DE19757845B4

DE19757845B4 - Kugelkraftgetriebe

Info

Publication number: DE19757845B4
Application number: DE1997157845
Authority: DE
Inventors: Dieter Bollmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: DE19757845A1

Abstract

Kugelkraftgetriebe, bestehend aus einem in einem Gehäuse (2, 3, 4) gelagerten Abtriebsteil (5) sowie einem Antriebsteil (1) mit Exzenter (17) als Träger für eine auf einem Kugellager (9) geführte Inertialscheibe (6), die auf ihrer als Antriebsseite dienenden Fläche eine beliebige Zahl von Radialnuten (18) für jeweils hälftig in der Radialnut (18) sowie einer gehäusefesten Führung geführte Kugeln (10) aufweist und mit dem Abtriebsteil (5) mittels Kugeln (11) gekoppelt ist, die jeweils hälftig in einer ebenfalls beliebigen Zahl von Radialnuten (27) und einer sinusförmigen Wellennut (19) der Inertialscheibe (6) mit sich von der Zahl der Radialnuten (27) um +/- 1 unterscheidender Zahl von Wellungen und einem sich konzentrisch um die Getriebeachse erstreckendem Teilkreis (20) sowie einer der Exzentrizität des Exzenters entsprechender Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefeste Führung von die antriebsseitigen Radialnuten (18) der Inertialscheibe (6) zu einer Kugelführung ergänzenden Radialnuten (26) gebildet und ebenso wie die antriebsseitigen Radialnuten (27) in...

Description

Die Erfindung geht aus von einem Kugelkraftgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Kugelkraftgetriebe dieser Art ist in der DE 39 20 317 A1 beschrieben, wobei bei dem bekannten Getriebe die der Kraftübertragung dienenden Kugeln einerseits – antriebsseitig – gemeinsam mit der Radialnut der Inertialscheibe in einer auf die Getriebeachse zentrierten kreisrunden Nut und andererseits – abtriebsseitig – gemeinsam mit der Wellennut in fest in das Abtriebsteil bzw. die Inertialscheibe eingebrachtert Radialnuten geführt werden.

Das bekannte Getriebe zeigt in bezug auf Kraftübertragung und Laufruhe ausgezeichnete Ergebnisse. Es unterliegt jedoch aufgrund der exzentrisch hin- und hergehenden Bewegung der Inertialscheibe auch die in ihr enthaltene Führungsnut einer ständigen Veränderung ihrer radialen Lage mit der Folge, daß sich das Bogenmaß jedes Punktes dieser Führungsnut auf seinem Umlauf ständig ändert, während sich andererseits jeder Punkt der die Gegenführung im Abtriebsteil bildenden Nut aufgrund dessen auf die Getriebemittelachse zentrierten Umlaufes mit konstantem Bogenmaß bewegt. Die Folge hiervon ist, daß sich die beiden Nuthälften der Führungsnut auf dem größten Teil des Kugelweges außer Deckung befinden und damit die Kugeln in eine Zwangslage geraten, die nicht nur zu erhöhter Reibung und erhöhtem Verschleiß, sondern innerhalb kürzester Zeit zur Verformung und Zerstörung der Kugeln führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines Kugelkraftgetriebes der beschriebenen Art zugrunde, bei dem die Gefahr des Entstehens von Zwangslagen aufgrund der exzentrischen Auslenkung der in der Exzenter- bzw. Inertialscheibe angeordneten Nuthälften auf ihrem Umlauf beseitigt ist.

Diese Aufgabe wird mit einem Kugelkraftgetriebe mit den im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Erfindung ist ein Kugelkraft-Getriebe geschaffen, bei dem die sich bei den bekannten Getrieben ergebenden Zwangslagen selbsttätig ausgeglichen werden, die ihre Ursache darin haben, daß abtriebsseitig einerseits die im Abtriebsteil angeordnete Nuthälfte (Radialnut oder Wellennut) eine auf die Getriebeachse zentrierte Drehbewegung ausführt, während andererseits – infolge des Exzenters – die Inertialscheibe und damit die in ihm angeordnete Gegenführung (entsprechend Wellennut oder Radialnut) als Ganzes einer ständigen radialen Hin- und Herbewegung unterliegt, als deren Folge – bei Erhaltung eines konstanten Wertes auf dem Abtriebsteil – das Bogenmaß (Länge des auf denselben Drehwinkel bezogenen Kreisbogens bei gleichbleibendem Radius) eines Punktes auf der Intertialscheibe einer ständigen Änderung unterliegt. Der Ausgleich erfolgt durch die infolge ihrer drehbaren Lagerung ständige Pendelbewegung der die Gegenführungsnut enthaltenden Führungsblocks, wobei die Lage der Kugelführungsnuten und der Drehwinkel der Führungsblocks derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Führungsblocks ihre radiale Lage einnehmen, wenn sich die in ihnen geführte Kugel in einem der Wendepunkte der Wellennut befindet, während sie ihre maximale positive bzw. negative Ausschlagstellung bei Lage der Kugel im inneren bzw. äußeren Kulminationspunkt der Wellennut einnehmen. Das Entstehen von die Zerspanung der Kugeln verursachenden Zwangslagen ist damit zuverlässig verhindert.

Weitere Einzelheiten der in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen
1 einen gemäß Linie A-B-C in 2 gebrochenen Längs-Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kugelkraft-Getriebe
2 eine Sicht auf das Abtriebsteil des in 1 wiedergegebenen Kugelkraftgetriebes
3 eine Sicht auf die Antriebsseite des die Inertialscheibe tragenden Getriebe-Exzenters
4 einen Horizontalschnitt durch 3
5 eine Sicht auf die Abtriebsseite des Getriebe-Exzenters
Das in der Zeichnung wiedergegebene Kugelkraftgetriebe besteht aus einem in einem Gehäuse 2, 3, 4 gelagerten Abtriebsteil 5 sowie einem Antriebsteil 1 mit Exzenter 17 als Träger für eine auf einem Kugellager 9 gelagerten Inertialscheibe 6. Die Inertialscheibe 6 ist einerseits auf ihrer antriebsseitigen Fläche mit sieben Radialnuten 18 für jeweils hälftig in der Radialnut 18 sowie einer gehäusefesten Führung geführten Kugeln 10 versehen und andererseits mittels Kugeln 11 mit dem Abtriebsteil 5 gekoppelt, die hälftig in einer Wellennut 19 mit (mittlerem) Teilkreis 20, äußerem Kulminationspunkt 21, innerem Kulminationspunkt 22 sowie den Wendepunkten 23, 23a geführt sind. Im dargestellten Beispiel ist das Abtriebsteil 5 – wie die Antriebsseite – mit sieben Radialführungen 27 versehen, während die Wellennut acht Wellungen aufweist, so daß sich die Zahl der Wellungen von der Zahl der Radialnuten 27 um +1 unterscheidet. Anstelle des sich somit ergebenden Übersetzungs-Verhältnisses 8:7 kann jedoch – völlig unabhängig von der Zahl der Radialführungen auf der Antriebsseite – jede andere Übersetzung, etwa ein Übersetzungs-Verhältnis von 6:5 oder 9:8, vorgesehen sein. Entsprechend kann durch entweder Umkehrung der Anordnung der – abtriebsseitigen – Nuten in der Inertialscheibe 6 und dem Abtriebsteil 5 oder durch Wahl eines umgekehrten Nuten-Verhältnisses anstelle der Übersetzung auch eine Untersetzung vorgesehen werden.
Es sind erfindungsgemäß einerseits – antriebsseitig – anstelle der kreisrunden Kugelführung im Gehäuse radiale Führungsnuten 26 als Gegenführungen für die in den Radialnuten 18 der Inertialscheibe 6 geführten Kugeln 10 vorgesehen und weiterhin sowohl diese radialen Führungsnuten 26 als auch die abtriebsseitigen, der Führung der Kugeln 11 dienenden Radialführungen 27 in Führungsblocks 8 bzw. 8a ausgebildet, die aus einer Mittellage beidseitig in eine Endstellung verschwenkbar im Gehäuse 2 bezw. dem Abtriebsteil 5 gelagert sind. Es sind – wie erwähnt – sowohl auf der Antriebsseite als auch auf der Abtriebsseite jeweils sieben, Radialnuten 26 bzw. 27 enthaltende Führungsblocks 8 vorgesehen, wobei antriebsseitig den sieben Radialnuten 26 ebenfalls sieben Radialnuten 18 auf der Inertialscheibe 6 gegenüberstehen und der Führung der Kugeln 10 dienen, während die im Abtriebsteil 5 vorgesehenen ebenfalls sieben Radialnuten 27 zusammen mit der acht Wellungen enthaltenden Wellennut 19 der Inertialscheibe 6 die Führung für die Kugeln 11 bilden.
Die Führungsblocks 8, 8a sind mittels Drehzapfen 29 bzw. 30 mittels Radial-Axial-Lagern 12 in auf dem mittleren Teilkreis 20 der Wellennut 19 liegenden Lagerbohrungen im Gehäuse 2 bzw. Abtriebsteil 5 gelagert und enthalten nach beiden Seitenflächen hin wirkende Magnete 31, die derart zurückgesetzt in die Führungsblocks eingepaßt sind, daß zwischen ihrer Oberfläche und der Seitenfläche der Führungsblocks ein Spalt 33 freibleibt. Zwischen den Führungsblocks sind weitere Magnete 32 angeordnet, die einerseits dieselbe Polung wie die Magnete 31 aufweisen und derart geformt sind, daß sie einen X-förmigen, den Schwenkbereich des jeweiligen Führungsblocks 8, 8a einschließenden Raum begrenzen. Durch die zurückspringende Anordnung der Magnete 31 in den Führungsblocks 8, 8a ist sichergestellt, daß der für die Aufrechterhaltung der magnetischen Wirkung erforderliche Spalt 33 gegenüber den Magneten 32 auch in der extremen Ausschlagstellung erhalten bleibt. Die gleiche Wirkung – anstelle oder zusätzlich zur zurückgestezten Anordnung der Magnete 31 – kann auch durch Anordnung von Anschlägen 34 als Schwenkwegbegrenzung für die Führungsblocks 8, 8a erzielt werden.
Die Magnet-Paare 31, 32 dienen einerseits der Zentrierung der Führungsblocks 8, 8 in ihre Mittellage und gewährleisten andererseits eine kontrollierte Annäherung an ihre extreme Ausschlagstellung bei sicherer Führung der Kugeln, die aufgrund der im übrigen freien beidseitigen Schwenkfreiheit der Führungsblocks selbsttätig für die erforderliche Deckung der beiden Hälften der Kugelführung auf ihrem von der Wellennut vorgegebenen Umlauf sorgt. Die Annäherung der Führungsblocks 8 bzw. 8a an ihre extreme Ausschlaglage erfolgt infolge ihrer Gleichpoligkeit gegen die sich abstoßende Kraft der Magnete. Auf diese Weise bewirken die Magnete einerseits bereits in dieser Phase, d.h. vor der Erreichung der Anschlagstellung der Führungsblocks eine Übertragung der eingeleiteten Kraft auf das Abtriebsteil und damit eine gleichmäßige stoßfreie Kraftübertragung und erfüllen andererseits gleichzeitig die Funktion eines Kraftspeichers, der die bei der Annäherung aneinander verbrauchte Energie auf dem Rücklauf wieder an das System zurückgibt.
Im Falle der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsform sind zur Vereinfachung der Herstellung des Getriebes die Wellennut 19 in der Inertialscheibe 6 und die Gegenführung im Abtriebsteil 5 angeordnet, so daß sich die beiden hochbeanspruchten Kurven, d.h. die Radialnut auf der Antriebsseite und die Wellennut auf der Abtriebsseite in demselben Bauteil, nämlich der Inertialscheibe 6 befinden. Es muß daher lediglich dieses – relativ kleine – Bauteil aus hochfestem Material, etwa Werkzeugstahl hergestellt oder mit einer besonderen Oberflächenveredelung versehen werden, wohingegen alle anderen Getriebeteile, insbesondere der Exzenter und die die Gegenführungen enthaltenden Gehäuse- bzw. Abtriebsteile aus üblichen, nicht vergüteten Materialien hergestellt sein können.

Claims

Kugelkraftgetriebe, bestehend aus einem in einem Gehäuse (2, 3, 4) gelagerten Abtriebsteil (5) sowie einem Antriebsteil (1) mit Exzenter (17) als Träger für eine auf einem Kugellager (9) geführte Inertialscheibe (6), die auf ihrer als Antriebsseite dienenden Fläche eine beliebige Zahl von Radialnuten (18) für jeweils hälftig in der Radialnut (18) sowie einer gehäusefesten Führung geführte Kugeln (10) aufweist und mit dem Abtriebsteil (5) mittels Kugeln (11) gekoppelt ist, die jeweils hälftig in einer ebenfalls beliebigen Zahl von Radialnuten (27) und einer sinusförmigen Wellennut (19) der Inertialscheibe (6) mit sich von der Zahl der Radialnuten (27) um +/- 1 unterscheidender Zahl von Wellungen und einem sich konzentrisch um die Getriebeachse erstreckendem Teilkreis (20) sowie einer der Exzentrizität des Exzenters entsprechender Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäusefeste Führung von die antriebsseitigen Radialnuten (18) der Inertialscheibe (6) zu einer Kugelführung ergänzenden Radialnuten (26) gebildet und ebenso wie die antriebsseitigen Radialnuten (27) in Führungsblocks (8, 8a) angeordnet sind, die symmetrisch, d. h. mit gleichem Winkelabstand in der Ebene der Teilkreislinie (20) der Wellennut (19) gelagert und aus einer Mittellage beidseitig in eine durch Anschlag begrenzte Endstellung verschwenkbar sind.
Kugelkraftgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der abtriebsseitigen Kugelführungsnuten (19, 27) und der Schwenkwinkel der Führungsblocks (8a) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Führungsblocks (8a) ihre radiale Lage einnehmen, wenn sich die in ihnen geführte Kugel (11) in einem der Wendepunkte der Wellennut (19) befindet, während sie ihre maximale positive bzw. negative Ausschlagstellung bei Lage der Kugel (11) im inneren bzw. äußeren Kulminationspunkt der Wellennut (19) einnehmen.
Kugelkraftgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsblocks (8, 8a) mittels Drehzapfen (29, 30) im Gehäuse (2) bzw. Abtriebsteil (5) gelagert und mittels Fremdkraft derart beaufschlagt sind, daß ihre Führungsnuten (26, 27) – in unbelastetem Zustand – ihre radiale Mittellage einnehmen.
Kugelkraftgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsblocks (8, 8a) auf ihren Seitenflächen mit Magneten (31) versehen und zwischen Magneten (32) mit derselben Polung angeordnet sind, die einen X-förmigen, den Schwenkbereich des jeweiligen Führungsblocks (8, 8a) einschließenden Raum begrenzen, wobei die in den Führungsblocks (8a) angeordneten Magnete (31) gegenüber der Anschlagfläche zurückspringen und damit einen Spalt (33) bilden und/oder im Schwenkbereich der Führungsblocks (8a) Anschläge (34) derart angeordnet sind, daß in der extremen Ausschlagstellung der Führungsblocks (8a) der für die Aufrechterhaltung der – aufgrund ihrer Gleichpoligkeit – magneti chen Druckkräfte erforderliche Magnetspalt verbleibt, d.h. keine unmittelbare Berührung zwischen den Magneten (31, 32) eintritt.
Kugelkraftgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsblocks (8, 8a) mittels eines Axial-Radial-Kugellagers (12) im Gehäuse (2) bzw. Abtriebsteil (5) gelagert sind.
Kugelkraftgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellennut (19) in der Inertialscheibe (6) und die Gegenführung im Abtriebsteil (5) angeordnet sind.