DE2162358A1

DE2162358A1 - Exzenter-umlaufgetriebe mit oder ohne schalteinrichtung

Info

Publication number: DE2162358A1
Application number: DE19712162358
Authority: DE
Inventors: Karl Hils
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Sachs AG
Priority date: 1971-12-16
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE2162358C2

Description

Exzenter-Umlauf getriebe mit oder ohne Schalteinrichtung Die erfindung betrifft ein mehrstufiges Lxzenter-Umlaufgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeugs, bestehend aus einem auf einem Exzenter der Antriebswelle drehbar angeordneten Exzenterrad und einem mit dem Exzenterrad kämmenden feststehenden, das Reaktionsteil darstellenden Zahnrad, wobei der Abtrieb über eine gleichzeitig als Exzentrizitätsausgleichseinrichtung dienende nachgeschaltete Getriebestufe erfolgt.
Die bekannten Exzenter-Umlaufgetriebe sind in der Regel für sehr große Übersetzungsbereiche, etwa 50 bis 10O X 1 und größer, konzipiert und für eine Anwendung in einem unteren Ubersetzungsbereich von ca. 1 bis 10 s 1, wie er vor allem für Fahrzeuggetriebe bedeutsam ist, ungeeignet, Hinzu kommt, daß die bekannten Exzenter-Umlaufgetriebe eine relativ aufwendige Konstruktion aufweisen und einen verhältnismäßig großen Raumbedarf haben.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Exzenter-Umlaufgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich gegenüber den bekannten Konstruktionen nicht nur durch eine einfachere Bauweise und durch günstigere Betriebseigenschaften, sondern auch durch seine Anwendbarkeit im unteren Ubersetzungsbereich von cm, 1 bis ca. 10 1 1 auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Exzenter-Umlaufgetriebe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Exzenterrad mit mindestens einer Außenverzahnung und mindestens einer Innenverzahnung versehen ist und diese Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung der vorgenannten nachgeschalteten Getriebestufe im Kammeingriff steht.
Die weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindung geht aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor, Das erfindungsgemäße Exzenter-Umlaufgetriebe ist ein Uberlagerungsgetriebe mit einer oder mehreren entsprechend der Gangzahl ausgelegten Eingangsstufen und einer Ausgangs stufe. Bei der Ein-und Ausgangsstufe ergeben sich aufgrund der erforderlichen Geh samtübersetzung unterschiedliche Zähnezahlverhältnisse bzw. Zähnezahidifferenzen, die zur Erzielung einer gemeinsamen Exzentrizität abgestimmte Korrekturen erfordern Mit einer angepaßten Kombination aus Profilverschiebung, Eingriffswinkelauslegung, Modulabstimmung u. a. ist zu erreichen, daß bei nur einem erforderlichen Antriebsexzenter einmal eine einfache und kompakte Bauweise entsteht und zum anderen eine feinstufige Getriebeauslegung möglich ist. Die Exzenterrad-Lagerbreite läßt sich dabei mittels eines doppelreihigen Nadellagers besonders bei fliegendangeordneter Abtriebsverzahnung vermindern. Die Ubersetzungsverhältnisse bei den Überlagerungsstufen sind aus folgender Beziehen abzuleiten: i21=### 13 -i21 = Gesamtübersetzung i13 = Standübersetzung Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, Ein- und Ausgangsstufen des Getriebes in einer Radialebene anzuordnen, erhält man ein Getriebe von besonders kompakter Bauform wobei z. B. gegenüber konventionellen Getrieben eine Reduzierung des Bauvolumens um etwa 30 X bis 50 * ,öglich ist. Lin weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der günstige Standwirkungsgrad, bedingt durch einen kleinen Gleitweg und die gute schmierung in den Zahnflanken, einen hohen Überlagerungswirkungsgrad, ohne eine Freinbearbeitung der Zahnflanken zu erfordern, bewirkt.
Bei mehreren Eingangsstufen können Schaltanordnungen vorgesehen werden, die entweder über eine Schaltring- oder Bremsbandelnrichtung das als Reaktionstail dienende Zahnrad der gewählten Stufe festsetzen. Hintu kann noch eine Rückwärtsgangstufe kornmen, die aus einer Innenverzahnung auf dem Exzenterrad und einem im Getriebegehäuse gelagerten ind feststellbaren außenver zahnten Zahnrad zusammengesetzt ist. Durch die Kombination eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers oder einer Fllehkraftkupplung mit dem erfindungsgemäßen Getriebe iäßt sich eine Schaltautomatik bilden, die sowohl für Zweiradkraftfahrzeuge als auch für Personenkraftwagen und Nutzfahrzeuge ausgelegt sein kann. Die Erfindung ist anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Achsialschnitt durch ein automatisch schaltendes Zweirad-Exzenter-Umlaufgetriebe.
Fig. 2 zeigt einen Radialschnitt durch ein automatisch schaltendes Zweirad-Exzenter-Umlaufgetriebe nach Fig. 1.
- ig. 3 zeigt einen achsialschnitt durch ein automatisch schaltendes PKW-Exzenter- Umlauf getrief7e ms.t Wandler.
Fig. 4 zeigt einen Radialachnitt durch ein automatisch schaltendes PKW-Exzenter-Umlaufgetriebe mit hydrodynamischem Drehmomentwandler nach Fig. 3.
In der nachfolgenden seschrelbung werden, abweichend von der Arkspruchsformulierung, die inl Getriebegehäuse drehfest oder im Falle der Mehrgang-Ausführung über eine Bremseinrichtung feststellbar angeordneten, bisher als Reaktionsteil bezeichneten Zahnräder Getrieberinge genannt.
Das automatisch schaltende Zweirad-Exzenter-Umlaufgetriebe nach Fig, 1 und Fig. 2 ist in einem Motorgehäuse als Eingangsgetriebe angeordnet und folgendermaßen aufgebaut: Auf dem Kurbelzapfen 101, der in den Getrieberaum ragt, ist der Antriebsexzenter 102 gelagert. Dieser trägt mittels der 78xzenterrad-Lagerung 103 das Exzenterrad 104 mit der Außenverzahnung 105, die in die Innenverzahnung 106 des Getrieberinges 107 greift, der am Getriebedeckel 108 befestigt ist. Die übersetzende Innenverzahnung 109 des Exzenterrades 104 ist mit der Außenverzahnung 110 des Antriebsrades 111, das fliegend auf der Abtriebswelle 112 angeordnet ist, im Eingriff. Zwischen den beiden Lagerungen 113 und 114, welche vom Getriebedeckel 108 und dem Gehäusedeckel 115 aufgenommen werden, ist das Kettenrad 116 auf der Abtriebswelle 112 befestigt.
Zur rlitnahme des Antriebsexzenters 102 ist auf dem Kurbelzapfen 101 eine Fliehkraftkupplung angeordnet. Sie besteht aus dem Kuppl'ingsgehäuse 117, das mit dem Kurbelzapfen 101 durch den loleranzring 119 drehfest verbunden ist, dem Kupplungsteller 118, der ani Antriebsexzenter 102 befestiyt ist, der außenlamelle 120, der Zwischenlatnelle 121, der Ringfeder mit Kugeln 122 und der Decklamelle 123. Dazu kommt eine Starteinrichtung, bei welcher der Startring 124 auf dem Getriebering 107 gelagert ist, der die Führungsstifte 125 aufnimmt, die in Steigungsschlitze 126 des Startringes 124 greifen Der Kugelring 127 stellt, vom Startring 124 geführt, die Verbindung zur Decklamelle 123 her.
Der funktionelle Ablauf dieser Anordnung vollzieht sich in folgender Weises Die Antriebsdrehbewegung des Kurbelzapfens 101, über den Toleranzrlng 119 auf das Kupplungsgehäuse 117 übertragen, bewirkt, daß bei einer vorgegebenen Grenzdrehzahl die Ringfeder 122 durch die Fliehkraft ihrer Kugeln und geführt von der schrägen Rückwand des Xupplungsgehäuses 117 auf die Außenlamelle 120 drückt. Damit kommt ein Anpressen der Zwischenlamelle 121 auf die Decklamelle 123 zustande und Kraftschluß wird hergestellt.
Mit der Mitnahme des Kupplungstellers 118 durch die Zwischenlamelle 121 wird erreicht, daß sich der auf dem Kurbelzapfen 101 gelagerte Antriebsexzenter 102 mit Kurbelzapfendrehzahl bewegt und über die Exzenterrad-Lagerung 103 dem Exzenterrad 104 eine Umlaufbewegung erteilt. Mit seiner Außenverzahnung 105 rollt sich nun das Exzenterrad 104 in der Innenverzahnung 106 des setrieberinges 107, der am setriebedeckel 108 befestigt ist, ah, während es mit seiner Innenverzahnung 109 das Abtriebszahnrad 111 über seine Außenverzahnung 110 exzentrizitätsausgleichend mit der Überlagerungsdrehzahl antreibt. Die damit der Abtriebswelle 112 erteilte Abtriebsdrehbewegung wird vom Kettenrad 116 an das Nabenkettenrad weitergeleitet.
Zum Starten des Antriebsmotors wird das Kettenrad 116 vom Nabenkettenrad her angetrieben, das diese Drehbewegung über die Abtriebswelle 112 und das Abtriebszahnrad 111 auf das exzenterrad 104 überträgt. es gibt die üLersetzte brehbewegung über den Antriebsexzenter 102 an den Kupplungsteller 118 weiter, mit dem die Zwischenlamelle -121 verbunden ist. Durch Betätigung des Startzuges hebt sich der Startring 124 ntittels der beiden Führungsstifte 125 in den Steigungsschlitzen 126 vom Getriebering 107 ab und drückt über den Kugelring 127 auf die Decklamelle 123, welcher die Reibverbindung zwischen den Kupplungslamellen bewirkt.
Damit wird auf den Kurbelzapfen 101 eine übersetzte Startumdrehung übertragen.
Die Fliehkraftkupplung, welche damit zwei Funktionen, nämlich den automatischen Antrieb und die Startfunktion, zu bewEltigen hat, gestattet zusätzlich noch einen Fahrzustand, bei dem der rotor abgeschaltet ist und das Getriebe nur leer mitdreht.
Als eine weitere Variante der Erfindung ist das automatische PKW-Exzeter-Umlaufgetriebe mit Wandler nach Fig. 3 als Dreiganggetriebe mit einer Rückwärtsgangstufe folgendermaßen aufgebaut: Die Antriebswelle 201, welche mit dem Turbinenrad des Wandlers verbunden ist, nimmt den Antriebsexzenter 202 auf, der seinerseits über die Lxzenterbüchsenlagerung 203 die Exzenterbüchse 204 trägt. Die Exzenterräder 205, 206 und 207, die fest auf der Exzenterbüchse 204 sitzen, greifen mit ihren Außenverzahnungen in die Innenverzahnungen der Getrieberinge 208, 209 und 210, welche im Getriebegehäuse 211 drehbar gelagert sind. Eine zusätzliche Rückwärtsgangstufe wird von dem Exzenter-Innenzahnrad 212 auf der Exzenterbüchse 204 und dem Getriebering-Außenzahnrad 213, das im Getriebegehäuse 211 gelagert ist, gebildet, während die Abtriebsstufe aus dem Abtriebsinnenzahnrad 214 auf der exzenterbüchse 204 und dem Abtriebsaußenzahnrad 215 auf der Abtriebswelle 216 zusammengesetzt ist. Die. Abtriebswelle 216 nimnt in ihrer Bohrung über die Antriebswellenlagerung 217 die Antriebswelle 201 auf und wird im Getriebegehäuse 211 durch die Abtriebswellenlagerung 219 im Abtriebswellengehäuse 220 geführt. Die Schalteinrichtung der Getrieberäderpaarungen enthalt für jede der drei Vorwärtsgangstufen und der Rückwärtsgangstufe eine Bandbremsanordnung 221, die in einer Aussparung des jeweiligen Getrieberinges untergebracht ist. Die iibrigen Bestandteile dieser Wandler-Getriebekombination entsprechen bekannten Ausführungen.
Analog dem autoanatlscllen Zweirad-Exzenter-Umlaufgetriebe vollzieht sich aer funktionelle Zulauf der Anordnung nach Fig. 3 und Fig 4 folgendermaßen: Die Antriebsdrehbewegung der Antriebswelle 201 bewirkt, daß der mit ihr verbundene Antriebsexzenter 202 über seine F*xzenterbUchsenlagerung 203 der Exzenterbüchse 204 eine Drehbewegung erteilt, die abhängig ist von der Getrieberäderpaarung im jeweils geschalteten Gang. iiinnit man den Ablauf zum Beispiel bei geschaltetem Gang I, so rollt das mit der Exzenterradbüchse 204 verbundene exzenterrad 207 mit seiner Außenverzahnung in der Innenverzahnung des Getrieberinges 210 ab. Da aieser aber durch die Betätigung der Band bremse 221 gehäusefest gehalten ist, wird der Exzenterbüchse 204 eine Umlaufbewegung entsprechend den Verzahnungsverhältnissen erteilt. Das gleichfalls mit der exzenterDflchse 204 verbundene Abtriebsinnenzahnrad 214 gibt diese Umdrehung rtiit seiner Innenverzahnung über die Außenverzahnung aes Abtriebsaußenzahnrades 215 exzentrizitätsausgleichend an die Abtreibswelle 216 untersetzt weiter. Der Umschaltvorgang in einen anderen Vorwärts- bzw, in den Rückwärts gang vollzieht sich, indem die Bandbremse des zugehörigen Getrieberinges durch die Schalteinrichtung angezogen bzw. gelöst wird. Während in den drei Vorwärts gängen abtriebsseitig eine Umkehrung der Antriebsdrehrichtung erfolgt, ist beim Rückwärtsgang durch die Abrollung einer Innenverzahnung auf einer Außenverzahnung eine gleichsinnige Exzenterbüchsendrehung gegeben. In der Ausgangsstufe wird der jeweils vorgegebene Drehsinn nicht verändert.
Die übrigen nichtgeschalteten Getrieberinge drehen sich im Gehäuse leer mit und können durch das Festsetzen nit ihrer Bandbremseinrichtung 221 wahlweise zugeschaltet werden.
hußer den beiden behandelten Anwendungsfällen lassen sich weitere mombinationen den jeweils geforderten Bedingungen bei übernahme des Grundaufbaues an die gegebenen Verhältnisse anpassen und variieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem auf einem Exzenter der Antriebswelle drehbar angeordneten Exzenterrad und einem mit dem Exzenterrad kämmenden, feststehenden, das Reaktionsteil darstellenden Rad, wobei der Abtrieb über eine gleichzeitig als Exzentrizitäts-Ausgleichseinrichtung dienende, nachgeschaltete Getriebestufe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterrad mit mindestens einer Außenverzahnung und mindestens einer Innenverzahnung versehen ist und diese Innenverzahnung mit einer Außenverzahnung der vorgenannten nachgeschalteten Getriebestufe im Kammeingriff steht.

2. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Eingangsstufen und eine für alle Eingangsstufen gemeinsame Ausgangsstufe vorhanden sind.

3. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Getriebestufen ein gemeinsamer Exzenter konstanter Exzentrizität vorgesehen ist und der Exzentrizitätsmittenwert avExe nach der Beziehung: avExe = ########### # 0,2 m n zu bestimmen ist, wobei sich die einzelnen Ausgangsstufen-Exzentrizitäten av1 -n Jeweils aus der Beziehung: ergeben und mit æ die Zähnezahldifferenz m der Modul o der Eingriffswinkel und mit v der Betriebseingriffswinkel der jeweiligen Getriebestufe bezeichnet sind.

4. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Ausgangsstufen-Exzentrizitäten av1 -n der einzelnen Getriebestufen an den gemeinsamen Exzentrizitätsmittenwert avExz des Exzenters durch Veränderung des Betriebseingriffswinkels v mittels Profilverschiebung erfolgt, wobei die Berechnung des Betriebseingriffswinkels v aus der Evolventenfunktion ev v 2tg o (x1 -x2) / z + ev erfolgt und o den Eingriffswinkel v den Betriebseingriffswinkel xl und x2 die Profilverschiebungsfaktoren für die Innen- und Außenverzahnungen und z die Zähnszahldifferenz bedeuten.

5. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilverschiebung nur an der Innenverzahnung angewandt ist und die Außenverzahnung als V-Rull-Verzahnung ausgebildet ist, so daß für die Berechnung des korrigierten Betriebseing;riffswinkels die Evolventenfunktion wie folgt lautet: ev v = 2 tg o x1 / ° + ev

6. Merhstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bin 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einer Außenverzahnung versehene und mit der Innenverzahnung des Exzenterrades im Kammeingriff stehende Zahnrad der Abtriebsstufe auf einer zur Antriebswelle koaxialen Welle drehfest angeordnet ist.

7. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem stehenden Reaktionsteil kämmende Außenverahnung des Exzenterrades und die Innenverzahnung des Exzenterrades in einer Radialebene liegen.

8. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schaltgetriebe für n-Gangstufen ausgebildet ist, wobei in an sich bekannter Weise n-Eingangsstufen mit n getrennt voneinander feststellbaren Reaktionsteilen und nur eine Ausgangsstufe vorhanden sind.

9. Nehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterrad n-Zahnkränze aufweist, die mit n im Gehäuse drehbar gelagerten, die jeweiligen Reaktionsteile darstellenden, innenverzahnten Zahnrädern in Eingriff sind und Vorrichtungen zur wahlweisen Feststellung der vorgenannten Zahnräder und damit zur Einschaltung der gewünschten Gangstufe vorhanden sind.

10. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Feststellung der im Getriebegehäuse gelagerten, die Reaktionsteile des Getriebes darstellenden Zahnräder von Bremsen, vorausweise Bandbremsen, gebildet sind.

11. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückwärtsgangstufe vorgesehen ist, dergestalt, daß auf dem Exzenterrad ein zusätzliches innenverzahntes Zahnrad drehfest angeordnet ist, das ebenfalls mit einem gehäusegelagerten, feststellbaren, åedoch mit einer Außenverzahurig versehenen Zahnrad in Eingriff ist.

12. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzenterrad über ein Nadellager auf dem Exzenter gelagert ist und der Nadeikäfig dieses Nadellagers beiderseits offene, zueinander winkelversetzte 1adelführungstaschen enthält, in denen Lagernadeln mit ein- oder beidseitigen Planflächen 1geordnet sind.

13. flehrstufiges Exzente-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellungsvereinfachung die Verzahnungen des Exzenterrades so ausgelegt sind, daß der Zahnfußkreisdurchmeser bei einer Außenverzahnung größer und bei einer Innenverzahnung kleiner als der AuBendurchmesser bzw. Innendurchmesser des vorzugsweise von einer Büchse gebildeten Exzenterrades ist.

14. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es mit dem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges zu einem Motor-Getriebe-Block vereinigt ist.

15. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem das Exzenterrad antreibenden Exzenter in Kraftflußrichtung eine Flielikraftkupplung vorgeschaltet ist.

16. Mehrstufiges Exzenter-Umlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem das Exzenterrad antreibenden Exzenter in Kraftflußrichtung ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgeschaltet ist.