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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei
einem Kombinationsgetriebe, wie es insbesondere aus unserem Patent
DE 1 01 51 878 C2 bekannt
ist, arbeitet ein in seiner Funktion dort näher beschriebenes Wellgetriebe
mit einem vorgeschalteten konventionellen Getriebe vergleichsweise
kleinen Untersetzungsverhältnisses
zusammen. Bei letzterem handelt es sich vorzugsweise um ein Planetenradgetriebe,
dessen Planetensteg mit einem Wellgenerator bestückt ist. Durch solch eine Getriebekombination
kann auch der mittlere bis untere Übersetzungsbereich gut bedient
werden. Denn das – auch als
Harmonic Drive oder als Ringband-Getriebe bekannte – Wellgetriebe
selbst liefert eine außerordentlich
starke Untersetzung. Das beruht darauf, daß ein rotierend angetriebener
ununder Kern, ein sogenannter Well-Generator, einen auch als Flexring
bezeichneten Innenrad-Reifen umlaufend radial verformt und dadurch
dessen Außenmantelfläche umlaufend
lokal nach außen
gegen die hohlzylindrische Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines stationären Stützringes
andrückt.
Infolgedessen wälzt
sich der Flexring kraftschlüssig über Reibflächen oder
als Zahnriemen formschlüssig
im Stützring
ab. Dabei dreht der Flexring sich nach Maßgabe der Umfangs- bzw. Zähnedifferenz
zwischen Stützring
und Flexring langsamer, als der motorisch angetriebene Triebkern
des Wellgenerators. Diese gegenüber
dem Antrieb stark verlangsamte Drehbewegung wird vorzugsweise über eine
Außenverzahnung
des Flexringes auf die Innenverzahnung eines weiteren Außenringes übertragen.
Bei dem handelt es sich um den zum Stützring konzentrischen aber
im Gegensatz zu jenem nicht stationär, sondern verdrehbar im Getriebegehäuse gelagerten
Abtriebsring.
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Der
Antrieb solch eines Well-Generators erfolgt üblicherweise über einen
koaxial angeflanschten hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor, dessen
schnelle Rotation in eine sehr viel langsamere Drehbewegung entsprechend
größeren Drehmomentes
untersetzt wird. Das findet vielfältig Anwendung etwa als Stellelement
für das
Motor- und Klimamanagement und für
andere insbesondere manuelle Eingriffe ersetzende Funktionen im
Kraftfahrzeug.
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Die
genannte Getriebekombination aus Wellgetriebe und ihm funktional
vorgeschaltetem Planetengetriebe erbringt außerdem den betriebstechnischen
Vorteil, daß infolge
der Eingangsuntersetzung die Drehzahl des ununden Wellgenerators
spürbar verringert
wird, was eine wesentliche Verringerung der mechanischen Wechselbeanspruchungen
und eine dementsprechend vergrößerte Standfestigkeit, also
Betriebssicherheit zur Folge hat. Außerdem führt diese Untersetzung der
Eingangsdrehzahl am eigentlichen Wellgetriebe hinsichtlich Amplitude
und Frequenz zu einer deutlichen Verringerung störender Geräuschentwicklungen; insbesondere
wird dadurch ein sonst recht lautes und unangenehm hochfrequentes
Rasseln, das häufig
vom eigentlichen Wellgetriebe ausgeht, insgesamt auf eine sympathischeres
da niederfrequentes Geräusch
reduziert. Aber auch dieses kann nach gewisser Zeit als störend empfunden
werden, zumal wenn es ständig
oder betriebsabhängig
bei einem Bedienelement auftritt, das in der Nähe einer Bedienperson wie etwa
des Fahrers eines Kraftfahrzeuges betrieben wird.
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Vorliegender
Erfindung liegt deshalb die technische Problemstellung zugrunde,
die in Zusammenhang mit dem Betrieb eines Wellgenerators wegen der
unrunden Bewegungsabläufe
an sich unvermeidliche Geräuschentwicklung
noch spürbar
zu reduzieren und dadurch die Akzeptanz von motorisch unterstützten Bedienelementen
deutlich zu steigern.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die
Kombination der wesentlichen Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Danach
wird der Flexring – abtriebsseitig,
oder vorteilhafter noch auf der höhertourigen Antriebsseite (also
zu den als Wellgenerator wirkenden Planetenrädern hin) – mit einer Schrägverzahnung
ausgestattet. Eine solche ist zwar grundsätzlich kinetisch kritisch,
weil sie Axialkräfte
entstehen läßt, die
insbesondere von den radialen Lagerungen kleinbauender Kunststoffgetriebe
nicht ohne weiteres aufgenommen werden können. Der Erfindung zugrunde
liegt diesbezüglich
aber die Überlegung, daß ja der
Flexring nicht wellengelagert ist, sondern über seinen (einer Welle gegenüber sehr
großen) Umfang
stirnseitig zwischen z.B. dem Boden eines topfförmigen Abtriebsringes einerseits
und andererseits gegenüberliegend
gegen das die Antriebwelle lagernde Gehäuse-Schild stabil axial abgestützt ist. Deshalb
lassen sich die von der Schrägverzahnung hervorgerufenen
Axialkräfte
hier konstruktiv auch dann durchaus beherrschen, wenn keine als
Pfeilverzahnung gegensinnig geneigten Zähne vorgesehen sind; zumal
wegen der im Wellgetriebe wie erwähnt vergleichsweise geringen
eingangsseitig gegebenen Drehmomente hier nur entsprechend geringe
Axialkräfte
auftreten. Hinzu kommt, daß bei
Kleingetrieben die Stütz-
und Abtriebsringe, vor allem aber der Flexring wegen der Notwendigkeit
seiner umlaufenden Formänderung,
regelmäßig im Kunststoffspritzguß erstellt
werden, so daß (im
Gegensatz zu einer spanend ausgeformten Metallverzahnung) vermittels der
Gestaltung der Spritzgußform
sogar im Innenumfang eines Ringes Schräg- und Keilverzahnungen technologisch
beherrschbar sind.
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Weitere
Ausbildungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren
Ansprüchen
und aus nachstehender Beschreibung von in der Zeichnung unter Beschränkung auf
das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten Ausführungsbeispielen
zum Umsetzen der Erfindung bei einem Wellgetriebe mit innerhalb
seines Flexringes als Wellgenerator umlaufender Planeten-Eingangsstufe.
In der Zeichnung zeigt:
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1 im
Axialquerschnitt die Lage einer abtriebsseitigen Schrägverzahnung,
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2 für
den Beispielsfall einer abtriebsseitigen Schrägverzahnung gemäß 1 in
drei Stirnansichten (a, b, c) unterschiedliche Zuordnungen von Schrägverzahnungen
zu den Innenmantelflächen
der Außenringe
und
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3 im
Axialquerschnitt die Lage einer statt dessen antriebsseitigen Schrägverzahnung
im Wellgetriebe.
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Bei
einem Wellgetriebe 11 wird, innerhalb eines formstabilen
Stützringes 12,
als Übertragungsglied
zwischen Eingangs- und Ausgangsrotation ein Flexring 13 umlaufend
radial derart verformt, daß dieser
sich mit seiner Außenmantelfläche längs der
etwas größeren Umfang
aufweisenden Innenmantelfläche
des Stützringes 12 abwälzt. Dadurch
dreht der Flexring 13 sich langsamer, als seine Verformung
innerhalb des Stützringes 12 umläuft. Weil
sich das Flexring 13 noch axial, also seitlich über den
Stützring 12 hinaus
bis über
einen jenem koaxial benachbart verdrehbar gelagerten Abtriebsring 19 erstreckt, dreht
er mit gegenüber
der Eingangsrotation entsprechend stark untersetzter Bewegung den
Abtriebsring 19 (der in der Stirnansicht gegen den davor
gelegenen Stützring 12 in 1 nicht
sichtbar ist, vgl. aber 2).
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Die
Eingangsrotation, also die umlaufende Verformung des Flexringes 13,
wird von einem motorisch angetriebenen Wellgenerator 14 hervorgerufen. Als
der dient hier nun nicht ein unrunder Kern auf der Abtriebswelle
eines Antriebsmotors, sondern dafür ist das Wellgetriebe 11 eingangsseitig
mit einem Planetenradgetriebe 15 kombiniert. Dessen (in
diesem Beispielfalle: zwei) Planetenräder 16 rotieren um
das motorisch angetriebene Sonnenrad 17 des Planetenradgetriebes 15 und
drücken
so den Flexring 13 lokal umlaufend in die Innenmantelfläche des
Stützringes 12 (ebenso
wie in die Innenmantelfläche
des in 1 nicht sichtbaren Abtriebsringes 19)
hinein, wodurch die die umlaufende Verformung des Flexringes 13 schon
gegenüber
der Rotation der Eingangswelle mit ihrem Sonnenrad 17 untersetzt
ist.
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Typischerweise
ist bei einem Wellgetriebe 11 der Flexring 13 auf
seinem Außenumfang
mit ein bis drei Zähnen
weniger als der Stützring 12 in
seinem Innenumfang ausgelegt. Das behindert an sich einen kinematisch
reibungslosen Zahneingriff, zumal bei der herkömmlichen Geradverzahnung. Um
aus kinetischen Gründen,
für die
Momentenübertragung
und einen möglichst
ruhigen Lauf, dennoch bei hoher Zahnüberdeckung einen weichen Zahneingriff
zu erzielen, ist hier erfindungsgemäß eine Abwandlung der als solchen
zwischen Stirnradpaarungen in Hochlastgetrieben bekannten Schrägverzahnungen 18 vorgesehen – nämlich nun
nicht als die üblichen Stirnverzahnungs-Paarungen,
sondern beim Stützring 12 als
Innenverzahnung.
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Wie
in 2a berücksichtigt,
kann die Schrägverzahnung 18 durchaus
auf diejenige Teilbreite des Flexringes 13 beschränkt bleiben,
die mit dem Stützring 12 abweichender
Zahnung in Eingriff steht, da beim Abtriebsring 19 üblicherweise
die Zahl und somit die Geometrie der Zähne mit derjenigen auf dem
zugeordneten axialen Teilbereich des Flexringes 13 übereinstimmt.
Demzufolge zeigt 2a einen Stützring 12 mit Schrägverzahnung 18 neben einem
Abtriebsring 19 mit Geradverzahnung 20.
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Wenn
aber gemäß 2b beispielsweise eine
durchgehende Schrägverzahnung
sich über
die gesamte axiale Breite des Flexringes 13 erstreckt, dann
sind auch beide Ringe 12, 19 längs ihres Innenumfanges jeweils
mit Schrägverzahnungen 18, 18 ausgestattet.
Das fördert
den Eingriff eines Flexringes 13 in die unterschiedlichen
Zahngeometrien im Stützring 12 und
im Abtriebsring 19.
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2c bezieht
sich auf eine Auslegung des Flexringes 13 mit einer Pfeilverzahnung
zum Reduzieren axialer Krafteinflüsse auf das Flexring 13. Dementsprechend
sind die Schrägverzahnungen 18, 18' der Ringe 12, 19 gegensinnig
geneigt. Die können
geometrisch so ausgelegt werden, daß die von den Schrägverzahnungen
in den Flexring 13 eingeleiteten Axialkräfte sich
gerade wieder aufheben. Die Axialkräfte wirken dann nur noch auf
die beiden koaxialen Hohlräder
(also auf die Ringe 12 und 19), von denen sie über das
Getriebegehäuse
gut abgefangen werden können.
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Hinsichtlich
der Unterdrückung
störender Geräuschentwicklung
ist der positive Einfluß der Schrägverzahnung
im höhertourig
drehenden Eingangsbereich dieser Getriebekombination und somit an
der Innenmantelfläche
des Flexringes 13 gemäß 3 noch
wirksamer, als auf dessen Außenmantelfläche gemäß 1.
In diesem Falle kann es auf der Außenmantelfläche des Flexringes 13 und
somit vor allem auch auf den viel aufwendiger zu bearbeitenden Innenmantelflächen der
Ringe 12, 19 bei der herkömmlichen Geradverzahnung 20 belassen
bleiben, während
der im Kunststoff-Spritzguß erstellte
Flexring 13 auf seiner Innenmantelfläche eine Schrägverzahnung
eingeformt erhält.
Dementsprechend sind auch die stirnseitig miteinander in Eingriff
stehenden Räder 16, 17 des
Planetenradgetriebes 15 schräg verzahnt, was selbst dann
fertigungstechnisch unkritisch ist, wenn es sich nicht um spritzgegossene Zahnformen,
sondern um mechanisch spanend zu bearbeitende Zahnformen handelt,
da diese hier nicht in einer Innenmantelfläche auftreten. Auch hier kann
wieder eine Pfeilverzahnung zweckmäßig sein, die dann sowohl hinsichtlich
des Flexringes 13 wie auch bezüglich aller Räder 16, 17 des
Planetenradgetriebes 15 axiale Belastungen vermeidet. Der
besondere Vorteil einer derart ausgelegten Getriebekombination liegt
darin, daß in
der Leistungsstufe, also zum Ausgang des Wellgetriebes 11 hin,
mit seiner herkömmlichen
Geradverzahnung keine konstruktiv zu berücksichtigenden Axialkräfte entstehen; wohingegen
im Innern eines hier schrägverzahnten Flexringes 13 wegen
des deutlich geringeren Eingangsmomentes in der Vorstufe der Getriebekombination
nur geringe, konstruktiv unkritische Axialkräfte von der Schrägverzahnung
der Planetenräder 16 hervorgerufen
werden.
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Im
Rahmen vorliegender Erfindung wird abweichend von den skizzierten
Ausführungsbeispielen für ein Kombinationsgetriebe
aber auch die Ausgestaltung eines Wellgetriebes mit schrägverzahntem Flexring
unabhängig
von der Gestaltung seines Wellgenerators als selbständig schutzwürdig betrachtet.
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Jedenfalls
führt es
bei einem Wellgetriebe 11 zu erheblich verringerter Geräuschbelästigung,
verzahnte Innenmantelflächen
erfindungsgemäß mit Schrägverzahnungen 18 auszustatten,
zumal die Innenmantelfläche
des im Kunststoffspritzguß erstellten
Flexringes 13, mit dem die Planetenräder 16 der Eingangsstufe
einer Getriebekombination aus Planetenrad- und Wellgetriebe 15-11 als
Wellgenerator 14 in Eingriff stehen.