DE202016005635U1

DE202016005635U1 - Zahnräder mit kugelförmiger Verzahnungsart

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Publication number: DE202016005635U1
Application number: DE202016005635.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2017-12-18
Anticipated expiration: 2026-09-15

Abstract

In der Zahnradgetriebetechnik werden zur Übertragung und Übersetzung von Drehmomenten Zahnräder mit Evolvent- oder Zykloidverzahnung eingesetzt. Die Erfindung einer ganz neuen Verzahnungsart ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart die Drehmomentübertragung punktförmig erfolgt insbesondere bei parallelen und sich schneidende Wellen. Diese Verzahnungsart eröffnet neu Perspektiven und Inovativelösungen in der Getriebetechnik. Hieraus ergeben sich folgende weiter Patentansprüche

Description

1. Getriebe werden in technischen Systemen zur Drehmomentübersetzung und oder zur Drehrichtungsänderung eingesetzt. Die Lage der An- bzw. Abtriebswelle ist in ihrer Lage fest fixiert und durch entsprechende Lagerungen gesichert.

1.1. Prinzip der Drehmomentübertragung
Zahnradgetriebe mit einer gerad- schräg- oder bogenförmigen Verzahnung übertragen Drehmomente durch linienförmige Berührung an den Zahnflanken mit Ausnahme des Schraubenradgetriebes.
Die Erfindung betrifft den Bau und den Einsatz von Zahnräder mit kugelförmiger Verzahnungsart in Getrieben zur Drehmomentübertragung (1). Die Zahnradräder berühren sich am Teilkreisdurchmesser punktförmig. Die Reibung an den Zahnflanken wird dadurch gemindert und das Abrollverhalten verbessert. Allerdings sind der Einsatz bzw. die Anwendung im Wesentlichen auf kleinere Drehmomente zu begrenzen.
1.2. Kegelradgetriebe
Kegelradgetriebe sind Getriebe zum Übertragen von Drehbewegungen und Drehmomenten bei Wellen die sich in einem Punkt schneiden. Charakteristisches Merkmal sind die winklig zueinanderstehende An- und Abtriebswelle, mit ihrem gemeinsamen Schnittpunkt. Die Wellen sind unter einem bestimmten Winkel fest positioniert und entsprechend aufwendig gelagert um die entstehenden Axialkräfte und Radialkräfte aufzunehmen.
Durch die Erfindung von Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart, besteht die Möglichkeit in einem begrenzten Winkelbereich die Antriebs- bzw. Abtriebswelle zu schwenken (2). Die Schwenkbewegung kann insbesondere während der Drehmomentübertragung also im Betrieb erfolgen. Durch die kugelförmige Verzahnungsart treten nur minimale Axialkräfte auf.
1.3. Innenverzahnte Getriebe
Zahnradgetriebe mit Innenverzahnung werden bei kleinen Achsabständen und bei gleichbleibender Drehrichtung eingesetzt. Der Herstellung erfordert Sondermaschinen, ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
Die Erfindung von Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart senkrecht zur Planfläche eines zylindrischen Zahnradflansches ermöglicht die gleichzeitige Nutzung als Außen- bzw. Innenverzahntes Antriebsrad (3). Darüber hinaus ist hier eine begrenzte Schwenkbewegung ebenfalls möglich.
1.4. Herstellung von Zahnrädern
Im allgemeinen Maschinenbau werden überwiegend Zahnräder auf CNC gesteuerten speziellen Zahnradfräsmaschinen hergestellt.
Die Erfindung von Zahnrädern mit einer kugelförmigen Verzahnungsart ermöglicht ganz andere Herstellungsverfahren (1). Auf einem Zahnradflansch (1, 2) mit gleichmäßig verteilten, eingefrästen Kugelkalotten am Umfang des Teilkreises, oder an der Planseite, entsprechend der Zahnteilung, werden Kugeln verklebt, verschweißt oder hartverlötet.
2. Zahnradgetriebe
Zahnradgetriebe mit unterschiedlichen Verzahnungsarten finden seit jeher ein weites Anwendungsspektrum im Maschinenbau.
Es ist bekannt, dass die Drehmomentübertragung an den Zahnflanken eines Zahnradgetriebes durch linienförmige Berührung, mit Ausnahme der Schraubenräder, erfolgt.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt zugrunde, dass bei einer punktförmigen Berührung die Reibungsmomente minimiert werden, vergleichbar mit der punktförmigen Berührung der Kugeln in einem Wälzlager.
Es ist bekannt das bei Zahnradgetrieben die Wellen parallel angeordnet sind, sich in einem Punkt schneiden oder sich kreuzen. Eine Drehmomentübertragung, bei der die An- und Abtriebswellen unter einem bestimmten Winkel zu einander stehen, ist mit Kegelräder möglich. Darüber hinaus ist bekannt, dass in der Antriebstechnik, insbesondere bei mechanischen Zahnradgetrieben, eine begrenzte Schwenkbarkeit von An- und Abtriebswellen nur über zusätzliche Bauelement z. B. Topfgelenk oder Kardanwellen erfolgt kann.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt zugrunde, das mit einem normalen Zahnradgetriebe Drehmomente übersetzt oder untersetzt werden können, ein Schwenken der An- oder Abtriebswelle getriebetechnisch ausgeschlossen werden kann.
Es ist bekannt, dass in der Antriebstechnik bei kleinen Achsabständen und gleicher Drehrichtung der An- und Abtriebswelle Zahnräder mit Innenverzahnung eingesetzt werden.
Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt zugrunde, dass in der Antriebstechnik Zahnräder mit einer Außenverzahnung oder mit einer Innenverzahnung eingesetzt werden.
Hinweise zu den Anlagen
Besonders bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsmäßigen Zahnradantriebe zeigen die Zeichnungen
Es zeigen:
1: Zahnradgetriebe mit Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart

– eine schematische Darstellung eines Zahnradgetriebes mit kugelförmiger Verzahnung auf Zahnradflanschen (1, 2).

2: Antriebswelle mit zwei möglichen Anordnungen der Abtriebswelle

– eine schematische Darstellung zweier möglicher Anordnungen der Abtriebswellen (2) die um den Drehpunkt A bzw. B in einem begrenzten Winkelbereich, je nach den konstruktiven Erfordernissen schwenkbar sind.

3: Antriebswelle mit planseitiger kugelförmiger Verzahnungsart und mit zwei möglichen Anordnungen der Abtriebswelle

– eine schematische Darstellung der erfindungsmäßigen Vorrichtung mit einer auf der Antriebswelle befestigten Zahnradflansch (8). An der Planfläche befindet sich ein ringförmiger Steg an dem die Kugel (5) gleichmäßig auf einem Teilkreis angeordnet sind.

a) Drehpunkt A Nutzung als innenverzahntes Zahnradgetriebe mit gleicher Drehrichtung und schwenkbarer Abtriebswelle.
b) Drehpunkt B Nutzung als außenverzahntes Zahnradgetriebe mit entgegengesetzter Drehrichtung und schwenkbarer Abtriebswelle.

4: Kugelverzahntes Getriebe mit zwei Abtriebswellen und einem Zwischenrad

– eine schematische Darstellung der erfindungsmäßigen Vorrichtung mit einer Antriebswelle (3) und einem Zwischenrad (9). Der Einbau eines Zwischenrades bewirkt die gleiche Drehrichtung der Abtriebswellen (4). Beide Abtriebswellen sind schwenkbar.

5: Antrieb einer Kurvenrollenbahn mit Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart

– ein Technologieschema einer erfindungsmäßigen kurvenförmigen Rollenbahn bei der jede einzelne Rolle angetrieben wird. Durch den Einsatz von Zahnräder mit kugelförmiger Verzahnungsart und jeweils eines Zwischenrades kann jede einzelne Rolle mit gleicher Drehrichtung angetrieben werden.

6: Mehrfach-Schaltgetriebe mit Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart

– eine Darstellung eines erfindungsmäßigen Mehrfach-Schaltgetriebes mit der Möglichkeit durch Verschiebung der Antriebswelle Übersetzungsverhältnisse mit einer Stufe größer drei zu erreichen.

Nr.	Benennung	Figuren
		1	2	3	4	5	6
1	Zahnradflansch Antrieb	x	x		x	x	x
2	Zahnradflansch Abtrieb	x	x	x	x	x
3	Antriebswelle	x	x	x	x	x	x
4	Abtriebswelle	x	x	x	x	x	x
5	Kugel	x	x	x	x	x	x
6	Paßfeder	x	x	x
7	Sicherungsring	x	x	x			x
8	Zahnradflansch planseitig			x
9	Zwischenrad				x	x
10	Rollen					x
11	Zahnradkasette						x
12	Paßfeder lang						x
13	Gleitfeder						x

Claims

In der Zahnradgetriebetechnik werden zur Übertragung und Übersetzung von Drehmomenten Zahnräder mit Evolvent- oder Zykloidverzahnung eingesetzt. Die Erfindung einer ganz neuen Verzahnungsart ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart die Drehmomentübertragung punktförmig erfolgt insbesondere bei parallelen und sich schneidende Wellen. Diese Verzahnungsart eröffnet neu Perspektiven und Inovativelösungen in der Getriebetechnik. Hieraus ergeben sich folgende weiter Patentansprüche
Vorrichtung zur Übertragung und Übersetzung von Drehmomenten in Zahnradgetrieben mit Zahnräder, mit kugelförmiger Verzahnungsart, dadurch gekennzeichnet, dass Kugeln werden entsprechen einer bestimmten Zahnteilung auf dem Teilkreis eines Zahnradflansches 1 (1, 2) aufgeklebt oder verschweißt. Bei der Verwendung von Keramikkugel (5) wird insbesondere der Stromdurchgang von der Antriebswelle (3) zur Abtriebswelle (4) unterbrochen und erhöht damit die Sicherheit an elektrischen Antrieben. Hochfeste Keramikkugeln können auf unlegierten Werkstoffen oder auf Leichtmetalle aufgeklebt werden. Dadurch lassen sich die Materialkosten reduzieren. Durch den Einsatz sehr harter verschleißfester Keramikkugeln verringert sich die Reibung und die Lebensdauer wird insbesondere bei Mangelschmierung wesentlich erhöht.
Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten in Zahnradgetrieben mit Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart an der Planfläche eines Zahnradflansches; dadurch gekennzeichnet, dass Kugeln (5), auf einem ringförmigen Steg (8) 2 an der Planfläche eines Zahnradflansches (8), entsprechen einer bestimmten Zahnteilung auf einem Teilkreisdurchmesser aufgeklebt oder verschweißt werden. Die Erfindung einer kugelförmigen Verzahnungsart ermöglicht den Einsatz bzw. die Nutzung als außenverzahntes oder als innen-verzahntes Antriebszahnrad. Mit dieser Erfindung können die Herstellungskosten gegenüber der kostenintensiven Herstellung von Innenverzahnungen wesentlich verringert werden
Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten in Zahnradgetrieben mit Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart bei der sich die Antriebswelle und Abtrieswelle in einem Punkt schneiden und in einem begrenzten Winkelbereich schwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Durch den Einsatz von Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart verändern sich die Kräfteverhältnisse gegenüber einem normalen Kegelradgetriebe. Mit dieser Erfindung werden die ansonsten sehr großen Axialkräfte auf ein Minimum reduziert die Lagerung wir dadurch wesentlich einfacher, da nur noch Radialkräfte wirken. Die Minderung der Axialkraft bewirkt weniger Reibung, weniger Erwärmung und liefert somit einen Beitrag zur Energieeinsparung. Auch der konstruktive Aufwand ist geringer und die Montage wird erleichtert. Die Erfindung ermöglicht eine begrenzte Schwenkbewegung der Abtriebswelle (3) auch während der Drehmoment Übertragung. Die (4) zeigt schematisch die Konstruktion eines Lenkgetriebes. Durch den Einbau eines Zwischenrades (9) ergibt sich die gleiche Drehrichtung der Abtrieswellen (4). Die (6) als zeigt als weiteres den Antrieb einer kurvenförmigen Rollenbahn bei der jede Rolle (10) angetrieben wird.
Durch den Einsatz von Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnungsart in mechanischen Mehrfachgetrieben (6) besteht die Möglichkeit stufenweise das Übersetzungsverhältnis zu ändern, dadurch gekennzeichnet, dass Eine Zahnradkasette (11) auf der Abtriebswelle (4) wird durch ein in axialer Richtung verschiebbares Zahnrad (1) auf der Antriebswelle (3) angetrieben. Mit dieser Erfindung können, gegenüber Schieberädergetriebe (maximal 3 Übersetzungsmöglichkeiten mit einer Stufe), Getriebe mit mehr als drei Übersetzungen in einer Stufe gebaut werden z. B. i = 5. Durch den Einsatz von Zahnrädern mit kugelförmiger Verzahnung können bei kurzfristiger Drehmomentunterbrechung schneller Schaltvorgänge gegenüber normalverzahnten Zahnrädern erreicht werden, da ein Aneinanderstoßen der Zahnradflankenplanflächen während des Schaltvorgangs weitgehend ausgeschlossen werden kann.