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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Exzentergetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Exzentergetriebe eignen sich insbesondere für die Anwendung als Stellgetriebe, zum Beispiel in Robotern, Windkraftanlagen, Solarkraftwerken, Arbeitsmaschinen und anderen momentübertragenden Anwendungen.
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Gattungsgemäße Exzentergetriebe, häufig auch Zykloidgetriebe genannt, sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Varianten bekannt.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 696 16 884 T2 ein Exzenter-Planetengetriebe, bei dem zwei Nockenwellen mittels Nadellagern im Außenzahnrad und mittels Kegelrollenlagern im Tragblock gelagert sind. Der Tragblock bildet das Abtriebsteil, welches ein Tragelement mit zwei kissenähnlichen Bereichen und eine Scheibe besitzt, welche im Bereich der kissenähnlichen Bereiche miteinander verbunden sind.
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Aus der
EP 2 249 061 A1 ist ein exzentrisches Untersetzungsgetriebe bekannt, bei dem in Umfangsrichtung drei Kurbelwellen angeordnet sind, auf denen drei Kurvenscheiben geführt werden, im Außenzahnrad oszillieren und mittels Kegelrollenlagern im Tragblock gelagert sind.
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Aus der
EP 1 864 765 B1 ist eine Schwingteilstruktur für Industrieroboter bekannt, bei der ein Heißlaufen des Getriebeöls durch eine bestimmte Getriebestruktur mit zwei Getriebestufen verhindert werden soll. Das Getriebe ist ein Exzentergetriebe, dessen Zentralräder durch drei über den Umfang verteilte Exzenterwellen angetrieben werden. Der Abtrieb ist durch drei Abtriebszapfen gebildet, die als Planeten in den Zentralrädern geführt sind und abwechselnd mit den Kurbelwellen angeordnet sind.
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Die
DE 10 2009 053 727 A1 zeigt ein Exzentergetriebe mit einer Taumelscheibe, die exzentrisch um eine Zentralachse drehbar ist, die mit einem inneren und einem äußeren Abstützring gekoppelt ist. Der Antrieb erfolgt über den inneren oder den äußeren Abstützring. Dabei wird die Taumelscheibe über Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eines Stators gedreht.
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Der bisher verwendete asymmetrische Aufbau der Exzentergetriebe, insbesondere der Abtriebsteile erfordert eine Vielzahl unterschiedlicher Komponenten, welche fertigungstechnisch einen relativ hohen Aufwand verursachen und auch hinsichtlich der Dynamik der Getriebe nicht optimal gestaltet sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Exzentergetriebe zu schaffen, das hinsichtlich des Fertigungsaufwandes dahingehend optimiert ist, dass eine hohe Anzahl von Gleichteilen im Getriebeaufbau verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Exzentergetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Exzentergetriebe umfasst zunächst in bekannter Weise einen Antriebsteil zum orbitierend rotierenden Antrieb eines Zentralrades und einen mit dem Zentralrad gekoppelten Abtriebsteil.
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Der Abtriebsteil wird durch Planetenachsen gebildet, die in Öffnungen des Zentralrades geführt und in einem Planetenträger befestigt sind. Mindestens eine Planetenachse ist erforderlich. Vorzugsweise werden zwei oder mehr Planetenachsen verwendet, die über den Umfang des Zentralrades verteilt angeordnet sind.
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Das Zentralrad wird von einem ersten Exzenter zu einer orbitierenden Bewegung angetrieben. Dabei rollt es mit seiner Außenverzahnung an einer Innenverzahnung eines Hohlrades ab, das vorzugsweise mit dem Getriebegehäuse gebildet ist. Die Verzahnungen sind in einer bevorzugten Ausführungsform als Zykloidenverzahnungen ausgebildet. Andere geeignete Zahnformen kann der Fachmann auswählen.
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Wie bei allen koaxialen Getrieben ist es selbstverständlich möglich, die Planetenachsen festzusetzen und das Hohlrad bzw. das Gehäuse als Abtrieb zu nutzen. Weiterhin kann die Konstruktion als Verzweigungsgetriebe eingesetzt werden. Da das Exzentergetriebe eine Variante von der Obergruppe der Planetengetriebe ist, gelten auch die prinzipiellen Gesetzmäßigkeiten der Planetengetriebe für das Exzentergetriebe.
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Vorzugsweise werden zwei oder mehr axial hintereinander angeordnete und hinsichtlich des Abrollens am Hohlrad zueinander um eine Winkelteilung versetzte Zentralräder verwendet, um exzentrische Massen auszugleichen und bessere Rundlaufeigenschaften zu erzielen. Bei zwei Zentralrädern sind diese um 180° versetzt, währen bei drei Zentralrädern der Versatz 120° beträgt. Die Winkelteilung richtet sich selbstverständlich nach der Anzahl der Zentralräder.
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Der Antriebsteil umfasst zumindest den ersten Exzenter, der erfindungsgemäß auf einer Exzenterhülse mit einer radial außen liegenden exzentrisch angeordneten ersten Lagerlauffläche ausgebildet ist. Vorzugsweise sind auf der Exzenterhülse in axialer Richtung weitere Lagerlaufflächen mit versetzten Exzentern angeordnet, um weitere Zentralräder antreiben zu können. In den meisten Fällen werden zwei Zentralräder verwendet. Vorteilhafterweise sind zwei oder mehr Exzenterhülsen auf den Umfang des Zentralrades verteilt angeordnet.
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Auf der Exzenterhülse ist ein Antriebsritzel angeordnet, das zum Antrieb des ersten und ggf. der weiteren auf der Exzenterhülse positionierten Exzenter dient.
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Die Exzenterhülsen rotieren dabei in einer bevorzugten Ausführungsform auf Exzenterachsen, welche fest mit den Planetenträgern gekoppelt sind. Die Exzenterachsen haben dann vorzugsweise dieselbe Form wie die Planetenachsen des Abtriebsteiles. In diesem Fall dienen die Planetenachsen und die Exzenterachsen als Verbindungsmittel für die Planetenträgerteile. Es ist aber ebenso möglich, dass nur die Planetenachsen die Planetenträgerteile verbinden und die Exzenterhülsen dann hohl sind. In einer weiteren Ausführungsform erfüllen die Exzenterhülsen selbst eine Doppelfunktion, nämlich den orbitierenden Antrieb des oder der Zentralräder und der Verbindung der Planetenträgerteile.
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Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass ein symmetrisch aufgebauter Abtriebsteil verwendet werden kann. Im Falle eines mehrteiligen Planetenträgers können die Planetenachsen und die Exzenterachsen als Verbindungselemente für den Abtriebsteil verwendet werden. Durch diesen symmetrischen Aufbau wird es möglich, in höherem Umfang Gleichteile für die Produktion einzusetzen, was den Fertigungsaufwand minimiert.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Planetenträger zwei Planetenträgerscheiben, zwischen denen das oder die Zentralräder angeordnet ist bzw. sind. Die Zentralräder besitzen vorzugsweise gleichförmige Öffnungen für die Führung der Planetenachsen und für die Exzenterachsen. Auf diese Weise kann im Vergleich zur herkömmlichen Bauweise die doppelte Anzahl an Verbindungselementen zur Montage des Planetenträgers verwendet werden, was zu einer verbesserten Stabilität des Abtriebsteiles beiträgt. Weiterhin können zwei gleichförmige Planetenträgerscheiben verwendet werden, was den Produktionsaufwand enorm senkt.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Exzenterhülse im Planetenträger vorzugsweise mittels Kegelrollenlagern drehbar gelagert. Dabei wird sie von Exzenterachsen durchgriffen, welche zur Verbindung der Planetenträgerteile dienen. In dieser Ausführungsform verbleibt ein Spalt zwischen der Exzenterachse und der Exzenterhülse.
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In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Lagerung der Exzenterhülse mittels kombinierter Axial-Rillenkugellager-Nadellager-Hülsen. Dabei ist die Exzenterhülse direkt auf der Exzenterachse gelagert.
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Das Antriebsritzel kann in axialer Richtung neben oder zwischen den Exzentern angeordnet sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1: eine Querschnittdarstellung (entlang der Schnittlinie B-B in 2) eines erfindungsgemäßen Exzentergetriebes gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
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2: eine Längsschnittdarstellung (entlang der Schnittlinie A-A in 1);
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3: eine räumliche Darstellung einer auf eine Exzenterachse montierten Exzenterhülse mit einem zwischen Exzentern angeordneten Antriebsritzel;
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4: eine vereinfachte Längsschnittdarstellung der in 3 gezeigten Exzenterhülse;
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5: eine längsgeschnittene räumliche Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer Lagerung der Exzenterhülse auf der Exzenterachse;
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6: eine Schnittdarstellung eines Exzentergetriebes mit der in 5 gezeigten Ausführungsform der Exzenterhülse.
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In den 1 und 2 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Exzentergetriebes in zwei Schnittdarstellungen gezeigt. Das Exzentergetriebe umfasst in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 01 mit einer Innenverzahnung, welche in der dargestellten Ausführungsform durch in Nuten der inneren zylindrischen Oberfläche des Gehäuses 01 eingelegte Stifte 02 gebildet ist und somit ein Hohlrad darstellt. Diese zumindest abschnittsweise zykloidische Zahnform ist nur beispielhaft genannt. Andere Zahnformen kann der Fachmann selbstverständlich auswählen und an die erforderlichen Bedingungen anpassen.
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Ein erstes Zentralrad 03 besitzt eine Außenverzahnung 04, die bei exzentrischem Antrieb des Zentralrades an der Innenverzahnung des Gehäuses 01 abwälzt und dabei gleichzeitig eine Drehung vollführt. Die Zähnezahlen sind anhand des erforderlichen Übersetzungsverhältnisses auszuwählen. Gewöhnlich trägt das Zentralrad mindestens einen Zahn weniger, als das Hohlrad.
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Das Zentralrad 03 ist von drei über den Umfang gleichmäßig verteilten Exzenterhülsen 06 antreibbar. Die Exzenterhülsen 06 weisen in axialer Richtung versetzt jeweils exzentrisch angeordnete Lagerlaufflächen als einen ersten Exzenter 07 und einen zweiten Exzenter 08, sowie eine Außenverzahnung 09 auf. Die Exzenter 07, 08 sind als Lagerlaufflächen vorzugsweise für Wälzlager ausgebildet. Die Außenverzahnung 09 ist im Eingriff mit einem auf einer Antriebswelle 11 positionierten Antriebsritzel 12.
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Der erste Exzenter 07 steht in Eingriff mit dem ersten Zentralrad 03, in welchem er mittels eines Wälzlagers 13 gelagert ist. Der zweite Exzenter 08 steht in Eingriff mit einem zweiten Zentralrad 14, welches um 180° versetzt zum ersten Zentralrad 03 im Gehäuse 01 angeordnet ist.
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Ein Abtriebsteil wird durch zwei beidseitig der Zentralräder 03, 14 angeordnete Planetenträgerscheiben 16 gebildet, welche mittels Achsen 17, 18 und Schrauben 19 miteinander verbunden sind. Die Achsen 17, 18 reichen dabei entweder durch die Exzenterhülsen 06 oder durch Öffnungen 21, 22 der Zentralräder 03 und 14. Sie dienen dabei entweder als Exzenterachsen 17 oder als Planetenachsen 18.
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Zwischen den Exzenterachsen 17 und den Exzenterhülsen 06 verbleibt in der dargestellten Ausführungsform ein Spalt 23. Die Planetenträgerscheiben 16 sind gegenüber dem Gehäuse 01 in Wälzlagern 24 und gegenüber der Antriebswelle 11 in Wälzlagern 25 drehbar gelagert. Die Exzenterhülsen 06 sind gegenüber den Planetenträgerscheiben 16 in Kegelrollenlagern 26 drehbar gelagert.
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In den 3 und 4 ist eine Alternative zu der in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen gezeigt. Die Außenverzahnung 09 ist hier zwischen dem ersten Exzenter 07 und dem zweiten Exzenter 08 angeordnet. Die Kegelrollenlager 26 dienen wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Lagerung der Exzenterhülse 06 in den Planetenträgerscheiben 16.
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Die 5 und 6 zeigen eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer Lagerung der Exzenterhülse 06 auf der Exzenterachse 16. Ein Axial-Rillenkugellager 27 ist in dem Bereich der Außenverzahnung 09 zwischen der Exzenterhülse 06 und der Exzenterachse 16 vorgesehen. Im Bereich der Exzentrischen Lagerlaufflächen 07, 08 sind Nadellager 28 auf der Exzenterachse 16 vorgesehen. Die Exzenterachsen 16 und Planetenachsen 17 dienen auch in dieser Ausführungsform der Verbindung der Planetenträgerscheiben 16.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Gehäuse
- 02
- Stift
- 03
- Zentralrad
- 04
- Außenverzahnung
- 05
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- 06
- Exzenterhülse
- 07
- Exzenter
- 08
- Exzenter
- 09
- Außenverzahnung
- 10
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- 11
- Antriebswelle
- 12
- Antriebsritzel
- 13
- Wälzlager
- 14
- zweites Zentralrad
- 15
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- 16
- Planetenträgerscheibe
- 17
- Exzenterachse
- 18
- Planetenachse
- 19
- Schraube
- 20
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- 21
- Öffnung
- 22
- Öffnung
- 23
- Spalt
- 24
- Wälzlager
- 25
- Wälzlager
- 26
- Kegelrollenlager
- 27
- Axial-Rillenkugellager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69616884 T2 [0003]
- EP 2249061 A1 [0004]
- EP 1864765 B1 [0005]
- DE 102009053727 A1 [0006]
