschaft.