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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Koaxialgetriebe, ein Verfahren zur Herstellung eines Koaxialgetriebes und eine Verwendung eines Koaxialgetriebes.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, welche Zähne umfassen, die in einem Zahnträger radial verschieblich gelagert sind. Zum Antrieb der Zähne in einer radialen Richtung werden Antriebselemente mit einer Profilierung, wie beispielsweise Kurvenscheiben, verwendet. Die Zähne werden in radialer Richtung bewegt und greifen in eine Verzahnung ein, so dass es zu einer Relativbewegung zwischen dem Zahnträger mit den Zähnen und der Verzahnung kommt. Die Relativbewegung zwischen Verzahnung und Zähnen ist dabei um mindestens eine Größenordnung geringer als die Bewegung des Antriebselementes mit der Profilierung. Auf diese Weise lassen sich hohe Übersetzungen erzielen. Solche Getriebe weisen insbesondere eine Verzahnung und Zähne mit einem Zahnprofil auf, welches einer logarithmischen Spirale folgt. Ein Beispiel eines solchen Getriebes ist in der
DE 10 2007 011 175 A1 veröffentlicht.
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Allerdings weisen bisher bekannte Lösungen aus dem Stand der Technik Restriktionen auf in Bezug auf die Übertragung von Drehmomenten, in Bezug auf die Steifigkeit oder in Bezug auf die Tragfähigkeit.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Koaxialgetriebe anzugeben, welches gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Koaxialgetrieben verbessert ist, wobei insbesondere eine Übertragung höherer Drehmomente oder eine höhere Tragfähigkeit oder eine höhere Steifigkeit erreicht werden soll. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Koaxialgetriebes und eine Verwendung eines solchen Koaxialgetriebes anzugeben.
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Die Aufgabe wird mit einem Koaxialgetriebe nach dem Anspruch 1 und einem Verfahren und einer Verwendung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Koaxialgetriebe, mit einer bezüglich einer Drehachse des Koaxialgetriebes axial ausgerichteten Verzahnung, einem Zahnträger mit axial ausgerichteten Führungen, Zähnen, welche in den Führungen zum Eingriff mit der Verzahnung aufgenommen sind, wobei die Zähne in den Führungen mit ihren jeweiligen Längsachsen axial ausgerichtet und in den Führungen axial verschieblich gelagert sind, und einer um die Drehachse rotierbaren Kurvenscheibe zum axialen Antrieb der Zähne, wobei die Verzahnung Verzahnungsflanken umfasst, welche sich jeweils entlang gekrümmter Profilkurven und zumindest im Wesentlichen entlang gerader Flankenlinien erstrecken; wobei die Flankenlinien die Drehachse zumindest im Wesentlichen senkrecht schneiden.
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Typische Verzahnungen von Ausführungsformen sind durch Spritzguss hergestellt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Verwendung eines Koaxialgetriebes nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen.
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Typischerweise sind hierin Ausdrücke wie „axial“, „radial“ oder „Umfangsrichtung“ bezüglich der Drehachse des Koaxialgetriebes zu verstehen, beispielsweise bezüglich der Drehachse der Kurvenscheibe des Koaxialgetriebes.
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Bei typischen Ausführungsformen sind die Führungen des Zahnträgers bezüglich der Drehachse des Koaxialgetriebes axial ausgerichtet. Typischerweise sind die Zähne in den Führungen des Zahnträgers axial verschieblich gelagert. Typischerweise sind die Zähne in dem Zahnträger jeweils in genau einer Richtung verschieblich gelagert, typischerweise in Richtung der Längsachse des Zahnes. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Zahn über eine bestimmte Länge, insbesondere über eine bestimmte Länge entlang der Längsachse des Zahnes, einen gleichbleibenden Querschnitt in Verschieberichtung aufweist. Typischerweise ist die Führung für den Zahn in dem Zahnträger als Bohrung oder Öffnung mit in axialer Richtung gleichbleibendem Querschnitt ausgeführt ist.
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Typische Zahnträger umfassen Führungen mit jeweils einer Zahnbasisöffnung an einer Zahnbasisseite des Zahnträgers und einer Zahnkopföffnung an einer Zahnkopfseite des Zahnträgers. Typischerweise ist die Zahnbasisöffnung in Richtung der Kurvenscheibe ausgerichtet und die Zahnkopföffnung in Richtung der Verzahnung. Dies ermöglicht die Aufnahme der Zähne, so dass die Zähne entlang ihrer jeweiligen Längsachse in der Führung axial bezüglich der Drehachse des Koaxialgetriebes verschieblich gelagert sind. Die Längsachse eines Zahnes verläuft typischerweise von einer Zahnbasis des Zahnes zu einem Zahnkopf des Zahnes. Typischerweise sind die Zähne jeweils mit ihrer Zahnbasis auf einem Lagersegment gelagert, wobei die Lagersegmente wiederum auf der Kurvenscheibe gelagert sind. Der Zahnträger ist bei typischen Ausführungsformen kreisförmig oder ringförmig. Typische Führungen für die Zähne in dem Zahnträger sind als Durchgangsöffnungen oder Durchgangsbohrungen ausgebildet. Weitere typische Zahnträger umfassen rechteckige Einfräsungen oder Langlöcher oder Schlitze als Führungen.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Koaxialgetriebe eine Kurvenscheibe mit einer Profilierung als Antriebselement zum axialen Antrieb der Zähne, insbesondere durch Axialhub der Zähne. Typischerweise ist die Profilierung entlang der Umfangsrichtung der Kurvenscheibe mit mindestens einer Erhebung in axialer Richtung ausgeführt, insbesondere mit mindestens zwei oder mindestens drei Erhebungen. Durch den Antrieb der Kurvenscheibe mit der Profilierung ist über die Lagersegmente eine Kraft in Richtung der jeweiligen Längsachse der Zähne auf die Zähne ausübbar, so dass diese aus den Führungen an der Zahnkopfseite des Zahnträgers herausgedrückt werden. Typischerweise sind die Lagersegmente eingerichtet zur Lagerung der Zähne an der Profilierung der Kurvenscheibe. Insbesondere können die Lagersegmente über eine Gleitlagerfläche der Lagersegmente gleitend an der Kurvenscheibe gelagert sein.
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Typische Koaxialgetriebe weisen eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle auf. Typischerweise sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle um die Drehachse des Koaxialgetriebes drehbar gelagert. Typischerweise sind die Antriebswelle oder die Abtriebswelle oder beide als Hohlwellen ausgeführt. Typischerweise ist die Kurvenscheibe an der Antriebswelle vorgesehen. Bei typischen Ausführungsformen ist der Zahnträger an der Abtriebswelle vorgesehen, wobei insbesondere die Verzahnung oder ein Planrad mit der Verzahnung drehfest mit einem Gehäuse des Koaxialgetriebes verbunden ist oder nicht relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Bei weiteren typischen Ausführungsformen ist eine Verzahnung oder ein Planrad mit der Verzahnung an der Abtriebswelle vorgesehen, wobei insbesondere ein Zahnträger drehfest mit einem Gehäuse des Koaxialgetriebes verbunden ist oder nicht relativ zu dem Gehäuse drehbar ist.
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Bei typischen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Koaxialgetriebe ist zumindest ein Teil der Zähne biegesteif ausgeführt. Der Begriff „biegesteif“ ist dabei typischerweise technisch zu verstehen, das heißt, dass Biegungen der Zähne aufgrund der Steifigkeit des Materials der Zähne derart klein sind, dass sie für die Kinematik des Koaxialgetriebes zumindest im Wesentlichen unbedeutend sind.
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Bei typischen Ausführungsformen weist ein Zahn in einem der Verzahnung zugewandten ersten Endbereich des Zahns einen Zahnkopf mit Zahnflanken auf. Typischerweise umfasst der Zahn in einem der Kurvenscheibe zugewandten zweiten Endbereich des Zahns eine Zahnbasis. Die Zahnbasis weist typischerweise eine Zahnbasisauswölbung auf. Typischerweise ist die Zahnbasisauswölbung eingerichtet zur Lagerung des Zahns in einer Zahnbucht eines Lagersegments.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Zahn zwischen dem Zahnkopf und der Zahnbasis einen Zahnrumpf. Der Zahnrumpf erstreckt sich entlang der Längsachse des Zahns über eine Rumpflänge. Typischerweise weist der Zahnrumpf über die Rumpflänge abgesehen von Schmierkanälen oder Ähnlichem zumindest im Wesentlichen einen gleichbleibenden Querschnitt auf.
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Bei typischen Ausführungsformen ist der Zahn als Rundzahn ausgeführt. Beispielsweise weist der Zahnrumpf eines Zahns einen zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden kreisförmigen Querschnitt auf. Typischerweise ist der Zahnrumpf zumindest im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt.
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Bei weiteren typischen Ausführungsformen ist ein Zahn als Flachzahn ausgeführt. Flachzähne werden typischerweise in Führungen mit nicht-rundem Querschnitt in dem Zahnträger geführt. Bei typischen Ausführungsformen sind zwei oder mehr Flachzähne nebeneinander angeordnet oder der Zahn weist eine mindestens doppelt so große Breite, beispielsweise in Axialrichtung des Koaxialgetriebes, wie Dicke, beispielsweise in Umlaufrichtung des Koaxialgetriebes, auf. Weitere Ausführungsformen umfassen runde oder kreisrunde Zähne oder kreisrunde Zähne mit Abflachungen.
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Bei typischen Ausführungsformen weisen die Zähne jeweils mindestens eine Einkerbung auf, insbesondere mindestens zwei Einkerbungen. Typischerweise umfassen die Lagersegmente jeweils mindestens einen Clip, der zum Formschluss oder zum Kraftschluss mit dem Zahn, insbesondere mit der mindestens einen Einkerbung des Zahns, ausgebildet ist. Typischerweise ist die mindestens eine Einkerbung des Zahns in einem Zahnbasisbereich des Zahns ausgeführt. Der Zahnbasisbereich des Zahns steht typischerweise aus einer Führung des Zahnträgers hervor.
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Typische Koaxialgetriebe umfassen eine axial ausgerichtete Verzahnung. Insbesondere kann die Verzahnung als Verzahnung eines Planrads ausgeführt sein. Typischerweise erstrecken sich Verzahnungsflanken in Flankenprofilrichtung, d.h. in einer Richtung vom Verzahnungsgrund zur Verzahnungsspitze jeweils entlang gekrümmter Profilkurven, welche hierin auch als Flankenkurven bezeichnet werden. Unter „gekrümmt“ ist hierin insbesondere eine Krümmung ungleich null zu verstehen. Typischerweise erstrecken sich Verzahnungsflanken in radialer Richtung jeweils zumindest im Wesentlichen entlang gerader Flankenlinien, welche die Drehachse zumindest im Wesentlichen senkrecht schneiden. Unter „zumindest im Wesentlichen entlang gerader Flankenlinien“ ist insbesondere zu verstehen, dass die Verzahnungsflanken eine Flankenlinienkorrektur in Form einer Breitenballigkeit in radialer Richtung aufweisen können. In typischen Ausführungsformen kann eine Verzahnungsflanke mit einer Flankenlinienkorrektur eine parabolische, eine logarithmische oder eine bogenförmige Breitenballigkeit aufweisen. Eine Breitenballigkeit einer Verzahnungsflanke eines Verzahnungszahns kann an Rändern des Verzahnungszahns eine Rücknahme der Verzahnungsflanke gegenüber einer Flankenlinie umfassen, wobei die Flankenlinie beispielsweise durch einen Scheitelpunkt der Verzahnungsflanke verläuft. Die Breitenballigkeit kann insbesondere eine Rücknahme von bis zu 10% der Breite des Verzahnungszahns aufweisen. Unter „zumindest im Wesentlichen senkrecht“ ist insbesondere zu verstehen, dass die Flankenlinien die Drehachse senkrecht schneiden oder senkrecht mit einer Abweichung von maximal 2°, insbesondere mit einer Abweichung von maximal 1°. Die Profilkurven oder die Flankenlinien sind hierin insbesondere in geometrischem Sinne aufzufassen.
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Bei typischen Ausführungsformen umfassen die Zähne jeweils Zahnflanken zum Eingriff mit den Verzahnungsflanken der Verzahnung, wobei die Zahnflanken der in den Führungen aufgenommenen Zähne sich in Flankenprofilrichtung bzw. in Zahnlängsrichtung jeweils entlang gekrümmter Profilkurven erstrecken. Typische Zahnflanken erstrecken sich quer zur Flankenprofilrichtung bzw. quer zur Zahnlängsrichtung zumindest im Wesentlichen entlang gerader Flankenlinien. Insbesondere erstrecken sich die Zahnflanken entlang gekrümmter Profilkurven und zumindest im Wesentlichen entlang gerader Flankenlinien.Insbesondere schneiden die Flankenlinien die Drehachse zumindest im Wesentlichen senkrecht. Die Zahnflanken können Breiten- oder Profilkorrekturen, insbesondere Flankenlinienkorrekturen, entsprechend den Verzahnungsflanken aufweisen.
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Typischerweise laufen zwei Zahnflanken eines Zahns oder zwei zu einer Verzahnungsspitze zulaufende Verzahnungsflanken entlang jeweiliger Flankenlinien spitz in Richtung der Drehachse des Koaxialgetriebes zu.
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Bei typischen Ausführungsformen verlaufen Profilkurven entlang einer jeweiligen Schraubenlinie um die Drehachse eines Koaxialgetriebes. Eine Schraubenlinie um die Drehachse des Koaxialgetriebes kann als eine auf einen Zylinder aufgewickelte Gerade aufgefasst werden oder als Kurve, die sich mit konstanter Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, wobei die Zylinderachse der Drehachse des Koaxialgetriebes entspricht. Eine Parametrisierung einer Schraubenlinie (auch „Helix“ genannt) mit einem Radius R und einer festen Ganghöhe um die Drehachse (z-Achse) ist in kartesischen Koordinaten (x, y, z) beispielsweise über den Winkel φ bezüglich der z-Achse wie folgt gegeben:
Hierbei ist die Ganghöhe der Schraubenlinie über eine Konstante C festgelegt. Typischerweise weist eine entlang einer Schraubenlinie verlaufende Profilkurve eine konstante Krümmung auf. Eine konstante Krümmung entlang der Profilkurven kann beispielsweise vorteilhaft sein, um einen flächigen Kontakt zwischen einer Verzahnungsflanke einer Verzahnung und einer Zahnflanke eines Zahnes eines erfindungsgemäßen Getriebes bereitzustellen, insbesondere bei Betriebszuständen, bei welchen der Zahn auch eine axiale Bewegung in der Führung und zudem noch eine Bewegung in Umfangsrichtung durchführt. Typischerweise verlaufen die Profilkurven zumindest im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Schraubenlinie. Unter „zumindest im Wesentlichen entlang einer jeweiligen Schraubenlinie“ ist typischerweise zu verstehen, dass eine Verzahnungsflanke eines Verzahnungszahns oder eine Zahnflanke eines Zahns Abweichungen, insbesondere zwei oder drei Abweichungen, von einer idealen Schraubenlinie aufweist. Insbesondere können die Abweichungen Rücknahmen oder Auswölbungen bezüglich der Schraubenlinie oder der Flankenlinien umfassen. Bei typischen Ausführungsformen weisen die Profilkurven eine Abweichung von der Schraubenlinie in Form einer bogenförmige Rücknahme an einer Verzahnungsspitze eines Verzahnungszahns oder an einem Verzahnungsgrund eines Verzahnungszahns auf. Typischerweise umfasst ein Verzahnungszahn eine bogenförmige Rücknahme an einer Verzahnungsspitze oder einem Verzahnungsgrund von bis zu 30%, insbesondere von bis zu 10%, insbesondere von bis zu 0,1% der Verzahnungshöhe des Verzahnungszahns. In weiteren typischen Ausführungsformen weist die Verzahnungsflanke eine Abweichung von der Schraubenlinie in Form einer Profilballigkeit auf.
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Bei typischen Ausführungsformen kann die Profilkurve für eine Profilwinkelkorrektur um bis zu 5° auf der Schraubenlinien-Mantelfläche gegenüber der Schraubenlinie verkippt sein.
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Bei typischen Ausführungsformen weist eine Verzahnungsflanke einer Verzahnung oder eine Zahnflanke eines Zahns eine Mehrzahl an Flankenpunkten auf, wobei die Flankenpunkte jeweils auf einer der Profilkurven und auf einer der Flankenlinien liegen. Insbesondere liegt jeder der Flankenpunkte jeweils auf einer der Profilkurven und auf einer der Flankenlinien.
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Typischerweise umfasst die Verzahnung mindestens eine Verzahnungsspitze, wobei eine entlang der Verzahnungsspitze verlaufende Verzahnungsspitzenlinie gerade und senkrecht zur Drehachse verläuft. Die Verzahnungsspitze erstreckt sich insbesondere zwischen zwei Verzahnungsflanken eines Verzahnungszahns der Verzahnung. Typischerweise ist die Verzahnungsspitze in Umfangsrichtung zwischen zwei Verzahnungsflanken kontinuierlich verrundet, insbesondere mit einem Verzahnungsspitzenradius. Die Verzahnungsspitze weist typischerweise am Übergang zu einer Verzahnungsflanke keine Kante auf. Beispielsweise fallen eine Verzahnungsspitzenlinie an der Grenze zu einer Verzahnungsflanke und eine Flankenlinie der Verzahnungsflanke an der Grenze zu der Verzahnungsspitze zusammen. Typischerweise liegt eine Mehrzahl an Punkten einer Verzahnungsspitzenfläche, insbesondere jeder Punkt, auf einer der Verzahnungsspitzenlinien der Verzahnungsspitze.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst die Verzahnung zwischen zwei Verzahnungszähnen der Verzahnung mindestens einen Verzahnungsgrund, wobei eine entlang des Verzahnungsgrundes verlaufende Verzahnungsgrundlinie gerade und senkrecht zur Drehachse verläuft. Typischerweise erstreckt sich der Verzahnungsgrund zwischen benachbarten Verzahnungsflanken zweier Verzahnungszähne.
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Typischerweise ist ein Verzahnungsgrund einer Verzahnung kontinuierlich verrundet. Typischerweise ist der Verzahnungsgrund in Umfangsrichtung zwischen zwei Verzahnungsflanken verrundet, insbesondere mit einem Verzahnungsgrundradius oder einem Verzahnungsgrund-Polynom, insbesondere mit einem Verzahnungsgrund-Polynom 4. bis 8. Grades, beispielsweise mit einem Verzahnungsgrund-Polynom 6. Grades. Der Verzahnungsgrund weist typischerweise am Übergang zu einer Verzahnungsflanke keine Kante auf. Insbesondere fallen eine Verzahnungsgrundlinie an der Grenze zu einer Verzahnungsflanke und eine Flankenlinie der Verzahnungsflanke an der Grenze zu dem Verzahnungsgrund zusammen. Typischerweise liegt eine Mehrzahl an Punkten einer Verzahnungsgrundfläche, insbesondere jeder Punkt, auf einer der Verzahnungsgrundlinien des Verzahnungsgrunds. Bei typischen Ausführungsformen kann durch eine kontinuierliche Verrundung des Verzahnungsgrunds ein ruckfreies Durchlaufen des Verzahnungsgrundes durch den Zahn erreicht werden.
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Typischerweise umfassen die Zähne des Koaxialgetriebes jeweils eine Zahnspitze, wobei eine entlang der Zahnspitze verlaufende Zahnspitzenlinie gerade und senkrecht zur Drehachse verläuft. Die Zahnspitze erstreckt sich insbesondere zwischen zwei Zahnflanken eines Zahns. Typischerweise ist die Zahnspitze in Umfangsrichtung zwischen zwei Zahnflanken verrundet, insbesondere mit einem Zahnspitzenradius. Die Zahnspitze weist typischerweise am Übergang zu einer Zahnflanke keine Kante auf. Insbesondere fallen eine Zahnspitzenlinie an der Grenze zu einer Zahnflanke und eine Flankenlinie der Zahnflanke an der Grenze zu der Zahnspitze zusammen. Typischerweise liegt eine Mehrzahl an Punkten einer Zahnspitzenfläche, insbesondere jeder Punkt, auf einer der Zahnspitzenlinien der Zahnspitze.
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Bei typischen Ausführungsformen verlaufen die Verzahnungsflanken der Verzahnung oder die Zahnflanken der Zähne jeweils zumindest im Wesentlichen entlang einer Wendelfläche, insbesondere entlang einer Wendelfläche um die Drehachse des Koaxialgetriebes. Eine Wendelfläche, auch „Helikoide“ genannt, ist beispielsweise in kartesischen Koordinaten über einen Radius r und einen Winkel φ bezüglich der Drehachse (z-Achse) parametrisierbar, wobei eine Wendelflächenganghöhe der Wendelfläche über eine Konstante c festgelegt ist:
Unter „zumindest im Wesentlichen entlang einer Wendelfläche“ ist zu verstehen, dass eine Verzahnungsflanke Abweichungen von einer idealen Wendelfläche in Form von Rücknahmen oder Auswölbungen bezüglich der Wendelfläche aufweisen kann.
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Bei typischen Ausführungsformen verlaufen Zahnflanken der Zähne jeweils entlang von Profilkurven mit einer ersten Ganghöhe und Verzahnungsflanken der Verzahnung jeweils entlang von Profilkurven mit einer zweiten Ganghöhe, wobei die erste Ganghöhe zumindest im Wesentlichen gleich der zweiten Ganghöhe ist. Insbesondere verlaufen die Zahnflanken entlang einer ersten Wendelfläche mit einer ersten Wendelflächenganghöhe und die Verzahnungsflanken entlang einer zweiten Wendelfläche mit einer zweiten Wendelflächenganghöhe, wobei die erste Wendelflächenganghöhe zumindest im Wesentlichen gleich der zweiten Wendelflächenganghöhe ist.
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Typischerweise ist eine Zahnspitze eines Zahns in Umfangsrichtung um die Drehachse schmäler als ein Verzahnungsgrund der Verzahnung in Umfangsrichtung. Insbesondere ist ein Zahnspitzenradius einer Zahnspitze geringer als ein Verzahnungsgrundradius eines Verzahnungsgrundes. Insbesondere kann ein ruckfreier Wechsel eines Zahns von einer Verzahnungsflanke zu einer benachbarten Verzahnungsflanke erreicht oder ein gleichzeitiges Anliegen eines Zahns an zwei Verzahnungsflanken vermieden werden.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die Verzahnung des Koaxialgetriebes als Laufverzahnung ausgebildet. Typischerweise ist die Verzahnung ausgebildet, um von den Zähnen durchlaufen zu werden, typischerweise findet während des Betriebs eine Relativbewegung zwischen Verzahnung und Zahn statt. Typischerweise weist die Verzahnung Verzahnungsflanken, insbesondere fein bearbeitete Verzahnungsflanken, auf, welche eingerichtet sind zum Entlanggleiten der Zahnflanken der Zähne an den Verzahnungsflanken der Verzahnung. Insbesondere ist die Verzahnung des Koaxialgetriebes nicht als Steckverzahnung ausgebildet.
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Typischerweise sind die Teile des Koaxialgetriebes, insbesondere die Verzahnung, die Zähne, der Zahnträger, die Lagersegmente, oder die Kurvenscheibe, aus Kunststoff, aus Metall oder aus Kunststoff-Metall-Verbund hergestellt. In beispielhaften Ausführungsformen sind die Zähne aus Metall und die Verzahnung aus Kunststoff hergestellt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen sind die Verzahnung und die Zähne aus Metall, insbesondere aus Stahl, hergestellt.
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Bei typischen Ausführungsformen sind die Verzahnung, insbesondere ein Planrad mit der Verzahnung, oder die Zähne durch Spritzgießen, insbesondere Kunststoffspritzguss oder Metallpulverspritzguss, hergestellt. Weitere typische Verzahnungen sind mittels Rapid-Prototyping, Sintern oder Erodieren, typischerweise Senkerodieren, hergestellt. Bei typischen Ausführungsformen ist die Verzahnung durch ein abwälzendes Verfahren hergestellt. Typischerweise ist die Verzahnung durch Kaltmassivumformen, insbesondere Verzahnungswalzen, oder spanende Verfahren, insbesondere Wälzfräsen, oder schleifende Verfahren, insbesondere Wälzschleifen, hergestellt.
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Typische Ausführungsformen des Koaxialgetriebes können gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil bieten, dass die in Eingriff stehenden Zahnflanken und Verzahnungsflanken flächig und nicht lediglich linien- oder punktförmig anliegen. Insbesondere kann ein kontinuierlicher Flächeneingriff erreicht werden. Auf diese Weise wird eine extreme Steifigkeit oder eine hohe Tragfähigkeit bei der Kraftübertragung zwischen der Verzahnung und den Zähnen erreicht. Insbesondere kann ein flächiger Eingriff der Zahnflanken und der Verzahnungsflanken bei axial ausgerichteten Zähnen und Verzahnung erreicht werden. Typische Koaxialgetriebe können den Vorteil bieten, die Übertragung höherer Drehmomente zu erlauben. Insbesondere kann durch eine axiale Ausrichtung der Zähne und der Verzahnung eine größere Hohlwelle oder eine größere Lagerung verbaut werden. Ein weiterer Vorteil typischer Ausführungsformen kann sein, dass ein Zahn in einem Verzahnungsgrund kontinuierlich oder ruckfrei von einer Verzahnungsflanke zu einer benachbarten Verzahnungsflanke geführt wird. Insbesondere kann ein Vorteil sein, dass keine Verdrillung des Zahns um die Längsachse des Zahns stattfindet, da beispielsweise die Symmetrieachse des Zahns zu jedem Eingriffszeitpunkt die Drehachse des Koaxialgetriebes schneidet. Außerdem kann ein Vorteil sein, dass ein Zahn bei einem Wechsel der Verzahnungsflanke direkt wieder in Flächenkontakt mit der Verzahnung gelangt. Weitere Vorteile können sein, dass die Verzahnung abwälzend hergestellt werden kann, oder dass typische Koaxialgetriebe eine erhöhte Lebensdauer aufweisen oder einen geringeren Bauraum benötigen.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei die Figuren zeigen:
- 1 zeigt eine typische Ausführungsform des Koaxialgetriebes in einer schematischen Schnittansicht;
- 2A zeigt eine schematische isometrische Ansicht eines Planrads mit einer Verzahnung eines typischen Koaxialgetriebes;
- 2B zeigt eine schematische Seitenansicht eines Planrads mit einer Verzahnung;
- 3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Seitenansicht einer Verzahnung von radial außen in Richtung der Drehachse;
- 4 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Draufsicht auf eine Verzahnung;
- 5A-D zeigen jeweils eine schematische Ansicht eines Zahns einer typischen Ausführungsform; und
- 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Zahns in Eingriff mit einer Verzahnung.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsformen werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet. Teilweise werden Merkmale, welche bereits im Zusammenhang mit anderen Figuren beschrieben wurden, der Übersichtlichkeit halber nicht nochmals beschrieben. Zur Übersichtlichkeit sind teilweise nicht alle jeweiligen Merkmale mit einem Bezugszeichen versehen, beispielsweise die Verzahnungsflanken (Bezugszeichen 41 in der 2A-4 und 6).
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In der 1 ist ein Ausschnitt einer typischen Ausführungsform der Erfindung in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die 1 zeigt ein Koaxialgetriebe 1 mit einer bezüglich einer Drehachse 3 des Koaxialgetriebes 1 axial ausgerichteten Verzahnung 5. Die Verzahnung 5 ist als Verzahnung eines Planrads 29 umlaufend um die Drehachse 3 ausgeführt. Das Planrad 29 ist drehfest mit einem Gehäuse 31 des Koaxialgetriebes 1 verbunden.
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Das Koaxialgetriebe 1 umfasst einen Zahnträger 7, welcher an einer Abtriebswelle 34 vorgesehen ist. Die Abtriebswelle 34 ist über ein erstes Lager 33 um die Drehachse 3 drehbar an dem Gehäuse 31 gelagert. Der Zahnträger 7 weist axial ausgerichtete Führungen 9 auf, in welchen jeweils Zähne 11 aufgenommen sind. Die Zähne 11 sind entlang ihrer jeweiligen Längsachsen 13 in den Führungen 9 axial bezüglich der Drehachse 3 verschieblich gelagert.
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Die Zähne 11 umfassen jeweils einen Zahnkopf, welcher zum Eingriff mit der Verzahnung 5 ausgerichtet ist, und eine Zahnbasis, welcher aus der Führung 9 des jeweiligen Zahns 11 hervorsteht und an einem Lagersegment 17 gelagert ist. Ein Zahn 11 umfasst weiterhin einen Zahnrumpf zwischen der Zahnbasis und dem Zahnkopf, wobei der Zahnrumpf zumindest teilweise in der Führung 9 aufgenommen ist. Die Zahnbasis des Zahns 11 steht in einer Zahnbucht 19 des Lagersegments 17.
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Die Lagersegmente 17 sind jeweils über eine Gleitlagerfläche 23 an einer Profilierung 25 einer Kurvenscheibe 15 des Koaxialgetriebes 1 gelagert. Die Kurvenscheibe 15 ist an einer Antriebswelle 36 vorgesehen. Die Antriebswelle 36 ist über ein zweites Lager 35 um die Drehachse 3 drehbar an dem Gehäuse 31 gelagert. Die Profilierung 25 ist um die Drehachse 3 umlaufend ausgeführt und weist in der 1 zwei axiale Erhebungen in Richtung der Zähne 11 auf.
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Die 2A und 2B zeigen schematische Ansichten eines Planrads 29 mit einer Verzahnung 5. Die Verzahnung 5 weist Verzahnungsflanken 41 auf, welche sich entlang gekrümmter Profilkurven erstrecken. In den 2A und 2B sind beispielhaft zwei erste Profilkurven 47, welche achssymmetrisch zueinander verlaufen, dargestellt, welche jeweils entlang einer radial äußeren Kante der Verzahnungsflanken verlaufen. Die ersten Profilkurven 47 sind Schraubenlinien entlang eines Zylinders 61. Die Schraubenlinien können jeweils beispielsweise durch Aufwickeln einer Tangente 59 des Zylinders 61 auf den Zylinder 61 geometrisch konstruiert werden.
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Flankenpunkte an den radial äußeren Kanten der Verzahnungsflanke liegen auf den ersten Profilkurven 47. Die Flankenpunkte liegen außerdem auf Flankenlinien (nicht dargestellt), welche gerade verlaufen und die Drehachse senkrecht schneiden. In den 2A und 2B liegen auch alle weiteren Flankenpunkte der Verzahnungsflanke jeweils auf einer jeweiligen Schraubenlinie und einer jeweiligen Flankenlinie (nicht dargestellt), wobei die Flankenlinien radial zur Drehachse verlaufen.
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Die 3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Seitenansicht einer Verzahnung 5 von radial außen in Richtung der Drehachse 3. Die Verzahnung 5 umfasst Verzahnungszähne, welche sich in axialer Richtung zwischen jeweils zwei Verzahnungsgründen 45 erheben. Ein Verzahnungszahn umfasst zwei Verzahnungsflanken 41 und eine Verzahnungsspitze 43, welche sich zwischen den zwei Verzahnungsflanken 41 erstreckt. Die Verzahnungsspitze 43 und ein Verzahnungsgrund 45 sind jeweils am Übergang zu einer Zahnflanke 41 kontinuierlich und kantenfrei verrundet. Die Verzahnungsspitze 43 verläuft entlang von Verzahnungsspitzenlinien 63, welche gerade verlaufen und die Drehachse 3 senkrecht schneiden. Der Verzahnungsgrund 45 verläuft entlang von Verzahnungsgrundlinien 65, welche gerade verlaufen und die Drehachse 3 senkrecht schneiden. In den 3 und 4 sind beispielhaft Verzahnungsspitzenlinien 63 dargestellt, welche jeweils an einer Grenze der Verzahnungsspitzen 43 zu den Verzahnungsflanken 41 liegen oder mittig auf den Verzahnungsspitzen 43 liegen. Die beispielhaft dargestellten Verzahnungsgrundlinien 65 verlaufen jeweils an einer Grenze der Verzahnungsgründe 45 zu den Verzahnungsflanken 41.
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Die Verzahnungsflanken 41 verlaufen in den 3 und 4 entlang von gekrümmten Profilkurven und geraden Flankenlinien 51. In 3 sind beispielhaft eine erste Profilkurve 47 an einer radial äußeren Kante einer Verzahnungsflanke 41 und eine zweite Profilkurve 49 an einer radial inneren Kante der Verzahnungsflanke 41 dargestellt. Die erste Profilkurve 47 und die zweite Profilkurve 49 sind Schraubenlinien. Die Flankenlinien 51 verlaufen gerade und schneiden die Drehachse senkrecht.
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Die 5A bis 5D zeigen schematische Ansichten eines Zahns 11 eines typischen Koaxialgetriebes in einer beispielhaften Ausführungsform und werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 5B zeigt eine Seitenansicht auf eine Zahnflanke 71 des Zahns 11. 5C zeigt eine Ansicht auf das Zahnprofil des Zahns 11 aus der Richtung der Drehachse des Koaxialgetriebes nach radial außen hin. Die 5D zeigt ein Detail der 5C. Der Zahn 11 umfasst einen Zahnkopf 70 mit Zahnflanken 71, die zum Eingriff mit einer Verzahnung des Koaxialgetriebes eingerichtet sind.
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Der Zahn 11 umfasst einen Zahnrumpf 73, der zur Aufnahme in eine Führung eines Zahnträgers vorgesehen ist. Der Zahnrumpf 73 weist einen zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser im Querschnitt zu der Längsachse 13 des Zahns 11 auf.
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Das Ausführungsbeispiel der 5A-D weist am Übergang zwischen dem Zahnkopf 70 und dem Zahnrumpf 73 eine von dem Zahnrumpf 73 in Richtung der Längsachse 13 nach innen zurückspringende Schulter 81 auf. Eine Zahnbasis 75 des Zahns 11 umfasst in den 5A-C zwei Einkerbungen 77, die dazu eingerichtet sind, den Zahn 11 über einen Rastmechanismus mit einem Lagersegment des Koaxialgetriebes zu verbinden. Die Zahnbasis 75 weist eine Zahnbasisauswölbung 79 auf, die zur Aufnahme in einer Zahnbucht eines Lagersegments eingerichtet ist.
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Der Zahnkopf 70 des Zahns 11 umfasst zwei Zahnflanken 71 und eine Zahnspitze 72. Die Zahnflanken 71 verlaufen entlang gekrümmter Profilkurven, wobei in der 5D beispielhaft eine weitere erste Profilkurve 53 an einer radial äußeren Kante einer Zahnflanke 71 und eine weitere zweite Profilkurve 55 an einer radial inneren Kante der Zahnflanke 71 dargestellt sind. Die Zahnflanke 71 verläuft entlang gerader Flankenlinien, welche die Drehachse des Koaxialgetriebes senkrecht schneiden. In 5B ist beispielhaft eine weitere Flankenlinie 57 entlang der Zahnflanke 71 dargestellt.
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Die 6 zeigt einen Zahn 11 bei einem Eingriff in eine Verzahnung 5 in einer schematischen Seitenansicht von radial außen in Richtung der Drehachse 3 eines typischen Koaxialgetriebes. In der schematischen Darstellung der 6 ist der Übersichtlichkeit halber kein Zahnträger dargestellt. Der Zahn 11 weist eine Zahnspitze 72 auf, welche mit einem Zahnspitzenradius verrundet ist. Ein Verzahnungsgrund 45 der Verzahnung 5 ist mit einem Verzahnungsgrundradius kontinuierlich verrundet. Insbesondere ist der Zahnspitzenradius geringer als der Verzahnungsgrundradius. Dadurch kann beispielsweise ein gleichzeitiges Anliegen der Zahnflanken 71 des Zahns 11 an zwei Verzahnungsflanken 41 vermieden werden.
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In der 6 erstrecken sich die Zahnflanken 71 des Zahns 11 entlang von Schraubenlinien als Profilkurven mit einer ersten Ganghöhe. Die Verzahnungsflanken 41 erstrecken sich entlang von Schraubenlinien als Profilkurven mit einer zweiten Ganghöhe, wobei die erste Ganghöhe gleich der zweiten Ganghöhe ist. Insbesondere weisen die Zahnflanken 71 und die Verzahnungsflanken 41, welche miteinander in Eingriff kommen, in Umfangsrichtung die gleiche konstante Krümmung auf.
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Durch eine gleiche konstante Krümmung können eine Zahnflanke eines Zahns und eine Verzahnungsflanke einer Verzahnung vorteilhaft in flächigen Eingriff gebracht werden. Außerdem sind die Zahnflanke und die Verzahnungsflanke dabei dergestalt in Eingriff, dass Flankenlinien der Zahnflanke stets auf die Drehachse des Koaxialgetriebes gerichtet sind. Somit sind auch Zahnspitzenlinien oder die Symmetrieebene des Zahns stets zur Drehachse des Koaxialgetriebes gerichtet, so dass sich der Zahn auch bei einem Wechsel von einer Verzahnungsflanke zu einer benachbarten Verzahnungsflanke nicht verdrillt. So können beispielsweise Reibung oder Abnützung der Zähne oder der Verzahnung reduziert werden. Insbesondere kann die Lebensdauer des Koaxialgetriebes verlängert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007011175 A1 [0002]
