DE102020002965A1

DE102020002965A1 - Stellgetriebe

Info

Publication number: DE102020002965A1
Application number: DE102020002965.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: KLINDWORTH, JAN, DE
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe, das ein im Wesentlichen starres Hohlrad mit einer Innenverzahnung , ein elastisches und/oder mehrteiliges Stirnrad und einen Wellgenerator aufweist,- wobei mit dem sich um eine Getriebezentralachse drehenden Wellengenerator außenverzahnte Zahnelemente des Stirnrades quer zur Getriebezentralachse verschiebbar sind, sodass eine Außenverzahnung der Zahnelemente in Richtung von der Getriebezentralachse weg verschoben in Eingriff mit der Innenverzahnung gebracht werden kann, sodass das Hohlrad relativ zum elastischen Stirnrad in Umfangsrichtung um die Getriebezentralachse drehbar ist,- wobei die Zahnelemente zumindest ein mehrteiliges Mitnehmerrad mitnehmen, das dazu in Umfangsrichtung mittels mehrerer Mitnehmerkörper an den Zahnelementen des Stirnrades abgestützt ist,- wobei in den Zahnelementen jeweils eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der einer der Mitnehmerkörper in Umfangsrichtung mit Spiel aufgenommen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe nach Patentanspruch 1.
Aus WO 2016165684 A2 ist bereits ein solches Stellgetriebe bekannt.
Eine Anwendung dieser Stellgetriebe sind beispielsweise die Robotertechnik und die Fahrzeugsitzverstellung. Bei Robotern werden die Stellgetriebe zum genauen Einstellen und für hohe Kräfte benötigt. Hier ist es besonders wichtig, dass die eingesetzten Getriebe besonders verdrehsteif sind und möglichst spielarm sind. Dies ist wichtig damit man Roboter schnell und präzise bewegen kann.
Aufgabe der Erfindung nach Patentanspruch 1 ist es, ein kostengünstiges Stellgetriebe zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Stellgetriebe, das ein im Wesentlichen starres Hohlrad mit einer Innenverzahnung, ein elastisches und/oder mehrteiliges Stirnrad und einen Wellgenerator aufweist,

- wobei mit dem sich um eine Getriebezentralachse drehenden Wellengenerator außenverzahnte Zahnelemente des Stirnrades quer zur Getriebezentralachse verschiebbar sind, sodass eine Außenverzahnung der Zahnelemente in Richtung von der Getriebezentralachse weg verschoben in Eingriff mit der Innenverzahnung gebracht werden kann, sodass das Hohlrad relativ zum Stirnrad um die Getriebezentralachse in einer Drehrichtung drehbar ist,
- wobei die Zahnelemente ein mehrteiliges Mitnehmerrad mitnehmen, das dazu in Umfangsrichtung um die Getriebezentralachse mittels mehrerer Mitnehmerkörper an den Zahnelementen des Stirnrades abgestützt ist,
- wobei in den Zahnelementen jeweils eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der einer der Mitnehmerkörper in Umfangsrichtung mit Spiel aufgenommen ist.

Bei einer besonders laufruhigen Ausführungsform des Stellgetriebes ist vorgesehen, dass die Mitnehmerkörper in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und dass die Zahl der Zahnelemente des Stirnrades ungerade ist. Dadurch wird verhindert, dass der Zahneingriff auf diametral gegenüberliegenden Seiten in genau der gleichen Weise erfolgt. Insofern treten auch weniger Laufgeräusche und resonante Schwingungen auf.
Zur Übertragung hoher Drehmomente kann vorgesehen sein, dass das Stirnrad ein erstes Stirnrad ist und dass ein zweites Stirnrad vorgesehen ist, das ebenfalls quer zur Getriebezentralachse verschiebbar ist, sodass die Außenverzahnung weiterer Zahnelemente in Richtung von der Getriebezentralachse weg verschoben in Eingriff mit der Innenverzahnung gebracht werden kann.
Um die Laufruhe des Stellgetriebes mit zwei Stirnrädern zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die weiteren Zahnelemente Spalte zueinander aufweisen, die umfangsmäßig versetzt zu Spalten sind, die zwischen den Zahnelementen des ersten Stirnrades angeordnet sind.
Damit die Abstützung der Zahnelemente am Wellgenerator radial relativ weit außen erfolgen kann, kann vorgesehen sein, dass die Zahnelemente des Stirnrades jeweils zwei Abstützflächen aufweisen, die in einer Ebene senkrecht zur Getriebezentralachse an dem Wellgenerator abstützbar sind, sodass in dieser Ebene eine radial nach außen wirkende Kraft die Zahnelemente radial nach außen verschieben und dabei um einen Momentanpol kippen kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die beiden Abstützflächen derart angeordnet sind, dass der Wellgenerator beim Drehen um die Getriebezentralachse in der einen Drehrichtung vorrangig über die eine der beiden Abstützflächen die Kraft in die Zahnelemente einleitet, und dass der Wellgenerator beim Drehen um die Getriebezentralachse in der entgegengesetzten Drehrichtung vorrangig über die andere der beiden Abstützflächen die Kraft in die Zahnelemente einleitet.
Bei einer besonders vorteilhaften konstruktiven Umsetzung der Abstützung kann vorgesehen sein, dass die beiden Abstützflächen mittels eines bogenförmig radial nach außen gewölbten Bereichs voneinander getrennt sind.
Um die Spannungen innerhalb des Zahnelementes gleichmäßig zu verteilen, kann vorgesehen sein, dass die Ausnehmungen in einer Ebene senkrecht zur Getriebezentralachse jeweils von einer geschlossenen Innenkontur des Zahnelementes begrenzt sind. Durch die Geschlossenheit der Innenkontur wird eine relativ hohe Steifigkeit des Zahnelementes erreicht, das den Mitnehmerkörper aufnimmt. Insofern kann das Stirnrad relativ schmal, leicht und kostengünstig gefertigt sein. Durch die höhere Steifigkeit und die dadurch bedingte geringe Verformung im Betrieb wird auch eine höhere Laufruhe bzw. Betriebslautstärke des Stellgetriebes erreicht.
Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Laufruhe kann vorgesehen sein, dass die Zahnelemente des Stirnrades in Umfangsrichtung jeweils über einen Winkel α verzahnt sind, dessen Scheitelpunkt auf der Getriebezentralachse liegt und dessen Schenkel die Innenkontur der jeweiligen Ausnehmung tangieren. Mithin befindet sich die Ausnehmung zwischen den Schenkeln des Winkels α. Da die Zahnelemente somit auch radial außerhalb der Ausnehmung verzahnt sind, werden periodische Unterbrechungen der Außenverzahnung des Stirnrades vermieden und die Laufruhe wird verbessert.
Ein besonders laufruhiges Stirnrad ist in der Art einer Kette ausgeführt. Dabei ist vorgesehen, dass die Zahnelemente komplementär zueinander ausgeführt sind und scharnierartige Gelenke aufweisen, die die Zahnelemente miteinander verbinden, zwischen denen ein umfangsmäßiger Spalt vorgesehen ist. Dieser Spalt kann eine zumindest teilweise bogenförmige Kontur aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die scharnierartigen Gelenke des kettenartigen Stirnrades von Laschen gebildet sind, die einander überlappen, wobei die einander überlappenden Laschen von der Ausnehmung durchdrungen sind wobei das jeweilige Zahnelement des kettenartigen Stirnrades zumindest zwei Laschen aufweist, die sich ausgehend von einem Verbindungssteg in den bezüglich der Getriebezentralachse umfangsmäßig voneinander weg weisenden Richtungen erstrecken.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die einander überlappenden Laschen von zwei benachbarten Zahnelementen Außenzähne aufweisen, die im Wesentlichen miteinander fluchten, sodass die beiden miteinander fluchtenden Außenzähne in eine gemeinsame Zahnlücke der Innenverzahnung des Hohlrades eingreifen, die zwischen zwei benachbarten Innenzähnen der Innenverzahnung des Hohlrades gebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird die gesamte Zahnbreite zur Kraftübertragung genutzt. Damit können hohe Drehmomente vom Stellgetriebe übertragen werden und der Verschleiß wird verringert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich ausgehend von dem Verbindungssteg parallel zu der einen Lasche eine weitere Lasche erstreckt, die symmetrisch zu der einen Lasche angeordnet ist, sodass die beiden sich vom Verbindungssteg gemeinsam in eine Richtung erstreckenden Laschen ein U-Profil bilden und die Lasche des benachbarten Zahnelementes überlappen und umgreifen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass jedes der Zahnelemente des kettenartigen Stirnrades an dessen radialer Innenseite eine Anlagefläche aufweist, wobei sämtliche Anlageflächen der Zahnelemente des kettenartigen Stirnrades zusammengenommen eine Länge haben, die zwischen dem 1,5-fachen und dem 2-fachen des Außenumfanges des Wellgenerators liegt. Somit liegt jedes einzelne Zahnelement über eine relativ große Länge am Wellgenerator an.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Wellgenerator Wälzkörper aufweist, die unmittelbar an der Anlagefläche anliegen. Damit werden mehrere Vorteile erreicht. Es können durch den Wegfall des Außenringes Kosten, Gewicht und radialer Bauraum eingespart werden. Überdies wird der Wirkungsgrad des Stellgetriebes verbessert, da kein Außenring im Betrieb gebogen wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass sich ausgehend von dem Stirnrad, insbesondere ausgehend von dem Verbindungssteg Stifte erstrecken, die in Öffnungen eines Federrings eingreifen. Der Federring kann insbesondere geschlossen sein. Die Stifte können parallel zur Getriebezentralachse ausgerichtet sein. Die Stifte können insbesondere so lang sein, dass sie die Öffnungen im Federring durchgreifen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in Zeichnungen dargestellt ist.
Es zeigen:

1 ein Stellgetriebe in einer Darstellung geschnitten entlang einer Getriebezentralachse;
2 das Stellgetriebe aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei ein Hohlrad ausgebrochen dargestellt ist, sodass ein erstes und ein zweites Stirnrad ersichtlich sind;
3 eine teilweise Explosionsdarstellung des zweiten Stirnrades aus 2;
4 das zweite Stirnrad aus 3 in einer Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse;
5 eine teilweise Explosionsdarstellung des ersten Stirnrades aus 2;
6 das erste Stirnrad aus 2 in einer Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse;
7 die Kräfte am ersten Stirnrad, wenn sich ein Eingangsteil eines Wellgenerators in Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht;
8 die Kräfte am zweiten Stirnrad, wenn sich das Eingangsteil in Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht;
9 die Kräfte am ersten Stirnrad, wenn sich das Eingangsteil in Drehrichtung im Uhrzeigersinn dreht;
10 in einer teilweisen Explosionsdarstellung eine erste alternative Ausführungsform eines Stirnrades;
11 das Stirnrad aus 10 in einer Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse;
12 in einer teilweisen Explosionsdarstellung eine zweite alternative Ausführungsform eines zweiten Stirnrades;
13 das Stirnrad aus 12 in einer Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse; und
14 in einer Darstellung analog zu 8 die Kräfte am zweiten Stirnrad nach 10 und 11.

Aus 1 ist ein Stellgetriebe ersichtlich, das in einer Ebene entlang einer Getriebezentralachse 2 geschnitten dargestellt ist.
Das Stellgetriebe weist ein Hohlrad 4, zwei Mitnehmerräder 6, 8, zwei mehrteilige Stirnräder 10, 12 und einen Wellgenerator 14 auf.
Eine Eingangswelle 16 des Stellgetriebes ist mit einem Eingangsteil 18 des Wellgenerators 14 verbunden. Die Eingangswelle 16 ragt durch eines der beiden Mitnehmerräder 6, 8 nach außen, sodass die Eingangswelle 16 von außen angetrieben werden kann. Beispielsweise kann die Eingangswelle mit einem schnelldrehenden Servomotor verbunden sein. Die Eingangswelle 16 ist mittels eines Radialkugellagers 19 innerhalb dieses Mitnehmerrads 6 drehbar gelagert und radial an dem Mitnehmerrad 6 abgestützt. Jedes der beiden Mitnehmerräder 6, 8 kann als Ausgangswelle genutzt werden. Dazu weisen sowohl das erste Mitnehmerrad 6 als auch das zweite Mitnehmerrad 8 in Umfangsrichtung um die Getriebezentralachse 2 verteilte Sacklochbohrungen 20 bzw. 22 auf, in denen sich ein Innengewinde befindet. An das jeweilige Innengewinde 20 bzw. 22 kann das vom Stellgetriebe anzutreibende Bauteil angeschraubt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Roboterarm oder ein exakt und mit hoher Kraft zu bewegendes Stellglied oder Bauteil handeln.
Die Eingangswelle 16, das Hohlrad 4, die Mitnehmerräder 6, 8, die Stirnräder 10, 12 und der Wellgenerator 14 sind koaxial zueinander angeordnet. Dem ersten Mitnehmerrad 6 axial aufeinanderfolgend sind der Wellgenerator 14 und das zweite Mitnehmerrad 8 angeordnet. Die beiden den Wellgenerator 14 umgebenden ringförmigen Stirnräder 10, 12 sind axial unmittelbar benachbart zueinander angeordnet. Zudem sind die beiden Stirnräder 10, 12 in einer gemeinsamen axialen Position mit dem Wellgenerator 14 und dem Hohlrad 4 angeordnet.
An den einander zugewandten Stirnflächen 24, 26 der Mitnehmerräder 6, 8 sind die beiden Stirnräder 10, 12 anlegbar, wobei ein Axialspiel die Bewegbarkeit der Stirnräder 10, 12 gegenüber dem Mitnehmerrädern gewährleistet. Dabei ist das erste Stirnrad 10 an dem eingangsseitigen Mitnehmerrad 6 anlegbar und das zweite Stirnrad 12 ist am anderen Stirnrad 8 anlegbar. Die Stirnräder 10, 12 weisen jeweils eine Außenverzahnung 28, 30 auf, die in eine Innenverzahnung 32 des Hohlrades 4 eingreifen kann. In 1 ist der Zustand dargestellt, in dem die Außenverzahnungen 28, 30 der Stirnräder 10, 12 in die Innenverzahnung 32 des Hohlrades 4 eingreifen.
Das Hohlrad 4 ist das radial äußerste Getriebeglied des Stellgetriebes. Das Hohlrad 4 läuft im Betrieb des Stellgetriebes um. Das Hohlrad 4 umschließt zumindest teilweise die übrigen Getriebeglieder, die von den beiden Mitnehmerrädern 6, 8, den beiden mehrteiligen Stirnrädern 10, 12 und dem Wellgenerator 14 gebildet werden.
An dem Hohlrad 4 sind zwei konische Laufflächen 34, 36 angeordnet, an denen Zylinderrollen 38, 40 von Zylinderrollenlagern anliegen. Die Zylinderrollen 38, 40 sind in Käfigen gehalten. Die beiden Zylinderrollenlager weisen eine O-Anordnung zueinander auf. Auf der Innenseite der Zylinderrollenlager liegen konische Flächen 42, 44 der Mitnehmerräder 6, 8 an. Dabei stehen die Zylinderrollenlager unter einer Lagervorspannung, die das Hohlrad 4 axial zwischen den beiden Mitnehmerrädern 6, 8 spannt.
Die beiden Mitnehmerräder 6, 8 sind mittels mehrerer Mitnehmerkörper 46 drehfest miteinander verbunden, die mit gleichem Abstand zur Getriebezentralachse 2 angeordnet sind. Die Mitnehmerkörper 46 sind bolzenförmig. Jeder Mitnehmerkörper 46 ist an dessen Enden in miteinander fluchtenden Bohrungen 48, 50 aufgenommen. Diese Aufnahme des jeweiligen Mitnehmerkörpers 46 in der Bohrung 48 bzw. 50 kann mittels Presssitz, mittels einer Gewindepaarung oder mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung erfolgen, sodass eine entsprechende Verbindung hergestellt ist. Jedem der beiden Mitnehmerräder 6, 8 ist eine dieser beiden Bohrungen 48 bzw. 50 zugeordnet.
Jeder der bolzenförmigen Mitnehmerkörper 46 nimmt drei benachbarte Zahnelemente 52, 54 der Stirnräder 10, 12 auf. Dabei nimmt jeder Mitnehmerkörper 46 ein Zahnelement 52 des ersten Stirnrades 52 und zwei Zahnelemente 54 des zweiten Stirnrades 54 auf. Jedes der drei Zahnelemente 52, 54 ist dabei schwenkbar um eine Achse 55 des Mitnehmerkörpers 46. Die Zahnelemente 52, 54 liegen mit deren bezüglich der Getriebezentralachse 2 radial inneren Enden an einem Außenring 56 des Wellgenerators 14 an. Der Außenring 56 ist dabei als Lageraußenring eines Rollenlagers ausgeführt. Wälzkörper 58 rollen insofern beim Drehen des Eingangsteils 18 an der Innenfläche des Außenrings 56 ab. Zudem rollen die Wälzkörper 58 an der Außenfläche eines gehärteten Lagerinnenrings 60 ab, der auf das Eingangsteil 18 aufgesetzt ist. Dabei nimmt der Lagerinnenring 60 eine ovale Form des Eingangsteils 18 an. Der Lagerinnenring 60 liegt mit dessen einem stirnseitigen Ende an einem radial auskragenden Absatz des Eingangsteils 18 an. Mit dessen anderem stirnseitigen Ende liegt der Lagerinnenring 60 an einer Lagerscheibe 62 an, die gegen eine Stirnseite des Eingangsteils 18 geschraubt ist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stellgetriebes. Der Übersichtlichkeit halber ist nur das eine Zylinderrollenlager dargestellt. Die beiden Zylinderrollenlager weisen jeweils einen Lagerkäfig auf. Das Hohlrad 4 weist Aufnahmen 64 auf, mit denen das Hohlrad 4 drehfest an einem weiteren Bauteil befestigt oder gegenüber diesem weiteren Bauteil umfangsmäßig abgestützt werden kann. Diese Aufnahmen 64 sind als Bohrungen ausgeführt und könnten alternativ als Gewindeverbindung ausgeführt sein. Diese Aufnahmen 64 sind im Umfangsrichtung am Hohlrad 4 verteilt. Die Sacklochbohrungen 22 sind in Umfangsrichtung am Mitnehmerrad 8 verteilt. Es sind neunzehn Mitnehmerkörper 46 in Umfangsrichtung gleichmäßig am Mitnehmerrad 8 verteilt. Mithin ist eine ungrade Zahl von Mitnehmerkörpern 46 vorgesehen. Anstelle von neunzehn Mitnehmerkörpern 46 kann auch eine beliebige andere Zahl von Mitnehmerkörpern 46 vorgesehen sein. Diese Zahl kann insbesondere ungerade sein, um einen leisen Lauf des Stellgetriebes zu gewährleisten.
Die beiden axial nebeneinander angeordneten Stirnräder 10, 12 sind jeweils aus mehreren Zahnelementen 52 bzw. 54 gebildet. Um die Getriebezentralachse 2 laufen die Außenverzahnungen 28, 30 mit gleichbleibender Weite der Zahnlücken bzw. Zahnzwischenräume um.
Der Übersichtlichkeit halber fehlt in 2 eines der Zahnelemente 54. Für eine Demontage des Zahnelementes 54 muss zum einen der Stift 76 herausgezogen werden. Zudem muss der bolzenförmige Mitnehmerkörper 46 aus Ausnehmungen 71, 73 eines scharnierartigen Gelenks 75 herausgezogen werden. Das scharnierartige Gelenk 75 ist unter anderem aus 3 ersichtlich.
3 zeigt dabei das zweite Stirnrad 12 mit sämtlichen Zahnelementen 54. Jedoch sind drei der Zahnelemente 54 in der für Explosionszeichnungen typischen Darstellungsweise im ausgebauten Zustand dargestellt.
Die Zahnelemente 54 sind komplementär zueinander ausgeführt. Die Zahnelemente 54 weisen die scharnierartigen Gelenke 75 auf, die die Zahnelemente 54 miteinander verbinden. Zwischen den Zahnelementen 54 ist ein umfangsmäßiger Spalt 77 vorgesehen. Dieser Spalt 77 weist eine näherungsweise bogenförmige Kontur auf.
Die Zahnelemente 54 sind mittels Stiften 76 an einem wellenförmig umlaufenden elastischen Federring 66 schwenkbar befestigt. Dieser Federring 66 weist Wellenberge 68 und Wellentäler 70 auf. Die Wellenberge 68 weisen Materialverstärkungen 72 auf, in denen Öffnungen 74 angeordnet sind, die sich parallel zur Getriebezentralachse 2 erstrecken. Durch diese Öffnungen 74 sind die Stifte 76 gesteckt. Die Stifte 76 sind in deren axial mittigen Bereichen von dem Federring 66 aufgenommen. Die Stifte 76 nehmen an deren Endbereichen Zahnelemente 54 auf. Jedes der Zahnelemente 54 weist eine Nut 78 auf, die sich am radial inneren Endbereich des jeweiligen Zahnelementes 54 umfangsmäßig erstreckt. Die Nut 78 ist im Zahnelement 54 angeordnet wobei die Nut 78 durch Wangen 80 begrenzt wird. Die einzelnen Nuten 78 bilden insofern eine gemeinsame Ringnut, die radial innenseitig am Stirnrad 12 umläuft. In der Ringnut ist der Federring 66 aufgenommen.
Nachfolgend wird der Einfachheit halber nur eines der identisch ausgeführten Zahnelemente 54 beschrieben. Durch die Wangen 80 des Zahnelementes 54 ragen Bohrungen 82, die von beiden Seiten in die jeweilige Nut 78 einmünden. Diese Bohrungen 82 fluchten miteinander und mit der Bohrung 74 im Federring 66. Der Stift 76 ist sowohl durch die Bohrungen 82 im Zahnelement 54 als auch durch die Bohrung 74 im Federring 66 gesteckt. Das Zahnelement 54 ist schwenkbar um eine Achse 84 des Stiftes 76.
Das Zahnelement 54 weist an dessen einem umfangsmäßigen Ende zwei Außenlaschen 88a, 88b auf, die eine Nut 86 des scharnierartigen Gelenkes 75 begrenzen. Das Zahnelement 54 weist an dessen umfangsmäßigen anderen Ende eine Innenlasche 90 auf. Die Außenlaschen 88a, 88b und die Innenlaschen 90 erstrecken sich ausgehend von einem Verbindungssteg 81 in die bezüglich der Getriebezentralachse 2 umfangsmäßig voneinander weg weisenden Richtungen. Ausgehend von dem Verbindungssteg 81 erstreckt sich somit parallel zu der einen Außenlasche 88a eine weitere Außenlasche 88b, die symmetrisch zu der einen Außenlasche 88a angeordnet ist, sodass die beiden sich vom Verbindungssteg 81 gemeinsam in eine Richtung erstreckenden Außenlaschen 88a, 88b ein U-Profil bilden und die Innenlasche 90 des benachbarten Zahnelementes 54 überlappen und umgreifen.
Die Innenlasche 90 greift in die Nut 86 zwischen den Außenlaschen 88a, 88b ein. Sowohl die Außenlaschen 88a, 88b als auch die Innenlasche 90 als auch ein umfangsmäßig zwischen der Innenlasche 90 und den Außenlaschen 88a, 88b liegender Bereich 91 sind außenverzahnt und bilden somit einen Teil der Außenverzahnung 30. Der Bereich 91 ist dem Verbindungssteg 81 zugehörig.
Das Zahnelement 54 weist an dessen radialer Innenseite Anlageflächen 92, 96 auf, die von einem bogenförmig radial nach außen gewölbten Bereich 94 unterbrochen sind.
Aus 4 ist ersichtlich, dass die Anlageflächen 92, 96 an dem Außenring 56 des Wellgenerators 14 anliegen. Das Eingangsteil 18 des Wellgenerators 14 ist oval geformt, sodass die ovale Form auf den Lagerring 60 übertragen wird.
Das Eingangsteil 18 des Wellgenerators 14 wird im Betrieb des Stellgetriebes in eine Drehrichtung angetrieben. Das Eingangsteil 18 verursacht, dass sich der Federring 66 zu einem Oval verformt, sodass sich die Außenverzahnung 30 des zweiten Stirnrades 12 in den bezüglich der Getriebezentralachse 2 gegenüberliegenden Bereichen mit der Innenverzahnung 32 des Hohlrades 4 im Eingriff befindet. Beim Drehen des Eingangsteils 18 verlagert sich damit der Bereich der beiden maximalen Zahneingriffe. Der Außenring 56 dreht sich jedoch nicht gegenüber den Mitnehmerkörpern 46, da der Außenring 56 gegen die Zahnelemente 54 mit einer Kraft gedrückt wird, sodass zwischen den Zahnelementen 54 und dem Außenring 56 eine Haftreibung auftritt, wohingegen der Außenring 56 gegenüber dem Innenring 60 und dem Eingangsteil 18 des Wellgenerators 14 mittels der Wälzkörper 58 wälzgelagert ist.
Diese Wälzkörper 58 sind in einem in 4 nicht dargestellten Käfig geführt. In einer alternativen Ausgestaltungsform kann jedoch auch auf einen Käfig verzichtet werden.
Der Außenverzahnung 30 fehlt gegenüber der Innenverzahnung 32 ein halber Zahn pro 90° um die Getriebezentralachse 2. In Bezug auf eine ganze Umdrehung des Stirnrades 12 gegenüber dem Hohlrad 4 fehlen dem Stirnrad 12 somit zwei Zähne. Nach jeder Umdrehung des Eingangsteils 18 weist das Hohlrad 4 gegenüber dem Stirnrad 12 eine Winkeldifferenz auf, die zwei Zähnen entspricht. Ob das Stirnrad 12 gegenüber dem Hohlrad 4 vorauseilt oder zurückbleibt, hängt davon ab, ob das Eingangsteil 18 in die eine Drehrichtung oder die entgegengesetzte Drehrichtung dreht.
Entscheidend für die Übersetzung i des Stellgetriebes ist die Zahl A der Mitnehmerbolzen 46. Die Zahl Z der Zähne des Hohlrades 4 ergibt sich wie folgt: Die Zahl A der Mitnehmerbolzen 46 wird mit einer ganzen Zahl G multipliziert und anschließend wird die Zahl Eins wird addiert. Das Ergebnis daraus wird verdoppelt: $Z = (A \times G + 1) \times 2$
Die Übersetzung i des Stellgetriebes ergibt sich, indem die Zahl Z der Zähne des Hohlrades 4 halbiert wird: $i = \frac{Z}{2}$
Insofern ist die Übersetzung i die halbe Zahl Z der Zähne im Hohlrad 4.
Im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind neunzehn Mitnehmerbolzen vorgesehen. Mithin ergibt sich bei
Zahl der Mitnehmerbolzen A: A = 19
Ganze Zahl G: G = 5
Daraus ergibt sich wie folgt eine Zahl Z der Zähne des Hohlrades 4: $Z = (19 \times 5 + 1) \times 2 = 192$
Insofern ergibt sich daraus die Übersetzung i = 96.
Mit dem Wellgenerator 14 sind die Zahnelemente 54 des Stirnrades 13 derart quer zu der Getriebezentralachse 2 verschiebbar, dass die Außenverzahnung 30 der in Richtung von der Getriebezentralachse 2 weg verschobenen Zahnelemente 54 in Eingriff mit der Innenverzahnung 32 des Hohlrades 4 gebracht werden kann. Dabei beteiligen sich nur die im Eingriff und im teilweisen Eingriff befindlichen Zähne der Außenverzahnungen 32 an der Kraftübertragung zwischen Hohlrad 4 und Stirnrad 12. Gänzlich aus dem Eingriff und der Kraftübertragung herausgenommen sind die Zahnelemente 54, die sich bezüglich der Getriebezentralachse 2 in Umfangsrichtung zwischen den bestmöglichen Zahneingriffen befinden.
Da das Stirnrad 12 eine ungerade Zahl von Zahnelementen 54 aufweist, können nicht zwei Zahnelemente 54 exakt diametral bezüglich der Getriebezentralachse 2 gegenüberliegen. Insofern können auch nicht zwei gleiche Zahneingriffe auf gegenüberliegenden Seiten erfolgen. Dadurch werden Schwingungen und die Lautstärke des Stellgetriebes im Betrieb verringert.
Aus 4 ist ersichtlich, dass sich zwei Zahnelemente 54 einen nahezu bestmöglichen Eingriff auf der einen Seite teilen, wohingegen auf der diametral bezüglich der Getriebezentralachse 2 gegenüberliegenden Seite ein Zahnelement 54 den bestmöglichen Eingriff alleine hat.
Infolge einer Abstützung der Verzahnungszahnflanken aneinander ist das Hohlrad 4 relativ zum Stirnrad 12 um die Getriebezentralachse 2 in einer Drehrichtung drehbar. Bei der Drehung nimmt das Stirnrad 12 die Mitnehmerkörper 46 mit.
Die Mitnehmerkörper 46 sind in Ausnehmungen 98 an den Zahnelementen 54 abgestützt. Die Ausnehmungen 98 haben eine geschlossen umlaufende Kontur. Um Kippbewegungen der Zahnelemente 54 zu ermöglichen, weisen die Ausnehmungen 98 sowohl ein radiales als auch ein umfangsmäßiges Spiel 110 gegenüber den Mitnehmerkörpern 46 auf. Die Mitnehmerkörper 46 ragen zum einen durch diese Ausnehmungen 98, welche erste Ausnehmungen 98 darstellen.
Zum anderen ragen die Mitnehmerkörper 46 durch Ausnehmungen 100, die aus 5 ersichtlich sind und die mit den ersten Ausnehmungen 98 fluchten.
Die Ausnehmungen 100 sind den Zahnelementen 52 des ersten Stirnrades 12 zugehörig. Die Ausnehmungen 100 haben eine geschlossen umlaufende Kontur. Aus 6 ist ersichtlich, dass die Ausnehmungen 100 sowohl umfangsmäßig als auch radial ein Spiel 112 gegenüber den Mitnehmerkörpern 46 aufweisen.
Nachfolgend werden anhand von 5 und 6 vorrangig die Unterschiede zwischen dem ersten Stirnrad 10 und dem zweiten Stirnrad 12 erläutert. Insbesondere Stifte 176 und ein Federring 166 sind gleich wie beim zweiten Stirnrad 12 ausgeführt. Ebenfalls analog zum zweiten Stirnrad 12 ist auch beim ersten Stirnrad 10 der Federring 166 in eine Ringnut eingesetzt, die sich aus den einzelnen Nuten 178 der Zahnelemente 52 zusammensetzt. Das Zahnelement 52 weist an dessen radialer Innenseite Anlageflächen 192, 196 auf, die mittels eines bogenförmig radial nach außen gewölbten Bereichs 194 voneinander getrennt sind. Dieser gewölbte Bereich 194 weist einen kleineren Radius auf, als der Radius des Außenringes 56.
Beim ersten Stirnrad 10 ist kein scharnierartiges Gelenk vorgesehen. Insofern sind die Zahnelemente 52 nicht direkt mittels der Mitnehmerkörper 46 (2) miteinander verbunden. Stattdessen sind die Zahnelemente 52 des ersten Stirnrades 10 über das zweite kettenartige Stirnrad miteinander verbunden. Zudem sind die Zahnelemente 52 über den Federring 166 miteinander verbunden. Zwischen den Zahnelementen 52 ist ein umfangsmäßiger Spalt 102 vorgesehen, der gewährleistet, dass sich die Zahnelemente 52 im Betrieb des Stellgetriebes nicht berühren.
Aus einer Zusammenschau von 5, 3 und 2 ist ersichtlich, dass die Spalte 102 am ersten Stirnrad 10 umfangsmäßig versetzt zu den Spalten 77 am zweiten Stirnrad 12 angeordnet sind. Dieser Versatz der Spalte 77, 102 zueinander trägt zur Laufruhe des Stellgetriebes bei. Der Versatz der Spalte 77, 102 ist dabei so gewählt, dass die Spalte 77, 102 am ersten und zweiten Stirnrad 10, 12 in Umfangsrichtung zumindest nahezu gleichmäßig verteilt sind. Die Spalte 102 haben den Sinn, zu verhindern, dass sich die Zahnelemente 52 berühren.
Analog dazu haben die Spalte 77 den Sinn, zu verhindern, dass sich die Zahnelemente 54 berühren.
Aus 7 gehen diese beiden Drehrichtungen 104, 106 hervor.
7 zeigt dabei die Kräfte am ersten Stirnrad 10, wenn sich das Eingangsteil 18 in Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Im Folgenden wird nur das am Zahnelement 52 betrachtet.
In diesem gezeigten Fall der Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn leitet der Wellgenerator 14 nur an der einen Anlageflächen 192 eine Kraft FW in das Zahnelement 52 ein, wohingegen die andere Anlagefläche 196 des Zahnelementes 52 nahezu kraftfrei bleibt. Die an der einen Anlageflächen 192 eingeleitete Kraft FW ist eine reine Normalkraft. An der einen Anlagefläche 192 treten keine Querkräfte auf. Stattdessen werden am Zahnelement 52 und am Hohlrad 4 Querkräfte und Drehmomente abgestützt.
Eine Kraft FL greift an dem Zahn des Zahnelementes 52 an, der in der einen Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn umfangmäßig am Ende des Zahnelementes 52 liegt. Umfangsmäßig am anderen Ende des Zahnelementes 52 ist ein Zahn angeordnet, an dem die Kraft FR angreift. Die Kräfte FL und FR spannen einen Winkel β auf, in dem der Momentanpol P1 liegt, um den das Zahnelement 52 schwenkt. Sofern diese Kräfte FL und FR an den Zähnen angreifen, liegt der Momentanpol P1 immer in dem Winkel β, unabhängig davon, in welcher umfangsmäßigen Position um die Getriebezentralachse 2 sich das betrachtete Zahnelement 52 befindet. Die sich im Betrieb des Stellgetriebes ständig ändernde Position des Momentanpols P1 ist dabei abhängig von der Drehwinkelstellung des Eingangsteils 18, das das Zahnelement 52 über den Außenring 56 und die Anlageflächen 192 und 196 radial nach außen schiebt. Die sich ständig ändernde Position des Momentanpols P1 ist abhängig von der Position des Kontaktpunkts KP zwischen dem Mitnehmerkörper 46 und der Ausnehmung 100. An diesem Kontaktpunkt KP wird eine Kraft FM vom Mitnehmerkörper 46 in das Zahnelement 52 eingeleitet.
Dadurch, dass der Momentanpol P1 zwischen den Wirklinien der Kraft FL und der Kraft FR liegt, ist die Kraft FW eine reine Normalkraft. Die Kraft FL und die Kraft FR teilen sich in Abhängigkeit vom Abstand zum Momentanpol P1 auf und bilden in Summe eine Gesamtkraft, die das Abtriebsmoment ergibt.
Jedes der an der Drehmomentübertragung beteiligten Zahnelemente 52 ist in einem betrachteten Augenblick infolge der vier Kräfte FL, FR, FM und FW eingespannt, die die folgenden Kräfte umfassen:

- die Kraft FL die an dem Zahn des jeweils betrachteten Zahnelementes 52 angreift, der in der einen Drehrichtung 104 umfangmäßig an einem Ende des Zahnelementes 52 liegt;
- die KraftFR, die an dem Zahn angreift, der umfangsmäßig am anderen Ende des Zahnelementes 52 angeordnet ist;
- die Kraft FM, die vom Mitnehmerkörper 46 in das betrachtete Zahnelement 52 eingeleitet wird und die an einem Kontaktpunkt KP zwischen dem Mitnehmerkörper 46 und der Ausnehmung 100 wirkt; und
- die Kraft FW, die der Wellgenerator 14 an der Anlageflächen 192 als Normalkraft in das betrachtete Zahnelement 52 einleitet, wohingegen der Wellgenerator 14 an der anderen Anlagefläche 196 zum Zahnelement 52 keine Normalkraft einleitet.

Dabei kann die Kraft FL als erste Kraft angesehen werden. Die Kraft FR kann als zweite Kraft angesehen werden. Die Kraft FM kann als dritte Kraft angesehen werden. Die Kraft FW kann als vierte Kraft angesehen werden.
8 zeigt die Kräfte am zweiten Stirnrad 12, wenn sich das Eingangsteil 18 in Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Analog zum ersten Stirnrad 10 greift die vom Wellgenerator 14 eingeleitete Kraft FW auch beim zweiten Stirnrad 12 als reine Normalkraft an den jeweiligen Anlageflächen 92 der kraftbeaufschlagen Zahnelemente 54 an. Hingegen wird keine Kraft an den jeweils anderen Anlageflächen 96 eingeleitet.
Die Anlagefläche 92 der Zahnelemente 54 des zweiten Stirnrades 12 ist umfangsmäßig versetzt zu den beiden Anlageflächen 192 und 196 des dem ersten Stirnrad 10 zugeordneten Zahnelementes 52 angeordnet, das an demselben Mitnehmerkörper 46 angeordnet ist.
Die Kräfte FL und FR spannen einen Winkel β auf, in dem der Momentanpol P1 liegt, um den das Zahnelement 54 schwenkt.
9 zeigt dabei die Kräfte am ersten Stirnrad 10, wenn sich das Eingangsteil 18 in Drehrichtung 106 im Uhrzeigersinn dreht. Bei 9 stellt sich eine Situation dar, die spiegelbildlich zur Situation nach 7 ist. Demzufolge wird ausschließlich an der anderen Anlagefläche 196 des Zahnelementes 52 eine Kraft FW in das Zahnelement 52 eingeleitet, wohingegen die eine Anlagefläche 192 frei von einer Kraft FW ist.
Auch bei der Drehung im Uhrzeigersinn gilt: Sofern die Kräfte FL und FR an den Zähnen angreifen, liegt der Momentanpol P1 immer in einem Winkel β, der von den Kräften FL und FR aufgespannt wird. Das gilt unabhängig davon, in welcher umfangsmäßigen Position um die Getriebezentralachse 2 sich das betrachtete Zahnelement 52 befindet. Jedoch treten dann keine Kräfte FL und FR auf, wenn aufgrund der umfangsmäßigen Position des betrachteten Zahnelementes 52 zum Wellgenerators 14 kein Zahneingriff erfolgt.
Für alle drei Situationen nach 7 bis 9 gilt, dass die Zahnelemente 52 bzw. 54 des Stirnrades 10 bzw. 12 jeweils die beiden Abstützflächen 192, 196 bzw. 92, 96 aufweisen, die in der Ebene senkrecht zur Getriebezentralachse 2 an dem Wellgenerator 14 abstützbar sind, sodass in dieser Ebene die radial nach außen wirkende Kraft FW die Zahnelemente 52 bzw. 54 radial nach außen verschieben und dabei um den Momentanpol P1 kippen kann.
An den Zähnen mit maximalen Zahneingriff wird keine Antriebskraft übertragen, da die Kräfte FL und FR auf den Getriebezentralachse 2 gerichtet sind.
Die jeweilige Ausnehmung 98, 100 ist durch eine Kontaktfläche zumindest mitbegrenzt, die somit entlang der Innenkontur 33 der jeweiligen Ausnehmung 98, 100 verläuft. Somit kommt je nach Drehrichtung des Stirnrades 10 bzw. 12 gegenübe dem Hohlrad 4 entweder eine der einen Drehrichtung zugeordnete Kontaktfläche oder eine der entgegengesetzten Drehrichtung zugeordnete Kontaktfläche mit dem Mitnehmerkörper 46 in Kontakt. Jedoch können nie beide Kontaktflächen zugleich mit dem Mitnehmerkörper 46 in Kontakt kommen.
Anstelle von zwei Stirnrädern 10, 12 braucht auch nur ein Stirnrad vorgesehen sein. Dieses eine Stirnrad kann entweder entsprechend dem ersten Stirnrad 10 oder alternativ entsprechend dem zweiten Stirnrad 12 kettenartig ausgebildet sein.
Die Zahnelemente 52 bzw. 54 können bei einem alternativen Ausführungsbeispiel auch einteilig mit dem Federring 66 ausgeführt sein. Dabei kann beispielsweise ein weicher elastischer Steg zwischen den benachbarten Zahnelementen angeordnet sein. Dieser elastische Steg ist einteilig mit den Zahnelementen.
Es müssen nicht beide Stirnräder mit gleichbleibender Zahnlückenweite ausgeführt sein. Beispielsweise kann nur ein Stirnrad gleichbleibende Zahnlückenweite aufweisen, wohingegen das andere Stirnrad mehrere Zahnlücken und ausgelassene Zähne zu einer großen Zahnlücke zusammenfasst. Alternativ können beide Stirnräde ausgelassene Zähne mit entsprechend weiten Zahnlücken aufweisen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn die größeren Zahnlückenweiten des einen Stirnrades umfangsmäßig in Bereichen angeordnet sind, in denen das andere Stirnrad keine größeren Zahnlückenweiten aufweist.
Das Stellgetriebe kann genutzt werden, um eine hohe Drehzahl eines Antriebsmotors bei geringem Drehmoment in eine langsame Drehzahl des Hohlrades oder des Mitnehmerrades bei relativ hohem Drehmoment umzusetzen. Dazu wird entweder das Hohlrad oder das Mitnehmerrad festgehalten. Je nachdem, welches dieser beiden Getriebeglieder festgehalten wird, stellt das nicht festgehaltene andere Getriebeglied die Ausgangswelle dar, wohingegen das Innenteil des Wellgenerators das Eingangslied des Stellgetriebes darstellt. Ein solches Getriebe kann beispielsweise für die Sitzverstellung von Automobilen, den Antrieb von Roboterarmen oder anderen Teilen eines Roboters genutzt werden. Anstelle des Festhaltens eines Getriebegliedes, kann natürlich auch ein Getriebeglied oder es können zwei Getriebeglieder abgebremst werden. In diesem Fall teilt sich ein Abtriebsmoment auf die beiden abgebremsten Getriebeglieder auf.
Die Rollenlager können als Nadellager oder anderes Wälzlager ausgeführt sein.
Bei Stellgetriebe sind somit mehrere Maßnahmen vorgesehen, die die Laufruhe verbessern.
Die aus 4 und 6 ersichtliche und in der Blattebene waagerechte Achse ist keine Spiegelsymmetrieachse. Beiderseits dieser waagerechten Achse gegenüberliegend erfolgt ein maximaler Zahneingriff, jedoch nicht an den umfangsmäßig gleichen Zahnpositionen der Zahnelemente 52 bzw. 54.
Durch die ungerade Zahl von Mitnehmerkörpern kann sichergestellt werden, dass auf den beiden bezüglich der Getriebezentralachse diametral gegenüberliegenden Seiten stets unterschiedliche Zahneingriffe bzw. Zeitpunkte der Zahneingriffe erfolgen. Damit kann es nicht dazu kommen, dass Zahnflanken beiderseits der Getriebezentralachse gegeneinanderschlagen und ein stetiges Rattergeräusch verursachen. Durch den winkelmäßigen Versatz der Zahnelemente 52, 54 der beiden Stirnräder 10, 12 wird gewährleistet, dass auch hier der Zahneingriff vergleichmäßigt wird. In anderen Worten: Die Kontaktreihenfolge der Zahnelemente 52, 54 wechselt sich ab. Die Federringe 66, 166 sorgen dafür, dass sämtliche Zahnelemente 52, 54 immer am Wellgenerator 14 anliegen. Die Federringe 66, 166 folgen dabei der Kontur des Außenrings 56 des Wellgenerators 14. Der auf das Eingangsteil 18 gesetzte Innenring 60 sorgt dafür, dass die Wälzkörper 58 auf einer besonders gleichmäßigen Lauffläche abwälzen. Damit wird die Laufruhe weiter verbessert. Es ist nämlich fertigungstechnisch sehr aufwändig, eine ebene unrunde Lauffläche herzstellen. Die unrunde Form des Eingangsteils 18 hat eine mikroskopisch kleine Stufenstruktur, wenn das Eingangsteil 18 unrund gefräst wird.
10 bis 13 zeigen zwei weitere Ausführungsformen eines Stirnrades des Stellgetriebes. Das jeweilige Stirnrad 312 bzw. 412 kann sowohl als zweites Stirnrad in einem Stellgetriebe nach 1 und 2 Anwendung finden. Alternativ kann das Stirnrad 312 bzw. 412 aber auch als einziges Stirnrad in einem Stellgetriebe nach 1 und 2 Anwendung finden.
Die beiden Stirnräder 312, 412 weisen ähnlich dem zweiten Stirnrad 12 kettenartig miteinander verbundene Zahnelemente 354, 454 auf. Funktionell dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ähnliche Bauteile sind in der nachfolgenden Beschreibung jeweils mit der gleichen Bezugsziffer aufgeführt. Nachfolgend werden vorrangig - aber nicht ausschließlich - die Unterschiede zum zweiten Stirnrad 12 erläutert. Die beiden Stirnräder 312, 412 weisen die nachfolgende Gemeinsamkeiten auf:
Die Zahnelemente 354, 454 sind komplementär zueinander ausgeführt und weisen scharnierartige Gelenke 75 auf, die die Zahnelemente 354, 454 miteinander verbinden, zwischen denen ein umfangsmäßiger Spalt 77 vorgesehen ist, der eine teilweise bogenförmige Kontur aufweist.
Die scharnierartigen Gelenke 75 des Stirnrades 312 bzw. 412 werden von Laschen 388a, 388b, 390 gebildet, die einander überlappen, wobei die einander überlappenden Laschen 388a, 388b, 390 von der Ausnehmung 98 durchdrungen sind. Das jeweilige Zahnelement 354 des kettenartigen Stirnrades 312, 412 weist insofern die drei Laschen 388a, 388b, 390 auf, die sich ausgehend von einem Verbindungssteg 202 in die bezüglich der Getriebezentralachse 2 umfangsmäßig voneinander weg weisenden Richtungen erstrecken.
Die einander überlappenden Laschen 388a, 388b, 390 von zwei benachbarten Zahnelementen 354, 454 weisen Außenzähne auf, die in Richtung parallel zur Getriebezentralachse 2 im Wesentlichen miteinander fluchten, sodass die beiden miteinander fluchtenden Außenzähne in eine gemeinsame Zahnlücke der Innenverzahnung 32 (1) des Hohlrades 4 eingreifen, die zwischen zwei umfangsmäßig benachbarten Innenzähnen der Innenverzahnung 32 des Hohlrades 4 gebildet ist.
Ausgehend von dem Verbindungssteg 202 erstrecken sich parallel und symmetrisch zueinander zwei Außenlaschen 388a, 388b, sodass diese beiden sich vom Verbindungssteg 202 gemeinsam in eine Richtung erstreckenden Außenlaschen 388a, 388b ein U-Profil bilden und die Innenlasche 390 des benachbarten Zahnelementes 354 überlappen und umgreifen.
Jedes der Zahnelemente 354 bzw. 454 des kettenartigen Stirnrades 312 bzw. 412 weist an dessen radialer Innenseite eine Anlagefläche 394 bzw. 494 auf. Sämtliche Anlageflächen 394 bzw. 494 der Zahnelemente 354 bzw. 454 des kettenartigen Stirnrades 312 bzw. 412 haben zusammengenommen eine Länge, die näherungsweise das 2-fachen des Außenumfanges des Wellgenerators 14 bzw. 414 beträgt. Alternativ können die Anlageflächen 394 bzw. 494 jedoch auch etwas kürzer sein.
Ausgehend von dem Verbindungssteg 202 des Stirnrades 312 bzw. 412 erstrecken sich Stifte 376 in Richtung parallel zur Getriebezentralachse 2. Mithin sind die Stifte 376 umfangsmäßig näherungsweise mittig zwischen den parallel versetzt zueinander angeordneten Ausnehmungen 98 der beiden Laschen 388a und 390 angeordnet. Die Stifte 376 weisen einen geringeren Radialabstand zur Getriebezentralachse 2 auf als die Ausnehmngen 98. Die über die Zahnelemente 354 bzw. 454 hinausstehenden Stifte 376 durchgreifen Öffnungen 374, die in einen Federring 366 eingearbeitet sind. Dabei weisen die Stifte 376 gegenüber diesen Öffnungen 374 eine enge Spielpassung auf, wohingegen die Ausnehmungen 98 der nicht im Zahneingriff befindlichen Zahnelemente 354 bzw. 454 einen umlaufenden Spalt zur Innenkontur 33 der jeweiligen Ausnehmung 98 aufweisen, sodass gewährleistet ist, dass die Zahnelemente 354, 454 um die Achse der Stifte 374 kippen können. Der Federring 366 liegt seitlich an der axialen Außenseite des Stirnrades 312 bzw. 412 an. Der Federring 366 ist mittels Sicherungsringen 399 am Stirnrad 312 bzw. 412 gehalten, wobei der Federring 366 eine besondere Formgebung zur Vergrößerung der Auflagefläche für die Sicherungsringe 399 aufweist. Die Sicherungsringe 399 sind als Klemmringe ausgeführt. Je nach Bauform des Stellgetriebes kann jedoch auch auf Sicherungsringe 399 verzichtet werden. Der Federring 366 kann beispielsweise auch mittels eines Mitnehmerrades 6 bzw. 8 (1) gegen Axialverschiebung gesichert sein.
Das Stirnrad 312 nach 10 und 11 weist an seinen beiden Außenseiten Federringe 366 auf, wohingegen beim Stirnrad 412 nach 12 und 13 ausschließlich auf der einen Außenseite ein Federring anliegt.
Der Wellgenerator 14 des Stirnrades 312 nach 10 und 11 weist entsprechend dem Wellgenerator 14 nach 1 und 2 einen Außenring 56 auf, an dem die Wälzkörper 58 rollen. Insofern liegen die Anlageflächen 394 der Zahnelemente 354 an dem Außenring 56 an, sodass die Zahnelemente 354 von dem sich verformenden Außenring 56 radial verschoben werden. Die Anlageflächen 394 liegen nicht vollflächig an dem Außenring 56 an. Stattdessen weisen die Anlageflächen 394 Abstützflächen 392, 396 auf, die mittels eines bogenförmig radial nach außen gewölbten Bereichs voneinander getrennt sind. Dieser bogenförmig gewölbte Bereich braucht nicht kreisförmig gewölbt sein. Insbesondere, wenn der bogenförmig gewölbte Bereich kreisförmig ist, ist dessen Radius kleiner als der Radius der Außenmantelfläche des Außenringes 56.
Hingegen weist der Wellgenerator 414 des Stirnrades 412 nach 12 und 13 keinen Außenring 56 auf. Stattdessen liegen die Wälzkörper 58 unmittelbar an den Anlageflächen 494 der Zahnelemente 454 an. Die Anlageflächen 494 bilden zusammen eine Kreisform. Jedes einzelne Zahnelement 454 weist an dessen Anlagefläche 494 einen gleichbleibenden Radius auf, der gewährleistet, dass die Wälzkörper 58 entlang der Anlageflächen 494 rollen und somit nicht von den Zahnelementen 454 abheben.
14 zeigt in einer Darstellung analog zu 8 Kräfte FL', FR’, FW' am insbesondere einzigen Stirnrad 312 beim Ausführungsbeispiel nach 10 und 11, d.h. beim Ausführungsbeispiel mit Außenring 56.
Beim Ausführungsbeispiel ohne Außenring würden sich die Kräfte ähnlich darstellen. Das Eingangsteil 18 dreht sich in der Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die vom Wellgenerator 14 eingeleitete Kraft FW' greift auch beim Stirnrad 312 als reine Normalkraft an den jeweiligen Anlageflächen 192 der kraftbeaufschlagen Zahnelemente 354 an. Hingegen wird keine Kraft an den jeweils anderen Anlageflächen 196 eingeleitet.
Die Kräfte FL' und FR' sind analog den Kräften FL und FR nach 7 definiert. Insofern greift die Kraft FL' an dem Zahn des Zahnelementes 354 an, der in der einen Drehrichtung 104 entgegen dem Uhrzeigersinn umfangmäßig am Ende des Zahnelementes 354 liegt. Umfangsmäßig am anderen Ende des Zahnelementes 354 ist ein Zahn angeordnet, an dem die Kraft FR' angreift.
Die Kräfte FL' und FR' spannen einen Winkel β' auf, in dem der Momentanpol P1' liegt, um den das Zahnelement 354 schwenkt. Aus einem Vergleich von 14 mit 8 geht klar hervor, dass der Winkel β' in vorteilhafter Weise größer ist als der Winkel β. Dieser relativ große Winkel β' wird dadurch erreicht, dass die beiden Anlageflächen 192, 196 jedes Zahnelementes 354 umfangsmäßig relativ weit auseinander liegen. Dieser weite Abstand wird dadurch erreicht, dass die Laschen 388a, 388b eines Zahnelementes 354 die Lasche 390 eines benachbarten Zahnelementes 354 überlappen.
Dabei ist zu beachten, dass die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen als Außen- und Innenlaschen bezeichneten Laschen auch in anderer Weise ein Scharnier bilden können. Insbesondere muss kein U-Profil mit Außenlaschen gebildet sein. Bei der Ausführungsform ohne U-Profil überlappen sich zwei Laschen und liegen an deren einander zugewandten Seiten aneinander an. Auch ist es alternativ möglich, dass zwei U-förmige Profile ineinander eingreifen.
Die Zahnelemente können Metallspritzgussteile sein, deren Herstellungsverfahren fachsprachlich auch als MIM-Verfahren bezeichnet wird. Somit können die Zahnelemente im Metallspritzgussverfahren in einer Güteklasse ohne Nachbearbeitung gefertigt sein. Um eine höhere Güteklasse zu erreichen, kann auch eine Nachbearbeitung erfolgen.
Eine Vielzahl kleiner Zahnelement erlaubt engere Fertigungstoleranzen als es beispielsweise bei einem einteiligen Stirnrad der Fall ist, das elastisch verformt werden muss. Das liegt daran, dass mit der ansteigenden Größe auch die Absolutwerte der Toleranzen ansteigen.
Im Innern des Wellgenerators kann eine Oldham-Kupplung vorgesehen sein, die auch als Kreuzschlitzkupplung oder Kreuzschieberkupplung bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine nicht schaltbare, drehstarre Kupplung, die einen Radialversatz zweier paralleler Wellen ausgleichen kann. Außerdem lässt die Oldham-Kupplung geringe Winkel- und Axialverlagerungen zu. Die Oldham-Kupplung ist bei dem Stellgetriebe vorzugsweise in der Getriebehauptebene angeordnet. Bei einem Stellgetriebe mit einem einzigen Stirnrad steht diese Getriebehauptebene senkrecht auf der Getriebezentralachse 2; und zwar im axialen Bereich des einzigen Stirnrades. Bei einem Stellgetriebe mit zwei Stirnrädern ist die Oldham-Kupplung vorzugsweise im axialen Bereich zwischen den beiden Stirnrädern angeordnet. Die Oldham-Kupplung koppelt dabei die Eingangswelle 16 mit dem Eingangsteil 18 des Wellgenerators 14. Mittig im Stirnrad oder bei zwei dazwischen. Eine Oldham-Kupplung ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einem Wellgenerator, der entsprechend 1 Zylinderrollenlager als Wälzkörper 58 aufweist, da solche Zylinderrollenlager empfindlich sind gegenüber einem Winkelversatz. Insofern wird die Laufruhe des Stellgetriebes mittels einer Oldham-Kupplung noch weiter verbessert.
Bei Verwendung einer Oldham-Kupplung müssen anstelle des als Radialkugellager 19 ausgeführten Wälzlagers zwei bezüglich der Getriebezentralachse 2 axial zueinander beabstandete Wälzlager vorgesehen sein, die ein Kippen der Eingangswelle 16 verhindern.
Das Gleiche gilt für den Fall, dass anstelle einer Oldham-Kupplung eine Kupplung vorgesehen ist, die innerhalb des Wellgenerators 14 angeordnet ist und die eine Bewegung des Eingangsteils 18 gegenüber der Eingangswelle 16 ausschließlich in Richtung einer einzigen Achse senkrecht zur Getriebezentralachse 2 ermöglicht. Bei dieser einzigen Achse handelt es sich um die Hauptachse des Ovals bzw. der Ellipse des Wellgenerators 14. Die Hauptachse ist die größere Achse des Ovals bzw. der Ellipse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016165684 A2 [0002]

Claims

Stellgetriebe, das ein im Wesentlichen starres Hohlrad (4) mit einer Innenverzahnung (32), ein elastisches und/oder mehrteiliges Stirnrad (10 bzw. 12) und einen Wellgenerator (14) aufweist, - wobei mit dem sich um eine Getriebezentralachse (2) drehenden Wellgenerator (14) außenverzahnte Zahnelemente (52 bzw. 54) des Stirnrades (10 bzw. 12) quer zur Getriebezentralachse (2) verschiebbar sind, sodass eine Außenverzahnung (28, 30) der Zahnelemente (52 bzw. 54) in Richtung von der Getriebezentralachse (2) weg verschoben in Eingriff mit der Innenverzahnung (32) gebracht werden kann, sodass das Hohlrad (4) relativ zum elastischen Stirnrad (10 bzw. 12) in Umfangsrichtung um die Getriebezentralachse (2) drehbar ist, - wobei die Zahnelemente (52 bzw. 54) zumindest ein mehrteiliges Mitnehmerrad (6 bzw. 8) mitnehmen, das dazu in Umfangsrichtung mittels mehrerer Mitnehmerkörper (46) an den Zahnelementen (52 bzw. 54) des Stirnrades (10 bzw. 12) abgestützt ist, - wobei in den Zahnelementen (52, 54) jeweils eine Ausnehmung (98 bzw. 100) vorgesehen ist, in der einer der Mitnehmerkörper (46) in Umfangsrichtung mit Spiel (110, 112) aufgenommen ist.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerkörper (46) in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und dass die Zahl der Zahnelemente (52 bzw. 54) des Stirnrades (10 bzw. 12) ungerade ist.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Zahnelemente (54) Spalte (77) zueinander aufweisen, die umfangsmäßig versetzt zu Spalten (102) sind, die zwischen den Zahnelementen (52) des ersten Stirnrades (110) angeordnet sind.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnelemente (52 bzw. 54) des Stirnrades (10 bzw. 12) jeweils zwei Abstützflächen (192, 196 bzw. 92, 96) aufweisen, die in einer Ebene senkrecht zur Getriebezentralachse (2) an dem Wellgenerator (14) abstützbar sind, sodass in dieser Ebene eine radial nach außen wirkende Kraft (FW) die Zahnelemente (52 bzw. 54) radial nach außen verschieben und dabei um einen Momentanpol (P1) kippen kann.
Stellgetriebe nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (192, 196 bzw. 92, 96) derart angeordnet sind, dass der Wellgenerator (14) beim Drehen um die Getriebezentralachse (2) in der einen Drehrichtung vorrangig über die eine der beiden Abstützflächen (192 bzw. 92) die Kraft (FW) in die Zahnelemente (52 bzw. 54) einleitet, und dass der Wellgenerator (14) beim Drehen um die Getriebezentralachse (2) in der entgegengesetzten Drehrichtung vorrangig über die andere der beiden Abstützflächen (192 bzw. 92) die Kraft (FW) in die Zahnelemente (52 bzw. 54) einleitet.
Stellgetriebe nach einem der Patentansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstützflächen (92, 96 bzw. 192, 196) mittels eines bogenförmig radial nach außen gewölbten Bereichs (94 bzw. 194) voneinander getrennt sind.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (98, 100) in einer Ebene senkrecht zur Getriebezentralachse (2) jeweils von einer geschlossenen Innenkontur (33) des Zahnelementes (54) begrenzt sind.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnelemente (354) des Stirnrades (312) in Umfangsrichtung jeweils über einen Winkel (a) verzahnt sind, dessen Scheitelpunkt (200) auf der Getriebezentralachse (2) liegt und dessen Schenkel (201) die Innenkontur (33) der jeweiligen Ausnehmung (98) tangieren.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (12, 312, 412) kettenartig ausgeführt ist und dazu Zahnelemente (54, 354, 454) aufweist, die komplementär zueinander ausgeführt sind und scharnierartige Gelenke (75) aufweisen, die die Zahnelemente (54, 354, 454) miteinander verbinden, zwischen denen ein umfangsmäßiger Spalt (77) vorgesehen ist, der eine zumindest teilweise bogenförmige Kontur aufweist.
Stellgetriebe nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die scharnierartigen Gelenke (75) des kettenartigen Stirnrades (12, 312) von Laschen (88a, 88b, 90) gebildet sind, die einander überlappen, wobei die einander überlappenden Laschen (88a, 88b, 90) von der Ausnehmung (98) durchdrungen sind und wobei das jeweilige Zahnelement (54, 354) des kettenartigen Stirnrades (12, 312) zumindest zwei Laschen (88a, 88b, 90) aufweist, die sich ausgehend von einem Verbindungssteg (81) in den bezüglich der Getriebezentralachse (2) umfangsmäßig voneinander weg weisenden Richtungen erstrecken.
Stellgetriebe nach einem der Patentansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einander überlappenden Laschen (88a, 88b, 90) von zwei benachbarten Zahnelementen (54) Außenzähne aufweisen, die im Wesentlichen miteinander fluchten, sodass die beiden miteinander fluchtenden Außenzähne in eine gemeinsame Zahnlücke der Innenverzahnung (32) des Hohlrades (4) eingreifen, die zwischen zwei benachbarten Innenzähnen der Innenverzahnung (32) des Hohlrades (4) gebildet ist.
Stellgetriebe nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich ausgehend von dem Verbindungssteg (202) parallel zu der einen Lasche (388a) eine weitere Lasche (388b) erstreckt, die symmetrisch zu der einen Lasche (388a) angeordnet ist, sodass die beiden sich vom Verbindungssteg (202) gemeinsam in eine Richtung erstreckenden Laschen (388a, 388b) eine U-Profil bilden und die Lasche (390) des benachbarten Zahnelementes (354) überlappen und umgreifen.
Stellgetriebe nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Zahnelemente (354) des kettenartigen Stirnrades an dessen radialer Innenseite eine Anlagefläche (394) aufweist, wobei sämtliche Anlageflächen (394) der Zahnelemente (354) des kettenartigen Stirnrades (12) zusammengenommen eine Länge haben, die zwischen dem 1,5-fachen und dem 2-fachen des Außenumfanges des Wellgenerators (14) liegt.
Stellgetriebe nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellgenerator (14) Wälzkörper aufweist, die unmittelbar an der Anlagefläche (394) anliegen.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ausgehend von dem Stirnrad, insbesondere ausgehend von dem Verbindungssteg (202), Stifte (376) erstrecken, die in Öffnungen (374) eines Federringes (366) eingreifen.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnelemente (52 bzw. 54) des Stirnrades (10 bzw. 12) umfangsmäßig berührungsfrei gegeneinander beweglich sind, und dass die Zahnelemente (52 bzw. 54) durch Spalte (77 bzw. 102) voneinander getrennt sind und in Umfangsrichtung mittels eines Federrings (66) miteinander verbunden sind.
Stellgetriebe nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der an einer Drehmomentübertragung von einem Eingangsteil (18) des Wellgenerators (14) auf das Hohlrad (4) beteiligten Zahnelemente (52) in einem betrachteten Augenblick infolge von vier Kräften (FL, FR, FM, FW) eingespannt ist, und dass die vier Kräfte (FL, FR, FM, FW) wie folgt definiert sind: - die erste Kraft (FL) die an einem Zahn des jeweils betrachteten Zahnelementes (52) angreift, der in einer Drehrichtung (104) des Eingangsteils (18) umfangmäßig an einem Ende des Zahnelementes (52) liegt; - die zweite Kraft (FR), die an einem Zahn angreift, der umfangsmäßig am anderen Ende des betrachteten Zahnelementes (52) angeordnet ist; - die dritte Kraft (FM), die vom Mitnehmerkörper (46) in das betrachtete Zahnelement (52) eingeleitet wird und die an einem Kontaktpunkt (KP) zwischen dem Mitnehmerkörper (46) und der Ausnehmung (100) wirkt; und - die vierte Kraft (FW), die der Wellgenerator (14) an einer Anlageflächen (192) als Normalkraft in das betrachtete Zahnelement (52) einleitet, wohingegen der Wellgenerator (14) an der anderen Anlagefläche (196) zum Zahnelement (52) keine Normalkraft einleitet.
Stellgetriebe nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kraft (FL) und die zweite Kraft (FR) einen Winkel (β) aufspannen, in dem ein Momentanpol (P1) liegt, um den das betrachtete Zahnelement (52) schwenkt.