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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Extrudieren, bei dem das zu extrudierende Material von einer
Extruderschnekke innerhalb eines Extrudergehäuses transportiert wird und
bei dem das Material entlang des Transportweges innerhalb des Extrudergehäuses an
mindestens einer Drossel vorbeigeführt wird, die einen Drosselspalt
derart bereitstellt, daß vor
und hinter der Drossel ein unterschiedlicher Druck im Material erzeugt
wird.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus
eine Vorrichtung zum Extrudieren, die eine in einem Extrudergehäuse geführte Extruderschnecke
aufweist und bei der entlang eines Transportweges für das zu
extrudierende Material innerhalb des Extrudergehäuses mindestens eine Drossel
angeordnet ist, die einen Drosselspalt bereitstellt.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen
werden beispielsweise eingesetzt, um Materialien zu plastifizieren,
die anschließend
spritzgußtechnisch verarbeitet
werden. Insbesondere erfolgt eine Anwendung auch zur Aufbereitung
von Materialien, die im Anschluß an
eine Formgebung vulkanisiert werden. Eine derartige Vulkanisierung
kann bei gummielastischen Materialen für die Reifenherstellung erfolgen.
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Bei einer Reihe von Materialien entstehen bei
der Plastifizierung Gase bzw. es werden bereits vor der Plastifizierung
im Material enthaltene Gase freigesetzt. Zur Unterstützung einer
Entgasung des Materials wird entlang eines Transportweges des Materials
innerhalb des Extrudergehäuses
eine Drossel eingesetzt, die im Bereich des Materials einen Druckgradienten
bereitstellt. In Transportrichtung vor der Drossel herrscht hierbei
ein höherer
und in Transportrichtung hinter der Drossel ein relativ zu dem höheren Druck
niedrigerer Druck. Vorteilhafterweise wird hinter der Drossel eine
Ableitung der zu entfernenden Gase durchgeführt.
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Gemäß einer bereits bekannten Konstruktion wird
auf der Extruderschnecke ein Drosselring angeordnet, so daß zwischen
dem Drosselring und der Innenbegrenzung des zylindrischen Extrudergehäuses ein
Ringspalt erzeugt wird. Dieser Ringspalt wirkt als eigentliche Drosselstelle.
Eine derartige Konstruktion hat sich bereits bei einer Vielzahl
von Anwendungen bewährt.
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Bei einer Verarbeitung unterschiedlicher
Materialien, die für
eine optimale Verarbeitung unterschiedliche Drosselspalte benötigen, kann
eine derartige Konstruktion aber noch nicht alle Anforderungen erfüllen, da
eine Auswechslung der Drossel mit einem erheblichen Arbeitsaufwand
verbunden ist. Insbesondere ist es bei einer derartigen Kon struktion erforderlich,
die Drosselschnecke aus dem Drosselgehäuse herauszuziehen, den Drosselring
zu entfernen und gegen einen anderen Drosselring zu ersetzen sowie
anschließend
die Vorrichtung wieder zusammenzubauen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein Verfahren der einleitend genannten Art derart zu verbessern,
daß eine
Realisierung unterschiedlicher Drosselwirkungen mit geringem Aufwand
erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß mindestens
ein Teil der Drossel von einem Stellelement derart positioniert
wird, daß eine Querschnittfläche des
Drosselspaltes in Abhängigkeit
von einer Sollwertvorgabe eingestellt wird.
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Weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart
zu konstruieren, daß eine
verbesserte Nutzungsflexibilität
erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß mindestens
ein Teil der Drossel mit einem Stellelement verbunden ist und daß das Stellelement
an eine Sollwertvorgabe zur Einstellung einer Querschnittfläche des
Drosselspaltes angeschlossen ist.
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Durch die positionierbare Anordnung
der Drossel und durch die Veränderlichkeit
der wirksamen Querschnittfläche
des Drosselspaltes ist es möglich,
ohne Umbauarbeiten an der Maschine die Drosselwirkung zu variieren.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Drosselwirkung an unterschiedliche
zu verarbeitende Materialien angepaßt werden muß.
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Eine kompakte Anordnung wird dadurch
unterstützt,
daß die
Drossel von der Extruderschnecke positioniert wird.
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Eine einfache Einstellbarkeit unterschiedlicher
Querschnittflächen
des Drosselspaltes wird dadurch unterstützt, daß die Drossel entlang einer
Innenkontur des Extrudergehäuses
positioniert wird.
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Eine besonders einfache und preiswerte Ausführungsform
wird dadurch bereitgestellt, daß eine
Positionierung der Drossel in Abhängigkeit von einer Rotationsbewegung
eines Hauptantriebes des Extruders durchgeführt wird.
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Ein einfacher kinematischer Ablauf
wird dadurch unterstützt,
daß eine
Rotationsbewegung der Extruderschnecke mindestens zeitweilig in
eine Translationsbewegung der Extruderschnecke umgesetzt wird.
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Ein typischer Verfahrensablauf besteht
darin, daß das
Material durch einen vom Extrudergehäuse einerseits und von der
Drossel andererseits begrenzten Drosselspalt hindurchgeführt wird.
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Alternativ ist auch daran gedacht,
daß das Material
durch einen von der Drossel einerseits und der Extruderschnecke
andererseits begrenzten Drosselspalt hindurchgeführt wird.
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Eine von der Extruderschnecke getrennte Anordnung
der Drossel wird dadurch unterstützt,
daß mindestens
ein Teil der Drossel mit einer Bewegungskomponente quer zu einer
Schnekkenlängsachse
positioniert wird.
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Eine typische Anwendung besteht darin,
daß in
Transportrichtung hinter der Drossel eine Entgasung des Materials
durchgeführt
wird.
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Eine einfache Positionierbarkeit
der Drossel kann dadurch erreicht werden, daß die Drossel auf der Extruderschnecke
angeordnet ist.
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Zur Unterstützung eines rotationssymmetrischen
gleichartigen Druckaufbaus, wird vorgeschlagen, daß die Drossel
ringartig ausgebildet ist.
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Eine typische konstruktive Realisierung
besteht darin, daß das
Extrudergehäuse
im Bereich seiner der Drossel zugewandten Ausdehnung mit einer Innenkontur
versehen ist.
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Eine geringe Teileanzahl wird dadurch
unterstützt,
daß das
Stellelement mindestens zum Teil durch einen Hauptantrieb des Extruders
ausgeführt ist.
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Eine einfache Realisierung zur Vorgabe
unterschiedlicher Drosselspalten besteht darin, daß die Extruderschnecke
innerhalb des Extrudergehäuses axial
verschieblich angeordnet ist.
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Zur Transformation von Bewegungsabläufen wird
vorgeschlagen, daß zur
Transformation einer Rotationsbewegung der Extruderschnecke in eine Translationsbewegung
ineinander eingreifende Gewinde verwendet sind.
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Eine gezielte Vorgabe von Translationsbewegungen
kann dadurch erfolgen, daß eine
axiale Verstellung der Extruderschnecke von einer Kupplung steuerbar
ist.
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Zur Vermeidung ungewollter Translationsbewegungen
der Extruderschnecke wird vorgeschlagen, daß die Extruderschnecke von
einer Arretierung gegenüber
einer ungewollten axialen Verstellung gesichert ist.
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Eine weiter vergrößerte Servicefreundlichkeit
wird dadurch erreicht, daß für die Extruderschnecke
ein diese aus einem Extruderkopf herausführender Axialhub vorgesehen
ist.
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Eine weitere Variante besteht darin,
daß die Drossel
im Bereich des Extrudergehäuses
angeordnet ist.
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Bei einer Ausführungsform mit einer im Bereich
des Extrudergehäuses
angeordneten Drossel ist vorgesehen, daß mindestens ein Teil der Drossel mit
einer Bewegungskomponente quer zu einer Schneckenlängsachse
positionierbar angeordnet ist.
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Bei einer von der Extruderschnecke
getrennten Anordnung der Drossel erweist es sich als vorteilhaft,
daß sich
der Drosselspalt zwischen der Drossel und der Extruderschnecke erstreckt.
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Eine vergrößerte Bedienungsfreundlichkeit bei
einer aufeinanderfolgenden Verarbeitung unterschiedlicher Materialien
wird dadurch erreicht, daß das
Stellelement an eine Rezeptursteuerung angeschlossen ist.
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Eine Überprüfbarkeit der Realisierung eines vorgegebenen
Drosselspaltes wird dadurch unterstützt, daß eine meßtechnische Anzeige für die Positionierung
der Drossel vorgesehen ist.
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Gemäß einer typischen konstruktiven
Ausführungsform
ist vorgesehen, daß in
Transportrichtung hinter der Drossel ein Entgasungsanschluß angeordnet
ist.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 Einen
Längsschnitt
durch einen Extruder mit Extruderschnecke, Drossel und Entgasung,
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2 Eine
vergrößerte teilweise
Darstellung des Extruders in einer Umgebung der Drossel,
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3 Eine
stark vergrößerte teilweise
Darstellung des Drosselspaltes gemäß 2,
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4 Die
Anordnung gemäß 2 bei einer anderen Positionierung
der Drossel,
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5 Eine
stark vergrößerte Darstellung des
Drosselspaltes gemäß 4,
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6 Eine
teilweise Darstellung einer Verbindung der Extruderschnecke mit
einer Kupplungseinrichtung, um eine Aktivierung eines Getriebes
zur Umsetzung einer Rotationsbewegung der Extruderschnecke in eine
Translationsbewegung durchzuführen
und
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7 Eine
teilweise Darstellung einer anderen Verbindung der Extruderschnecke
mit einer abgewandelten Kupplungseinrichtung, die eine Verstellung
der Extruderschnecke bei rotierender Schnecke und somit während des
Produktionsbetriebes ermöglicht.
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Der grundsätzliche Aufbau eines Extruders (1)
ist aus 1 zu erkennen.
Innerhalb eines im wesentlichen zylinderförmigen Extrudergehäuses (2)
ist drehbeweglich eine Extruderschnecke (3) geführt. Ein
zu plastifizierendes Extrudat tritt im Bereich eines Extruderkopfes
(4) aus dem Extrudergehäuse
(2) aus. Für
einen Antrieb der Extruderschnecke (3) ist ein Motor (5)
vorgesehen, der über
ein Getriebe (6) mit der Extruderschnecke (3)
verbunden ist.
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Typischerweise besteht das Extrudergehäuse (2)
aus mehreren hintereinander angeordneten Gehäusesegmenten (7),
die über
Flansche (8) miteinander verbunden sind.
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Der dargestellte Extruder (1)
ist als ein Entgasungsextruder ausgebildet, der eine Drossel (9) aufweist.
In einer Transportrichtung (10) für das zu plastifizierende Material
hinter der Drossel (9) ist ein Entgasungsanschluß (11)
angeordnet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Drossel
(9) auf der Extruderschnecke (3) positioniert
und ein Drosselspalt (12) wird einerseits von der Drossel
(9) und andererseits vom Extrudergehäuse (2) begrenzt.
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2 zeigt
eine vergrößerte teilweise
Darstellung des Extruders (1) in einer Umgebung der Drossel
(9). Es ist zu erkennen, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel
die Drossel (9) ringartig auf der Extruderschnecke (3)
angeordnet ist und daß eine
Fixierung unter Verwendung einer Verschraubung (13) erfolgt.
Die Drossel (9) weist eine dem Extrudergehäuse (2)
zugewandte Außenkontur
(14) auf. Das Extrudergehäuse (2) ist im Bereich
seiner der Drossel (9) zugewandten Ausdehnung mit einer Innenkontur
(15) versehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Extrudergehäuse (2)
einen die Innenkontur (15) tragenden Kontureinsatz (16)
auf. Ein derartiger Kontureinsatz (16) erleich tert die
fertigungstechnische Herstellung des Extruders (1).
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Die Extruderschnecke (3)
ist innerhalb des Extrudergehäuses
(2) in Richtung einer Schneckenlängsachse (17) verschieblich
angeordnet. Durch ein Zusammenwirken der Außenkontur (14) und
der Innenkontur (15) werden hierdurch unterschiedliche wirksame
Querschnittflächen
des Drosselspaltes (12) bereitgestellt. Entgegen der Transportrichtung (10)
sind sowohl die Außenkontur
(14) als auch die Innenkontur (15) derart geformt,
daß zunächst eine Flanke
mit relativ geringer Steigung, anschließend ein im wesentlichen zur
Schnekkenlängsachse
(17) paralleler Verlauf und abschließend eine relativ zur ersten
Flanke steilere Flanke aufeinander folgen. Die Außenkontur
(14) und die Innenkontur (15) sind dabei im wesentlichen
relativ zueinander komplementär ausgebildet,
es können
grundsätzlich
jedoch auch mehr oder weniger stark von einander abweichende Konturverläufe gewählt werden.
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3 zeigt
einen nochmals vergrößerten Ausschnitt
in einer Umgebung des Drosselspaltes (12). Es ist insbesondere
zu erkennen, daß bei
einer Verschiebung der Drossel (9) eine unterschiedliche Breite
des Drosselspaltes (12) resultiert.
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4 zeigt
die Anordnung gemäß 2 nach einer Verschiebung
der Extruderschnecke (3) und damit auch der Drossel (9)
entgegen der Transportrichtung (10). Es ist zu erkennen,
daß ein
deutlich größerer Drosselspalt
(12) vorliegt. Die Drosselwirkung wird hierdurch reduziert.
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5 zeigt
den Drosselspalt gemäß 4 in nochmals vergrößerter Darstellung.
Gestrichelt ist in 5 zusätzlich die
Positionierung des Drosselelementes (9) gemäß 3 eingezeichnet. Durch diese Gegenüberstellung
wird die erhebliche Veränderung der
Breite des Drosselspaltes (12) und damit auch der wirksamen
Querschnittfläche
nochmals verdeutlicht.
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6 zeigt
eine Positioniereinrichtung (18) zur Verschiebung der nicht
dargestellten Extruderschnecke (3) in Richtung der Schneckenlängsachse (17).
An die Extruderschnecke (3) ist ein in einer teilweisen
Querschnittdarstellung erkennbares Rohrsegment (19) angekoppelt,
daß gemeinsam
mit der Extruderschnecke (3) rotiert. Innenseitig greift
in das Rohrsegment (19) eine Halteeinrichtung (20)
ein, die von einer Verschraubung (21) mit einem Haltering (22)
verbunden ist. Der Haltering (22) seinerseits ist über eine
Verschraubung (23) mit dem Rohrsegment (19) verbunden.
Das Rohrsegment (19) ist in Richtung der Schneckenlängsachse
(17) verschieblich in einer Führungshülse (24) gelagert.
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Die Führungshülse (24) weist ein
Außengewinde
(25) auf, das in ein Innengewinde (26) einer Positionierhülse (27)
eingreift. Die Positionierhülse (27)
ist über
eine lösbare
Arretierung (28) mit dem Haltering (22) gekoppelt.
Die Arretierung (28) wird von einem Arretierhebel (29)
getragen, der um eine Schwenkachse (30) herum verschwenkbar
angeordnet ist. Ein Betätigungsende
(31) des Arretierhebels (29) ist von einer Kupplung
(32) betätigbar,
die im dargestellten Ausführungsbeispiel
als ein expandierbarer Balg ausgebildet ist. Die Kupplung (32)
ist von einer Traghülse
(33) positioniert, die auf mehreren Bolzen (34)
in Längsrichtung
verschieblich, in Rotationsrichtung jedoch fixiert geführt ist.
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Die Arretierung (28) wird
ohne Beaufschlagung durch die Kupplung (32) von einer Feder
(35) in die Arretierungspositionierung gedrückt. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
wirkt die Feder (35) auf einen Stößel (36) ein, der
seinerseits in Kontakt mit dem Arretierhebel (29) steht.
Durch die entsprechende Positionierung des Arretierhebels (29)
erfolgt auch die Positionierung der Arretierung (28).
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In einem normalen Arbeitszustand
des Extruders (1) rotieren das Rohrsegment (19),
die Führungshülse (24)
und die Positionierhülse
(27) gemeinsam mit der Extruderschnecke (3). Eine
axiale Verstellung der Extruderschnecke (3) tritt hierdurch nicht
auf. Bei einer Aktivierung der Kupplung (32) wird der Arretierhebel
(29) verschwenkt und die Arretierung (28) zwischen
der Positionierhülse
(27) und dem Haltering (32) wird gelöst. Die
Kupplung (32) stellt darüber hinaus eine Verbindung
zwischen der Traghülse
(33) und der Positionierhülse (27) bereit. Da
die Traghülse
(33) rotationsgehemmt auf dem Bolzen (34) geführt ist,
wird in diesem Betriebszustand auch eine Rotation der Positionierhülse (27) vermieden.
Aufgrund der Rotation der Führungshülse (24)
erfolgt eine axiale Verschiebung der Positionierhülse (27)
und damit auch des Rohrsegmentes (19). In Abhängigkeit
von der Drehrichtung der Extruderschnecke (3) erfolgt somit
entweder eine Verschiebung der Extruderschnecke (3) in
Transportrichtung (10) oder entgegen der Transportrichtung
(10).
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Die axiale Positionierung der Extruderschnecke
(3) kann durch geeignete Meßeinrichtungen erfaßt werden.
Insbesondere ist daran gedacht, derartige Meßwerte für eine Regelung der Positionierung der
Extruderschnecke (3) zu verwenden.
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7 zeigt
eine gegenüber 6 abgewandelte Positioniereinrichtung
(18). Gemäß dieser
Ausführungsform
ist eine Zahnscheibe (37) auf der Führungshülse (24) angeordnet
und mit dieser fest verbunden. Die Zahnscheibe (37) kann
von einem nicht dargestellten Antrieb bewegt werden. Die Zahnscheibe
(37) ist über
einen Zahnriemen (39) mit einem Eingangszahnrad (40)
eines Getriebes (41) verbunden. Das Getriebe (41)
weist eine Ausgangszahnscheibe (42) auf, die über einen
Zahnriemen (43) mit einer Mutter (44) gekoppelt
ist, die eine Außenverzahnung (45)
aufweist. Die Mutter (44) ist darüber hinaus mit einem Innengewinde
(46) versehen, das auf einem Außengewinde (47) der
Führungshülse (24)
geführt ist.
Die Mutter (44) ist darüber
hinaus über
eine Endplatte (48) in axialer Richtung starr mit dem Rohrsegment
(19) verbunden. Eine Längsverschiebung
des Rohrsegmentes (19) führt auch bei dieser Ausführungsform
aufgrund der Kopplung mit der Extruderschnecke (3) zu einer
Längsverschiebung
der Extruderschnecke (3).
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Das Getriebe (41) kann beispielsweise
derart ausgebildet sein, daß ein
inneres Zahnrad über drei
Kupplungszahnräder
mit der Innenverzahnung eines Außenringes verbunden ist. In
Abhängigkeit von
den jeweiligen Radien der Zahnräder
wird bei feststehenden äußerem Ring
eine Rotationsbewegung des inneren Zahnrades in eine Rotation der
aus den drei Kopplungszahnrädern
gebildeten Einheit transformiert. Bei einer zusätzlichen Drehbewegung des Außenringes
erfolgt eine Veränderung
des gegebenen Übersetzungsverhältnisses.
Hierdurch ist bei laufendem Betrieb eine temporäre Veränderung des Übersetzungsverhältnisses
möglich.