DE112020004099T5

DE112020004099T5 - Rein rollende zykloidgetriebe mit rollen mit variablem effektivem durchmesser und rolleneinschränkungen

Info

Publication number: DE112020004099T5
Application number: DE112020004099.2T
Authority: DE
Inventors: Alexander KERNBAUM; Murphy Kitchell
Original assignee: SRI International Inc; Stanford Research Institute
Current assignee: SRI International Inc
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2022-06-09
Also published as: JP2022546298A; CN114585831B; CN114585831A; WO2021041564A1; KR102651399B1; US11674564B2; KR20220051371A; JP7441935B2; US20220290739A1

Abstract

Es ist eine Reihe verschiedener Getriebe, und Verbesserungen davon, mit einem verbesserten Wirkungsgrad und anderen Vorteilen vorgesehen. Die Getriebe umfassen ein oder mehrere innere Elemente, die durch einen oder mehrere Nocken angetrieben werden, oder andere Mittel, um in eine Präzessionsdrehung um eine Drehachse einzugreifen, die ihrerseits um eine primäre Drehachse kreist. Eine Mehrzahl von Formrollen steht mit geformten Ausschnitten auf dem/den inneren Element(en) und auf einem Erdungselement in Kontakt, so dass ein(e) über den Nocken aufgebrachte(s) Eingangsdrehung/-drehmoment als Ausgangsdrehung/-drehmoment an einem Abtriebselement realisiert wird, das mit dem/den inneren Element(en) gekoppelt ist. Die Rollen und Kontaktflächen sind so geformt, dass die Rollen in eine Rollbewegung relativ zu den Kontaktflächen eingreifen, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt. Es können mehrere innere Elemente und entsprechende Sätze von Formrollen vorgesehen werden, um die Leistungskapazität zu erhöhen, Drehmomentwelligkeit zu verringern, Taumeln zu reduzieren oder andere Vorteile zu bieten.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 26. August 2019 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 62/891,551 , die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Diese Anmeldung schließt auch durch Bezugnahme den Inhalt der am 21. Dezember 2017 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 15/738,706 ein.
HINTERGRUND
Sofern hierin nicht anders angegeben, sind die in diesem Abschnitt beschriebenen Materialien nicht Stand der Technik für die Ansprüche in dieser Anmeldung und werden nicht als Stand der Technik durch Aufnahme in diesen Abschnitt zugelassen.
Der Begriff „Getriebe“ kann sich allgemein auf Systeme beziehen, die Drehzahl- und Drehmomentumwandlungen von einer rotierenden Energiequelle auf ein anderes Gerät bereitstellen. Solche Getriebe können in Industriemaschinen, medizinischen Robotern und Haushaltselektronik zum Einsatz kommen. Bei der Auswahl oder Konstruktion eines Getriebes müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zu den Faktoren gehören beispielsweise Lastkapazität, Wirkungsgrad und Kosten.
Getriebe werden als Teil einer Reihe verschiedener Mechanismen eingesetzt, um einen mechanischen Vorteil zwischen einem Eingangsdrehmoment und einem Ausgangsdrehmoment zu erzielen. So kann ein Getriebe vorhanden sein, um Eigenschaften eines Motors, einer Maschine, einer Turbine oder eines anderen Drehmomentgenerators (z. B. eine Drehmoment-Drehzahl-Kurve, eine Wirkungsgradkurve) an Eigenschaften eines Effektors, eines Rades, eines Generators oder einer anderen beabsichtigten Anwendung für ein erzeugtes Drehmoment anzupassen. Ein Getriebe kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein, um die/das von einem Verbrennungsmotor erzeugte hohe Drehzahl und relativ niedrigere Drehmoment an niedrigere Drehzahl- und höhere Drehmomentanforderungen für den Antrieb der Fahrzeugräder anzupassen. In einem anderen Beispiel kann ein Getriebe vorgesehen sein, um einen Verbrennungsmotor mit einem Generator zu koppeln, so dass sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Generator mit jeweils effizienten Drehzahlen betrieben werden.
Im Rahmen einer Reihe verschiedener Mechanismen sind Kupplungen zum Koppeln von Wellen oder anderen rotierenden mechanischen Elementen eingeschlossen, so dass Drehmomente und Drehungen zwischen den mechanischen Elementen übertragen werden können. Eine Kupplung kann so konfiguriert sein, dass sie die Übertragung von Drehungen/Drehmomenten zwischen Wellen mit versetzten Drehachsen, mit nicht parallelen Drehachsen oder mit anderen Unterschieden in Bezug auf ihre Drehachsen zulässt. Eine Oldham-Kupplung koppelt beispielsweise zwei Wellen mit parallelen, aber versetzten Drehachsen. In einigen Beispielen kann eine Kupplung so konfiguriert sein, dass sich die Wellen (oder andere gekoppelte, rotierende mechanische Elemente) im Laufe der Zeit in Bezug auf die Lage und/oder den Winkel ihrer Drehachsen verändern können. Zum Beispiel koppelt ein Kardangelenk zwei Wellen, deren Drehachsen in unterschiedlichen Winkeln zueinander stehen, und lässt es zu, dass sich diese Winkel im Laufe der Zeit verändern.
Kupplungen können als Teil eines anderen Mechanismus vorgesehen sein. Zum Beispiel kann ein Getriebe eine oder mehrere Kupplungen enthalten, um die Drehung von Elementen innerhalb des Getriebes zu koppeln. Insbesondere umfasst eine Reihe verschiedener Getriebe (z. B. ein Zykloidantrieb) ein oder mehrere Elemente, die in eine zykloidale Bewegung eingreifen und mit einer Abtriebswelle (oder einem anderen Abtriebselement) des Getriebes gekoppelt sind. Eine solche zykloidale Bewegung kann als Drehung um eine Drehachse beschrieben werden, die ihrerseits um eine andere Drehachse kreist. In einem Zykloidantrieb oder in anderen Mechanismen kann die Drehachse eines ersten Elements (z. B. eines Zykloidrades) um die Drehachse eines Abtriebselements kreisen (z. B. wenn das erste Element durch einen mit einem Eingang des Mechanismus gekoppelten Nocken angetrieben wird). Der Versatz zwischen der Drehachse des ersten Elements und der Drehachse des Abtriebselements kann im Wesentlichen konstant bleiben.
ZUSAMMENFASSUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Getriebe bereit, umfassend: (i) ein Sonnenrad (sun gear); (ii) ein Eingangselement (input member), das mit dem Sonnenrad gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des Sonnenrads führt, (iii) zwei oder mehr Planetenräder (planet gears), die in Zahnradkontakt mit dem Sonnenrad stehen; (iv) zwei oder mehr Nocken (cams), wobei jeder der zwei oder mehr Nocken mit einem jeweiligen der zwei oder mehr Planetenräder gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Sonnenrads zu einer Drehung jedes der zwei oder mehr Nocken führt; (v) ein exzentrisches Element (eccentric member), das mit den zwei oder mehr Nocken gekoppelt ist, so dass eine Drehung der zwei oder mehr Nocken zu einer exzentrischen Bewegung des exzentrischen Elements führt, wobei das exzentrische Element zwei Kontaktflächen aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (vi) ein Erdungselement (Masseelement, ground member), das mindestens zwei Kontaktflächen aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (vii) ein Abtriebselement (output member), das mit dem exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt, (viii) eine Mehrzahl von Rollen (rollers), wobei jede Rolle der Mehrzahl von Rollen mit den Kontaktflächen des exzentrischen Elements und des Erdungselements in Kontakt steht, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Getriebe bereit, umfassend: (i) ein Eingangselement; (ii) ein erstes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt, wobei das erste exzentrische Element eine erste und eine zweite Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (iii) ein zweites exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des zweiten exzentrischen Elements führt, wobei das zweite exzentrische Element eine dritte und eine vierte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (iv) ein Erdungselement, das (1) eine fünfte und eine sechste Kontaktfläche, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und (2) eine siebte und eine achte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (v) ein Abtriebselement, das mit dem ersten und zweiten exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt; (vi) eine erste Mehrzahl von Rollen und eine zweite Mehrzahl von Rollen, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit der ersten, zweiten, fünften und sechsten Kontaktfläche in Kontakt steht und jede Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen mit der dritten, vierten, siebten und achten Kontaktfläche in Kontakt steht, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit einer entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen über ein jeweiliges Mittelebenen-Einschränkungselement gekoppelt ist, das in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad die Position und Drehung der Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zu der entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen einschränkt.
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Getriebe bereit, umfassend: (i) ein Eingangselement; (ii) ein erstes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt; (iii) ein zweites exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des zweiten exzentrischen Elements phasengleich mit der exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt, wobei das erste und zweite exzentrische Element jeweils eine erste und eine zweite Kontaktfläche aufweisen, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (iv) ein drittes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des dritten exzentrischen Elements führt, wobei das dritte exzentrische Element eine dritte und eine vierte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und wobei sich das dritte exzentrische Element zwischen dem ersten exzentrischen Element und dem zweiten exzentrischen Element befindet, (v) ein Erdungselement, das (1) eine fünfte und eine sechste Kontaktfläche, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und (2) eine siebte und eine achte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; (vi) ein Abtriebselement, das mit dem ersten, zweiten und dritten exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des ersten, zweiten und dritten exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt; (vii) eine erste Mehrzahl von Rollen und eine zweite Mehrzahl von Rollen, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit der ersten, zweiten, fünften und sechsten Kontaktfläche in Kontakt steht und jede Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen mit der dritten, vierten, siebten und achten Kontaktfläche in Kontakt steht, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit einer entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen über ein jeweiliges Mittelebenen-Einschränkungselement gekoppelt ist, das in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad die Position und Drehung der Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zu der entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen einschränkt.
Diese sowie andere Aspekte, Vorteile und Alternativen werden für die Fachperson nach der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung, gegebenenfalls unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, deutlich.
Figurenliste
1A zeigt einen Kreis, der innerhalb eines Rings rollt, gemäß einem Ausführungsbeispiel.

1B zeigt eine Zykloidkurve, die aus dem Rollen eines Kreises innerhalb eines Rings resultiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2A zeigt einen ersten Ring gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2B zeigt einen zweiten Ring, der innerhalb eines offenen ringförmigen Raums des in 2A gezeigten ersten Rings drehbar ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2C zeigt eine Zykloidantriebsvorrichtung mit dem zweiten Ring aus 2B, der innerhalb des ersten Rings aus 2A drehbar ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2D zeigt ein vereinfachtes Diagramm der in 2C gezeigten Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
3 zeigt ein vereinfachtes Diagramm einer Vorrichtung mit zwei Rollensätzen, um 180 Grad phasenverschoben angetrieben, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
4 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Beispielgetriebes.
5A zeigt im Querschnitt zwei parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5B zeigt im Querschnitt vier parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5C zeigt im Querschnitt vier parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5D zeigt im Querschnitt zwei parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5E zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht zwei parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6A zeigt im Querschnitt Rollen und andere Elemente von zwei parallel geschalteten und voneinander versetzten Teilgetrieben gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6B zeigt im Querschnitt Rollen und andere Elemente von zwei parallel geschalteten und voneinander versetzten Teilgetrieben gemäß einem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht Rollen und andere Elemente von zwei parallel geschalteten und voneinander versetzten Teilgetrieben gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8A zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht zwei parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8B zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht zwei parallel geschaltete und voneinander versetzte Teilgetriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden. In den Figuren bezeichnen ähnliche Symbole in der Regel ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorschreibt. Die in der detaillierten Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen beschriebenen illustrativen Ausführungsformen sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet und andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang des hierin präsentierten Gegenstandes abzuweichen. Es wird leicht zu verstehen sein, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie hierin allgemein beschrieben und in den Figuren dargestellt, in einer breiten Palette von verschiedenen Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert, getrennt und gestaltet werden können, die hierin alle ausdrücklich in Betracht gezogen werden.
I. Überblick
Es werden hierin Getriebe bereitgestellt, die ein inneres Element enthalten, das als Reaktion auf den Antrieb durch einen Eingang über einen oder mehrere Nocken in eine Präzessionsdrehung um eine Drehachse eingreift, die ihrerseits um eine primäre Drehachse des Getriebes kreist. Diese Präzessionsbewegung ist mit einem Ausgang des Getriebes gekoppelt, um eine Umwandlung zwischen dem/r Drehmoment/Drehung des Eingangs und des Ausgangs gemäß einem Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ermöglichen. Reaktionskräfte werden zwischen dem inneren Element und einer Masse des Getriebes über eine Mehrzahl von Formrollen übertragen. Die Formrollen stehen mit dem inneren Element und der Masse über geformte Kontaktflächen in Kontakt, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, so dass die Formrollen bei der Drehung des inneren Elements in eine Rollbewegung relativ zu den Kontaktflächen eingreifen. Diese Rollbewegung führt dazu, dass das Getriebe einen hohen Wirkungsgrad, ein hohes Kraft-/Drehmomentleistung, eine längere Lebensdauer und andere Vorteile aufweist.
In einigen Ausführungsformen sind mehrere solcher Getriebe parallel geschaltet. Dies kann geschehen, um die Lastkapazität des Kombinationsgetriebes zu erhöhen, um die Lebensdauer des Kombinationsgetriebes zu verlängern oder um andere Vorteile zu bieten. Beispielsweise können die verschiedenen Teilgetriebe eines solchen Kombinationsgetriebes in unterschiedlichen Phasen relativ zueinander angetrieben werden (z. B. indem sie von jeweils unterschiedlichen Nocken angetrieben werden, die mit einem einzigen Eingang mit jeweils unterschiedlichen Winkelversätzen relativ zueinander gekoppelt sind). Eine solche Anordnung kann eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit bewirken. Zusätzlich oder alternativ kann die relative Phasenlage der einzelnen Getriebe so festgelegt werden, dass Translations- und/oder Rotationsschwingungen oder Taumeln des Getriebes während des Betriebs aufgrund der Bewegung außermittiger Massen (z. B. die Bewegung der inneren Elemente der verschiedenen Getriebe) reduziert werden. Dazu kann gehören, eines der Teilgetriebe so zu unterteilen, dass seine Elemente auf beiden Seiten eines zentralen Teilgetriebes angeordnet sind, so dass die rotierenden Massen des zentralen und geteilten Getriebes während des Betriebs des Kombinationsgetriebes vollständig ausgeglichen sind.
Wenn zwei (oder mehr) Getriebe eines solchen Kombinationsgetriebes eine relative Phase von ungefähr 180 Grad haben, können die Rollen der beiden Getriebe miteinander gekoppelt werden, um die Drehphase der Rollen beizubehalten. Dies kann geschehen, um zu verhindern, dass Drehphasen, Orientierung, Position oder andere Eigenschaften der Rollen fehlausgerichtet oder anderweitig suboptimal sind, was zu Verklemmen, erhöhtem Verschleiß, geringerer Lebensdauer, verringerter Übertragungseffizienz oder zu anderen unerwünschten Effekten führen kann. Einzelne Rollen eines Getriebes können mit entsprechenden Rollen eines zweiten Getriebes über ein Mittelebenen-Einschränkungselement gekoppelt werden, das die relative Orientierung und Position der Rollen in allen sechs Freiheitsgraden (z.B. durch Verschmelzen oder anderweitiges starres Koppeln der entsprechenden Rollen miteinander) oder in einer geringeren Anzahl von Freiheitsgraden einschränkt. Beispielsweise könnte ein geformter Stab, ein Satz geformter Elemente oder ein oder mehrere andere Mittelebenen-Einschränkungselemente die relative Drehung entsprechender Rollen einschränken, während die entsprechenden Rollen in Bezug auf die beiden anderen Drehfreiheitsgrade und in Bezug auf die drei Translationsfreiheitsgrade variieren dürfen. Eine solche Kopplung zwischen Rollenpaaren kann es zulassen, dass die Drehphase einer ersten Rolle über von einer zweiten Rolle, mit der die erste Rolle gekoppelt ist, übertragene Drehmomente und/oder Kräfte auch in Abschnitten der Bewegung der ersten Rolle beibehalten wird, die andernfalls nicht ausreichend eingeschränkt sind (z. B. weil die erste Rolle vorübergehend keinen Kontakt mit einer oder mehreren Kontaktflächen hat, mit denen sie normalerweise in Kontakt steht). Eine solche Kopplung schränkt, selbst wenn sie die relative Position und Orientierung eines Rollenpaares in allen sechs Freiheitsgraden einschränkt, die Positionen und Orientierungen der Rollen des Paares nicht unbedingt übermäßig ein.
Ein solches Mittelebenen-Einschränkungselement kann so konfiguriert sein, dass es zusätzliche Vorteile bietet. Beispielsweise könnten ein Käfig oder ein oder mehrere andere Ausrichtungselemente vorgesehen werden, um die relativen Positionen der Mittelebenen-Einschränkungselemente beizubehalten, wodurch die relativen Positionen der damit gekoppelten Rollen beibehalten werden. In einem anderen Beispiel könnten die Mittelebenen-Einschränkungselemente in Zahnradkontakt, Rollkontakt oder einer anderen Kontaktform mit einem inneren Element und/oder einer Masse des Getriebes stehen, wodurch die richtige Drehphase der damit gekoppelten Rollen beibehalten wird.
Ein inneres Element eines Getriebes, wie hierin beschrieben, kann durch einen einzelnen Nocken angetrieben werden oder auf andere Weise mit einem Eingang des Getriebes gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann ein solches inneres Element zusätzlich oder alternativ durch zwei oder mehr Nocken angetrieben werden, die als Planeten in einer Planetengetriebeanordnung wirken, wobei ein Sonnenrad der Planetengetriebeanordnung mit dem Getriebeeingang gekoppelt ist. Dies kann Vorteile im Hinblick auf das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bringen. In einigen Beispielen kann ein Ausgang des Getriebes mit den Achsen der zwei oder mehr Nocken gekoppelt sein, um die Kopplung des inneren Elements mit dem Ausgang zu erleichtern.
II. Beispiel für Getriebe
Der hierin verwendete Begriff „Zykloid-“ bezieht sich auf die Kurve, die ein Punkt auf dem Rand eines kreisförmigen Rades beschreibt, wenn das Rad auf einer geraden oder kreisförmigen Bahn ohne Schlupf rollt. Eine solche Zykloidbewegung ist eine Variante der „exzentrischen Bewegung“ oder „Roulette-Bewegung“, bei der sich ein Objekt um eine Drehachse dreht, die ihrerseits um eine andere Drehachse kreist (z. B. eine Drehachse eines Nockens, der mit einem Element gekoppelt ist, das einer solchen exzentrischen Bewegung unterliegt). In einem Beispiel ergibt sich eine solche exzentrische, Roulette- und/oder zykloidale Bewegung, wenn das kreisförmige Rad innerhalb eines Hauptkreises oder Rings rollt. 1A zeigt einen Kreis 100, der innerhalb eines Rings 102 rollt, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Punkt 104 auf einem Rand des Kreises 100 beschreibt eine Zykloidkurve, wenn sich der Kreis 100 entlang einer Innenfläche des Rings 102 bewegt.
1B zeigt eine Zykloidkurve 106, die aus dem Rollen des Kreises 100 innerhalb des Rings 102 resultiert, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Zykloidkurve 106 wird von dem Punkt 104 beschrieben, wenn der Kreis 100 innerhalb des Rings 102 rollt. Die Bewegung des Kreises 100, während der Ring 102 stationär bleibt, könnte als exzentrische Bewegung bezeichnet werden.
Es werden hierin beispielhafte Getriebesysteme und -vorrichtungen offenbart, die diese exzentrische Bewegung nutzen. Die exzentrische Bewegung für eine bestimmte Ausführungsform wie hierin beschrieben kann Rollen, Lager, Nocken oder andere Elemente umfassen, die in eine zykloidale Bewegung, epizykloidale Bewegung, trochoidale Bewegung oder eine Bewegung gemäß einem/r anderen Roulettepfad und/oder Bahn eingreifen. Diese Systeme und Vorrichtungen können eine vorteilhafte Konfiguration bieten, mit der ein hoher Wirkungsgrad, eine längere Lebensdauer, ein geringes Gewicht, eine höhere Kraft-/Drehmomentleistung, ein kleiner Formfaktor oder andere Vorteile erzielt werden können. Diese Getriebesysteme könnten in Roboteranwendungen eingesetzt werden, bei denen Motoren und Getriebe in einem Abstand vom Hauptkörper eines Roboters montiert werden könnten. Es könnten u. a. auch die Automobilindustrie, die Schwerindustrie und die Energieerzeugung von der Verwendung der hierin beschriebenen Getriebe profitieren.
2A, 2B, 2C und 2D zeigen Elemente eines Beispielgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel. Insbesondere 2A zeigt einen ersten Ring 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der erste Ring 200 hat einen offenen ringförmigen Raum 202 und eine Reihe von Ausschnitten 204A, 204B, 204C, 204D, 204E und 204F mit variabler Breite, die durch Kontaktflächen definiert sind, die an einer inneren Umfangsfläche 206 des ersten Rings 200 angeordnet sind.
2B zeigt einen zweiten Ring 208, der innerhalb des offenen ringförmigen Raums 202 des ersten Rings 200 drehbar ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der zweite Ring 208 hat eine jeweilige Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite, wie z. B. die Ausschnitte 210A, 210B, 210C und 210D, die durch Kontaktflächen definiert sind, die an einer äußeren Umfangsfläche 212 des zweiten Rings 208 angeordnet sind.
Jeder Ausschnitt der Reihe von Ausschnitten 204A-F mit variabler Breite des ersten Rings 200 und der Reihe von Ausschnitten 210A-D mit variabler Breite des zweiten Rings 208 beginnt mit einer ersten Breite an einem ersten Ende des Ausschnitts. Die Breite nimmt dann in der Mitte des Ausschnitts auf eine zweite Breite zu, die größer ist als die erste Breite, und verjüngt sich dann an einem zweiten Ende des Ausschnitts wieder auf die erste Breite. Zur Veranschaulichung hat der Ausschnitt 210A des zweiten Rings 208 ein erstes Ende 214A und ein zweites Ende 214B. Die Breite des Ausschnitts 210A am ersten Ende 214A ist gering. Die Breite nimmt dann allmählich bis zu einer Breite „d“ in der Mitte des Ausschnitts 210A zu und nimmt dann allmählich bis zum zweiten Ende 214B ab, wo die Breite ähnlich der Breite am ersten Ende 214A ist.
2A und 2B zeigen separate Ausschnitte 204A-F und 210A-D, die durch leere Bereiche der inneren Umfangsfläche 206 bzw. der äußeren Umfangsfläche 212 getrennt sind. Zum Beispiel, bezogen auf den in 2A gezeigten ersten Ring 200 bilden die Ausschnitte 204A-F jeweilige Abschnitte einer durchgehenden Kontaktfläche.
In anderen Ausführungsbeispielen können die Flächen 206 und 212 jedoch jeweils eine(n) durchgehende(n) darin angeordnete(n) Kanal oder Rille mit variabler Breite aufweisen. Jede(r) durchgehende Kanal oder Rille mit variabler Breite kann analog zu einer Laufbahn eines Lagers sein. In dieser Analogie funktionieren die Ringe 200 und 208 ähnlich wie die Laufbahnen eines Lagers. Die Breite der Rille mit variabler Breite kann allmählich zwischen einer ersten Breite und einer zweiten Breite, die größer ist als die erste Breite, variieren. Die erste Breite kann beispielsweise ähnlich wie die Breite am ersten Ende 214A des Ausschnitts 210A sein, und die zweite Breite kann ähnlich wie die Breite „d“ in der Mitte des Ausschnitts 210A sein. Die Ausschnitte 204A-F und 210A-D mit variabler Breite können Regionen der Rille mit variabler Breite darstellen, die von der ersten Breite auf die zweite Breite zunehmen und dann wieder auf die erste Breite zurückgehen. Die Ausschnitte 204A-F und 210A-D mit variabler Breite können dann durch Abschnitte wie einen Abschnitt der Rille mit variabler Breite getrennt werden, der die erste Breite oder eine andere Breite aufweist. Auf diese Weise können die Ausschnitte 204A-F und 210A-D mit variabler Breite Abschnitte von jeweiligen durchgehenden Rillen oder Laufbahnen mit variabler Breite sein.
2C zeigt ein Exzenterantriebsgetriebe 216 mit dem zweiten Ring 208, der innerhalb des ersten Rings 200 drehbar ist (z. B. infolge des Antriebs durch einen Nocken, der in der Mitte des zweiten Rings 208 angeordnet und mit einem Eingangselement gekoppelt ist), gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 216 umfasst einen Rollenkäfig 218, der zwischen dem ersten Ring 200 und dem zweiten Ring 208 angeordnet und zum Koppeln mehrerer Formrollen 220A, 220B, 220C, 220D und 220E miteinander konfiguriert ist. Der Rollenkäfig 218 ist in dem offenen ringförmigen Raum 202 des ersten Rings 200 drehbar, wenn die mehreren Rollen 220A-E auf und zwischen der inneren Umfangsfläche 206 des ersten Rings 200 und der äußeren Umfangsfläche 212 des zweiten Rings 208 rollen. Der Rollenkäfig 218 koppelt die Rollen 220A-E so, dass die Rollen 220A-E äquidistant zueinander sind.
Wenn jede Rolle der Rollen 220A-E auf der inneren Umfangsfläche 206 und der äußeren Umfangsfläche 212 des zweiten Rings 208 rollt, durchquert die Rolle die Ausschnitte 204A-F und 210A-D. Wenn eine Rolle der Rollen 220A-E einen Ausschnitt der Ausschnitte 204A-F und 210A-D durchquert, bewegt sich die Rolle von einem Bereich des Ausschnitts mit einer geringen Breite zu einem breiteren Bereich (d. h. in der Nähe einer mittleren Region des Ausschnitts). Wenn die Rolle über den Ausschnitt läuft, greift also ein größerer oder kleinerer Teil der Rolle in den Ausschnitt ein. Insbesondere im breiteren Bereich des Ausschnitts läuft die Rolle tiefer in der Oberfläche, in der sich der Ausschnitt befindet, d. h. in der inneren Umfangsfläche 206 oder der äußeren Umfangsfläche 212. Wenn die Rolle den Ausschnitt durchquert, ändert sich also ein radialer Abstand zwischen der Mitte des ersten Rings 200 und der Rolle.
Zur Veranschaulichung ist, wie in 2C gezeigt, die Rolle 220E weniger mit dem Ausschnitt 204B in Eingriff, wenn sich die Rolle 220E nahe einem Ende des Ausschnitts 204B befindet. Andererseits ist die Rolle 220D stärker mit dem Ausschnitt 204C in Eingriff, d. h. die Rolle 220D liegt tiefer im Ausschnitt 204C, wenn sich die Rolle 220D der Mitte des Ausschnitts 204C nähert. Die Rolle 220C ist noch stärker mit dem Ausschnitt 204D in Eingriff als die Rolle 220D mit dem Ausschnitt 204C, wenn sich die Rolle 220C im Wesentlichen in der Mitte des Ausschnitts 204D befindet. Die Rollen 220A-E verhalten sich ähnlich und greifen mehr oder weniger in die Ausschnitte 210A-D des zweiten Rings 208 ein, wenn die Rollen 220A-E die Ausschnitte 210A-D durchqueren. Die variable Breite der den Ausschnitt definierenden Ausschnitte oder Rillen ist das Mittel, mit dem der effektive Durchmesser der Rollen variiert wird, wenn die Rollen die Ausschnitte oder Rillen durchqueren. Die Variation des effektiven Durchmessers der Rollen ermöglicht die Beibehaltung einer reinen oder nahezu reinen Rollbewegung der Rollen relativ zu den Kontaktflächen der Ringe 200, 208 der Vorrichtung 216.
Wie oben erwähnt, könnten die Ausschnitte 204A-F und 210A-D Teile einer jeweiligen Rille mit variabler Breite sein, die analog zu den Laufbahnen eines Lagers funktioniert. So berührt im Prinzip jede der Rollen 220A-E jede Laufbahn an einem einzigen Punkt. Eine Belastung an einem unendlich kleinen Punkt würde jedoch einen unendlich hohen Kontaktdruck verursachen. In der Praxis verformt sich (abflacht) die Rolle an der Stelle, an der sie jede Laufbahn berührt, geringfügig, ähnlich wie ein Reifen an der Stelle, an der er die Straße berührt, abflacht. Auch die Laufbahn verformt sich leicht an den Stellen, an denen jede Rolle auf sie drückt. Der Kontakt zwischen Rolle und Laufbahn hat also eine endliche Größe und einen endlichen Druck.
In einem Beispiel könnte die Vorrichtung 216 als Zykloid-Drehzahlminderer oder -getriebe arbeiten, der/das zum Reduzieren der Drehzahl einer Eingangswelle um ein bestimmtes Verhältnis konfiguriert ist. Zum Beispiel könnte der zweite Ring 208 über einen Nocken und ein Lager exzentrisch an einer Eingangswelle (nicht gezeigt) montiert sein. In dieser Konfiguration treibt die Eingangswelle den zweiten Ring 208 exzentrisch entlang einer gekrümmten Bahn innerhalb des offenen ringförmigen Raums 202 des ersten Rings 200 an. Weiterhin könnte in einem Beispiel der erste Ring 200 als Stator oder Masse des Drehzahlminderers konfiguriert werden (d. h. der erste Ring 200 könnte fixiert sein). Dann könnte eine Abtriebswelle mit dem zweiten Ring 208 gekoppelt werden, wobei die Abtriebswelle im Vergleich zur Eingangswelle eine reduzierte Drehzahl aufweist. In einem anderen Beispiel könnte der erste Ring 200 mit einer Abtriebswelle gekoppelt und drehbar sein, während der zweite Ring 208 fixiert und zum Arbeiten als Stator des Drehzahlminderers konfiguriert sein könnte. Somit sind die Bezeichnungen Eingang, Ausgang und Stator/Masse in Bezug auf die Ausführungsformen von 2A-F oder an anderer Stelle hierin austauschbar.
Damit die Vorrichtung 216 als ein solches drehzahlveränderndes (z. B. reduzierendes oder erhöhendes) Getriebe arbeiten kann, ist die Gesamtzahl der Ausschnitte 210A-D mit variabler Breite des zweiten Rings 208 kleiner als die Gesamtzahl der Ausschnitte 204A-F mit variabler Breite des ersten Rings 200. Außerdem ist die Gesamtzahl der gültigen Positionen für die Rollen 220A-E (die genauso groß wie oder größer als die Gesamtzahl der Rollen sein kann) kleiner als die Gesamtzahl der Ausschnitte 204A-F mit variabler Breite des ersten Rings 200 und größer als die Gesamtzahl der Ausschnitte 210A-D mit variabler Breite des zweiten Rings 208. In der oben beschriebenen Vorrichtung 216 hat der erste Ring 200 sechs Ausschnitte, der zweite Ring 208 hat vier Ausschnitte, und fünf Rollen 220A-E sind zwischen dem ersten Ring 200 und dem zweiten Ring 208 angeordnet.
Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes wird auf der Basis der Gesamtzahl der gültigen Positionen für die Rollen 220A-E bestimmt. Insbesondere könnte das Untersetzungsverhältnis mit der folgenden Gleichung berechnet werden: $R = \frac{N_{r} - 1}{2}$
wobei R das Untersetzungsverhältnis und N_r die Anzahl der Rollen ist.
Ein Vorteil der Vorrichtung 216 ist, dass die Vorrichtung 216 auf der Basis von Gleichung (1) nicht-ganzzahlige Untersetzungsverhältnisse liefern kann. Wenn zum Beispiel der erste Ring 200 sieben Ausschnitte hat, der zweite Ring 208 fünf Ausschnitte hat und sechs Rollen zwischen dem ersten Ring 200 und dem zweiten Ring 208 angeordnet sind, kann das Verhältnis R durch Gleichung (1) auf 2,5:1 berechnet werden.
In Beispielen ist die Gesamtzahl der Ausschnitte und Rollen drei aufeinanderfolgende ganze Zahlen, z. B. 4 Ausschnitte für den zweiten Ring 208, 5 Rollen im Rollenkäfig 218 und 6 Ausschnitte im ersten Ring 200, wie in 2A-2C dargestellt. Es sind jedoch auch Zykloidantriebe mit anderen Mustern möglich, z. B. 4 Ausschnitte für den zweiten Ring 208, 6 Rollen im Rollenkäfig 218 und 8 Ausschnitte im ersten Ring 200.
Reines Rollen liegt vor, wenn sowohl Betrag als auch Richtung der linearen Geschwindigkeiten von starren Körpern an ihren Kontaktpunkten übereinstimmen. Eine solche reine oder nahezu reine Rollbewegung kann zu geringerem Verschleiß und zu einer geringeren Erzeugung von Abwärme führen (z. B. durch Verringerung der Relativbewegung zwischen in Kontakt befindlichen Flächen), was zu einem höheren Wirkungsgrad, einer längeren Lebensdauer der Vorrichtung und anderen Vorteilen führt. 2D zeigt ein vereinfachtes Diagramm der Vorrichtung 216 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die folgende Analyse gilt für eine beliebige Anzahl von Rollen oder ein beliebiges Untersetzungsverhältnis. 2D erleichtert die Analyse der Vorrichtung 216 und die Beziehung zwischen Parametern, die ein reines oder nahezu reines Rollen der Rollen 220A-E bewirken.
2D zeigt den ersten Ring 200, den zweiten Ring 208 und den Rollenkäfig 218 als Kreise oder Zylinder. Die Zylinder des ersten Rings 200 und des zweiten Rings 208 definieren die Flächen, mit denen die Rollen 220A-E in Kontakt kommen. Daher liegen diese Zylinder innerhalb der Rillen oder Laufbahnen des ersten Rings 200 und des zweiten Rings 208. Der erste Ring 200, der zweite Ring 208 und der Rollenkäfig 218 haben jeweils einen entsprechenden Teilkreis, der starr und konzentrisch mit ihnen verbunden ist. In 2D entspricht der Teilkreis 222 dem ersten Ring 200, der Teilkreis 224 entspricht dem zweiten Ring 208 und der Teilkreis 226 entspricht dem Rollenkäfig 218.
Die die Ringe 200 und 208 definierenden Flächen werden hier als Zylinder beschrieben, aber sie können auch konische Abschnitte sein, bei denen jeder Querschnitt ein Kreis ist. Diese Ausführung wäre analog zu Kegelradanordnungen.
Die drei Teilkreise 222, 224 und 226 könnten durch ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis, das durch die Vorrichtung 216 erreicht werden soll, und durch einen Betrag an Exzentrizität zwischen der Eingangswelle und dem zweiten Ring 208 definiert werden. Insbesondere sind das Verhältnis der Teilkreisdurchmesser und das Verhältnis der Durchmesser des ersten Rings 200, des zweiten Rings 208 und des Rollenkäfigs 218 gleich dem Verhältnis der ganzzahligen Anzahl von Ausschnitten oder Rollen, die jede Komponente hat. Zum Beispiel ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Teilkreises 222 und dem Durchmesser des Teilkreises 224 gleich dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Ausschnitte im ersten Ring 200 und der Anzahl der Ausschnitte im zweiten Ring 208. In ähnlicher Weise ist das Verhältnis zwischen den Durchmessern des ersten Rings 200 und des zweiten Rings 208 gleich dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Ausschnitte im ersten Ring 200 und der Anzahl der Ausschnitte im zweiten Ring 208. Als weiteres Beispiel ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Teilkreises 222 und dem Durchmesser des Teilkreises 226 gleich dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Ausschnitte im ersten Ring 200 und der Anzahl der mit dem Rollenkäfig 218 gekoppelten Rollen. In ähnlicher Weise ist das Verhältnis zwischen den Durchmessern des ersten Rings 200 und der Rolle 218 gleich dem Verhältnis zwischen der Anzahl der Ausschnitte im ersten Ring 200 und der Anzahl der mit dem Rollenkäfig 218 gekoppelten Rollen.
2D zeigt eine Momentaufnahme einer dynamischen geometrischen Konfiguration, bei der der momentane Drehpunkt 228 bei jeder Umdrehung der mit dem Getriebe 216 gekoppelten Eingangswelle eine Umlaufbahn vollzieht. Die effektiven Durchmesser der Rollen 220A-E ändern sich ständig auf einer Umlaufbahn. Nichtsdestotrotz beruht die obige Analyse auf unveränderlichen Parametern und gilt daher für alle Konfigurationen über einen Zyklus und somit für alle Rollenkontaktpunkte. Mit Bezug auf 2D scheint es Interferenzen zwischen den Rollen 220A-E und dem ersten Ring 200 sowie dem zweiten Ring 208 zu geben. Beispielsweise scheint eine in 2D dargestellte Region 238 eine Interferenz zwischen der Rolle 220B und dem ersten Ring 200 zu sein. Die Region 238 ist jedoch keine Interferenz. Die Region 238 veranschaulicht, dass die Rolle 220B tiefer in einer/m entsprechenden Rille oder Ausschnitt (z. B. einem Ausschnitt der Ausschnitte 204A-F) im ersten Ring 200 sitzt. Mit anderen Worten, die Rolle 220B befindet sich zufällig an einem Punkt in der Rille oder dem Ausschnitt, der breit genug ist, so dass die Rolle 220B tiefer in den ersten Ring 200 einsinkt.
In der oben beschriebenen Konfiguration sind die Rollen 220A-E so dargestellt, dass sie die Form von zwei an ihren Basen miteinander verschmolzenen Kegeln haben. Dies ist jedoch als nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel für solche Rollen in einem hierin beschriebenen Getriebe gedacht. Beispielsweise könnten solche Rollen sphärisch sein oder die Form von zwei an ihren Spitzen miteinander verschmolzenen Kegeln haben. Die Rollen eines hierin beschriebenen Getriebes werden jedoch im Allgemeinen rotationssymmetrisch um eine Drehachse sein.
Das Exzenterantriebsgetriebe 216 könnte zusätzliche Elemente enthalten und/oder Teil einer größeren Vorrichtung sein. Zum Beispiel könnte das Exzenterantriebsgetriebe 216 Teil eines Verbundgetriebes sein, das ein zusätzliches Exzenterantriebsgetriebe enthält, das phasenverschoben zum Exzenterantriebsgetriebe 216 angetrieben wird und mit demselben Eingang und Ausgang wie das Exzenterantriebsgetriebe 216 gekoppelt ist. Dies könnte geschehen, um die Drehmomentkapazität des Verbundgetriebes zu erhöhen, die Drehmomentwelligkeit zu verringern, Vibrationen zu reduzieren und/oder den Massenschwerpunkt des Exzenterantriebsgetriebes 216 während des Betriebs auszugleichen oder um andere Vorteile zu bieten.
Beispielsweise könnte das zusätzliche Exzenterantriebsgetriebe um 180 Grad (oder etwa 180 Grad) phasenverschoben zum Exzenterantriebsgetriebe 216 angetrieben werden. 3 zeigt beispielhaft Elemente eines solchen Verbundgetriebes 300. Das zusätzliche Exzenterantriebsgetriebe des Verbundgetriebes 300 umfasst eine zusätzliche Mehrzahl von Rollen 240A-E, einen dritten Ring (nicht gezeigt) und einen vierten Ring (nicht gezeigt). Der dritte Ring ist mit dem ersten Ring 200 gekoppelt und hat einen offenen ringförmigen Raum und eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite (die in Größe und Form den Ausschnitten 204A, 204B, 204C, 204D, 204E und 204F mit variabler Breite des ersten Rings 200 ähnlich sein können), die durch Kontaktflächen definiert sind, die an einer inneren Umfangsfläche des dritten Rings angeordnet sind. Das zusätzliche Exzenterantriebsgetriebe umfasst auch einen vierten Ring 209, der innerhalb des offenen ringförmigen Raums des dritten Rings drehbar ist und eine entsprechende Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite aufweist (die in Größe und Form den Ausschnitten 210A, 210B, 210C und 210D mit variabler Breite des zweiten Rings 208 ähnlich sein können), die durch Kontaktflächen definiert sind, die an einer äußeren Umfangsfläche des vierten Rings 209 angeordnet sind.
Eine solche Konfiguration könnte es zulassen, dass die Rollen 220A-E des Exzenterantriebsgetriebes 216 über jeweilige Mittelebenen-Einschränkungselemente 250A-E mit jeweiligen Rollen 240A-E des zusätzlichen Exzenterantriebsgetriebes gekoppelt werden. Solche Mittelebenen-Einschränkungselemente 250A-E können so konfiguriert werden, dass sie zumindest die relative Drehung von Rollenpaaren um eine einzige Drehachse einschränken (im Wesentlichen lotrecht zur Ebene von 3 und entlang einer gekrümmten Bahn gleitend, wenn die Rollen präzedieren). Die Mittelebenen-Einschränkungselemente 250A-E können so konfiguriert werden, dass sie die relative Drehung von Rollenpaaren um zusätzliche Drehachsen einschränken und/oder die relative Position von Rollenpaaren entlang einer oder mehrerer Richtungen einschränken. Beispielsweise können die Mittelebenen-Einschränkungselemente 250A-E so konfiguriert werden, dass sie die relative Drehung und Position von Rollenpaaren in Bezug auf alle sechs Freiheitsgrade einschränken. Eine solche Einschränkung/solche Einschränkungen kann/können mehrere Vorteile wie an anderer Stelle hierin beschrieben bieten.
3 zeigt die momentanen Drehachsen (durch gefüllte schwarze Punkte dargestellt) von Rollenpaaren des Verbundgetriebes 300. Die Rotationssymmetrieachsen der einzelnen Rollen sind durch ‚+‘-Symbole dargestellt. So ist beispielsweise eine erste Rolle 220A des Exzenterantriebsgetriebes 216 mit einer ersten Rolle 240A des zusätzlichen Exzenterantriebsgetriebes über ein erstes Mittelebenen-Einschränkungselement 250A gekoppelt. Die Rollen 220A, 250A haben jeweils eine voneinander versetzte Rotationssymmetrieachse (‚+‘). Die Konfiguration des Verbundgetriebes 300 führt jedoch dazu, dass sich die Rollen 220A, 250A um dieselbe Drehachse 260A drehen, so dass die Rollen 220A, 250A miteinander gekoppelt werden können, ohne dass die Rollen relativ zu den jeweiligen Kontaktflächen des Getriebes 300 übermäßig eingeschränkt sind oder schlüpfen.
Das exzentrische Element eines hierin beschriebenen Getriebes kann durch einen exzentrischen Nocken angetrieben werden, der mit einem Eingangselement gekoppelt ist (z. B. durch Verschmelzen oder anderweitiges Koppeln mit einer Welle des Eingangselements). Ein Abtriebselement (z. B. eine Abtriebswelle) könnte auf verschiedene Weise mit dem exzentrischen Element gekoppelt werden, um von diesem Drehung/Drehmoment zu extrahieren, wenn das Getriebe über das Eingangselement mit Drehung/Drehmoment beaufschlagt wird. Beispielsweise könnte eine Reihe von Stiften oder Pfosten starr mit dem exzentrischen Element gekoppelt sein (z. B. aus einem einzigen gegossenen oder bearbeiteten Materialstück mit dem exzentrischen Element gebildet) und in Lagerkontakt (z. B. über mehrere Nadellager) mit kreisförmigen Löchern oder Taschen in einer Gleichrichterplatte oder einem anderen oder mehreren mit dem Abtriebselement gekoppelten Elementen stehen. Umgekehrt könnten solche Stifte oder Pfosten mit dem Abtriebselement gekoppelt und in kreisförmigen Löchern oder Taschen in dem exzentrischen Element angeordnet sein.
In einigen Ausführungsformen könnte das exzentrische Element mit einem Abtriebselement über einen Satz von Stiften gekoppelt sein, die in eine Rollbewegung relativ zu Kontaktflächen des exzentrischen Elements und des Abtriebselements (und/oder der damit gekoppelten Elemente) eingreifen. Durch ein derartiges (über eine Rollbewegung) Koppeln des exzentrischen Elements und des Abtriebselements miteinander können Wirkungsgrad, Leistungskapazität und Lebensdauer des Getriebes erhöht oder andere Vorteile geboten werden.
4 zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht ein Beispiel für ein auf diese Weise konfiguriertes Getriebe 400. Das Getriebe 400 umfasst ein Eingangselement, das eine Welle 410 und einen damit gekoppelten Nocken 415, ein exzentrisches Element 420 und ein Abtriebselement umfasst, das gegenüberliegende erste 430a und zweite 430b Platten und ein drittes Element umfasst, das als Eingang des Getriebes fungiert und eine Eingangswelle 410 und einen Nocken 415 umfasst. Die erste 430a und zweite 430b Platte können miteinander verschraubt oder auf andere Weise starr miteinander gekoppelt sein. Die Eingangswelle 410, der Nocken 415 und die erste 430a und zweite 430b Platte des Abtriebselements drehen sich um eine erste Drehachse 401, und das exzentrische Element 420 dreht sich um eine zweite Drehachse 402. Die Drehachsen 401, 402 sind im Wesentlichen parallel und um einen Abstand ungleich Null voneinander versetzt.
Das exzentrische Element 420 ist mit dem Abtriebselement 430a/430b über einen Satz von Stiften 460 gekoppelt, so dass ein(e) Drehung/Drehmoment über das exzentrische Element 420 vom Eingangselement 410 auf das Abtriebselement 430a/430b (und umgekehrt) übertragen wird. Das exzentrische Element 420 und das Abtriebselement 430a/430b weisen zylindrische Kontaktflächen 425 bzw. 435 auf, mit denen die Stifte 460 in Kontakt stehen und relativ zu denen die Stifte 460 in eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) eingreifen.
Es ist zu beachten, dass in dieser Offenbarung durchweg auf Eingangselemente, exzentrische Elemente, Abtriebselemente und Erdungselemente Bezug genommen wird, wobei Getriebe mit solchen Merkmalen im Allgemeinen so beschrieben werden, dass sie einen Dreheingang über die Eingangselemente empfangen, einen Drehausgang über die Abtriebselemente bereitstellen und die Erdungselemente mechanisch erden. Diese Ausführungsformen sind jedoch als nicht einschränkende Beispiele zu Veranschaulichungszwecken gedacht. Die Fachperson wird würdigen, dass die Funktion von Eingang, Abtrieb und Masse den verschiedenen Elementen der hierin beschriebenen Getriebe je nach Anwendung auf verschiedene Weisen zugewiesen werden kann. Beispielsweise kann ein „Eingangselement“ einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen (z. B. das Eingangselement des in 4 dargestellten Getriebes 400) mechanisch geerdet sein, wobei das „Abtriebselement“ als mechanischer Eingang in das Getriebe benutzt wird und das „Erdungselement“ mechanisch ungeerdet ist und als mechanischer Ausgang des Getriebes verwendet wird. Darüber hinaus kann ein hierin beschriebenes Getriebe so konfiguriert sein, dass es mechanische Leistung oder Drehmoment bidirektional, vom Eingang zum Ausgang und vom Ausgang zum Eingang, überträgt. Beispielsweise könnte ein hierin beschriebenes Getriebe zum Koppeln eines Motor-Generators eines Elektrofahrzeugs mit den Rädern des Fahrzeugs verwendet werden, so dass das Getriebe während einer ersten Zeitspanne zum Übertragen von Antriebsenergie vom Motor-Generator auf die Räder und während einer anschließenden zweiten Zeitspanne zum Extrahieren von Antriebsenergie von den Rädern als Teil eines regenerativen Bremssystems verwendet wird.
Ferner soll der Begriff „Element“ (z. B. wie in „Eingangselement“) eine breite Bedeutung haben, sofern nicht anders angegeben. Während solche Elemente hierin beispielhaft als einzelne gegossene, maschinell bearbeitete oder anderweitig geformte Platten oder anderweitig geformte Elemente dargestellt werden können, ist beabsichtigt, dass ein „Element“ mehrere Elemente umfassen kann, die miteinander verbolzt, verschweißt, verschraubt, geklemmt oder anderweitig verbunden sind. Die mehreren Elemente eines „Elements“ können verbolzt oder auf andere Weise miteinander verbunden sein, so dass sie in engem Kontakt stehen (z. B. so, dass große Oberflächen solcher mehreren Elemente eines einzelnen „Elements“ in Kontakt stehen), oder sie können über zusätzliche Zwischenelemente des Elements miteinander verbunden sein (z. B. über einen Satz von Stäben, Stiften, Zylindern oder Schrauben, die durch entsprechende Löcher in einem intervenierenden Element oder einem anderen Element eines Getriebes geführt werden können).
III. Beispiel für Parallelgetriebe
Die oben beschriebenen Getriebe mit Formrollen, die eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) relativ zu Kontaktflächen von exzentrischen und Erdungselementen des Getriebes aufweisen, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, bieten mehrere Vorteile im Vergleich zu anderen Getrieben. Zu diesen Vorteilen gehören u. a. ein höherer Wirkungsgrad, ein geringerer Komponentenverschleiß, eine längere Lebensdauer, eine höhere Drehmoment- und/oder Leistungskapazität, ein(e) geringere(s) Größe und/oder Gewicht, ein geringeres Spiel oder andere Vorteile. Zusätzliche Vorteile können durch die Bereitstellung von zwei oder mehr solcher Getriebe erzielt werden, die parallel zwischen einem Eingang und einem Ausgang als Teil eines Kombinationsgetriebes konfiguriert sind. Zu solchen Vorteilen gehören u. a. eine höhere Leistungs-/Drehmomentkapazität, eine längere Lebensdauer oder andere Vorteile. Zusätzliche Vorteile lassen sich beispielsweise dadurch erzielen, dass die Phase der verschiedenen Getriebe relativ zueinander eingestellt wird (z. B. durch Einstellen entsprechender Winkel von Nocken, die zum Antreiben der exzentrischen Elemente der Getriebe verwendet werden), um Drehmomentwelligkeit zu verringern, translatorisches oder rotatorisches Taumeln zu reduzieren oder andere Vorteile zu bieten.
Zum Beispiel könnten zwei Getriebe eines solchen Kombinationsgetriebes mit entgegengesetzten Phasen angetrieben werden (z. B. könnten die exzentrischen Elemente der Getriebe durch entsprechende exzentrische Bewegungen angetrieben werden, die
zwischen 170 und 190 Grad oder zwischen 179 und 181 Grad phasenverschoben sind). Dies kann bewirken, dass sich die Bewegung der Massen der exzentrischen Elemente, Nocken, Formrollen und/oder anderer Elemente der beiden Getriebe teilweise oder vollständig aufheben, wodurch zeitlich veränderliche Trägheitskräfte/Momente (die als „Taumeln“ bezeichnet werden können), die durch den Betrieb der beiden Kombinationsgetriebe erzeugt werden, reduziert oder beseitigt werden.
5A zeigt die beiden Getriebe 502 und 504 parallel geschaltet, wobei das erste Getriebe 502 relativ zum zweiten Getriebe 504 versetzt ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das erste 502 und das zweite 504 Getriebe haben jeweils ein erstes exzentrisches Element 506 und ein zweites exzentrisches Element 508 und teilen sich eine mechanische Masse 514. Die Getriebe 502, 504 werden durch entsprechende erste 512Aund zweite 512B Nocken angetrieben, die mit einer Eingangswelle 520 gekoppelt sind. Die Nocken sind relativ zueinander um einen Winkel zwischen 170 und 190 Grad (z. B. einen Winkel zwischen 179 und 181 Grad) versetzt. Dementsprechend greifen die exzentrischen Elemente 506, 508 in jeweilige exzentrische Bewegungen ein, die um einen entsprechenden Betrag phasenverschoben sind. Die exzentrischen Elemente 506, 508 könnten mit einem einzigen Ausgang gekoppelt sein oder mit jeweiligen verschiedenen Ausgängen gekoppelt sein.
Ein Vorteil solcher phasenverschobener paralleler Getriebe 502, 504 ist, dass die Exzentrizität des ersten Getriebes 502 durch die jeweilige Exzentrizität des zweiten Getriebes 504 aufgehoben oder kompensiert wird. Es ist zu beachten, dass diese Anordnung zwar das translatorische „Taumeln“ aufgrund der exzentrischen Bewegungen der Elemente der beiden Getriebe ganz oder teilweise aufheben kann, dass aber eine solche Anordnung immer noch ein rotatorisches „Taumeln“ aufweisen kann, weil die exzentrischen Bewegungen der Getriebe in parallelen Ebenen liegen, die durch einen Abstand ungleich Null getrennt sind.
Zusätzliche Getriebe (z. B. mehr als zwei Getriebe) könnten zu einem einzigen Kombinationsgetriebe kombiniert werden, um zusätzliche oder alternative Vorteile zu bieten. Ein solches Kombinationsgetriebe könnte beispielsweise einen Satz von drei oder mehr parallelen Getrieben umfassen, die im Wesentlichen gleichmäßig phasenversetzt sind, um Drehmomentwelligkeit beim Betrieb des Kombinationsgetriebes zu verringern. 5B zeigt ein Beispiel für ein solches Kombinationsgetriebe 530B, das ein erstes 532B, ein zweites 534B, ein drittes 536B und ein viertes 538B Getriebe umfasst, die parallel konfiguriert sind. Jedes der Getriebe 532B, 534B, 536B, 538B umfasst ein jeweiliges exzentrisches Element 542B, 544B, 546B, 548B, das durch einen jeweiligen Nocken 552B, 554B, 556B, 558B in eine jeweilige exzentrische Bewegung versetzt wird. Die Nocken 552B, 554B, 556B, 558B sind mit einer Eingangswelle 560B in jeweils unterschiedlichen Winkeln gekoppelt, so dass ihre entsprechenden exzentrischen Elemente 542B, 544B, 546B, 548B in jeweilige exzentrische Bewegungen eingreifen, die um entsprechende Beträge phasenverschoben sind. Dementsprechend könnten die Winkel der Nocken 552B, 554B, 556B, 558B relativ zueinander so eingestellt werden, dass die Drehmomentwelligkeit des Kombinationsgetriebes 530B reduziert wird. Zum Beispiel könnten die Winkel (und die entsprechenden Phasen der exzentrischen Bewegungen der exzentrischen Elemente) im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sein (z. B. bei 90, 180 und 270 Grad relativ zu einem bestimmten der Nocken, der per Definition bei 0 Grad liegt).
Zusätzlich oder alternativ könnte die Phasenlage mehrerer Getriebe innerhalb eines Kombinationsgetriebes so eingestellt werden, dass zeitlich veränderliche Trägheitskräfte oder Drehmomente (die als „Taumeln“ bezeichnet werden können), die das Kombinationsgetriebe während des Betriebs zeigt, reduziert oder eliminiert werden. So könnten beispielsweise zwei Getriebe (oder ein einzelnes Getriebe, das so konfiguriert ist, dass es sich trägheitsmäßig so verhält, als wären es zwei Getriebe, z. B. durch Einbeziehen eines Ballasts, so dass seine Masse zwei Getrieben entspricht) zwischen zwei zusätzlichen Getrieben angeordnet und gegenüber den beiden zusätzlichen Getrieben phasenverschoben (z. B. zwischen 170 und 190 Grad) angetrieben werden. Dies kann zur Folge haben, dass das „Taumeln“, sowohl translatorisch als auch rotatorisch, das beim Betrieb eines solchen Kombinationsgetriebes auftreten kann, reduziert oder ganz aufgehoben wird.
5C zeigt ein Beispiel für ein solches Kombinationsgetriebe 530C, das ein erstes 532C, ein zweites 534C, ein drittes 536C und ein viertes 538C Getriebe umfasst, die parallel konfiguriert sind. Jedes der Getriebe 532C, 534C, 536C, 538C umfasst ein jeweiliges exzentrisches Element 542C, 544C, 546C, 548C, das durch einen jeweiligen Nocken 552C, 554C, 556C, 558C in eine jeweilige exzentrische Bewegung versetzt wird. Die Nocken 552C, 554C, 556C, 558C sind mit einer Eingangswelle 560C in jeweils unterschiedlichen Winkeln gekoppelt, so dass ihre entsprechenden exzentrischen Elemente 542C, 544C, 546C, 548C in jeweilige exzentrische Bewegungen eingreifen, die um entsprechende Beträge phasenverschoben sind. Die Winkel der Nocken sind so eingestellt, dass das erste 532C und das vierte 538C Getriebe relativ zueinander phasengleich angetrieben werden, während das zweite 534C und das dritte 536C Getriebe relativ zueinander phasengleich, aber phasenverschoben (z. B. zwischen 170 und 190 Grad oder zwischen 179 und 181 Grad) mit dem ersten 532C und dem vierten 538C Getriebe angetrieben werden.
Eine solche Verringerung oder Aufhebung des „Taumelns“ könnte auch in einem Zwei-Getriebe-Kombinationsgetriebe erreicht werden, indem eines der Getriebe in zwei separate „Halbgetriebe“ „unterteilt wird“, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des anderen der beiden Getriebe befinden. Die exzentrischen Elemente der beiden Halbgetriebe könnten mechanisch über Stäbe oder andere Elemente miteinander gekoppelt werden, die sich durch entsprechende Öffnungen im exzentrischen Element des mittleren Getriebes erstrecken.
5D zeigt ein Beispiel für ein solches Kombinationsgetriebe 530D, das ein erstes Getriebe 532D und ein erstes 534D und ein zweites 536D Halbgetriebe umfasst, die parallel konfiguriert sind. Jedes der Getriebe 532D, 534D, 536D umfasst ein jeweiliges exzentrisches Element 542D, 544D, 546D, das durch einen jeweiligen Nocken 552D, 554D, 556D in eine jeweilige exzentrische Bewegung versetzt wird. Die Nocken 552D, 554D, 556D sind mit einer Eingangswelle 560D in jeweiligen Winkeln gekoppelt, so dass ihre entsprechenden exzentrischen Elemente 542D, 544D, 546D in jeweilige exzentrische Bewegungen eingreifen, wobei das erste 534D und zweite 536D Halbgetriebe phasengleich zueinander und phasenverschoben mit dem ersten Getriebe 532D sind. Reaktionskräfte, die durch die Masse 531D des Getriebes 530D und die exzentrischen Elemente 544D, 546D der Halbgetriebe 534D, 536D auf die Halbrollen (z. B. 574D und 576D) des ersten 534D und zweiten 536D Halbgetriebes ausgeübt werden, können durch Koppeln der Halbrollen mit einem Stab oder einem anderen auf Spannung stehenden Element ausgeglichen werden. Ein solches Spannelement kann so geformt oder anderweitig konfiguriert sein, dass es zusätzliche Vorteile bietet, z. B. um eine relative Position und/oder Drehung einer entsprechenden Rolle des ersten Getriebes 532D einzuschränken.
Leistung könnte von den mehreren exzentrischen Elementen zu einem Abtriebselement solcher Kombinationsgetriebe auf verschiedene Weise extrahiert werden, z. B. über Mechanismen, die den oben in Bezug auf Einzelgetriebe beschriebenen ähnlich sind. In einigen Ausführungsformen könnten die exzentrischen Elemente der Mehrfachgetriebe mit einem Abtriebselement über einen Satz von Stiften gekoppelt werden, die in eine Rollbewegung relativ zu Kontaktflächen der exzentrischen Elemente eingreifen und die mit dem Abtriebselement über Nadellager oder eine andere Art von Lager (z. B. ein Gleitlager oder direkter Kontakt zwischen dem Abtriebselement und den Stiften) in Eingriff stehen. Durch Koppeln der exzentrischen Elemente und des Abtriebselements auf diese Weise (über eine Rollbewegung relativ zu Flächen der exzentrischen Elemente) können Wirkungsgrad, Leistungskapazität und Lebensdauer des Getriebes erhöht oder andere Vorteile geboten werden.
5E zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht ein Beispiel für das Beispielgetriebe 530D aus 5D, das auf diese Weise konfiguriert ist. Die exzentrischen Elemente 542D, 544D, 546D des ersten Getriebes 532D und das erste 534D und zweite 536D Halbgetriebe sind über einen Satz von Stiften 580D mit der ersten 570D und zweiten 575D Platte eines Abtriebselements gekoppelt, so dass ein(e) Drehung/Drehmoment über die exzentrischen Elemente 542D, 544D, 546D vom Eingangselement 560D auf das Abtriebselement 570D/575D (und umgekehrt) übertragen wird. Die exzentrischen Elemente 542D, 544D, 546D umfassen zylindrische Kontaktflächen 543D, 545D bzw. 547D, mit denen die Stifte 580D in Kontakt stehen und relativ zu denen die Stifte 580D in eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) eingreifen. Die Stifte 580D sind über Nadellager oder eine andere Art von Lager mit dem Abtriebselement 570D/575D gekoppelt.
IV. Beispiel für Mittelebenen-Einschränkungselemente
Es werden hierin mehrere Getriebe mit Formrollen beschrieben, die in Rollbewegungskontakt mit entsprechenden Ausschnitten mit variabler Breite in der Kontaktfläche stehen. Die Leistung solcher Getriebe kann mit dem Verhalten der Formrollen in Verbindung gebracht werden, z. B. mit dem Grad, in dem sie in eine reine Rollbewegung relativ zu den Kontaktflächen mit variabler Breite eingreifen. Aufgrund von Fertigungstoleranzen, Verschleiß, Staub, Splitt oder Metallpartikeln, mechanischen Singularitäten, bei denen die Formrollen im Raum übermäßig oder nicht ausreichend eingeschränkt sind, oder anderen Faktoren können die Formrollen fehlausgerichtet werden oder sich sogar innerhalb des Getriebes verklemmen, was zu Ineffizienz, Schäden oder anderen unerwünschten Effekten führt.
Diese Effekte können auf verschiedene Weise gemildert werden, z. B. durch die Einführung zusätzlicher Elemente in das Getriebe, um sicherzustellen, dass sich die Formrollen innerhalb des Getriebes in einer gewünschten Weise drehen und verschieben. Beispielsweise könnte ein Käfig hinzugefügt werden, um die Position der Formrollen relativ zueinander beizubehalten (z. B. könnten die Formrollen über Nadellager oder eine andere Art von Lager in Kontakt mit dem Käfig stehen). Ein solcher Käfig kann durch Reaktionskräfte von den Formrollen festgehalten werden (z. B. auf der Basis der Summe der Reaktionskräfte, die alle Formrollen in Kontakt mit dem Käfig erfahren). Zusätzlich oder alternativ kann ein solcher Käfig geformte Kontaktflächen aufweisen, die so konfiguriert sind, dass sie in Rollbewegungskontakt mit entsprechenden Kontaktflächen von Erdungselementen, exzentrischen Elementen, Abtriebselementen oder anderen Komponenten des Getriebes stehen, um den Käfig und die damit gekoppelten Formrollen entlang einer gewünschten Bahn innerhalb des Getriebes zu halten.
Ein Kombinationsgetriebe, das aus mehreren Einzelgetrieben wie hierin beschrieben zusammengesetzt ist, enthält für jedes der Einzelgetriebe des Kombinationsgetriebes einen jeweiligen Satz von Formrollen. Wenn zwei benachbarte Getriebe eines solchen Kombinationsgetriebes in bestimmten relativen Phasen zueinander angetrieben werden (z. B. so angetrieben, dass exzentrische Elemente der benachbarten Getriebe in entsprechende exzentrische Bewegungen eingreifen, die zwischen 170 und 190 Grad oder zwischen 179 und 181 Grad zueinander phasenverschoben sind), könnte die relative Position und Orientierung benachbarter Formrollen der benachbarten Getriebe über Mittelebenen-Einschränkungselemente miteinander gekoppelt werden, so dass die Orientierung und/oder Position der benachbarten Formrollen in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad eingeschränkt wird/werden. Eine derartige Einschränkung könnte das Halten der Formrollen bei ihrer Bewegung innerhalb des Getriebes entlang gewünschter Orientierungs- und/oder Positionsbahnen erleichtern. Zu den Vorteilen einer solchen Konfiguration kann es gehören, dass die Position und/oder Orientierung einer Formrolle entlang einer gewünschten Bahn beibehalten wird/werden, während die Formrolle eine Region ihrer Bahn durchläuft, die nicht ausreichend oder übermäßig eingeschränkt ist. Dieser Vorteil könnte dadurch erreicht werden, dass die Formrolle Korrekturkräfte/-drehmomente von der benachbarten Formrolle, mit der sie gekoppelt ist, und/oder von dem Mittelebenen-Einschränkungselement erhält, über das sie mit der benachbarten Formrolle gekoppelt ist.
Entsprechende Formrollen von zwei (oder mehr) parallelen Getrieben können durch ein Mittelebenen-Einschränkungselement in Bezug auf einen oder mehrere (z. B. alle sechs) der Freiheitsgrade, die die relative Position und Drehung der entsprechenden Formrollen definieren, eingeschränkt werden. Beispielsweise könnte das Mittelebenen-Einschränkungselement ein starres Element sein, mit dem die beiden entsprechenden Formrollen verschmolzen oder anderweitig starr gekoppelt sind, so dass die relative Position und Orientierung der entsprechenden Formrollen in allen sechs Freiheitsgraden vollständig eingeschränkt sind. In einem anderen Beispiel könnte das Mittelebenen-Einschränkung[selement] so konfiguriert sein, dass die Drehung der Formrollen relativ zueinander um eine erste Achse (z. B. eine Achse parallel zu einer Rotationssymmetrieachse der Formrolle(n)) eingeschränkt ist, während die Drehung um die übrigen zwei Achsen und die relative Bewegung in drei Dimensionen relativ uneingeschränkt ist. Ein solches Mittelebenen-Einschränkungselement könnte zwei oder mehr geformte Flächen aufweisen, die mit jeweiligen Formrollen gekoppelt sind und über ihre geformten Flächen miteinander und/oder mit einem oder mehreren intervenierenden Elementen in Kontakt stehen, so dass die oben beschriebene Einschränkung auf einen Freiheitsgrad erreicht wird.
6A zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht ein Beispiel für ein Kombinationsgetriebe 600A, das ein Mittelebenen-Einschränkungselement 640A umfasst, wie hierin beschrieben. Das Getriebe 600A umfasst ein erstes exzentrisches Element 610A, das in eine exzentrische Bewegung versetzt wird, die mit einer exzentrischen Bewegung eines zweiten exzentrischen Elements 615A phasenverschoben (z. B. zwischen 170 und [1]90 Grad oder zwischen 179 und 181 Grad) ist. Das erste exzentrische Element 610A steht über geformte Kontaktflächen 612A, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, in Rollbewegungskontakt mit einem ersten Satz von Formrollen (einschließlich der Formrolle 630A), die ihrerseits über geformte Kontaktflächen 622A, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, in Rollbewegungskontakt mit einer mechanischen Masse 620A stehen. Das zweite exzentrische Element 615A steht über geformte Kontaktflächen 617A, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, in Rollbewegungskontakt mit einem zweiten Satz von Formrollen (einschließlich der Formrolle 635A), die ihrerseits über geformte Kontaktflächen 624A, die Ausschnitte mit variabler Breite definieren, in Rollbewegungskontakt mit der mechanischen Masse 620A stehen.
Entsprechende Formrollen 630A und 635A sind über ein Mittelebenen-Einschränkungselement 640A miteinander gekoppelt. Wie gezeigt, sind die Formrollen 630A, 635A starr mit dem Mittelebenen-Einschränkungselement 640A gekoppelt, was dazu führt, dass die relative Position und Orientierung der Formrollen 630A, 635A in Bezug auf alle sechs Freiheitsgrade eingeschränkt sind. Die Formrollen 630A, 635Akönnten separate Elemente sein, die geschweißt, geschraubt, verschmolzen oder anderweitig starr mit dem Mittelebenen-Einschränkungselement 640A gekoppelt sind. Alternativ könnten einige oder alle der Formrollen 630A, 635A und das Mittelebenen-Einschränkungselement 640A ein einziges durchgehendes Stück (oder) Material sein, z. B. könnten sie als ein einziges Stück Material zusammen gegossen werden, könnten aus einem einzigen Stück Material bearbeitet werden usw.
Die beispielhaften Formrollen 630A, 630B von 6A haben einen „diamantförmigen“ Querschnitt und können so beschrieben werden, dass sie die Form von gepaarten Kegeln haben. Es sind auch andere Formen von Formrollen möglich, z. B. Kugeln, wie in 5E dargestellt. In einigen Beispielen können die Rollbewegungskontaktflächen solcher Formrollen „nach außen weisen“, d. h. die Rollbewegungskontaktflächen können voneinander weg gerichtet sein. Dies ist der Fall bei sphärischen und doppelkegelförmigen Rollen. Solche Formrollen mit nach außen weisenden Kontaktflächen sind Druckkräften ausgesetzt, wenn sie in einem Getriebe wie hierin beschrieben verwendet werden. In einigen Anwendungen kann es jedoch vorteilhaft sein, Formrollen mit nach innen weisenden Rollbewegungskontaktflächen zu verwenden. Solche Formrollen mit nach innen weisenden Kontaktflächen sind bei Einsatz in einem Getriebe wie hierin beschrieben Zugkräften ausgesetzt. Dies kann vorteilhaft sein, z. B. in Ausführungsformen, in denen es gewünscht ist, dass ein exzentrisches Element und/oder ein Erdungselement des Getriebes eine Druckkraft (anstatt einer Zugkraft) zwischen den Formrollenkontaktflächen beibehält. Es ist zu beachten, dass solche nach innen weisenden Formrollen in Einzelgetrieben oder in Kombinationsgetrieben, die mehrere solcher Einzelgetriebe parallel umfassen, Vorteile bieten können.
Ein möglicher Vorteil solcher Formrollen mit nach innen weisenden Kontaktflächen ist, dass sie einen zusätzlichen Flächenbereich an den Enden der Rollen zum Koppeln der Rollen miteinander und/oder mit einem Mittelebenen-Einschränkungselement bereitstellen. 6B zeigt im Querschnitt eine erste Formrolle 630B, die über ein Mittelebenen-Einschränkungselement 640B mit einer zweiten Formrolle 635B gekoppelt ist. Jede der Formrollen 630B, 635B hat einen „Bowtie“-Querschnitt und damit entsprechende nach innen weisende Kontaktflächen 632B, 637B, über die die Formrollen 630B, 635B in eine reine Rollbewegung relativ zu entsprechenden geformten Kontaktflächen von exzentrischen Elementen, Erdungselementen oder anderen Elementen eines Getriebes wie hierin beschrieben eingreifen können.
Ein Mittelebenen-Einschränkungselement könnte eine geringere Steifigkeit aufweisen als die Formrollen, mit denen es gekoppelt ist. Dies kann ein Verklemmen der Formrollen verhindern, indem zugelassen wird, dass sich das Mittelebenen-Einschränkungselement elastisch verformt, so dass die Formrolle(n) ein Verklemmen im Getriebe vermeiden kann/können.
Ein Mittelebenen-Einschränkungselement könnte auf verschiedene Weise konfiguriert werden, um die relative Position und/oder Orientierung von zwei Formrollen in Bezug auf einen oder mehrere Freiheitsgrade einzuschränken. Beispielsweise kann das Mittelebenen-Einschränkungselement einen Zugstab umfassen, der durch ein(e) entsprechende(s) Loch oder Öffnung in einer ersten Formrolle verläuft und dabei Halbrollen einer geteilten Formrolle, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Formrolle befinden, miteinander koppelt und die Spannung zwischen ihnen beibehält. Der Stab und das/die entsprechende Loch oder Öffnung könnten entsprechende Querschnittsformen haben, um die relative Position und Orientierung der ersten Formrolle und der Halbrollen in Bezug auf fünf Freiheitsgrade (alle Rotationsfreiheitsgrade und zwei Translationsfreiheitsgrade) einzuschränken, während sich die erste Formrolle und die Halbrollen der geteilten Formrolle uneingeschränkt entlang der langen Achse des Zugstabs bewegen können.
Eine solche Ausführungsform ist in 7 beispielhaft dargestellt. 7 zeigt in einer perspektivischen Schnittansicht Elemente eines Kombinationsgetriebes 700, das ein erstes Getriebe 702 umfasst, das sich zwischen einem ersten 704 und zweiten 706 Halbgetriebe befindet, die alle parallel mit einem gemeinsamen Eingang und Ausgang (nicht gezeigt) gekoppelt sind. Das erste Getriebe 702 umfasst ein erstes exzentrisches Element 722 und mehrere Formrollen 732, die in eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) relativ zu geformten Kontaktflächen des ersten exzentrischen Elements 722 und eines Erdungselements 710 des Getriebes 700 eingreifen. Das erste 704 und zweite 706 Halbgetriebe umfassen jeweils ein zweites 724 und ein drittes 726 exzentrisches Element und jeweils eine erste 734 und eine zweite 736 Mehrzahl von Halbrollen, die in eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) relativ zu geformten Kontaktflächen des zweiten exzentrischen Elements 724 bzw. des dritten exzentrischen Elements 726 und relativ zu geformten Kontaktflächen des Erdungselements eingreifen. Das Getriebe 700 umfasst auch ein Mittelebenen-Einschränkungselement, das einen Zugstab 740 umfasst, der die Spannung zwischen den Halbrollen 734, 736 beibehält und der durch ein(e) entsprechende(s) geformte(s) Loch oder Öffnung in der Formrolle 732 des ersten Getriebes 702 verläuft.
Ein Mittelebenen-Einschränkungselement könnte so konfiguriert sein, dass es die absolute oder relative Position und Orientierung der Formrollen relativ zu einem Masse-oder anderen Element eines Getriebes beibehält. Zum Beispiel könnten die relativen Positionen der Formrollen durch einen Käfig beibehalten werden, der mit den Mittelebenen-Einschränkungselementen gekoppelt ist und die Positionen der Mittelebenen-Einschränkungselemente relativ zueinander und/oder zu einem Masse- oder anderen Element eines Getriebes beibehält. Ein solcher Käfig könnte zusätzlich oder alternativ zu einem oder mehreren Käfigen vorgesehen werden, die so konfiguriert sind, dass sie die Position von Formrollensätzen relativ zueinander und/oder zu anderen Elementen des Getriebes beibehalten.
Zusätzlich oder alternativ könnten die Mittelebenen-Einschränkungselemente Rollen oder andere geformte Elemente in Zahnradkontakt und/oder reinem Rollkontakt mit entsprechenden Kontaktflächen von exzentrischen Elementen, Erdungselementen oder anderen Elementen eines Getriebes umfassen. Ein solcher Zahnrad- oder Rollkontakt könnte vorgesehen werden, um die relative winkelmäßige Phasenlage der Formrollen beizubehalten, um ein Verklemmen zu verhindern, den Wirkungsgrad zu erhöhen, sicherzustellen, dass die Rollen mit einer gewünschten Translations- und Rotationsbahn durch Abschnitte der Bahn übereinstimmen, in denen die Formrolle allein nicht ausreichend eingeschränkt wäre, und/oder um einen anderen Vorteil zu bieten.
Solche Merkmale sind in 7 beispielhaft dargestellt. Das in 7 dargestellte Mittelebenen-Einschränkungselement umfasst zusätzlich zum Zugstab eine Reihe von Rollen 750, 752, 754, 756, die mit entsprechenden Kontaktflächen des Getriebes in Kontakt stehen, so dass die Rollen 750, 752, 754, 756 in eine Rollbewegung (z. B. eine im Wesentlichen reine Rollbewegung) relativ zur Kontaktfläche eingreifen, wenn das Getriebe in Betrieb ist. Die ersten Rollen 750 stehen mit Kontaktflächen des Erdungselements 710 des Kombinationsgetriebes 700 in Kontakt. Die zweite 752, dritte 754 und vierte 756 Rolle stehen mit jeweiligen Kontaktflächen des ersten 722, zweiten 724 und dritten 726 exzentrischen Elements des Kombinationsgetriebes 700 in Kontakt. Ein solcher Rollbewegungskontakt kann dazu beitragen, die korrekte Drehphasenlage der Rollen und/oder des exzentrischen Elements des Kombinationsgetriebes 700 beizubehalten. Es ist zu beachten, dass die in 7 dargestellten Rollen zwar in Rollbewegungskontakt mit entsprechenden Kontaktflächen stehen, dass aber solche Elemente eines Mittelebenen-Einschränkungselements wie hierin beschrieben zusätzlich oder alternativ in Zahnradkontakt mit Elementen eines solchen Getriebes oder in einer anderen Kontaktform stehen können, um die Beibehaltung der Drehphasen von Formrollen, exzentrischen Elementen oder anderen Elementen eines solchen Getriebes zu unterstützen.
Es ist auch zu beachten, dass solche Rollen eines Mittelebenen-Einschränkungselements zusätzliche oder alternative Vorteile bieten können. Beispielsweise können solche Rollen Lasten von den exzentrischen Elementen in die Masse eines Getriebes übertragen, um den Bedarf an alternativen Lagerflächen im Getriebe zu verringern, den Wirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen, die Kosten des Getriebes zu senken, die Lastwege durch das Getriebe zu verkürzen oder andere Vorteile für ein solches Getriebe zu bieten.
Es ist weiterhin zu beachten, dass 7 zwar ein Mittelebenen-Einschränkungselement mit Rollen in Kontakt mit dem Erdungselement und jedem der darin dargestellten exzentrischen Elemente des Kombinationsgetriebes 700 zeigt, aber dies ist nur als nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel gedacht. Es ist vorgesehen, dass ein solches Mittelebenen-Einschränkungselement jede beliebige Teilmenge solcher Rollen gemäß einer Anwendung umfassen kann. Beispielsweise kann ein solches Mittelebenen-Einschränkungselement nur Rollen, die mit dem Erdungselement des Getriebes in Kontakt stehen, oder nur Rollen umfassen, die mit einem oder mehreren der exzentrischen Elemente des Getriebes in Kontakt stehen.
V. Beispiel für Planetenantrieb von exzentrischem/n Element(en)
Bei dem oben beschriebenen Getriebe sind einzelne exzentrische Elemente über einen einzigen Nocken mit einem Eingang (oder Ausgang oder mechanische Masse) gekoppelt, so dass das exzentrische Element als Reaktion auf die Drehung des Eingangs in eine exzentrische Bewegung eingreift. Ein solches exzentrisches Element eines Getriebes kann jedoch durch mehrere in einer Planetenanordnung bereitgestellte Nocken angetrieben werden. Jeder dieser Nocken könnte mit einem jeweiligen Zahnrad gekoppelt sein und über das Zahnrad von einem Sonnenrad angetrieben werden, das mit einer Eingangswelle oder einem anderen Element gekoppelt ist. Eine solche Konfiguration eines Getriebes könnte eine Reihe verschiedener Vorteile, z. B. durch Verteilen der Eingangslast auf mehrere Nocken, durch das Planetengetriebe, das eine zusätzliche Erhöhung oder Verringerung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes ermöglicht, oder einen anderen Vorteil bieten.
8A zeigt ein Beispiel für ein solches Getriebe 800A, das zwei parallel und phasenverschoben angetriebene Teilgetriebe umfasst. Das Getriebe 800Aumfasst ein Eingangselement 810A, mit dem ein Sonnenrad 815A gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements 810A zu einer Drehung des Sonnenrads 815A führt. Das Sonnenrad 815A steht in Zahnradkontakt mit einer Anzahl von Planetenrädern 821A, die jeweils mit einer jeweiligen Achse 820A gekoppelt sind. Jede Achse 820A ist auch mit einem Satz von Nocken 825A, 823A gekoppelt, die mit jeweiligen exzentrischen Elementen 830A, 835A in Kontakt stehen. Ein Ausgang eines solchen Getriebes kann mit den exzentrischen Elementen auf verschiedene Weise gekoppelt werden (z. B. wie an anderer Stelle hierin beschrieben), um die Übertragung von Drehmoment und/oder Leistung durch das Getriebe zu erleichtern. Wie in 8A gezeigt, ist ein Abtriebselement 840A des Getriebes 800A über die Achsen 820A mit den exzentrischen Elementen 830A, 835A gekoppelt. Jede Achse 820A steht über Nadellager oder eine andere Art von Lager mit dem Abtriebselement 840A in Kontakt.
Es ist zu beachten, dass (Anspruch)[Figur] 8A zwar die Verwendung eines Satzes von Planetennocken zum Antreiben von exzentrischen Elementen eines Kombinationsgetriebes mit zwei vollständigen Teilgetrieben nebeneinander darin zeigt, dass aber ein solcher Satz von Planetennocken auch zum Antreiben eines auf andere Weise konfigurierten Einzel- oder Mehrfachgetriebes verwendet werden könnte, z. B. jede der in 2C-D, 3, 4, 5A-E, 6A oder 7 dargestellten Konfigurationen von Einzel- oder Mehrfachgetrieben.
Die Planetenräder des Getriebes 800A aus 8A befinden sich „distal“ zu den Nocken des Getriebes (d. h. nicht zwischen den Nocken). Diese Anordnung kann eine Reihe von Vorteilen bieten, z. B. durch eine Reduzierung der Kosten des Getriebes und/oder eine Erleichterung der Montage und/oder Wartung des Getriebes. Bei einigen Anwendungen kann es jedoch von Vorteil sein, die Planetenräder zwischen den Nocken zu platzieren. Dies kann z. B. geschehen, um die von den Planetenrädern übertragenen Lasten auszugleichen, um die Lastwege innerhalb des Getriebes zu verkürzen, um die Anzahl der Lager auf der Achse unter erheblicher Belastung zu verringern und/oder um die Größe dieser Belastung zu reduzieren oder um einen anderen Vorteil zu bieten.
8B zeigt ein Getriebe 800B, das auf diese Weise konfiguriert ist. Das Getriebe 800B umfasst ein Eingangselement 810B, mit dem ein Sonnenrad 815B gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements 810B zu einer Drehung des Sonnenrads 815B führt. Das Sonnenrad 815B steht in Zahnradkontakt mit einer Anzahl von Planetenrädern 821B, die jeweils mit einer jeweiligen Achse 820B gekoppelt sind. Jede Achse 820B ist auch mit einem Satz von Nocken 825B, 823B gekoppelt, die sich auf beiden Seiten des Planetenrads 821B befinden und mit jeweiligen exzentrischen Elementen 830B, 835B in Kontakt stehen. Ein Abtriebselement 840B des Getriebes 800B ist über die Achsen 820B mit den exzentrischen Elementen 830B, 835B gekoppelt. Jede Achse 820B steht über Nadellager oder eine andere Art von Lager mit dem Abtriebselement 840B in Kontakt.
VI. Schluss
Die in den Figuren gezeigten besonderen Anordnungen sind nicht als einschränkend anzusehen. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen mehr oder weniger von jedem in einer bestimmten Figur gezeigten Element enthalten können. Außerdem können einige der dargestellten Elemente kombiniert oder weggelassen werden. Darüber hinaus kann eine beispielhafte Ausführungsform auch Elemente enthalten, die in den Figuren nicht dargestellt sind.
Es wurden zwar hierin verschiedene Aspekte und Ausführungsformen offenbart, aber es sind für die Fachperson auch andere Aspekte und Ausführungsformen offensichtlich. Die verschiedenen hierin offenbarten Aspekte und Ausführungsformen dienen der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend zu verstehen, wobei der wahre Umfang und das Wesen durch die folgenden Ansprüche angegeben wird. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet und andere Änderungen vorgenommen werden, ohne von Wesen oder Umfang des hierin präsentierten Gegenstandes abzuweichen. Es ist leicht zu verstehen, dass die Aspekte der vorliegenden Offenbarung, wie hierin allgemein beschrieben und in den Figuren dargestellt, in einer breiten Palette von verschiedenen Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert, getrennt und gestaltet werden können, die hierin alle in Betracht gezogen werden.
Darüber hinaus wird durchweg auf „Mittelebenen-Einschränkungselemente“ Bezug genommen, die zum Einschränken, in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad, der relativen Drehung und/oder Position von Rollen von Getrieben oder anderen hierin beschriebenen Mechanismen konfiguriert sind. Sätze solcher „Mittelebenen-Einschränkungselemente“ werden hierin allgemein so beschrieben, dass sie entlang einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die sich zwischen zwei oder mehr Teilgetrieben eines Verbundgetriebes befindet. Dies ist jedoch als nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel gedacht. Einschränkungselemente, die Bestandteil von Sätzen solcher Einschränkungselemente sind, können auf mehreren verschiedenen Ebenen angeordnet sein (z. B. können alternierende Einschränkungselemente auf jeweils verschiedenen Ebenen angeordnet sein), die zwischen Teilgetrieben eines Verbundgetriebes angeordnet sein können oder auch nicht. Der Begriff „Mittelebenen-Einschränkungselement“ wird hier in nicht einschränkender Weise verwendet und kann Einschränkungselemente beschreiben, die nicht auf einer Ebene zwischen Teilgetrieben eines Verbundgetriebes angeordnet sind und/oder die Bestandteil von Sätzen solcher Einschränkungselemente sind, die nicht alle entlang einer einzigen Ebene angeordnet sind (z. B. die abwechselnd entlang zwei verschiedener Ebenen angeordnet sind).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/891551 [0001]
US 15/738706 [0001]

Claims

Ein Getriebe, umfassend: ein Sonnenrad; ein Eingangselement, das mit dem Sonnenrad gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des Sonnenrads führt; zwei oder mehr Planetenräder, die in Zahnradkontakt mit dem Sonnenrad stehen; zwei oder mehr Nocken, wobei jeder der zwei oder mehr Nocken mit einem jeweiligen der zwei oder mehr Planetenräder gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Sonnenrads zu einer Drehung jedes der zwei oder mehr Nocken führt; ein exzentrisches Element, das mit den zwei oder mehr Nocken gekoppelt ist, so dass eine Drehung der zwei oder mehr Nocken zu einer exzentrischen Bewegung des exzentrischen Elements führt, wobei das exzentrische Element zwei Kontaktflächen aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein Erdungselement, das mindestens zwei Kontaktflächen aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein Abtriebselement, das mit dem exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt; eine Mehrzahl von Rollen, wobei jede Rolle der Mehrzahl von Rollen mit den Kontaktflächen des exzentrischen Elements und des Erdungselements in Kontakt steht, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt.
Das Getriebe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: zwei oder mehr zusätzliche Nocken, wobei jeder der zwei oder mehr zusätzlichen Nocken mit einem jeweiligen der zwei oder mehr Planetenräder gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Sonnenrads zu einer Drehung jedes der zwei oder mehr zusätzlichen Nocken führt; ein zusätzliches exzentrisches Element, das mit den zwei oder mehr zusätzlichen Nocken gekoppelt ist, so dass eine Drehung der zwei oder mehr zusätzlichen Nocken zu einer exzentrischen Bewegung des zusätzlichen exzentrischen Elements führt, wobei das zusätzliche exzentrische Element zwei Kontaktflächen aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und wobei das Erdungselement mindestens zwei zusätzliche Kontaktflächen aufweist, die eine zusätzliche Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; und eine Mehrzahl von zusätzlichen Rollen, jede Rolle der Mehrzahl von zusätzlichen Rollen mit den Kontaktflächen des zusätzlichen exzentrischen Elements und den mindestens zwei zusätzlichen Kontaktflächen des Erdungselements in Kontakt stehend, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des zusätzlichen exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt.
Das Getriebe nach Anspruch 2, wobei sich ein bestimmtes Planetenrad der zwei oder mehr Planetenräder zwischen dem Nocken der zwei oder mehr Nocken und dem Nocken der zwei oder mehr zusätzlichen Nocken befindet, mit denen das bestimmte Planetenrad gekoppelt ist.
Das Getriebe nach Anspruch 2, wobei eine Drehung des Eingangselements bewirkt, dass das exzentrische Element und das zusätzliche exzentrische Element in jeweilige exzentrische Bewegungen eingreifen, die zwischen 170 und 190 Grad phasenverschoben sind.
Das Getriebe nach Anspruch 4, weiterhin umfassend: eine Mehrzahl von Mittelebenen-Einschränkungselementen, wobei ein bestimmtes Mittelebenen-Einschränkungselement der Mehrzahl von Mittelebenen-Einschränkungselementen in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad die Position und Drehung einer ersten bestimmten Rolle der Mehrzahl von Rollen relativ zu einer entsprechenden zweiten bestimmten Rolle der Mehrzahl von zusätzlichen Rollen im Wesentlichen einschränkt.
Das Getriebe nach Anspruch 5, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement, die erste bestimmte Rolle und die zweite bestimmte Rolle miteinander gekoppelt sind.
Das Getriebe nach Anspruch 5, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement (i) einen mit der ersten bestimmten Rolle gekoppelten ersten Einschränkungsabschnitt und (ii) einen mit der zweiten bestimmten Rolle gekoppelten zweiten Einschränkungsabschnitt umfasst, der erste und zweite Einschränkungsabschnitt jeweils Formen aufwesend, die eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten bestimmten Rolle um eine erste Drehachse einschränken, während sie eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten bestimmten Rolle um eine zweite und dritte Drehachse zulassen, die orthogonal zur ersten Achse sind, und während sie auch eine relative Translation zwischen der ersten und zweiten bestimmten Rolle zulassen.
Das Getriebe nach Anspruch 5, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement einen Stab beinhaltet, der innerhalb von Öffnungen in der ersten und zweiten bestimmten Rolle angeordnet ist, so dass das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten bestimmten Rolle um eine erste Drehachse einschränkt, während es eine relative Translation zwischen der ersten und zweiten bestimmten Rolle entlang der ersten Drehachse zulässt.
Das Getriebe nach Anspruch 5, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement eine erste Rolle und eine zweite Rolle beinhaltet, wobei die erste Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht und die zweite Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die erste Rolle und die zweite Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements bzw. der zusätzlichen Kontaktfläche des exzentrischen Elements eingreifen.
Das Getriebe nach Anspruch 9, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement zusätzlich eine dritte Rolle beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des zusätzlichen exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die dritte Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des zusätzlichen exzentrischen Elements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 5, weiterhin umfassend einen Käfig, der mit der Mehrzahl von Mittelebenen-Einschränkungselementen in Kontakt steht, um die Positionen der Mehrzahl von Mittelebenen-Einschränkungselementen relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen zusätzlichen Käfig, der mit der Mehrzahl von Rollen in Kontakt steht, um die Positionen der Mehrzahl von Rollen relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 11, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement eine erste Rolle umfasst, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die erste Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 5, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement in Zahnradkontakt mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements steht.
Das Getriebe nach Anspruch 1, wobei eine bestimmte Rolle der Mehrzahl von Rollen mindestens zwei nach innen weisende Kontaktflächen aufweist, die mit den Kontaktflächen des exzentrischen Elements in Kontakt stehen.
Das Getriebe nach Anspruch 1, wobei die zwei oder mehr Planetenräder, die zwei oder mehr Nocken und das exzentrische Element ein erstes Teilgetriebe bilden und wobei das Getriebe zusätzlich umfasst: zwei oder mehr zusätzliche Teilgetriebe, jedes der zusätzlichen Teilgetriebe ein jeweiliges zusätzliches exzentrisches Element, zusätzliche zwei oder mehr Planetenräder und zusätzliche zwei oder mehr Nocken beinhaltend.
Das Getriebe nach Anspruch 16, wobei eine Drehung des Eingangselements bewirkt, dass das exzentrische Element und die exzentrischen Elemente der zusätzlichen Teilgetriebe in jeweilige exzentrische Bewegungen mit im Wesentlichen gleichmäßig getrennten Phasen eingreifen.
Das Getriebe nach Anspruch 1, wobei jeder der zwei oder mehr Nocken mit einer jeweiligen Achse mit einem jeweiligen Lager gekoppelt ist und sich um diese dreht, und wobei das Abtriebselement über die Lager und Achsen mit dem exzentrischen Element gekoppelt ist.
Das Getriebe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend zwei oder mehr Stifte, die mit Kontaktflächen des Abtriebselements und zusätzlichen Kontaktflächen des exzentrischen Elements in Rollkontakt stehen, wobei das Abtriebselement über die zwei oder mehr Stifte mit dem exzentrischen Element gekoppelt ist.
Das Getriebe nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zusätzlichen Käfig, der mit der Mehrzahl von Rollen in Kontakt steht, um die Positionen der Mehrzahl von Rollen relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 20, wobei der Käfig eine erste und eine zweite Kontaktfläche beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements bzw. einer zusätzlichen Kontaktfläche des exzentrischen Elements in Rollkontakt stehen.
Ein Getriebe, umfassend: ein Eingangselement; ein erstes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt, wobei das erste exzentrische Element eine erste und eine zweite Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein zweites exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des zweiten exzentrischen Elements führt, wobei das zweite exzentrische Element eine dritte und eine vierte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein Erdungselement, das (i) eine fünfte und eine sechste Kontaktfläche, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und (ii) eine siebte und eine achte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein Abtriebselement, das mit dem ersten und zweiten exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt; eine erste Mehrzahl von Rollen und eine zweite Mehrzahl von Rollen, jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit der ersten, zweiten, fünften und sechsten Kontaktfläche in Kontakt stehend und jede Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen mit der dritten, vierten, siebten und achten Kontaktfläche in Kontakt stehend, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit einer entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen über ein jeweiliges Mittelebenen-Einschränkungselement gekoppelt ist, das in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad die Position und Drehung der Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zu der entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen einschränkt.
Das Getriebe nach Anspruch 22, weiterhin umfassend: einen ersten Nocken, der mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des ersten Nockens führt, wobei das erste exzentrische Element mit dem ersten Nocken gekoppelt ist, so dass eine Drehung des ersten Nockens zu einer exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt; und einen zweiten Nocken, der mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des zweiten Nockens führt, wobei das zweite exzentrische Element mit dem zweiten Nocken gekoppelt ist, so dass eine Drehung des zweiten Nockens zu einer exzentrischen Bewegung des zweiten exzentrischen Elements führt, und wobei der erste Nocken und der zweite Nocken mit dem Eingangselement in einer versetzten Weise gekoppelt sind, so dass eine Drehung des Eingangselements bewirkt, dass das erste exzentrische Element und das zweite exzentrische Element in jeweilige exzentrische Bewegungen eingreifen, die zwischen 170 und 190 Grad phasenverschoben sind.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei eine bestimmte Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mindestens zwei nach innen weisende Kontaktflächen aufweist, die mit der ersten und zweiten Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements in Kontakt stehen.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente einer ersten Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen und einer zweiten Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen entspricht, und wobei die bestimmte Mittelebenen-Rolle und die erste und zweite Rolle miteinander gekoppelt sind.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente einer ersten Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen und einer zweiten Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen entspricht, und wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement(e) (i) einen mit der ersten Rolle gekoppelten ersten Einschränkungsabschnitt und (ii) einen mit der zweiten Rolle gekoppelten zweiten Einschränkungsabschnitt beinhaltet, der erste und zweite Einschränkungsabschnitt jeweils Formen aufweisend, die eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten Rolle um eine erste Drehachse einschränken, während sie eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten Rolle um eine zweite und eine dritte Drehachse zulassen, die orthogonal zur ersten Achse sind, und während sie auch eine relative Translation zwischen der ersten und zweiten Rolle zulassen.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente einer ersten Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen und einer zweiten Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen entspricht, und wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement einen Stab umfasst, der innerhalb von Öffnungen in der ersten und zweiten Rolle angeordnet ist, so dass das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten Rolle um eine erste Drehachse einschränkt, während es eine relative Translation zwischen der ersten und zweiten Rolle entlang der ersten Drehachse zulässt.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente eine erste Rolle und eine zweite Rolle beinhaltet, wobei die erste Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht und die zweite Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die erste Rolle und die zweite Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements bzw. der zusätzlichen Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements eingreifen.
Das Getriebe nach Anspruch 28, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement zusätzlich eine dritte Rolle beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des zweiten exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die dritte Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des zweiten exzentrischen Elements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 22, weiterhin umfassend einen Käfig, der mit jedem der Mittelebenen-Einschränkungselemente in Kontakt steht, um die Positionen der Mittelebenen-Einschränkungselemente relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 30, weiterhin umfassend einen zusätzlichen Käfig, der mit jeder Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen in Kontakt steht, um die Positionen der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 30, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente eine erste Rolle beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass das Rollenlager in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 22, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Zahnradkontakt steht.
Das Getriebe nach Anspruch 22, weiterhin umfassend zwei oder mehr Stifte, die in Rollkontakt mit Kontaktflächen des Abtriebselements und zusätzlichen Kontaktflächen des ersten und zweiten exzentrischen Elements stehen, wobei das Abtriebselement über die zwei oder mehr Stifte mit dem ersten und zweiten exzentrischen Element gekoppelt ist.
Das Getriebe nach Anspruch 22, weiterhin umfassend einen Käfig, der mit jeder Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen in Kontakt steht, um die Positionen der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 35, wobei der Käfig eine erste und eine zweite Kontaktfläche beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements bzw. einer zusätzlichen Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements in Rollkontakt stehen.
Ein Getriebe, umfassend: ein Eingangselement; ein erstes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt; ein zweites exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des zweiten exzentrischen Elements phasengleich mit der exzentrischen Bewegung des ersten exzentrischen Elements führt, wobei das erste und zweite exzentrische Element jeweils eine erste und eine zweite Kontaktfläche aufweisen, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein drittes exzentrisches Element, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer exzentrischen Bewegung des dritten exzentrischen Elements führt, wobei das dritte exzentrische Element eine dritte und eine vierte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und wobei sich das dritte exzentrische Element zwischen dem ersten exzentrischen Element und dem zweiten exzentrischen Element befindet; ein Erdungselement, das (i) eine fünfte und eine sechste Kontaktfläche, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren, und (ii) eine siebte und eine achte Kontaktfläche aufweist, die eine Reihe von Ausschnitten mit variabler Breite definieren; ein Abtriebselement, das mit dem ersten, zweiten und dritten exzentrischen Element gekoppelt ist, so dass eine Drehung des ersten, zweiten und dritten exzentrischen Elements zu einer Drehung des Abtriebselements führt; eine erste Mehrzahl von Rollen und eine zweite Mehrzahl von Rollen, jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit der ersten, zweiten, fünften und sechsten Kontaktfläche in Kontakt stehend und jede Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen mit der dritten, vierten, siebten und achten Kontaktfläche in Kontakt stehend, so dass eine Drehung des Eingangselements zu einer Drehung des ersten und zweiten exzentrischen Elements führt, wodurch die Drehung des Eingangselements eine Drehung des Abtriebselements bewirkt, wobei jede Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen mit einer entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen über ein j eweiliges Mittelebenen-Einschränkungselement gekoppelt ist, das in Bezug auf mindestens einen Freiheitsgrad die Position und Drehung der Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zu der entsprechenden Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen einschränkt.
Das Getriebe nach Anspruch 37, wobei eine bestimmte erste Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen eine erste Halbrolle, die in Kontakt mit der ersten und fünften Kontaktfläche steht, und eine zweite Halbrolle, die in Kontakt mit der zweiten und sechsten Kontaktfläche steht, umfasst, und wobei die erste und zweite Halbrolle durch ein Spannelement miteinander gekoppelt sind, das so konfiguriert ist, dass es einen axialen Abstand zwischen der ersten und zweiten Halbrolle beibehält.
Das Getriebe nach Anspruch 38, wobei das Spannelement Teil eines bestimmten der Mittelebenen-Einschränkungselemente ist, das der bestimmten ersten Rolle entspricht, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement auch einer bestimmten zweiten Rolle der zweiten Mehrzahl von Rollen entspricht, und wobei das Spannelement innerhalb einer Öffnung in der bestimmten zweiten Rolle angeordnet ist, so dass das Spannelement eine relative Drehung zwischen der bestimmten ersten Rolle und der bestimmten zweiten Rolle um eine erste Drehachse einschränkt, während es eine relative Translation zwischen der bestimmten ersten Rolle und der bestimmten zweiten Rolle entlang der ersten Drehachse zulässt.
Das Getriebe nach Anspruch 37, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente eine erste Rolle und eine zweite Rolle beinhaltet, wobei die erste Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht und die zweite Rolle mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des dritten exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die erste Rolle und die zweite Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements bzw. der zusätzlichen Kontaktfläche des dritten exzentrischen Elements eingreifen.
Das Getriebe nach Anspruch 40, wobei das bestimmte Mittelebenen-Einschränkungselement zusätzlich eine dritte Rolle beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die dritte Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des ersten exzentrischen Elements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 37, weiterhin umfassend einen Käfig, der mit jedem der Mittelebenen-Einschränkungselemente in Kontakt steht, um die Positionen der Mittelebenen-Einschränkungselemente relativ zueinander beizubehalten.
Das Getriebe nach Anspruch 37, wobei ein bestimmtes der Mittelebenen-Einschränkungselemente eine erste Rolle beinhaltet, die mit einer zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements in Kontakt steht, so dass (diese)[eine] Drehung des Eingangselements dazu führt, dass die erste Rolle in eine Rollbewegung in Kontakt mit der zusätzlichen Kontaktfläche des Erdungselements eingreift.
Das Getriebe nach Anspruch 37, weiterhin umfassend einen Käfig, der mit jeder Rolle der ersten Mehrzahl von Rollen in Kontakt steht, um die Positionen der ersten Mehrzahl von Rollen relativ zueinander beizubehalten.