DE10161941A1

DE10161941A1 - Verfahren zum Bestimmen der Zahnform der Verzahnung eines Getriebes Getriebe mit derart bestimmter Verzahnung

Info

Publication number: DE10161941A1
Application number: DE2001161941
Authority: DE
Inventors: Thomas Hirn; Adelbert Lauffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Zahnform der Verzahnung (12, 16) eines Wellgetriebes (10). Dabei wird erfindungsgemäß der Krümmungsradius (R) des mit der Stützfläche in Verzahnungseingriff stehenden Umfangsabschnitts (20a, 20b) der Mantelfläche bestimmt, und man bestimmt die Zahnform der Innenverzahnung (12) des Stützrads (14) oder/und der Außenverzahnung (16) der Abrollbuchse (18) unter der Annahme, es handele sich um den Verzahnungseingriff des starren Stützrads (14) mit einem ebenfalls starren, mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrad (22), dessen Radius der Krümmungsradius (R) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Zahnform der Verzahnungen eines Getriebes mit einem starren Stützrad, welches eine im Wesentlichen zylindrische, mit einer Innenverzahnung versehene Stützfläche aufweist, mit einer flexiblen Abrollbuchse, welche eine mit einer Außenverzahnung versehene äußere Mantelfläche aufweist, und mit einem innerhalb der Abrollbuchse drehbar angeordneten, exzentrischen Antriebskern, wobei die Außenverzahnung eine geringere Anzahl von Zähnen aufweist als die Innenverzahnung, und wobei die Mantelfläche durch den exzentrischen Antriebskern in wenigstens einem fortlaufenden Umfangsabschnitt in Verzahnungseingriff mit der Stützfläche gehalten ist.

Derartige Getriebe sind in der Fachwelt beispielsweise unter den Bezeichnungen "Wellgetriebe", "Harmonic-Drive-System" und "Wave Drive" bekannt. Es sei hierzu beispielsweise auf das deutsche Gebrauchsmuster DE 296 14 738 U1 verwiesen.

Zur Ermittlung der Zahnform der Verzahnungen derartiger Getriebe werden bislang iterative und somit höchst zeitaufwendige, auf dem Erfahrungswissen des Konstrukteurs basierende Verfahren verwendet. Es wird hierzu beispielsweise verwiesen auf Kapitel 8 "Besonderheiten bei der Verzahnungsauslegung von Wellgetrieben" (Seite 11 5 ff.) von K. Paetzold und F. Pöhlau in dem Buch "Maschinenelemente aus Kunststoffen - Zahnräder und Gleitlager", Springer-VDI-Verlag verwiesen.

Alle diese Verfahren haben den Nachteil, dass sie keine mathematisch präzise Bestimmung der Zahnform der Innenverzahnung des Stützrads in Abhängigkeit der Zahnform der Außenverzahnung der Abrollbuchse oder der Zahnform der Außenverzahnung der Abrollbuchse in Abhängigkeit der Zahnform der Innenverzahnung des Stützrads oder der Zahnform der Innenverzahnung des Stützrads und der Außenverzahnung der Abhohlbuchse in Abstimmung aufeinander zulassen.

Es ist daher Aufagbe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches diese Nachteile in einfacher Weise umgeht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren gelöst, bei welchem man den Krümmungsradius des mit der Stützfläche in Verzahnungseingriff stehenden Umfangsabschnitts der Mantelfläche bestimmt, und man die Zahnform der Innenverzahnung des Stützrads oder/und der Außenverzahnung der Abrollbuchse unter der Annahme bestimmt, es handele sich um den Verzahnungseingriff des starren Stützrads mit einem ebenfalls starren, mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrad, dessen Radius der Krümmungsradius ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch bei der üblicherweise elliptischen oder Ellipsen-ähnlichen Form, die die Abrollbuchse in einem derartigen Getriebe üblicherweise annimmt, diese Abrollbuchse im Bereich ihres mit der Innenverzahnung des Stützrads in Eingriff stehenden Abschnitts einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf einnimmt. Hinzu kommt, dass die Abrollbuchse im Bereich ihres die Hauptlast tragenden Zahns bzw. ihrer die Hauptlast tragenden Zähne einen nahezu präzise kreisförmigen Verlauf nimmt, während die Abweichungen von der Kreisform erst in Umfangsbereichen der Abrolllbuchse bedeutsam werden, die mit der Innenverzahnung des Stützrads nicht mehr oder nur noch unwesentlich in Lastübertragungseingriff stehen. Dies bedeutet, dass die Abwicklung der Zahnformen der Innenverzahnung des Stützrads und der Außenverzahnung der Abrollbuchse in einer für die Praxis mehr als ausreichenden Näherung mit der Abwicklung der Zahnformen der Innenverzahnung des Stützrads und der Außenverzahnung eines mit dem Stützrad kämmenden Planetenrads übereinstimmt.

Grundsätzlich ist es möglich, alle Zahnformen zu verwenden, die einer korrekten Abwicklung zwischen dem innenverzahnten Stützrad und dem außenverzahnten Planetenrad entsprechen. Vorteilhaft ist es jedoch, Zahnformen mit Evolventen-Zahnflanken zu verwenden, da für diesen Fall hinsichtlich einer geräuscharmen Auslegung und Festigkeitsberechnungen ein sehr großer Erfahrungsschatz aus dem allgemeinen Getriebebau zur Verfügung steht.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ferner ein Getriebe, bei welchem die Zahnform der Innenverzahnung des Stützrads oder/und der Außenverzahnung der Abrollbuchse nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt worden sind.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Figur näher erläutert werden. Es stellt dar:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer mit der Innenverzahnung eines Stützrads kämmenden außenverzahnten Abrollbuchse zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Getriebe allgemein mit 10 bezeichnet. Es umfasst einen im Wesentlichen starren, mit einer Innenverzahnung 12 versehenen Stützring 14 und eine flexible, mit einer Außenverzahnung 16 versehene Abrollbuchse 18, die lediglich strich-punktiert angedeutet ist.
Derartige Getriebe sind an sich bekannt und sollen daher hier in Aufbau und Funktion nicht näher erläutert werden. Vielmehr kann diesbezüglich beispielsweise auf das deutsche Gebrauchsmuster DE 296 14 738 U1 verwiesen werden.
Die Abrollbuchse 18 steht mit dem Stützring 14 in einander bezüglich der Achse 14a des Stützrings 14 diametral gegenüberliegenden Abschnitten 20a und 20b in Verzahnungseingriff. Wie in Fig. 1 oben dargestellt ist, entspricht der Verlauf der Abrollbuchse 18 im Bereich des die Hauptlast tragenden Zahns 16a der Verzahnung 16 in sehr guter Näherung dem Verlauf einer Kreislinie um die Achse 22a eines imaginären Planetenrads 22, das denselben Krümmungsradius R aufweist wie die Abrollbuchse in unmittelbarer Umgebung des lasttragenden Zahns 16a. Erst in von dem lasttragenden Zahn 16a entfernten Umfangsabschnitten B der Abrollbuchse 18 kommt es zu nennenswerten Abweichungen des Verlaufs der Abrollbuchse 18 von der Kreisform des imaginären Planetenrads 22. In diesen Bereichen stehen aber die Zähne der Außenverzahnung 16 der Abrollbuchse 18 und der Innenverzahnung 12 des Stützrings 14 nicht mehr oder nur noch in nicht mehr erheblichen Maße in Lastübertragungseingriff, so dass sich die Abweichungen von der Kreisform-Näherung in der Praxis nicht mehr bzw. nicht mehr in relevantem Umfang auswirken.
Die vorstehend beschriebene Näherung hat den großen Vorteil, dass für den Verzahnungseingriff eines innenverzahnten Stützrads mit einem außen verzahnten Planetenrad ein immenser Erfahrungsschatz existiert, auch in Form von Zahnformbestimmungs-Software, auf dem nunmehr auch bei der Auslegung der gattungsgemäßen Getriebe zurückgegriffen werden kann, insbesondere dann, wenn es sich um Evolventen-Verzahnungen handelt.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Zahnform der Verzahnung (12, 16) eines Getriebes (10) mit
einem starren Stützrad (14), welches eine im Wesentlichen zylindrische, mit einer Innenverzahnung (12) versehene Stützfläche aufweist,
einer flexiblen Abrollbuchse (18), welche eine mit einer Außenverzahnung (16) versehene äußere Mantelfläche aufweist, und
einem innerhalb der Abrollbuchse (18) drehbar angeordneten, exzentrischen Antriebskern,
wobei die Außenverzahnung (16) eine geringere Anzahl von Zähnen aufweist als die Innenverzahnung (12),
wobei die Mantelfläche durch den exzentrischen Antriebskern in wenigstens einem fortlaufenden Umfangsabschnitt (20a, 20b) in Verzahnungseingriff mit der Stützfläche gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet, dass man den Krümmungsradius (R) des mit der Stützfläche in Verzahnungseingriff stehenden Umfangsabschnitts (20a, 20b) der Mantelfläche bestimmt, und dass man die Zahnform der Innenverzahnung (12) des Stützrads (14) oder/und der Außenverzahnung (16) der Abrollbuchse (18) unter der Annahme bestimmt, es handele sich um den Verzahnungseingriff des starren Stützrads (14) mit einem ebenfalls starren, mit einer Außenverzahnung versehenen Zahnrad (22), dessen Radius der Krümmungsradius (R) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Innenverzahnung (12) des Stützrads (14) oder/und die Außenverzahnung (16) der Abrollbuchse (18) als Evolventen-Verzahnung auslegt.

3. Getriebe (10), bei welchem die Zahnform der Innenverzahnung (12) des Stützrads (14) oder/und der Außenverzahnung (16) der Abrollbuchse (18) mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 bestimmt worden ist.