DE10151878A1 - Multi-stage transmission has shaft transmission fixed on planet web of planetary transmission with sunwheel fixed to transmission drive shaft - Google Patents
Multi-stage transmission has shaft transmission fixed on planet web of planetary transmission with sunwheel fixed to transmission drive shaftInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches. The invention relates to a transmission according to the preamble of the main claim.
Die Funktion eines - auch als Harmonic Drive oder als Ringband-Getriebe bekannten - Wellgetriebes als sehr stark untersetzendem, selbsthemmendem System mit zur Antriebswelle koaxialer Abtriebswelle beruht darauf, daß ein rotierend angetriebener unrunder Kern, ein sogenannter Well-Generator, einen auch als Flexband bezeichneten Innenrad-Reifen umlaufend radial verformt und dadurch dessen Außenmantelfläche umlaufend lokal nach außen gegen die hohlzylindrische Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines gehäusefest stationären, als formstabiler Stützring dienenden Hohlrades andrückt. Infolgedessen wälzt sich das Innenrad selbst oder ein darauf verdrehbar gelagerter Radreifen bzw. Riemen kraftschlüssig über Reibflächen oder z. B. als Zahnriemen formschlüssig über Verzahnungen im Stützring ab, wobei das Rad bzw. sein Reifen sich nach Maßgabe der Umfangs- bzw. Zähnedifferenz zwischen Stützring und Innenrad langsamer als der motorisch angetriebene Triebkern des Wellgenerators dreht. Diese gegenüber dem Antrieb stark verlangsamte Drehbewegung wird vorzugsweise über eine Außenverzahnung des Innenrad-Reifens auf die Innenverzahnung eines weiteren Außenringes, des zum Stützring konzentrischen aber im Gegensatz zu jenem nicht stationär sondern koaxial verdrehbar im Getriebegehäuse angeordneten Abtriebsringes übertragen, der z. B. topf oder haubenförmig gestaltet und mit einer konzentrisch zur Antriebswelle ihr gegenüber im Getriebegehäuse gelägerten Abtriebswelle ausgestattet ist. Im Eingriff vom Innenrad zum Abtriebsring kann dabei noch eine weitere Untersetzung der Drehgeschwindigkeit infolge unterschiedlichen Umfanges (also unterschiedlicher Zähnezahl) erfolgen. Der Antrieb des Well-Generators erfolgt üblicherweise über einen koaxial angeflanschten hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor, dessen schnelle Rotation so in eine sehr viel langsamere Drehbewegung entsprechend größeren Drehmomentes untersetzt wird, was vielfältig Anwendung etwa als Stellelement für das Motor- und Klimamanagement und für andere insbesondere manuelle Eingriffe ersetzende Funktionen im Kraftfahrzeug findet. The function of a - also known as Harmonic Drive or as a ring belt transmission - Corrugated transmission as a very strong untersetzendem, self-locking system with the Drive shaft coaxial output shaft based on the fact that a rotatably driven unround Kern, a so-called Well generator, also called Flexband Inner wheel tire circumferentially radially deformed and thereby circulating the outer circumferential surface locally outwardly against the hollow cylindrical inner surface area slightly larger Scope of a fixed housing stationary, serving as a dimensionally stable support ring ring gear presses. As a result, the inner wheel rolls itself or a rotatably mounted on it Radreifen or belt frictionally over friction surfaces or z. B. as a toothed belt form-locking on gears in the support ring, the wheel or his tire after The circumference or tooth difference between the support ring and the inner wheel is slower as the motor-driven drive core of the wave generator rotates. This opposite the Drive strongly slowed down rotational movement is preferably via an external toothing of the inner wheel tire on the internal toothing of a further outer ring, the Supporting ring concentric but in contrast to that not stationary but coaxial rotatably transmitted in the transmission housing arranged output ring, the z. B. pot or dome-shaped and with a concentric with the drive shaft opposite her in the Gearbox is supported gerägerten output shaft. Engaged from the inner wheel to Output ring can still be a further reduction of the rotational speed due different extent (ie different numbers of teeth) done. The drive of the Well-generators usually take place via a coaxially flanged high-speed Low voltage dc motor whose fast rotation is so in a great deal slower rotational movement is amplified according to larger torque, which is diverse Application as an actuator for engine and climate management and others especially manual interventions replacing functions found in the motor vehicle.
Bei den vom insoweit gattungsbildenden Deutschen Gebrauchsmuster 296 14 738 bekannten und in dem Beitrag "Genial einfach" von H. Hirn (KEM Antriebstechnik Heft 10/1996) näher beschriebenen Ausführungsformen solcher Wellgetriebe wird als Wellgenerator ein unrunder (im Axial-Querschnitt etwa dreieckförmiger oder bevorzugt ovaler) Triebkern konzentrisch in der Nabe eines axial breiten, radial verformbaren Innenrades gedreht. Dieses kann ein einstückiges Spritzgußteil mit speichenartig radial orientierten Stößeln zwischen der radial verformbaren Innenrad-Nabe und dem ebenfalls radial verformbaren, außen verzahnten Innenrad-Reifen sein. Die insoweit in ihrer Längsrichtung formstabilen Speichen zwischen der vom Triebkern umlaufend radial verformten Nabe und dem Reifen bewirken, daß die Außenverzahnung entsprechend ihrer umlaufenden radialen Verformung jeweils nur über das begrenzte, sich umlaufend verlagernde Bogenstück mit den koaxialen, axial gegeneinander versetzten Innenverzahnungen des Stützringes und des Abtriebsringes in Eingriff gerät. Hinsichtlich einer Lösung der dabei aus der relativ hochfrequenten Wechselbeanspruchung resultierenden thermischen und Standfestigkeits-Probleme wird voll inhaltlich auf die Offenbarung in der eigenen noch unveröffentlichten Anmeldung DE 100 27 539.7 "Wellgetriebe und Triebkern für ein solches Getriebe" Bezug genommen. In the so far of the generic type German utility model 296 14 738 known and in the article "Ingeniously simple" by H. brain (KEM Antriebstechnik Heft 10/1996) described in more detail embodiments of such wave gear is as Wave generator a non-circular (in the axial cross-section approximately triangular or preferably oval) Drive core concentric in the hub of an axially wide, radially deformable inner wheel turned. This can be a one-piece injection-molded part with spoke-like radially oriented Tappets between the radially deformable inner wheel hub and also radially be deformable, externally toothed inner-wheel tires. The extent in their longitudinal direction dimensionally stable spokes between the hub radially encircling radially deformed hub and cause the tire that the outer teeth according to their circumferential radial Deformation only with the limited, circumferentially displacing elbow with the coaxial, axially staggered internal gears of the support ring and the Output ring engages. Regarding a solution while doing the relative high frequency cycling resulting thermal and Stamina problems becomes fully substantive on the revelation in their own yet unpublished Application DE 100 27 539.7 "Wave gear and drive core for such a gearbox" Referenced.
Hinsichtlich äußerst flexibler Einsatzmöglichkeiten bestechend ist die baukastenartige Kaskadierung mehrerer bauartgleicher kleinbauender Wellgetriebe gemäß der Hauptanmeldung DE 101 05 814.4 "Wellgetriebe mit haubenförmigem Abtriebsring" vom 08.02.01. Für die praktischen Belange nachteilig bleibt jedoch das an sich vorteilhafte große Untersetzungsverhältnis eines Wellgetriebes von typisch 20 : 1 und 400 : 1, so daß sich durch Kaskadierung nur dieser beiden Standardtypen schon die Abstufungen 20 : 1-400 : 1 -8.000 : 1-160.000 : 1 realisieren lassen - weshalb aber gerade im Übersetzungs-Mittelbereich vorkommende Abstufungsanforderungen damit u. U. nicht erfüllt werden können. In terms of extremely flexible applications is impressive the modular Cascading of several identical construction small-sized wave gear according to the Main application DE 101 05 814.4 "Wave gear with hood-shaped output ring" from 2.8.01. For the practical interests disadvantageous, however, remains advantageous in itself large reduction ratio of a wave gear typically 20: 1 and 400: 1, so that By cascading only these two standard types already the gradations 20: 1-400: 1 -8,000: 1-160,000: 1 can be realized - which is why in the Translation average range occurring grading requirements thus u. U. not met can be.
In Erkenntnis dieser Zusammenhänge setzt die Erfindung ein. Gesucht wird eine Wellgetriebe-Auslegung, die sich gerade auch hinsichtlich der funktionskritischen thermischen Wechsellast-Beanspruchung funktionszuverlässig kaskadieren läßt und dabei im Baukastensystem auch zu feineren Abstufungen der wirksamen Untersetzungsverhältnisse führt. In recognition of these relationships, the invention begins. We are looking for one Corrugated gear design, which is also in terms of critical thermal Alternating load stress cascades functionally reliable while in the Modular system also leads to finer gradations of effective reduction ratios.
Gemäß der im Hauptanspruch angegebenen Kombination der wesentlichen Merkmale ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Wellgetriebe gattungsgemäßer Art mit einem vorgeschalteten konventionellen Getriebe vergleichsweise kleinen Untersetzungsverhältnisses kombiniert wird. Bei diesem Eingangsgetriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Planetenradgetriebe, dessen Planetensteg mit einem Wellgenerator austauschbar bestückt ist. Wenn dieses Eingangsgetriebe etwa typisch ein Untersetzungsverhältnis 3 : 1 aufweist, dann ergibt dessen wahlweise Bestückung mit einem der beiden Wellgetriebe vorgenannter Auslegung die zusätzlichen Untersetzungs-Stufen 60 : 1 und 1.200 : 1 mit wiederum nur zwei kaskadierten Getrieben, so daß mit diesem Baukastensatz nun der untere bis mittlere Bereich ebenfalls gut abgedeckt ist. Hinzu kommt der betriebstechnische Vorteil, daß infolge der Eingangsuntersetzung die Drehzahl des Wellgenerators spürbar verringert wird, was eine wesentliche Verringerung der thermischen Belastung aufgrund mechanischer Wechselbeanspruchung und eine dementsprechend vergrößerte Standfestigkeit, also Betriebssicherheit zur Folge hat. According to the combination specified in the main claim is the essential features This object is achieved in that the wave gear generic Kind with an upstream conventional transmission comparatively small Reduction ratio is combined. This input gear is preferably to a planetary gear, the planetary gear with a wave generator is replaceable stocked. If this input gear is about typical one Reduction ratio has 3: 1, then gives his optional equipment with one of the two Well gear transmission of the aforementioned interpretation, the additional reduction stages 60: 1 and 1,200: 1 again with only two cascaded gears, so that with this modular kit now the lower to middle range is also well covered. In addition comes the operational advantage that due to the input reduction, the speed of the wave generator is significantly reduced, resulting in a significant reduction in thermal load due to mechanical cycling and a correspondingly enlarged Stability, so reliability has the consequence.
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 im Axial-Längsschnitt unter Beschränkung auf das konstruktiv Wesentliche nicht ganz maßstabsgerecht ein zweistufiges Getriebe, bei dem erfindungsgemäß der Steg eines Planetenrad-Eingangsgetriebes mit dem Triebkern eines Stößelrad-Wellgenerators bestückt ist. With regard to further advantages and special training and further education and their advantages will be except for the other claims also to the following Description of a preferred realization example of the solution according to the invention Referenced. The sole figure of the drawing shows in axial longitudinal section below Restriction to the constructively essential not quite to scale a two-stage Transmission, in accordance with the invention, the web of a planetary gear input gear with the Drive core of a ram wheel wave generator is equipped.
Das in der Zeichnung im Axial-Längsschnitt skizzierte, komplett aus Kunststoff-Spritzgußteilen fertigbare zweistufige Getriebe 7 weist hinter einem Planetenradgetriebe 8 als Eingangsgetriebe 9 ein Wellgetriebe 10 im gemeinsamen Gehäuse 11 auf. The sketched in the drawing in axial longitudinal section, completely made of plastic injection molded parts manufacturable two-stage gearbox 7 has behind a planetary gear 8 as input gear 9, a wave gear 10 in the common housing 11 .
Ein zentrales Durchgangs-Loch 13 in einer kreisscheibenförmigen Grundplatte 12 dient dem Eingriff der Antriebswelle 14 eines Antriebsmotors 15 in das Getriebe 7. Der Durchmesser des Loches 13 ist aber größer als derjenige der Welle 14, so daß hier keine radiale Lagerfunktion auftritt, wenn es sich bei der Antriebswelle 14 um die im Motor 15 gelagerte Motorwelle handelt. Andererseits kann die Grundplatte 12 auch unmittelbar Teil des Motor-Lagerschildes und deshalb mit einem Lager 16 ausgerüstet sein. A central through-hole 13 in a circular disk-shaped base plate 12 serves to engage the drive shaft 14 of a drive motor 15 in the transmission 7th However, the diameter of the hole 13 is larger than that of the shaft 14 , so that no radial bearing function occurs when it is at the drive shaft 14 is mounted in the motor 15 motor shaft. On the other hand, the base plate 12 may also be directly part of the motor bearing plate and therefore equipped with a bearing 16 .
Die Grundplatte 12 ist in ihrem Randbereich mit Profilierungen zum formschlüssigen Eingriff komplementärer Profilierungen im Stirnbereich eines gehäusefest anzuordnenden Stützringes 18 mit formstabilen Innenverzahnungen 19 (19p und 19w) ausgestattet. So kann der Stützring 18 unabhängig vom übrigen Gehäuse 11 in ausgesucht formstabilem Material präzisionsgefertigt und dann konzentrisch zum Durchgangsloch 13 drehstarr an der Grundplatte 12 festgelegt werden. Ein so separat gefertigter und auf die Grundplatte 12 montierter Stützring 18 erbringt gegenüber einem fertigungsseitig in das hohlzylindrische Gehäuse 11 integrierten Stützring u. a. den besonderen Vorteil, dessen Innenverzahnungen 19 präziser formhaltend kreisrund herstellen und dadurch einen formstabil verlustarmen, also auch unter Last besonders geräuscharmen Getriebelauf erreichen zu können. Das ist von besonderer praktischer Bedeutung, wenn die Innenverzahnung 19 des Stützringes 18 gemäß dem skizzierten Ausführungsbeispiel abgestuft ist, weil für die gewünschte Eingangsuntersetzung die Planetenräder 33 innerhalb eines größeren Durchmessers der Innenverzahnung 19p umlaufen müssen, als das Flexband 28 in den Innenverzahnungen 10w und 26. Entgegen dieser gezeichneten Abstufung können im Rahmen vorliegender Erfindung bei entsprechenden Übersetzungs- und Auslegungsanforderungen die beiden Innenverzahnungen 19 p/w des Stützringes 18 aber auch gleiche Durchmesser aufweisen und dann auch als gemeinsame Verzahnung für das Planeten- und das Wellgetriebe 8, 10 verwirklicht sein, was fertigungstechnische Vorteile erbringt. The base plate 12 is provided in its edge region with profiles for the positive engagement complementary profiles in the front region of a housing fixed to the support ring 18 with dimensionally stable internal teeth 19 ( 19 p and 19 w). Thus, the support ring 18 can be precision machined independent of the remaining housing 11 in selected dimensionally stable material and then fixed concentrically to the through hole 13 rotationally rigidly on the base plate 12 . Such a separately manufactured and mounted on the base plate 12 support ring 18 provides over a production side in the hollow cylindrical housing 11 integrated support ring, inter alia, the particular advantage of producing internal teeth 19 precise form-retaining circular and thereby achieve a dimensionally stable low-loss, so even under load particularly quiet gear train to can. This is of particular practical importance when the internal teeth 19 of the support ring 18 is stepped according to the outlined embodiment, because for the desired input reduction the planet gears 33 must rotate within a larger diameter of the internal teeth 19 p, as the flex belt 28 in the internal teeth 10 w and 26 . Contrary to this drawn graduation can in the present invention with appropriate translation and design requirements, the two internal teeth 19 p / w of the support ring 18 but also have the same diameter and then realized as a common toothing for the planetary and the wave gear 8 , 10 , which manufacturing advantages.
In den Stützring 18 ist der Grundplatte 12 gegenüber ein Abtriebsring 27 mit Innenverzahnung 26 verdrehbar eingelegt. Der benachbarte Deckel 23 des Gehäuses 11 verschließt dessen freie Stirnseite und damit auch das Getriebe 7. Er enthält die eigentliche Lagerung 24 dieses Getriebes 7, nämlich für seine koaxial zur Motor-Antriebswelle 14 hindurchragende Getriebe-Abtriebswelle 25. Diese ist drehstarr mit einem topf oder haubenförmigen, mit ebenfalls formstabiler Innenverzahnung 26 versehenen Abtriebsring 27 verbunden, der zwischen dem Gehäuse-Stützring 18 und der innenseitigen Oberfläche des Gehäuse-Deckels 23 axial geführt ist. Die radiale Halterung des gegenüber dem Gehäuse 11 drehbaren Abtriebsringes 27 erfolgt wie schon erwähnt mittels seiner im Haubenboden verankerten oder einstückig damit ausgebildeten Abtriebswelle 25 in der Gehäuse-Lagerung 24. In the support ring 18 of the base plate 12 is inserted opposite an output ring 27 with internal teeth 26 rotatable. The adjacent cover 23 of the housing 11 closes the free end face and thus also the transmission. 7 It contains the actual bearing 24 of this transmission 7 , namely for its coaxial with the motor drive shaft 14 projecting transmission output shaft 25th This is torsionally rigid with a pot or hood-shaped, also provided with dimensionally stable internal toothing 26 driven ring 27 which is axially guided between the housing support ring 18 and the inside surface of the housing cover 23 . The radial support of the relative to the housing 11 rotatable output ring 27 is effected as already mentioned by means of its anchored in the hood base or integrally formed therewith output shaft 25 in the housing-storage 24th
Innerhalb der beiden koaxial gehalterten, axial einander benachbarten Ringe 18-27 ist das Wellgetriebe 10 mit seinem radial verformbaren Flexband 28 auf einem radial verformbaren Stößelrad 22 angeordnet. Beide sind axial breiter als jede einzelne der beiden einander axial benachbarten formstabilen Innenverzahnungen 19w und 26 der Ringe 18 bzw. 27, so daß die Außenverzahnung 29 des Flexbandes 28 über das (vom Schnitt der Skizze gerade erfaßte) radial ausgebeulte Bogenstück mit jenen beiden Innenverzahnungen 19w, 26 gleichzeitig kämmt. Für das Umlaufen des infolge Radialverformung kämmenden Bogenstückes des Flexbandes 28 nimmt die hohle, ebenfalls radial verformbare Nabe 21 des Stößelrades 22 radial spielfrei einen im Querschnitt unrunden, vorzugsweise ovalen hülsenförmigen Triebkern 30 auf. Within the two coaxial salient, axially adjacent rings 18-27 , the wave gear 10 is arranged with its radially deformable flex belt 28 on a radially deformable ram 22 . Both are axially wider than each of the two axially adjacent dimensionally stable internal gears 19 w and 26 of the rings 18 and 27 , so that the outer teeth 29 of the flex belt 28 on the (from the section of the sketch just detected) radially bulged elbow with those two internal teeth 19 w, 26 combs at the same time. For the rotation of the radially deforming intermeshing elbow of the flex belt 28 takes the hollow, also radially deformable hub 21 of the ram gear 22 radially clearance a non-circular in cross-section, preferably oval sleeve-shaped drive core 30 .
Der Triebkern 30 wird koaxial zur Getriebeachse 20 austauschbar drehstarr auf Steckbolzen 37 vom Planetensteg 35 des Planetenradgetriebes 8 getragen. Dessen drehstarr mit der Antriebswelle 14 verbundenes Sonnenrad 31 treibt zwei einander bezüglich der Getriebeachse 20 einander diametral gegenüber am Planetensteg 35 auf Wellen 38 gelagerte Planetenräder 33, die über ihre Stirnverzahnungen 34 zwischen dem Sonnenrad 31 und der gehäusefesten Außenverzahnung 19p ablaufen und so den Planetensteg 35 frei um die Welle 14 drehen. Diese kann wie in der Skizze berücksichtigt zum Vermeiden von Kippmomenten im Getriebe 7 durch das Wellgetriebe 10 koaxial frei hindurchgreifen, um sie der Grundplatte 12 gegenüber nahe dem Deckellager 24 im Haubenboden des Abtriebsringes 27 radial zu lagern. The drive core 30 is coaxially to the transmission axis 20 exchangeable rotatably supported on pin 37 from the planetary ridge 35 of the planetary gear 8 . Whose rigidly connected to the drive shaft 14 sun gear 31 drives two mutually with respect to the transmission axis 20 diametrically opposite to the planetary ridge 35 mounted on shafts 38 planetary gears 33 which run through their serrations 34 between the sun gear 31 and the housing-fixed external teeth 19 p and so the planetary bridge 35th rotate freely around the shaft 14 . This can, as considered in the sketch to avoid tilting moments in the transmission 7 through the corrugated transmission 10 coaxially freely reach through to radially support the base plate 12 against the cover bearing near 24 in the hood bottom of the output ring 27 .
Zum Zusammenstellen eines solchen zweistufigen Getriebes 7, das sich aufgrund seines moderat vorgebbaren Übersetzungsverhältnisses insbesondere (aber nicht nur) als Eingangsgetriebe für kaskadierte Wellgetriebe nach dem Hauptpatent eignet, braucht lediglich die Antriebswelle 14 mit der Grundplatte 12 und dem Planetenradgetriebe 9 bestückt, dann der Gehäuse-Stützring 18 darüber gestülpt, sodann das Wellgetriebe 10 eingelegt und schließlich der Deckel 23 aufgesetzt zu werden. Die Antriebswelle 14 dreht als erste, vergleichsweise geringfügig untersetzende Stufe des Getriebes 7 mittels des Sonnenrades 31 über die Planetenräder 33 den Planetensteg 35 und somit den davon getragenen Triebkern 30 im Wellgenerator des Wellgetriebes 10. Infolge der dadurch hervorgerufenen umlaufenden Radialverformung des Stößelrades 22 wälzt sich dessen Flexband 28 längs der Innenverzahnungen 19w und 26 ab und verdreht so mit gegenüber der ersten Stufe sehr großer Untersetzung über den Abtriebsring 27 die Abtriebswelle 25. To put together such a two-stage transmission 7 , which is particularly suitable (but not only) as an input gear for cascaded wave gear after the main patent due to its moderately specifiable gear ratio, only the drive shaft 14 needs to be equipped with the base plate 12 and the planetary gear 9 , then the housing Slipped over support ring 18 , then the wave gear 10 is inserted and finally the lid 23 to be placed. The drive shaft 14 rotates as the first, relatively minor step-down stage of the transmission 7 by means of the sun gear 31 via the planetary gears 33, the planet web 35 and thus carried by the drive core 30 in the wave generator of the wave gear 10th As a result of the thereby caused circumferential radial deformation of the ram gear 22 , the flex belt 28 rolls along the internal teeth 19 w and 26 and thus rotates with respect to the first stage very large reduction on the output ring 27, the output shaft 25th
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