Satellitenaetriebe Die Erfindung betrifft ein als umlaufendes Schaltwerksgetriebe mit integrierten Frei- läufen ausgebildetes Satellitengetriebe mit einem Antriebs-und einem Abtriebsele- ment, die durch Verschiebung in beliebige konzentrische oder exzentrische Lagen unterschiedliche Drehzahlübersetzungen ermöglichen und von denen eines als Ringscheibe mit mindestens einem Zahnring und das andere als Rotor ausgebildet ist, wobei umlaufende Satelliten mit einem Zahnprofil mit dem Zahnring formschlüs- sig kuppelbar sind und im Kupplungszustand ein Drehmoment von dem Antriebsele- ment auf das Abtriebselement übertragen.

Satellitengetriebe der vorbeschriebenen Art werden beispielsweise in der EP 0 708 896 B1 beschrieben. Das dortige Satellitengetriebe besitzt mehrere ein- zelne Räder, die gemeinsam ein Satellitenrad darstellen, das mit einem Zentralrad in einer permanenten Formschlussverbindung steht. Das Verhältnis der wirksamen Radien des Satellitenrades und des Zentralrades und die gegenseitige exzentrische Lage des Satellitenrades und des Zentralrades zueinander, die durch geeignete Mit- tel variiert werden kann, bestimmt das Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement. Die das Satellitenrad bildenden Räder durchlaufen bei exzentrischer Lage zu einem Zentralrad einen drehmomentübertragenden Lastweg und einen lastfreien Weg in zyklischer Reihenfolge. Drehbar um ihre eigene Achse angeordnet sind die Räder einerseits um die Satellitenradachse und andererseits über eine richtungsgeschaltete Kupplung nur in eine Richtung um ihre eigene Achse, wobei die Räder beim Übergang vom lastfreien Weg zum Lastbogenweg durch den Formschlusseingriff die Eigenrotation blockierend das anliegende Drehmoment übertragen. Nach EP 0 708 896 B1 soll eine Ungleichförmigkeit der Drehmoment- übertragung durch Variation der durch den Lastbogen bestimmten wirksamen Radien und/oder der wirksamen Tangentialkomponenten durch eine zyklische Regelung zumindest teilweise kompensiert werden.

Ein Satellitengetriebe ist ferner aus der WO 03/060348 A1 bekannt, bei dem eine Ringscheibe mit einer Umfangsnut einerseits und ein Sternkörper mit Radialnuten andererseits das Antriebs-und das Abtriebselement bilden. Satelliten, die auf der Ringscheibe kuppelbar sind, übertragen mittels Übertragungsstiften das Drehmo- ment in den Sternkörper. Zur Reduzierung oder Eliminierung von Ungleichförmigkei- ten durch Variation der durch den Lastbogen bestimmten wirksamen Radien weist jeder Satellit eine Radialnut auf, in der der Übertragungsstift innerhalb des Lastbo- gens zumindest im Wesentlichen relativ zum Mittelpunkt der Ringscheibe führbar ist.

Die genannten Satellitengetriebe lassen sich kompakt bauen und können zur stu- fenlosen Einstellung der Drehzahl von Nebenaggregaten, beispielsweise im Kraft- fahrzeugbau verwendet werden.

Allerdings kann es bei einer kompakten Bauweise zu einer ungünstigen Werkstoff- spannungsverteilung in kritischen Bauteilen und damit zu nicht optimalen Werkstoff- ausnutzungen kommen. Insbesondere das in der WO 03/060348 A1 beschriebene Satellitengetriebe mit einer einschnittigen Kraftübertragung zwischen der Ring- scheibe mit der Verzahnung, den Satelliten, den Übertragungsstiften und der Stern- scheibe ist Ursache dafür, dass sowohl die Flächendruckverteilung in den Kontakt- flächen zwischen diesen Bauteilen als auch die innerhalb der Bauteile auftretende Biegespannung sehr hohe Spitzenwerte erreicht, die für die Dimensionierung ver- antwortlich sind, wobei jedoch nur geringe Mittelwerte erzielt werden, aus denen sich die zulässige Belastungsgrenze des Getriebes ergibt.

Weiterhin belasten die auftretenden Fliehkräfte der Satelliten und der Übertragungs- stifte im Überholbetrieb, die zudem noch einschnittig über die oben angesprochenen Kantenlasten aufgefangen werden, den Leerlaufschleppwiderstand und damit den Wirkungsgrad des Getriebes.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Satellitengetriebe anzugeben, bei dem hohe Werkstoffspannungen in den Bauteilen vermieden werden, Fliehkräfte abgefangen werden und die Laufwiderstände verringert werden.

Diese Aufgabe wird durch das Satellitengetriebe nach Anspruch 1 gelöst, bei dem jeder Satellit mit dem Rotor über ein Radialsegment verbunden ist, das um eine mit dem Rotor gemeinsame Drehachse rotierbar angeordnet ist. Die primäre Wirkung des Radialsegmentes liegt in der Fesselung der Fliehkräfte sowie der neuen Gestal- tungsmöglichkeiten, mit denen hohe Werkstoffspannungen vermieden werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So sind die Radialsegmente im Bereich der Drehachse in axialer Richtung verjüngt ausgebildet und gegen die jeweils benachbarten Radialsegmente versetzt angeord- net. Vorzugsweise greifen die Radialsegmente im Bereich der Drehachse ineinander.

Sowohl auf der Drehachse als auch an ihrem entgegengesetzten Ende lassen sich die Radialsegmente mehrschnittig, vorzugsweise zweischnittig, ausbilden. Insbeson- dere können nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung die Radialseg- mente an ihrem der Drehachse abgewandten Ende eine oder in einer zweischnittigen Ausführung zwei Bohrungen aufweisen, durch die ein den Satellit tragender Übertra- gungsstift gesteckt ist.

Die Verbindung zwischen den Radialsegmenten und dem Abtriebselement wird gewährleistet, indem die Radialsegmente Schlitze aufweisen, durch die Stifte des Rotors geführt sind. Vorzugsweise sind die Schlitze der Radialsegmente derart asymmetrisch angeordnet, dass in Richtung der Drehmomentübertragung ein breite- rer Biegeträger und in Leerlaufrichtung ein flacherer Biegeträger entsteht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Stifte auf Flanschen des Rotors frei rotieren oder es ist der Kontaktbereich der Stifte zu den Radialseg- menten, vorzugsweise durch mehrteilige Ausführung, rotatorisch frei gestaltet, wobei insbesondere die Stifte abgeflacht sind, so dass zwischen den Radialsegmenten und den Stiften ein Flächenkontakt, insbesondere ein Vollflächenkontakt, besteht. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung führt die Ringscheibe den Zahnring drehelastisch, radial und planparallel, vorzugsweise unter Zwischenlage eines Gum- miringes (als Anfederung).

In einer praktischen Ausführungsform kann eine Getriebestufe zwei oder mehrere Teilstufen aufweisen, die axial zueinander versetzt angeordnet sind, wobei benach- barte Satelliten zu unterschiedlichen Teilstufen gehören und vorzugsweise separat angefedert sind.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Zeich- nungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Getriebestufe in drei Seitenansichten, Fig. 2 die Getriebestufe in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht sowie zwei Seitenansichten der Achse, der Radialsegmente und des Rotors gemäß Fig. 1 und Fig. 4 den Rotor in drei verschiedenen Ansichten.

Insbesondere Fig. 1 und 2 sind eine Getriebestufe (ohne Gehäuse) mit einer Ring- scheibe 10 zu entnehmen, in der in zwei axial versetzten Ebenen die Zahnschei- ben 11 radial und planparallel geführt und drehelastisch über Gummiringe 12 das Drehmoment übertragen. Die Satelliten 13 sind durch Übertragungsstifte 14 mit Radialsegmenten 15 verbunden, die axial versetzt auf der Achse 16 umlaufen. Der Rotor 17 mit den Flaschen 19 und den Stiften 18, die durch die Radialnuten der Segmente 15 geführt sind, kann mit Hilfe einer nicht dargestellten Vorrichtung in exzentrische Positionen verstellt werden, so dass beliebige Übersetzungsverhält- nisse stufenlos einstellbar sind.

In einer Abkehr vom Stand der Technik erfolgt die Kopplung der Satelliten somit nicht mehr direkt über Übertragungsstifte in die Sternscheibe. Vielmehr sind die Satelli- ten 13 an den Radialsegmenten 15 geführt, die mit den Satelliten 13 umlaufen, die dabei die Fliehkräfte bei minimalen Gleitgeschwindigkeiten aufnehmen, da sie auf der (Dreh-) Achse 16 geführt sind. Um auf dieser Achse 16 Platz zu finden, sind die Segmente 15 axial versetzt und ineinander verschachtelt. Die Übertragung in den Abtrieb übernimmt der Rotor 17 mit Stiften 18, die in Schlitzen der Radialseg- mente 15 laufen und deren Rotationsbewegung über Flansche 19 des Rotors über- nommen wird. Die Übersetzung wird dabei stufenlos durch den Exzenterversatz des Rotors 17 relativ zur Achse 16 der Ringscheibe 10 und den Radialsegmenten 15 bestimmt.

Die Satelliten 13 sind mit den Stiften 14 in den Radialsegmenten 15 zweischnittig geführt und können in den Stiften 14 zum Ein-und Auskuppeln rotieren. Die Zentrifu- galkräfte werden nicht wie in der aus der WO 03/060348 A1 bekannten Ausführung mit hohen Gleitgeschwindigkeiten aufgenommen, sondern verlustarm in der Lage- rung der Segmente 15 auf der Achse 16. Die drehmomentführenden Umfangskräfte werden sowohl an der Achse 16 als auch im Bereich der Stifte überall zweischnittig übertragen, so dass in der Verzahnung und im Rotor keine asymmetrische Kanten- last, sondern eine über die Kontaktfläche im wesentlichen konstante Flächen- pressung entsteht. Die Werkstoffspannungen in den Stiften 14 werden im Wesent- lichen auf reine Schubspannungen reduziert, da die Biegelasten nahezu verschwin- den bzw. vernachlässigbar klein sind.

Die exzentrische Verschiebung, die erforderlich ist, um die gewünschte Übersetzung einzustellen, ist quantitativ klein. Zusätzlich wird das Bauteil kleinsten Durchmessers, nämlich der Rotor und nicht mehr die Sternscheibe mit dem größten Durchmesser (wie bei dem Satellitengetriebe gemäß WO 03/060348 A1) verschoben, so dass ein erheblich kleineres Gehäusemaß entsteht.

Die Überholgeschwindigkeiten in der Verzahnung, die für eine bestimmte Überset- zung benötigt werden, sind durch die Geometrie deutlich geringer mit entsprechend positiver Auswirkung auf entstehende Geräusche, den Verschleiß und den Schlepp- widerstand.

Zum Ausgleich der Ungleichförmigkeit ist die Getriebestufe vorzugsweise in zwei Ebenen unterteilt, wobei die Zahnringe 11 in der Ringscheibe 10 über Umfangsnuten radial und planparallel geführt werden, jedoch in diesen Nuten zunächst frei rotieren.

Der Gummiring 12, der sowohl mit der Ringscheibe 10 als auch mit dem Zahnring 11 form-und/oder stoffschlüssig verbunden ist, fungiert als drehelastische Kupplung.

Die Satelliten 13 laufen versetzt in den beiden Ebenen, so dass die Drehetastizität den eingeriegelten Satelliten vom jeweils nachfolgenden Satelliten, der als nächster einriegeln wird, entkoppelt. Damit wird eine Überlappung der Lastzyklen benachbar- ter Satelliten erreicht, ferner werden die Tangentensprünge der Übertragungsfunktio- nen im Kupplungspunkt geglättet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, können beispielsweise 2 x 4 Satelliten 15 in benachbarten Ebenen rotieren, wodurch die Baubreite dadurch minimierbar ist, dass die Radialsegmente 15 auf der Achse 16 zweischnittig aufge- baut, aber ineinander verschachtelt sind.

Die Kerngedanken der vorliegenden Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfas- sen : Zunächst sind die Satelliten 13 mit Radialsegmenten verbunden, wodurch die Fliehkräfte im Überholbetrieb abgestützt werden. Ferner sind die Radialsegmente im Bereich der Achse 16 versetzt auf ein kleineres axiales Maß, vorzugsweise zwei- schnittig in der Breite reduziert und dabei so axial untereinander versetzt, dass meh- rere Radialsegmente gemeinsam auf einer Achse rotieren können. Die Radialseg- mente 15 weisen Schlitze auf, durch die Stifte 18 eines Rotors 17 geführt sind, so dass das Drehmoment über diesen Rotor 17 weitergeleitet wird. Die Schlitze der Radialsegmente sind derart asymmetrisch angeordnet, dass in Richtung der Dreh- momentübertragung ein breiterer Biegeträger und in Leerlaufrichtung ein flacherer Biegeträger entsteht.

Die Satelliten sind vorzugsweise in den Radialsegmenten mehrschnittig, mindestens zweischnittig geführt. Vorzugsweise sind die Radialsegmente auch auf der Achse mehrschnittig, mindestens zweischnittig geführt.

Die Stifte 18 können auf den Flanschen 19 frei rotieren bzw. der Kontaktbereich der Stifte 18 zu den Radialsegmenten 15 ist durch mehrteilige Ausführungen rotatorisch freigeschaltet, so dass die Stifte in diesem Bereich abgeflacht werden können. Zwi- schen den Radialsegmenten 15 und den Stiften 18 ist ein Vollflächenkontakt (anstelle einer Hertz'schen Linienberührung) möglich.

Ferner sind die Ringscheibe 10 und die Zahnscheiben 11 drehelastisch und radial sowie planparallel geführt. Durch Aufteilung einer Getriebestufe in zwei oder mehrere Teilstufen, die axial versetzt angeordnet sind, wobei benachbarte Satelliten zu ver- schiedenen Teilstufen gehören, kann eine separate Anfederung benachbarter Satel- liten realisiert werden.