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Spannungswellengetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungswellengetriebe
mit einem konzentrisch innerhalb eines verzahnten Ringes angeordneten biegsamen
Zahnrad, dessen Zähne die gleiche Form wie die Zähne des verzahnten Ringes aufweisen,
und mit einem Spannungswellenerzeuger, der an der den Zähnen des biegsamen Zahnrades
abgekehrten Seite anliegt und es ausbiegt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Getriebe zur übertragung
von Drehbewegungen für hohe übersetzungsverhältnisse mittels zweier formschlüssig,
vorzugsweise über eine Umfangsverzahnung oder kraftschlüssig in Eingriff miteinander
stehender Ringelemente so auszubilden, daß ein Paar konzentrisch ineinander angeordneter
Ringe unterschiedlicher Durchmesser vorgesehen sind, von denen der eine Ring radial
verformbar oder ausbiegbar oder mit einer radial verformbaren oder ausbiegbaren
Wand versehen ist, ferner dem Ringpaar Eingriffsorgane vorzugsweise mechanischer
oder elektromagnetischer Art zuzuordnen, mit denen zur direkten formschlüssigen
Verbindung der beiden Ringe radiale Verformungen oder Ausbiegungen des einen Ringes
oder dessen Wand an einer Vielzahl von Umfangsstellen erzeugt werden können, die
sich im regelmäßigen Abstand voneinander mit jeweils zwischenliegenden Umfangsstellen
ohne eine solche Vereinigung befinden, sowie Antriebsmittel zur Erzeugung einer
kontinuierlichen Drehbewegung der erwähnten Ringe oder deren Eingriffs- bzw. Verformungsorgane
oder aber der Gesamtanordnung dieser Teile oder ihrer Lagerelemente vorzusehen.
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Bei diesem Spannungswellengetriebe ist der Spannungswellenerzeuger
im allgemeinen von elliptischer Form. Obwohl die übertragungsfähigkeit von Drehkräften
bei Spannungswellengetrieben im Vergleich zu Getriebesystemen üblicher Art sehr
groß ist, ist es in einigen Fällen erwünscht, die übertragungsfähigkeit von Drehkräften
noch zu erhöhen.
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Es wurde ermittelt, daß die Zähne der Zahnräder eines Spannungswellengetriebes
mit zwei Vorsprüngen am Spannungswellenerzeuger an einem sich über 120° erstreckenden
Kreisbogen miteinander in Eingriff gebracht werden können, wenn man den Spännungswellenerzeuger
nicht elliptisch gestaltet, sondern ihn mit vorzugsweise kreisförmig ausgestalteten
Vorsprüngen versieht. Da dann etwa ein Drittel aller Zähne miteinander im Eingriff
stehen, kann die übertragungsfähigkeit von Drehkräften eines solchen Getriebes leicht
so weit erhöht werden, daß sie größer ist als die übertragungsfähigkeiten von Drehkräften
anderer Teile des Getriebes, wie z. B. der Antriebswelle. Das der Erfindung zugrunde
liegende Prinzip kann auch auf Spannungswellengetriebe angewendet werden, deren
Spannungswellenerzeuger nicht zwei, sondern drei oder mehr Vorsprünge hat oder nur
mit einem Vorsprung versehen ist.
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Bei bereits bekannten Spannungswellengetrieben liegt die Zahneingriffsfläche
am Wellenberg, sofern der Spannungswellenerzeuger innerhalb der Zahnräder des Getriebes
angeordnet ist, und am Wellental, wenn der Spannungswellenerzeuger die Zahnräder
des Getriebes umgibt. Wenn der Spannungswellenerzeuger eine sinusförmige Spannungswelle
erzeugt, entspricht diese Zahneingriffsfläche bei großer Belastung des Spannungswellengetriebes
der Fläche, in der etwa 10 bis 151% der Zähne der Zahnräder enthalten sind.
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Gemäß der Erfindung wird der Wellenberg bzw. das Wellental der Sinus-
oder harmonischen Welle (je nachdem ob der Spannungswellenerzeuger innerhalb oder
außerhalb der Zahnräder angeordnet ist) abgeflacht. An der Stelle, wo diese Welle
tangential zum Teilkreis des kämmenden Zahnradringes verläuft, werden die Vorsprünge
des Spannungswellenerzeugers
vergrößert, und zwar am Teilkreis
des Zahnradringes entlang. Das Ausmaß der auf diese Weise bewirkten Vergrößerung
der Zahneingriffsfläche wird nur durch die Beanspruchung und die Zahnform betreffende
Überlegungen beschränkt. Da durch die Vergrößerung der Zahneingriffsfläche die für
die Verformung des biegsamen Zahnrades zur Verfügung stehende Winkelentfernung verringert
wird, wird durch die vergrößerte Zahneingriffsfläche die Belastung für die jeweilige
Zahngröße erhöht.
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In der bevorzugten Form ist die von dem Spannungswellenerzeuger hervorgerufene
Welle eine Harmonische oder Sinuswelle, und zwar bis zum Wellenberg oder Wellental,
wo die Welle tangential zum Teilkreis des Zahnringes verläuft. Irgendein kreisförmiger
sich an den Wellenbergen oder Wellentälern anschließender Bogen verkürzt den harmonisch
verlaufenden Teil der Welle, da die Gesamtwelle natürlich nur 360° umfaßt. Bei großen
Zahnrädern oder bei Zahnrädern, deren Ausbiegung geringfügig ist, ist dies jedoch
zulässig.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, die übertragungsfähigkeit von Drehkräften
bei Spannungswellengetrieben dadurch zu vergrößern, daß die Zahneingriffsfläche
vergrößert wird, indem die Form des Spannungswellenerzeugers verändert wird. Ferner
ist beabsichtigt, die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers einem Kreisbogen anzupassen,
mit vorzugsweise der Ellipsenhauptachse als Radius, und die abgeflachten Vorsprünge
über einen beträchtlichen Bogen auszubreiten, der an jedem Vorsprung des Spannungswellenerzeugers
etwa 60° beträgt. Außerdem ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers konzentrisch zur Krümmung des Zahnradringes
anzuordnen und einen Spannungswellenerzeuger zu verwenden, der elliptisch geformt
ist oder der, mit Ausnahme der Wellenberge, einer Sinuswelle entspricht und der
so weit abgeflacht ist, daß er an den Wellenbergen vorzugsweise mit einem kreisförmigen
Bogen übereinstimmt.
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In den Zeichnungen ist eine der Verkörperungen der Erfindung abgebildet.
Es zeigt F i g. 1 eine Endansicht des Spannungswellengetriebes, F i g. 2 einen Schnitt
nach der Linie 2-2 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der F
i g. 1, F i g. 4 einige miteinander im Eingriff stehende Zähne, F i g. 5 einige
außer Eingriff stehende Zähne, F i g. 6 und 7 Diagramme der erzeugten Spannungswellen.
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Wie die F i g. 1 zeigt, ist ein verzahnter Ring 20
mit einer
sich auf einem Lager drehenden Welle verbunden. Dieser Ring 20 weist an seiner Innenwand
Zähne 21 auf. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, kämmt eine Anzahl der Zähne
21 des Ringes 20 mit einer Anzahl von außen an einem biegsamen Zahnrad
23 angeordneten Zähnen 22. Die Zähne 22 haben die gleiche Form wie die Zähne 21.
Das biegsame Zahnrad 23 ist ebenfalls mit einer auf Lagern ruhenden Welle verbunden.
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Es ist unbeachtlich, ob der Ring 20 innenverzahnt und das biegsame
Zahnrad 23 außenverzahnt oder ob der Ring 20 mit Außenverzahnung und das biegsame
Zahnrad 23 mit Innenverzahnung versehen sind. Die den Zähnen 22 abgekehrte Seite
des biegsamen Zahnrades 23 wird von einem nockenartigen Spannungswellenerzeuger
24 erfaßt und verformt, der sich um eine Welle 25 dreht. Wie aus F i g. 1 ersichtlich,
steht die Außenfläche 26 des Spannungswellenerzeugers 24 mit der Innenfläche des
biegsamen Zahnrades 23 in Berührung.
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Wenn z. B. ein Spannungswellengetriebe mit zwei Vorsprüngen am Spannungswellenerzeuger
verwendet wird, wird die in F i g. 6 abgebildete sinusförmige Kurve dadurch verändert,
daß die Vorsprünge des Spannungswellenerzeugers abgeflacht und vergrößert werden,
und zwar am Scheitel jedes Vorsprunges oder dort, wo die Vorsprünge tangential zum
Teilkreis des kämmenden verzahnten Ringes verlaufen. Wie aus F i g. 7 ersichtlich,
ist der Scheitel jedes Vorsprunges als ein sich über x Grad erstreckender Kreisbogen
ausgebildet, dessen Krümmungsradius die Hauptsache der Ellipse ist. Vorzugsweise
erstreckt sich der tangential zu den Zahnteilbahnen der beiden Zahnräder verlaufende
Kreisbogen über etwa 60°. Hierdurch werden die harmonisch verlaufenden Teile jeder
der Wellen verringert, und zwar um 60°. Somit stehen die Zähne eines sich über l20°
erstreckenden Kreisbogens der Ringe des Getriebes weitgehendst miteinander im Eingriff,
während die Zähne an einem sich über 36° bis 54° erstreckenden Kreisbogen nur teilweise
miteinander im Eingriff stehen. Somit wird die Zahnberührung auf beinahe 50% erhöht.
Die Wellenperiode, während der eine Ablenkung d erfolgt, wird hierdurch von 180°
auf 120° herabgesetzt. Infolgedessen sind die durch die Wellenerzeugung hervorgerufenen
Belastungen bei einem Spannungswellenerzeuger mit zwei Vorsprüngen im wesentlichen
genau so groß wie die durch einen mit drei Vorsprüngen versehenen Spannungswellenerzeuger
bewirkten Belastungen, wenn die in bekannten Spannungswellengetrieben angewendeten
Grundsätze für diese Ausbiegung befolgt werden.
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Die Zahneingriffsfläche wird also dadurch erhöht; daß die Form der
Welle an der Zahneingrüfsfläche verändert wird. Hierbei braucht die Welle nicht
fortlaufend oder symmetrisch zu sein.