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Die
Erfindung betrifft ein Wellgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Das
gattungsgemäße Getriebe
ist aus der
DE 197
08 310 A1 als auch sogenanntes Ringband-Untersetzungsgetriebe
mit einem Wellgenerator in Form eines unrunden Kernes oder in Form
von exzentrisch zur Antriebswelle umlaufenden Kreisscheiben bekannt,
die längs
der Innenmantelfläche des
Flexbandes, dort auch als radial elastische Abrollbuchse bezeichnet,
abrollen. Jene Scheiben können
verdrehbar an einer drehstarr mit der Antriebswelle rotierenden
Stegplatte gelagert sein. Wenn jedoch eine Eingangsuntersetzung
vor dem eigentlichen Wellgetriebe gefordert wird, handelt es sich nach
jener Vorveröffentlichung
bei den Scheiben um Planeten-Zahnräder, die auf einem drehstarr
mit der Antriebswelle gekoppelten Sonnenrad kämmend umlaufen. Das bedingt
allerdings, daß die
Verzahnungsköpfe
jener Zahnscheiben eine unerwünschte
da desto höhere
und verschleißträchtigere
wie auch geräuschvollere
Beanspruchung der Innenmantelfläche des
Flexbandes hervorrufen.
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Ähnliche
Kombinationen aus Wellgetriebe mit vorgeschaltetem Planetenradgetriebe
sind aus der
DE 199
14 555 A1 und, damit fast baugleich, aus der
DE 199 14 556 A1 bekannt.
Dort kämmen
allerdings die Planetenräder
außer
mit dem Sonnenrad auch mit einer umlaufenden Innenverzahnung am Getriebegehäuse, was
wegen der dadurch gegebenen, umlaufenden radialen Einspannung der
Planetenzahnräder
unter kritischen Lastzuständen
zu einer die Konstruktion gefährdenden
lokalen Überlastung führen kann.
Diese Gefahr ist nach der dortigen Konstruktion noch insofern desto
größer, als
bei jedem Planetenrad dessen kraftschlüssiger Ablaufvorgang innerhalb
des Flexbandes drehstarr mit dem formschlüssigen Ablaufvorgang in der
Gehäuseverzahnung
gekoppelt ist, im Verlaufe dieser achsparallelen Kraftüberleitung
also keinerlei Überlastsicherung
vorgesehen ist.
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Die
Funktion jenes – auch
als Harmonic 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 18 er bringt
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 Verzahnungsein griff
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.