Wechseldeformationsgetriebe, das auf Reibmitnahme beruht Die Erfindung bezieht sich auf ein als Wechsel deformationsgetriebe ausgebildetes mechanisches Ge- schwindigkeits-Wechselgetriebe, bei dem wenigstens ei ner von zwei relativ zueinander drehbaren Körpern mit mit dem anderen Körper in. Eingriff !stehenden Elemen ten versehen ist, wobei einer ider Körper entweder eine Bewegung erfährt oder wobei dieser Körper dem anderen Körper durch rollenden Kontakt eine Bewegung erteilt.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechseldeformations- getriebe der allgemeinen Bauart, bei der eine kontrol lierte, elastische Wechseldeformation erfolgt. Bekannte Getriebe dieser Art verwenden gewöhnlich verzahnte, d. h. kraftschlüssig verbundene Antriebsteile und sind in den Vereinigten Staaten von Amerika unter der Bezeich nung harmonic drive actuators und im Bereich des deutschen Sprachgebrauchs als Spannungswellenge- triebe , neuerdings auch Wechseldeformationsge- triebe , bekannt geworden.
Verschiedene Ausführungen solcher Getriebe sind u. a. aus der amerikanischen Pa tentschrift 1906143 bekannt. Ein unverzahntes Re duktionstriebwerk, das auf Reibungsschluss eines an sich ringförmigen Wechseldefoirmationserzeugers beruht, aber nur geringe Leistungen. hat, ist in ider USA-Patent- schrift 2 030 700 beschrieben.
Zweck der Erfindung ist die Entwicklung eines Über- oder Untersetzungsgetriebes mit hohem übersetzungs- verhältnis bei möglichst geringem totem Gang und bei gedrungener Bauart, mit einem geringen Drehmoment, das leicht aus wenigen Bauteilen mit normaler Toleranz zusammengestellt werden kann. Die arbeitenden Teile des Getriebes können aus den verschiedensten Stoffen oder Stoffkombinationen bestehen, beispielsweise aus Stahl oder Kunststoffen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Wechseldeforma- tionsgetriebe, das auf Reibmitnahme beruht und ge kennzeichnet ist durch ein ringförmiges Glied mit wenig stens einer ringförmig verlaufenden Nut, die senkrecht zur Drehachse liegt, einen radial bieigsamen Arbeitsring, der ebenfalls wenigstens eine ringförmig verlaufende Rippe hat, sowie einen drehbaren Wechseldeformations- erzeuger,
der an im Abstand voneinanderliegenden Stel len radial verformbar ist und dabei an diesen Stellen mit der Rippe oder der Nut der beiden erstgenannten Teile zur Reibanlage bringbar ist, wobei diese Reibanlage zwi schen diesen Teilen umlaufend fortläuft und einer die ser Teile ortsfest gelagert ist, so dass der andere Teil durch die sich ergebende Reaktionskraft mit einer von der Umlaufgeschwindigkeit des Wechseldeformations- erzeugers verschiedenen Geschwindigkeit angetrieben ist.
Der Wechseldeformationserzeuger kann hierbei vor teilhaft, wie bei Wechseldeformationsgetrieben bekannt, auf mechanischem, hydraulischem oder elektrischem Weg betätigbar sein, um den Reibeingriff an zwei oder mehreren Umfangstellen herbeizuführen. Auch kann nach Art bekannter Wechseldeformationsgetriebe jeder dieser drei Grundteile als Antriebsteil oder als angetrie benes Teil dienen, um die Reaktion herbeizuführen, bzw. kann der dritte Teil als Abtriebsteil wirken. Die miteinander in Eingriff gelangenden Rippen und Nuten können keine Steigung aufweisen, sondern sind dann mit Ringrippen bzw.
Nuten versehen, die senkrecht zur Drehachse verlaufen und ohne weiteres in einem brei ten Toleranzbereich gehalten sein können, wobei die Flanken der Nuten und Rippen vorzugsweise einen Spitzenwinkel von etwa 20 bis 45 einschliessen kön nen. Durch die Nuten und Rippen werden die Arbeits flächen der tangential miteinander zusammenwirkenden Nutenflächen gegenüber bekannten Reibungsgetrieben vergrössert, und es ergibt sich daher eine relativ grössere Kraftübertragung, die von den miteinander verkeilten oder klemmenden Nuten- und Rippenflächen abgeleitet werden kann.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Er findungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigen: Fig.1 einen Axialschnitt durch ein einstufiges Wechseldeformationsgetriebe; Fig.2 in grösserem Massstab eine Einzelheit der miteinander in Eingriff gelangenden Rippen und Nuten nach der Fig. 1 im Querschnitt; Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt, bei dem jedoch die Rippe nicht an der Nut anliegt, wie dies in der Fig. 2 der Fall ist;
Fig. 4 ein Schaubild einer zweiten Ausführungsform eines Wechseldeformationserzeugers, der drei Auswölb- stellen hat und der an Stelle der in der Fig.1 wiederge gebenen Ausbildung mit zwei Auswölbstellen verwendet werden kann; Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V -V der Fig. 1 mit einem zweiteiligen Gehäuse, das fest angeord net ist; Fig. 6 ein Schaubild einer biegsamen Hülse für ein zweistufiges Unter- oder Übersetzungsgetriebe mit hohem Umsetzungsverhältnis;
Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Ausfüh rungsform eines Zweistufen-Untersetzungsgetriebes mit kleinem Untersetzungsverhältnis; Fig. 8 einen Querschnitt durch die Ausbildung nach der Fig.7, wobei jedoch der Schnitt nach der Linie VII-VII verläuft und die Stellen des Eingriffs des An triebs der miteinander in Eingriff gelangenden Teile er kennen lässt; und Fig. 9 einen Teilschnitt eines Arbeitsringes, wie er bei der Ausbildung nach Fig. 7 und 8 Verwendung fin det, wobei der geschnittene Teil die innere und äussere Rippe erkennen lässt.
Nach Fig. 1 und 5 umfasst das Wechseldeforma- tionsgetriebe ein ortsfestes Gehäuse mit einer oberen Hälfte 10 und einer unteren Hälfte 12, die zweckmässig mit durchbohrten Radialflanschen zur Aufnahme von Befestigungsbolzen 14 versehen sind. Das Gehäuse ist an einem Ende durch eine Scheibe 16 abgedeckt, die ein Lager 18 trägt, das die Antriebswelle 20 aufnimmt. Die Antriebswelle 20 ist mit einem Wechselverformungser- zeuger 22 verbunden.
In einigem Abstand voneinander angeordnete Lager 24 und 26 auf der der Scheibe 16 abgewandten Seite des Gehäuses nehmen die Abtriebs welle 28 auf. Die Aufgabe der beiden Wellen 20 und 28 kann jedoch ohne weiteres ausgetauscht werden. Für den Antrieb der Welle 28 durch die Welle 20 mit einer gegenüber dieser verringerten Drehzahl ist die Welle 28 mit einem Flansch 30 versehen, der das über einen nach stehend beschriebenen Mechanismus untersetzte Dreh moment der Welle 20 auf die Welle 28 abgibt.
Die zur Erzeugung der Wechselverformung dienende Einrichtung 22 umfasst eine bei Wechseldeformations- getrieben übliche elliptische Nabe 32 mit Laufflächen 34 zur Aufnahme von Laufkugeln 36, die in einem ellipti schen Laufring 38 geführt sind. Die Y-Achse des Ringes 38 liegt nach der Fig. 5 senkrecht, so dass ein mit Rip pen und Nuten 44 versehener Ring 40, der aus nach giebigem Stoff gefertigt ist und der durch die Kugeln 36 so verformt wird, dass er an einander gegenüberliegen den Stellen von Rippen und Nuten 46 des Gehäuses 10, 12 zur Anlage gebracht wird und dabei das Gehäuse 10, 12 mitnimmt.
Es können verschiedene Einrichtungen zur Verfor mung des Ringes 40 verwendet werden, beispielsweise dreieckige Platten nach der Fig. 4 mit Rollen 42. Auch können andere Wechseldeformationserzeuger, z. B. elek trische oder hydraulische, benutzt werden.
Im Gegensatz zu den bekannten, entweder kraft schlüssig oder reibungsschlüssig arbeitenden Wechsel deformationsgetrieben hat der Wechsel.deformationsring 40 nur in Umfangsrichtung verlaufende Nuten oder Rip pen 44 ohne jede Steigung. Dementsprechend haben auch die damit zusammenarbeitenden Rippen 46 (Fig. 1 und 2) keine Steigung und laufen nur in Umfangsrich tung um. An Iden Stellen der Hauptachse Y befinden sich die Teile 44, 46 in Reibungseingriff (Fig. 2), wäh rend an den Stellen der Nebenachse die Teile 44, 46 ein ander nicht beeinflussen.
Das längsgeteilte Gehäuse 10, 12 erleichtert den Zu sammenbau des Getriebes. Für die Brauchbarkeit des Getriebes würde es genügen, an Stelle der mehrere Um läufe umfassenden Rippen und Nuten gemäss den Aus führungsbeispielen nur jeweils eine oben zusammenlau fende Rippe oder Nut vorzusehen.
Auch könnte der innenliegende Wechseldeforma- tionserzeuger 22 durch einen ausserhalb des Ringes 40 liegenden Wechseldeformator ersetzt sein, wobei dann der Ring 40 radial nach innen eingebogen würde, um mit dem dann -weniger biegsamen, mit Nuten versehe- nen Teil in Eingriff gebracht zu werden. Der Eingriff der beiden in Reibeingriff miteinander zu bringenden Teile erfolgt dann an den Stellen der Nebenachse und nicht an den Stellen der Hauptachse.
Die beschriebene Ausbildung führt durch die V- Form der miteinander zur Reibungsanlage gelangenden Flächen 44 und 46 nicht nur zu einer relativ grösseren Reibungsfläche, sondern infolge der Verkeilung der Rippen 44 in den Nuten wirkt der relative Stillstand der Nuten 46 schiebend auf die Rippen 44, so dass ein ver gleichsweise grösseres Drehmoment mit verringertem Schlupf auf die Welle 28 übertragen werden kann, als es bei zylindrischen reibungsschlüssig in Eingriff stehen den Flächen möglich wäre.
Es ist nicht erforderlich, dass die Spitzenwinkel der Rippen und Nuten gleich oder von gleicher Form sind. Zweckmässig sind jedoch die Spitzenwinkel im Bereich von 20-40 gehalten.
Zur billigen Fertigung können der Ring 40 und das Gehäuse 10, 12 aus Kunststoff oder Metall bestehen. Die Nuten und Rippen 44, 46 sind zweckmässig gedreht. Der Ring 40 besteht vorteilhaft aus einem Stoff, der leich ter radial verformbar ist als der Stoff, aus dem das Ge häuse 10, 12 gefertigt ist. Auch kann die Nachgiebigkeit dieser Teile in anderer Weise unterschiedlich gehalten sein. Es können ferner Verformungsglieder verwendet werden, die so ausgelegt sind, dass sie in radialer Rich tung etwas nachgiebig sind.
Zusammenfassend ist zu der Ausführungsform nach den Fig. 1-5 zu bemerken, dass beim Umdrehen des Wechseldeformationserzeugers 22 eine entsprechende Drehung der Deformation des Ringes 40 erfolgt. Dessen Rippen 44 werden an einander diametral gegenüberlie genden Stellen nach aussen gedrückt und in tangentialem Reibungsschluss mit den nicht umlaufenden Wänden der Rippen 46 gebracht, wobei letztere entweder starr oder radial weniger biegsam sind als die Rippen 44.
Unter der Annahme, dass die ineinandergreifenden Teile ohne Schlupf umlaufen, ergibt sich zwischen diesen Teilen ein Untersetzungsverhältnis, das eine Funktion der beiden Umfänge ist. Wenn der Durchmesser ides Ringes 40 D, ist und der Durchmesser des ortsfesten oder stationären Teiles 10, 12 D2, dann beträgt das Untersetzungsver- hältnis
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Im übrigen drehen sich Ring 40 und Welle 28 entgegen gesetzt zur Antriebswelle 20. .
Abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung sind zur Übertragung grösserer Kräfte geeignet. Eine derartige doppelwirkende Ausführungsform ist in den Fig. 7.-9 und eine andere in der Fig. 6 wiedergegeben.
Nach der Fig.6 ist ein doppelwirkender Ring 50 vorgesehen, der gegenüber dem entsprechenden Ring 78 nach den Fig. 7-9 zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Gruppen umlaufender Rippen 54 und 56 hat, die verschiedene Durchmesser haben. Ein nicht dar gestellter Wechseldeformationserzeuger kann innerhalb der Rippengruppe 54 arbeiten, um diese zur Zusam menarbeit mit einer ortsfesten Gruppe von Innenrippen (nicht dargestellt) zu bringen. Die Rippen 56 werden dabei durch Reibung in gleichem Drehsinn wie die Rippen 54 mitgenommen.
Ein gleichachsig angeordne tes, ringförmiges, im Verhältnis weniger biegsames Übertragungsglied (nicht dargestellt) mit Innenrippen, die in Reibeingriff mit den Rippen 56 stehen, wird somit mit hoher Kraft angetrieben. Dabei können die statio nären Rippen des äusseren Gliedes wahlweise mit den Rippen 54 oder 56 in Eingriff gebracht werden, so dass die jeweils anderen Rippen den Abtrieb übernehmen.
Nach den Fig. 7 und 8 hat ein geteiltes Gehäuse 60 an den einander gegenüberliegenden Enden gleichachsig liegende Durchbohrungen zur Aufnahme von Gleitla gern 62, 64, in denen eine Antriebswelle 66 bzw. eine Abtriebswelle 68 gelagert sind. Ein Ringglied 70 mit wenigstens einer V-förmigen Innennut, die von V-förmi- gen Rippen 72 begrenzt ist, ist undrehbar von dem Ge häuse 60 aufgenommen, wobei Anschläge 74, 76 (Fig. 8) die ortsfeste Halterung sichern.
In dem Ringglied 70, 72 liegt ein Arbeitsring 78 (Fig. 9), der wenigstens eine Umfangsrippe 80 hat, die in Reibeingriff mit den Flan ken der Rippen 72 gelangen kann, und wenigstens eine dazu versetzte Innenrippe 82, die in Reibeingriff mit den aufeinander zulaufenden Flächen einer Ringnut 83 gelangen kann, die in einem gleichachsig ausgerichteten, scheibenförmigen Rad 84 am Innenende der Abtriebs welle 68 vorgesehen ist. Der Ring 78 kann aus einem radial verformbaren Stoff, etwa einem Elastomer, aus Leder oder einem ähnlichen Stoff, bestehen.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 ist ein elliptischer Wechseldeformationserzeuger wieder gegeben, der über die Hauptachse mit zwei einander ge genüberliegenden Leitrollen 86 versehen ist. Ein Arm 88, der in seiner Mitte an der Innenseite der Antriebs welle 66 befestigt ist, nimmt in entsprechenden Lagerau gen Schraubbolzen 90 auf, die drehbar die Leitrollen 86 des Arbeitsringes 78 zu dessen Auslenken aufnehmen. Da die Rippe 80 einen kleineren Durchmesser als die Rippen 72 hat, werden sie durch den Ring 78 bei dessen Ausbiegen mit den Rippen 72 in Eingriff gebracht (Fig. 8).
Die zwischen den in Eingriff miteinander ge brachten Stellen liegenden Teile der Rippe 80 und der Rippen 72 haben dabei, wie sich ebenfalls aus der Fig. 8 ergibt, keinen Eingriff miteinander. Da der Arbeitsring 78 durch die Rollen 86 über die Hauptachse radial aus gelenkt wird, befinden sich nur die Teile der Nut 83 des Rades 84 in Reibeingriff mit der Innenrippe 82, die im Bereich der Rollen 86 liegen und dabei einen Winkel von jeweils etwa 90 einschliessen.
Beim Arbeiten laufen die Rollen 86 um ihre Achse um und. führen dabei eine Planetbewegun,g um die Achse 66 der Antriebswelle aus. Durch die sich dabei einstel lende, fortlaufende Auslenkung des Ringes 78 laufen auch die Anlagestellen an der Rippe 80 des nicht um laufenden Ringes 78 um. Demzufolge führt die Rei bungsmitnahme des Ringes 78 durch die Innenrippe 82 des Rades 84 dazu, dass das Rad 84 mit geringerer Ge schwindigkeit ebenfalls umläuft.
Wenn L1 der Umfang des Kreises der Rippe 72 ist, L2 der Umfang des Kreises der Rippe 80, L3 der Umfang des Kreises der Rippe 82 und L4 der Umfang des Kreises der Rippe 83, beträgt das Untersetzungsverhältnis bei völliger Schlupf- abwesenheit:
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Neben der nahezu geräuschlosen und erschütte rungsfreien Kraftübertragung ist das vorbeschriebene Wechseldeformationsgetriebe billig im Aufbau, wobei das Übersetzungsverhältnis einfach durch Austausch zweier Teile geändert werden kann und eine Beschädi gung durch überlastung ausgeschlossen ist.