DE2036129A1

DE2036129A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE2036129A1
Application number: DE19702036129
Authority: DE
Inventors: Topsfield Mass Humphreys Donald Robert (V St A )
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1969-08-05
Filing date: 1970-07-21
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1264590A; SU414809A3; NL7011058A; CA921289A; US3604287A; FR2056984A1; SE353140B; AU1839570A

Description

Dipl.-Ing. Heinz Barcchle

Patentanwalt

D-8 München 26, Postfach 4
Telefon 0811/29 25 5S

München/ den -^MW

Mein Zeichen: P 1005

Beschreibung ^

zum Patentgesuch

der Firma USM CORPORATION in Pleraington, New Jersey und BOSTON, Massachusetts;, V.St.v.A.

betreffend:
Getriebe

Priorität: 5. August 1969 - V.St.v.A.

Die Erfindung betrifft ein Getriebe bestehend aus zwei koaxialen und relativ zueinander drehbaren Ringen, deren einer bezüglich des anderen in Reibungsschluß ausbiegbar ist, und einem Spannungswellenerzeuger. Insonderheit bezieht sich die Erfindung auf sogenannte Spannungswellengetriebe Und deren Arbeitsweise beim Unter- bzw. übersetzen von Drehbewegungen. '

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Spannungswellengetriebe bestehen im wesentlichen aus drei koaxial zu einander liegenden Bauteilen, n8mlich einem Spannungswellenerzeuger, einem davon radial, im allgemeinen ellipsenförmig ausgespannten Spannrad und einem mit dem Spannrad im Bereich der Ausspannung in Eingriff stehenden starren Reaktionsring.

Damit ein Spannungswellengetriebe wirksam arbeiten kann, muß der Eingriff zwischen Spannrad und Reaktionsrad möglichst schlupflos sein. Dieser Notwendigkeit kann durch entsprechende Umfangsverzahnungen der beiden in Eingriff miteinander stehenden Räder weitgehendst Rechnung getragen werden. Verzahnungen verteuern aber nicht nur das Getriebe, sondern sie bewirken auch, wenngleich nur in sehr geringem Umfang, Vibrationen, die sich nachteilig auf die Lebensdauer zumindest des ohnehin infolge Beiner umlaufenden Ausspannung stark belasteten Spannrades auswirken. Infolgedessen ist versucht worden, ohne Verzahnungen zu arbeiten, was insbesondere bei Getrieben, die mit großer Präzision arbeiten sollen zumal bei starker Belastung zu unerwünschtem Schlupf geführt hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach den Prinzipien der Spannungswellengetriebe arbeitendes Getriebe zu schaffen, das die Vorteile verzahnter und zahnloser Getriebe in sich vereint; d.h. es soll ein schlupfloses, geräuscharmes und Im wesentlichen vibrationsfreies Arbeiten auch bei höheren Drehmomenten ermöglichen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der Ringe im Bereich der Ausbiegung mit einer rauhen Oberfläche und der andere Ring mit einer elastischen, federnd nachgiebigen 'Oberflächenschicht im Eingriffsbereich versehen ist.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Durchmesser des ausbiegbaren Ringes an den Wurzeln der Erhebungen der rauhen Oberfläche gemessen größer als der Innendurchmesser des Ringes mit der federnd nachgiebigen Oberflächenschicht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen Insbesondere darin, daß anstatt von Bauteilen, welche im Hinblick auf Toleranz und Verzahnung feinster Bearbeitung bedürfen, massengefertigte Bauteile verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß trotz der mit wesentlich weniger Aufwand hergestellten Bauteile ein Spannungswellengetriebe geschaffen werden kann, welches eine lange Lebensdauer hat und hohe Arbeitsanforderungen erfüllt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar- m gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Getriebe In welchem das Spannrad in einem Gehäuse verankert ist und ein elastomerischer Ring mit dem Abtrieb verbunden ist;

Fig. 2 eineperspektivischeTeilansicht des Spannrades der Pig. 1, welches mit Längsrippen versehen 1st;

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Pig. 3 und 4 perspektivische Teilansichten von Spannrädern mit rauhen Oberflächen, z.B. geriffelt (Fig. 3) oder gekerbt (Fig. 4);

Pig. 5 eine perspektivische Teilansicht eines ßpannrades mit einer elastomerischen Oberflächenschicht, die mit einem mit rauher Oberfläche versehenem Reaktionsring eingreifbar ist;

Pig. 6 einen Schnitt durch einen Teil des in Fig* I dargestellten

Getriebes» in dem das Spannrad die Elastomerschicht trägt und der Reaktionsring mit einer längsgerippten Oberfläche versehen ist}

Pig. 7 einen Schnitt durch ein Spannungswellengetriebe in welchem die Deformation nicht radial sondern axial erfolgt.]; und

Fig. 8 einen Schnitt durch ein Spannungswellengetriebe in welchem die Deformation eines der Glieder winkelförmig erfolgt und das elastomerische Glied den Abtrieb trägt.

Pig. 1 stellt ein Spannungwellengetriebe dar, dessen Abtrieb eine starre Schale 46 ist, die koaxial mit einer Abtriebswelle verbunden ist und an ihrer inneren Mantelfläche von einer Elstomerschicht 48 umgeben ist. Das Getriebe wird von einem Gehäuse 40 eingeschlossen, welches mit einem Lager 42 für die Abtriebwelle 44 versehen 1st. Die Elastomerschicht 48 wirkt mit einem hier büchsenförmig ausgebildeten Spannrad 52 zusammen». Das

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Spannrad ist im Bereich seines Eingriffs mit der Elastomerschicht 48 mit einer Aufrauhung in seiner äußeren Mantelfläche versehen, wobei die Aufrauhung beliebig, z.B. wie in Fig. 2 bis 5 gezeigt, gestattet sein kann, d.h. es kann sich um eine mit Längsrippen 50 mit RÜndelungen 32 oder 34, oder um eine mit Warzen 74 versehene Oberfläche handeln. Das andere Ende des Spannrades 52 ist in einem Ring 5¹* aus elastomerischem Material ,der in einem Teil 56 des
Gehäuses 40 verankert 1st, gegen Drehung gesichert. Zum Antrieb der Abtriebwelle 44 über die Schale 46 wird ein elliptischer Span- λ nungswellenerzeuger 58 verwendet, der auf einer in Ünem Lager steckenden Antriebswelle 62 sitzt. Der Ring 54 ist schwächer elastisch alsi der Ring 48; folglich wird die dem Spannrad 52 im Bereich des Ringes 48 erteilte radiale Ausspannung abgedämpft an den Ring 54 abgeleitet, ohne daß das Rad 52 selbst gedreht wird.

Das Spannrad 52 kann, was seine Herstellung vereinfacht, über seine gesamte Länge mit Längsrippen 50 versehen sein, so daß diese das Rad 54 zusätzlich sichern können.

Pig. 6 zeigt eine Umkehrung des in Pig.'-1 dargestellten Getriebes, ™ indem das Spannrad 70, welches mit einem Spannungswellenerzeuger 72 zusammenwirkt, an seinem äußeren'Umfang mit einer flexiblen,
nachgiebigen elastomerischen Schicht 74 (Pig. 5) ausgebildet ist. Die Schicht 74 tritt bei Ausspannung des Spannrades 70 an den Ausspannungsstellen mit einem Reaktionsring 78 in Eingriff,der an
seiner innere« r.Eingr iffsflache.mit Längsrillen oder Zähnen 76

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(oder anderen aus Pig. 3 und 4 ersichtlichen Unebenheiten) ausgebildet ist.

In Pig. 7 ist ein Spannungswellengetriebe dargestellt, in welchem die Übertragung der Spannungswelle axial erfolgt. Ein feststehendes Gehäuse 80 ist «n gegenüberliegenden Enden mit Deckeln 82, 84 versehen, welche Lager 86 und 88, aufnehmen. Eine im Lager 86 geführte Antriebswelle 90 treibt einen Spannungswellenerzeuger 92 welcher mit zwei gegenüberliegenden Armen 9¹J, die Je eine Rolle 96 tragen, versehen ist. Die Rollen 96, welche auch die Form von Kugeln oder Walzen haben können, können aus Gummi hergestellt sein. Die Rollen 96 liegen axial gegen eine normalerweise flache Scheibe 100 und spannen diese an gegenüberliegenden Punkten aus. Die der Angriffsfläche der Rollen 96 gegenüberliegendenPläche der Scheibe 100 ist mit einer rauhen Oberfläche, in diesem Fall mit radial verlaufenden Rillen 102 versehen«. Die Rillen 102 werden dadurch in einen elastomerischen Ring 104, welcher an der Innenseite des Gehäuse 80 befestigt ist, eingedrückt. Die Ausspannung erfolgt somit vertikal zur Drehungsachse des Spannungswellenerzeugers 92.

Wenn der Spannungswellenerzeuger gedreht wird und er dadurch die Elaigriffspunkte zwischen der Scheibe 100 und dem Ring 102 mit der Spannungewelle^um den Umfang des Ringes 102. bewegt, wird.die Scheibe 100 gedreht und treibt eine mit !hg» verbundene urad im Lager 88 lagernde Abteiebwelle 106. Vorzugsweise befindet sigh

ein Drucklager 108 zwischen dem Gehäusedeckel und einem Plansch 110 der Abtriebwelle 106. Die Eingriffspunkte zwischen der Scheibe 100 und dem Ring 102 sind voneinander dort getrennt, wo die Rollen 96 nicht mit der Scheibe 100 in Eingriff stehen. In der in Pig, 7 dargestellten Variante erfolgt die Deformation symmetrisch, d.h. die Eingriffspunkte liegen einander gegenüber. Wahlweise kann auch ein Spannungswellenerzeuger verwendet werden, welcher drei Eingriff spunkte hat, wobei drei Rollen 96 auf voneinander in einem Abstand von 120° liegenden Armen 9¹J λ verwendet werden können.

Eine weitere Ausftlhrungsform des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes ist in Pig. 8 dargestellt und besteht aus einem ortsfesten Gehäuse 112, das mit einer in einem Lager II6 in einem Deckel 118 lagernden Antriebswelle 114 versehen ist. ^T.as innere Ende der Welle 11Ί ist stempelffirmig ausgebildet und dient als Spannungswellenerzeuger 120. Der Spannungswellenerzeuger besteht aus Kugelpaaren 122, 12¹I und 126 von verschiedener Größe. Die einander gegenüberliegenden Kugeln 122 sind am ^ größten, wobei sie die Hauptachse der Spannungswellenerzeuger- *ellipse bilden. Der Spannungswellenerzeuger wirkt mit einem konisch ausgebildeten Spannglied 128 zusammen, welches im Gehäuse 112 mit Schrauben 130 befestigt ist. Das kleinste Kugelpaar 126 bildet die Nebenachse der Spannungswellenerzeugerellipse, während zwei Kugelpaare 124, von mittlerer Größe, als Abstandhalter zwischen den Kugeln 122und 126 liegen. Die Kugeln

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122, 12¹I und 126 laufen In einer dafür vorgesehenen Umfangsnut 132 Im stempeiförmigen Ende der Antriebswelle Ii¹I. Die äußere Flache des Spanngliedes 128 steht an der Hauptachse mit einem an einer Abtreibwelle 138 befestigten, konisch ausgebildeten elastomerischen Ring 136 in Eingriff, wobei das Spannglied 128 mit Rillen 13¹* versehen ist, welche sich bei Eingriff mit dem elastomerischen Ring 136 in diesen eindrücken. Die Abtriebwelle dreht sich in einem Lager I¹IO im Gehäuse 112.

In der in Pig. 8 gezeigten Ausbildung des Spannungswellengetriebes ist es möglich, die Stärke des Eingriffes zwischen dem Spannglied 128 und dem elaBtomerlschen Ring 136 zu verändern,, indem die axiale Stellung der Antriebswelle H¹I verändert wird. Wenn z.B. die Antriebswelle 114 nach rechts (Fig. 8) verschoben wird, findet eine verstärkte Ausspannung des Gliedes 128 statt, wodurch der Eingriff zwischen Spannglied und Abtrieb verstärkt wird.

In Jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann entweder das Spannglied oder das Reaktionsglied mit einer rauhen Eingriffsfläche versehen sein, wobei Jeweils das andere Glied eine glatte, federn! nachgiebige. Oberfläche aufweist, wozu vorzupsv/eise eine Schicht aus elastomerischem Material vorgesehen ist. Die Härte bzw. Flexibilität des Elastomerteiles 1st so gewählt, daß sich die Erhebungen der rauhen Oberfläche darin einbetten können, wodurch eine Kraftübertragung mit sehr geringem oder kfeinem Schlupf ersielt wird. In Fällen, wo ein gewisser Schlupf

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akzeptabel ist, kann geräuscharme Arbeitsweise durch Verminderung der Eingriffsstärke der rauhen Fläche mit der nachgiebigen Pia- \

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ehe erzielt werden. Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in einer erheblichen Senkung der Herstellungskosten für Spannungswellengetriebe, da das Fräsen von Zähnen und die Herstellung von Bauteilen mit präzisen Toleranzen umgangen wird und die herkömmliche Verbindung zwischen Antrieb und Abtrieb nicht-mehr erforderlich ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

l.J Getriebe bestehend aus zwei koaxialen und relativ zueinander drehbaren Ringen, deren einer bezüglich des anderen in Reibungsschluß ausbiegbar ist_s und einem Spannungswellenerzeuger, dadurch gekennzeichnet₉ daß einer der Ringe C525 26) im Bereich der Ausbiegung mit einer rauhen Oberfläche (5Oj 32; 34) und der andere Ring (46j 70) mit einer elastischen, federnd nachgiebigen Oberflächenschicht (48; 7*1) im Eingriffsbereieh versehen ist.
2. Getriebe gemäß Anspruch !,dadurch gekennzeichnet daß einer der Ringe radial ausbiegbar ist,
3. Getriebe gemäß Anspruch 1 und 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der ausbiegbare Ring (52) die rauhe Oberfläche (50) aufweist und der andere Ring (4β) mit der federnd nachgiebigen Oberflächenschicht (48) versehen ist.
4. Getriebe gemäß Anspruch 1 bis 3» d ä d u r.-c h. g ekennzeichnet, daß die Dicke der federnd nachgiebigen Oberflächenschicht (48) mindestens das Doppelte der Höhe der Erhebungen in der rauhen Oberfläche (50) des anderen Ringes beträgt.
5. Getriebe gemäß Anspruch 1 bis 4_S dadurch g_fe kennzeichnet, daß der Durehmesser¹ des - aüsbiegbaren Ringes (52), an den Wureeln der Erhebungen der rauhen Oberfläche (50) gemessen, größer ist als der Innendurchmesser des Ringes "(48) mit der federn naehgisbigen Oberfläche„(48)»

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