THINK DIFFERENT-ial

Ausgleichsgetriebe: Eine einfache Erklärung

Ein Ausgleichsgetriebe ist eine clevere Erfindung, die es ermöglicht, Rotationsenergie zwischen mindestens drei Drehanschlüssen auszutauschen. Es besteht aus mindestens einem Planetenrad und einem damit kämmenden Sonnen- oder Hohlrad.

In Fahrzeugen ermöglicht das Ausgleichsgetriebe eine reibungslose Kurvenfahrt, indem es unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten zwischen den beiden angetriebenen Rädern zulässt. Das äußere Rad muss dabei schneller drehen als das innere Rad.

Die Antriebswelle, die die Energie vom Motor zu den Rädern überträgt, dreht sich immer mit einer mittleren Drehzahl (n1). Die Drehzahlen der beiden angetriebenen Räder (n2 und n3) sind abhängig von dieser mittleren Drehzahl und einer kleinen Differenz (Δn). Mit anderen Worten: n2 = n1 + Δn und n3 = n1 - Δn.

Ein typisches Differential, eine Art von Ausgleichsgetriebe, hat drei Scheiben. Die mittlere Scheibe, die mit der Antriebswelle verbunden ist, rotiert mit der Drehzahl n1. In dieser Scheibe sind Ritzel gelagert, die mit Δn um ihre eigenen Achsen rotieren und mit den Verzahnungen an den beiden seitlichen Scheiben kämmen. Diese Drehzahl Δn addiert sich einmal zu n1 und subtrahiert sich ein anderes Mal von n1, um den beiden seitlichen Scheiben die Drehzahlen n2 und n3 zu vermitteln.

Bei trockener Fahrbahn funktioniert das Ausgleichsgetriebe hervorragend. Bei Glatteis jedoch kann ein Rad, das die Haftung am Boden verloren hat, so stark beschleunigen, dass das andere Rad, das noch Bodenhaftung hat, stehen bleibt. Das Fahrzeug erhält dann keinen Vortrieb mehr.

Um dieses Problem zu lösen, gibt es in manchen Fahrzeugen sogenannte Sperrdifferentiale. Diese können den Freiheitsgrad sperren oder hemmen, so dass alle Räder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen: n1 = n2 = n3. Allerdings sind solche Sperrdifferentiale teuer, erfordern meist eine manuelle Aktivierung und sind mit einem Energieverlust verbunden.

Selbstsperrendes Ausgleichsgetriebe (DE 26 09 377 A1)

Dieses selbstsperrende Ausgleichsgetriebe ist für Fahrzeuge konzipiert und verfügt über eine Antriebs- und zwei Abtriebswellen. Es enthält mindestens ein zusätzliches Element, das als hydrodynamisches oder viskoses Kupplungs- oder Bremselement fungiert. Bei gleicher Drehzahl gibt oder nimmt dieses Element kein Moment von den anderen Wellen auf. Bei einer Drehzahldifferenz der Abtriebswellen ändert sich jedoch die Momentenverteilung an den Abtriebswellen. Es ist bekannt, dass dreistufige Planetenräder verwendet werden, aber der Planetenradträger, der diese Planetenräder trägt, ist nicht frei drehbar gelagert.

Aktives Differential (DE 10 2006 040 144 A1)

Dieses aktive Differential besteht aus einem Getriebeteil und einem Regelteil. Der Getriebeteil hat ein mindestens 4-welliges Überlagerungsgetriebe mit den beiden Abtriebswellen und zwei Reaktionswellen. Jede Reaktionswelle ist mit einer Drehmoment aufprägenden Einrichtung im Regelteil verbunden. Es gibt eine Ausführungsform mit dreistufigen Planetenrädern, aber der Planetenradträger, der diese Planetenräder trägt, ist nicht frei drehbar gelagert.

Ausgleichsgetriebe für Kraftfahrzeuge (DE 850 696 B)

Dieses Ausgleichsgetriebe besteht aus einem Antriebsgehäuse, drei gleichachsigen, relativ drehbaren Zahnrädern und verzahnten Umlaufkörpern. Eines der Zahnräder ist mit dem Antriebsgehäuse verbunden und zwei sind mit den Triebwellen verbunden. Die Umlaufkörper sind Ritzel mit einer einzigen Verzahnung, die mit allen drei gleichachsigen Rädern kämmen. Allerdings haben die Umlaufkörper bzw. Planetenräder jeweils nur eine einzige Verzahnung.

Stufenloses Getriebe (EP 1 600 664 A1)

Dieses stufenlose Getriebe besteht aus einem Tragkörper und mehreren peripheren Zahnrädern. Die Zahnräder sind so an dem Tragkörper oder an damit mechanisch gekoppelten Elementen gelagert, dass ihre Drehachsen parallel zueinander sind. Die Abstände zwischen den Drehachsen der Zahnräder sind verstellbar, sodass sie sich immer auf der Mantelfläche eines gedachten Zylinders befinden.

Das Getriebe enthält auch mindestens eine Reihe von Elementen, die die peripheren Zahnräder umgeben und mit mindestens einem der Zahnräder kämmen. Zusätzlich gibt es einen Drehkörper, der vorzugsweise koaxial zur Rotationsachse des gedachten Zylinders ist. Die Drehbewegung dieses Körpers ist mit der Drehbewegung der peripheren Zahnräder gekoppelt.

Die Kopplung erfolgt mittels eines oder mehrerer Differentiale, sodass eine asynchrone Drehung der peripheren Zahnräder möglich ist. Obwohl dieses stufenlose Getriebe Differentialgetriebe verwendet, gibt es keine selbsttätig aktivierte Sperrung oder Hemmung der Abtriebswellen.

Verbesserung des Ausgleichsgetriebes

Aus den Nachteilen des bisherigen Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe, ein Ausgleichsgetriebe so weiterzuentwickeln, dass auch auf glattem Untergrund die Haftung nicht verloren geht und das Durchdrehen eines Rades vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Erfinder hat erkannt, dass die Struktur bekannter Differentiale verbessert werden kann, um den obigen Anforderungen gerecht zu werden. Die erfindungsgemäße Anordnung basiert auf folgenden Überlegungen:

Anstelle der bisherigen Strukturgleichungen n2 = n1 + Δn, n3 = n1 -Δn geht die Erfindung von folgenden Gleichungen aus: n2 = n1 + Δn2 bzw. Δn2 = n2 - n1; n3 = n1 + Δn3 bzw. Δn3 = n3 - n1; Δn1 = n3 - n2 = Δn3 - Δn2;

Für Δn3 = - Δn2 = Δn folgt: |Δn1| = 2 * |Δn| = 2 * |Δn2| = 2 * |Δn3|.

Verbesserung von Differentialen

Bei herkömmlichen Differentialen kann eine kleinere Relativdrehzahl (Δn = Δn2 = - Δn3) zwischen einem angetriebenen Rad und der Antriebswelle eine doppelt so große Relativdrehzahl (Δn1 = 2 * Δn) zwischen den beiden angetriebenen Rädern verursachen. Dies kann zu unerwünschtem Durchdrehen führen. Es wäre jedoch ausreichend, wenn das Differential so ausgelegt wäre, dass nur die größere Differenzdrehzahl (|Δn1|) zwischen den beiden angetriebenen Rädern die kleineren Differenzdrehzahlen (|Δn2|, |Δn3|) verursacht.

Neue Anordnung

Bei einem typischen Ausgleichsgetriebe hat mindestens ein Planetenrad - in axialer Richtung versetzt - drei verzahnte Umfangsbereiche mit jeweils unterschiedlichem Radius (r1, r2, r3). Jeder dieser Bereiche kämmt mit einem Sonnen- oder Hohlrad, das fest mit einem Drehanschluss des Ausgleichsgetriebes verbunden ist.

Es gibt also drei verschiedene Radien (r1, r2, r3) eines Planetenrades, was zu einem größten Radius (rP,max), einem mittleren Radius (rP,mittel) und einem kleinsten Radius (rP,min) führt. Diese verzahnten Bereiche sind konzentrisch zu einer gemeinsamen Achse des betreffenden Planetenrades angeordnet, was bedeutet, dass auch die damit kämmenden Sonnen- oder Hohlräder unterschiedliche Radien haben müssen.

Im Allgemeinen gibt es nur drei Sonnenräder oder nur drei Hohlräder. Mischformen mit ein oder zwei Sonnenrädern und entsprechend zwei oder nur einem Hohlrad sind denkbar, zeigen aber nach aktuellem Kenntnisstand des Erfinders wahrscheinlich schlechtere Eigenschaften.

Das Sonnen- (oder Hohl-) Rad mit dem mittleren Radius (rS,mittel) entspricht bei der Anwendung in einem Fahrzeug dem mit der Antriebswelle gekoppelten Drehanschluss „1“. Die beiden anderen Sonnen- (oder Hohl-) Räder mit dem größten und kleinsten Radius (rS,max, rS,min) entsprechen den Drehanschlüssen „2“ und „3“ für die anzukoppelnden Fahrzeugräder.

Aufgrund dieser festgelegten Zusammenhänge gilt für das erfindungsgemäße Ausgleichsgetriebe an den Eingriffspunkten zwischen den drei Umfangsbereichen eines Planetenrades im nicht synchronen Betrieb bestimmte Geschwindigkeitsverhältnisse. Dabei bezeichnet v die Geschwindigkeit am Umfang des betreffenden Getrieberades, genauer gesagt die Geschwindigkeit auf dem Kontaktkreis zwischen miteinander kämmenden Zahnrädern bzw. Verzahnungen.

1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes, wobei der Drehanschluss an die unterschiedlichen Radienbereiche der Planetenräder über Sonnenräder erfolgt;
2 eine der 1 entsprechende Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes, wobei der Drehanschluss an die unterschiedlichen Radienbereiche der Planetenräder über Hohlräder erfolgt;
3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes mit der grundlegenden Struktur nach 1, als Bestandteil eines erweiterten Ausgleichsgetriebes mit mehr als drei Drehanschlüssen, dargestellt in einem Schnitt entlang der Längsachse einer zentralen An- oder Abtriebsachse;
4 ein stufenloses Getriebe, worin das erweiterte Getriebe nach 3 zum Einsatz gelangt, in einer Ansicht in Richtung der Längsachse von 3; sowie
5 einen Längsschnitt durch das stufenlose Getriebe nach 4, worin das erweiterte Ausgleichsgetriebe nach 3 erkennbar ist.

Die Ausgleichsgetriebe 1 und 1’ nach 1 und 2 haben eine vergleichbare Funktion und verfügen über viele strukturelle Ähnlichkeiten, die zunächst gemeinsam behandelt werden sollen:

Beide Ausgleichsgetriebe 1; 1' sind in je einem Gehäuse 2 aufgenommen, welches einen inneren Hohlraum 3 umschließt und jeweils drei Durchtrittsstellen 4, 5, 6 für insgesamt drei Drehanschlüsse 7, 8, 9 aufweist.

Jedes Gehäuse hat eine zylindrische Form mit einem Zylindermantel, der an beiden Enden von einer kreisrunden Stirnplatte abgeschlossen wird. Eine Durchtrittsstelle für einen Drehanschluss befindet sich am Zylindermantel, während die anderen beiden Durchtrittsstellen für die restlichen Drehanschlüsse sich in jeder Stirnplatte befinden, vorzugsweise im Zentrum jeder Stirnplatte.

Im Bereich jeder Durchtrittsstelle kann das Gehäuse einen nach außen ragenden Hülsenansatz haben, in dem zwei Lager, vorzugsweise Wälzlager, in Längsrichtung der betreffenden Hülse versetzt angeordnet sind. Diese Lager befinden sich in Vertiefungen an der Innenseite des Gehäuses oder der betreffenden Hülse. Die Innenringe der Lager umgreifen jeweils eine Drehachse als nach außen ragenden Drehanschluss.

Die beiden stirnseitigen Drehachsen fluchten miteinander, während die mantelseitige Drehachse in einem rechten Winkel dazu verläuft. Die gemeinsame Rotationsachse der beiden fluchtenden Drehachsen ist konzentrisch zum Gehäusemantel und wird als Hauptachse des Ausgleichsgetriebes bezeichnet.

Alle Drehachsen enden im Inneren des Gehäuses und sind vorzugsweise im Bereich ihres inneren Endes mit einem verzahnten Getriebeelement versehen.

Die beiden fluchtenden Drehachsen tragen jeweils ein stirnverzahntes Zahnrad, die in dem Ausgleichsgetriebe die Funktion eines Sonnenrades haben. Beide Sonnenräder haben unterschiedliche Radien.

Die dritte, dazu rechtwinklige Drehachse trägt an ihrem inneren Ende ein Kegelrad, dessen Mantel sich nach innen hin verjüngt. Dieses Kegelrad kämmt mit einer rundum laufenden Verzahnung an einem teils hülsenförmigen, teils scheibenförmigen Drehteil. Dieses Drehteil hat einen radial innen liegenden Hülsenabschnitt, der auf einer der beiden fluchtenden Drehachsen mittels Lagern, vorzugsweise mittels zweier, in axialer Richtung versetzter Lager, verdrehbar gelagert ist. Diese Lager befinden sich zwischen den Wälzlagern der betreffenden Drehachse einerseits und dessen Sonnenrad andererseits.

An einem Ende des radial inneren Hülsenabschnitts, vorzugsweise an dessen der benachbarten Gehäusestirnseite zugewandten Ende, schließt sich eine Kreisringscheibe an, die drehfest mit dem Hülsenabschnitt verbunden ist. Diese Kreisringscheibe erstreckt sich parallel zur der betreffenden Gehäusestirnseite radial nach außen. Dort ist an der dem Kegelrad zugewandten Seite der Kreisringscheibe eine Verzahnung angeformt, die mit dem Kegelrad kämmt. Zu diesem Zweck verlaufen die Mantelflächen der Verzahnungen entlang von Kegelflächen, deren Öffnungswinkel jeweils etwa 90° betragen, so dass die Querschnitte dieser Mantelflächen also jeweils unter einem Winkel von 45° verlaufen, bezogen auf die Hauptachse des Ausgleichsgetriebes.

Schließlich hat die innere Hülse an ihrem freien Ende, das von der Kreisscheibe abgewandt ist, eine rundum laufende Verzahnung an ihrer Außenfläche. Diese Verzahnung kann als drittes Sonnenrad des Ausgleichsgetriebes betrachtet werden. Der Radius dieses Sonnenrades liegt zwischen den Radien der beiden anderen Sonnenräder. Die Anordnung ist so getroffen, dass die drei Sonnenräder unmittelbar nebeneinander liegen.

Mit all diesen Sonnenrädern kämmen jeweils mehrere Planetenräder, die in einem gemeinsamen Planetenradträger gelagert sind, vorzugsweise mittels Wälzlagern an beiden Stirnseiten der Planetenräder.

Der Planetenradträger hat einen etwa U-förmigen Querschnitt und verfügt über einen radial außen liegenden Hülsenabschnitt, der zwei endseitige Kreisringscheiben miteinander verbindet. Zur Erleichterung der Montage und/oder Demontage des Ausgleichsgetriebes kann der Planetenradträger aus zwei oder mehr Teilen lösbar zusammengesetzt sein.

Der Planetenradträger ist im Bereich der radial innen liegenden Ränder seiner beiden Kreisringscheiben an dem zweifach verzahnten Drehteil einerseits gelagert, andererseits an der diesem gegenüber liegenden Drehachse.

Der Planetenradträger ist so gestaltet, dass er alle drei Sonnenräder außen umgreift. Zu diesem Zweck ist sein Hülsenabschnitt länger als die Summe der Dicken der drei Sonnenräder. Die Längen der Planetenräder entsprechen etwa der axialen Länge des Hülsenabschnitts, so dass sich die Planetenräder entlang aller drei Sonnenräder erstrecken.

Jedes Planetenrad verfügt über drei Verzahnungsabschnitte, die jeweils unterschiedliche Radien aufweisen. Dabei ist der kleinste Planetenrad-Radius dem größten Sonnenrad-Radius zugeordnet, und umgekehrt. Alle drei Verzahnungen sind ständig mit allen Sonnenrädern in Verzahnungseingriff.

Die Umlaufrichtung und -geschwindigkeit des Planetenradträgers relativ zum Drehteil bestimmt das Übertragungsverhalten des Ausgleichsgetriebes:

Wenn das Drehteil und der Planetenradträger synchron miteinander umlaufen, stehen die Planetenräder relativ zum Planetenradträger still, und demzufolge rotieren die beiden stirnseitigen Drehachsen ebenfalls synchron miteinander.

Ist dies nicht der Fall, d.h., wenn das Drehteil und der Planetenradträger asynchron zueinander rotieren, dann hängt das Drehverhalten der Drehachsen von der relativen Umdrehungsrichtung ab:

Wenn der Planetenradträger schneller rotiert als das Drehteil, dann rotiert die Drehachse mit dem kleineren Sonnenrad langsamer als das Drehteil, die Drehachse mit dem größeren Sonnenrad dagegen schneller als das Drehteil.

Falls der Planetenradträger dagegen langsamer rotiert als das Drehteil, dann rotiert die Drehachse mit dem kleineren Sonnenrad schneller als das Drehteil, die Drehachse mit dem größeren Sonnenrad dagegen langsamer als das Drehteil.

Theoretisch könnte der Planetenradträger sogar in entgegengesetzter Richtung zum Drehteil rotieren; dies würde als langsamere Rotation des Planetenradträgers im Vergleich zum Drehteil betrachtet.

Die Hemmung innerhalb des Getriebes ist so eingestellt, dass bei jedem von außen angreifenden Drehmoment zwischen dem mantelseitigen Drehanschluss und einem der beiden stirnseitigen Drehanschlüsse Selbsthemmung eintritt. Das bedeutet, ein solches Drehmoment kann keine von Null abweichende Relativdrehzahl zwischen dem Planetenradträger und dem Drehteil erzeugen; das Ausgleichsgetriebe bleibt in synchronem Zustand und sperrt. Das heißt, die beiden miteinander fluchtenden Drehachsen rotieren stets mit gleicher Drehzahl, auch wenn ein an eine solche Drehachse angeschlossenes Fahrzeugrad die Bodenhaftung verliert.

Andererseits sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaarungen der beiden extremen Sonnenräder und/oder der miteinander fluchtenden Drehachsen so groß, dass für zwischen diesen Sonnenrädern oder Drehachsen von außen einwirkende Drehmomente keine Selbsthemmung eintritt. Wenn also zwei an diese Drehachsen angeschlossene Fahrzeugräder bei einer Kurvenfahrt mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren wollen, so wird dies das Ausgleichsgetriebe erlauben. Dabei rollen die Planetenräder gemeinsam an dem Sonnenrad ab.

Diese Funktion leistet auch das Ausgleichsgetriebe nach 2:

Dieses unterscheidet sich vor allem darin, dass mit den beiden Drehachsen anstelle von Sonnenrädern jeweils Hohlräder verbunden sind.

Ferner hat das Drehteil einen U-förmigen Querschnitt ähnlich dem Planetenradträger aus 1, und ist über die Innenränder seiner beiden Kreisringscheiben auf den beiden Drehachsen gelagert. An der Außenseite des hülsenförmigen Mittelteils befindet sich eine Kegelverzahnung, an seiner Innenseite eine Hohlradverzahnung.

Mehrere Planetenräder mit jeweils drei Verzahnungsabschnitten unterschiedlichen Durchmessers sind in einem Planetenradträger gelagert, der ebenfalls eine U-förmige Querschnittsgeometrie aufweist; allerdings werden in diesem Fall die beiden Kreisringscheiben des Planetenradträgers durch ein hülsenförmiges Teil verbunden, welches die beiden radial inneren Ränder dieser beiden Kreisringscheiben miteinander verbindet. Der Planetenradträger ist auf den beiden miteinander fluchtenden Drehachsen gelagert, zwischen den daran angeformten Hohlrädern.

Die Planetenräder verfügen wiederum über drei Verzahnungsabschnitte, welche ständig mit allen Hohlrädern in Verzahnungseingriff sind. Dies wird durch die folgende Relation sichergestellt: r S ,max − r P ,max = r S ,mittel − r P ,mittel = r S ,min − r P ,min = e .

Auch hier ist dem mantelseitigen Drehanschluss die Zahnradpaarung mit den mittleren Radien zugeordnet.

Die Umlaufrichtung und -geschwindigkeit des Planetenradträgers im Vergleich zum Drehteil bestimmt auch das Übertragungsverhalten des Ausgleichsgetriebes:

• Wenn das Drehteil und der Planetenradträger synchron miteinander umlaufen, stehen die Planetenräder relativ zum Planetenradträger still, und folglich rotieren die beiden stirnseitigen Drehachsen ebenfalls synchron miteinander.
• Ist dies nicht der Fall, also wenn das Drehteil und der Planetenradträger asynchron zueinander rotieren, dann hängt das Drehverhalten der Drehachsen von der relativen Umdrehungsrichtung ab:
  • Wenn der Planetenradträger schneller rotiert als das Drehteil, dann rotiert die Drehachse mit dem kleineren Hohlrad schneller als das Drehteil, die Drehachse mit dem größeren Hohlrad dagegen langsamer als das Drehteil.
  • Wenn der Planetenradträger langsamer rotiert als das Drehteil, dann rotiert die Drehachse mit dem kleineren Hohlrad langsamer als das Drehteil, die Drehachse mit dem größeren Hohlrad dagegen schneller als das Drehteil.
• Theoretisch könnte der Planetenradträger sogar in entgegengesetzter Richtung zum Drehteil rotieren; dies würde als langsamere Rotation des Planetenradträgers im Vergleich zum Drehteil betrachtet.

Die Hemmung innerhalb des Getriebes ist so eingestellt, dass für jedes von außen angreifende Drehmoment zwischen dem mantelseitigen Drehanschluss und einem der beiden stirnseitigen Drehanschlüsse Selbsthemmung eintritt. Während die Übersetzungsverhältnisse zwischen den beiden Zahnradpaarungen der beiden extremen Hohlräder und/oder der miteinander fluchtenden Drehachsen so groß sind, dass für zwischen diesen Hohlrädern oder Drehachsen von außen einwirkende Drehmomente keine Selbsthemmung eintritt. Dies ermöglicht Kurvenfahrten, bei denen zwei angetriebene Räder unterschiedlich schnell rotieren, während ein Rad allein auch im Fall des Verlustes der Bodenhaftung nicht durchdrehen kann.

In Abbildung 3 ist ein besonderer Anwendungsfall eines erfindungsgemäßen Ausgleichsgetriebes in einem erweiterten Getriebe dargestellt. In der Mitte der Abbildung ist ein Ausgleichsgetriebe zu sehen, welches die gleiche Struktur hat wie das Getriebe nach Abbildung 1. Es gibt drei Sonnenräder mit unterschiedlichen Radien sowie mehrere, damit kämmende und in einem Planetenradträger gelagerte Planetenräder mit jeweils drei Verzahnungsabschnitten, welche jeweils unterschiedliche Radien aufweisen. Es gilt: r P ,min + r S ,max = r P ,mittel + r S ,mittel = r P ,max + r P ,min = e.

Das Sonnenrad mit dem mittleren Radius ist in diesem Fall unmittelbar mit einem die komplette Anordnung durchsetzenden, zentralen Drehanschluss verbunden, der auf einer Abtriebswelle aufsitzt. Die beiden anderen Sonnenräder sind jeweils endseitig an je einer von zwei rohrförmig ausgebildeten, auf dem zentralen Drehanschluss geführten und vorzugsweise daran gelagerten Achsen ausgebildet.

An jeder der beiden Achsen ist jeweils ein weiteres Differentialgetriebe herkömmlicher Bauart angeordnet. Jedes besteht aus einem zentralen Differentialkäfig, der fest mit der betreffenden Achse verbunden ist, sowie zwei in axialer Richtung versetzten Differentialscheiben. Jede Scheibe hat eine umlaufende Verzahnung, die mit verschiedenen Differential-Kegelrädern kämmt, die im Differentialkäfig gelagert sind.

Die beiden Differentialscheiben beider Differentialgetriebe sind an ihrem Außenumfang jeweils mit einer Verzahnung versehen. So erhält man bereits vier äußere Drehanschlüsse, zusätzlich zum inneren Drehanschluss.

Außerdem können die Sonnenräder noch mit von allen Drehanschlüssen abweichenden Drehzahlen rotieren. Daher macht es Sinn, diese Sonnenräder seitlich des Planetenradträgers in Form von Scheiben nach außen zu vergrößern und an ihrer Peripherie ebenfalls mit je einer rundum laufenden Verzahnung zu versehen. Damit ist es schließlich möglich, insgesamt sechs unterschiedliche Drehbewegungen über die Drehanschlüsse aufzunehmen und zusammenzufassen und an einer Abtriebswelle zur Verfügung zu stellen.

Ein Anwendungsfall für das erweiterte Getriebe bildet das stufenlose Getriebe. Hier erkennt man das erweiterte Getriebe wieder. Der zentrale Drehanschluss, welcher mit dem mittleren Sonnenrad des Getriebes verbunden ist, befindet sich im Zentrum eines beispielsweise sechsarmigen Sterns, dessen Arme jeweils zwei Paare von exzentrischen Zahnrädern aufweisen.

Von diesen befindet sich jeweils ein radial weiter innen liegendes Zahnrad noch innerhalb eines das erweiterte Getriebe umschließenden Gehäuses, welches die Gestalt einer zylinderförmigen Dose aufweisen kann.

Das Gehäuse kann seinerseits derart drehbar gelagert sein, dass es um die zentrale Achse des zentralen Drehanschlusses rotierbar ist, und kann beispielsweise eine rundum laufende Verzahnung aufweisen, worüber es seinen Drehantrieb erhält.

Von den sechs innerhalb des Gehäuses liegenden Zahnrädern ist jedes mit je einer der sechs Verzahnungen an den verschiedenen Drehanschlüssen des erweiterten Getriebes über je eine endlose Kette gekoppelt. Diese Zahnräder sind mit je einer von sechs, zu dem zentralen Drehanschluss parallelen, exzentrisch innerhalb des Gehäuses gelagerten Drehwellen drehfest verbunden. Auf ihren nach außen ragenden Enden tragen sie je ein weiteres Zahnrad, sowie je einen um die betreffende Drehwelle verschwenkbaren Hebel. Im Bereich des äußeren Endes jedes Hebels ist je ein weiteres Paar von Zahnrädern gelagert, welche durch eine Drehwelle drehfest miteinander verbunden sind. Wenn also das axial demgegenüber versetzte, weitere Zahnrad eine Drehbewegung erfährt, so teilt es diese über die Kette, das weitere innen liegende Zahnrad und die Drehwelle dem innerhalb des Gehäuses liegenden Zahnrad mit, und die Drehbewegung pflanzt sich von dort über die betreffende Kette fort bis zu den Verzahnungen an einem Drehanschluss des erweiterten Getriebes.

Die freien Zahnräder sind größtenteils von einer weiteren Kette umschlungen. Diese Kette, die wir als Hauptkette bezeichnen, ist nicht endlos, sondern hat zwei Enden. Eines dieser Enden ist am Chassis des stufenlosen Getriebes verankert, während das andere Ende über ein Federelement mit dem Chassis verbunden ist.

Das Federelement ermöglicht es der Hauptkette, sich an unterschiedliche Schwenkpositionen der Hebel anzupassen. Insbesondere ist eine erste Schwenkposition der Hebel dargestellt, bei der sich die äußeren Drehwellen relativ weit außen befinden - die Arme sind nahezu gestreckt - und eine zweite Schwenkposition der Hebel ist angedeutet, bei der sich die äußeren Drehwellen weiter innen befinden, da die Arme stärker abgewinkelt sind. Natürlich hat in ersterem Fall ein dem Stern umschriebenes Sechseck einen größeren Umfang als in dem zweiten Fall, und genau dieser Tatsache trägt die durch das Federspannelement geschaffene Verstellmöglichkeit Rechnung.

Wenn alle Schwenkhebel auf einander entsprechende Schwenkpositionen eingestellt sind, liegen für das stufenlose Getriebe quasi-statische Zustände vor. Das bedeutet, bei einer von außen angeregten Drehung des Gehäuses laufen alle Zahnräder mit gleichmäßiger Geschwindigkeit an der Hauptkette entlang und erfahren dabei gleiche Drehzahlen, die über die Kettentrume nach innen zu den verschiedenen Verzahnungen an den Drehanschlüssen des erweiterten Getriebes transformiert werden.

Diese Drehanschlüsse mit den Verzahnungen drehen sich demnach alle mit der gleichen Geschwindigkeit, und alle Teile des erweiterten Getriebes rotieren daher mit einer einheitlichen Drehzahl. Die Drehmomente addieren sich dabei an dem zentralen Drehanschluss und können an dieser über einen nach außen ragenden Wellenfortsatz der Abtriebswelle abgegriffen werden.

Je nach der Schwenkposition der Hebel drehen sich die Zahnräder bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit des Gehäuses schneller oder langsamer und teilen diese größere oder kleinere Drehzahl der Abtriebswelle mit. Für diesen quasi-statischen Betrieb wäre kein Differential oder erweitertes Getriebe erforderlich, wohl aber für die Phasen der Schwenkverstellung der Hebel. Denn dabei bewegt sich die Hauptkette in ihrer Längsrichtung, vom Spannmittel veranlasst. In dieser Phase treten im Allgemeinen unterschiedliche Drehzahlen an den verschiedenen Zahnrädern auf, und müssen durch das erweiterte Getriebe flexibel an den zentralen Drehanschluss weitergegeben werden.

Man könnte daran denken, für diesen Zweck nur Differentiale herkömmlicher Bauart miteinander zu koppeln. Dies birgt jedoch einen gravierenden Nachteil: Es gibt einen gewissen Spalt zwischen den beiden Enden der Hauptkette, und bei einer Rotation des Gehäuses muss also in regelmäßigen Zeitabständen jeweils ein Zahnrad von dem rückwärtigen, gespannten Ende der Hauptkette zu deren vorderem, fest fixierten Ende hin umgesetzt werden. Dabei verliert dieses Zahnrad vorübergehend den Verzahnungseingriff mit der Hauptkette gänzlich, d.h., bei einem Ausgleichsgetriebe herkömmlicher Bauart könnte dieses Zahnrad durchdrehen und dabei jede beliebige Drehzahl annehmen. Daher wäre beispielsweise nicht gewährleistet, dass dieses Zahnrad nach Überquerung des Spaltes in der Hauptkette gerade wieder in ein Kettenglied passend einrastet.

Die Erfindung ermöglicht es, alle Zahnräder über das erweiterte Getriebe so zu verbinden, dass sie stets definierte Drehzahlen haben. Wenn ein Zahnrad den Spalt in der Hauptkette überquert, überträgt das Getriebe die Drehzahlen der anderen Zahnräder auf dieses, sodass es automatisch wieder in Eingriff kommt.

Der Wellenfortsatz kann als Abtriebswelle genutzt werden, wobei je nach Einstellung der exzentrischen Zahnräder verschiedene Drehzahlen möglich sind. Ein zusätzliches Planetengetriebe kann integriert werden, wenn die Abtriebswelle niemals stillsteht.

Dieses Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mehreren Planetenrädern, die in einem gemeinsamen Planetenradträger gelagert sind. Die Drehbewegung des Planetenradträgers kann abgegriffen werden und stellt eine Differenzdrehzahl dar, die bei synchronem Betrieb zu Null werden kann. Dies eröffnet vielfältige Einstellungsmöglichkeiten, einschließlich einer gegenläufigen Drehrichtung.