DE1960503B2

DE1960503B2 - Umlaufgetriebe mit exzentren

Info

Publication number: DE1960503B2
Application number: DE19691960503
Authority: DE
Inventors: Kenneth W Farmington Kantz Donald B Ferndale Mich Verge (V St A)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1968-12-02
Filing date: 1969-12-02
Publication date: 1972-02-17
Also published as: DE1960503A1; CA921288A; GB1290169A; FR2025039A1; JPS4924260B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufgetriebe mit einem gchäuscfcstcn und mit einem mit einet ersten Welle verbundenen Zentralrad und mit einer exzentrisch zur Zentralachse umlaufenden Getrieberinganordnung, die mit den beiden Zentralrädern im Eingriff steht und mit einer zweiten, zentralen Welle kraftleitend verbunden ist.

Bei einem bekannten Getriebe dieser Art (deutsche Patentschrift 359 167) erfolgt der Antrieb der Getrieberinganordnung über einen an der zweiten Welle befestigten Exzenter, auf dem ein (Jeltiebering über ein t^r drehbar abgestützt ist. Eine derartige Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Getriebering bedingt jedoch in nachteiliger Weise hochbelastbare Lager und macht darüber hinaus zusätzliche Einrichtungen zum dynamischen Massenausgleich der Exzenterwelle erforderlich.

Wegen der unmittelbaren Koppelung deb Getrieberinges und der Antriebswelle läßt sich bei diesem bekannten Getriebe ferner das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis nur in verhältnismäßig engen Grenzen, nämlich durch entsprechende Wahl der Zähnezahl der miteinander kämmenden Getrieberinganordnung und Ze -.tralräder, beeinflussen.

Ferner ist eine Vorrichtung insbesondere zum Antrieb einer Membranpumpe bekannt (deutsche Patentschrift 1051 595), bei der ein Ring über Kugeln unterschiedlichen Durchmessers auf einer Antriebswelle gelagert ist und bei Drehung der Antriebswelle in exzentrische Bewegung versetzt wird. Bei dieser Vorrichtung rotiert jedoch der Ring nicht um seine Mittelachse, rondern es wird von der exzentrischen Bewegung des Ringes lediglich die Radialbewegung in einer Richtung zum hin- und hergehenden Antrieb eines Betätigungsstößels der Membranpumpe ausgenutzt.

Schließlich ist e^:n epizyklisches Getriebe bekannt (britische Patentschrift 927 684) bei dem zwei parallele, um 180° versetzte Getrieberinge mit zwei Exzenterwellen gekoppelt sind, welche in einem umlaufenden Planetenradträger gelagert sind und jeweils von einem Planetenrad angetrieben werden. Auch bei diesem Getriebe werden wiederum in nachteiliger Weise unwuchtbehaftete Exzenterwellen und hochbelastete Lager benötigt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Umlaufgetriebe einen dynamischen Massenausgleich zu erzielen und Lager für hohe Drehzahlen zu vermeiden.

Zu diesem Zweck schafft die E^rfindung ein Umlaufgetriebe der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Getrieberinganordnung über mehrere in Umfangsrichtung versetzte Umlaufräder unterschiedlichen Durchmessers in antriebschlüssiger Verbindung auf der zweiten Welle schwimmend gelagert ist und daß die Getrieberinganordnung mehrere Ringe enthält, deren umlaufende geometrische Achsen einerseits untereinander gleichen Abstand und andererseits gleichen Abstand zur Zentralachse haben.

Bei dem erfindungsgemäßen Umlaufgetriebe wird nicht nur eine schwimmende Lagerung der Getrieberinganordnung ohne hochbelastete Lager in der Verbindung zwischen zsveiter Welle und Getrieberinganordnung erreicht, sondern es geraten auch dis üblichen, mit der im allgemeinen schnelldrehender zweiten Welle umlaufenden Unwuchten in Fortfall gleichzeitig läßt sich in der Verbindung zwischet zweiter Welle und Getrieberinganordnung eine weiten Untersetzungsstufe vorsehen, durch die die Gesamt Untersetzung des Getriebes weiter erhöht werden kann Schließlich wird durch die Parallelanordnung mehrere versetzter Getrieberinge auch für einen dynamische Massenausgleich derexzentrisch umlaufenden Getriebe ringanordnung selbst gesorgt und somit insgesamt ei Getriebe geschaffen, das sich im Vergleich zu den bt kannten Getrieben durch ein geringeres Gewicht, kle ncrc Abmessungen, höhere übertragbare Drehmoment und die Möglichkeit höherer Über- bzw. Untei Setzungsverhältnisse auszeichnet.

Zur Lösung der genannten Aufgabe wird erfindung gemäf3 weiterhin ein Getriebe der eingangs erwähnte

Art geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Getrieberinganordnung ebenfalls wieder über mehrere in Umfangsrichtung versetzte Umlaufräder unterschiedlichen Durchmessers in antriebschlüssiger Verbindung auf der zweiten Welle schwimmend gelagert ist, und daß die Getrieberinganordnung zwei fest miteinander verbundene Ringe unterschiedlichen Durchmessers mit einer gemeinsamen geometrischen Achse enthält.

In diesem Fall sind an Stelle der um versetzte Achsen umlaufenden Ger.rieberinge gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zwei starr miteinander \erbundene Ringe unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen; im übrigen wird bei einfacher Bauweise auch hier wieder ohne hochbelastete Lager eine antriebschlüssige Verbindung und schwimmende Lagerung des Getrieberinges auf der zweiten Welle erhalten, und gleichzeitig werden ohne besonderen dynamischen Massenausgleich ebenfalls wieder störende Tnwucnten in dem Getriebeabschnitt zwischen zweiter Welle und Getriebering weitgehend ausgeschaltet. Durch die Anordnung zweier starr, vorzugsweise einstückig miteinander verbundener Getrieberinge unterschiedlichen Durchmessers läßt sich, abgesehen von der Möglichkeit einer zusätzlichen Untersetzung zwischen" Getriebering und zweiter Welle, das Über- bz*v. Untersetzungsverhältnis im Getriebeast zwischen den Zentralrädern und den Getrieberingen in weiten Grenzen variieren.

Die zweite Welle, die Umlaufräder und die Zentralräder stehen vorzugsweise in formschlüssigem Eingriff, um insbesondere bei höheren Belastungen eine sichere Drelimomentenübertragung zu gewährleisten. Im Hinblick auf eine größere Laufruhe und einfachere Herstellung kann jedoch zwischen zweiter Welle, Umlaufrädern unc Zentralrädern auch ein reibschlüssiger Eingriff vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, beide Maßnahmen nebeneinander also sowohl einen formschlüssigen als auch einen reibschlüssigen Eingriff zwischen den Getriebeelementen vorzusehen.

Falls erforderlich, kann zur genauen gegenseitigen Ausrichtung der Umlaufräder ein frei drehbarer Träger vorgesehen sein, in dem die Umlaufräder gelagert sind.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden beispielsweisen Beschreibung in Verbindung +5 mit den Zeichnungen hervor. Es zeigt

F i g. 1 eine perspek'ivische, teilweise gebrochene Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes,

F i g. 2 einen Längsschnitt des in F i g. 1 gezeigten Getriebes,

F i g. 3 einen Schnitt des Getriebes gemäß F i g. 1 längs der Linie 3-3,

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 2, wobei einige Teile zur deutlicheren Darstelhing fortgelassen sind,

F i g. 5 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

F i g. 6 einen Schnitt des Getriebes gemäß F i g. 5 längs der Linie 6 6.

In den F i g. 1 und 2 ist das Getriebe allgemein mit 10 bezeichnet. Es enthält ein Gehäuse 12, an dem ein gehäusefestes Zentralrad 14 mit radial nach innen weisenden Zähnen 16 befestigt ist. Ein umlaufendes Zentralrad 18 mit radial nach innen weisenden Zähnen 20 und einer zur Zahl der Zähne 16 unterschiedlichen Zähnezahl ist drehbar auf Lagern 22 und 24 gelagert, Hie im Gehäuse 12 angeordnet sind. Das Zentralrad 18 ist mit einer Antriebswelle 26 verbunden, die zu einem hier nicht gezeigten Mechanismus führt, der von dem Getriebe 10 angetrieben werden soll. Das gehäusefeste Zentralrad 14 und das umlaufende Zentralrad 18 sind koaxial zueinander angeordnet und haben eine mit 28 bezeichnete Zentralachse. Ein schwimmend gelagerter Getriebering 30, der aus zwei identischen Teilringen 32 und 34 besteht, die durch geeignete Mittel wie einen oder mehrere Stifte miteinander verbunden sind, von denen einer in F i g. 2 gezeigt und mit 36 bezeichnet ist, besitzt eine Achse 38, die exzentrisch zur Achse 28 verläuft. Die Teilringe 32 und 34 des Getrieberings besitzen radial nach außen gerichtete Zähne 40 und radial nach innen gerichtete Zähne 42. Die äußeren Zähne 40 des Teilrings 32 stehen im Eingriff mit den Zähnen 16 des gehäusefesten Zentralrades 14, und die äußeren Zähne 40 des Teilrings 34 stehen im Eingriff mit den Zähnen 20 des umlaufe, Jen Zentralrades 18.

Ein zweiter Getriebering 44 mit aen gleichen Durchmesser wie der Getriebering 30 hat außenliegende Zähne 46 und innenliegende Zähne 48. Die außenliegenden Zähne 46, die mit den gehäusefesten Zähnen 16 und den Zähnen 20 des umlaufenden Zentralrades 18 kämmen, entsprechen bezüglich ihrer Abmessungen und Anzahl den außenliegenden Zähnen 40 des Getrieberings 30. Die inneren Zähne 48 entsprecnen bezüglich ihrer Abmessungen und Anzahl den innenliegenden Zähnen 42 des Getrieberinges 30. Der Getriebering 44 besitzt eine Achse 50, die exzentrisch zur Zentralachse 28 umläuft. Wie aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, ist der Getriebering 44 so angeordnet, daß er um 180° phasenverschoben gegenüber dem Getriebering 30 ist. Mit anderen Worten, der Getriebering 44 greift in Bereiche des gehäusefesten Zentralrades 14 und des umlaufenden Zentralrades 18, die um 180° gegenüber den Bereichen, an denen der Getriebering 30 mit dem gehäusefesten Zentralrad 14 und dem umlaufenden Zentralrad 18 im Eingriff steht, versetzt sind. Ein Schlitz 45 im Getriebering 44 dient zur Aufnahme des Stiftes 36, der die beiden Teilringe 32 und 34 des Getrieberinges 30 verbindet.

In dem Getriebe 10 sind die Getrieberinge 30 und 44 so angetrieben, daß sie auf dem inneren Umfang des gehäusefesten Zentralrades 14 abrollen. Da die Anzahl der Zähne 40 und 46 der Getrieberinge 30 und 44 von der Zähnezahl der Zähne 16 des gehäusefesten Zentralrades 14 verschieden ist und die Getrieberinge 30 und 44 bezüglich der feststehenden Zentralachse 28 exzentrsch angeordnet sind, durchlaufen die Getrieberinge relativ zum gehäusefester. Zentralrad 14 während ihres Abrollens auf dem inneren Umfang des Zentralrades 14 eine epizyklische Bewegungsbahn. Mit anderen Worten, die Getrieberingachsen 38 und 50 kreisen um die Zentralachse 28.

Im Getriebe 10 wird der Antrieb der Getrieberinge 30 und 44 von einer allgemein mit 52 bezeichneten Antriebseinheit durchgeführt. Die Antriebseinheit 52 enthält eine mit Zähnen versehene zentrale Welle 54, die von einer geeigneten, hier nicht gezeigten Antriebsquelle angetrieben wird. Die Welle54 ist in einem Wälzlager 56 gelagert, das in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Auf der Antriebswelle 54 ist ein Paar iden tischer Sonnenräder 58 befestigt. Die Sonnenräder 5i kämmen mit ihren Zähnen 61 jeweils mit drei Umlauf rädern 60, 62, 64, die in gleichförmigem Abstand urr die Antriebswelle 54 herum verteilt sind. Jedes de Umlaufräder 60, 62, 64 ist mit einer Schicht 66 eine Materials mit hohem Reibungskoeffizienten, wie etw;

Gummi, überzogen. Die Schicht 66 steht in reibendem und rollendem Eingriff mit der Oberfläche der Antriebswelle 54, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Das Umlaufrad 60 hat einen größeren Durchmesser als die Umlaufräder 62 und 64. Daher übt das größere Umlaufrad an dem Punkt, an dem es am Getriebering 30 anliegt, einen radial nach außen gerichteten, mit Fl bezeichneten Kraftvektor aus, wodurch der Getriebering 30 im Eingriff mit dem gehäusefesten Zentralrad 14 gehalten wird. Durch seinen größeren Durchmesser hat das größere Umlaufrad 60 mehr Zähne 61. Diese Zähne haben jedoch die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie die Zähne 61 der anderen Umlaufräder 62 und 64, so daß, wenn die Welle 54 sich dreht, sämtliche Umlaufräder 60, 62 und 64 mit derselben Geschwindigkeit um die Zentralachse 28 umlaufen. Die Zähne 61 der Umlaufräder 60, 62, 64 kämmen mit den inneren Zähnen 42 des Getrieberinges 30 und werden in gleichmäßigem Abstand gehalten, so daß bei Drehung der Antriebswelle 54 der Kraftvektor Fl um die Zentralachse 28 umläuft.

Ein ähnliches Sonnenrad und ähnliche Umlaufräder sind für den zweiten Getriebering 44 vorgesehen. Diese Anordnung besteht aus einem Sonnenrad 70, das auf der Welle 54 befestigt ist und dem Sonnenrad 58 gleicht, und aus drei Umlauf rädern 72, 74, 76, die den Umlaufrädern 60, 62, 64 gleichen und Reibschichten 78 zum Eingriff mit der Antriebswelle 54 aufweisen. In F i g. 2 ist eine Reibschicht 78 an dem Umlaufrad 72 gezeigt. In F i g. 1 ist diese Schicht zur deutlicheren Darstellung fortgelassen worden. Die Umlauf räder 72, 74, 76 besitzen Zähne 73, die mit dem Sonnenrad 70 und den Zähnen 48 des Getrieberings 44 kämmen. Das Umlaufrad 72 ist größer als die anderen Umlauf räder 74 und 76, so daß es die gleiche Wirkungsweise hat wie das Umlaufrad 60 und einen Kraftvektor F2 erzeugt, der gleich groß wie der und entgegengesetzt dem Kraftvektor Fl ist und den Getriebering 44 um 180° phasenverschoben gegenüber dem Getriebering 30 hält. Die Lage des Kraftvektors F2 wird dadurch erzielt, daß das Umlaufrad 72 dem Umlaufrad 60 diametral gegenüberliegt und die Umlaufräder 72, 74, 76 um 120° gegeneinander versetzt und zwischen den Umlaufrädern 60,62,64 angeordnet sind.

Wird die Antriebswelle 54 angetrieben, so kreisen die Umlauf räder 60, 62, 64 um die Zentralachse und erzeugen den Kraftvektor Fl, der den Getriebering 30 im Eingriff mit dem gehäusefesten Zentralrad 14 hält, wobei der Kraftvektor Fl umläuft, so daß der Getriebering 30 eine epizyklische Bewegung gegenüber dem gehäusefesten Zentralrad 14 ausführt und die Getrieberingachse 38 um die Zentralachse 28 kreist. In gleicher Weise wird durch die Drehung der Antriebswelle 54 über die Umlaufräder 72, 74, 76 der Kraftvektor F2 erzeugt. Der Kraftvektor F2 läuft derart um, daß er den Getriebering 44 um 180° phasenverschoben gegenüber dem Getriebering 30 hält. Die um 180° phasenverschobene Anordnung der Getrieberinge 30 und 44 sorgt für einen dynamischen Massenausgleich des Getriebes 10 und beseitigt außerdem das Erfordernis von Hochgeschwindigkeitslagern, da die einzigen Lager, die benötigt werden, die Lager 22. 24 und 56 sind. Entsprechend dem Umlauf der Kraftvektoren Fl und F2 treiben die Getrieberinge 30 und 44 das umlaufende Zentralrad 18, so daß dieses sich um die Zentralachse 28 dreht. Ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis wird erzielt, indem das gehäusefeste Zentralrad, das umlaufende Zentralrad und die Getrieberäder eine entsprechende Zähnezahl aufweisen. Das Übersetzungsverhältnis ist durch folgende Gleichung bestimmt:

TR =

wobei

N₁ — Anzahl der Zähne des Sonnenrades 58 oder 70, N₃ = Anzahl der Zähne 42 oder 48 der Getrieberäder 30 und 44,

N₄ — Anzahl der Zähne 16 des gehäusefesten Zentralrades 14 und

N_t = Anzahl der Zähne 20 des umlaufenden Zentralrades 18.

In dem Getriebe 10 ist ein Träger nicht unbedingt erforderlich, da die seitlichen Gehäuseplatten zur Ausrichtung der Umlaufräder dienen. Die Parallelität der

ao Kraftvektoren Fl und F2 zwischen den gemeinsamen Antriebs- und Abtriebswellen ermöglicht es, daß bei einem Kämmen im Getriebe sämtliche Reaktionskräfte ausgeglichen sind. Außerdem wird das durch die exzentf Jche Anordnung der Getrieberinge 30 und 44

»5 hervorgerufene dynamische Massenungleichgewicht durch die um 180° phasenverschobene Anordnung aufgehoben.

Eine andere Ausführungsfotm des erfindungsgemäßen Getriebes, die allgemein mit 100 bezeichnet ist,

3» ist in den F i g. 5 und 6 dargestellt. Das Getriebe 100 weist ein Gehäuse 102 auf, in dem ein Lager 104 angeordnet ist, in dem seinerseits ein Abtriebs-Zentralrad 106 drehbar gelagert ist. Das Zentralrad 106 hat äußere Zähne 108, die mit einem innenverzahnten Teilring 110 eines schwimmend gelagerten Getrieberings 112 kämmen. Der Getriebering 112 hat ferner einen außenverzahnten Teilring 114, der mit inneren Zähnen 116 eines gehäusefesten Zentralrades 118 kämmt. Die Teilringe 110 und 114 haben unterschied liehe Durchmesser und bilden gemeinsam ein einstückiges Bauteil. Das Abtriebszentralrad 106 und das gehäusefeste Zentralrad 118 sind konzentrisch zueinander angeordnet und haben eine gemeinsame Zentralachse 102. Der au3 den beiden Teilringen 110 und 114

♦5 gebildete Getriebering 112 besitzt eine Achse 122, die exzentrisch zur Zentralachse 120 liegt. In de: i Getriebe 100 wird bei Antrieb durch eine Antriebseinheit 124 der Getriebering 112 so angetrieben, daß seine Achse 122 um die Achse 120 läuft und dem Getriebering eine epizyklische Bewegung gegenüber dem gehäusefesten Zentralrad 118 verleiht. Die Antriebseinheit 124 enthält eine keilnutenverzahnte Antriebswelle 126, die drehbar in Wälzlagern 128 und 130 gelagert ist, welche ihrerseits im Gehäuse 102 bzw. im Abtriebszentralrad 106 angeordnet sind, und zwei Umlaufräder 132 und 134. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, stehen die Umlauf räder 132 und 134 im Eingriff mit dem Umfang der Antriebswelle 126 und mit einer inneren Rollfläche 136 des Getrieberinges 112. Da das Umlaufrad 132 größer als das Umlaufrad 134 ist, bilden beide einen Kraftvektor F, der den Getriebering 112 im Eingriff mit dem gehäusefesten Zentralrad 118 hält. Wird die Antriebswelle 126 gedreht, so läuft der Vektor F um die Achse 120, um den Getriebering 112 und damit auch das Abtriebs-Zentralrad 106 anzutreiben.

In dem Getriebe 100 sind die Umlauf räder 132 und 134 drehbar auf Lagern 140 angeordnet, die ihrerseits auf einem Träger 142 sitzen, der drehbar in einer Lauf-

buchse 144 des Gehäuses 102 angeordnet ist. Der Träger 142 hält die Umlaufräder 132 und 134 um 180° versetzt, um die Lage der Umlaufräder 132 und 134 sicherzustellen, wenn der Kraftvektor F um die Achse !.2O umäuft. Es ist ersichtlich, daß das Getriebe 100 älinMch wlie das vorher beschriebene Getriebe 10

arbeitet, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zu erzielen, nämlich das Verhältnis der Drehzahl des Kraftvektors F relativ zur Drehzahl des Abtriebs-Zentralrades 106. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis wird leicht durch eine entsprechende Zähnezahl 108, 110, 114 und 116 erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

109508/169

Claims

Patentansprüche:

1. Umlaufgetriebe mit einem gehäusefesten und mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Zentralrad und mit einer exzentrisch zur Zentralachse umlaufenden Getrieberinganordnung, die mit den beiden Zentralrädern im Eingriff steht und mit einer zweiten, zentralen Welle kraftleitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberinganordnung (30, 44) über mehrere in Umfangsrichtung versetzte Umlaufräder (60, 62, 64; 72, 74, 76) unterschiedlichen Durchmessers in antriebschlüssiger Verbindung auf der zweiten Welle (54) schwimmend gelagert ist und daß die Getrieberinganordnung mehrere Ringe (30; 44) enthält, deren umlaufende geometrische Achsen (38, 50) einerseits untereinander gleichen Abstand und andererseits gleichen Abstand zur Zentralachse (28) haben.

2. Umlaufgetriebe mit einem gehäusefesten und mit einem mit einer ersten Welle verbundenen Zentralrad und mit einer exzentrisch zur Zentralachse umlaufenden Getrieberinganordnung, die mit den beiden Zentralrädern im Eingriff steht und mit einer zweiten, zentralen Welle kraftleitend verbunden ist, d.'i durch gekennzeichnet, daß die Getriebeberinganordnung (112) über mehrere in Umfangsrichtuag versetzte UmLufräder (132, 134) unterschiedlichen DurchmtsKrs in antriebschlüssiger Verbindung auf der zweiten Welle (126) schwimmend gelagert ist und daß die Getrieberinganordnung (112) zwei fest miteinander verbundene Ringe (110, 114) unterschiedlichen Durchmessers mit einer gemeinsamen geometrischen Achse (122) enthält.

3. Umlaufgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (54; 126), die Umlauf räder (60, 62, 64: 72, 74, 76; 132, 134) und die Zentralräder (14, 18; 106, 118) in formschlüssigem Eingriff stehen.

4. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (54; 126). die Umlauf räder (60, 62, 64; 72, 74. 76; 132, 134) und die Zcntralräder (14, 18; 106, 118) in reibschlüssigem Eingriff stehen.

5. Umlaufgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufräder (60, 62, 64: 72, 74, 76; 132, 134) in einem frei drehbaren Träger gelagert sind.