DE102024108025A1 - Stellgetriebe und Verfahren zur Bestimmung einer Innenkontur eines Zahnelements eines Stellgetriebes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe und ein Verfahren zur Bestimmung einer Innenkontur eines Zahnelements eines Stellgetriebes. Das Stellgetriebe (2), umfasst:- ein konzentrisch zu einer Getriebezentralachse (AA) angeordnetes im Wesentlichen starres Hohlrad (6) mit einer Innenverzahnung (8);- einen Wellgenerator (10) mit einer Exzenterachse (AB), die parallel versetzt zur Getriebezentralachse (AA) um dieselbe umläuft;- Zahnelemente (14, 16, 18, 20, 22), die jeweils- radial zwischen dem Hohlrad (6) und dem Wellgenerator (10) angeordnet sind,- eine Außenverzahnung (32) aufweisen, die in die Innenverzahnung (8) greift, und- eine Anlage (34) aufweisen, die an einer Lauffläche (36) des Wellgenerators (10) anliegt; und- ein Mitnehmerrad (24), gegenüber dem die Zahnelemente (14, 16, 18, 20, 22)- begrenzt beweglich und- umfangsmäßig abstütztbarsind,wobei die Getriebezentralachse (AA) und die Exzenterachse (12) eine Wellgenerator-Symmetrieebene (54) aufspannen, die eine senkrecht zur Getriebezentralachse (AA) liegende Bezugsebene in einer Wellgenerator-Symmetrielinie (55) schneidet. Zahnflanken der Innenverzahnung (8) und der Außenverzahnung (32) passen derart zueinander, dass in der Bezugsebene zwei Momentanpole (ME, MD) der Zahnelemente (16, 14), die in einem Betrieb des Stellgetriebes (2) kraftübertragend sind, stets auf der Wellgenerator-Symmetrielinie (55) bleiben.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Stellgetriebe und Verfahren zur Bestimmung einer Innenkontur eines Zahnelements eines Stellgetriebes.
• Aus DE 10 2022 000 408 A1 ist bereits ein Stellgetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Das Stellgetriebe weist unter anderem
• - ein konzentrisch zu einer Getriebezentralachse angeordnetes im Wesentlichen starres Hohlrad mit einer Innenverzahnung;
• - einen Wellgenerator mit einer Exzenterachse, die parallel versetzt zur Getriebezentralachse um dieselbe umläuft;
• - Zahnelemente, die jeweils
  • - radial zwischen dem Hohlrad und dem Wellgenerator angeordnet sind,
  • - eine Außenverzahnung aufweisen, die in die Innenverzahnung greift, und
  • - eine Anlage aufweisen, die an einer Lauffläche des Wellgenerators anliegt; und
• - ein Mitnehmerrad, gegenüber dem die Zahnelemente
  • - begrenzt beweglich und
  • - umfangsmäßig abstützbar
  sind,
auf. Die Getriebezentralachse und die Exzenterachse spannen eine Wellgenerator-Symmetrieebene auf, die eine senkrecht zur Getriebezentralachse liegende Bezugsebene in einer Wellgenerator-Symmetrielinie schneidet. Mit einem solchen Stellgetriebe kann eine hohe Drehzahl in eine geringe Drehzahl bei hohem Drehmoment übersetzt werden.
• Aus DE 10 2020 002 965 A1 und EP 3 779 239 B1 sind weitere Stellgetriebe bekannt, auf die in der nachfolgenden Vorteilsangabe näher eingegangen wird.
• Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem solchen Stellgetriebe die Geräuschentwicklung und auch den Wirkungsgrad noch weiter zu verbessern.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und dem nebengeordneten Patentanspruch 3 gelöst. Überdies wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 7 gelöst.
• Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass Zahnflanken der Innenverzahnung und der Außenverzahnung derart zueinander passen, dass in der Bezugsebene zwei Momentanpole der Zahnelemente, die in einem Betrieb des Stellgetriebes kraftübertragend sind, stets auf der Wellgenerator-Symmetrielinie bleiben.
• Vereinfacht gesagt, befinden sich also die Momentanpole der Zahnelemente immer auf der um eine Getriebezentralachse drehenden Wellgenerator-Symmetrielinie. Dadurch ist das Stellgetriebe leise, laufruhig und weist einen guten Wirkungsgrad auf. Überdies ist es möglich, ein solches Stellgetriebe kostengünstig herzustellen.
• Das erfindungsgemäße Stellgetriebe kann beispielsweise bei einem Roboter oder einer Fahrzeugsitzverstellung Anwendung finden. Bei Robotern wird ein solches Stellgetriebe zum genauen Positionieren und für hohe Kräfte bzw. Drehmomente benötigt. In vorteilhafter Weise ist das Stellgetriebe besonders verdrehsteif und spielarm. Dadurch kann der Roboter schnell und präzise bewegt werden.
• Wenn sich Bauteile im Betrieb des Stellgetriebes relativ zueinander bewegen, dann lässt sich diese Bewegung durch eine Abfolge von Drehungen um den Momentanpol beschreiben. Der Momentanpol ist dabei als der Drehpunkt zweier Bauteile in einem Augenblick definiert. Dieser Augenblick ist ein infinitesimal kleines Zeitintervall, sodass in einem solchen Augenblick praktisch keine Zeit vergeht. Die Zeit ist in diesem Augenblick nur etwas größer als null, damit das Zeitintervall definiert werden kann. Da sich die Momentanpole ändern erhält man über die Zeit Momentanpolbahnen, entlang denen sich die Momentanpole bewegen.
• Dadurch, dass die Momentanpole aller Zahnelemente auf einer gemeinsamen Wellgenerator-Symmetrielinie liegen, hat das Stellgetriebe auch bei auftretenden Fertigungsungenauigkeiten immer die gleiche Übersetzung i. Dadurch wird ein gleichmäßiger Getriebelauf bewirkt, was dadurch auch ein gleichmäßiges Geräuschverhalten bewirkt.
• Die Zahnelemente haben eine Vielzahl von Zähnen und damit mehrere Zahnkontakte mit der Innenverzahnung des Hohlrades, wodurch infolge der Fertigungsungenauigkeiten nicht genau vorhersehbar ist, welcher Zahnkontakt des Zahnelementes eine Kraft überträgt und welcher nicht. Jede dieser Kräfte bildet einen Kraftvektor. Sämtliche dieser Kraftvektoren eines Zahnelementes treffen sich im Momentanpol.
• Wenn dann gemäß dem Stand der Technik der Momentanpol des Zahnelementes nicht auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegt, hat der Kraftvektor, d.h. die Kontaktnormale jedes Zahnes einen anderen Schnittpunkt mit der Wellgenerator-Symmetrielinie, d.h. je nach der Fertigungsungenauigkeit sind unterschiedliche Kraftvektoren in Funktion.
• Auf jeden Fall sind niemals alle Zähne des Zahnelementes im gleichen Maße in einem kraftübertragenden Zustand. Dadurch ergibt sich, dass sich der Schnittpunkt der Kraftlinien mit der Wellgenerator-Symmetrielinie ständig geringfügig ändert. Damit ändert sich auch die Übersetzung ständig. Auch kann es sein, dass das Zahnelement bestrebt ist, sich um einen nicht möglichen Momentanpol zu drehen. Dadurch entsteht ein ständiges Geräusch, und das Laufverhalten des Stellgetriebes wird ruckelig.
• Bei bekannten Stirnradgetrieben wird die Übersetzung durch das Zähnezahlverhältnis bestimmt. Bei einer anderen Methode zur Bestimmung der Übersetzung werden die Abstände der Momentanpole zur Auslegung der Übersetzung herangezogen. Dabei entsteht die Notwendigkeit, dass alle beteiligten Momentanpole auf einer Linie liegen, so wie das bei Stirnradgetrieben der Fall ist.
• Bei Stellgetrieben der hier beschriebenen Art kann man die Auslegung und den Entwurf der Zahnkonturen und der Übersetzung auch nach dem Zähnezahlverhältnis durchführen. Die Auslegung hat bei Fertigungsungenauigkeiten die oben beschriebenen Nachteile.
• Der Wellgenerator besteht bei Stellgetrieben der hier beschriebenen Art aus einer Anordnung von rotationssymmetrischen Wälzlagern. Aus diesem Grunde ist die Wellgenerator-Symmetrielinie eine besonders vorteilhafte Wahl. Es gibt den Momentanpol zwischen dem Zahnelement und dem Hohlrad, den Momentanpol zwischen dem Zahnelement und dem Mitnehmerrad, den Momentanpol zwischen dem Wellgenerator und dem Mitnehmerrad, den Momentanpol zwischen dem Hohlrad und dem Mitnehmerrad, und den Momentanpol zwischen dem Wälzlager auf dem Wellgenerator und dem Wellgenerator. Diese Momentanpole liegen in besonders vorteilhafter Weise sämtlich auf der Symmetrielinie des Wellgeneratos.
• Die Übersetzung des Stellgetriebes ergibt sich dann durch die Abstände der auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegenden Momentanpole.
• Wenn der Momentanpol zwischen Zahnelement und Mitnehmerrad festgelegt ist, muss auch der Momentanpol zwischen Zahnelement und Hohlrad auf der sich drehenden Wellgenerator-Symmetrielinie liegen. Dies ergibt sich zwangsläufig, wenn schon alle anderen Momentanpole (also des Wellgenerators) auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegen.
• Auf diese Weise entsteht ein Stellgetriebe mit voneinander unabhängigen Zahnelementen, welche durch die geometrisch-konstruktive Wellgenerator-Symmetrielinie und dem Übersetzungsverhältnis i des Stellgetriebes mittelbar miteinander verbunden sind.
• Demgegenüber sind bei Stellgetrieben nach DE 10 2020 002 965 A1 und EP 3 779 239 B1 sämtliche Zahnelemente durch elastische Federbereiche miteinander verbunden, sodass die Zahnelemente ein elastisches Stirnrad bilden. Diese elastisch miteinander verbundenen Zahnelemente haben zwar auch Momentanpole. Die Positionen dieser Momentanpole lassen sich jedoch nicht ohne Weiteres konstruktiv festlegen. Stattdessen ergeben sich die Momentanpole durch die Bedingung, dass alle Zahnelemente durch elastische Federbereiche miteinander verbunden sind und dadurch, dass alle Zahnelemente immer den gleichen Abstand zueinander haben.
• Demgegenüber ist gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 3 vorgesehen, dass sich in einem Betrieb des Stellgetriebes ein Winkel ständig ändert, der in der Bezugsebene zwischen den beiden Zahnelement-Symmetrielinien aufgespannt ist, deren Scheitelpunkt auf der Exzenterachse liegt. Winkel kann insbesondere ungefähr einen Grad betragen. Bekannte Stellgetriebe gehen stets davon aus, dass der umfangsmäßige Abstand zwischen den Zahnelementen gleich bleibt. Dies ist Berechnungsgrundlage der bekannten Stellgetriebe.
• Bei den besagten Stellgetrieben nach DE 10 2020 002 965 A1 und EP 3 779 239 B1 ergibt sich die Innenkontur des Zahnelements, welche mit dem Mitnehmerkörper in Kontakt steht, allein dadurch, dass es sich um ein elastisches Stirnrad handelt. Dies ergibt sich durch den Zwang, dass alle Zahnelemente immer den gleichen Abstand voneinander aufweisen müssen. Andernfalls würden sich die Federbereiche zwischen den Zahnelementen unterschiedlich elastisch verbiegen.
• Wenn die Zahnelemente also abhängig voneinander sind, dann entstehen für die Zahnelemente zwangsläufig Momentanpole die nicht auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegen. Dadurch entstehen bei Fertigungsungenauigkeiten Geräusche durch einen wechselnden Momentanpol.
• Aber allein die Tatsache, dass die Momentanpole nicht auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegen, bedeutet, dass die Zähnezahl-Übersetzung nicht mit der Momentanpol-Übersetzung übereinstimmt. Dies führt im Betrieb des Stellgetriebes dazu, dass die Zahnelemente nicht definiert um zugehörige Momentanpole drehen. Salopp gesagt, „wissen“ die Zahnelemente nicht, um welchen Momentanpol sie sich drehen sollen bzw. sie können sich nicht um den Momentanpol drehen, um den sie sich drehen „wollen“. Die Folge ist dann ein ruckelnder und lauter Getriebelauf.
• Damit ein gleichmäßiger Getriebelauf entsteht, ist es notwendig, dass alle Momentanpole des Stellgetriebes immer auf einer gemeinsamen Positionslinie liegen. Nur auf diese Weise bleibt die Übersetzung während einer Umdrehung des Wellgenerators konstant. Eine Auslegung des Stellgetriebes allein über das Zähnezahlverhältnis führt zu schlecht laufenden Getrieben. Die Wellgenerator-Symmetrielinie ist zwar nicht die einzig mögliche Positionslinie für die Momentanpole des Stellgetriebes, aber sie ist eine vorteilhafte Positionslinie, weil damit in beiden entgegengesetzten Drehrichtungen ein gleichermaßen bzw. gleichartig laufendes Stellgetriebe geschaffen wird.
• Wenn die Hüllkontur des Wellgenerators nicht durch eine Ellipse, sondern durch zwei versetzte Kreisbahnen dargestellt wird, dann liegt der Momentanpol zwischen Wellgenerator und Zahnelement auf der Wellgenerator-Symmetrielinie.
• Das erfindungsgemäße Stellgetriebe ist ein koaxiales Getriebe, d.h. die Antriebswelle und das Abtriebselement drehen sich um die gleiche Getriebezentralachse. D.h., An- und Abtrieb haben den gleichen Momentanpol. Aus dieser Forderung ergibt sich die Wellgenerator-Symmetrielinie als notwendige Positionslinie der Momentanpole des Stellgetriebes.
• Der Momentanpol zwischen dem Zahnelement und dem Mitnehmerrad kann dann ein fester Punkt auf der Wellgenerator-Symmetrielinie sein, wodurch die Momentanpolbahn eine Kreisbahn um die Getriebezentralachse des Stellgetriebes wird. Die Momentanpolbahn kann aber auch eine andere Kontur sein, die von der Wellgenerator-Symmetrielinie geschnitten wird.
• Der Maßstab für die Auslegung des Stellgetriebes ist die Innenkontur des Zahnelementes, an der der Mitnehmerkörper abgestützt ist. Insofern betrifft Anspruch 7 ein Verfahren zur Bestimmung der Innenkontur des Zahnelements des Stellgetriebes nach einer Kombination der Ansprüche 5 und 2.
• Wenn die Innenkontur auf diese Weise bestimmt (gezeichnet oder berechnet) ist, dann liegt nicht nur der Momentanpol des Zahnelements relativ zum Hohlrad auf der Wellgenerator-Symmetrielinie, sondern es liegt auch der Momentanpol des Zahnelementes gegenüber dem Mitnehmerrad auf der Wellgenerator-Symmetrielinie. Dazu müssen keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden. Es muss lediglich die korrekte Zähnezahl-Übersetzung eingehalten werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auch, eine Innenkontur für ein Zahnelement zu erzeugen, die in Kontakt mit einem Mitnehmerkörper steht, sodass die Momentanpole des Zahnelementes immer auf einer sich um die Getriebezentralachse drehenden Wellgenerator-Symmetrielinie liegen, wobei das Zahnelement spiegelsymmetrisch ist, damit entgegengesetzte Drehrichtungen verwirklicht werden können.
• Grundsätzlich lässt sich zur Bestimmung der Innenkontur auch eine lösbare Differentialgleichung aufstellen, die ein eindeutiges Ergebnis hat. D.h. aus den beschriebenen Anforderungen ergibt sich nur eine einzige Lösung.
• Die Innenverzahnung des Hohlrades kann nur aus einer Vielzahl gleicher Zähne bestehen, wohingegen die Form der Zahnflanken der Zähne jedes Zahnelements für jeden Zahn anders ist. Diese unterschiedlichen Zähne des Zahnelementes ergeben sich durch die unterschiedlichen Abstände der Zähne zum Momentanpol des Zahnelements relativ zum Hohlrad.
• Die Form der Zahnflanken der Innenverzahnung des Hohlrades kann beispielsweise durch einen Radius beschrieben werden. Daraus ergeben sich gleiche Zahnflanken mit gleicher Krümmung und einen festen Krümmungsmittelpunkt. Wenn dann eine Verbindungslinie zwischen dem Momentanpol des Zahnelementes relativ zum Hohlrad, und einem Krümmungsmittelpunkt der Zahnflanke eines Zahns der Innenverzahnung des Hohlrades gezogen wird, dann ergibt sich bei sich drehendem Wellgenerator die Form der Zahnflanke eines Zahnes der Außenverzahnung des Zahnelements. Voraussetzung dafür ist, dass sich alle Teile im Rahmen der angestrebten Übersetzung bewegen, sodass die Schnittpunkte der Verbindungslinie mit der Form der Zahnflanke des Zahnes des Hohlrades auf der gesuchten Form der Zahnflanke des Zahnelementes liegen.
• Die Form der Zahnflanken der Innenverzahnung des Hohlrades kann auch durch eine Form mit sich ändernden Krümmungsmittelpunkten beschrieben werden, wie beispielsweise die bekannte Evolventenform.
• Wichtig ist, dass die Relation der Momentanpol-Abstände auf der Wellgenerator-Symmetrielinie immer konstant bleiben müssen und dass diese Momentanpol-Abstände die Übersetzung bestimmen.
• 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 eine Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes in Richtung einer Getriebezentralachse, wobei das Stellgetriebe einen Wellgenerator und Zahnelemente mit Innenkonturen aufweist;
• 2 eine Detail von 1, wobei der Wellgenerator um einen Drehwinkel gegenüber der in 1 dargestellten Stellung weiter gedreht ist;
• 3 anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zum Bestimmen von Geometrien des Stellgetriebes und insbesondere der Innenkontur eines der Zahnelemente nach 1;
• 4 als Einzelteil ein Zahnelement des Stellgetriebes von 1;
• 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes in einer Ansicht analog zur Ansicht 1;
• 6 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes in einer Ansicht analog zur Ansicht von 1; und
• 7 schematisch eines der Zahnelemente aus 1 und zugehörige Geraden zur Bestimmung der Innenkontur des Zahnelementes.
• 1 zeigt ein Stellgetriebe 2 in einer Ansicht in Richtung einer Getriebezentralachse A_A, die insofern senkrecht auf der Blattebene steht, die nachfolgend auch als Bezugsebene bezeichnet wird. Das Stellgetriebe 2 umfasst:
• - ein konzentrisch zu der Getriebezentralachse A_A angeordnetes, im Wesentlichen starres Hohlrad 6 mit einer Innenverzahnung 8;
• - einen Wellgenerator 10 mit zwei Exzenterachsen A_B, A_C, die die Bezugsebene in Punkten B und C schneiden, die parallel versetzt zur Getriebezentralachse A_A angeordnet sind und im Betrieb des Stellgetriebes 2 um die Getriebezentralachse A_A umlaufen;
• - fünf Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 und
• - ein Mitnehmerrad 24.
• Das Hohlrad 6 ist mittels einer nicht näher dargestellten Lagerung im oder am Mitnehmerrad 24 drehbar gelagert. Das Mitnehmerrad 24 ist beispielsweise scheibenförmig. Zur Gewichtseinsparung kann das Mitnehmerrad 24 aber auch entgegen der zeichnerischen Darstellung Ausnehmungen aufweisen. In das Mitnehmerrad 24 sind bolzenförmige Mitnehmerkörper 26 fest eingesetzt, die parallel versetzt zur Getriebezentralachse A_A angeordnet und umfangsmäßig gleichmäßig um dieselbe verteilt sind. Das jeweils eine Ende der bolzenförmigen Mitnehmerkörper 26 ist in das Mitnehmerrad 24 eingepresst oder eingeschraubt. Zusätzlich können die bolzenförmigen Mitnehmerkörper 26 auch mit deren anderem Ende an einem weiteren Teil des Mitnehmerrades 24 befestigt oder zumindest in Umfangsrichtung an demselben abgestützt sein. Dieser weitere Teil des Mitnehmerrades 24 läge dann oberhalb der Blattebene der Zeichnung von 1. Die Mitnehmerkörper 26 ragen durch Öffnungen 28 der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22. Die Öffnungen 28 werden insofern durch eine Innenkontur 30 der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 begrenzt. Die Öffnungen 28 sind derart größer als die Mitnehmerkörper 26, dass die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 gegenüber dem Mitnehmerrad 24 sowohl in radialer als auch in umfangsmäßiger Richtung begrenzt beweglich sind. Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 weisen also sowohl einen umfangsmäßigen Funktionsabstand 27 als auch einen radialen Funktionsabstand 29 gegenüber dem Mitnehmerrad 24 bzw. den Mitnehmerkörpern 26 auf. Der radiale Funktionsabstand 27 ist vorgesehen, damit sich das jeweilige Zahnelement gegenüber dem Mitnehmerkörper bewegen kann, wie es für die Funktion des Stellgetriebes 2 notwendig ist. Insofern beträgt der radiale Funktionsabstand 27 ca. eine Zahnhöhe der Innenverzahnung 8 bzw. einer erst nachstehend erläuterten Außenverzahnung 32. Es wird somit ermöglicht, dass die Außenverzahnung 32 in die Innenverzahnung 8 eintauchen kann und wieder aus dem Zahneingriff herausgelangen kann. Bei alternativen Ausgestaltungen kann der radiale Funktionsabstand aber auch größer als die Zahnhöhe sein. Dabei kann der Funktionsabstand sogar ein Vielfaches der Zahnhöhe betragen.
• Zur Begrenzung der Beweglichkeit sind die Mitnehmerkörper 26 an der Innenkontur 30 umfangsmäßig und radial abstützbar. Überdies sind die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 je nach Drehwinkel von dem Hohlrad 6 einerseits und dem Wellgenerator 10 andererseits festgelegt.
• Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 sowie deren Innenkontur 30 sind jeweils spiegelsymmetrisch zu einer zugehörigen Zahnelement-Symmetrieebene, die die Bezugsebene in einer Zahnelement-Symmetrielinie 31 schneidet. Diese Spiegelsymmetrie wird benötigt, damit das Stellgetriebe 2 in den beiden entgegengesetzten Drehrichtungen in gleicher Weise laufruhig betrieben werden kann.
• Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 sind identisch ausgeführt. Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 sind radial zwischen dem Hohlrad 6 und dem Wellgenerator 10 angeordnet, der drehbar im Mitnehmerrad 24 gelagert ist. Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 sind begrenzt in vorstehend erläuterter Weise beweglich am Mitnehmerrad 24 gehalten. Insoweit sind die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 nur soweit gleichmäßig am Umfang des Mitnehmerrades 24 verteilt, wie es die Beweglichkeit gegenüber den Mitnehmerkörpern 26 zulässt. Die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 weisen jeweils die Außenverzahnung 32 auf, die je nach radialer Position des Zahnelementes 14 bzw. 16 bzw. 18 bzw. 20 bzw. 22 unterschiedlich tief in die Innenverzahnung 8 des Hohlrades 6 eingreifen kann. Um die Position der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 radial zu verlagern, liegen die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 an einer Lauffläche 36 des Wellgenerators 10 an. Dazu weisen die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 zwei Anlagen 34 auf, die radial nach innen vorspringen, wobei zumindest eine der beiden Anlagen 34 des jeweiligen Zahnelementes im Kontakt mit der Lauffläche 36 ist.
• Der Wellgenerator 10 weist zwei Wälzlager 38, 40 auf, die in Richtung der Getriebezentralachse A_A hintereinander liegen. Das erste Wälzlager 38 hat die Exzenterachse A_C als Mittelachse, wohingegen das zweite Wälzlager 40 die parallel versetzte Exzenterachse A_B als Mittelachse hat. Dabei sind die Wälzlager 38, 40 so weit parallel zur Getriebezentralachse A_A versetzt, dass die Getriebezentralachse A_A mittig zwischen den Exzenterachsen A_B, A_C angeordnet ist bzw. denselben Abstand zu den beiden Exzenterachsen A_B, A_C aufweist. Die Wälzlager 38, 40 weisen drehfest miteinander verbundene kreisrunde Innenteile 42 auf, die die Eingangs- bzw. Antriebswelle des Stellgetriebes 2 bilden. Auf diesen kreisrunden Innenteilen 42 laufen Wälzkörper 44 im Betrieb des Stellgetriebes 2 um, die in Außenringe 45, 46 der Wälzlager 38, 40 eingesetzt sind und von einem Lagerkäfig in Abstand zueinander gehalten werden. Die Außenringe 45, 46 bilden gemeinsam die Lauffläche 36 für die Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22. Insofern erstrecken sich die Anlagen 34 parallel zur Getriebezentralachse A_A über eine Länge, die größer ist als eine Breite eines jeden der beiden Wälzlager 38, 40, die identisch ausgeführt sind, wobei diese Breite des Wälzlagers 38 bzw. 40 in Richtung der jeweils zugehörigen Exzenterachse A_B bzw. A_C definiert ist. Vorzugsweise ist die Länge der Lauffläche 36 nahezu gleich der Breite der beiden zusammengenommenen Wälzlager. Dabei liegen einige Zahnelemente 18, 20 an dem einen Außenring 45 an, wohingegen andere Zahnelemente 14, 16, 22 an dem anderen Außenring 46 anliegen.
• In einem radial inneren Bereich des Mitnehmerrades 24 sind bolzenförmige Führungskörper 48 eingesetzt, die parallel zur Getriebezentralachse A_A ausgerichtet sind. Jedem der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 sind zwei der Führungskörper 48 zugeordnet. Die beiden einem Zahnelement zugeordneten Führungskörper 48 dienen dazu, das jeweils betrachtete Zahnelement in einer radialen Richtung auszurichten bzw. in eine notwendige Mittellage zwischen den beiden Führungskörpern 48 zu führen, wenn die Außenverzahnung 32 des betrachteten Zahnelementes nicht mehr im Eingriff mit der Innenverzahnung 8 ist. In diesem Fall liegt das Zahnelement infolge einer Kraft einer weiter unten zu 4 erläuterten Druckfeder 72 gleichzeitig an beiden Außenringen 44, 46 des Wellgenerators an. In 1 ist keines der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 in seiner Mittellage dargestellt. Auf die Führungskörper 48 kann jedoch bei dieser und allen alternativen Ausführungsformen des Stellgetriebes 2 auch ersatzlos verzichtet werden.
• Da beim betrachteten Zahnelement in der Mittellage dessen Außenverzahnung 32 nicht im Eingriff mit der Innenverzahnung 8 des Hohlrades 6 ist, erfolgt keine Kraftübertragung über das betrachtete Zahnelement. Die Kraftübertragung erfolgt stattdessen über andere der Zahnelemente, nämlich die Zahnelemente, die einer nachfolgend erläuterten Wellgenerator-Symmetrieebene 54 umfangsmäßig näher sind.
• Der Wellgenerator 10 weist die Wellgenerator-Symmetrieebene 54 auf, in der die Getriebezentralachse A_A und die beiden Exzenterachsen A_B, A_C liegen. Diese Wellgenerator-Symmetrieebene 54 rotiert im Betrieb des Stellgetriebes 2 um die Getriebezentralachse A_A. In einer in 1 zeichnerisch dargestellten vertikalen Drehwinkelposition der Wellgenerator-Symmetrieebene 54 schneidet dieselbe die Bezugsebene in einer Wellgenerator-Symmetrielinie 55, die insofern in 1 deckungsgleich mit einer vertikalen Referenzlinie 56 ist.
• Wenn sich im Betrieb des Stellgetriebes 2 die Eingangswelle des Wellgenerators 10 einmal um die Getriebezentralachse A_A dreht, dann dreht sich das Hohlrad 6 um genau zwei Zähne der Innenverzahnung 8 weiter.
• 2 zeigt das Stellgetriebe 2 aus 1, wobei die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 um einen Drehwinkel α gegenüber der Referenzlinie 56 im Uhrzeigersinn gekippt ist. Insofern sind die Innenteile 42 der Eingangswelle des Wellgenerators 10 gegenüber 1 um die Getriebezentralachse A_A im Drehwinkel α weiter gedreht. Zwei Zahnelemente 16, 14 sind der Übersichtlichkeit halber mit nahezu gleichem umfangsmäßigen Abstand zu der vertikalen Referenzlinie 56 dargestellt. Dabei wird das linksseitig der Referenzlinie 56 liegende Zahnelement 16 nachfolgend als linksseitiges Zahnelement 16 und das rechtsseitig der Referenzlinie 56 liegende Zahnelement 14 nachfolgend als rechtsseitiges Zahnelement 14 bezeichnet. „Rechtsseitig“ bedeutet im Uhrzeigersinn und „linksseitig“ bedeutet entgegen dem Uhrzeigersinn.
• Umfangsmäßig zwischen den beiden Zahnelementen 16, 14 liegt in der Bezugsebene ein Punkt E, der auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 liegt und deckungsgleich mit einem Momentanpol M_E ist, um den die beiden Zahnelemente 16, 14 gegenüber dem Hohlrad 6 im betrachteten Augenblick schwenken.
• Die Außenverzahnungen der Zahnelemente 16, 14 haben jeweils eine Vielzahl von Zähnen und damit auch eine Vielzahl von Zahnkontakten mit der Innenverzahnung 8 des Hohlrades 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat jedes Zahnelement sieben Zähne und damit bis zu sieben Zahnkontakte. Diese Zahnkontakte - genauer gesagt, die Innenverzahnung 8 und die Außenverzahnungen - weisen jedoch unvermeidliche Fertigungsungenauigkeiten auf, weshalb bei der Konstruktion Toleranzen vorgesehen sind. Aufgrund dieser Fertigungsungenauigkeiten ist nicht genau vorhersehbar, wieviel Kraft jeder einzelne der Zahnkontakte im betrachteten Augenblick überträgt.
• Die Zahnflanken 58, 60 der Außenverzahnung 32 und der Innenverzahnung 8 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der gemeinsame Momentanpol M_E der Zahnelemente 16, 14 stets auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 bleibt, wenn die Exzenterachsen A_B, A_C im Betrieb des Stellgetriebes 2 um die Getriebezentralachse A_A umlaufen und die Zahnelemente 16, 14 eine Kraft zum Betrieb des Stellgetriebes 2 übertragen.
• An den sieben Zahnkontakten K_1.1...K_1.7 des rechtsseitigen Zahnelements 14 und den sechs Zahnkontakten K_2.1...K_2.6 des linksseitigen Zahnelements 15 sind jeweils Kontaktnormale N1 bzw. N2 eingezeichnet, die senkrecht auf (zeichnerisch nicht dargestellten) Tangenten stehen, die an den gewölbten Zahnflanken der Zahnkontakte K_1.1...K_1.7, K_2.1...K_2.6 anliegen. Sämtliche dieser Kontaktnormalen N1, N2 treffen sich im betrachteten Augenblick im Momentanpol M_E. An dem linksseitigen Zahnelement 16 sind nur sechs anstelle von sieben Kontaktnormalen dargestellt, weil an dem einen umfangsmäßig äußersten Zahn der Außenverzahnung 32 kein Kontakt mehr ist.
• Auch wenn durch Fertigungsungenauigkeiten einzelne oder Gruppen von Zähnen keine Kräfte übertragen, so wirken die kraftübertragenden Zähne immer auf den Momentanpol M_E.
• Die Getriebezentralachse A_A ist definitionsgemäß ein Momentanpol M_A des Hohlrades 6, des Mitnehmerrades 24 und des Wellgenerators 10, da der Wellgenerator 10 im Mitnehmerrad 24 um die Getriebezentralachse A_A drehbar gelagert ist.
• Das linksseitige Zahnelement 16 liegt mit dessen Innenkontur 30 linksseitig an dessen zugehörigem Mitnehmerkörper 26 an, wohingegen das rechtsseitige Zahnelement 16 mit dessen Innenkontur 30 rechtsseitig an dessen zugehörigem Mitnehmerkörper 26 anliegt. Dabei sind diese Zahnelemente 16, 14 mit deren Innenkonturen an linienförmigen Kontaktstellen X1, X2 an Mitnehmerkörpern 26 abgestützt, sodass sich dort an den Kontaktstellen X1, X2 Tangentialebenen bilden lassen, auf denen in der Bezugsebene Kontaktnormale senkrecht aufgestellt werden können, die nachfolgend als Geraden N3, N4 bezeichnet werden. Diese Geraden N3, N4 schneiden sich in einem Punkt D, der auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 liegt und einen Momentanpol M_D zwischen dem jeweiligen Zahnelement und dem zugehörigen Mitnehmerkörper bildet.
• Dieser Momentanpol M_D entsteht dabei nicht zufällig deshalb, weil es der Schnittpunkt der Wellengenerator-Symmetrielinie 55 mit den Geraden N3 bzw. N4 ist, sondern weil die Innenkonturen 30 der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 eine entsprechend geformte Geometrie aufweisen, die berechnet sein kann oder - wie hier vorliegend - zeichnerisch bestimmt ist.
• Die Berechnung bzw. zeichnerische Erstellung der Innenkontur 30 wird nachfolgend mit Bezug auf eine Zusammenschau aus 2, 3 und 7 zunächst überblicksmäßig und danach im Detail erläutert. 7 ist dabei nicht maßstäblich, sondern zur Verdeutlichung der sehr kleinen Drehwinkel α, α', α'' übertrieben dargestellt. Überdies steht während der Bestimmung der Innenkontur 30 dieselbe noch nicht fest. Der Verständlichkeit halber ist jedoch in 7 schon die bereits fertige Innenkontur, das fertige Zahnelement und die zugehörige Außenverzahnung dargestellt, obwohl diese Geometrien des Zahnelements zu diesem Zeitpunkt noch nicht feststehen.
• Vereinfacht gesagt, wird bei dem Verfahren zur Bestimmung der Innenkontur 30 des Zahnelements 14 des Stellgetriebes 2 die Form der Innenkontur 30 über deren Kontaktstellen X2, X2', X2'' mit dem zugehörigen Mitnehmerkörper 26 bestimmt, indem die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 rechnerisch oder zeichnerisch inkrementweise jeweils um einem Drehwinkel α, α' α'' weitergedreht wird. Dabei wird für jeden der Drehwinkel α, α' α'' jeweils eine Gerade N3 bestimmt, die
• - in der Bezugsebene verläuft,
• - den zweiten Momentanpol M_D schneidet,
• - ein Krümmungszentrum bzw. einen Mittelpunkt 92 des Mitnehmerkörpers 26 schneidet, und
• - die jeweilige Kontaktstelle X2, X2', X2'' schneidet, wobei jede der Kontaktstellen X2, X2', X2'' nur einem einzigen der Drehwinkel α, α' α'' zugeordnet ist.
• Sowohl bei der zeichnerischen als auch bei der mathematischen Erstellung der Innenkontur 30 also die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 Inkrement für Inkrement um die Getriebezentralachse A_A gegenüber der Referenzlinie 56 gedreht, sodass die Getriebeelemente des Stellgetriebes 2 eine Abfolge von verschiedenen Positionen einnehmen. Die Summe der zusammengenommenen Drehwinkel α+ α'+ α''+ ... wird immer größer. Sowohl bei der zeichnerischen als auch bei der mathematischen Erstellung der Innenkontur 30 wird also die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 Inkrement für Inkrement um die Getriebezentralachse A_A gegenüber der Referenzlinie 56 gedreht, sodass die Getriebeelemente des Stellgetriebes 2 eine Abfolge von verschiedenen Positionen einnehmen.
• Der Momentanpol des betrachteten Zahnelementes 16 mit dem Wellgenerator 10 ist der Schnittpunkt der Exzenterachse A_B mit der Bezugsebene (Blattebene). Der Momentanpol M_D des betrachteten Zahnelementes 16 mit dem Mitnehmerrad 24 ist der Punkt D.
• Um genau zu sein, wird bei der Berechnung bzw. zeichnerischen Erstellung der Innenkontur 30 in einem aus 3 ersichtlichen ersten Verfahrensschritt 78 von dem auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 festgelegten Punkt D ausgegangen. Der festgelegte Punkt D liegt auf einer Momentanpolbahn 66 (3), die ein Kreis um den Punkt A bzw. die Getriebezentralachse A_A ist. In einem zweiten Verfahrensschritt 80 wird von dem Punkt D ausgehend die Gerade N3 gezeichnet, die durch den Mittelpunkt 92 des Mitnehmerkörpers 26 geht, der dazu einen kreisrunden Querschnitt hat. Bei einem nicht runden Querschnitt wäre ein Krümmungszentrum des Mitnehmerkörpers für die Bestimmung der Geraden N3 zu wählen.
• Der Schnittpunkt der Geraden N3 mit der Oberfläche des Mitnehmerkörpers 26 bildet die erste Kontaktstelle X2 und ist somit auch deckungsgleich mit einem Teil der zu erstellenden Innenkontur 30. Im nächsten Verfahrensschritt 80 wird die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 mit deren Punkt B um einen kleinen Drehwinkel α - beispielsweise 0,1°-, beispielsweise im Uhrzeigersinn weitergedreht. Die nächste Kontaktstelle X2' (7) der Innenkontur 30 entsteht in einem folgenden Verfahrensschritt 82. In diesem Verfahrensschritt 82 wird zur Bestimmung der nächsten Kontaktstelle X2' entlang der Innenkontur 30 rechnerisch oder zeichnerisch die Frage gestellt, um welchen Winkel δ die erste Kontaktstelle X2 um den Punkt D gedreht werden muss, damit der Punkt B die Position eines Punktes B' einnimmt, der durch die Drehung der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 im Drehwinkel α' um den Punkt A entstanden ist. Dabei ist der Betrag des Drehwinkels α' gleich dem Drehwinkel α. Der Winkel δ ist somit der Winkel, mit dem das Zahnelement 16 um den Punkt D dreht. Der Drehwinkel α und der Winkel δ repräsentieren somit die Relativbewegung der Getriebekomponenten des Stellgetriebes 2. Aus dieser Drehung im Winkel δ um den Punkt D ergibt sich die nächste Kontaktstelle X2' aus der im Winkel δ weiter gedrehten Kontaktstelle X2. In einem anschließenden Verfahrensschritt 84 wird der Momentanpol D auf der kreisrunden Momentanpolbahn 66 im Drehwinkel α' weiter gedreht.
• Anschließend werden nach einer Verzweigung 86 die Verfahrensschritte 78 bis 84 erneut durchgeführt, um die nächste Kontaktstelle X2'' bzw. den nächsten Punkt auf der Innenkontur zu ermitteln. Jedoch wird im Verfahrensschritt 78 nun mit dem im Drehwinkel α' um den Punkt A weitergedrehten Momentanpol D' begonnen. Diese Verfahrensschritte 78 bis 84 werden sooft wiederholt, bis die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 einen Drehwinkel von beispielsweise ca. 50° durchlaufen hat. Dann ist die Innenkontur 30 eindeutig bestimmt, die sich aus den Kontaktstellen X2, X2', X2'', ... zusammensetzt. Zwischen diesen Kontaktstellen werden Zwischenpunkte für eine durchgehende Innenkonturlinie interpoliert. Der Rest der Innenkontur 30 ist entsprechend symmetrisch zu spiegeln. In weiteren Alternativen werden Drehwinkel kleiner als kleiner oder größer als 0,1° für jeden Wiederholung der Verfahrensschritte verwendet. Insbesondere bei einem computerimplementierten Verfahren können sehr kleine Drehwinkel α für jeden Schleifendurchlauf verwendet werden.
• Die vorstehend beschriebene Bestimmung der Innenkontur 30 stellt bereits sicher, dass die Punkte D und E auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 liegen. Anschließend kann die Geometrie der Zähnepaarung von Hohlrad und Zahnelementen bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise die Innenverzahnung des Hohlrades passend vorgegeben werden, beispielsweise als Evolventen- oder Kreisverzahnung. Anschließen wird mit einer CAD-Software die passende Gegenkontur der Zahnflanken der Außenverzahnung der Zahnelemente bestimmt.
• Wie bereits erläutert, stellt sich zur Erstellung der jeweils nächsten Kontaktstelle X2', X2'', ... der Innenkontur 30 die folgende zentrale Frage: In welche Position muss das betrachtete Zahnelement 16 um den Punkt D drehen, damit der Punkt B bei unveränderter Lage des Punktes D und der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 wieder den Punkt B' der dann im Drehwinkel α' weiter gedrehten Wellgenerator-Symmetrielinie 55 einnimmt.
• Die besagten Drehwinkel α und δ korrespondieren dabei mit den Abständen zwischen den Punkten A, B und D. Die Antwort auf die vorstehend genannte Frage ergibt sich somit auch durch das Verhältnis der absoluten Abstände AB und BD d.h. des Verhältnisses des absoluten Abstands zwischen den Punkten A und B und dem absoluten Abstand zwischen den Punkten B und D.
• Durch das virtuelle „Stehenbleiben“ des Punktes D und der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 entsteht ein sehr kleiner Fehler, der deshalb sehr klein ist, weil das gewählte Inkrement sehr klein ist und insoweit zu vernachlässigen ist. Das betrachtete Zahnelement 16 besteht am Anfang des Verfahrens zur Bestimmung der Innenkontur nur aus dem Punkt an der ersten Kontaktstelle X2 . Mit Fortschreiten der Abfolge entstehen immer mehr Punkte, die dann die Innenkontur 30 des Zahnelementes 16 bilden.
• Das korrekte Zähnezahlverhältnis ist bereits in den bisherigen veröffentlichten Patentanmeldungen desselben Anmelders erklärt, weshalb auf diese Anmeldungen verwiesen wird, die auch in dieser vorliegenden Anmeldung zitiert sind. Erheblich für das Zähnezahlverhältnis ist die Zahl der Mitnehmerkörper und die Zahl der Zähne der Innenverzahnung am Hohlrad.
• Da der Momentanpol M_E immer auf der Wellgenerator-Symmetrielinie 55 liegt, bleibt auch die Übersetzung i des Stellgetriebes 2 gleich. Das bedeutet in der Praxis, dass sich das Hohlrad 6 bei sehr gleichförmiger Eingangsdrehzahl der Eingangswelle ebenfalls sehr gleichförmig dreht.
• Für die folgende Berechnung des Übersetzungsverhältnisses i des Stellgetriebes 2 werden die besagten Punkte D, E, A und B betrachtet. Das Übersetzungsverhältnis i des Stellgetriebes 2 wird durch die folgende Formel bestimmt: $$i=\frac{\overline{AE}}{\overline{ED}}\cdot \frac{\overline{BD}}{\overline{AB}}$$

  
• Dabei ist AE der absolute Abstand zwischen den Punkten A und E.
• ED ist der absolute Abstand zwischen den Punkten E und D.
• BD ist der absolute Abstand zwischen den Punkten B und D.
• AB ist der absolute Abstand zwischen den Punkten A und B.
• Diese Formel gilt nur wenn alle vier Punkte A, B, D, E bzw. die Momentanpole M_A, M_B, M_D und M_E auf der Wellgenerator-Symmetrielinie liegen.
• Die Berechnung der Übersetzung i nach obiger Formel muss mittels einer ganzzahligen Zahl von Zähnen herstellbar sein.
• In Kenntnis der Formel $$i=\frac{\overline{AE}}{\overline{ED}}\cdot \frac{\overline{BD}}{\overline{AB}}$$

  

  lässt sich die Geometrie der Zähnepaarung bestimmen. Dabei wird eine Gerade vom Punkt E zum Krümmungsmittelpunkt des jeweiligen Hohradzahnes gezogen. Im Schnittpunkt dieser Geraden mit dem Hohlradzahn entsteht ein erster Kontaktpunkt Y. Anschließen wird der Wellgenerator im Drehwinkel α und das Hohlrad im Winkel i × α gedreht. Für jeden Drehwinkel α wird ein weiterer Kontaktpunkt Y', Y'', ... erzeugt, der ortsfest mit dem Zahnelemente ist. Infolgedessen entstehen die weiteren Kontaktpunkte Y', Y'', ..., die jeweils ortsfest zum Zahnelement 16 gebildet werden. Damit bilden die Kontaktpunkte Y, Y', ... die Zahnkontur des Zahnelements 16 mit den in der Nähe des Zahnelementes liegenden Zähnen der Innenverzahnung 8.
• 4 zeigt ein Zahnelement als Einzelteil mit dessen Innenkontur 30 und der Druckfeder 72. Die Geometrie der Innenkontur 30 ist bei allen Zahnelementen gleich.
• Die Zähne der Außenverzahnung 32 sind symmetrisch zur Zahnelement-Symmetrielinie 31. Die Zahl der Zähne des Zahnelementes ist ungerade, sodass es einen mittleren Zahn und äußere Zähne gibt. Nur der mittlere Zahn, dessen Zahnspitze auf der Zahnelement-Symmetrielinie 31 liegt, weist beiderseits der Zahnelement-Symmetrielinie 31 gleiche bzw. spiegelsymmetrisch zueinander geformte Zahnflanken auf. Bei jedem der äußeren Zähne hat die linksseitige Zahnflanke eine andere Kontur als die rechtsseitigen Zahnflanke des betrachteten äußeren Zahns. D.h., die beiden Zahnflanken jedes äußeren Zahns sind nicht spiegelsymmetrisch. Die linksseitig äußeren Zähne sind jedoch bezüglich der Zahnelement-Symmetrielinie spiegelsymmetrisch zu den rechtsseitig äußeren Zähnen. Selbstverständlich ist auch eine gerade Zähnezahl pro Zahnelement möglich, wobei dann ebenfalls die Zähne symmetrisch zur Zahnelement-Symmetrielinie sind.
• Jedes der Zahnelemente 14 bzw. 16 bzw. 18 bzw. 20 bzw. 22 weist ein Sackloch 70 auf, in dem eine Druckfeder 72 aufgenommen ist. Die Druckfeder 72 gewährleistet, dass die Außenverzahnung 32 des Zahnelements sicher aus dem Eingriffe mit der Innenverzahnung 8 herausgebracht wird. Sofern sich eine Mitnehmerkörper-Symmetrieebene 74 (siehe 1) eines betrachteten Zahnelements in einem Winkelbereich von 40° bis 60° relativ zur Wellgenerator-Symmetrieebene 54 bzw. Wellgenerator-Symmetrielinie 55 befindet, wirken keine maßgeblichen Kräfte mehr auf das Zahnelement des betrachteten Mitnehmerkörpers 26. In diesem Winkelbereich von 40° bis 60° entspannt sich die Druckfeder zumindest teilweise. Durch die Vorspannkraft der Druckfeder wird das Zahnelement in Richtung der Getriebezentralachse A_A verlagert, weil der Mitnehmerkörper 26 gegen den radial äußersten Bereich der Innenkontur 30 gedrückt wird.
• Nachfolgend wird der Betrieb des Stellgetriebes 2 erläutert:
• Zahnelemente 14 bzw. 16 bzw. 18 bzw. 20 bzw. 22 übertragen im Betrieb nur dann ein Drehmoment, wenn die Zähne des jeweiligen Zahnelementes im Zahnkontakt mit der Innenverzahnung stehen. Einen solchen drehmomentübertragenden Zahnkontakt hat das Zahnelement jedoch nur über einen begrenzten Kraftübertragungswinkel. Dieser Kraftübertragungswinkel kann beispielsweise 50° betragen. Der Kraftübertragungswinkel kann jedoch auch etwas größer oder kleiner als 50° sein. So kann ein erster Schenkel dieses Kraftübertragungswinkels beispielsweise zwischen 5° und 15° liegen, wohingegen der zweite Schenkel dieses Kraftübertragungswinkels zwischen 35° und 60° liegt, wobei die besagten 5° ausgehend von der Wellgenerator-Symmetrieebene 55 zu sehen sind, die in 1 in der zwölf Uhr bzw. 0° Position dargestellt ist, wobei das betroffene Zahnelement 14 ebenfalls in dieser 0° Position dargestellt ist. D.h. das betroffene Zahnelement 14 überträgt in der 0° Position von 1 noch kein Drehmoment. Eine Drehmomentübertragung erfolgt beispielsweise frühestens ab ca. 5° bzw. spätestens ab 15°.
• Eines der Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 beginnt, an den Zahnkontakten Kraft bzw. ein Drehmoment vom Mitnehmerrad 24 auf das Hohlrad 6 zu übertragen, sobald die Wellgenerator-Symmetrieebene 54 einen Drehwinkel von 10° vom dazugehörigen Mitnehmerkörper 26 entfernt ist. Das Ende der Kraftübertragung ist erreicht, wenn die Wellgenerator-Symmetrielinie 55 einen Drehwinkel von 50° vom Mitnehmerkörper 26 überschritten hat. Der Beginn der Kraftübertragung braucht nicht bei einem Drehwinkel von exakt 10° liegen, sondern kann in einem Bereich von 5°-15° liegen. Das Ende der Kraftübertragung braucht nicht bei einem Drehwinkel von exakt 50° liegen, sondern kann in einem Bereich von 40°-60° liegen. Außerhalb dieses kraftübertragenden Drehwinkel-Bereiches von 5° bis 60° gibt es keine Kraftübertragung und auch keine eindeutig definierten Momentanpole M_E, M_D des jeweils betrachteten Zahnelementes.
• Da das vorstehend genannte Stellgetriebe 2 fünf gleichmäßig am Umfang verteilte Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 hat, kann immer mindestens eines dieser fünf Zahnelemente 14, 16, 18, 20, 22 an dessen Zahnflanken Kraft auf die Innenverzahnung 8 des Hohlrades 6 übertragen. Dieses eine Zahnelement wird nachfolgend auch als hauptkraftübertragendes Zahnelement bezeichnet. Das hauptkraftübertragende Zahnelement wechselt jedes Mal auf eines der gegenüberliegenden Zahnelemente, wenn die Eingangswelle um 36° weitergedreht wird.
• Es kann jedoch auch eine andere Zahl von Zahnelementen vorgesehen sein. Auch muss die Zahl der Zahnelemente nicht ungerade sein, sondern kann auch gerade sein.
• 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stellgetriebes 102, das analog zu 1 und 2 ausgeführt ist, jedoch die doppelte Zahl von Zahnelementen aufweist. Sofern auf Bauteile nicht näher eingegangen wird, sind diese Bauteile identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Wellgenerator 110 nicht direkt im Mitnehmerrad 124 gelagert. Stattdessen ist die Antriebswelle 90 ein vom Wellgenerator 110 getrenntes Bauteil. Die Antriebswelle 110 ist im Mitnehmerrad 124 gelagert. Die Antriebswelle 110 ist mit einem Innenteil 142 des Wellgenerators 110 über eine Welle-Nabe-Verbindung drehmomentübertragend verbunden. Die Welle-Nabe-Verbindung gleicht im Betrieb des Stellgetriebes 102 einen Achsversatz zwischen der Antriebswelle 90 und dem Innenteil 142 aus. Die Welle-Nabe-Verbindung ermöglicht es dabei, dass sich der Innenkörper relativ zur Antriebswelle 90 in Richtung einer Wellgenerator-Symmetrieebene 154 bzw. einer Wellgenerator-Symmetrielinie 155 verschiebt.
• Dazu weist das Innenteil 142 eine Zweikant-Ausnehmung auf, in die ein Zweikant-Zapfen der Antriebswelle eingesteckt ist. Seitliche Abflachungen der Zweikant-Ausnehmung und des Zweikant-Zapfens erstrecken sich parallel zur Wellgenerator-Symmetrieebene 154 . Durch die gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel relativ hohe Zahl von Zahnelementen und durch die gerade Zahl von Zahnelementen gibt es immer zwei diametral gegenüberliegende Zahnelemente, die in einem hauptkraftübertragenden Zustand sind. Durch die besondere Ausgestaltung der Welle-Nabe-Verbindung, die eine Beweglichkeit des Innenkörpers 142 relativ zur Antriebswelle 90 ausschließlich in Richtung der Wellgenerator-Symmetrieebene 154 erlaubt, kann sich die Position des Wellgenerators 110 immer in der Weise ausgleichen, dass an den beiden hauptkraftübertragenden Zahnelementen immer gleichhohe Kräfte wirken.
• 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiele eines Stellgetriebes 202, das analog zum ersten Ausführungsbeispiel fünf Zahnelemente 214, 216, 218, 220, 222 aufweist. Sofern auf Bauteile nicht näher eingegangen wird, sind diese Bauteile identisch dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt.
• Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein anderer Wellgenerator 210 vorgesehen. Der Wellgenerator 210 weist anstelle von mehreren Wälzlagern ein einziges Wälzlager 238 mit einer Lauffläche 236 auf, die aus zwei Kreisbögen zusammengesetzt und insofern oval ist. Diese ovale Form findet sich in einem Außenring 245 mit der Lauffläche 236, einem gehärteten Innenring 291 und einem Innenteil 242. Zwischen dem Außenring 245 und dem Innenring 291 sind die Wälzkörper 242 angeordnet. Im Betrieb des Stellgetriebes 202 wird der Außenring 245 elastisch verformt, wozu der Außenring 245 relativ dünn ist, insbesondere dünner als ein Durchmesser der Wälzkörper 242. Anstelle von einem Lagerkäfig werden die Wälzkörper 242 von dem Außenring 245 zusammengehalten. Die beiden Kreisbögen weisen Mittelpunkte auf, die auf Exzenterachsen A_B, A_C liegen.
• In der Bezugsebene bilden die Zahnelement-Symmetrielinien 31 zwei Schenkel, die einen Winkel β aufspannen. Die Exzenterachse A_B bildet den Scheitelpunkt dieses Winkels β. Die Zahnelemente 214, 216, 218, 220, 222 weisen sowohl einen umfangsmäßigen Funktionsabstand 227 als auch einen radialen Funktionsabstand 229 gegenüber den Mitnehmerkörpern und somit gegenüber dem Mitnehmerrad 24 auf. Infolgedessen ändert sich in einem Betrieb des Stellgetriebes 202 der Winkel β ständig. Dieser Zusammenhang gilt auch für die Stellgetriebe 2, 102 nach dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Zusammenhang wurde jedoch nur für das dritte Ausführungsbeispiel zeichnerisch dargestellt, um insbesondere die 1 und 2 zeichnerisch nicht zu überfrachten.
• Der elastisch verformbare relativ dünne Außenring 245 des Wellgenerator 210 nach 6 kann auch bei einem Wellengenerator nach 1 oder 5 vorgesehen sein. In diesem Fall ist solch ein elastisch verformbarer Außenring radial zwischen
• - den axial und parallel versetzt zueinander angeordneten kreisrunden Wälzlagern einerseits und
• - den Zahnelementen andererseits
angeordnet.
• Die Zahnelemente können bei alternativen Ausführungsformen elastisch aneinander abgestützt sein. Auf die Führungsbolzen kann bei diesen oder weiteren alternativen Ausführungsformen verzichtet werden.
• Die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele können auch in beliebiger Weise untereinander bzw. miteinander kombiniert werden.
• Wenn der Mitnehmerkörper 26 entsprechend der zeichnerischen Darstellung bewegungsfest am Mitnehmerrad 24 angeordnet ist, kann er ein vom zugehörigen Zahnelement 14, 16, 18, 20, 22 separat gefertigtes Bauteil sein.
• Bei sämtlichen Stellgetrieben kann alternativ auch eine kinematische Umkehr von Mitnehmerkörper und Innenkontur erfolgen. In diesem Fall wäre der Mitnehmerkörper am Zahnelement und die Innenkontur am Mitnehmerrad angeordnet. Der Mitnehmerkörper ist dann also bewegungsfest an den Zahnelementen angeordnet und gegenüber dem Mitnehmerrad begrenzt beweglich. In diesem Fall könnten die Mitnehmerkörper oder sogar das Zahnelement selbst in Ausnehmungen des Mitnehmerrades eingreifen und mit einer Innenkontur des Mitnehmerrades Kontaktstellen aufweisen.
• Wenn der Mitnehmerkörper 26 bewegungsfest am Zahnelement angeordnet ist, kann er ein vom Zahnelement separat gefertigtes Bauteil oder einteilig mit dem Zahnelement sein.
• In alternativen Ausführungsformen ist die Zahl der Zähne des Zahnelementes gerade, sodass es keinen umfangsmäßig mittleren Zahn gibt.
• Bei einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich zumindest ein Federelement umfangsmäßig. Das Federelement kann als Federring ähnlich dem aus DE 10 2020 002 965 A1 bekannten Federring ausgeführt sein. Der Federring kann auch einteilig mit den Zahnelementen ausgeführt sein, so wie es aus EP 3 779 239 B1 bekannt ist. Dieser aus EP 3 779 239 B1 bekannte Federring stellt sich als eine Vielzahl von Stegen dar, die jeweils umfangsmäßig zwischen zwei Zahnelementen angeordnet sind und dabei einteilig mit den Zahnelementen sind. Diese Stege können zumindest eine Welle aufweisen. Durch die Welligkeit der Stege sind dieselben relativ weich, was die Beweglichkeit der Zahnelement in Relation zueinander erleichtert. Alternativ zur Einteiligkeit mit den Zahnelementen kann auch eine Vielzahl einzelner Federelemente vorgesehen sein, die jeweils zwischen zwei Zahnelementen angeordnet sind. Insofern können die Federelemente bzw. kann das Federelement einteilig oder segmentiert sein. Ein oder mehrere Federelemente müssen jedoch nicht unbedingt vorhanden sein.
• Die Öffnungen zur Aufnahme der Mitnehmerkörper in den Zahnelementen können auch radial so weit außen an den Zahnelementen angeordnet sein, das die Zahnelemente radial außen offen sind, so wie das aus WO 2016/165684 A2 bekannt ist. In diesem Fall ist dann also kein Material des jeweiligen Zahnelementes zwischen dem zugehörigen Mitnehmerkörper und der Innenverzahnung des Hohlrades vorgesehen. Alternativ können die Öffnungen zur Aufnahme der Mitnehmerkörper in den Zahnelementen auch radial so weit innen an den Zahnelementen angeordnet sein, das die Zahnelemente radial innen offen sind. In diesem Fall ist dann also kein Material des jeweiligen Zahnelementes zwischen dem zugehörigen Mitnehmerkörper und dem Wellgenerator vorgesehen.
• Egal ob die Öffnung radial außen oder radial innen angeordnet ist, jedenfalls ist die jeweilige Öffnung dann umfangsmäßig mittig am zugeordneten Zahnelement angeordnet.
• Die Mitnehmerkörper können auch einen Querschnitt haben, der nicht rund ist. Insbesondere kann der Querschnitt dort abgeflacht sein, wo der Mitnehmerkörper nicht in Kontakt mit dem Zahnelement kommt. Jedoch kann der Mitnehmerkörper bei entsprechender Innenkontur des Zahnelements auch anderen Formen, beispielswiese ein Quadrat sein.
• Anstelle der kreisrunden Momentanpolbahn 66 kann für die Bestimmung der Innkontur auch eine andere Momentanpolbahn gewählt werden, wie beispielsweise die aus 2 ersichtliche Gerade 67.
• Auf die Sacklöcher und insbesondere auch auf die Druckfedern in den Zahnelementen kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ersatzlos verzichtet werden.
• Bezugszeichenliste

2

Stellgetriebe

6

Hohlrad

8

Innenverzahnung

10,210

Wellgenerator

14

Zahnelement

16

Zahnelement

18

Zahnelement

20

Zahnelement

22

Zahnelement

24

Mitnehmerrad

26

Mitnehmerkörper

27

umfangsmäßiger Funktionsabstand

28

Öffnungen

29

radialer Funktionsabstand

30

Innenkontur

31

Zahnelement-Symmetrielinie

32

Außenverzahnung

34

Anlagen

36

Lauffläche

38, 40, 230

Wälzlager

42

Innenteile

44

Wälzkörper

45,46

Außenringe

48

Führungskörper

54

Wellgenerator-Symmetrieebene

55

Wellgenerator-Symmetrielinie

56

Referenzlinie

66

Momentanpolbahn

67

Gerade

70

Sackloch

72

Druckfeder

74

Mitnehmerkörper-Symmetrieebene

76

radial äußerster Bereich der Innenkontur

78, 80, 82, 84, 88

Verfahrensschritte

86

Verzweigung

90

Antriebswelle

92

Mittelpunkt/Krümmungszentrum

102

Stellgetriebe

110

Wellgenerator

124

Mitnehmerrad

154

Wellgenerator-Symmetrieebene

155

Wellgenerator-Symmetrielinie

202

Stellgetriebe

214 bis 222

Zahnelemente

227

umfangsmäßiger Funktionsabstand

229

radialer Funktionsabstand

238

Wälzlager

236

Lauffläche

242

Innenteil

244

Wälzkörper

245

Außenring

291

Innenring

AA

Getriebezentralachse

AB, AC

Exzenterachsen

MA, MB ME, MD

Momentanpole

A, B, E, D

Punkte

X1, X2

Kontaktstellen

N1, N2

Kontaktnormale

N3, N4

Geraden

F1, F2

Flächenschwerpunkte

S1, S2

Schenkel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102022000408 A1 [0002]
• DE 102020002965 A1 [0003, 0020, 0022, 0099]
• EP 3779239 B1 [0003, 0020, 0022, 0099]
• WO 2016165684 A2 [0100]

Claims (7)

1. Stellgetriebe (2), umfassend: - ein konzentrisch zu einer Getriebezentralachse (A_A) angeordnetes im Wesentlichen starres Hohlrad (6) mit einer Innenverzahnung (8); - einen Wellgenerator (10) mit einer Exzenterachse (A_B), die parallel versetzt zur Getriebezentralachse (A_A) um dieselbe umläuft; - Zahnelemente (14, 16, 18, 20, 22), die jeweils - radial zwischen dem Hohlrad (6) und dem Wellgenerator (10) angeordnet sind, - eine Außenverzahnung (32) aufweisen, die in die Innenverzahnung (8) greift, und - eine Anlage (34) aufweisen, die an einer Lauffläche (36) des Wellgenerators (10) anliegt; und - ein Mitnehmerrad (24), gegenüber dem die Zahnelemente (14, 16, 18, 20, 22) - begrenzt beweglich und - umfangsmäßig abstützbar sind, wobei die Getriebezentralachse (A_A) und die Exzenterachse (12) eine Wellgenerator-Symmetrieebene (54) aufspannen, die eine senkrecht zur Getriebezentralachse (A_A) liegende Bezugsebene in einer Wellgenerator-Symmetrielinie (55) schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass Zahnflanken der Innenverzahnung (8) und der Außenverzahnung (32) derart zueinander passen, dass in der Bezugsebene zwei Momentanpole (M_E, M_D) der Zahnelemente (16, 14), die in einem Betrieb des Stellgetriebes (2) kraftübertragend sind, stets auf der Wellgenerator-Symmetrielinie (55) bleiben.
2. Stellgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste der Momentanpole (M_E) des Zahnelementes (16 bzw. 14) der Momentanpol (M_E) des Zahnelements (16 bzw. 14) relativ zum Hohlrad (6) ist und dass - der zweite der Momentanpole (M_D) des Zahnelementes (16 bzw. 14) der Momentanpol (M_D) des Zahnelements (16 bzw. 14) relativ zum Mitnehmerrad (24) ist.
3. Stellgetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, sich in einem Betrieb des Stellgetriebes (202) ein Winkel (β) ständig ändert, der in der Bezugsebene zwischen den beiden Zahnelement-Symmetrielinien (31) aufgespannt ist, deren Scheitelpunkt auf der Exzenterachse (A_B) liegt.
4. Stellgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellgenerator (10) zwei Exzenterachsen (A_B, Ac) aufweist, die bezüglich der Getriebezentralachse (A_A) diametral zueinander liegen und gleichen Abstand zur Getriebezentralachse (A_A) haben.
5. Stellgetriebe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerrad (24) bewegungsfest mit demselben verbundene Mitnehmerkörper (26) aufweist, die sich in einer Richtung parallel zur Getriebezentralachse (A_A) innerhalb von Öffnungen (28) der Zahnelemente (14, 16, 18, 20, 22) erstrecken, dass die Öffnungen (28) von Innenkonturen (30) begrenzt sind, die einen radialen Funktionsabstand (29) zu dem jeweiligen Mitnehmerkörper (24) aufweisen.
6. Stellgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (32) zumindest drei Zähne aufweist, von denen zwei als umfangsmäßig äußere Zähne beidseitig einer Zahnelement-Symmetrieebene (31) und spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei jeder der beiden äußeren Zähne zwei voneinander abgewandte Zahnflanken aufweist, die unterschiedliche Form haben und so geformt sind, dass sich Kontaktnormale (N1 bzw. N2) an Zahnkontakten der äußeren Zähne mit der Innenverzahnung (8) in dem ersten Momentanpol (M_E) schneiden.
7. Verfahren zur Bestimmung der Innenkontur (30) des Zahnelements (14) des Stellgetriebes (2) einer Kombination der Ansprüche 5 und 2, dadurch gekennzeichnet dass die Form der Innenkontur (30) über deren Kontaktstellen (X2, X2', X2'') mit dem zugehörigen Mitnehmerköper (26) bestimmt wird, indem die Wellgenerator-Symmetrielinie (55) rechnerisch oder zeichnerisch inkrementweise jeweils um einem Winkel (α, α' α'') weitergedreht wird und dabei für jeden der Winkel (α, α' α'') jeweils ein Gerade N3 bestimmt wird, die - in der Bezugsebene verläuft, - den zweiten Momentanpol (M_D) schneidet, - ein Krümmungszentrum, insbesondere einen Mittelpunkt (92) des Mitnehmerkörpers (26) schneidet, und - die jeweilige Kontaktstelle (X2, X2', X2'') schneidet, wobei jede der Kontaktstellen (X2, X2', X2'') nur einem einzigen der Winkel (α, α' α'') zugeordnet ist.

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