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Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe nach Patentanspruch 1.
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Aus
DE 10 2020 002 965 A1 ist ein Stellgetriebe bekannt, das in der Geräuschbildung verbessert werden kann. In
EP 3 779 239 B 1 wird ein Stellgetriebe vorgestellt, das eine bessere Geräuschbildung realisiert, aber auf Kosten einer geringeren Torsionssteifigkeit.
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Beispiele für Anwendungen dieser Stellgetriebe sind 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 und möglichst spielarm sind. Dies ist wichtig, damit man Roboter schnell und präzise bewegen kann. Zudem sind Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung wichtig für diese Stellgetriebe.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein in der Geräuschentwicklung, im Wirkungsgrad und in der Torsionssteifigkeit besseres Stellgetriebe darzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 ein Stellgetriebe, das ein starres Hohlrad mit einer Innenverzahnung, eine Vielzahl von unabhängig voneinander wirkenden Zahnelementen und einen Wellgenerator aufweist,
- - wobei mit dem sich um eine Getriebezentralachse drehenden Wellgenerator außenverzahnte Zahnelemente 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 Mitnehmerrad um die Getriebezentralachse drehbar ist,
- - wobei in den Zahnelementen jeweils eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der einer der Mitnehmerkörper aufgenommen ist,
- - wobei die Zahnelemente unabhängig voneinander sind, also nicht in Kontakt stehen,
- - wobei jedes Zahnelement eine Feder beinhaltet, die das Zahnelement gegen den Mitnehmerkörper in Richtung des Wellgenerators drückt,
- - wobei der Wellgenerator aus einer Mehrzahl von Wälzlagern besteht.
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Ein solches Getriebe zeichnet sich durch eine geringe Geräuschentwicklung und hohe Laufruhe aus und ist kostengünstig.
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Dadurch, dass alle Zahnelemente immer in Kontakt - also in Berührung - mit dem Mitnehmerkörper sind, wird das Stellgetriebe leiser bzw. laufruhiger.
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Geräusche würden hingegen entstehen, wenn jeder Mitnehmerkörper während einer Umdrehung des Wellgenerators immer wieder aus dem Kontakt mit dem Zahnelement heraus- und wieder hereingeht. Bedingt durch die Feder im Zahnelement und dadurch, dass die Zahnelemente unabhängig voneinander sind, bleibt jedes Zahnelement während einer Umdrehung des Wellgenerators immer in Kontakt mit dem Mitnehmerkörper.
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Würde man alle Zahnelemente über eine gemeinsame Feder gegen den Wellgenerator drücken, wie in
DE 10 2020 002 965 A1 und
EP 3 779 239 B1 , dann hätte man ein elastisches Stirnrad, und dieses elastische Stirnrad gerät durch die hohe Zahl der Mitnehmerkörper schon bei geringer Drehzahl des Wellgenerators in Resonanzschwingungen, die dann eine hohe Geräuschentwicklung verursachen.
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Jedes Zahnelement ist mit einem Mitnehmerkörper in Kontakt. Dazu gibt es eine Ausnehmung im Zahnelement. Diese Ausnehmung kann eine geschlossene Kontur sein, sie kann aber auch nach oben (in Richtung des Hohlrades) offen sein. Das hängt immer von den Umständen des Getriebeentwurfs ab. Wichtig ist, dass das Zahnelement nicht kippen kann, d.h. es behält seine Position auch unter Krafteinwirkung bei. Dazu ist es notwendig, dass der Momentanpol des Zahnelements innerhalb der Kraftlinien zwischen Hohlrad und Zahnelement liegt.
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Die Ausnehmung im Zahnelement kann eine Geradführung sein. Der Mitnehmerkörper braucht dann nur ein Minimalspiel im Zahnelement, dadurch bleibt er aber immer in Kontakt mit dem Zahnelement.
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Die Ausnehmung im Zahnelement kann auch konkav gekrümmt sein. Bei dieser gekrümmten Ausnehmung kann eine spezielle Kontur gewählt werden, wodurch die Verzahnungskontur zwischen Zahnelement und Hohlrad besser wird, d.h. es können bessere Übertragungswinkel realisiert werden.
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Durch die Feder und durch die Zusammenwirkung aller Kontaktstellen des Zahnelements wird realisiert, dass das Zahnelement immer in Kontakt mit dem Mitnehmerkörper bleibt.
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Um das Geräuschbild weiter zu verbessern, kann man die Wirkbereiche der Zahnelemente überschneidend anordnen. Dies erreicht man, indem die Zähne der Zahnelemente teilweise mit dem gleichen Zahn im Hohlrad in Kontakt stehen. D.h. ein Zahn im Hohlrad ist gleichzeitig mit Zähnen von 2 Zahnelementen in Kontakt.
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Durch eine Erhöhung der Mitnehmerkörperanzahl kann man das Stellgetriebe weiter in der Höhe der Geräuschentwicklung reduzieren. Das kann man sich genauso erklären wie bei Evolventen Zahnrädern: Wenn die Zahnteilung kleiner wird, dann wird das Geräusch leiser und feiner.
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Durch Erweiterung des Nut- und Federbereichs am Zahnelement und durch Verkleinerung des Mitnehmerkörpers kann die Mitnehmerkörperanzahl weiter erhöht werden. Das Zahnelement ist dann im Bereich der Ausnehmung nur noch mit seiner halben Breite in Kontakt mit dem Mitnehmerkörper. Auf der anderen Hälfte der Breite steht dann das benachbarte Zahnelement.
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Wenn man dann noch eine ungerade Anzahl von Mitnehmerkörpern verwendet und dadurch auf das gleichzeitige Eintreten der immer wieder gleichen Zahneingriffsverhältnisse auf beiden Seiten des Wellgenerators verzichtet, entsteht ein Geräuschbild, bei dem man die segmentartige Anordnung der Zahnelemente nicht wahrnehmen bzw. hören kann.
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Wenn man die Verbindung der Zahnelemente untereinander ausschließen möchte, dann muss man jedes Zahnelement mit einer eigenen Feder ausstatten. Im Zahnelement ist dafür ein Sackloch vorgesehen, in das eine Druckfeder eingeführt wird. Diese Feder drückt das Zahnelement dann gegen den Mitnehmerkörper in Richtung des Wellgenerators.
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Man muss eine genaue Montagereihenfolge einhalten, damit das Getriebe montierbar bleibt. Durch die Nut- und Federbereiche am Zahnelement kann man auch nicht ein einzelnes Zahnelement demontieren. Der Wellgenerator, die Mitnehmerkörper, die Zahnelemente und die Federn müssen nach einem Gesamtplan montiert werden.
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Die bisher bekannten Wellgeneratoren gingen von einer ellipsoiden Form aus, auf der Wälzkörper gelaufen sind, entweder in einem Käfig geführt oder vollrollig. Dazu kam dann ein Außenring, der alle Wälzkörper umschlossen hat, oder ohne Außenring, so dass die Wälzkörper direkt mit einem Stirnrad in Kontakt standen. Diese Varianten weisen alle Vor- und Nachteile auf. Der größte Nachteil aller Varianten ist der nicht optimale Leichtlauf an einer Stelle, wo die Hauptanforderung höchste Drehzahlen sind und deswegen jede unnötige Wärmeentwicklung nachteilig ist.
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Der neue Wellgenerator ersetzt die ellipsoide Form durch zwei Kreisformen, die in einem Abstand voneinander stehen, der ungefähr der doppelten Exzentrizität entspricht. Die Exzentrizität ist vergleichbar mit der Exzentrizität von Exzentergetrieben. An Stelle der Kreise treten dann Wälzlager, die den höchstmöglichen Stand der Leichtlauftechnik realisieren, und so einen neuen Wellgenerator bilden. Außerdem entfällt bei diesem Wellgenerator das ständige Ovalisieren eines Außenringes. Allein dadurch ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad und eine bessere Dauerfestigkeit des Getriebes.
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Diese Wälzlagerpaare werden im Wellgenerator fest miteinander verbunden und werden von einer im Getriebemittelpunkt gelagerten Welle angetrieben. Die Verbindung zwischen Wellgenerator und Welle wird durch eine Geradführung dargestellt, in deren Richtung sich der Wellgenerator frei bewegen kann, um so für gleiche Kräfte zwischen den beiden Hälften des Wellgenerators zu sorgen.
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Die Mitnehmerkörper sind vorteilhafterweise rund ausgeführt, so dass man runde Bolzen nehmen kann, die zwei Mitnehmerplatten verbinden. Zwischen den Mitnehmerplatten sind die Zahnelemente platziert. Die Mitnehmerplatten sind dann auch Bestandteil eines Wälzlagers zwischen Mitnehmerplatte und Hohlrad.
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Die beiden Mitnehmerplatten bilden jeweils ein Schrägrollen- oder Schrägkugellager mit dem Hohlrad. Dadurch entsteht ein stabiles Hauptlager für das Getriebe. Die Mitnehmerplatten besitzen Löcher für die Mitnehmerkörper (Bolzen). Diese Mitnehmerbolzen können dann mit der Mitnehmerplatte verschraubt, verschweißt oder verpresst werden. Durch die Verbindung der Mitnehmerbolzen mit den Mitnehmerplatten kann dann auch eine Vorspannung des Wälzlagers eingestellt werden, so dass sich eine sehr steife Verbindung zwischen Hohlrad und Mitnehmer ergibt, was insbesondere auch für Roboteranwendungen sehr wichtig ist. Bei anderen Raum- und Steifigkeitsanforderungen kann man sich auch vorstellen, dass die Mitnehmerkörper (Bolzen) nur einseitig in einer Mitnehmerplatte befestigt sind und das Hohlrad auf jede beliebige Art zum Mitnehmerrad gelagert ist.
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Das Zahnelement kann spannabhebend hergestellt werden. Es kann durch Stanzen hergestellt werden. Eine kostengünstige Fertigung ergibt sich auch, wenn es durch Metallpulverspritzguss hergestellt wird.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in Zeichnungen dargestellt ist.
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Es zeigen:
- 1 ein Stellgetriebe in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 das Stellgetriebe in einer perspektivischen Ansicht, wobei ein Mitnehmerrad entfernt dargestellt wird und der Blick auf das Innenleben des Getriebes dargestellt ist;
- 3 das Stellgetriebe, geschnitten durch die Getriebezentralachse;
- 4 eine Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse auf die Hauptelemente des Getriebes, mit den Zahnelementen in der Variante mit den Ausnehmungen durch eine Geradführung;
- 5 eine Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse auf die Hauptelemente des Getriebes, mit den Zahnelementen in der Variante mit den gekrümmten Ausnehmungen;
- 6 das Stellgetriebe in einer perspektivischen Ansicht, ohne Hohlrad, ohne Mitnehmerrad, mit zwei ausgebauten Zahnelementen, Mitnehmerbolzen und Federn;
- 7 das Stellgetriebe in einer perspektivischen Ansicht, ohne Hohlrad, ohne Mitnehmerrad, mit drei ausgebauten Zahnelementen, Mitnehmerbolzen und Federn, in einer weiteren Variante;
- 8 eine Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse auf die Hauptelemente des Getriebes, der Variante aus 7;
- 9 eine detaillierte Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse, mit einem geschnitten dargestellten Zahnelement, so dass die Feder-Situation gezeigt wird;
- 10 perspektivische Ansicht auf eine Mitnehmerplatte, mit Mitnehmerbolzen und ausgebauter Antriebswelle mit Wellgenerator;
- 11 perspektivische Ansicht auf die Antriebswelle, mit abgebautem und zerlegtem Wellgenerator;
- 12 eine detaillierte Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse und Darstellung der am Zahnelement, mit Ausnehmung in Geradführungsform, wirkenden Kräfte;
- 13 eine detaillierte Ansicht in Richtung der Getriebezentralachse und Darstellung der am Zahnelement, mit Ausnehmung in gekrümmter Form, wirkenden Kräfte.
- 14 eine Darstellung des Zahnelementes in 2 Ansichten;
- 15 eine Darstellung des Zahnelementes der Getriebevariante aus 7 in 2 Ansichten.
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Aus 1 ist ein Stellgetriebe 1 in einer perspektivischen Ansicht ersichtlich. In 2 wird dieses Stellgetriebe mit demontiertem Mitnehmerdeckel 8 dargestellt, so dass innere Bestandteile sichtbar sind. Man sieht in 2 das Hohlrad 2, die Zahnelemente 5, die Mitnehmerbolzen 9, den Wellgenerator 3, die Antriebswelle 4, das Wälzlager außen 3.2, den Zweikant 3.2.4, die Verbindungsbolzen 3.3, und den Wälzlagerkäfig außen 3.2.3. Dieses Wälzlager außen 3.2 besteht aus einem Außenring außen 3.2.1, einem Wälzlagerkäfig außen 3.2.3, und einem Innenteil außen 3.2.2. Auf dem Innenteil außen 3.2.2 befindet sich der Zweikant 3.2.4 und die beiden Löcher 3.2.5. Der Zweikant 4.1 der Antriebswelle 4 fügt sich in den Zweikant 3.2.4 des Wälzlagers außen 3.2, wodurch das Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle 4 auf den Wellgenerator 3 übertragen wird.
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Bedingt durch den Zweikant 4.1 und den Zweikant 3.1.4 und den Zweikant 3.2.4 kann immer ein Kraftausgleich zwischen dem Wälzlager innen 3.1 und den beiden Wälzlagern außen 3.2 stattfinden. Dadurch werden auch die Kräfte in der Verzahnung, also am Hohlrad 2, den Zahnelementen 5, den Mitnehmerbolzen in gleiche Teile zwischen dem Wälzlager innen 3.1 und den beiden Wälzlagern außen 3.2 aufgeteilt.
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In 3 sieht man, wie die Antriebswelle 4 im Mitnehmer 7 über zwei Kugellager 12 gelagert ist. Der Mitnehmer 7 und der Mitnehmerdeckel 8 sind über die Mitnehmerbolzem 9 zu einem Teil verbunden. Die Schrägrollenlagerflächen 7.1 und 8.1 des Mitnehmers 7 und des Mitnehmerdeckels 8 bilden mit den Schrägrollenlagerflächen 2.2 des Hohlrades 2 und den Zylinderrollen 11 in den Wälzkörperkäfigen 10 zwei gegeneinander gestellte Schrägrollenlager. Dieses Schrägrollenlager kann über die Mitnehmerbolzen 9 eingestellt werden, so dass im Schrägrollenlager ein vorgegebenes Spiel oder eine Verspannung entsteht. Dazu kann man die Mitnehmerbolzen 9 in den Mitnehmer 7 und den Mitnehmerdeckel 8 verschweißen, oder man kann eine nicht dargestellte Verschraubung realisieren. Zudem kann man sich auch vorstellen, dass ein Sicherungsring auf die Mitnehmerbolzen 9 wirkt und so den Mitnehmer 7 und den Mitnehmerdeckel 8 verspannt und damit das Schrägrollenlager zwischen Hohlrad 2 und Mitnehmer 7 einstellt.
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In 3 sind auch die Zahnelemente 5 sichtbar, die Druckfeder 6 im Zahnelement 5, der Wellgenerator 3, mit seinem Wälzlager innen 3.1 und seinen beiden Wälzlagern außen 3.2.
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In 4 und 5 gibt es eine Hauptansicht auf die Funktionselemente des Stellgetriebes 1. Die Zahnelemente 5 sind in 4 mit der Gerade-Ausnehmung 5.1 und den daraus resultierenden Folgen gezeigt. Die Gerade-Ausnehmung 5.1 stellt eine Geradführung dar.
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In 5 werden die Zahnelemente 5 in der Variante mit Gekrümmte-Ausnehmung dargestellt. Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1 meint alles, was von der Geraden abweicht und in die gleiche Richtung gekrümmt ist wie dargestellt.
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Der Vorteil der Gerade-Ausnehmung 5.1 ist die bessere Einstellmöglichkeit des Spieles zwischen Mitnehmerbolzen 9 und Gerade-Ausnehmung 5.1, wodurch schlechtere Geräusche verhindert werden können.
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Der Vorteil der Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.2 ist die größere Varianz in der Zahnkonturbildung der Zähne 2.1 und der Zähne 5.1. Durch diese Varianz kann man Zahnformen berechnen, die einen steileren Übertragungswinkel ermöglichen. Die Problematik des Spieles zwischen Mitnehmerbolzen 9 und Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1 muss man durch eine höhere Präzision aller Getriebeteile lösen, so dass keine Geräusche durch Spiele entstehen können.
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In den 4 und 5 sieht man also die Antriebswelle 4, mit dem Zweikant 4.1. Das Wälzlager außen 3.2, mit seinem Außenring außen 3.2.1, seinem Innenteil außen 3.2.2 und mit dem Zweikant 3.2.1, der mit der Antriebswelle 4 in Kontakt steht. Dahinter steht das Wälzlager innen 3.1. Das Wälzlager innen 3.1 und zwei Wälzlager außen 3.2 sind durch die Verbindungsbolzen 3.3 zum Wellgenerator 3 verbunden.
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Weiterhin sieht man die Zahnelemente 5, wie sie um den Wellgenerator 3 angeordnet sind.
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Es gibt eine horizontale Linie durch den Mittelpunkt. Unterhalb dieser Linie steht der Mittelpunkt des Wälzlagers außen 3.2, und oberhalb dieser Linie ist der Mittelpunkt des Wälzlagers innen 3.1. Die vertikale Linie durch den Mittelpunkt zeigt die „12 Uhr“ und die „18 Uhr“ Position.
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In der „12 Uhr“ Position stehen die Zahnelemente 5 mit dem Wälzlager innen 3.1 in Kontakt und haben bei „12 Uhr“ die maximale Überdeckung mit dem Hohlrad 2.
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Bei „18 Uhr“ haben die Zahnelemente 5 mit dem Wälzlager außen 3.2 einen Kontakt und haben die größte Überdeckung mit dem Hohlrad 2 bei „18 Uhr“.
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Auf der horizontalen Linie, links und rechts, liegen Zahnelemente 5, die gar nicht mit dem Hohlrad 2 in Kontakt stehen. Direkt auf der horizontalen Linie stehen die Zahnelemente weder mit dem Wellgenerator 3 noch mit dem Hohlrad 2 in Kontakt. In diesem Bereich stehen die Zahnelemente 5 nur mit der Druckfeder 6 und dem Mitnehmerbolzen 9 in Kontakt.
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Wenn man sich jetzt ein Drehen der Antriebswelle 4 vorstellt, bekommt man eine Idee für das Wechselspiel der Zahnelemente 5. Die Zahnelemente 5 bewegen sich im Wechselspiel in die Zähne 2.1 vom Hohlrad 2 herein und wieder heraus, um dann wieder, einen Zahn 2.1 weiter, hineinzugehen.
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Die Übersetzung i ergibt sich für solche Getriebe zu: i = (k x Menge der Mitnehmerbolzen) + 1; k muss eine ganze Zahl sein.
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Das dargestellte Stellgetriebe 1 hat 19 Mitnehmerbolzen, und bei einem k von 5 ergibt sich die Übersetzung zu i = 96.
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Das Hohlrad 2 hat dann eine Zähnezahl von 2 x i = 192. Bei dieser Konstellation hat das Hohlrad 2 den gleichen Drehsinn wie die Antriebswelle 4.
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Es gibt zumindest theoretisch noch eine weitere Möglichkeit. Dann wird i = (k x Menge der Mitnehmerbolzen) - 1 = 94.
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Die Zähnezahl des Hohlrades 2 ergibt sich dann zu 2 x i = 188. In diesem Fall verändert sich die Drehrichtung, das Hohlrad 2 dreht sich jetzt gegensinnig zur Antriebswelle 4. In den meisten Fällen ergibt diese Konstellation aber schlechtere geometrische Formen der Verzahnung.
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In 6 werden die Einzelheiten der Zahnelemente 5 gut dargestellt, die in einer ausgebauten Position gezeigt werden.
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Man erkennt das Sackloch 5.4, in dem die Druckfeder 6 untergebracht wird. Die Zahnelemente 5 müssen mit den Mitnehmerbolzen 9 montiert werden. D.h. im ersten Schritt wird die Druckfeder 6 in das Sackloch 5.4 gestellt, dann wird der Mitnehmerbolzen 9 in die Ausnehmung 5.1 geschoben in der Art, dass die Druckfeder 6 vorgespannt zwischen Mitnehmerbolzen 9 und Zahnelement 5 gedrückt wird.
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Diese Einheiten von Zahnelement 5, Mitnehmerbolzen 9 und Druckfeder 6 werden dann gesamthaft in die Bohrungen für Mitnehmerbolzen 7.2 geschoben unter der Voraussetzung, dass der Wellgenerator 3 mit der Antriebswelle 4 vormontiert wurde.
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Weiterhin wird in 6 deutlich, wie die Nutbereiche 5.5 und die Federbereiche 5.6 aufgebaut sind. Zu bemerken ist hierbei, dass auch im Nut-Federbereich 5.5, 5.6 immer ausreichend Spiel (Abstand) zwischen den Zahnelementen 5 vorhanden ist, so dass die Zahnelemente 5 untereinander niemals in Kontakt treten können.
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Die Zähne 5.2 im Nut-Federbereich 5.5, 5.6 stehen jeweils mit dem gleichen Zahn 2.1 des Hohlrades 2 in einem Wirkkontakt. Dadurch entsteht ein kontinuierlicher Übergang von einem Zahnelement 5 auf das nächste Zahnelement 5.
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7 zeigt eine weitere Verzahnungsvariante des Stellgetriebe 1. Diese Variante realisiert eine ähnliche Übersetzung bei einer höheren Anzahl von Mitnehmerbolzen 9 und Zahnelementen 5. Die Teilung ist kleiner, also feiner.
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Dazu wurde der Mitnehmerbolzen 9 Durchmesser von 4 mm auf 3 mm reduziert und die Anzahl der Mitnehmerbolzen von 19 auf 33 erhöht.
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In 8 sieht man, dass sich die Nut- und Federbereiche 5.5 und 5.6 auf den Bereich der Ausnehmung 5.1 verschoben haben, während es im Bereich der Zähne 5.2 keine Überschneidung zwischen den aneinander liegenden Zahnelementen 5 mehr gibt.
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In 15 wird das alternative Zahnelement 5 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass der Bereich der Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1 nur noch die halbe Tragbreite der Gesamtbreite des Zahnelementes 5 ausmacht. Die aneinander liegenden Zahnelemente 5 nutzen jeweils den gleichen Raum zur Hälfte.
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In 14 wird das erste Zahnelement 5 gezeigt. Man erkennt den Nut-Federbereich und die damit entstehende Überschneidung im Bereich der Zähne 5.2. Im Gegensatz zu dem Zahnelement (5) aus 15 ist hier im Bereich der Zähne 5.2 nur die halbe Breite des Zahnelementes 5 realisierbar.
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Einen Einblick in die Druckfeder 6 Situation im Zahnelement 5 gibt es in 9. Die Druckfeder 6 drückt auf den Boden des Sackloches 5.4, stützt sich dabei am Mitnehmerbolzen 9 ab und drückt damit das Zahnelement 5 gegen den Wellgenerator 3. Diese Druckfeder 6 wird nach dem Gewicht des Zahnelementes 5 und nach der Maximaldrehzahl der Antriebswelle 4 in ihrer Größe ausgelegt. Wichtig ist dabei, dass trotz einer hohen Drehzahl keine Resonanzschwingungsphänomene auftreten.
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Diese Stellgetriebe 1 sind an sich auch ohne Druckfeder 6 lauffähig. Man muss dann aber für günstige Gleitverhältnisse sorgen. Die Drehung des Hohlrades 2 muss in so einem Fall den Zahn 5.1 und damit das Zahnelement 5 aus dem Kontakt mit dem Hohlrades herausdrücken. Hier entscheidet auch der Übertragungswinkel zwischen den Zähnen 2.1 und 5.1 über das Gelingen.
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Die ausgebaute Antriebswelle 4, mit dem Wellgenerator 3 und der Mitnehmer 7, die Mitnehmerbolzen 9, werden in 10 gezeigt.
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Der zerlegte Wellgenerator 3, mit seinen Wälzlager innen 3.1 und seinen beiden Wälzlagern außen 3.2 und den dazugehörigen Verbindungsbolzen 3.3 sind in 11 dargestellt.
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Im Innenteil innen 3.1.2 und den beiden Innenteilen außen 3.2.2 der Wälzlager innen 3.1 und Wälzlager außen 3.2 erkennt man den Zweikant 3.1.4 und den Zweikant 3.2.4, mit denen der Zweikant 4.1 der Antriebswelle 4 im zusammengebauten Zustand in Kontakt steht.
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Über diese Zweikante wird das Antriebsdrehmoment auf den Wellgenerator 3 übertragen. Gleichzeitig dienen die Zweikante 4.1, 3.1.1 und 3.2.1 dazu, dass die Kräfte, die auf das Wälzlager innen 3.1 und in Summe auf die beiden Wälzlager außen einwirken, 3.2 immer gleich groß sein müssen.
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Die Zweikante sorgen für den maßlichen Ausgleich, sodass die Kräfte gleich groß werden müssen.
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Die Verbindungsbolzen 3.3 und die dazugehörigen Löcher 3.1.5 und 3.2.5 bilden die Verbindung zu einem Wellgenerator 3. Die Sicherungsringe 3.4 schließen dann den Verbund durch die Verbindungsbolzen 3.3.
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Das Wälzlager innen 3.1 und die Wälzlager außen 3.2 sind genauso aufgebaut wie bekannte Zylinderrollenlager, mit Wälzlagerkäfig innen/ außen 3.1.3/3.2.3, mit Außenring innen/außen 3.1.1/3.2.1 und mit Innenteil innen/außen 3.1.2/3.2.2. Die Innenteile innen/außen 3.1.2/3.2.2 haben beim dargestellten Stellgetriebe 1 die Zweikant 3.1.4 Z3.2.4 Flächen als zusätzliches Element, und auch die Löcher 3.1.5/3.2.5 sind hinzugefügt, damit alles als Wellgenerator 3 positionier- und montierbar ist.
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In den 12 und 13 sind die Kräfte am Zahnelement 5 insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Kippsicherheit dargestellt. Dazu sind die Kräfte und ihre Wirklinien an ihrem Ort des Auftretens gezeigt. Die Wirklinie einer Kraft ist die beliebig verlängerte Linie, auf der die Kraft wirkt.
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Unter Kippsicherheit versteht man die Frage, ob das Zahnelement 5 seine postulierte Position unter Einbeziehung der unter der Getriebelast entstehenden Kräfte beibehält. Diese Frage ist durch die Tatsache entstanden, dass das Zahnelement 5 nur in einem Punkt mit dem Mitnehmerbolzen 9 in Kontakt steht, und dass deswegen die anderen Kräfte, vom Hohlrad 2 die Kräfte Fh1 und Fh2 und vom Wellgenerator 3 die Kraft Fw, immer im richtigen Verhältnis stehen müssen, damit das Zahnelement 5 nicht kippt. Um das beurteilen zu können, wird der Momentanpol des Zahnelementes M ermittelt. Dieser Punkt M ist der momentane Drehpunkt des Zahnelementes 5, wenn der Wellgenerator 3 und der Mitnehmerbolzen 9 seine Fixpunkte sind.
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Und was passiert, wenn dann das Hohlrad 2 mit seinen Kräften Fh1 bis Fh2 auf das Zahnelement 5 wirken? Jetzt darf das Zahnelement 5 nicht kippen. Daraus ergibt sich die Frage: Können die Kräfte Fh1 bis Fh2 das Zahnelement 5 um den Momentanpol des Zahnelementes M drehen?
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Die 12 und 13 sind gleicher Art, in 12 wird ein Zahnelement 5 mit einer Gerade-Ausnehmung 5.1 gezeigt und in 13 mit einer Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1. Es ist sichtbar, dass bei der Gerade-Ausnehmung 5.1 der Momentanpol M weiter vom Hohlrad 2 entfernt liegt als bei der Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1. Es steht in unmittelbarem Sinnzusammenhang, dass die Kräfte Fh1 bis Fh2 bei der Gekrümmte-Ausnehmungs 5.1.1 Variante durch einen steileren Übertragungswinkel erzeugt werden, wodurch sie auch näher am Hohlrad 2 liegen.
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Zwischen Wellgenerator 3 und Zahnelement 5 wirkt die Kraft Fw, d. h. durch den Wellgenerator 3 wird die Kraft Fw in das Zahnelement 5 geleitet. Die Kraft Fw wird auf die eine, extreme Seite des Zahnelementes 5 dargestellt, weil diese Seite möglich ist und für das mögliche Kippen gleichzeitig sehr günstig ist.
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Durch den Mitnehmerbolzen 9 wird die Kraft Fm in das Zahnelement 5 eingeleitet. Dies geschieht an der Kontaktstelle des Mitnehmerbolzens 9 mit dem Zahnelement 5 im Bereich der Gerade-Ausnehmung 5.1 oder auch der Gekrümmte-Ausnehmung 5.1.1.
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Bildet man jetzt die Wirklinien dieser beiden Kräfte, Fw und Fm, erhält man im Schnittpunkt den Momentanpol M. Der Momentanpol M ist also der momentane Drehpunkt des Zahnelementes 5, unter der Berücksichtigung, dass das Zahnelement 5 nur am Wellgenerator 5 und dem Mitnehmerbolzen 9 anliegt und keinen Kontakt mit dem Hohlrad 2 hat.
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Man kann sich leicht vorstellen, dass sich das Zahnelement 5 im Uhrzeigersinn um den Momentanpol M dreht, und dadurch wäre auch ein Kippen beschrieben. Es gibt jedoch auch den Kontakt des Zahnelementes 5 mit dem Hohlrad 2. Dadurch entstehen die Kräfte Fh1 bis Fh2, deren Wirklinien sich im Winkel alpha kreuzen. Die Kraft Fh2 könnte das Zahnelement 5 im Uhrzeigersinn um den Momentanpol M drehen. Die Kraft Fh1 könnte das Zahnelement 5 nur gegen den Uhrzeigersinn um den Momentanpol M drehen. Dadurch, dass die Kräfte Fh1 und Fh2 nur die Grenzen des Bereiches im Winkel alpha darstellen - es könnte von jeden dazwischenliegenden Zahn 5.2 eine Kraft ausgehen - ist es wichtig, dass der Momentanpol M nicht unterhalb der Wirklinie von Fh1 liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stellgetriebe
- 2
- Hohlrad
- 2.1
- Zahn
- 2.2
- Schrägrollenlagerfläche
- 3
- Wellgenerator
- 3.1
- Wälzlager innen
- 3.1.1
- Außenring innen
- 3.1.2
- Innenteil innen
- 3.1.3
- Wälzlagerkäfig innen
- 3.1.4
- Zweikant
- 3.1.5
- Loch
- 3.2
- Wälzlager außen
- 3.2.1
- Außenring außen
- 3.2.2.
- Innenteil außen
- 3.2.3
- Wälzlagerkäfig außen
- 3.2.4
- Zweikant
- 3.2.5
- Loch
- 3.3
- Verbindungsbolzen
- 3.4
- Sicherungsring
- 4
- Antriebswelle
- 4.1
- Zweikant
- 5
- Zahnelement
- 5.1
- Gerade-Ausnehmung
- 5.1.1
- Gekrümmte-Ausnehmung
- 5.2
- Zahn
- 5.3
- Kontaktstelle mit Wellgenerator
- 5.4
- Sackloch
- 5.5
- Nutbereich
- 5.6
- Federbereich
- 6
- Druckfeder
- 7
- Mitnehmer
- 7.1
- Schrägrollenlagerfläche
- 7.2
- Bohrung für Mitnehmerbolzen
- 8
- Mitnehmerdeckel
- 8.1
- Schrägrollenlagerfläche
- 8.2
- Bohrung für Mitnehmerbolzen
- 9
- Mitnehmerbolzen
- 10
- Wälzkörperkäfig
- 11
- Zylinderrolle
- 12
- Kugellager
- Fh1
- Kraft zwischen Hohlrad und Zahnelement
- Fh2
- Kraft zwischen Hohlrad und Zahnelement
- Fm
- Kraft zwischen Mitnehmer und Zahnelement
- Fw
- Kraft zwischen Wellgenerator und Zahnelement
- M
- Momentanpol des Zahnelementes
- alpha
- Winkel zwischen den Wirklinien von Fh1 und Fh2
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Die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele können auch in beliebiger Weise untereinander bzw. miteinander kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020002965 A1 [0002, 0010]
- EP 3779239 [0002]
- EP 3779239 B1 [0010]
