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Die Erfindung betrifft ein Taumelgetriebe mit einer Eingangswelle, einem auf der Eingangswelle angeordneten Taumelkörper, auf dessen Außenseite Außenmagneten angeordnet sind, mit einem Gehäuse, das den Taumelkörper zumindest teilweise umgibt und in dem der Taumelkörper beweglich angeordnet ist, und mit der Innenseite des Gehäuses zugewandten und mit dem Außenmagneten wechselwirkenden Innenmagneten, wobei die Anzahl der Außenmagneten von der Anzahl der Innenmagneten abweicht und eine radiale Magnetisierung vorliegt. Der Taumelkörper ist insbesondere auf einem schräg liegenden und mit der Eingangswelle fest verbundenen Lager frei drehbar angeordnet. Die Außenmagneten befinden sich insbesondere an der radialen Außenseite des Taumelkörpers.
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Taumelgetriebe können ein hohes Übersetzungsverhältnis bereitstellen und werden in einem weiten Anwendungsfeld genutzt, beispielsweise bei Fahrrädern, Generatoren oder Stellantrieben. Taumelgetriebe, bei denen die Kraftübertragung kraftschlüssig erfolgt, das heißt durch Wechselwirkung von Außenmagneten und Innenmagneten, haben den großen Vorteil, dass sie hinsichtlich ihrer Kraftübertragung verschleißfrei und besonders leise arbeiten. Im Gegensatz zu Taumelgetrieben mit Zahnkränzen, die über einen formschlüssigen Eingriff die Momente von einer Eingangswelle auf eine Ausgangswelle übertragen, findet bei magnetbasierten Taumelgetrieben keine Berührung zwischen dem Taumelkörper und dem Gehäuse, in dem die Innenmagneten lagern, statt, so dass auch keine Schmierung zwischen diesen Komponenten erforderlich ist. Solche Taumelgetriebe sind insbesondere in denjenigen Bereichen vorteilhaft einsetzbar, in denen keine Schmiermittel eingesetzt werden können oder bei denen eine Wartung nicht möglich ist, beispielsweise in der Raumfahrttechnik, Reinraumtechnik oder Tiefbohrtechnik.
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Taumelgetriebe, die unter Einsatz von Magneten arbeiten, sind beispielsweise aus der
AT 508205 B1 bekannt. Systembedingt ist es notwendig, dass ein Teil der Außenmagnete des Taumelkörpers in Axialrichtung, also entlang der Achse der Eingangswelle, aus dem Ring der Innenmagnete herausbewegt wird, um eine Relativverdrehung zwischen den Außenmagneten und den Innenmagneten zu erreichen. Die sich nicht mehr vollständig innerhalb des Ringkörpers der Innenmagnete befindlichen Außenmagnete tragen in dieser Stellung nicht oder nicht mehr vollständig zur Kraftübertragung bei, was zu einer Verringerung der Momentendichte führt, also zu einer Verringerung des übertragbaren Momentes im Verhältnis zum Gewicht des Taumelgetriebes. Eine hohe Momentendichte wird insbesondere bei gewichtsoptimierten Anwendungen, beispielsweise in der Raumfahrttechnik, angestrebt. Darüber hinaus verringert sich das maximal übertragbare Moment.
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Die
DE 10 2009 002 587 A1 betrifft einen Taumelmotor mit einem integrierten Taumelgetriebe, umfassend ein erstes Kronrad, welches drehbar gelagert ist, ein zweites Kronrad, welches ortsfest angeordnet ist, wobei das zweite Kronrad eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen aufweist als das erste Kronrad. Ein elektromagnetischer Antrieb zum Antreiben des ersten Kronrades ist ebenso vorgesehen wie eine Abtriebswelle, die mit dem ersten Kronrad über ein Gelenkelement verbunden ist, wobei eine Symmetrieachse des ersten Kronrades in einem Winkel α zu einer Symmetrieachse des zweiten Kronrades geneigt ist.
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Die
WO 2009/046549 A2 betrifft einen Elektromotor mit einem Innenrotor und einem Außenstator, wobei der Rotor im Querschnitt als Rotorring aus ferromagnetischem Material ausgebildet ist und daran angeordnete, kreisförmig verteilte Aussparungen für Permanentmagnete aufweist, wodurch der Rotorring in Rotorpole aufgeteilt ist und die Permanentmagnete im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet sind. Die Permanentmagnete haben eine Breite B und eine Höhe H, wobei die Höhe H die längere Seite bildet, die in radialer Richtung von der Motorachse weg ausgerichtet ist. Die Permanentmagnete sind in Richtung ihrer Breite B magnetisiert und gleichpolig im Rotorring gegeneinander ausgerichtet, wobei für jeden zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten liegenden inneren Teil des Rotorpols vom gegen die Motorachse gerichteten Endbereich der Permanentmagnete jeweils eine magnetische Ausnehmung ausgebildet ist, wobei im jeweiligen Mittenbereich der Rotorpol in radialer Richtung jeweils für jeden Rotorpol ein Stützsteg ausgebildet ist, der einen inneren Stützring mit dem jeweiligen Rotorpol mechanisch stützend verbindet.
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Die
JP 2010-060018 A betrifft ein oszillierendes Getriebe mit einem Eingangsbauteil und einem Ausgangsbauteil, der jeweils eine Zentralachse auf einer ersten Achse A aufweist und um die erste Achse A drehbar sind. Ein innerer Ring verbindet das Eingangsbauteil mit dem Ausgangsbauteil, um eine Übersetzungsrotation des Eingangsbauteils und des Ausgangsbauteils zu ermöglichen. Der innere Ring weist eine Mittelachse auf einer zweiten Achse B auf, die relativ zu der ersten Achse A geneigt ausgerichtet ist. Der Schwerpunkt des inneren Ringes ist auf der ersten Achse A angeordnet. Das Eingangsbauteil und der innere Ring sind über einen ersten magnetischen Eingriffsmechanismus verbunden, um das Drehmoment ohne Kontakt zu übertragen. Der innere Ring und das Ausgangsbauteil sind über einen zweiten magnetischen Eingriffsmechanismus miteinander verbunden, um das Drehmoment ohne Kontakt zu übertragen.
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Die
DE 12 51 658 B betrifft eine Kupplung zwischen einer schräg auf einer Triebwelle einer Axialkolbenmaschine sitzenden Triebscheibe und einer von dieser bewegten nicht umlaufenden Taumelscheibe mit einer Magnetkupplung, deren einer Teil an der Triebscheibe und deren anderer Teil mit einem Luftspalt gegenüber dem ersten Teil geführten Teil an der Taumelscheibe angeordnet ist bzw. durch eine magnetische Ausbildung der Taumelscheibe gebildet ist.
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Die
US 2011/0151731 A1 betrifft ein Taumelgetriebe mit einem um eine Hauptachse drehbaren Antriebsglied, einem Übertragungsglied, welches drehbar um eine Taumelachse angeordnet ist, wobei die Taumelachse die Hauptachse unter einem Taumelwinkel schneidet und mit einem Antriebsglied um die Hauptachse umläuft sowie einem Abtriebsglied und einem Abstützglied. Zwischen dem Übertragungsglied und dem Abtriebsglied ist ein erstes Koppelmittel und zwischen dem Übertragungsglied und dem Abstützglied ein zweites Koppelmittel angeordnet, wobei mindestens eines der beiden Koppelmittel eine Verzahnungspaarung ist und wobei die Verzahnungen der als Koppelmittel dienenden Verzahnungspaarung als Stirnverzahnungen ausgebildet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Taumelgetriebe bereitzustellen, das insbesondere eine höhere Momentendichte und insbesondere ein höheres maximal übertragbares Moment im Vergleich zu herkömmlichen Taumelgetrieben bereitstellt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Taumelgetriebe mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße Taumelgetriebe mit einer Eingangswelle, einem auf der Eingangswelle angeordneten Taumelkörper, auf der Außenseite des Taumelkörpers angeordneten, insbesondere befestigten Außenmagneten, einem Gehäuse, das den Taumelkörper zumindest teilweise umgibt und in dem der Taumelkörper beweglich angeordnet ist und mit der Innenseite des Gehäuses zugewandten und mit den Außenmagneten wechselwirkenden Innenmagneten, wobei die Anzahl der Außenmagneten von der Anzahl der Innenmagneten abweicht und eine radiale Magnetisierung vorliegt, sieht vor, dass die Innenmagnete zwei in Längserstreckung der Eingangswelle axial hintereinander angeordneten Ringreihen mit einer ersten Ringreihe und einer zweiten Ringreihe angeordnet sind, die zueinander um eine Drehachse verdreht sind und zumindest teilweise auf einer Seite einer Taumelebene liegen. Auf der Außenseite des Taumelkörpers sind die Außenmagnete befestigt, wobei sich der Taumelkörper innerhalb des Gehäuses taumelnd bewegt, also eine drehende Kippbewegung um einen Drehpunkt herum ausführt, was durch eine schräg zur Eingangswelle orientierte Lagerung bewirkt wird. Wenn sich die Eingangswelle dreht, taumelt der Taumelkörper in dem Gehäuse. Aufgrund der Taumelbewegung und der von einander abweichenden Anzahl von Außenmagneten zu Innenmagneten wird bei einer vollständigen Taumelbewegung eine Relativverlagerung, genauer gesagt eine Relativverdrehung von dem Taumelkörper zu dem Gehäuse stattfinden. Der Grad der Relativverdrehung vom Taumelkörper zum Gehäuse richtet sich nach der Anzahl der Magneten und der Größe der Differenz zwischen der Anzahl von Innenmagneten und Außenmagneten. Je größer die Anzahl der Magneten und je geringer die Differenz ist, desto größer ist die Übersetzung, das heißt, desto mehr Taumelbewegungen müssen durchgeführt werden, damit beispielsweise der Taumelkörper einmal vollständig um seine Drehachse herum verdreht wird.
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Unter einer radialen Magnetisierung wird vorliegend auch eine vornehmlich, überwiegend oder im Wesentlichen radiale Magnetisierung verstanden. Eine exakt radiale Magnetisierungsrichtung ist durch fertigungsbedingte Gegebenheiten in einem Magneten nicht immer einprägbar. Derartige fertigungsbedingte Ungenauigkeiten in der Magnetisierungsrichtung führen jedoch nicht dazu, dass die aufgeprägte Magnetisierung nicht mehr als radiale Magnetisierung im Sinne der vorliegenden Anmeldung gesehen werden kann.
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Die Innenmagnete, die in dem Gehäuse angeordnet sind und dem Hohlraum, in dem der Taumelkörper mit den Außenmagneten angeordnet ist, zugewandt sind, liegen in zwei hintereinander angeordneten Ringreihen vor. Hintereinander angeordnet heißt, dass sie in Längserstreckung der Eingangswelle axial hintereinander angeordnet sind. Die Magnete sind somit in einer ersten Ringreihe und einer zweiten Ringreihe angeordnet, die zudem zueinander verdreht sind. Durch die beiden hintereinander angeordneten Ringreihen ist es möglich, dass bei einer Taumelbewegung des Taumelkörpers, den normalerweise aus dem Wirkungsbereich der Innenmagneten herausragenden Teil der Außenmagnete an einer Kraftübertragung zu beteiligen, so dass die sonst nicht in Wechselwirkung mit den Innenmagneten befindlichen Außenmagnete oder Teile der Außenmagnete mit zugeordneten Innenmagneten in Wechselwirkung mit den Innenmagneten treten und dadurch Momente, die von der Eingangswelle auf den Taumelkörper übertragen werden auf eine Abtriebswelle zu übertragen. Durch die Verdrehung der Magnete der ersten und zweiten Ringreihen wird nicht nur der Bauraum oder die Tiefe der Ringreihen vergrößert, sondern auch gewährleistet, dass die Innenmagnete der zweiten Ringreihe eine Relativbewegung zischen Gehäuse und Taumelkörper in der richtigen Orientierung und somit eine effektive Vergrößerung des übertragbaren Momentes bewirken.
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Vorteilhafterweise weisen die erste Ringreihe und die zweite Ringreihe die gleiche Anzahl von Magneten auf, um die Entstehung eines gegenläufigen Widerstandsmomentes zu verhindern.
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Sowohl die Innenmagnete als auch die Außenmagnete sind vorzugsweise mit alternierender Polung umlaufend in dem Gehäuse bzw. an dem Taumelkörper angeordnet, um eine fein aufgeteilte und gleichmäßige Kraftübertragung und Kraftverteilung innerhalb des Getriebes zu erreichen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass einzelne Magnete fehlen können. Auch kann jeder zweite Magnet fehlen, so dass die in Umfangsrichtung angeordneten Magnete immer die gleiche Polung bzw. Magnetisierungsrichtung aufweisen. Ebenso kann jeder zweite Magnet durch einen Steg aus einem Rückschlussmaterial ersetzt sein und die Lücke zwischen zwei Magneten füllen. Sind beispielsweise die Innenmagnete ausschließlich in Nord-Süd-Richtung orientiert, kann auf dem Taumelkörper ebenfalls eine ausschließliche Nord-Süd-Magnetisierung vorhanden sein, alternativ kann auch eine Süd-Nord-Magnetisierung vorliegen. Die Funktionalität ist auch bei solchen Varianten grundsätzlich immer gegeben, allerdings sind gegebenenfalls Nachteile im Wirkungsgrad und/oder in der Momentenausbeute in Kauf zu nehmen. Eine alternierende Polung der Magnete, zwischen denen ein Zwischenraum vorhanden ist und die über einen magnetischen Rückschluss miteinander gekoppelt sein können, ist jedoch aus oben beschriebenen Gründen vorteilhaft.
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Vorteilhafterweise weisen die beiden Ringreihen die gleiche Anzahl von Innenmagneten auf, wobei die erste Reihe zu der zweiten Ringreihe um einen Magneten verdreht ist. Dadurch ist es möglich, dass die bei der Taumelbewegung außerhalb des Haupteinflusses der ersten Ringreihe sich bewegenden Außenmagneten mit Innenmagneten Wechselwirken, wobei durch den Versatz der ersten Ringreihe zu der zweiten Ringreihe in Umfangsrichtung der in Axialrichtung hintereinander angeordneten Ringreihen es möglich ist, auch die außerhalb des direkten Wechselwirkungsbereiches der ersten Ringreihe befindlichen Bereiche der Außenmagneten mit Innenmagneten in Eingriff zu bringen, so dass der komplette Außenmagnetsatz über dessen komplette Breite an der Drehmomentübertragung mitwirkt. Die zweite Ringreihe erhöht zwar das Gesamtgewicht des Taumelgetriebes, jedoch wird aufgrund des relativ geringen Gewichtes der zweiten Ringreihe insgesamt die Momentendichte und das Maximalmoment des Getriebes verbessert.
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Die Außenmagneten weisen vorteilhafterweise eine gewölbte Außenkontur auf, um bei der Taumelbewegung einen möglichst gleichmäßigen Ringspalt zwischen den Außenmagneten und den Innenmagneten bereitstellen zu können. Je geringer die Spaltweite zwischen den Außenmagneten und den Innenmagneten ist, desto besser ist die Kraft bzw. Momentenübertragung. Die Außenkontur der Außenmagneten ist bevorzugt sphärisch oder zumindest teilsphärisch ausgebildet, da die Taumelbewegung eine kreisende und kippende Bewegung um einen fiktiven Dreh- und Kipppunkt darstellt. Bei einer reihenförmigen Anordnung der Außenmagnete ist bei angenähert sphärischen oder teilsphärischen Kontur die Außenkontur entsprechend einer aus einer Kugel ausgeschnittenen Scheibe vorteilhaft.
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Die Innenmagnete weisen vorteilhafterweise eine gewölbte Innenkontur auf, die korrespondierend zu der gewölbten Außenkontur der Außenmagneten ausgebildet ist, so dass die komplette Taumelbewegung mit einem möglichst gleichmäßigen und geringen Magnetspalt zwischen den Innenmagneten und den Außenmagneten durchgeführt werden kann.
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Auf dem Taumelkörper können zwei in Axialrichtung der Eingangswelle hintereinander angeordnete, voneinander getrennte Bereiche mit Außenmagneten angeordnet sein, die jeweils mit zwei voneinander getrennten Bereichen von Innenmagneten Wechselwirken, wobei beide Bereiche der Innenmagnete auf gegenüberliegenden Seiten einer Taumelebene liegen, um die die beiden Bereiche der Außenmagnete herum taumeln. Durch die gegenüberliegende Anordnung der Bereiche von Innenmagneten kommt es zu einem Ausgleich bei der Taumelbewegung, so dass Unwuchten oder freie Momente in dem Taumelgetriebe ausgeglichen werden.
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Die Außenmagnete, Innenmagnete oder sowohl die Außenmagnete als auch die Innenmagnete können in Axialerstreckung segmentiert sein, so dass sich eine erleichterte Formgebung erreichen lässt. Statt einer kontinuierlich gekrümmten Außenkontur bzw. Innenkontur der Magnete ist es möglich, eine polygonale Kontur durch in Axialerstreckung angeordnete Segmente zu erreichen. Darüber hinaus ist es möglich, durch eine Segmentierung der einzelnen Magnete eine breitere Streuung der fertigungsbedingten magnetischen Toleranzen und damit ein Vergleichmäßigung der Kraftübertragung zu erzielen, da Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten bei der Orientierung des Magnetfelds innerhalb der einzelnen Magnete untereinander ausgeglichen werden.
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Die Innenmagnete sind drehbar in dem Gehäuse an einer Abtriebswelle gelagert, so dass durch die Relativbewegung zwischen dem Taumelkörper und dem Gehäuse aufgrund der Taumelbewegung die Kraft von dem Taumelkörper auf eine Abtriebswelle übertragen werden kann, um eine gewünschte Übersetzung zu erreichen.
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Die Abtriebswelle kann mit den Außenmagneten über ein Winkelgelenk gekoppelt sein, um eine Getriebestufe bei einer Umlenkung zu vermeiden. Dadurch wird insgesamt die Übertragung des Drehmomentes von der Eingangswelle zur Abtriebswelle steifer. Das Winkelgelenk kann als Kardangelenk, als Gleichlaufgelenk oder als magnetische Kupplung ausgebildet sein. Um einen variablen Winkelversatz zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle zu erreichen, kann die Abtriebswelle gegenüber dem mit den Magneten versehenen Gehäuse schwenkbar gelagert sein.
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Der Taumelkörper kann drehbar auf der Eingangswelle gelagert sein, so dass eine Momentenübertragung von der Eingangswelle auf die Abtriebswelle nur über die Taumelbewegung des Taumelkörpers und die Relativbewegung zwischen dem Taumelkörper und dem Gehäuse mit den Innenmagneten erfolgt.
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Die zweite Ringreihe kann schmaler als die erste Ringreihe ausgebildet sein, um ein möglichst geringes Gewicht des Taumelgetriebes zu erreichen. Vorteilhafterweise ist die zweite Ringreihe nicht breiter als ein maximaler Überstand der Außenmagnete des Taumelkörpers, wenn diese über die erste Ringreihe bei der Taumelbewegung hinaus stehen. Durch diese Breite der zweiten Ringreihe ist es gewährleistet, dass auch über die zweite Ringreihe kein Bereich der Außenmagnete in Axialerstreckung über die Innenmagnete hinausragt, so dass die Magnete vollständig zur Momentenübertragung eingesetzt werden können.
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Die Außenmagnete und/oder Innenmagnete können formschlüssig, beispielsweise in Nuten, in dem Taumelkörper bzw. in dem Gehäuse gelagert sein. Die Außenmagnete sind dabei in dem Taumelkörper in Nuten gelagert, die Innenmagnete in dem Gehäuse. Dabei ist es günstig, wenn die Außenmagnete bzw. Innenmagnete mit alternierenden Polaritäten auf dem Taumelkörper bzw. in dem Gehäuse angeordnet sind.
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Alternativ zu einer Ausgestaltung der Magnete, das heißt sowohl der Außenmagnete als auch der Innenmagnete, als Einzelmagnete mit einer Nord-Süd-Polung, können die Magnete auch als multipoliger, radial magnetisierter Ringmagnet ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass die Magnete in einem Halbach-Array angeordnet oder ausgebildet sind.
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Die erste Ringreihe kann relativ zu der zweiten Ringreihe verstellbar ausgebildet sein, beispielsweise indem der Abstand der ersten Ringreihe zu der zweiten Ringreihe hinsichtlich der Axialrichtung verstellt wird. Ebenso ist es möglich, die erste Ringreihe verdrehbar relativ zu der zweiten Ringreihe auszugestalten, um eine Anpassung und gegebenenfalls Optimierung der Momentenübertragung des Taumelgetriebes zu ermöglichen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung aus einem Taumelgetriebe gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine Variante der 1;
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3 eine Detaildarstellung einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Taumelgetriebes;
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4 eine Variante der 3;
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5 eine weitere Variante der 3;
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6a eine Seitenansicht eines Taumelkörpers in einem Gehäuse;
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6b eine Draufsicht auf den Taumelkörper der 6a;
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7 eine Detailansicht der 6b;
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8 Varianten der Magnetanordnung.
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In der 1 ist ein Taumelgetriebe mit einem Gehäuse 1 gezeigt, in dem ein Lager 2 zur Lagerung einer Eingangswelle 3 angeordnet ist. Die Eingangswelle 3 ist als Hohlwelle ausgebildet. Auf der Eingangswelle 3, die um eine Drehachse 13 rotiert, ist ein Taumelkörper 5 drehbar auf einem Lager 4 gelagert. Der Taumelkörper 5 dreht sich um eine Taumelachse 14, die um einen Winkel α zu der Drehachse 13 der Eingangswelle 3 verkippt ist. Bei einer Drehung der Eingangswelle 3 um die Drehachse 13 erfolgt somit eine Taumelbewegung des Taumelkörpers 5 um einen Taumelpunkt 12 herum, der im Schnittpunkt der Drehachse 13, der Taumelachse 14 und einer Taumelebene 11 liegt. Bei einer Drehung der Eingangswelle 3 um die Drehachse 13 führt der Taumelkörper 5 eine taumelnde Bewegung aus, wenn die Eingangswelle 3 relativ zu dem Gehäuse 1 gedreht wird.
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Auf der Außenseite des Taumelkörpers 5 sind Außenmagneten 6 angeordnet, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit in Umfangsrichtung alternierenden Polaritäten. Die Außenkontur der Außenmagneten 6 ist so ausgebildet, dass sie gleichbeabstandet zu einer sphärischen Oberfläche verläuft, also ein Segment oder einen scheibenartigen Ausschnitt einer sphärischen Oberfläche bildet.
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In dem Gehäuse 1 sind zwei Innenmagnetbereiche 710, 720 angeordnet, die mit Innenmagneten 7 bestückt sind. Die Innenmagnete 7 sind umlaufend in den beiden Innenmagnetbereichen 710, 720 angeordnet, wobei diese beiderseits der Taumelebene 11 positioniert sind. Der erste Innenmagnetbereich 710 ist in einem beweglich gelagerten Teil 1b des Gehäuses 1 angeordnet, der zweite Innenmagnetbereich 720 ist in einem stationären Teil 1a des Gehäuses 1 gelagert. Der bewegliche Teil 1b des Gehäuses 1 ist über das Lager 10 beweglich an dem stationären Gehäuseteil 1a des Gehäuses 1 gelagert und dient gleichzeitig als Abtriebswelle 8, die ebenfalls als Hohlwelle ausgebildet ist. Beide Innenmagnetbereiche 710, 720 sind in einem gleichen Abstand von der Taumelebene 11 in dem Gehäuse 1 angeordnet, so dass bei einer Taumelbewegung die jeweils gegenüberliegenden Außenmagnete 6 des Taumelkörpers 5 diametral gegenüberliegend mit Innenmagneten 7 der jeweiligen Innenmagnetbereiche 710, 720 Wechselwirken. Durch die symmetrische Gestaltung werden freie Momente in dem Taumelgetriebe vermindert oder vermieden. Diese Anordnung der Innenmagnetbereiche 710, 720 ist jedoch nicht notwendig.
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Die Anzahl der Außenmagnete 6 unterscheidet sich von der Anzahl der Innenmagnete 7 um zumindest einen Magneten, so dass bei einer Taumelbewegung durch anziehende und abstoßende Kräfte zwischen den Innenmagneten 7 und Außenmagneten 6 eine Relativbewegung zwischen dem Taumelkörper 5 und dem Gehäuse 1 stattfindet, was dazu führt, dass bei einer vollständigen Taumelbewegung, also bei einer vollständigen Umdrehung der Eingangswelle 3 bei einer Differenz der Innenmagneten 7 zu den Außenmagneten 6 um einen Magneten die Abtriebswelle 8 um einen Magneten verdreht wird. Je nach Anzahl der Magnete ergibt sich eine größere oder kleinere Übersetzung.
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Das gesamte Taumelgetriebe arbeitet berührungslos, das heißt, dass zwischen den Innenmagneten und Außenmagneten keine Reibung auftritt und die Momentenübertragung kraftschlüssig über die anziehenden und abstoßenden Kräfte der Magneten erfolgt.
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Eine Variante des Taumelgetriebes ist in der 2 dargestellt, bei der nicht nur eine Reihe von Außenmagneten 6 vorhanden ist, sondern zwei Bereiche 61, 62 mit Außenmagneten 6, die an dem Taumelkörper 5 angeordnet sind und bei der Taumelbewegung überwiegend auf je einer Seite der Taumelebene 11 verschwenken. Durch die Anordnung von zwei Bereichen 61, 62 von Außenmagneten 6 ist es möglich, den Taumelwinkel α zu verringern oder beispielsweise eine besonders hohe Getriebeuntersetzung zu generieren.
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Zur Verbesserung des übertragbaren Momentes eines Taumelgetriebes, insbesondere zur Erhöhung der Momentendichte, also des Verhältnisses des übertragbaren Momentes zum Gewicht des Taumelgetriebes, ist vorgesehen, dass statt nur einer Reihe Innenmagnete 7 zwei in Axialrichtung hintereinander angeordnete Ringreihen 71, 72 von Innenmagneten angeordnet sind, wie dies in der 3 dargestellt ist. 3 zeigt in einer Teilschnittdarstellung die Einbausituation gemäß 1 mit nur einem Innenmagnetbereich. Die übrigen Komponenten des Taumelgetriebes sind nicht dargestellt, entsprechen aber im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 1, wobei auch das Taumelgetriebe nur mit einem Innenmagnetbereich 710 funktionieren würde.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei der Innenmagnete 7 umlaufend in zwei hintereinander angeordneten Ringreihen 71, 72 angeordnet sind. Hintereinander heißt hier, in Axialrichtung bezüglich der Drehachse 13 gesehen hintereinander. Die erste Ringreihe 71 weist eine Anzahl von Innenmagneten 7 auf, die in einer Aufnahme, die auch gleichzeitig einen magnetischen Rückschluss 15 bildet, aufgenommen sind. Die Aufnahme kann aus Kunststoff oder Metall gebildet sein, die Einzelmagnete 7 können eingeklebt, eingeschweißt oder eingeklemmt sein. Vorteilhafterweise sind die Innenmagnete 7 abwechselnd mit alternierender Polarität angeordnet, grundsätzlich ist es auch möglich, abweichende Orientierungen vorzusehen. Axial vor der ersten Ringreihe 71 ist eine zweite Ringreihe 72 mit Innenmagneten 7 angeordnet, die ebenfalls über einen außen angeordneten Rückschluss 15 magnetisch miteinander gekoppelt sind, so dass eine Radialmagnetisierung vorliegt. Die Anzahl der Innenmagneten der ersten Ringreihe 71 und der zweiten Ringreihe 72 ist gleich, allerdings ist die zweite Ringreihe 72 relativ zu der ersten Ringreihe 71 verdreht, so dass eine Momentenübertragung auf den beweglichen Teil 1b des Gehäuses 1 und damit auf die Abtriebswelle 8 auch für den Teil der Außenmagneten 6 möglich ist, die aufgrund der Taumelbewegung axial außerhalb der ersten Ringreihe 71 befindlich sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich diese im Bereich der unteren Hälfte des Taumelkörpers.
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Aufgrund der Verdrehung der ersten Ringreihe 71 relativ zu der zweiten Ringreihe 72 ist es möglich, dass auch der untere Teil des Taumelkörpers 5 mit den darauf angeordneten Außenmagneten 6, die im Ausführungsbeispiel gemäß der 1 nicht mehr zur Kraftübertragung beitragen könnten, mit den Innenmagneten 7 der zweiten Ringreihe 72 in Wechselwirkung tritt, wobei aufgrund der Verdrehung keine entgegenwirkenden Momente auftreten, wodurch insgesamt höhere Momente bei nahezu gleichem Bauraum übertragen werden können.
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Die Außenkontur der Außenmagnete 6 ist vorteilhafterweise sphärisch, mit einem Mittelpunkt, der dem Taumelpunkt 12 entspricht. Dadurch ist es möglich, dass bei einer korrespondierenden Formgebung zu der Innenkontur der Innenmagnete 7 ein gleichbleibender, minimaler Luftspalt zwischen den Außenmagneten 6 und den Innenmagneten 7 erzielt werden kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Ringreihe 72 schmaler als die erste Ringreihe 71, die zweite Ringreihe 72 kann zumindest so breit sein, dass die bei einer Taumelbewegung über die erste Ringreihe 71 hinausstehenden Außenmagnete 6 größtenteils abgedeckt werden, idealerweise werden sie vollständig abgedeckt. Die Außenmagnete 6 müssten nicht vollständig aus der ersten Ringreihe 71 herausgeschwenkt werden.
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Eine Variante der Erfindung ist in der 4 gezeigt, bei der analog zu der Ausgestaltung gemäß 2 zwei Innensegmentbereiche 710, 720 mit jeweils einer ersten Ringreihe 71 und einer zweiten Ringreihe 72 angeordnet sind. Auf dem Taumelkörper sind zwei Bereiche 61, 62 mit Außenmagneten 6 vorgesehen, von denen der erste Bereich 61 nur mit dem ersten Innensegmentbereich 710 wechselwirkt, während der zweite Bereich 62 der Außenmagnete 6 nur mit dem zweiten Innenmagnetbereich 720 wechselwirkt. Auch hier sind für jeden Innenmagnetbereich 710, 720 jeweils zwei Ringreihen 71, 72 mit jeweils der gleichen Magnetzahl vorgesehen, wobei die jeweils zweite Ringreihe 72 um einen Magneten oder um eine Magnetpolung versetzt zu der jeweils ersten Ringreihe 71 angeordnet ist. Mit der Ausgestaltung gemäß der 4 wird das maximal übertragbare Moment erhöht, ebenso ergibt sich eine höhere Momentendichte und eine größere Steifigkeit des Taumelgetriebes.
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In der 5 ist eine weitere Variante der Erfindung gezeigt, der Grundaufbau entspricht dem der 3. Statt nur einteilige Innenmagnete 7 vorzusehen, sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Innenmagnete 7 segmentiert, die erste Ringreihe 71 weist drei hintereinander angeordnete Magnetsegmente 711, 712, 713 auf, die jeweils die gleiche Magnetpolung aufweisen und in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind. Die zweite Ringreihe 72 weist zwei Magnetsegmente 721, 722 auf, die ebenfalls die gleiche Polung aufweisen. Die Magnetpolzahl der beiden Ringreihen 71, 72 ist gleich, die Segmente 721, 722 der zweiten Ringreihe 72 sind um einen Magnet verdreht zu den Segmenten 711, 712, 713 der ersten Ringreihe 71 angeordnet. Auch die Außenmagnete 6 können segmentiert ausgebildet sein, die Außenmagnetsegmente 611, 612, 613 sind in der 5 angedeutet.
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Durch die Segmentierung kann eine erleichterte Formgebung der Innenkontur und Außenkontur der Innenmagnetbereiche 710, 720 und der Außenmagnete 6 erreicht werden, statt einer kontinuierlichen und nahezu sphärischen Ausgestaltung kann eine polygonale Form hergestellt werden, die der sphärischen Form angenähert ist, so dass zwar Ungleichmäßigkeiten im Luftspalt zwischen den Innenmagneten 7 und den Außenmagneten 6 vorhanden sind, diese Ungleichmäßigkeiten jedoch durch den verringerten Aufwand bei der Herstellung der jeweiligen Magnetsegmente wirtschaftlich vertretbar sein können. Auch können die Magnetsegmente als zylindrische Segmente ausgestaltet werden, die gegebenenfalls auch in Kombination mit anders gestalteten Magnetelementen oder ausschließlich verwendet werden.
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In der 6a ist eine Seitenansicht des Taumelkörpers 5 mit den Außenmagneten 6 in einem eingebauten Zustand gezeigt, wobei der Taumelkörper 5 nur teilweise mit den innerhalb des Gehäuses 1 angeordneten Innenmagneten wechselwirkt. Die zweite Ringreihe der Innenmagneten ist nicht dargestellt, um die Zuordnung der Komponenten während der Taumelbewegung zu zeigen.
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In der 6b ist in einer Draufsicht ein Taumelkörper 5 mit darauf angeordneten Außenmagneten 6 gezeigt, der in einem Gehäuse 1, beispielsweise dem beweglichen Gehäuseteil 1b, das die Abtriebswelle 8 ausbildet, angeordnet ist. In dem Gehäuse 1 sind die Innenmagnete 7 angeordnet, die über einen magnetischen Rückschluss 15 miteinander gekoppelt sind. Die Außenmagnete 6 des Taumelkörpers 5 sind ebenfalls über einen innenliegenden magnetischen Rückschluss 15 miteinander magnetisch gekoppelt. In der 6b ist zu erkennen, dass die Innenmagnete 7 mit alternierender Polung umlaufend angeordnet sind, ebenso sind die Außenmagnete 6 auf dem Taumelkörper 5 mit alternierender Magnetpolung angeordnet. Der 6b ist zu entnehmen, dass 24 Innenmagnete 7 und 26 Außenmagnete 6 vorhanden sind, wobei durch die Taumelbewegung des Taumelkörpers 5 die Außenmagnete 6 und die Innenmagnete 7 versetzt zueinander bewegt werden, so dass teilweise anziehende und abstoßende Kräfte wirken, was dazu führt, dass die Innenmagnete 7 relativ zu den Außenmagneten 6 verdreht werden, ohne dass ein mechanischer Kontakt zwischen den kraftübertragenden Komponenten stattfindet.
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In der 7 ist eine Detailansicht der Anordnung der Magnete 6, 7 im Bereich des jeweiligen magnetischen Rückschlusses 15 gezeigt. Die Innenmagnete 7 sind mit alternierender Polung an dem äußeren magnetischen Rückschluss 15 festgelegt, beispielsweise festgeklebt, wobei zwischen den einzelnen Innenmagneten 7 Vorsprünge angeordnet oder die Magnete 7 in Nuten eingebettet sind, um eine verbesserte Positionierbarkeit der jeweiligen Magnete 7 bei der Montage zu erreichen. Die Stege 17 erleichtern es, die Magnete 6, 7 in die zwischen den Stegen 17 gebildeten Nuten einzusetzen. Dadurch ergibt sich eine größere mechanische Stabilität. Zwischen den einzelnen Magneten 6, 7 kann ein Klebstoff angeordnet sein, um die Magnete 6, 7 zu kapseln und eine größere mechanische Stabilität zu erreichen.
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Der magnetische Rückschluss 15 kann jeweils einteilig ausgebildet sein, alternativ dazu kann eine Trennung des magnetischen Rückschlusses parallel zur Taumelebene 11 erfolgen, so dass eine Verdrehbarkeit der ersten Ringreihe 71 relativ zu der zweiten Ringreihe 72 ebenso gegeben ist wie eine axiale Verschiebbarkeit. Vorteilhaft ist eine sphärische Ausgestaltung zumindest der Innenkontur der Innenmagnete 7 und der Außenkontur der Außenmagnete 6.
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Durch die segmentierte Ausgestaltung der Innenmagnete 7 oder Außenmagnete 6 wird die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Magnete im Verhältnis zu dem magnetischen Rückschluss 15 kompensiert, eine Segmentierung verringert die absolute Längenausdehnung aufgrund der verkürzten Einzelsegmente.
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Neben einer Ausgestaltung der Außenmagnete 6 und der Innenmagnete 7 als Einzelmagnete ist es auch möglich, die radiale Magnetisierung durch einen Magnetring zu erreichen, wie er in der 8 in der rechten Darstellung gezeigt ist. Ebenso ist es möglich, die Magnete im Rahmen eines Halbach-Arrays anzuordnen, wie es in der linken Darstellung der 8 gezeigt ist.
