DE102006058661A1 - Inner wheel-rotary thrust gear for use in e.g. laser welding machine, has cross sliding parts controlling rotary thrust movement with four short, outwardly opened parallel guide slots fixed under ninety degree in level - Google Patents

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Abstract

The gear has an indented hollow wheel serving as an output and an indented front wheel serving as a drive, where the hollow and front wheels use a rotary thrust movement with an eccentric for producing rotary thrusts. Cross sliding parts control the rotary thrust movement with four short, outwardly opened parallel guide slots fixed under 90 degree in a level. Slide rings in the same level of the cross sliding parts make a relative motion of the front wheel with changing speeds on abscissa and coordinate of an orthogonal co-ordinate system.

Description

Die vorliegende Erfindung ermöglicht kompakte hochwertige Zahnradgetriebe mit hoher Stufenuntersetzung mit nur 1 Stirnrad und 1 Hohlrad in kostengünstiger Herstellung.The The present invention enables compact high quality gear transmissions with high stage reduction with only 1 spur gear and 1 ring gear in less expensive Production.

Es wird das System Rad verlassen, wo eine Scheibe sich um den eigenen Mittelpunkt dreht. Das antreibende Stirnrad wird in einen Kreisschub versetzt mit einer relativ geringen Exzentrizität.It the system will leave wheel where a disk is around its own Center turns. The driving spur gear becomes a circular thrust offset with a relatively low eccentricity.

Dadurch werden bisherige Zahnrad-Umfangsgeschwindigkeiten erheblich reduziert und damit die Hauptursache der Getriebe-Geräuscherzeugung ( Niemann/Winter Band II, S. 243 ).As a result, previous gear peripheral speeds are significantly reduced and thus the main cause of transmission noise generation ( Niemann / Winter Volume II, p. 243 ).

Mit der Nutzung von nur 2 Zahnrädern wird innerhalb der Stochastik auch den Markowschen Prozessen bei Maschinenausfall entsprochen. Bei einer Einzelteil-Funktions-Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent verringert sich diese auf 0,992 = 98 Prozent. Mit größerer Anzahl von Zahnrädern pro Getriebe verringert sich dieser Wert mit der analogen Potenz. 60% aller Getriebeschäden treten an Zahnrädern auf ( Niemann/Winter Band II, S. 123 ).With the use of only 2 gears, Stochastics also meets Markov's machine failure processes. For a 99 percent item-to-function probability, it drops to 0.99 2 = 98 percent. With a larger number of gears per transmission, this value decreases with the analog power. 60% of all gear damage occurs on gears ( Niemann / Winter Volume II, p. 123 ).

Die bekannten Vorteile bei Stirnräder-Innen-Verzahnung besonders bei Umlaufgetrieben werden weiter verbessert mittels einer hohen Stufenuntersetzung und kleiner Zähnezahl-Differenz Δ z zwischen Hohl- und Stirnrad bis gegen 1. Dabei wird die erforderliche Erhöhung des Eingriffswinkels nach Henriot 1972 erstmals bei Kreisschubgetrieben angewandt. Bei einem normalen Vorgelege-Getriebe mit 2 Zahnrädern ergäbe sich damit keine Untersetzung. Diese ist nur möglich bei Kreisschubgetrieben nach i = Z2:(Z2 – Z1).The well-known advantages of internal spur gear teeth especially in epicyclic gears are further improved by means of a high step reduction and small number of teeth difference Δ z between hollow and spur gear to 1. Here, the required increase in the pressure angle according to Henriot 1972 first applied to circular thrust transmissions. In a normal countershaft transmission with 2 gears would thus be no reduction. This is only possible with circular thrust transmissions after i = Z 2 : (Z 2 - Z 1 ).

Die Güte eines Getriebes wird ermittelt als Gleichlauf-Fehler im Übertragungsverhalten zwischen An- und Abtrieb mit einem minimalen Wert für Δφ[°], welcher veränderlich in der Größe innerhalb einer Umdrehung.The The quality of a gearbox is determined as a synchronization error in the transmission behavior between input and output with a minimum value for Δφ [°], which changeable in size within one Revolution.

Gleichlaufmessungen erfolgen in einer Labor-Testanlage. Das Getriebe wird mittels einer konstant drehenden Schwungscheibe angetrieben. An- und Abtriebswinkel werden aufgezeichnet und die Differenz beider Werte ist der Gleichlauffehler.Synchronous measurements done in a laboratory test facility. The transmission is by means of a driven constantly rotating flywheel. Drive and output angle are recorded and the difference between the two values is the synchronization error.

Temperaturveränderungen werden dabei nicht berücksichtigt.temperature changes will not be considered.

Es werden niedrigste Werte angestrebt für Antriebe bei Robotern, Laserschweißanlagen, Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen etc.It lowest values are aimed for drives in robots, Laser welding machines, printing machines, machine tools Etc.

Der Gleichlauffehler entsteht grundsätzlich aus der Summe von Toleranzen der Teilung, Zahndicke, Evolventenform, ferner der Zahnüberdeckung mit wechselnden Zahnbiegehebelmomenten und plastischer Verformung infolge Hertz-Pressung, weiter dem erforderlichen Lagerspiel bei Wärmedehnungen und dem Zahnspiel für Schmiermittel gegen Zahnreibung, als Verdrehspiel bekannt.Of the Constant error arises basically from the sum of Tolerances of the pitch, tooth thickness, involute, and the tooth coverage with changing Zahnbiegehebelmomenten and plastic deformation due Hertz pressure, continue the necessary bearing clearance for thermal expansions and the backlash for lubricants against tooth friction, known as a backlash.

In Getriebekatalogen werden Werte genannt für Verdrehspiel und Hysteresekennlinie bezogen auf eine Belastung von 5 Prozent der möglichen Maximalbelastung.In Transmission catalogs are called values for backlash and hysteresis characteristic based on a load of 5 percent the maximum possible load.

Die bisherige Zahnradherstellung unterliegt hohen Genauigkeitsansprüchen, z. B. nach Niemann/Winter Band II oder VDI/VDE 2612 mit Schrifttum über Normen und Richtlinien. Spielarme Planetengetriebe werden realisiert innerhalb geringster Herstellungstoleranzen mittels genauer messtechnischer Zuordnung von Fertigungsteilen.The previous gear production is subject to high accuracy requirements, z. B. according to Niemann / Winter Volume II or VDI / VDE 2612 with literature about Standards and guidelines. Low-backlash planetary gears are realized within the smallest manufacturing tolerances by means of accurate metrological Assignment of production parts.

Die Vermeidung einer Zahnreibung, die Nutzung eines konstanten Zahn-Biegehebelarms mit großer Zahnüberdeckung zeigt OS DE 10 2004 022 195 vom 24.11.2005: in einem Innenrad-Kreisschubgetriebe ist dem Antriebs-Stirnrad ein 3-Parallel- oder Kreuzschieber-Getriebe mit i = 1 vorgeschaltet. Beide haben nur steuernde Funktionen und verhindern eine Drehung des Antriebsstirnrades.The avoidance of tooth friction, the use of a constant Zahn-Biegehebelarms with large tooth coverage shows OS DE 10 2004 022 195 from 24.11.2005: in an internal gear wheel thrust gearbox, the drive spur gear is preceded by a 3-parallel or cross slide gearbox with i = 1. Both have only controlling functions and prevent rotation of the Antriebsstirnrades.

Es ist bekannt bei Mehrkurbel-Antrieben, gelagert in einer gemeinsamen Scheibe, dass bei Erwärmung dieser Scheibe eine Vergrößerung der Lagerabstände stattfindet.It is known in multi-crank drives, stored in a common Slice that when heated this disc enlarges the bearing distances takes place.

Ein Betrieb ist nur möglich ist durch Vorgabe eines größeren Lagerspiels für die Kurbel- bzw. Exzenterlagerungen, oder ein größeres Spiel der Übertragungselemente.One Operation is only possible by specifying a larger one Bearing clearance for the crank or eccentric bearings, or a bigger game of transmission elements.

Damit ist gegenüber dem kälteren Zustand kein minimaler Gleichlauffehler erzielbar.In order to is not minimal compared to the colder state Synchronization error achievable.

Dieser Fehler infolge unterschiedlicher Erwärmung tritt nicht auf bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Kreuzschiebers.This Error due to different heating does not occur on when using the cross slide according to the invention.

Da nur 1 Antriebsexzenter benötigt wird ergibt eine unterschiedliche Erwärmung kein Lagerklemmen zu anderen Kurbeln oder Exzentern bzw. deren genauer Lagerung.There only 1 drive eccentric is required results in a different Heating no bearing clamps to other cranks or eccentrics or their exact storage.

In Fachbüchern der Kinematik gibt es keine genaue Definition des Begriffes Kreuzschieber. Es gibt die Bezeichnungen Kreuzschleife, Doppelschieber als Anwendungen des Ellipsenzirkels und des Kardankreispaares, darüber hinaus den drehenden oder feststehenden Kreuzschieber als aktives Getriebe.In Textbooks of kinematics, there is no precise definition the term cross slide. There are the terms cross bow, Double slide as applications of the elliptical circle and the gimbal couple, in addition, the rotating or fixed cross slide as an active transmission.

In allen Fällen handelt sich um 2 geradlinige Führungsbahnen in einem rechtwinklig kreuzenden System zueinander ( Kraus, Getriebelehre, S. 134 ) mit einem möglichen Durchgang der Antriebskurbelzapfen durch den Kreuzmittelpunkt.In all cases, there are 2 rectilinear Guideways in a system crossing at right angles to each other ( Kraus, Getriebelehre, p. 134 ) with a possible passage of the drive crank pin through the cross-center.

Der drehende Kreuzschieber ist als Oldham-Kupplung bekannt. Es sind Getriebe-Patente und Patentanmeldungen bekannt mit einer Anwendung der Oldham-Kupplung. Diese hat einen schlechten Wirkungsgrad bis zur Selbsthemmung wegen der Kantenpressung und weil die Drehwirkung zwischen Nut und Mitnehmerstein axial in zwei Ebenen stattfindet und ein weiteres Kippmoment des Mittelteils die Reibung zwischen Nut und Mitnehmerstein erhöht. Ein Prospekt der Firma Ruland, Orbit Antriebstechnik, zeigt den geringen Wirkungsgrad.Of the rotating cross slide is known as Oldham clutch. There are Transmission patents and patent applications known with an application the Oldham clutch. This has a bad efficiency up for self-locking because of the edge pressure and because the rotation effect between the groove and driving block takes place axially in two planes and another tilting moment of the middle part the friction between Groove and drive block increased. A brochure of Ruland, Orbit drive technology, shows the low efficiency.

So auch bei diesen bekannten Patenten, bei denen eine Vermeidung der Zahnreibung und die Nutzung eines konstanten Zahn-Biegehebelarms nie vorgetragen und beabsichtigt ward.So also in these known patents, in which an avoidance of Tooth friction and the use of a constant tooth-Biegehebelarms never presented and intended.

Der Übertragungsfaktor λ bei Hebelreibsystemen ist ausführlich behandelt von Prof. K. Roth, Springer-Verlag: Konstruieren mit Konstruktionsunterlagen Band II S. 58–68 .The transmission factor λ in lever friction systems is dealt with in detail by Prof. K. Roth, Springer-Verlag: Constructing with Design Documents Volume II P. 58-68 ,

Anwendungen anstelle früherer Oldham-Kupplungen werden heute ausgeführt als Metallbalgkupplung, Gelenkwellen, Schmidt-Kupplung etc.applications instead of previous Oldham clutches are executed today as metal bellows coupling, drive shafts, Schmidt coupling etc.

Erfindungsgemäß ist das Kreuzschiebersystem passiv steuernd: das Stirnrad bewegt sich ohne Eigendrehung schwingend auf der Abszissenachse x und Ordinatenachse y eines ebenen rechtwinkligen Koordinatensystems mit einem um 180° versetzt angeordneten Massenausgleich.According to the invention passively controlling the cross slide system: the spur wheel moves oscillating without rotation on the abscissa axis x and ordinate axis y of a plane rectangular coordinate system offset by 180 ° arranged mass balance.

Der Antrieb für diese Schwingung erfolgt mittels der Kreisschubbewegung des Antriebexzenter-Zapfens auf die Stirnradbohrung.Of the Drive for this oscillation takes place by means of the circular thrust movement of the drive eccentric pin on the spur gear bore.

Es ist eine Eigenart der Kreisschubbewegung: jeder Punkt des unter Kreisschub stehenden Getriebeteils vollzieht eine Kreisschubbewegung mit konstanter Umdrehung. Auch die Zähne des Stirnrades sind Punkte dieser Bewegung.It is a peculiarity of the circular thrust movement: every point of the under Circular thrust gear part performs a circular motion with constant rotation. Also the teeth of the spur gear are points of this movement.

Aus dem gleichen Grund können die Stützbolzenpaare am Stirnrad auf y und Gehäuse auf x als rechtwinklig kreuzendes System weit aus der Getriebemitte angeordnet werden.Out for the same reason, the support bolt pairs on the spur gear on y and housing on x as a right angle crossing System can be arranged far from the center of the transmission.

Dadurch entfällt der sonst übliche Durchgang durch den Kreuzmittelpunkt (Kraus etc.)Thereby eliminates the usual passage through the Cross center (Kraus etc.)

Bei der Kreisschubbewegung wechseln ständig die Stillstände in den Extremlagen auf x mit den Kreisschub-Höchstgeschwindigkeiten auf y und umgekehrt.at The circular motion constantly changes the standstill in the extreme positions on x with the circular thrust maximum speeds on y and vice versa.

Eine Wärmedehnung des Kreuzschiebersystems erfolgt gleichmäßig radial parallel zu den Nuten der Gleitsteinführung. Die Führungs-Genauigkeit dieses vorgeschalteten Getriebes wird durch unterschiedliche Erwärmung nicht gemindert.A Thermal expansion of the cross slide system is uniform radially parallel to the grooves of Gleitsteinführung. The Leadership accuracy of this upstream transmission is not diminished by different heating.

Die Abmessungen der Führungsabstände im Kreuzschieber zueinander sind wesentlich größer als die Führungsbreiten. Bei Erwärmung vergrößern sich Führungsbreite und Gleitstein geringer, aber gleichmäßig. Die Genauigkeit der Kreuzschieberfunktion bleibt dadurch unverändert. Es handelt sich dehnungsgemäß um ein offenes System.The Dimensions of the guide distances in the cross slide to each other are much larger than the guide widths. When heated, the guide width increases and sliding block less but even. The Accuracy of the cross slide function remains unchanged. It is stretched according to an open system.

Diese Eigenart ist in ausgeführten Getrieben untersucht worden.These Peculiarity has been studied in running gearboxes.

Wichtig ist, dass die Gleitsteine bei der Bewegung und die Stützbolzen flächig wirken. Die Übertragung der Umfangskraft erfolgt ohne Zahnreibung über die Zähne von Stirn- und Hohlrad. Gleitsteine und Stützbolzen unterliegen einer Reaktionskraft aus der Umfangskraft, analog den festen Hohlrädern bei Planetengetrieben.Important is that the sliding blocks during movement and the support bolts act flat. The transmission of the peripheral force takes place without tooth friction over the teeth of forehead and ring gear. Sliding blocks and support bolts are subject to one Reaction force from the circumferential force, analogous to the fixed ring gears in planetary gears.

Die Reaktionskraft kann nicht von linienförmigen Elementen aufgenommen werden.The Reaction force can not be from linear elements be recorded.

Das wäre eine linienförmige Bewegungsfläche und Gleitbewegung unter Herz-Pressung.The would be a linear movement surface and sliding movement under cardiac pressure.

Die Stützbolzen ergeben innerhalb von Fertigungstoleranzen eine gute Flächenanlage der Gleitsteine infolge des Freiheitsgrades der drehbaren Gleitsteine um die Stützbolzen.The Support bolts yield within manufacturing tolerances a good surface area of the sliding blocks due to the degree of freedom the rotatable sliding blocks around the support bolts.

Eine Kantenpressung wie bei festen Gleitsteinen wird dabei vermieden.A Edge pressure as with solid sliding blocks is avoided.

Eine Kantenpressung erfolgt auch bei einer ausgeführten Anwendung einer Oldham-Kupplung an dem vorliegenden Getriebesystem ohne Zahnreibung, schwingend, als steuerndes Kreuzschiebersystem. Aus diesen Erkenntnissen folgte die jetzige Erfindung.A Edge pressure also occurs in an executed application an Oldham coupling on the present transmission system without tooth friction, swinging, as controlling cross slide system. From these findings followed the current invention.

Im Gegensatz zu Stirnräder- oder Planeten-Getrieben sind bei Innenrad-Kreisschubgetrieben infolge der geringen Zahndifferenz die Funktion-Durchmesser von Stirnrad und Hohlrad fast gleich groß. Temperaturveränderungen beider Teile aus gleichem Material im gleichen Gehäuse ergeben gleiche Durchmesser-Veränderungen.in the Unlike spur gears or planetary gears are included Inner-wheel circular thrust transmissions due to the small tooth difference the function diameter of spur gear and ring gear almost the same size. Temperature changes of both parts made of the same material in the same case give the same diameter changes.

Die Toleranzen von Teilung, Zahndicke und Evolventenform aus der Herstellung werden als Sammelabweichungen der Verzahnung kompensiert mittels eines großen Überdeckungsgrades des Hohlrades. Das bedingt eine stufenlose genaue Einstellung des Achsabstandes a0 zur Erzielung eines minimalen Verdrehspiels des Getriebes.The tolerances of pitch, tooth thickness and involute shape from the production are compensated as collective deviations of the teeth by means of a large degree of overlap of the hollow wheel. This requires a continuously accurate adjustment of the axial distance a 0 to achieve a minimum backlash of the transmission.

Dieses wird erfindungsgemäß gelöst mittels eines stufenlos drehbaren Verstell-Exzenters auf dem Zapfen des Antriebsexzenters, womit ein Verdrehspiel gegen 0° einstellbar ist.This is achieved according to the invention by means of a steplessly adjustable eccentric on the pin of the drive eccentric, with which a backlash against 0 ° is adjustable.

Mittels eines axialen Keilsystems wird nach Einstellung des minimalsten Verdrehspiel der Verstell-Exzenter auf dem Zapfen mittels Schraubwirkung fixiert.through an axial wedge system is set after setting the minimum Backlash of the adjusting eccentric on the pin by means of screw action fixed.

Innnenradgetriebe der vorliegenden Form mit minimalem Gleichlauffehler können mit festem Achsabstand a0 nur mittels kostspieliger Fertigung nach DIN 3960 realisiert werden.Internal gear of the present form with minimal synchronization error can be realized with a fixed center distance a 0 only by costly production according to DIN 3960.

Spielarme Zahnradgetriebe zeigt Niemann/Winter Band II unter 22.5.2, darin auch zwei exzentrische Lagerbüchsen pro Zahnradwelle für ein Getriebe nach Bild 22.2/25: Das Gesamtverdrehspiel nimmt mit der Anzahl der Getriebestufen zu. Diese Getriebe haben alle Zahnreibung.Low backlash Gearbox shows Niemann / Winter Band II under 22.5.2, in it also two eccentric bushings per gear shaft for a gear unit according to Fig. 22.2 / 25: The total torsional play increases the number of gear stages too. These gears have all the friction of the teeth.

Bild 1 zeigt ein Kreisschubgetriebe mit Kreuzschieber und Gleitsteinen.image 1 shows a circular push gear with cross slide and sliding blocks.

2 gegenüber liegende Gleitsteine sind drehbar montiert an 2 Bolzen des Stirnrades auf y, 2 weitere gegenüber liegende drehbar an 2 Bolzen der stillstehenden Getriebewand auf x.2 opposite sliding blocks are rotatably mounted on 2 bolts of the spur gear on y, 2 more opposite rotatable on 2 bolts of stationary gearbox on x.

Bild 2 zeigt den Verstell-Exzenter auf dem Zapfen der Antriebskurbel.image 2 shows the adjusting eccentric on the pin of the drive crank.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Niemann/Winter Band II, S. 243 [0003] - Niemann / Winter Volume II, p. 243 [0003]
  • - Niemann/Winter Band II, S. 123 [0004] - Niemann / Winter Volume II, p. 123 [0004]
  • - Kraus, Getriebelehre, S. 134 [0020] - Kraus, Getriebelehre, p. 134 [0020]
  • - Prof. K. Roth, Springer-Verlag: Konstruieren mit Konstruktionsunterlagen Band II S. 58–68 [0023] - Prof. K. Roth, Springer-Verlag: Constructing with construction documents Volume II p. 58-68 [0023]

Claims (5)

Innenrad-Kreisschubgetriebe ohne Zahnreibung mit einem verzahnten Hohlrad als Abtrieb und einem verzahnten Stirnrad als Antrieb mittels Kreisschubbewegung mit nur 1 Exzenter zur Erzeugung des Kreisschubes dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Kreisschubbewegung mittels eines ebenen Kreuzschieberteils erfolgt mit 4 kurzen nach außen offenen parallelen Führungseinschnitten unter 90° in der Ebene stehend.Inner wheel circular thrust gear without friction with a toothed ring gear as output and a toothed spur gear drive by means of circular motion with only 1 eccentric to generate the circular thrust characterized in that the control of the circular thrust movement by means of a plane Kreuzschieberteils done with 4 short outwardly open parallel guide cuts below 90th ° standing in the plane. Innenrad-Kreisschubgetriebe ohne Zahnreibung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in den offenen Führungseinschnitten insgesamt 4 Gleitsteine in gleicher Ebene des Kreuzschiebers wirkend eine Relativbewegung des Stirnrades ermöglichen mit wechselnden Geschwindigkeiten auf der Abszisse und Ordinate eines rechtwinkligen Koordinaten-Systems.Inner-wheel circular thrust gear without tooth friction after Claim 1, characterized in that in the open guide incisions a total of 4 sliding blocks acting in the same plane of the cross slide allow a relative movement of the spur gear with changing Speeds on the abscissa and ordinate of a right-angled Coordinate system. Innenrad-Kreisschubgetriebe ohne Zahnreibung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitsteine drehbar gelagert sind auf je zwei Bolzen im kreisschiebenden Stirnrad und 90° verdreht auf 2 Bolzen im festen Gehäuse.Inner-wheel circular thrust gear without tooth friction after Claim 1 and 2, characterized in that the sliding blocks rotatable are mounted on each two bolts in the circle-shifting spur gear and 90 ° twisted on 2 bolts in solid housing. Innenrad-Kreisschubgetriebe ohne Zahnreibung dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstell-Exzenter auf dem Zapfen der Antriebskurbel verstellbar montiert die Feineinstellung des Achsabstandes a0 zwischen Stirnrad und Hohlrad ermöglicht.Inner wheel circular thrust gear without tooth friction characterized in that an adjusting eccentric mounted on the pin of the drive crank adjustable allows the fine adjustment of the axial distance a 0 between the spur gear and ring gear. Innenrad-Kreisschubgetriebe ohne Zahnreibung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das maximale Stufen-Untersetzungsverhältnis erreicht wird mit einer Zahndifferenz von Z2 – Z1 = 1 bei Katalogzahnrädern mit einem entsprechend größerem Eingriffswinkel αwn und Profilverschiebung.Inner wheel circular thrust gear without friction toothing according to claim 1 to 4, characterized in that the maximum step reduction ratio is achieved with a tooth difference of Z 2 - Z 1 = 1 in catalog gears with a correspondingly larger pressure angle α wn and profile displacement.
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