CH676490A5

CH676490A5 -

Info

Publication number: CH676490A5
Application number: CH3942/88A
Authority: CH
Inventors: Hermann Haerle
Original assignee: Hermann Haerle
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1991-01-31
Also published as: DE3935422A1; US5092826A; DE8912599U1

Description

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CH 676 490 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs t auf ein Kreisbogengetriebe mit der Drehübersetzung von 1:1, wie es beispielsweise bei dem der Fachweit bekannten Cyclo-Ge-triebe (der Firma Cyclo-Getriebebau) verwendet wird, zur 1:1 Weiterleitung (Kopplung) des Drehmoments und der Drehzahl von einer exzentrisch (oder im Achsabstand) zur anderen sich um ihre eigene Achse drehenden Weile. Beim Cyclo-Getriebe liegen ein schnell drehender Antrieb und ein langsam drehender Abtrieb in einer Achslinie. Zwei exzentrisch laufende Kreiskolben und Kraftübertragungsrollen bewirken die Untersetzung. Der Radius der konkaven Flächen ist vorzugsweise um die Exzentrizität (den Achsabstand) grösser als derjenige der konvexen Flächen. Ein solches Getriebe vermeidet in der Regel die lange Bauweise einer Kardanwelle, die ]a bekanntlich bei annähernd parallel angeordneten Wellen die gleiche Aufgabe erfüllen würde. Verwendet werden solche Getriebe neuerdings auch bei hydrostatischen Kreiskolbenmaschinen grossen Schluckvotumens nach dem sogenannten «Orbit»-Prinzip zum Verdrehfesthalten eines der beiden, eine Exzenterbewegung ausführenden Organe des Verdrängergetriebes, dies insbesondere dann, wenn dort eine sogenannte Eaton-Verzah-nung vorgesehen ist.

Die Exzentrizität ist ein konstruktiv bedingter oder willkürlich gewählter Werf, Zusätzlich muss natürlich auch das Spiel zwischen einander berührenden Getriebeteilen berücksichtigt werden.

Wie schon erwähnt, liegt ein wesentlicher Vorteil solcher Kreisbogengetriebe in ihrer äusserst kurzen Bauweise und in ihrer Fähigkeit, bei versetzt gelagerten Wellen die Drehzahl in jeder Drehwinkellage exakt konstant von der einen Welle auf die andere zu übertragen. Problematisch sind jedoch bei den bekannten Ausführungen die erforderlichen grossen Teitkreisdurchmesser für die Kraftübertragungsflächen und die hohen Hertz'schen Pressungen an den Eingriffssteilen bei der Übertragung hoher Drehmomente. Da femer der aktive Eingriffsbereich der Kraftübertragungsflächen systembedingt verhältnismässig klein ist, ist der erforderliche Bauraum im Vergleich zum Nutzen schlussendlich doch recht gross.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein solches gattungsgemässes Getriebe zu verbessern, indem es den erforderlichen Bauraum in radialer Richtung verkleinert und die Hertz'schen Pressungen wesentlich heruntersetzt. Ferner soll die Herstellung solcher Getriebe verbilligt werden. Durch günstige Schmierfilmausbildung an den kraftübertragenden Eingriffsstellen sollen darüber hinaus der Wirkungsgrad, der Verschleiss und durch optimalen Überdeckungsgrad die Laufruhe verbessert werden.

Dies wird erfindungsgemäss durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmal erreicht.

Zweckmässige Ausführungsformen sind in den kennzeichnenden Merkmalen der abhängigen Ansprüche beschrieben.

Durch die (beim Getriebe gemäss der Erfindung) einander durchdringenden, die kräfteübertragenden, konkaven und konvexen Arbeitsflächen enthaltenden Zylindermantelflächen entstehen an den Eingriffsstellen wesentlich grössere Krümmungsradien, so dass die Schmierung der einander berührenden Kraftübertragungsflächen, bzw. der entsprechenden Zahnflanken, verbessert wird. Somit ist die Gefahr der Materialermüdung verringert, die Erwärmung reduziert und die Ausbildung eines tragfähigen Schmierfilms verbessert.

Die Folge ist eine höhere Belastbarkeit des Getriebes und eine bessere Laufruhe, Zudem Men alle raumverzehrenden Bereiche der die Zahnflanken bildenden Zylindermantelflächen durch die Überschneidung weg und es bleiben die eingriffsaktiven Umfangsbereiche stehen. Dies wird durch das Merkmal des Anspruches 2 erreicht.

Das Kreisbogengetriebe wird somit zu einem echten Zahnradgetriebe, indem die zahnförmigen Kraftübertragungsflächen eine miteinander im schlupffreien Eingriff stehende Innen» und Aussenverzah-nung als Zahnradinnengetriebe mit gleicher Zähnezahl beider Zahnräder (Zähnezahldifferenz Null) bilden. Je nach Verwendungszweck wird man die Lage der Mittelachse der die Arbeitsflächen bildenden Zylinder relativ zur Eingriffslinie verschieden auswählen.

Bei einem Getriebe mit hoher Drehmomentübertragung ist es zweckmässig, dass die eingriffsaktiven Bereiche der kreiszylindrischen Kraftübertragungsflächen (Zahnflanken) innerhalb der Teilkreise der Kreiszylinder liegen. Dadurch entstehen dreieckförmige Zähne an beiden Rädern mit einem sehr stabilen Zahnfuss, Man kann hier die Radien der Kreiszylinder gross wählen, ohne dass sich die Abmessungen des Getriebes wesentlich Vergrösseren. Somit entstehen Zahnflanken mit guter Schmiegung und, wie schon erläutert, mit hoher Tragfähigkeit.

Möchte man dagegen auf kleinstem Bauraum, z.B. nur zu Steuerzwecken, ein Getriebe schaffen, dann empfiehlt es sich, dass die angriffsaktiven Bereiche der kreiszylindrischen Kraftübertragungsflächen (Zahnflanken) ausserhalb der Teilkreise der Kreiszylinder liegen. Hiebei entstehen bei der Innenverzahnung konkave und bei der zugehörigen Aussenverzahnung konvexe Zahnflanken, wobei aber die Aussenzähne schwach werden. _ Ein solches Getriebe eignet sich somit nur zur Übertragung kleiner Drehmomente, wie man es z.B. zum Antrieb eines Drehkommutators bei den eingangs erwähnten hydrostatischen Kreiskolbenmaschinen benötigt.

Selbstverständlich muss nicht jede der beiden Getriebewellen im Getriebe um ihre Achse drehbar angeordnet sein. So kann beispielsweise das Hohlrad Bestandteil des feststehenden Getriebegehäuses sein, so dass das aussenverzahnte Gegenrad lediglich eine Exzenterbewegung, jedoch keine Drehbewegung um die eigene Achse ausführen kann. Bei Cyclo-Getrieben mit hoher Übersetzung oder bei den schon erwähnten hydrostatischen Kreiskolbengetrieben mit grossem Schluckvolumen übernimmt dann das erfindungsgemässe Getriebe

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die Übertragung des Reaktionsmomentes an das Gehäuse.

Beim erfindungsgemässen Getriebe gemäss Anspruch 6 wäre hingegen eine Ausführung denkbar, bei der das Hohlrad auch am Aussenumfang eine sogenannte Trochoidenverzahnung aufweist, die in eine entsprechende Innenverzahnung am Gehäuse eingreift, die einen Zahn mehr aufweist. Wird nun in diesem Falle das Hohlrad durch eine Exzenterwelle zu einer Kreisbewegung gezwungen, dann arbeitet das aussenverzahnte Gegenrad als langsamlaufende Abtriebswelle mit hohem Drehmoment, wie beim schon erwähnten Cyclo-Getriebe.

In der Zeichnung ist die Erfindung in zwei bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bekanntes Getriebe aus dem Stand der Technik gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1 ;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie A-AinFig. 1;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Getriebes;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 3; und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine zweite mögliche Ausführungsform, und

Fig. 6 einen Querschnitt entlang einer Schnittlinie C-C der Fig. 5.

Um die kinematische Analogie des erfindungsgemässen Getriebes mit der bekannten Form zu verdeutlichen, wurden in Fig. 1 und Fig. 2 die wesentlichen Merkmaie für die Kraftübertragungsflächen eingetragen, und zwar wurde mit 1 die Antriebswelle mit den konkaven Kraftübertragungsflächen (8), in diesem Falle kreiszylindrischen Bohrungen mit dem Radius R bezeichnet. Die Abtriebswelle 3 besitzt die mit diesen Flächen zusammenwirkenden, in diese eingreifenden, konvexen Gegenflächen (7) als kreiszylindrische Bolzen 4 mit dem Radius r. Die Bohrungen 2 und die Bolzen 4 sind bevorzugt gleichmässig auf Teilkreisen 5 und 6 mit einem Radius Ro verteilt angeordnet, wobei beide Wellen und somit auch die Teilkreise parallel um die Exzentrizität e (Achsabstand) versetzt sind. Da der Durchmesser der Bohrungen 2 um die zweifache Exzentrizität grösser ist als der Durchmesser der Bolzen 4, können sich trotz axialer Verschiebung beide Wellen ungehindert um ihre eigene Achse drehen. Die Bolzen 4 und die Bohrungen 2 sorgen dafür, dass beide Wellen stets exakt ineinander die gleiche Drehwinkellage besitzen, sofern die Übertragungsflächen (7, 8) spielfrei sind. Antriebs- und Abtriebswellen sind natürlich vertauschbar.

In den Fig. 3 bis 6 sind die analogen Organe zur Kraft- und Drehwinkelübertragung von einer Welle auf die andere mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie in den Figuren 1 und 2 des bekannten Getriebes, so dass die gleiche Funktion offensichtlich ist. Hierbei deuten die strichpunktierten Kreise mit Radius r und R die Bolzen- bzw. Bohrungsdurchmesser der miteinander im Eingriff stehenden kreiszylindrischen Kraftübertragungsflächen (8'; 8") an. Tatsächlich sind es jedoch bei der Erfindung Zahnflankenausbildungen mit den entsprechenden Radien R bzw. r mit den Mittelpunkten an theoretischen Teilkreisradien 5', 6', die bei Fig. 4 ausserhalb des Getriebes liegen, mit um die Exzentrizität e verschobenen Mittelpunkten. Dadurch, dass die gedachten Kreiszylinder benachbarter kreiszylindrischer Flächen einander durchdringen, entsteht bei beiden Wellenstücken jeweils eine Innen- (am äusseren Holrad) mit konvexen Kraftübertragungsflächen 7' und eine Aussenverzahnung (am inneren Zahnrad) mit konkaven Kraftübertragungsflächen 8', also ein Innenzahnradgetriebe mit der Zähnezahldifferenz Null bei einer Übersetzung von 1:1.

Bei Fig. 6 liegen die Teilkreise 5 und 6 wieder innerhalb des Getriebes. Dafür ist die konkave bzw. konvexe Ausbildung der Zahnflanken (7"; 8") umgekehrt zu jener nach Fig, 4. Wie man aus den Fig. 4 und 6 erkennen kann, muss der Konstrukteur die Verhältnisse der Radien Ro, e, R und r so auswählen, dass nach Möglichkeit in jeder Winkellage reelle Berührungsgriffs-) Punkte B und B' aufscheinen, was keineswegs bei jeder Verhältniswahl der Fall ist. Man muss somit ein solches Getriebe, wie dies bei anderen Getrieben üblich ist, je nach Grösse, Exzentrizität und Zähnezahl «entwerfen», damit optimale Eingriffsverhältnisse erzielt werden.

Wie man anhand dieser beiden Figuren sehr schön erkennen kann, wird bei den Eingriffspunkten B und B', die sich aus der Berührung der Radien R bzw. r der Zahnflanken ergeben, eine hervorragende Schmiegung der Zahnflanken erzielt. Man kann somit in der Praxis davon ausgehen, dass sogar auch dann noch brauchbare Eingriffverhältnisse herrschen, wenn der theoretische Berührungspunkt (B, B') etwas ausserhalb der aktiven Zahnflanke zu liegen kommt. Diese Verhältnisse können dann eintreten, wenn bei der Konstruktion Zwänge gegeben sind, die eine optimale Konstruktion nicht zulassen, beispielsweise bei zu grosser Exzentrizität bei gegebenem Teilkreis Ro,

In der Ausführung gemäss Fig. 4 überspannt der Radius R nur zwei Hohlradzähne, was nicht zwingend ist. Er kann auch 3 oder mehr Zähne überspannen. ähnliches gilt auch für das Getriebe gemäss Fig. 6.

im Rahmen der Erfindung liegen noch weit mehr denkbare Varianten und Anwendungsfälle. Beispielhaft soll daraus nur noch die schon angedeutete Anwendung beim Drehantrieb des Kommutators bei hydrostatischen oder aerostatischen Kreiskolbenmaschinen werden. Hierbei wäre beispielsweise in Fig. 6 das aussenverzahnte Hohlrad Bestandteil des Kreiskolbens und das aussenverzahnte Gegenrad (3) ist Bestandteil des Drehkommutators. Denkbar wäre auch beispielsweise eine aerostatische oder hydrostatische Kreiskolbenmaschine, bei der das Hohlrad analog der Flg. 4 ausgebildet ist und als Kreiskolben arbeitet und seine Drehzahl auf die Antriebs- bzw. Abtriebswelle und den Drehkommutators mit der Übersetzung 1:1 überträgt. Die bisher bei solchen Maschinen üblichen taumelnden Kardanwellen können somit entfallen.

Nicht näher dargestellt, da jedem Fachmann be5

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kannt, sind die Mitte! zur axialen Lagesicherung der An- bzw. Abtriebswelle zueinander, die sich aus der Umbauung einer gesamten Anlage bzw. Maschine ergeben. Eine optimale Anwendung der Erfindung ergibt sich für die Kopplung von hydrostatischen Kreiskolbenmaschinen - wie erwähnt - mit deren Steuerung bzw. Kommutator. Als im Rahmen der Offenbarung dieser Anmeldung liegend gilt somit auch die europäische Patentanmeldung 367 046 «Hydrostatische Kreiskolbenmaschine» vom selben Prioritätsdatum.

Claims

Patentansprüche

1. Kreisbogengetriebe mit einer Drehübersetzung von 1 zu 1, mit zwei exzentrisch - jedoch parallel zueinander - angeordneten Wellen (1, 3) für Antrieb und Abtrieb, wobei auf jeder Welle (1, 3) auf Teilkreisen (5, 6) gleichen Durchmessers gleichmässig verteilte, ineinander greifende konkave und konvexe, auf Kreiszylindermantelflächen (2, 4) liegende Kraftübertragungsflächen (7, 8) gleicher Anzahl angeordnet sind, wobei der Radius (R) der konkaven Flächen (8) um die Exzentrizität der Wellen grösser ist als der Radius (r) der konvexen Flächen (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindermantelflächen (2, 4) zweier gleichsinniger, benachbarter Kraftübertragungsfiächen (7; 8) einander durchdringen.

2. Kreisbogengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zylindermantelflächen (2, 4) auf den jeweiligen Wellen (1,3) zahnförmige, voneinander gleichmässig beabstandete Kraftübertragungsfiächen (7,8) bilden,

3. Kreisbogengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsfiächen (7, 8) auf Zahnflanken je einer miteinander im schlupffreien Eingriff stehenden Innen-und Aussenverzahnung (9,10) eines Zahnradinnengetriebes mit gleicher Zännezahl ausgebildet sind.

4. Kreisbogengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:

a) die konkaven Kraftübertragungsflächen (8") liegen im wesentlichen ausserhalb des Teilkreises (5"), der die Achsen der diesen Flächen (a") zugeordneten Kreiszylinder (2") schneidet;

b) die konvexen Kraftübertragungsflächen (7") liegen im wesentlichen ausserhalb des Teilkreises (6"), der die Achsen der diesen Flächen (7") zugeordneten Kreiszylinder (4") schneidet. (Fig. 6)

5. Kreisbogengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3") mit den konvexen Kraftübertragungsflächen (7") ein Innen-zahnrad bildet. (Fig. 5,6)

6. Kreisbogengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens eines der folgenden Merkmale:

a) die konvexen Kraftübertragungsfiächen (7') liegen im wesentlichen innerhalb des Teilkreises (6'), der die Achsen der diesen Flächen (7') zugeordneten Kreiszylinder (4') schneidet;

b) die konkaven Kraftübertragungsfiächen (8') liegen im wesentlichen innerhalb des Teilkreises

(5'), der die Achsen der diesen Flächen (8') zugeordneten Kreiszylinder (2') schneidet. (Fig. 4)

7. Kreisbogengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit den konkaven Kraftübertragungsfiächen (8') ein lnnen-zahnrad bildet. (Fig. 3,4)

8. Kreisbogengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei konvexe, bzw. zwei konkave Kraftübertragungsfiächen (7, 8) auf je einer Zylindermantelfläche (2, 4) liegen, wobei vorzugsweise mindestens zwei, durch je gegenseitig gewölbte, aber benachbarte Kraftübertragungsfiächen (7, 8) gebildete Zähne innerhalb der betreffenden Zylindermantelfläche (2,4) liegen.

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