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Stand der Technik
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Seitens von Anwendern ist es vielfach gewünscht, dass schnell laufende und preisgünstig herstellbare Elektromotoren mittels eines Getriebes hoch untersetzt werden, um eine langsam drehende Welle mit einem hohen Drehmoment zur Verfügung zu haben. Als Beispiele seien hier elektrische Fensterheber oder auch ein Scheibenwischerantrieb für ein Fahrzeug genannt. Ein typischer Vertreter derart hoch untersetzter Getriebe ist ein Schneckengetriebe. Hierbei wird durch den Antriebsmotor eine sogenannte Schnecke in Rotation versetzt, die bei der Drehbewegung ein in dieses greifendes Zahnrad dreht. Funktionsbedingt ist hier auch ein Gleiten zur Bewegung erforderlich, die Wärme erzeugt. Daher haben Schneckengetriebe bei hohen Übersetzungen einen niedrigen Wirkungsgrad. Zudem steht die Antriebswelle senkrecht zur Abtriebswelle.
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Zwischenzeitlich ist auch der
DE 199 53 485 C1 ein flachbauender Getriebemotor bekannt geworden, bei dem die Motorwelle drehfest mit einer Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Diese weist eine gegenüber der Getriebeeingangswelle verschwenkte Achse auf, die ein Lager für ein Taumelrad trägt, wobei das Taumelrad stirnseitig eine gehäusefeste Rotationsabstützung erfährt. Hierbei greift das Taumelrad mit seiner Verzahnung in den gerade axial benachbarten Bereich einer komplementären Kronverzahnung des Abtriebsringes ein, wobei der Abtriebsring fest mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es kann ein Bedürfnis bestehen, ein Getriebe mit einer hohen Untersetzung bereitzustellen, wobei das Getriebe kompakt ausgestaltet ist, preiswert herzustellen ist und deren Eingangs- und Ausgangswelle keinen Wellenversatz zueinander aufweisen.
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Das Bedürfnis kann durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs befriedigt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist ein Untersetzungsgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und einem Taumelrad bereitgestellt. Das Taumelrad weist eine erste Mittelachse auf. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle weisen eine gemeinsame Drehachse auf, wobei die Antriebswelle und die Abtriebswelle relativ zueinander um die Drehachse drehbar sind. Die erste Mittelachse und die Drehachse schließen einen ersten Winkel ein, der ungleich 0° ist. Das Taumelrad ist durch die Antriebswelle derart treibbar, dass die erste Mittelachse um die Drehachse rotiert, wobei das Taumelrad an die Abtriebswelle gekoppelt ist. Wenigstens das Taumelrad aus der Gruppe Taumelrad, Antriebswelle und Abtriebswelle ist zumindest teilweise von einem Gehäuse umschlossen. Das Taumelrad weist eine um die Mittelachse ausgebildete, im Wesentlichen kugelringförmige erste Ausformung auf. Eine Komponente aus der Gruppe von Antriebswelle, Abtriebswelle und Gehäuse weist eine zu der ersten Ausformung komplementäre, um die Drehachse ausgebildete, im Wesentlichen kugelringförmige zweite Ausformung auf. Die erste und die zweite Ausformung wirken derart zusammen, dass die erste Mittelachse und die Drehachse sich in einem Punkt schneiden.
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Durch eine Rotation der Antriebswelle wird das Taumelrad in eine Taumelbewegung um die Drehachse versetzt. Das Taumelrad kann hierbei um die Mittelachse rotieren oder bezüglich der Mittelachse feststehen, wobei hier das Taumelrad in rotatorischer Richtung an dem Gehäuse fixiert ist. Das Taumelrad weist eine erste Verzahnung mit einer vorbestimmten Anzahl von Zähnen auf. Die erste Verzahnung des Taumelrads greift in eine zweite Verzahnung ein, wobei die zweite Verzahnung beispielsweise fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Die Anzahl der Zähne der zweiten Verzahnung ist wenigstens um einen Zahn unterschiedlich zu der Anzahl der Zähne der ersten Verzahnung. Während des Taumelns des Taumelrads sind lediglich etwa 50% der Zähne der ersten Verzahnung in Eingriff mit den Zähnen der zweiten Verzahnung. Bedingt durch die Teilung der Verzahnung und die Differenz zwischen der Anzahl der Zähne der ersten Verzahnung und der Anzahl der Zähne der zweiten Verzahnung wird während einer vollständigen Taumelbewegung des Taumelrads der Winkel bestimmt, um den die Abtriebswelle gedreht wird. Wenn beispielsweise das Taumelrad über eine Zähnezahl von einhundert verfügt und die Abtriebswelle über eine Zähnezahl von neunundneunzig und pro Umdrehung der Antriebsachse eine vollständige Taumelbewegung des Taumelrads ausgeführt wird, so sind einhundert vollständige Taumelbewegungen des Taumelrads erforderlich, dass die Abtriebswelle um 360° gedreht ist. Oder anders ausgedrückt bewirkt eine vollständige Taumelbewegung des Taumelrads eine Drehung der Abtriebswelle um 3,6°. Somit lassen sich hohe Untersetzungszahlung mit lediglich einer Untersetzungsstufe realisieren, so dass das Gehäuse kompakt ausgeführt werden kann. Die kugelringförmigen Ausformungen des Taumelrads, der Antriebswelle, der Abtriebswelle und/oder des Gehäuses können sowohl als Erhebung oder als Vertiefung ausgeführt sein, wobei selbstverständlich die Erhebung in die korrespondierende Vertiefung greift. Weiterhin kann sich das Taumelrad durch die kugelringförmige erste Ausformung um die kugelringförmige zweite Ausformung zum einen drehen und zum anderen schwenken. Somit kann das Taumelrad durch ein Zusammenwirken der ersten und der zweiten kugelförmigen Ausformung taumeln und rotieren. Hierdurch kann auf eine weitere Lagerung des Taumelrads verzichtet werden. Zudem wird durch das Zusammenwirken der ersten und der zweiten Ausformung bewirkt, dass das Taumelrad gegenüber der mit der kugelringförmigen zweiten Ausformung versehenen Komponente zentriert ist. Die kugelringförmigen Ausformungen besitzen, wenn das Untersetzungsgetriebe montiert ist, einen gemeinsamen Mittelpunkt, welcher gleichzeitig den Punkt darstellt, an dem die Mittelachse die Drehachse schneidet. In vorteilhafter Weise liegt dieser Punkt an der Stelle, an der die Drehachse eine Stirnfläche der Antriebswelle durchstößt, wobei bei Rotation der Antriebswelle mittels der Stirnfläche das Taumelrad in die Taumelbewegung versetzt wird. In der Regel werden die erste und die zweite Verzahnung eine Zykloiden- oder Trochodialverzahnung aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist eine Komponente aus der Gruppe Antriebswelle und Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes ein sich entlang der Drehachse erstreckendes Achselement auf. Die jeweils andere Komponente aus der Gruppe Antriebswelle und Abtriebswelle weist eine sich entlang der Drehachse erstreckende Öffnung auf. Das Achselement und die Öffnung wirken derart zusammen, dass die Abtriebswelle und die Antriebswelle zueinander relativ drehbar geführt sind.
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Durch die Führung des Achselements in der Öffnung ist sichergestellt, dass die Abtriebswelle und die Antriebswelle um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander rotieren können. Hierbei dreht sich die Abtriebswelle um ein Untersetzungsverhältnis langsamer als die Antriebswelle. Natürlich können in der Öffnung noch Lagerelemente eingebracht sein, um eine Reibung zwischen dem Achselement und der Öffnung zu reduzieren bzw. zu minimieren. Weiterhin verfügt das zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnete Taumelrad in seinem Zentrum eine Öffnung, durch die das Achselement hindurchtreten kann. Diese Öffnung in dem Taumelrad ist derart bemessen, dass das Taumelrad während seiner Taumelbewegung das Achselement nicht berührt.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das Taumelrad des Untersetzungsgetriebes eine erste Verzahnung auf. Eine Komponente aus der Gruppe Abtriebswelle und Gehäuse weist eine zweite Verzahnung auf. Die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung stehen miteinander in Eingriff. Eine erste Anzahl von ersten Zähnen der ersten Verzahnung ist von einer zweiten Anzahl von zweiten Zähnen der zweiten Verzahnung nominal unterschiedlich.
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Wie bereits erklärt, ist für die Funktionalität des Untersetzungsgetriebes erforderlich, dass die Anzahl der ersten Zähne der ersten Verzahnung von der Anzahl der Zähne der zweiten Verzahnung um mindestens einen Zahn differiert. Somit bedeutet nominal im Sinne des vorher zitierten Beispiels, dass das Taumelrad beispielsweise einhundert Zähne und die zweite Verzahnung der Abtriebswelle neunundneunzig Zähne aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung fehlen Zähne der ersten und/oder der zweiten Verzahnung.
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Hierunter ist zu verstehen, dass Zähne aus der ersten und/oder aus der zweiten Verzahnung entnommen werden können, ohne dass eine Teilung der jeweiligen Verzahnung, also der Abstand von Zahnmitte zu Zahnmitte, verändert wurde. Somit hat das Fehlen derartiger Zähne keinen Einfluss auf das Untersetzungsverhältnis. Hierbei können die Zähne in regelmäßigem Abstand oder in unregelmäßigem Abstand entnommen sein. Natürlich ist die Entnahme der Zähne derart zu wählen, dass der Eingriff der beiden Verzahnungen trotz derartiger Zahnlücken gewahrt ist. Da, wie bereits ausgeführt, etwa die Hälfte der nominalen Anzahl der Zähne in Eingriff ist, können Zähne in Abhängigkeit von dem an der Abtriebswelle geforderten Drehmoment entfallen. Ein Fehlen von Zähnen führt einerseits zu einer Materialeinsparung und andererseits auch zu einer Gewichtseinsparung.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weisen die Zähne der ersten und/oder der zweiten Verzahnungen Vertiefungen auf.
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Derartige Vertiefungen können genutzt werden, um dort Schmierstoff zu bevorraten, der eine Reibung der Zähne aufeinander während des Kämmens reduziert. Durch eine derartige Maßnahme kann ein Untersetzungsgetriebe geschaffen werden, welches über die Lebensdauer des Produkts, in welchem das Untersetzungsgetriebe verwendet wird, wartungsfrei ist.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind die ersten Zähne und die zu den ersten Zähnen korrespondierenden zweiten Zähne der zweiten Verzahnung des Untersetzungsgetriebes gekrümmt und/oder gebogen.
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Eine derartige Ausgestaltung kann bewirken, dass die Zähne der einzelnen Verzahnungen über eine längere Strecke und damit über eine längeren Zeitabschnitt in Eingriff sind. Dies kann bewirken, dass ein Untersetzungsgetriebe mit derartigen gekrümmten und/oder gebogenen Zähnen eine geringere Geräuschentwicklung besitzt als ein Untersetzungsgetriebe, bei dem die Zähne gerade ausgeführt sind.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist die Antriebswelle eine Stirnfläche auf, wobei die Stirnfläche und die Drehachse einen zweiten Winkel einschließen, der kleiner als 90° ist.
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Das Untersetzungsgetriebe kann derart gestaltet sein, dass die Stirnfläche der Antriebswelle an einer Rückseite des Taumelrads anliegt. Durch eine Rotation der Antriebswelle, wobei das Taumelrad entweder gegenüber der Drehbewegung der Antriebswelle feststeht oder mit einer um das Untersetzungsverhältnis reduzierten Drehzahl relativ gegenüber der Antriebswelle rotiert, wird mittels der Stirnfläche das Taumelrad zum Taumeln angeregt. Zwischen der Stirnfläche der Antriebswelle und der Rückseite des Taumelrads können auch reibungsreduzierende Elemente eingebracht sein. Beispielsweise kann dies durch eine entsprechende Werkstoffwahl des Taumelrads und der Antriebsachse erfolgen. Auch ist es möglich, Lagerelemente zwischen der Stirnfläche der Antriebswelle und der Rückseite des Taumelrads wie beispielsweise axial belastbare Wälzlager, wie beispielsweise Nadellager oder Gleitlager, einzubringen.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Winkel zwischen 86° und 89°.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist der zweite Winkel 88°.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist die Abtriebswelle die zweite Verzahnung auf. Das Taumelrad ist mit dem Gehäuse drehfest verbunden.
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Durch die drehfeste Verbindung des Taumelrades mit dem Gehäuse wird das Taumelrad an einer Rotation um die Drehachse bzw. seine Mittelachse gehindert. Somit taumelt das Taumelrad ohne Drehbewegung um die erste Mittelachse. Diese Taumelbewegung des Taumelrades führt dazu, dass die Abtriebswelle, die die zweite Verzahnung aufweist, in der Drehzahl des Untersetzungsverhältnisses durch das Taumelrad angetrieben ist. Natürlich ist das Taumelrad mit dem Gehäuse derart befestigt, dass das Taumelrad seine translatorischen Bewegungen aufgrund des Taumelns auszuführen vermag.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist eine der Komponenten aus der Gruppe Taumelrad und Gehäuse ein erstes Zapfenelement und die jeweils andere Komponente aus der Gruppe Taumelrad und Gehäuse eine erste Aussparung auf. Das erste Zapfenelement und die Aussparung wirken derart zusammen, dass das Taumelrad drehfest an dem Gehäuse gekoppelt ist.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das Gehäuse die zweite Verzahnung auf. Das Taumelrad ist um die erste Mittelachse drehbar. Das Taumelrad und die Abtriebswelle sind miteinander drehfest verbunden.
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In diesem Ausgestaltungsbeispiel taumelt das Taumelrad um die Drehachse und rotiert gleichzeitig um die Mittelachse. Somit kann die drehfeste Verbindung des Taumelrads an der Abtriebswelle eine translatorische Bewegung des Taumelrads zulassen, damit das Taumelrad seine Taumelbewegung ausführen kann, jedoch ist das Taumelrad an der Abtriebswelle drehfest verbunden. Zur drehfesten Verbindung kann das Taumelrad an der Abtriebswelle beispielsweise mittels eines Kardangelenks verbunden sein. Auch kann das das Taumelrad an der Abtriebswelle verbindende Gelenk als ein homokinetisches Gelenk, auch Gleichlaufgelenk genannt, ausgebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das Taumelrad wenigstens ein sich in Richtung der Drehachse erstreckendes zweites Zapfenelement auf. Die Abtriebswelle weist eine zu dem Zapfenelement korrespondierende zweite Aussparung auf. Das zweite Zapfenelement und die zweite Aussparung wirken derart zusammen, dass das Taumelrad an der Abtriebswelle drehfest gekoppelt ist.
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Das Zapfenelement kann beispielsweise als ein Kreiszylinder ausgebildet sein. Die zweite Aussparung kann als Schlitz ausgebildet sein, der sich entlang der Drehachse erstreckt. In vorteilhafter Weise können die zweiten Zapfenelemente in diese Schlitze eingebracht werden, wodurch eine drehfeste Verbindung zwischen dem Taumelrad und der Abtriebswelle entsteht, die jedoch in Richtung der Drehachse schwenken kann. Durch die Zentrierung des Taumelrads mittel der ersten und zweiten Ausformung kann die leicht zu montierende Verbindung des Taumelrads an der Abtriebswelle derart gestaltet sein, dass keine weiteren Befestigungselemente notwendig sind.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das Taumelrad wenigstens zwei im Wesentlichen kreiszylinderförmige, sich um eine zweite Mittelachse erstreckende zweite Zapfenelemente auf. Die zweiten Mittelachsen spannen eine Ebene auf, wobei die Ebene im Wesentlichen senkrecht auf die Mittelachse steht. Die Ebene schneidet die zweite Drehachse in dem Punkt.
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Dadurch, dass die zweiten Mittelachsen der zweiten Zapfenelemente sich in dem Punkt schneiden, in dem sich auch die Mittelachse des Taumelrads mit der Drehachse schneidet, führen die Zapfenelemente bei der Taumelbewegung des Taumelrads keine Relativbewegung senkrecht zur Drehachse aus. Wenn der Schnittpunkt der zweiten Mittelachsen der zweiten Zapfenelemente nicht in diesem Punkt liegen würde, sondern entlang der Drehachse verschoben wäre, würden die zweiten Zapfenelemente bei der Taumelbewegung des Taumelrades eine Relativbewegung zu der Drehachse ausführen, da dort die Mittelachse um die Drehachse während des Betriebs rotiert. Dies würde zu einer erhöhten Reibung und weiterhin zu einem erhöhten Verschleiß führen. Die erhöhte Reibung würde auch den Gesamtwirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes reduzieren. Die Größe der Relativbewegung ist direkt proportional eines Abstands der Drehachse von der Mittelachse.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist das Untersetzungsgetriebe wenigstens ein zweites Taumelrad mit einer dritten Mittelachse und ein um die Drehachse drehbares Zwischenrad auf. Das Zwischenrad ist zwischen dem ersten und dem zweiten Taumelrad angeordnet, wobei das erste Taumelrad durch eine erste Taumelbewegung mit einer ersten Frequenz das Zwischenrad in eine Rotation versetzbar ist. Durch die Rotation des Zwischenrads ist das zweite Taumelrad in eine zweite Taumelbewegung mit einer zweiten Frequenz versetzbar, wobei die erste und die zweite Frequenz unterschiedlich sind.
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Unter Frequenz ist die Anzahl von sich wiederholenden Vorgängen pro Zeiteinheit zu verstehen. Es können das erste und das zweite Taumelrad beispielsweise mit dem Gehäuse drehfest verbunden sein, so dass die Taumelräder ausschließlich eine Taumelbewegung ausführen. Auch kann die Gestaltung derart sein, dass beide Taumelräder gegenüber dem Gehäuse drehbar sind. Hierdurch wird neben der Taumelbewegung der beiden Taumelräder zusätzlich eine Drehbewegung ausgeführt. Auch kann die Ausgestaltung derart sein, dass beispielsweise das erste Taumelrad am Gehäuse drehfest verbunden ist und sich das zweite Taumelrad gegenüber dem Gehäuse relativ drehen kann. Das Zwischenrad kann derart gestaltet sein, dass es um die Drehachse rotieren kann. Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Untersetzungsgetriebes kann in einer ersten Variante derart gestaltet sein, dass die Taumelräder und das Zwischenrad bezüglich der Drehachse hintereinander angeordnet sind. Jedoch kann das Untersetzungsgetriebe auch in einer zweiten Variante derart gestaltet sein, dass das zweite Taumelrad das Zwischenrad und möglicherweise auch das erste Taumelrad umspannt. Somit kann die zweite Variante des Untersetzungsgetriebes kürzer bauen als die erste Variante des Untersetzungsgetriebes, da die Verzahnungen des zweiten Taumelrads die Verzahnung des ersten Taumelrads umspannt. Jedoch wird die zweite Variante des Untersetzungsgetriebes gegenüber der ersten Variante in der Regel in ihrer Ausdehnung quer zur Drehachse größer als in der ersten Variante werden, wenn ein gleich großes mittels der Abtriebswelle aufzubringendes Drehmoment bei gleicher Untersetzung angenommen wird.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung schließen die dritte Mittelachse und die Drehachse den ersten Winkel ein.
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Somit drehen sich die erste Mittelachse und die dritte Mittelachse entlang eines Kegelmantels, wobei die Drehachse die Symmetrieachse des Kegels bildet. Dadurch, dass die erste und die dritte Mittelachse mit der Drehachse den jeweils gleichen Winkel einschließen, ist der Öffnungswinkel des Kegels für das erste Taumelrad und das zweite Taumelrad gleich. Somit kann eine Stirnfläche des Zwischenrotors gleich der Stirnfläche der Antriebswelle gestaltet sein.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung weist eine erste Seite des Zwischenrads eine dritte Verzahnung auf, wobei die dritte Verzahnung mit der ersten Verzahnung des ersten Taumelrads derart in Eingriff steht, dass eine Taumelbewegung des ersten Taumelrads eine Rotation des Zwischenrads um die Drehachse bewirkt. Eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Zwischenrads weist eine zweite Stirnfläche auf. Die zweite Stirnfläche und die Drehachse schließen einen dritten Winkel ein, der kleiner als 90° ist. Die zweite Stirnfläche ist an das zweite Taumelrad derart gekoppelt, dass eine Rotation des Zwischenrads eine Taumelbewegung des zweiten Taumelrads bewirkt.
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Wenn beispielsweise die Verzahnung des ersten Taumelrads eine Zähnezahl von einhundert aufweist und die dritte Verzahnung des Zwischenrads eine Zähnezahl von neunundneunzig, so entsteht zwischen der Drehzahl der Antriebswelle und der Drehzahl des Zwischenrads eine Untersetzung von 100:1. Wenn nun das durch das Zwischenrad getriebene zweite Taumelrad eine vierte Verzahnung mit einer Anzahl von ebenfalls einhundert Zähnen aufweist und diese vierte Verzahnung mit der an der Abtriebswelle angeordneten zweiten Verzahnung mit neunundneunzig Zähnen in Eingriff steht, so entsteht eine Untersetzung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle von 10.000:1. Natürlich besitzen sowohl das zweite Taumelrad als auch das Zwischenrad Öffnungen, durch die das Achselement der Abtriebswelle hindurchragen kann.
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Gemäß einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung sind das erste und das zweite Taumelrad identisch ausgebildet.
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Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit einem Untersetzungsgetriebe beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden können, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt ein Untersetzungsgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem Taumelrad und einem Gehäuse im Längsschnitt, wobei das Taumelrad an dem Gehäuse drehfest verbunden ist;
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2 zeigt die geometrischen Verhältnisse an dem Taumelrad im Längsschnitt;
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3 zeigt das Taumelrad aus 2 in einer Aufsicht;
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4 zeigt die Antriebswelle aus 1 im Längsschnitt;
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5 zeigt das Gehäuse aus 1 im Längsschnitt in einer 3D-Darstellung;
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6 zeigt das Taumelrad aus 1 in einer 3D-Vorderansicht;
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7 zeigt das Taumelrad aus 1 in einer 3D-Rückansicht;
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8 zeigt die Abtriebswelle aus 1 in einer 3D-Ansicht;
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9 zeigt das Untersetzungsgetriebe mit der Antriebswelle, der Abtriebswelle, dem Taumelrad und dem Gehäuse im Längsschnitt, wobei das Taumelrad an der Abtriebswelle drehfest verbunden ist;
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10 zeigt die Antriebswelle aus 9 im Längsschnitt;
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11 zeigt die Abtriebswelle mit dem Taumelrad und einem Teilbereich des Gehäuses aus 9 in einer 3D-Rückansicht;
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12 zeigt die Abtriebswelle aus 9 in einer 3D-Ansicht;
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13 zeigt das Taumelrad aus 9 in einer 3D-Vorderansicht;
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14 zeigt das Taumelrad aus 9 in einem Längsschnitt;
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15 zeigt das Gehäuse aus 9 in einem Längsschnitt;
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16 bis 18 zeigen eine erste Verzahnung des Taumelrads im Zusammenwirken mit einer an der Antriebswelle oder an dem Gehäuse angeordneten zweiten Verzahnung in drei verschiedenen Stellungen in einer 3D-Ansicht;
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19 zeigt ein Untersetzungsgetriebe gemäß 1 mit Antriebswelle, Abtriebswelle und Taumelrad, bei dem die erste Verzahnung und eine Drehachse einen Winkel von 45° einschließen in einem Längsschnitt;
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20 zeigt die Antriebswelle, das Taumelrad und die Abtriebswelle aus 19 in einer 3D-Explosionsdarstellung;
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21 zeigt ein Untersetzungsgetriebe gemäß 1, bei dem die erste Verzahnung und die Drehachse einen Winkel von nahezu 0° einschließen, im Längsschnitt;
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22 zeigt das Untersetzungsgetriebe aus 21 ohne Abtriebswelle im Längsschnitt in einer 3D-Ansicht;
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23 zeigt eine erste Variante eines Untersetzungsgetriebes mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, zwei Taumelrädern und einem Zwischenrad in einer 3D-Ansicht, bei der die zwei Taumelräder und das Zwischenrad bezüglich der Drehachse hintereinander angeordnet sind;
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24 zeigt das Untersetzungsgetriebe aus 23 im Längsschnitt;
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25 zeigt das Untersetzungsgetriebe aus 23 in einer 3D-Explosionsdarstellung;
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26 zeigt eine zweite Variante eines Untersetzungsgetriebes mit der Antriebswelle, der Abtriebswelle, zwei Taumelrädern und dem Zwischenrad in einem Längsschnitt, wobei das Zwischenrad von dem zweiten Taumelrad umspannt ist;
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27 zeigt das Untersetzungsgetriebe aus 26 in einer 3D-Explosionsdarstellung;
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28 zeigt ein Untersetzungsgetriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und einem Taumelrad mit gekrümmten und gebogenen Zähnen; und
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29 zeigt das Taumelrad und die Abtriebswelle des Untersetzungsgetriebes aus 28 in einer 3D-Explosionsdarstellung.
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Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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1 zeigt ein Untersetzungsgetriebe 2 mit einer Antriebswelle 4, einer Abtriebswelle 6, einem Taumelrad 8 und einem Gehäuse 10. Das Gehäuse 10 besitzt eine Innenwandung 12, die im Wesentlichen komplementär zu einer Außenkontur 13 des Taumelrades 8 und der Abtriebswelle 6 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 4 und die Abtriebswelle 6 besitzen eine gemeinsame Drehachse R, wobei die Antriebswelle 4 und die Abtriebswelle 6 relativ zueinander um die Drehachse R drehbar sind. Das Taumelrad 8 besitzt eine erste Mittelachse M. Die erste Mittelachse M und die Drehachse R schließen einen ersten Winkel φ1 ein, der ungleich 0° ist. Das Taumelrad 8 ist durch die Antriebswelle 6 derart treibbar, dass die erste Mittelachse M um die Drehachse R rotiert. Das Taumelrad 8 ist an die Abtriebswelle 6 gekoppelt. Das Taumelrad 8 besitzt eine um die Mittelachse M ausgebildete, im Wesentlichen kugelringförmige erste Ausformung 14, welche nach außen zum Gehäuse 10 hin ausgebildet ist. Korrespondierend zu der kugelringförmigen ersten Ausformung 14 des Taumelrads 8 ist in der Innenwandung 12 des Gehäuses 10 eine kugelringförmige zweite Ausformung 16 ausgebildet. Die erste 14 und die zweite Ausformung 16 wirken derart zusammen, dass die erste Mittelachse M und die Drehachse R sich in einem Punkt S schneiden. Auch Durchmesser der beiden kugelringförmigen Ausformungen 14, 16 laufen durch diesen Punkt S. Weiterhin sichtbar ist, dass das Taumelrad 8 in Richtung der Drehachse R eine kugelringförmige dritte Ausformung 18 besitzt, die zu einer kugelringförmigen vierten Ausformung 20 korrespondiert, welche in der Abtriebswelle 6 ausgebildet ist. Durchmesser der dritten 18 und vierten Ausformung 20 verlaufen ebenfalls durch den Punkt S. Ein sich in Richtung der Drehachse R und fest mit der Abtriebswelle 6 verbundenes Achselement 22 ragt in eine zu dem Achselement 22 korrespondierende Öffnung 24 der Antriebswelle 4, wobei die Öffnung 24 in Form einer Bohrung ausgestaltet ist. Hierbei wirken die Öffnung 24 und das Achselement 22 derart zusammen, dass die Abtriebswelle 6 relativ zu der Antriebswelle 4 um die Drehachse R drehbar ist. Das Taumelrad 8 besitzt in seinem Zentrum eine Öffnung 25, durch die das Achselement 22 hindurchragt. Das Taumelrad 8 besitzt zur Abtriebswelle 6 hin eine erste Verzahnung 26 mit ersten Zähnen 28. Diese erste Verzahnung 26 steht in Eingriff mit einer zweiten Verzahnung 30, welche aus zweiten Zähnen 32 gebildet ist und in dem hier vorliegenden Fall einstückig mit der Abtriebswelle 6 ausgebildet ist. Hierbei ist die Anzahl der zweiten Zähne 32 der zweiten Verzahnung 30 kleiner als die Anzahl der ersten Zähne 28 der ersten Verzahnung 26. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die erste Verzahnung 26 hundert erste Zähne 28 und die zweite Verzahnung 30 neunundneunzig zweite Zähne 32. Als Verzahnung ist hier eine Trochoidenverzahnung gewählt. Durch eine Schrägstellung der Mittelachse M gegenüber der Drehachse R ist bewirkt, dass in der hier vorliegenden Darstellung die Zähne 28, 30 unterschiedlich im Eingriff stehen, jedoch die Zähne 28, 30, die unterhalb der Drehachse R sichtbar sind, in Eingriff stehen. Das Untersetzungsgetriebe 2 ist derart ausgelegt, dass in etwa immer die Hälfte der Zähne 28, 32 antreibend miteinander in Eingriff stehen. Die übrigen Zähne können sich zwar berühren, stehen jedoch nicht antreibend im Eingriff. Gegenüberliegend der ersten Verzahnung 26 des Taumelrads 8 besitzt das Taumelrad 8 eine Rückseite 29. Die Rückseite 29 des Taumelrads 8 liegt an einer Stirnseite 34 an, wobei die Stirnseite 34 Bestandteil der Antriebswelle 4 ist. Die Stirnfläche 34 und die Drehachse R schließen einen zweiten Winkel φ2 ein, der kleiner als 90° ist. In dem hier vorliegenden Fall beträgt der zweite Winkel φ2 2°. Ferner besitzt das Taumelrad 8 ein erstes Zapfenelement 36, welches in eine erste Aussparung 38 im Gehäuse 10, respektive in dessen Innenwandung 12, ragt. Diese erste Aussparung 38 ist als Schlitz ausgebildet. Die erste Aussparung 38 ist derart bemessen, dass das erste Zapfenelement 36 gegenüber der Drehachse R drehfest fixiert ist, sich jedoch um den Punkt S bewegen oder kippen kann. Somit ist eine Taumelbewegung des Taumelrads 8 sichergestellt bei gleichzeitiger drehfester Verbindung an die Abtriebswelle 6. Eine Drehbewegung der Antriebswelle 4, angedeutet durch einen Pfeil, um die Drehachse R bewirkt, dass aufgrund der Schrägstellung der Stirnfläche 34 das drehfest angeordnete Taumelrad 8 zu einer Taumelbewegung um den Punkt S angeregt wird. Die Taumelbewegung erfolgt, indem die Mittelachse M, die senkrecht auf der Stirnfläche 34 steht, entlang eines Kegelmantels um die Drehachse R rotiert. Durch die Taumelbewegung des Taumelrads 8 wird in Abhängigkeit der Anzahl der Zähne 28, 32 die Abtriebswelle 4 um die Drehachse R gedreht. Durch die gewählte Anzahl der Zähne 28, 32 benötigt die Antriebswelle 4 einhundert Umdrehungen, damit die Abtriebswelle 6 sich einmal um 360° dreht. Somit ist aufgrund der gewählten Anzahl der Zähne 28, 32 ein Untersetzungsverhältnis von 99:1 realisiert.
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In Verbindung mit den 2 und 3 sollen die geometrischen Verhältnisse an dem Taumelrad 8 kurz erläutert werden. 2 zeigt das Taumelrad 8 in einem Längsschnitt. Die kugelringförmige Ausformung 14 ist hier als mittige Vertiefung ausgeführt. Der erste Zahn 28 der ersten Verzahnung 26 besitzt eine der Rückseite 29 zugewandte äußere Teilkegelkreislinie K. Die äußere Teilkegelkreislinie K besitzt einen äußeren Teilkegeldurchmesser D. Der äußeren Teilkegelkreislinie K gegenüberliegend befindet sich eine innere Teilkegelkreislinie k, die einen inneren Teilkegelkreisdurchmesser d besitzt. Ein entlang des ersten Zahnes 28 verlaufender Strahl U, der sowohl die äußere K als auch die innere Teilkegelkreislinie k berührt, schließt mit der ersten Mittelachse M einen vierten Winkel φ4 ein. Dieser vierte Winkel φ4 ist in allen auch im Folgenden gezeigten Beispielen größer als 0° und kleiner als 90°. Die hier gezeigte Darstellung ist vereinfacht, gilt, zumindest in Projektion, auch für die Zähne 28, 32, wie sie in 29 dargestellt sind.
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3 zeigt die Darstellung von 2 in Aufsicht.
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4 zeigt die Antriebswelle 4 aus 1. Deutlich sichtbar ist die Öffnung 24 in Form einer Bohrung, die sich in Richtung der Drehachse R erstreckt. Weiterhin sichtbar ist, dass die Stirnfläche 34 mit der Drehachse R einen zweiten Winkel φ2 in einer Größe von 88° einschließt.
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5 zeigt das Gehäuse 10 aus 1 im Längsschnitt in einer 3D-Darstellung. Deutlich sichtbar ist, dass ein Teil der Innenwandung 12 als die kugelringförmige zweite Ausformung 16 ausgebildet ist, in der sich die kugelringförmige erste Ausformung 14 des Taumelrads 8 abstützt. Ferner ist die erste Aussparung 38 sichtbar, die als Schlitz ausgebildet ist, und in der das erste Zapfenelement 36 des Taumelrads 8 drehfest schwenkbar zur Drehachse R geführt ist.
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6 zeigt das Taumelrad 8 aus 1 in einer Vorderansicht. Sichtbar sind hier die in 2 und 3 erklärten geometrischen Ausformungen.
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An dem Taumelrad 8 sind hier die kugelringförmige erste Ausformung 14 sowie die kugelringförmige dritte Ausformung 18 gut sichtbar. Ebenfalls sind hier die in 2 beschriebenen geometrischen Verhältnisse dargestellt. Die Öffnung 25 ist als zylindrische Bohrung um die erste Mittelachse M ausgeführt.
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7 zeigt das Taumelrad 8 aus 1 in einer 3D-Rückansicht. Hier ist die Rückseite 29 des Taumelrads 8 plan ausgeführt.
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8 zeigt die Abtriebswelle 6 aus 1 in einer 3D-Ansicht. Die Abtriebswelle 6 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet, wobei die zweite Verzahnung 30 mit den zweiten Zähnen 32 Bestandteil der Abtriebswelle 6 ist. Zu dem Achselement 22, welches sich in Richtung der Drehachse R erstreckt, besitzt die Abtriebswelle die kugelringförmige vierte Ausformung 20, in der sich die hier nicht dargestellte, aber bereits aus 1 bekannte kugelringförmige dritte Ausformung 18 des Taumelrads 8 abstützt.
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9 zeigt das Untersetzungsgetriebe 2 mit der Antriebswelle 4, der Abtriebswelle 6 und dem Taumelrad 8. Ein Gehäuse 10 umgibt Teile der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 6 sowie das Taumelrad 8 komplett. Wie schon in 1 ist das Taumelrad 8 zwischen der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 6 angeordnet. Auch hier greift das mit der Abtriebswelle 6 fest verbundene Achselement 22 in die Öffnung 24 der Antriebswelle 4, wobei das Achselement 22 durch die Öffnung 25 im Taumelrad 8 hindurchtritt. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Darstellung aus 4 besteht darin, dass das Taumelrad 8 nunmehr relativ zu dem Gehäuse 10 drehbar ist, also nicht drehfest mit dem Gehäuse 10 verbunden ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die zweite Verzahnung 30 mit den zweiten Zähnen 32 nun nicht mehr an der Antriebswelle 4, sondern an der Innenwandung 12 des Gehäuses 10 angeordnet ist. Das Taumelrad 8 ist mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbunden, wobei zweite Zapfenelemente 40 des Taumelrads 8 in zweite Aussparungen 42 an der Antriebswelle 6 derart zusammenwirken, dass das Taumelrad 8 relativ zu der Abtriebswelle 6 taumeln kann, jedoch mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbunden ist. Wie in 1 beträgt die Anzahl der ersten Zähne 28 der ersten Verzahnung 26 einhundert und die Anzahl der zweiten Zähne 32 der zweiten Verzahnung 30 am Gehäuse 10 neunundneunzig. Auch wird die kugelringförmige dritte Ausformung 18 des Taumelrads 8 durch die kugelringförmige vierte Ausformung 20 aufgenommen, wobei sich die vierte Ausformung 20 im Gehäuse 10, respektive an der Innenwandung 12, ausgeformt ist. Die zweiten Zapfenelemente 40 am Taumelrad 8 besitzen jeweils eine zweite Mittelachse T, wobei die zweiten Mittelachsen T eine Ebene E aufspannen. Die Ebene E wird von der Drehachse R in dem Punkt S durchstoßen, wobei in dem Punkt S sich die erste Mittelachse M und die Drehachse R schneiden. Würde die Ebene E entlang der Drehachse R verschoben sein, so würden die zweiten Zapfenelemente 40 nicht nur eine Schwenkbewegung in der zweiten Aussparung 42 ausführen, sondern zusätzlich eine Auf-Ab-Bewegung, wobei die Auf-Ab-Bewegung größer wird, je weiter sich die Ebene von dem Punkt S entfernt. Diese Auf-Ab-Bewegung würde zusätzliche Reibung erzeugen, die den Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes 2 reduzieren würde. Damit die Ebene E in dem Punkt S durch die Drehachse R durchstoßen werden kann, besitzt die Antriebswelle 4 eine Aussparung 43, in die die zweiten Zapfenelemente 40 hineintreten können, ohne jedoch die Antriebswelle 4 zu berühren. Auch hier schließt die Stirnfläche 34 mit der Drehachse R den ersten Winkel φ2 in Höhe von 88° ein. An dieser Stelle soll bemerkt werden, dass, da die Mittelachse M senkrecht auf der Stirnfläche 34 der Antriebswelle 4 steht, der erste Winkel φ1 und der zweite Winkel φ2 zusammen in der Regel 90° ergeben. Durch eine Rotation der Antriebswelle 4 um die Drehachse R wird die Drehbewegung über die Stirnfläche 34 an die Rückseite 29 des Taumelrads 8 derart übertragen, dass das Taumelrad 8 bezüglich der Drehachse R taumelt und zusätzlich rotiert. Auch hier ist der erste Winkel φ1 derart gewählt, dass etwa die Hälfte der ersten Zähne 28 der ersten Verzahnung 26 in Eingriff mit den zweiten Zähnen 32 der zweiten Verzahnung 30 stehen. Die Rotationsbewegung des Taumelrads 8 wird an die Abtriebswelle 6 übertragen, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Taumelrads 8 gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 6 ist. Aufgrund der gewählten Anzahl der Zähne 28, 32 ergibt sich hier ein Untersetzungsverhältnis von 100:1.
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10 zeigt die Antriebswelle aus 9 im Längsschnitt. Der zweite Winkel φ2 beträgt 88°. Der Punkt S bezeichnet den Schnittpunkt der Stirnfläche 34 mit der Drehachse R. Um die Öffnung 24 in Form einer Bohrung erstreckt sich die Aussparung 43.
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11 zeigt die Abtriebswelle 6 mit dem Taumelrad 8 sowie einem Teilbereich des Gehäuses 10 aus 9 in einer 3D-Rückansicht. Das Taumelrad 8 besitzt eine kreiszylindrische Mantelfläche 48, an der die zweiten Zapfenelemente 40 unlösbar verbunden sind. Die zweiten Zapfenelemente 40 besitzen alle eine zweite Mittelachse T, die sich alle in dem Punkt S schneiden. Die zweiten Zapfenelemente 40 reichen lediglich bis zu der Öffnung 25 im Taumelrad 8 heran, wobei durch die Öffnung 25 das Achselement 22 der Abtriebswelle 6 hindurchtritt.
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12 zeigt die Abtriebswelle 6 aus 9 in einer dreidimensionalen Ansicht. Die Abtriebswelle 6 und das Achselement 22 sind bezüglich der Drehachse R als konzentrische gerade Kreiszylinder ausgebildet, wobei ein Durchmesser des Achselements 22 kleiner ist als ein Durchmesser der Abtriebswelle 6. Ein dem Achselement 22 zugewandter Rand 49 der Abtriebswelle 6 besitzt die zweiten Aussparungen 42 in Form von Schlitzen oder rechteckigen Nuten. Eine Breite 44 der Aussparung 42 ist derart gestaltet, dass das zweite Zapfenelement 40 des Taumelrads 8 drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden ist. Eine Höhe 46 der Aussparung 42 ist derart bemessen, dass das Taumelrad 8 seine Taumelbewegung gegenüber der Drehachse R ausführen kann.
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13 zeigt das Taumelrad 8 aus 9 in einer 3D-Vorderansicht. Deutlich sichtbar ist, wie die zweiten Zapfenelemente 40 an der kreiszylindrischen Mantelfläche 48 angeordnet sind. Die zweiten Zapfenelemente 40 sind zueinander symmetrisch angeordnet und besitzen jeweils zueinander den gleichen Abstand. Gut sichtbar ist, dass die zweiten Mittelachsen T sich in dem gemeinsamen Punkt S schneiden, der auf der ersten Mittelachse M liegt. Gut erkennbar ist weiterhin, dass sich die zweiten Zapfenelemente 40 lediglich bis zu der Öffnung 25 erstrecken, so dass das Achselement 22 durch das Taumelrad 8 hindurchtreten kann.
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14 zeigt das Taumelrad 8 aus 9 in einem Längsschnitt. Hier ist sichtbar, dass die zweiten Mittelachsen T eine Ebene E aufspannen, welche senkrecht zu der Mittelachse M steht. Aufgrund der räumlichen Ausdehnung der zweiten Zapfenelemente 40 ist ein Vorsprung 51 an dem Taumelrad 8 erforderlich, wobei der Vorsprung 51 in die Aussparung 43 der Antriebswelle 4 hineinragt.
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15 zeigt das Gehäuse 10 aus 9 in einem Längsschnitt. Gut sichtbar ist die an der Innenwandung 12 angeordnete zweite Verzahnung 30 mit den zweiten Zähnen 32 sowie der kugelringförmigen zweiten 16 und vierten Ausformung 20.
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16 bis 18 zeigen die erste Verzahnung 26 im Zusammenwirken mit der zweiten Verzahnung 30, welche mit dem hier nicht sichtbaren Gehäuse 10 fest verbunden ist, in drei verschiedenen Stellungen in einer 3D-Ansicht. Hierbei sind die drei verschiedenen Stellungen abhängig von der Stirnfläche 34 der Antriebswelle 4. 16 zeigt die Stirnfläche 34 in einer ersten Stellung. Hierbei steigt die erste Mittelachse M von links unten nach rechts oben an. In der hier gewählten Perspektive ist der erste Winkel φ1 für den Betrachter in voller Größe sichtbar. 17 zeigt die aus 16 bekannte Anordnung in einer aus Sicht der Antriebswelle 4 im Uhrzeigersinn um 90° gedrehten zweiten Stellung. Entsprechend decken sich in dieser Perspektive die Drehachse R und die erste Mittelachse M. 18 zeigt die aus 16 bekannte Darstellung, bei der die Antriebswelle 4 in eine dritte Stellung gedreht wurde. In der dritten Stellung ist die Antriebswelle 4, respektive die Stirnfläche 34, um 180° gegenüber der Darstellung aus 16 gedreht. Entsprechend verläuft nunmehr die erste Mittelachse M von links oben nach rechts unten. Deutlich sichtbar in den Darstellungen der 16 und 18 ist, dass die Mittelachse M senkrecht auf der Stirnfläche 34 der Antriebswelle 4 steht. Somit ergänzen sich der erste Winkel φ1 und der zweite Winkel φ2 zu 90°. Weiterhin ersichtlich ist, dass die erste Mittelachse M die Drehachse R in dem Punkt S schneidet, welcher sich auf der Stirnfläche 34 der Antriebswelle 4 befindet. Auch ist leicht vorstellbar, dass Zähne in regelmäßigem oder unregelmäßigem Abstand in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment entfernt werden können. Hierbei ist zu beachten, dass die Teilung der Verzahnungen 26, 30, also der Abstand von Zahnmitte und Zahnmitte, nicht verändert wird. Auch ist das Fehlen der Zähne derart zu gestalten, dass der permanente Eingriff der ersten 28 und der zweiten Zähne 32 gewahrt ist.
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19 zeigt das aus 1 bekannte Untersetzungsgetriebe 2, bei dem das Taumelrad 8 mittels des ersten Zapfenelements 36 an dem Gehäuse 10, welches hier nicht dargestellt ist, drehfest verbunden ist. In dieser Darstellung ist der bereits aus 2 bekannte Strahl U in einem vierten Winkel φ4 von 45° gegenüber der Mittelachse M angeordnet. Auch hier erfolgt die Zentrierung des Taumelrads 8 zu der Abtriebswelle 6 durch ein Zusammenwirken der kugelringförmigen ersten Ausformung 14 des Taumelrads 8 und der kugelringförmigen zweiten Ausformung 16 der Abtriebswelle 6.
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20 zeigt die aus 19 bekannte Anordnung aus Antriebswelle 4, Abtriebswelle 6 und Taumelrad 8 in einer 3D-Explosionsdarstellung.
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Die 21 und 22 zeigen das bereits aus 1 bekannte Untersetzungsgetriebe 2, wobei sich 22 von 21 dadurch unterscheidet, dass in 22 die Abtriebswelle 6 nicht dargestellt ist. Somit wird in 22 eine verbesserte Darstellung der ersten Verzahnung 26 gewährleistet. Insbesondere in Verbindung mit der 2 ist in der 22 ersichtlich, dass der zwischen dem Strahl U und der ersten Mittelachse M eingeschlossene vierte Winkel φ4 nur wenig größer als 0° ist. Weiterhin gut sichtbar in 22 ist die drehfeste Fixierung des Taumelrads 8 mittels des ersten Zapfenelements 36, welches in die erste Aussparung 38 des Gehäuses 10 eingreift. Weiterhin fällt in den 21 und 22 auf, dass die kugelringförmige erste Ausformung 14 des Taumelrads 8 als Vertiefung und die korrespondierende kugelringförmige zweite Ausformung 16 als Erhöhung ausgebildet sind. Somit ist gemeinsamer Schnittpunkt von Durchmessern der beiden Ausformungen 14, 16 der Punkt S, der gegenüber der in 1 gezeigten Darstellung entlang der Drehachse R in Richtung der Abtriebswelle 6 verschoben ist. Dieser Punkt S ist zugleich der Schnittpunkt der Mittelachse M des Taumelrads 8 und der gemeinsamen Drehachse R der Abtriebswelle 6 sowie der Antriebswelle 4. Aufgrund ihrer Fixierung in dem Gehäuse 10 findet lediglich eine Taumelbewegung der Taumelscheibe 8 um ihre Mittelachse M statt, ohne dass sich die Taumelscheibe 8 zusätzlich drehen würde. 23 bis 25 zeigen das bereits aus 1 bekannte Untersetzungsgetriebe 2 mit einem zweiten Taumelrad 60, welches identisch dem ersten Taumelrad 8 ausgestaltet ist, und mit einem zwischen dem ersten Taumelrad 8 und dem zweiten Taumelrad 60 angeordneten Zwischenrad 50 in einer ersten Variante. 23 zeigt die Komponenten in einer 3D-Ansicht. 24 zeigt die Komponenten der 23 im Längsschnitt. 25 zeigt die Komponenten der 23 in einer Explosionsdarstellung. Das Zwischenrad 50 besitzt eine dem ersten Taumelrad 8 zugewandte dritte Verzahnung 52 mit dritten Zähnen 54. Wie bereits bekannt, ist die Anzahl der dritten Zähne 54 um einen Zahn geringer als die Anzahl der ersten Zähne 28 des Taumelrads 8. Weiterhin ist an dem Zwischenrad 50 der dritten Verzahnung 52 gegenüberliegend eine Stirnfläche 56 angeordnet. Die Stirnfläche 56 und die Drehachse R schließen den zweiten Winkel φ2 ein, der in dem hier gewählten Beispiel 84° beträgt. Weiterhin besitzt das Zwischenrad 50 in seinem Zentrum dem ersten Taumelrad 8 zugewandt eine zu der kugelringförmigen ersten Ausformung 14 des Taumelrads 8 korrespondierende kugelringförmige fünfte Ausformung 57. Das zweite Taumelrad 60 besitzt eine an der Stirnfläche 56 des Zahnrads 50 anliegende Rückseite 66. Die Rückseite 66 ist hierbei plan ausgeführt. Das zweite Taumelrad 60 besitzt der Rückseite 66 gegenüberliegend eine vierte Verzahnung 62, bestehend aus vierten Zähnen 64. Die vierte Verzahnung 62 steht in Eingriff mit der zweiten Verzahnung 30 der Abtriebswelle 6. Sowohl das Zwischenrad 50 als auch das zweite Taumelrad 60 besitzen je eine Öffnung 58, 68, durch die das Achselement 22 der Abtriebswelle 6 hindurchragt. Das zweite Taumelrad 60 besitzt eine dritte Mittelachse Q, wobei die dritte Mittelachse Q mit der Drehachse R ebenfalls den ersten Winkel φ1 einschließt. Somit rotieren die erste Mittelachse M des ersten Taumelrads 8 und die dritte Mittelachse Q des zweiten Taumelrads 60, wenngleich auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wie im Nachfolgenden erklärt, jeweils entlang eines Kegelmantels. Hierbei sind die beiden Kegelmäntel identisch, jedoch entlang der Drehachse R zueinander versetzt. Im Folgenden soll die Funktionsweise des hier dargestellten Untersetzungsgetriebes 2 erläutert werden. Durch eine Drehung der Antriebswelle 4 wird durch deren gegenüber der Drehachse 4 schiefe Stirnfläche 34 das erste Taumelrad 8 zum Taumeln um die Drehachse R angeregt, wobei das Taumelrad 8 gegenüber der Antriebswelle 4 drehfest ausgeführt ist. Die Taumelbewegung des Taumelrads 8 lässt mittels der in Eingriff stehenden ersten Verzahnung 26 und der dritten Verzahnung 52 das Zwischenrad 50 um die Drehachse R rotieren. Wenn eine Anzahl von ersten Zähnen 28 von einhundert und einer Anzahl von dritten Zähnen 54 von neunundneunzig angenommen wird, benötigt die Antriebswelle 4 neunundneunzig Umdrehungen, um das Zwischenrad 50 bezüglich der Drehachse R ein Mal, also 360°, rotieren zu lassen. Die Rotation des Zwischenrads 50 versetzt über die gegenüber der Drehachse R schiefe Stirnfläche 56 das zweite Taumelrad 60, welches gegenüber dem Zwischenrad 50 drehfest ist, ebenfalls in eine Taumelbewegung um die Drehachse R. Da das zweite Taumelrad 60 identisch dem ersten Taumelrad 8 ist, besitzt die vierte Verzahnung 62 ebenfalls einhundert vierte Zähne 64. Auch die Zahl der zweiten Zähne 32 der mit der Abtriebswelle 6 fest verbundenen zweiten Verzahnung 30 beträgt hier neunundneunzig. Somit sind auch hier neunundneunzig Umdrehungen des Zwischenrads 50 notwendig, um die Abtriebswelle 6 ein Mal, also 360°, zu drehen. Somit sind in dieser Anordnung neuntausendachthunderteins Umdrehungen der Antriebswelle 4 notwendig, um die Abtriebswelle 6 um 360° zu drehen. Somit ergibt sich als Untersetzungsverhältnis dieses Untersetzungsgetriebes 2 eine Untersetzung von 9801:1. Anhand dieser geschilderten Überlegung wird klar, welche großen Untersetzungen auf engstem Bauraum verwirklicht werden können. Dargestellt in den 23 bis 25 ist jedoch, dass die Verzahnungen 26, 62 der beiden Taumelräder 8, 60 jeweils zwanzig Zähne 28, 64 sowie die zweite Verzahnung der Abtriebswelle 6 und die dritte Verzahnung 52 des Zwischenrades 50 jeweils neunzehn Zähne umfassen. Somit ergibt sich ein Untersetzungsverhältnis von 361:1.
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26 und 27 zeigen das aus den 23 bis 25 bereits bekannte Untersetzungsgetriebe 2 in einer zweiten Variante. Hierbei zeigt 26 das Untersetzungsgetriebe 2 in einem Längsschnitt und 27 die Komponenten in einer 3D-Explosionsdarstellung. Um die Funktionalität zu verdeutlichen, sind in 26 die Winkel φ1 und φ2 größer gewählt. Der Unterschied zu der Darstellung aus den 23 bis 25 liegt hauptsächlich darin, dass das zweite Taumelrad 60 nicht identisch zum ersten Taumelrad 8 ausgebildet ist, sondern vielmehr das Zwischenrad 50 sowie einen Teilbereich des ersten Taumelrads 8 umgreift. Somit ist das erste Taumelrad 8 in seinem Durchmesser kleiner ausgeführt als das zweite Taumelrad 60. Auch besitzt das zweite Taumelrad 60 auch mehr Fläche für die vierte Verzahnung 62 als das erste Taumelrad 8 für die erste Verzahnung 26. Dies kann beispielsweise in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, die vierten Zähne 64 an das zu übertragende Drehmoment besser anpassen zu können. Das erste Taumelrad 8 zentriert sich mit seiner kugelringförmigen ersten Ausformung 14 in einer korrespondierenden kugelringförmigen achten Ausformung 74 des zweiten Taumelrads 60. Weiterhin greift die kugelringförmige dritte Ausformung 18 des ersten Taumelrads 8 in die kugelringförmige fünfte Ausformung 57 des Zwischenrads 50 ein. Das Zwischenrad 50 besitzt seinerseits an seiner Mantelfläche eine kugelringförmige siebente Ausformung 72, die korrespondierend zu der kugelringförmigen achten Ausformung 74 des zweiten Taumelrads 60 ausgeführt ist. Somit zentriert sich das Zwischenrad 50 mittels der siebenten Ausformung 72 in der achten Ausformung 74 des zweiten Taumelrads 60. Das zweite Taumelrad 60 besitzt an seiner der Abtriebswelle 6 zugewandten Seite eine kugelringförmige sechste Ausformung 70, die als Erhebung ausgebildet ist und in die zu der sechsten Ausformung 70 korrespondierende zweite Ausformung 16, die als Vertiefung in der Abtriebswelle 6 ausgebildet ist. Auch hier zentriert sich die sechste Ausformung 70 in der zweiten Ausformung 16. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass möglicherweise nicht alle der acht paarweise korrespondierenden Ausformungen 14, 16, 18, 57, 70, 72, 74, 76 notwendig sind, so dass möglicherweise auf eine Paarung derartiger kugelringförmiger Ausformungen 14, 16, 18, 57, 70, 72, 74, 76 verzichtet werden kann. Die in den 26 und 27 gezeigte Ausgestaltung des Untersetzungsgetriebes 2 baut gegenüber der Ausgestaltung des Untersetzungsgetriebes 2 gemäß den 23 bis 25 kürzer, wenn gleiches Untersetzungsverhältnis sowie gleiches zu übertragendes Drehmoment zugrunde gelegt wird. Jedoch wächst der Durchmesser des hier gezeigten Untersetzungsgetriebes gegenüber der in den 23 bis 25 dargestellten Variante. Dies ist im Wesentlichen dadurch begründet, dass, wie bereits erwähnt, das zweite Taumelrad 60 das Zwischenrad 50 und teilweise das erste Taumelrad 8 umschließt. Die Funktionalität wurde bereits in den 23 bis 25 beschrieben. Auch hier ist es möglich, durch geeignete Anordnung von Abtriebswelle 6, erstem Taumelrad 8, Zwischenrad 50, zweitem Taumelrad 60 und hier nicht dargestelltem Gehäuse 10 eine Anordnung zu schaffen, die auch nach dem in 9 beschriebenen Prinzip arbeitet. Auch ist es möglich, das Funktionsprinzip von 1 und von 9 miteinander zu verbinden.
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28 und 29 zeigen ein Untersetzungsgetriebe 2 mit der Antriebswelle 8, der Abtriebswelle 6 und dem Taumelrad 8. 28 zeigt das Untersetzungsgetriebe 2 in montiertem Zustand ohne Gehäuse und 29 zeigt das Taumelrad 8 sowie die Abtriebswelle 6 in einer 3D-Explosionsdarstellung. Die Darstellung entspricht der 1, so dass das Taumelrad 8 mittels des ersten Zapfenelements 36 gegenüber der Drehachse R drehfest ausgeführt ist. Insbesondere in 29 ist ersichtlich, dass die Zahnform der Zähne 28, 32 nicht gerade verläuft, sondern vielmehr ein Zahnkopf 79 des Zahnes 28, 32 in einer Bogenform 80 verläuft. Auch kann sich der Zahnkopf 79 entlang einer gekrümmten Linie 78 erstrecken. Natürlich können diese Zahnformen auch auf die dritte Verzahnung 52 des Zwischenrads 50 und/oder die vierte Verzahnung 62 des zweiten Taumelrads 60 angewendet werden.
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Weiterhin ist es auch möglich, in die Antriebswelle 4 Permanentmagnete zu integrieren, die mit elektrisch steuerbaren Spulen zusammenwirken, die fest an dem die Antriebswelle 4 umgebenden Gehäuse 10 verbunden sind, so dass durch eine Bestromung der Spulen die Permanentmagnete und damit die Antriebswelle 4 zu einer Rotation um die Drehachse R angeregt werden. Somit kann auf eine einfache Weise die Funktionalität eines Elektromotors mit einem Untersetzungsgetriebe erzeugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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