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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie
es etwa aus der DE 199 14 555 A1 bekannt ist.
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Die Funktion jenes - auch als Harmonie Drive oder als Ringband-Getriebe bekannten -
Wellgetriebes als sehr stark untersetzendem, selbsthemmendem System mit zur
Antriebswelle koaxialer Abtriebswelle beruht darauf, daß wenigstens ein in einem Reifen um die
Getriebeachse umlaufendes Planetenrad als sogenannter Well-Generator den auch als
Flexband oder Ringband bezeichneten Reifen umlaufend radial nach außen verformt und
dadurch dessen Außenmantelfläche umlaufend lokal gegen die hohlzylindrische
Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines gehäusefest stationären, als
formstabiler Stützring dienenden Hohlrades andrückt. Infolgedessen wälzt sich das Flexband mit
seiner Außenmantelfläche kraftschlüssig über Reibflächen oder (bei einem Flexband in
Form eines Zahnriemens) formschlüssig über Verzahnungen im Stützring ab, wobei es sich
nach Maßgabe der Umfangsdifferenz zwischen Stützring und Flexband langsamer als der
motorisch angetriebene Wellgenerator um die Getriebeachse dreht. Diese gegenüber dem
Antrieb stark verlangsamte Drehbewegung wird über die vorzugsweise verzahnte
Außenmantelfläche des Flexbandes auf die dann ebenfalls verzahnte Innenmantelfläche eines
weiteren Außenringes, des koaxial neben dem Stützring angeordneten aber im Gegensatz
zu jenem nicht stationären sondern verdrehbaren Abtriebsringes übertragen, der z. B. topf-
oder haubenförmig gestaltet und mit der im Getriebegehäuse gelagerten Abtriebswelle
ausgestattet ist. In der Verzahnung vom Flexband zum Abtriebsring kann dabei noch eine
weitere Untersetzung der Drehgeschwindigkeit infolge unterschiedlichen Umfanges (also
unterschiedlicher Zähnezahl) erfolgen.
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Der Antrieb eines solchen Well-Generators erfolgt üblicherweise über einen koaxial
angeflanschten hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor, dessen Motorwelle
zugleich als Getriebe-Antriebswelle dienen kann. Deren schnelle Rotation wird vom
Wellgetriebe in eine sehr viel langsamere Drehbewegung entsprechend größeren Drehmomentes
untersetzt, was vielfältig Anwendung etwa als Stellelement für das Motor- und
Klimamanagement und für andere insbesondere manuelle Eingriffe ersetzende Funktionen im
Kraftfahrzeug findet. Allerdings läßt die konstruktiv bedingt sehr große Untersetzung keine
beliebigen kleinen Abstufungen zu. Insbesondere für den mittleren Untersetzungsbereich
wird deshalb zuweilen eingangsseitig eine konstruktiv in weiten Grenzen vorgebbare
Eingangsuntersetzung etwa mittels eines Planetenradgetriebes vorgesehen.
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Beim gattungsbildenden Wellgetriebe besteht der Wellgenerator dafür aus zwei einander
bezüglich der Getriebeachse diametral gegenüberliegenden, stirnverzahnten
Planetenrädern, die an einem Planetensteg, einem um die Getriebeachse verdrehbaren zweiarmigen
Hebel gelagert sind und jedes im Verzahungseingriff zwischen einerseits einem
eingangsseitig angetriebenen, zentralen Sonnenrad und andererseits dem gehäusefesten Stützring
abrollen. Axial versetzt zu jedem dieser beiden Planeten-Zahnräder ist eine ihm gegenüber
verdrehbare Rolle gelagert, die im Zuge der Drehbewegung der Planeten-Zahnräder als
Wellgenerator wirkend das Flexband umlaufend lokal radial nach außen verformt. Das ist
stellt eine recht aufwendige Konstruktion dar, die dort mit erhöhten Anforderungen an
einen geräuscharmen Lauf des Getriebes gerechtfertigt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, das
gattungsbildende Wellgetriebe dahingehend zu vereinfachen, daß ohne spürbare
Funktionsbeeinträchtigung eine weniger aufwendige aber sogar noch betriebssicherere Konstruktion
erzielt wird.
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Gemäß der Merkmalskombination des Hauptanspruches ist diese Aufgabe im wesentlichen
dadurch gelöst, daß auf einen Verzahnungseingriff des Planetenzahnrades mit dem
Gehäuse ganz verzichtet wird und die Wellgenerator-Rollen als Planeten-Rollen formschlüssig
direkt vom eingangsseitigen Sonnenrad angetrieben werden, indem sie drehstarr mit den
Planeten-Zahnrädern verbunden sind.
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Dadurch entfallen die sonst hoch beanspruchten Verzahnungseingriffe von den
Planetenrädern zum Getriebegehäuse, also der dafür erforderliche besondere Fertigungsaufwand
ebenso wie die durch diese Verzahnungseingriffe sonst gegebenen Geräuschquellen. Statt
dessen wälzen sich die vom Sonnenrad her formschlüssig angetriebenen Rollen mit ihren
Abroll- oder Reibflächen im Flexband ab, das wie üblich andererseits mit seiner
Außenmantelfläche sowohl mit dem gehäusefesten Stützring wie auch, axial unmittelbar
benachbart, mit dem konzentrisch dazu verdrehbaren Abtriebsring lokal umlaufend in Eingriff
steht. Dieser Abwälzvorgang in der unverzahnten Innenmantelfläche des Flexbandes hat
zugleich die Funktion einer Rutschkupplung, die bei, hinsichtlich des zwischen
Antriebswelle und Abtriebswelle anstehenden Drehmomentes, mechanischer Überlastung des
Getriebes wirksam wird. Das bedeutet, daß das Flexband dann stehen bleibt und die
Wellgenerator-Rollen in ihm durchrutschen, ohne daß es bei den Verzahnungseingriffen an der
Außenmantelfläche des Flexbandes oder zwischen Sonnenrad und Planetenrädern zu einer
kinetisch kritischen Überbeanspruchung kommen kann.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile sowie besonderer Ausbildungen und Weiterbildungen und
deren Vorteilen wird außer auf die weiteren Ansprüche auch auf die nachstehende
Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeispieles zur erfindungsgemäßen Lösung
Bezug genommen. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt unter Beschränkung auf das
konstruktiv Wesentliche nicht ganz maßstabsgerecht im Axial-Längsschnitt ein Wellgetriebe
mit Planetenrad-Eingangsstufe als Wellgenerator, der zur Vermeidung von
Geräuschentwicklung und Überlastungen reibschlüssig an das Flexband gekoppelt ist.
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Das in der Zeichnung im Axial-Längsschnitt skizzierte, komplett aus
Kunststoff-Spritzgußteilen fertigbare, erfindungsgemäß ausgestaltete Wellgetriebe 10 weist ein Gehäuse 11
mit einer etwa kreisscheibenförmigen Grundplatte 12 auf. Ein zentrales Durchgangs-Loch
13 dient dem Eingriff der Antriebswelle 14, bei der es sich unmittelbar um die Motorwelle
eines Antriebsmotors 15 handeln kann. Der Durchmesser des Loches 13 ist dann größer als
derjenige der Welle 14, so daß hier keine radiale Lagerfunktion auftritt, weil die vom
Motorlager übernommen ist. Andernfalls, oder wenn es sich bei der Grundplatte 12 um das
Lagerschild des Motors 15 handelt, ist das Loch 14 mit einem Lager 16 ausgestattet.
Gegenüberliegend kann die Antriebswelle 14 wie skizziert in der dort gelagerten
Abtriebswelle 25 gelagert sein, um Biegebeanspruchungen zu vermeiden.
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Die Grundplatte 12 ist beim skizzierten Ausführungsbeispiel in ihrem Randbereich mit
Profilierungen zur formschlüssigen Aufnahme eines gehäusefesten Stützringes 18 mit
Innenverzahnung 19 auf seiner formstabil hohlzylindrischen Innenmantelfläche ausgestattet.
Der so separat gefertigte und dann erst auf die Grundplatte 12 montierte Stützring 18erbringt gegenüber einem mit der Grundplatte 12 integralen Stützring u. a. den besonderen
Vorteil, dessen Innenverzahnung 19 präziser kreisrund herstellen und dadurch einen
verlustarmen, also auch besonders geräuscharmen Getriebelauf erzielen zu können.
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Der gegenüberliegende Deckel 23 stellt die freie Stirnseite des Gehäuses 11 und damit
auch des Getriebes 10 dar und enthält dessen abtriebsseitige radiale Lagerung 24 für eine
koaxial zur Antriebswelle 14 und damit zur Getriebeachse 22 hindurchragende
Abtriebswelle 25. Diese ist drehstarr mit einem topf oder haubenförmigen, mit formstabiler
Innenverzahnung 26 versehenen Abtriebsring 27 verbunden, der zwischen dem zur Grundplatte
12 hin axial davor gelegenen gehäusefesten Stützring 18 und der innenseitigen Oberfläche
des Deckels 23 im Gehäuse 11 axial geführt ist.
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In die beiden koaxial gehalterten, axial einander benachbarten Ringe 18-27 ist ein
biegeweicher breiter Zahnriemen, das radial verformbare Flexband 28 mit Außenverzahnung 29
eingelegt. Das Band 28 ist axial breiter als jeder einzelne der beiden einander
benachbarten, formstabilen Ringe 18, 27 und kämmt demzufolge über das gerade radial ausgebeulte
(vom skizzierten Schnitt erfaßte) Bogenstück mit deren beiden Innenverzahnungen 19, 26
gleichzeitig. Vorzugsweise ist das Flexband 28 (entgegen der verdeutlichenden
Prinzipdarstellung in der Skizze) axial so breit wie die beiden Ringe 18-27 zusammen und dadurch
zwischen der Grundplatte 12 und dem Haubenboden des Abtriebsringes 27 axial geführt.
Für das Umlaufen des infolge Radialverformung kämmenden Bogenstückes des
Flexbandes 28 in den Ringen 18-27 nimmt das Flexband 28 seinerseits in seinem Innern einen
Wellgenerator 30 auf, der von außerhalb des Getriebes 10 motorisch in Drehbewegung
versetzt wird.
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Das Flexband 28 und sein zentral darin gelegener Wellgenerator 30 sind im Gehäuse 11
des Getriebes 10 über die Antriebswelle 14 gelagert. Denn die trägt ein Sonnenrad 31, über
dessen Außenverzahnung 32 im dargestellten Beispielsfalle zwei Planetenzahnräder 33
mit ihren Stirnverzahnungen 34 abrollen, wofür sie auf einem gegenüber dem Sonnenrad
31 axial versetzten Planetensteg 35 gelagert sind, durch welche die Antriebswelle 14 mit
Spiel hindurchtritt. Zwar besteht ein radialer Abstand zwischen den Stirnverzahnungen 34
der Planetenzahnräder 33 zur Innenmantelfläche des Flexbandes 28, aber die
Planetenzahnräder 33 sind drehstarr mit Rollen 36 um so viel größeren Durchmessers bestückt, daß
diese mit ihren glatten Abrollflächen 37 unter Friktion radial gegen die unverzahnte
Innenmantelfläche des Flexbandes 28 anliegen, um dieses hier zu seinem
Verzahnungseingriff lokal radial nach außen in die Innenmantelflächen der Stütz- und Abtriebsringe 18, 27
hinein zu drücken, ohne dafür ein im Querschnitt abgestuftes Flexband einsetzen zu
müssen. Für einen unverkanteten Abwälzvorgang ist vorzugsweise jedem der beiden axial
gegeneinander versetzten äußeren Ringe 18 und 27 ein Planeten-Rolle 36 beiderseits des
Planetenzahnrades 33 zugeordnet, die (wie durch die Stifte in der Zeichnung angedeutet)
drehstarr miteinander verbunden sind und auf einer gemeinsamen Welle 38 vom
Planetensteg 35 getragen werden.
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Die Drehzahl der Antriebswelle 14 erfährt also in der vorzugsweise verzahnten
Drehverbindung vom antriebsfesten Sonnenrad 31 zu den Planetenrädern (gegebenenfalls den
Zahnrädern 33) eine konstruktiv fein abstufbare erste Untersetzung, die dann in der
Verzahnung des Flexbandes 28 zu den Außenringen 18, 27 ihre für das eigentliche
Wellgetriebe 10 typische, sehr große zusätzliche Untersetzung erfährt. Der Kraftfluß verläuft von der
Antriebswelle 14 kommend drehstarr über deren Sonnenrad 31 auf die Planetenräder (33),
von wo er noch drehstarr auf zwei Planeten-Rollen 36 verzweigt und vorzugsweise friktiv
in das außen verzahnte Flexband 28 eingeleitet wird. Zwischen dem Planetengetriebe
31-33 zur Eingangsuntersetzung und dem Getriebegehäuse 11 besteht somit kein Eingriff
mehr. Das deshalb ruhige, zumal nun auch mit verringerter Eingangsgeschwindigkeit und
vorzugsweise nicht formschlüssig sondern nur kraftschlüssig umlaufende, Abwälzen der
als Wellgenerator 30 dienenden, mit den Planetenrädern (33) drehstarr verbundenen
Planeten-Rollen 36 in der Innenmantelfläche des Flexbandes 28 wirkt zusätzlich als
zuverlässige Überlast-Rutschkupplung. Bei (entgegen dem skizzierten Ausführungsbeispiel)
verzahntem Wellgenerator 30 wird dagegen die Funktion der Rutschkupplung in die
Kopplung zwischen Planetenrad und Planeten-Rolle und/oder in eine unverzahnte, also nur
kraftschlüssige Drehverbindung zwischen Sonnenrad und Planetenräder verlegt.