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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruch 1 angegebenen Gattung.
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Stand der Technik:
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In der Europäischen Anmeldung mit der Patentnummer
EP 1 509 708 B1 wird auf den Seiten 8 bis 10 ein Zahnstangengetriebe mit einer exzentrischen Antriebsform am Zahnrad beschrieben.
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Bestandteil derartiger Zahnstangengetriebe sind zwei parallele Bahnen, die durch zwei sich gegenüberliegende Zahnstangen gebildet werden. Dabei ist eine stationär angeordnet, die andere beweglich gelagert. Zwischen den beiden Zahnstangen ist ein Zahnrad angeordnet, das sich ebenfalls auf einer parallelen Bahn zu den beiden oben genannten Bahnen bewegt. Dieses Zahnrad steht im Zahneingriff mit den beiden Zahnstangen. Das Zahnrad besitzt somit keine zykloidartigen Bewegungen. Durch die feste Verbindung der exzentrischen Kraftachse mit der Lagerachse, die wiederum fest verbunden ist mit einem Zahnradträger, sind die beiden Aufgaben von Antrieb und Führung des Zahnrades nicht mehr voneinander trennbar. Sie sind durch das feststehende Bauteil (Zahnradträger) mit einander verbunden. Das bringt den Nachteil mit sich, dass die exzentrische Kraftachse an der Lagerachse die eingeleitete Antriebskraft für die Verschiebung des Zahnrades zuerst auf die vergrößerte Lagerachse und anschließend von innen nach außen auf das Zahnrad (Zahnring) überträgt. Obwohl es durch diese Konstruktion mehrere mögliche Antriebspunkte durch das Versetzen der exzentrischen Kraftachse an der Lagerachse gibt, verläuft der Antrieb des Zahnrades über das Achszentrum der Lagerachse.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 016 128 A1 wird ein weiteres Zahnstangengetriebe beschrieben, das eine exzentrische Anordnung eines Antriebslagers beschreibt. Auf einer Lagerachse ist ein Antriebslager angeordnet, welches in die Hohlwelle des Zahnrades eingreift und dieses antreibt bzw. verschiebt.
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Bei dieser Form des Getriebes ist das exzentrische Antriebslager auf einer separaten Gleitschiene angeordnet. Damit ist sie getrennt von der Lagerachse des Antriebszahnrades. Sowohl die Lagerachse des Antriebszahnrades als auch die Achse des Antriebslagers laufen auf einer parallelen Bahn zueinander. Die beiden Aufgaben von Führung und Antrieb des Zahnrades sind bei dieser Form des Zahnstangengetriebes voneinander getrennt. Die Trennung von Antrieb und Führung an der Lagerachse so das die Lagerachse des Antriebszahnrades und die Lagerachse des Antriebes auf zwei verschiedene Gleitschienen angeordnet ist, verbessert die Kraftübertragung auf die bewegliche Zahnstange (Abtrieb).
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Nachteil: Durch die parallele Führung des Antriebslagers ist die optimale Richtung der Krafteinleitung an eine parallele Bahn zur Lagerachse gebunden.
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Aufgabe ist es, zwei parallel angeordnete Zahnstangengetriebe antriebstechnisch zu einem Getriebe miteinander zu verbinden. Das heißt, die beiden Zahnstangengetriebe, die vorher zwei separate Antriebe besaßen, teilen sich jetzt einen Antrieb. Dadurch ist es möglich, die Antriebsrichtung am Zahnrad um 45 Grad zu schwenken. Ein weiteres Ziel ist es, mit zwei 45 Grad Winkeln wieder eine parallele Antriebsrichtung zu erhalten.
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Eine weitere Aufgabe ist es, die neue Antriebsvariante separat zu lagern und zu führen.
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Weiterhin soll durch den neuen baulich veränderten Antrieb auf einen Winkel von 45 Grad die Kraftübertragung verbessert werden.
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Eine weitere Aufgabe ist es, der Lagerachse des Zahnrades größere Stabilität zu verleihen, indem ein zweites Kugellager an der Lagerachse angeordnet ist.
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Des Weiteren soll die Kraftübertragung durch zusätzliche Antriebslager erweitert und damit verbessert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben:
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1: Eine schematische Darstellung eines bekannten Zahnstangengetriebes mit möglicher Abtriebsvariante
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2: Eine schematische Darstellung eines Zahnstangengetriebes mit frei beweglicher exzentrischer Kraftachse in der Hohlachse des Antriebs Zahnrades
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3: Eine schematische Darstellung einer Halterung für eine Lagerachse
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4: Eine schematische Darstellung von einer Gleitschiene, auf der eine Zahnstange angeordnet ist
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5: Eine schematische Darstellung von einer Gleitschiene, auf der eine Halterung mit Lagerachse fest angeordnet ist
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6: Eine schematische Darstellung zweier nebeneinander liegender Zahnstangengetriebe, die beide einen 45-Grad-Antriebswinkel zeigen
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7: Eine schematische Darstellung von zwei nebeneinander liegenden Zahnstangen getrieben, die jeweils zwei Antriebslager mit 45-Grad-Winkeln zeigen
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8: Eine schematische Darstellung des Antriebes am Träger
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9. Eine schematische Darstellung der erweiterten Antriebsmöglichkeiten
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10 Eine schematische Darstellung der einseitigen Antriebsmöglichkeit
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11: Eine schematische Darstellung eines Verbindungselementes in Form einer Flachstange
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12: Eine schematische Darstellung einer Lagerachse mit Fuß
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13: Eine schematische Seitendarstellung von 12 mit einer Änderung auf der Lagerachse ist eine Umlenkrolle angeordnet
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14: Eine schematische Darstellung einer Flachstange mit Antriebslager
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15: Eine schematische Darstellung einer Gleitscheibe mit Antriebslager
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16: Eine schematische Darstellung einer Flachstange mit Antriebslager
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1 zeigt eine erste lineare stationär angeordnete Zahnstange (1). Die Zahnstange (1) steht im Zahneingriff mit dem Zahnring (2). Der Zahnring (2) ist fest auf dem Außenkugellagerring (2a) angeordnet und durch Kugellager (3) drehbar gelagert. Der Innenring (2b) des Kugellagers (3) ist auf der vergrößerten Lagerachse (4) fest angeordnet. Die Lagerachse (4) ist fest verbunden mit einer Gleitschiene (9), so dass die Lagerachse (4) eine durch Pfeilrichtung (9a) gekennzeichneter linearer Bewegungsrichtung zur Zahnstange (1) absolvieren kann. Des Weiteren ist an der Lagerachse (4) eine exzentrische Kraftachse (7) angeordnet, die als Antrieb genutzt wird. Die Gleitschiene (9) ist durch die Führungsrollen (15a) und (15b) sowie durch die Führungsrollen (16a) und (16b) linear verschiebbar angeordnet. Des Weiteren steht der Zahnring (2) im Zahneingriff mit der Zahnstange (8). Die Zahnstange (8) ist linear beweglich angeordnet, gekennzeichnet durch Doppelpfeil (8a). Die Beweglichkeit der Zahnstange wird sowohl durch die Führungsrollen (17a) und (17b) als auch durch die Führungsrollen (18a) und (18b) garantiert. Die Zahnstange (8) dient als Abtrieb und steht im Zahneingriff mit einem Zahnrad (12), welches auf einer Lagerachse (11) drehbar angeordnet ist. Zahnrad (12) dient als zusätzliche Abtriebsvariante für das Zahnstangengetriebe. Die Lagerachse (4) wird auch durch Gleitschiene (8b) mit den Rollen (16a) und (16b) sowie den Rollen (11a) und (11b) geführt und Gehalten.
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2 zeigt im Wesentlichen 1. Verändert wurde die vergrößerte Lagerachse (4). Sie wurde zu einer Hohlachse (4a) umgearbeitet. Die Hohlachse (4a) hat keine Verbindung zur Gleitschiene (9) mehr. Die exzentrische Kraftachse (7) wird zu einer exzentrischen Kraftachse (6), die direkt auf der Gleitschiene (9) fest angeordnet ist. Auf der exzentrischen Kraftachse (6) ist ein Antriebslager (6a) drehbar angeordnet. Durch Verschiebung der Gleitschiene (9) drückt das Antriebslager (6a) gegen die Innenwandung der Hohlachse (4a) und treibt dieses an bzw. verschiebt es. Bei diesem exzentrischen Antriebsverfahren in der Hohlachse (4a) besitzt das Antriebslager (6a) die gleiche Drehrichtung wie die Hohlachse (4a).
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3 zeigt einen Führungszylinder (20), der zwei Bohrungen (24a u. 24b) aufweist. Über diese Bohrungen (24a u. 24b) wird der Führungszylinder (20) mittels Schrauben an der Gleitschiene befestigt. In dem Führungszylinder (20) sitzt eine tellerartige Scheibe (22), die in dem Führungszylinder (20) durch den Deckel (21) gehalten wird. Der Deckel (21) wird am Führungszylinder (20) durch 4 Schrauben (25a; 25b; 25c 25d) gehalten. Des Weiteren besitzt der Deckel (21) eine Bohrung (26) im Zentrum des Deckels. Durch diese Bohrung ragt eine Lagerachse (23), die mit der tellerartigen Scheibe (22) fest verbunden ist. Die tellerartige Scheibe (22) mit Lagerachse (23) ist im Führungszylinder (20) gleitend beweglich angeordnet. Die Bohrung (26) ist zu diesem Zweck um 2 mm größer als der Außendurchmesser der Lagerachse (23).
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4 zeigt eine Gleitschiene (28), bestehend aus dem fest angeordneten äußeren Führungsschiene (27) und dem durch Kugeln (30) verschiebbaren inneren Teil (28), auf der eine Zahnstange (29) fest angeordnet ist. Der Doppelpfeil (28a) auf der Gleitschiene (28) zeigt die beiden möglichen Antriebsrichtungen der Zahnstange (29) an.
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5 zeigt eine Gleitschiene (28) wie in 4 mit einer Änderung. Anstelle der Zahnstange (29) ist jetzt ein Führungszylinder (20) mit Deckel (21) fest angeordnet. Im Führungszylinder (20) ist eine tellerartige Scheibe (22) mit Lagerachse (23) beweglich angeordnet. Der Doppelpfeil (28b) auf der Gleitschiene (28) zeigt die beiden Antriebsrichtungen der Lagerachse (23) an.
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6 zeigt zwei nebeneinander liegende Zahnstangengetriebe. Auf einem Rahmen (35) sind zwei Zahnstangen (36a) und (36b) fest angeordnet. In diese beiden Zahnstangen (36a) und (36b) greifen die Zahnräder (37a) und (37b) ein und rollen auf den beiden Zahnstangen (36a) und (36b) ab. Die beiden Zahnräder (37a) und (37b) sind auf den Lagerachsen (23a) und (23b) drehbar gelagert. Die Lagerachsen (23a) und (23b) sind im Führungszylinder (20a) und (20b) mit Deckel (21a) und (21b) verschiebbar angeordnet. Die Führungszylinder (20a) und (20b) sind an der Gleitschiene (28d) und (28e) fest angeordnet. Des Weiteren stehen die beiden Zahnräder (37a) und (37b) im Zahneingriff mit den beiden Zahnstangen (29a) und (29b), die verschiebbar durch Gleitschiene (28d) und (28e) angeordnet sind. An den beiden Zahnrädern (37a) und (37b) sind jeweils zwei Hohlachsen (38a) und (38b) fest angeordnet. Die Hohlachsen (38a) und (38b) sind in ihrem Außendurchmesser größer (doppelt so groß) wie der Außendurchmesser der beiden Zahnräder (37a) und (37b). Auf den beiden Hohlachsen (38a) und (38b) sitzen zwei Kugellager (39a) und (39b). Beide Kugellager (39a) und (39b) rollen an der Führungsschiene (40) ab. In den beiden Hohlachsen (38a) und (38b) laufen exzentrisch angeordnete Antriebslager (41a) und (41b) und rollen an den Innenflächen der Hohlachsen (38a) und (38b) ab. Am Rahmen (35) ist ein weitere Führungsschiene (27a) fest angeordnet. Die Anordnung der Führungsschiene (27a) liegt damit vor der Abrollschiene (40). Auf der beweglichen Gleitschiene (28c) sitzt ein Führungszylinder (20) mit Deckel (21). In diesem Führungszylinder (20) sitzt eine Lagerachse (23c) mit tellerartiger Scheibe (22). Die Lagerachse (23c) mit tellerartiger Scheibe (22) ist im Zylinder (20) auch beweglich angeordnet. Auf der Lagerachse (23c) ist ein Verbindungsteil angeordnet z. B. Flachstange (49) mit Bohrung (51) für Lagerachse (23c). Der Deckel (21) erhält in seiner Mitte eine erweiterte horizontale Langlochbohrung. Diese Bohrung ermöglicht es der Lagerachse (23c) sich nach rechts und links geringfügig zu bewegen. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Lagerachse (52) mit Fuß (53) an der Gleitschiene (28c) so anzuordnen, dass sie durch eine exzentrische Bohrung (54) an der Gleitschiene (28c) schwenkbar ist. Weiter wäre es möglich durch die exzentrische Bohrung (54) den Fuß (53) mit Hilfe Trägerelement (55) in Form eines Bolzens an dem verschiebbaren Teil der Gleitschiene (28c) oder der Trägerscheibe (43) zu befestigen. Auf der Lagerachse (23c) bzw. auf der Lagerachse (52) sitzt noch ein weiteres Verbindungselement (49a) in Form einer Flachstange mit Bohrung (51) sie ist Baugleich der Flachstange (49). An den Flachstangen (49) und (49a) befinden sich an den gegenüberliegenden Enden noch eine weitere Bohrungen (56). In diese beiden Bohrungen können zwei Achsstumpfe (57) und (57a) eingesetzt werden wie in 14 gezeigt dann wird aus Flachstange (49) die Flachstange (50) und aus Flachstange (49a) wird Flachstange (50a). Die beiden Achsstumpfe dienen als Lagersitz für die Antriebslager (41a) und (41b). Die Flachstange (49) und (49a) sind das Verbindungsteil zu Gleitscheibe (70)
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Die Hohlachsen (38a) und (38b) werden an ihrer Innenseiten durch die Antriebslager (41a) und (41b) im Winkel von 45 Grad gegen die Kugellager (39) und (39a) gepresst. Die Druckpunkte die durch die Kugellager (39a) und (39b) an der Abrollschiene (40) entstehen werden zu Abrollpunkten für die Kugellager (39a) und (39b) als auch für Hohlachsen (38a) und (38b) und für die Zahnräder (23a) und (23b). Die Größe des Innendurchmessers der einzelnen Hohlachsen (38a) und (38b) sind entscheidend für eine günstige Kraftübertragung. Steigender Innendurchmesser der Hohlachse (38a) verkleinert den notwendigen Kraftaufwand der Antriebskraft (roll-Hebel wird größer) der Innendurchmesser der Hohlachsen (38a) vergrößert den Abstand zwischen den beiden Punkten von Antrieb und Abrollpunkt. Ein roll Hebel besitzt einen sich veränderten Druckpunkt. Der Druckpunkt (Drehpunkt) ist auch der Abrollpunkt des Kugellagers von (39a u. 39b) an der Abrollschiene (40) und hat aus diesem Grund nur einen geringen Hebel Weg. Der Abstand zwischen den Abrollpunk des Kugellagers (39a) und den Antriebspunkt des Antriebslagers (41) ergibt die roll Hebellänge des neuen Antriebs. Die beiden Flachstangen (49) und (49a) die in einen Winkel von 90 Grad zu einander angeordnet sind, wurden der Einfachheit nur als Lienen dargestellt.
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7 zeigt im Wesentlichen 6. Die Anzahl der Antriebslager (41) in den Hohlachsen (38a) und (38b) wurde verdoppelt. Hinzu kommen die beiden Antriebslager (41c) und (41d) auf den beiden Achsstumpfen (57c) und (57b). Das Antriebselement in 6 wird erweitert, um die beiden Flachstangen (50b) und (50c). Die beiden Flachstangen (50b) und (50c) sind in ihrer Ausbildungsform identisch mit den beiden Flachstangen (50) und (50a). Damit die beiden Antriebslager (41a) und (41c) nicht miteinander kollidieren, gibt es zwischen den beiden Antriebslagern (41a) und (41c) ein Verbindungselement (42a). Dieses Verbindungselement (42a) hält die beiden Achsstumpfe (57) und (57c) der Antriebslager (41a) und (41c) auf Abstand. Dieser Sachverhalt ist auf beiden Seiten gleich nur die Zahl (42a) ändert sich auf (42b) als Verbindungselement. Die Verbindungselemente (42a u. 42b) und Flachstange (50, 50a, 50b u. 50c) sind der Einfachheit nur als Lienen dargestellt. Der Antriebswinkel von 90 Grad erhöht sich dadurch auf ca. 120–130 Grad.
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8 zeigt eine Gleitschiene (28c) mit einer Trägerscheibe (43). Diese Trägerscheibe (43) ist mit der Gleitschiene (28c) fest verbunden. Die Trägerscheibe (43) hat die Aufgabe mit Hilfe des fest angeordneten Bolzens (55) an Trägerscheibe (43) die Antriebsvorrichtung zu halten und zu führen. Die einzelnen Antriebsteile sind beweglich und gleitend an der Trägerscheibe (43) befestigt. Eine Möglichkeit von vielen ist es das die Einzelteile des Antriebes mit Langlöscher ausgestatten werden (wie in 15) die Einzelteile sind dadurch an der Trägerscheibe (43) verschiebbar. Durch die besondere Anordnung der einzelnen Antriebsteile ganz besonders durch die beiden Verbindungsteile in Form zweier Flachstangen (49) und (49a) entsteht an der Trägerscheibe (43) für die beiden Getriebe ein gemeinsamer Antriebswinkel von 90 Grad. Am Bolzen (55) ist mit Hilfe der Bohrung (54) der Fuß (53) mit Lagerachse (52) beweglich angeordnet. Auf Lagerachse (52) sind die beiden Verbindungsteile in Form einer Flachstange (49) und (49a) mit der Bohrung (51) auf die Lagerachse (52) aufgesteckt und werden auf einen Winkel von 90 Grad auseinander gezogen. Die Bohrung (56) an der Flachstange (49) ermöglicht es, die Gleitscheibe (70) mit Lagerachse (73) auf der das Antriebslager (41a) angeordnet ist, mit der zweiten Bohrung (74) die ein Gewinde aufweist mit einer Schraube zu verbinden. Das geschieht an beiden Verbindungsteile (49) und (49a) die Form einer Flachstange haben. Auf die beiden Flachstangen (49) und (49a) kann verzichtet werden wenn sie durch ein Seil mit Umlenkrolle (59) auf Lagerachse (52) ersetzt werden oder zwei einzelne Seile die direkt die beiden Flachstangen (49) und (49a) an Lagerachse (52) ersetzen. Ach das Seil wird auf einen Winkel von 90 Grad bei Antrieb des Getriebes gebracht. Das geschieht mit Hilfe des Antriebsbolzens (55).
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9 zeigt im Wesentlichen 8 nur die beiden Gleitscheibe (70) und (70a) werden durch die beiden Flachstange (75) und (75a) ersetzt. Die Bohrung (76) oder (77) werden verbunden mit Bohrung (56) an der Flachstange (49). Mit Hilfe der Bohrung (78) werden die beiden Verbindungsteil (75) und (75a) in einem Winkel von unter 90 Grad zur Antriebsrichtung an der Trägerscheibe (43) mit einer Schraube beweglich befestigt und ausgerichtet. Die Flachstangen (75 und 75a) spreizen den bisherigen 90 Grad Antriebswinkel auf 100–110 Grad auf. Der bisherige Antriebsdruckpunk von 45 Grad auf die Holhachse vergrößert sich.
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10 zeigt im wesentlichen 8 geändert wurde die Anzahl der Verbindungselemente, zu Beispiel auf Flachstange (49a) oder (50a) wurde verzichtet. Die Funktion des Antriebes ist jetzt nur noch auf 45 Grad möglich und nur noch ein Getriebeteil kann angetrieben werden. Die Grundsätzliche Funktion bleibt einseitig erhalten.
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11 zeigt ein Verbindungselement (49), das als Flachstange ausgeformt ist und auf dem einen Ende eine Bohrung (51) aufweist und am anderen Ende eine Bohrung (56). In dieser Bohrung (56) kann ein Achsstumpf (57) für Antriebslager (41a) eingepresst werden.
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12 zeigt eine Lagerachse (52) mit Fuß (53) sowie einer exzentrischen Bohrung (54). Der Fuß (53) wird durch das Verbindungselement (55) das auch ein Antriebselement ist in Form eines Bolzens (Schraube) mit Hilfe der Bohrung (54) an der Trägerscheibe (43) gehalten.
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13 ist die Seitenansicht von 12. Auf der Lagerachse (52) sitzt ein Kugellager (58). Auf diesem Kugellager (58) ist eine Umlenkrolle (59) für den Seilbetrieb angeordnet.
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14 zeigt im Wesentlichen 11. Geändert wurde: in der Bohrung (56) ist jetzt ein Achsstumpf (57) fest angeordnet darauf sitzt ein Antriebslager von (41a–d). Die Flachstange (50) und (50a) wird genauso angewendet wie Flachstange (49) und (49a) nur ohne Fuß (53) mit Lagerachse (52) wie in 8 gezeigt.
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15 zeigt eine Gleitscheibe (70) mit den beiden Langlöchern (71) und (72). Schrauben in den Langlöchern halten die Gleitscheibe (70) an der Trägerscheibe (43). Im Zentrum der Gleitscheibe (70) ist eine Lagerachse (73) fest angeordnet. Die Gleitscheibe (70) besitzt eine exzentrisch angeordnete Zugbohrung mit Gewinde (74) für eine Verbindung mit einer Schraube. Auf der Lagerachse (73) sitzt ein Antriebslager von (41a oder 41b oder 41c oder 41d).
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16 zeigt eine Flachstange mit Antriebslager (41a) aber ohne Langlöcher. Die Gleitscheibe (70) wurde durch eine Flachstange (75) ersetzt. Diese erhielt zwei zusätzlich Bohrungen (76 u. 77) mit Gewinde für Schrauben an denen die Flachstangen (49 u. 49a) oder Seile angekoppelt werden können. Die Bohrung (78) hat die Aufgabe, die Flachstange (75) mit Hilfe einer Schraube beweglich an der Trägerscheibe (43) zu halten. Die Flachstange (75) ist im Winkel von ca. 55–70 Grad zur Verschiebung der Trägerscheibe (43) an der Trägerscheibe (43) gehalten wie in 9 gezeigt. Die Bohrung (78) hat die Aufgabe, den seitlichen Druck vom Antriebslager (41a) in der Hohlachse (38a) auf die Schraubverbindung an der Trägerscheibe (43) zu geben. Dadurch ist es möglich, den Antriebswinkel von 90 Grad auf 100 Grad zu erhöhen. Die Kraftübertagung im gesamten System wird dadurch verbessert.
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Folgende Bauteile sind Baugleich
20 ist gleich 20a und 20b und 21c
21 ist gleich 21a und 21b und 21c
22 ist gleich 22a und 22b und 22c
23 ist gleich 23a und 23b und 23c
27 ist gleich 27a
28 ist gleich 28a und 28b und 28c und 28d und 28e
29a ist gleich 29b
38a ist gleich 38b
41a ist gleich 41b und 41c und 41d
50 ist gleich 50a und 50b und 50c
49 ist gleich 49a
70 ist gleich 70a
53 ist gleich 53a
75 ist gleich 75a
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1509708 B1 [0002]
- DE 102011016128 A1 [0004]
