DE2315746A1

DE2315746A1 - Spannungswellenerzeuger und diesen verwendende spannungswellenantriebsanordnung

Info

Publication number: DE2315746A1
Application number: DE2315746A
Authority: DE
Inventors: Alex Paul Cotreau; John Francis Jacobs
Original assignee: USM Corp
Current assignee: USM Corp
Priority date: 1972-04-04
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1973-10-18
Also published as: IL41901A0; ZA732286B; JPS497652A; IT983645B; US3789700A; CA965990A; DD104130A5; JPS5736454B2; FR2179434A5; AU5398773A; BE797752A; NL7304504A

Description

DlpUng. Heinz Bardehle

MQKhea 22. H^.. 15. Tel. 29255» Z Jl $7 4 5

PtstanUbtitt MOocb:.i 25. Postfach 4

Hünchen, den 29, MäfZ 1973

Mein Zeichen: P 1642
Anmelder: USM Corporation

Flemington/New Jersey - USA

Zustelladresse:
Balch Street
Beverly/Mass_e 01915
USA

opannungsv/ellenerzeuger und diesen verwendende
Spannungswellenantriebsanordnung

.Erfindung bezieht sich auf ein Vechselspannungsgetriebe zur Bewegungsübertragung, Me Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Spannungswellenerzeugerteil bzv;„ V/echseldeformationcerzeugerteil eines mechanischen Spannungswellenantriebsgliedes, wobei einem zu dem Spannunrrsv/ellenerzeugerteil gehörenden koa^cialen, rohrförmigen, radial ausbiegbaren Teil eine uinlauiende Keulenform erteilbar ist» Das ausbiegbare Teil ist ein eine Umfangsverzahnung tragendes Teil, das als ausbiegbarer Zahnkranz bzw. au^biegbai'es Spannrad bezeichnet wird. Der mechanische Typ des Spannun^sv/ellenatriebsgliedes enthält
oorübcr hinaus ein drittes Grundelement, nämlich ein kreis-

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förmiges Teil, welches gewöhnlich eine Verzahnung trägt und damit als kreisförmiges Spannrad bezeichnet wird.. In der üblicherweise benutzten Anordnung ist der Spannungswellenerzeuger in dem ausbiegbaren Zahnkranz untergebracht, um ein Kämmen der Zähne des ausbiegbaren Zahnkranzes mit den Zähnen des kreisförmigen Spannrades , (dessen Zähne in der Anzahl üblicherweise von den erstgenannten Zähnen abweichen) an in Umfangsrichtung voneinander in Abstand liegenden Stellen zu bewirken« Im folgenden wird eine neue Spannungswellenerzeugerkonstruktion angegeben, die bei der hier angegebenen Anordnung anwendbar ist« iis dürfte jedoch einzusehen sein, daß das Prinzip der Erfindung in gleicher /eise auch auf eine umgekehrte Spannungswellenantriebseinheit anwendbar ist, bei der die Spannimgswellenerzeugereinrichtung außerhalb der Zahnräder vorgesehen ist» 3gi der hier beschriebenen Anordnung handelt es sich lediglich aus Gründen einer vereinfachten Darstellung um eine zweikeulige oder ellipsoide Spannungswellengetriebeanordnung.

Bei Spannungswellenantriebsglieäern kenn jedes der drei Grundelemente, d.h. der Spannungswellenerzeuger, der susbie^bare Zahnkranz oder das kreisförmige Spannrad, ein JJingabeglied sein und eines der beiden übrigen Elemente kann ein ausgabeglied sein. Unabhängig von der besonderen Anordnung sind bei der bekannten Spannungsv,^rellenei-zeugerkonstruktion ,aitifriktions- bzw. Gleitlagerelemente verwendet v/oraen, denen es an einer zwangsweisen, d.h_e nahezu schlupffreien Antriebsverbindun_b mit den anderen Elementen ermangelt* Deshalb gest-cxtet die betreffende bekannte Konstruktion nicht, ein genc-ues, gleichmäßig konstantes Verhältnis in einer Geschwindigkoitszunahine oder -abnähme zu er2ielon_o

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Bei der bekannten Spannungswellenerzeugerkonstruktion sind üblicherweise Antifriktions-Kugellagerelemente verwendet worden, die zuweilen innerhalb einer Einheit in der Größe verschieden waren. Obwohl erkannt worden ist, daß Ivälzlager eine höhere Belastungskapazität besitzen, ist ihre Anwendung bisher jedoch beschränkt gewesen, und zwar auf Grund einer Keigung, im Betrieb sich schräg zu stellen.

Der li-rfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte mechanische Spannungswellenerzeugeranordnung zu schaffen, die eine völlig sichere bzw» genaue Verbindung einer Drehantriebsquelle mit einem ausbiegbaren Zahnkranz bewirkt. Ferner soll in einer Betätigungsanordnung eine neue Spannungswellenerzeugeranordnung geschaffen werden, die Planetenräder in einer solchen Weise umfaßt, daß eine Stabilisierung gegenüber einem Schräglaufen erreicht ist, während ein konstantes Antriebs-Äbtriebs-Verhältnis sichergestellt ist. Im übrigen ist ein genau antreibender Sp annungswe He ner zeuger zu schaffen, der in vorteilhafter Veise in einer dynamischen Spannungswellenbetätigungsanordnung vom Verzahnungstyp und in Spannungswellenantriebseinheiten mit einem Zweierverhältnis anwendbar ist.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung. Gemäß der Erfindung ist ein Spannungswellenerzeuger geschaffen, der eine einzigartige AntriebsbeZiehung zu einem ausbiegbaren Zahnkranz besitzt, welcher mit Umfangszähnen versehen ist und v/elcher ein Dreh-Antriebsteil umfaßt, welches ein zu dem ausbiegbaren Zahnkranz koaxial angeordnetes Sonnenrad tragt. Ferner ist ein Paar von Planetenrädern vorgesehen, die an diametral gegenüberliegenden Stellen mit dem Sonnenrad und dem ausbieg-

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baren Zahnkranz kämmen. Die Summe der Durchmesser des Sonnenrades und der Planetenräder ist dabei vom Durchmesser des ausbiegbaren Zahnkranzes in seiner entspannten Kreisform verschieden, und zv/ar gemessen zwischen Punkten, die den Berührungen mit den Planetenrädern entsprechen* Dadurch wird dem ausbiegbaren Zahnkranz eine bestimmte radiale Ausbiegung erteilt.

Bei der zur- Veranschaulichung der Erfindung ausgewählten Ausführungsform, bei der es sich um eine Konstruktion mit einem Zweierverhältnis handelt, trägt jedes der Planetenräder vorzugsweise auf seinen axial gegenüberliegenden Seiten eine Querbelastung, die ein flaches Walzenlager abstützt, dessen Durchmesser nahezu gleich dem Teilkreisdurchmesser des Flanetenrades ist. Außerdem ist ein dünner, gehärteter I-Ie t all dämp fungsring als Einlage zwischen den flachen Lagern und jeder der beiden unterschiedlichen Zahnsätze der äußeren ausbiegbaren Zahnkranzzähne vorgesehen, die in an Umfangsrichtung voneinander in Abstand vorgesehenen Stellen mit dem kreisförmigen Zahnrad zu kämmen haben. Durch Räder-Schräglauf-Steuerringe wird die Spannungswellenerzeugeranordnung vorzugsweise in axialer Richtung zurückgehalten»

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an einer Spannungswellengetriebeanordnung vom Zweierverhältnistyp beispielsweise erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht unter "weglassung einzelner Teile eine zweikeulige oder ellipsoide Betätigungsanordnung mit einer Planetenräder-Spannungsvellenerzeugereinrichtung, wobei Teile an Haupt- und Webenwellen weggebrochen dargestellt sind, um die Beziehung bezüglich der Verzahnungen zu veranschaulichen.

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Fig. 2 zeigt weitgehend eine Schnittansicht in der Hauptachse der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht die in der Hauptachse liegenden Planetenra .dzähne, die mit den Innenzähnen des ausbiegbaren Zahnkranzes vollständig kämmen, sowie die Berührung durch eine ebene Rolle. Fig. 4 zeigt in einer vergrößerten Ansicht die in der Hauptachse liegenden Planetenradzähne, wie sie mit den Sonnenradzähnen kämmen, wobei der Kontakt eines Planetenrades mit einem Sonnenradring veranschaulicht ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 sei angenommen, daß durch Ausübung einer singabeseitigen Drehbewegung, wie von einer V/elle 10, zumindest ein Paar unterschiedlich gezahnter kreisförmiger Abtriebs-Spannteile 12, 14 zu drehen ist. Ein ausbiegbarer Zahnkranz 16 mit nach außen abstehenden, in axialer Richtung in Abstand vorgesehenen Sätzen von Spannzähnen 18, 20 ist in der Mitte mit einem zusammenhängenden Satz von Innenzähnen versehen. Zum genauen bzw. zwangsweisen Antrieb des ausbiegbaren Zahnkranzes 16 durch die Welle 10 ist eine neue Planetenrad-Spannungswellenerzeugeranordnung vorgesehen, die generell mit 24 bezeichnet ist und die nachstehend beschrieben werden wird.

Die Anordnung 24 besteht aus einem Sonnenrad 26, das auf der 1/elle 10 befestigt ist, wie mittels eines Keiles 28, und das eine um die Mitte herumliegende Umfangsverzahnung 30 aufweist« Auf axial gegenüberliegenden Seiten des Sonnenrades sind vorzugsweise flache, dünne Sonnenradringe 32, 34 vorgesehen. Wie Fig. 2 zeigt, liegen Druckscheiben 36 an den axial äußeren Enden der Sonnenringe 32, 34 an; sie sind in axialer Richtung

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durch Sicherungsringe 38 gesichert. Hit diametral gegenüberliegenden Sonnenradzähnen 30 kämmen Zahnradzähne 40, die auf den Umfangen von Planetenrädern 42 gebildet sind. Bei der hier dargestellten Ausführungsform besitzen die Planetenräder 42 nahezu denselben Durchmesser wie das Sonnenrad 26, obwohl einzusehen sein dürfte, daß die betreffenden Durchmesser erheblichvoneinander abweichen können, während dennoch derselbe Durchmesser im Hinblick auf das jeweils andere Rad beibehalten bleiben mag. Die Zahnradzähne 40 des jeweiligen Zahnrades 42 kämmen in der in Fig. 1 mit X-X bezeichneten Hauptachse mit den Innenzähnen 22 des ausbiegbaren Zahnkranzes. 3s sei bemerkt, daß die Summe der Teilkreisdurchmesser der Zahnräder 42 und des Sonnenrades 26 so gewählt ist., daß der Innenteilkreis__durclimesser des ausbiegbaren Zahnkranzes 16 in dem Fall überschritten wird, daß sich dieser Zahnkranz in seiner entspannten Kreisform befindet₀ Auf diese Weise wird dem betreffenden Zahnkranz die bestimmte radiale Ausbiegung erteilt. In Fig_s1 ist ferner gezeigt, daß in der Ilebenachse die äui3eren Zähne 18, 20 des ausbiegbaren Zahnkranzes auöer Eingriff mit den kreisförmigen Spannrädern 12, 14 stehen, während in der- Hauptachse die Zähne 18, 20 des ausbiegbaren Zahnkranzes vollständig mit den Spannrädern 12, 14 kämmen, und zwar auf Grund der radialen Ausbiegung·, die dem ausbiegbaren Zahnkranz durch die Spannungswellenerzeugeranordnung 24 erteilt worden ist,

Bs dürfte einzusehen sein, dai3 die radiale Ausbiegung bei der dargestellten Ausführungsform von der Achse der v/elle 10 nach außen erfolgt und daß in dem Fall, daß die dargestellte Anordnung in umgekehrter Form vorläge^ der außerhalb angeordnete Spannungswellenerzeuger eine radial nach innen gerichtete oder druckmäßige Ausbiegung auf einen ausbiegbaren Zahnkranz bzv;» ein ausbiegbares Spannrad ausüben würde, um das Kämmen der Zähne

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an in Umfangsrichtung voneinander in Abstand vorgesehenen otellen in der Hebenachse zu bewirken.

Zurückkommend auf Fig. 2 sei bemerkt, daß jedes der Zahnräder 42 vorzugsweise eine axial abstehende Nabe 44 für eine drehbare Lagerung zweier flacher Rollen 46 enthält, und zwar unter Erzielung eines Laufsitzes (d.h. unter Erzielung eines Zwischenraums von etwa 0,005 bis 0,007 cm). Diese Rollen bzw. Räder können, sofern es bevorzugt wird, mit den Zahnrädern 42 zusammenhängend ausgebildet sein. Die Rollen 46 sind vorzugsweise so ausgebildet bzw. angeordnet, daß sie nach Art eines Planetenrades an der Innenseite gehärteter Betätigungsgliedrinke 48 anliegen, die nahezu von einer Dicke sind, welche der Tiefe der Zahnradzähne 40 entspricht. Die Rollen 46 liegen in entsprechender \veise auf der Außenseite an Sonnenringen 32 bzw. 34 an, wodurch eine Entlastung der radialen Belastung eier kämmenden Zahnradzähne 40 erfolgt. Zur Führung der Planetenräder 46 und zur Beibehaltung der Schwächungsringe 48 im zusammengebauten Zustand bezogen auf die Zahnräder 42 und das Sonnenrad 26 ist ein Paar stabiler kreisförmiger Rollenschräglauf-Steuerringe 50 in festliegendem axialem Abstand vorgesehen»

Jeder der Steuerringe 50 weist eine kreisförmige Innenschulter 52 mit einem Durchmesser auf, der nahezu gleich dem Innendurchmesser der AbSchwächungsringe 48 in der Nebenachse zwischen gegenüberliegenden Ringseiten ist. Die Schultern 52 verlaufen axial innerhalb der Ringe 48; sie dienen dazu sicherzustellen, daß die Abmessung des sich drehenden Zahnkranzes 16 in der Webenachse niemals unter einen beabsichtigten Wert gelangt, wenn die Spannungswelle bzw. die Spannungswellenform sich fortpflanzt. Obwohl die flachen Planetenrollen 46 in gewissen

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Anwendungsfällen weggelassen werden k&nnen,da im ersten Fall die Zähne 40 selbst mit den Zähnen 22 des ausbiegbaren Zahnkranzes zusammenwirken und dazu neigen, eine Stabilisierung im Hinblick auf eine Schrägstellung zu bev/irken, dienen die Planetenrollen 46 jedoch zusätzlich dazu, das Schrägstellen auf wirksame Weise während der Ausübung eines Drehmoments abzuschwächen.

Aus Vorstehendem dürfte ersichtlich sein, daß ein kompakter Spannungswellenerzeugeraufbau für eine hohe Belastungskapazixät durch die Erfindung geschaffen ist. Die eingabeseitige Ausübung einer Drehung durch das Zahnrad 26 bewirkt durch das Kämmen mit den Zahnradzähnen 40 in der Hauptachse und mit den entsprechenden, diametral gegenüberliegenden Innenzähnen des ausbiegbaren Zahnkranzes einen zwangsweisen bzw. genauen Antrieb, wodurch die keulenförmige Ausbiegung des ausbiegbaren Zahnkranzes 16 veranlaßt wird, sich mit konstanter Geschwindigkeit um die Achse dor Welle 10 zu drehen» Wie an sich bekannt, kann ein Zahnsatz der Zähne 18 oder 20 des ausbiegbaren Zahnkranzes festliegen, d.h₀ insgesamt an einer Drehung gehindert bzw, festgelegt sein, so daß eine Gegeneinrichtung geschaffen ist, die dem anderen Satz von Zähnen 18 oder 20 ermöglicht, mit einer stark herabgesetzten und sichergestellten konstanten Geschwindigkeit angetrieben zu werden»

Die Bewegungskräfte des Planetenrad-Spannungswellenerzeugers 24 sind derart, daß in dem Fall, daß eine zwangsweise bzw. genaue Spannungswellenantriebsdrehung über die Planetenräder übertragen wird, die Planetenrollen 46 einen Hauptteil der Belastung aufnehmen und in den Hauptachsenteilen dazu dienen, eine Ausrichtung der Zahnradzahnanlagen und eine Stabilisierung

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gegenüber einem Schrägstellen zu bewirken. Die Planetenräder 42 und die Planetenrollen 46 werden durch das Sönnenrad 26 und die Sonnenringe bzw· Sonnenradringe 32, 34 in ausgezeichneter Weise getragen, so daß eine lange Lagerlebensdauer erwartet werden kann.

Es ist bereits an anderer Stelle (Patentanmeldung von E. German Nr. B 66d/i66 433 vom 23.10.72) eine Aufzugsvorrichtung vorgeschlagen worden, die gegebenenfalls eine anschauliche AusfUhrungsform für die Lasttragfähigkeit eines Planeten-Spannungswellenerzeugers des hier beschriebenen Typs sein mag.

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Claims

Patentansprüche

ί1 J Spannungswellenerzeuger für den Antrieb eines ausbiegbaren Zahnkranzes eines Spannungswellengetriebes, dessen ausbiegbarer Zahnkranz mit einer Umfangs-Spannzähnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sonnenrad (26) koaxial zu dem ausbiegbaren Zahnkranz (1b) angeordnet ist, daß zwei Planfcfcenrader (42) an diametral gegenüberliegenden Stellen mit dem Sonnenrad (26) und dem ausbiegbaren Zahnkranz (1b) kämmen, der dabei radial ausgelenkt wird, und dai3 zur radialen Ausbiegung des radial ausbiegbaren Zahnkranzes (1b) die Summe der Teilkreisdurchmesser des Sonnenrades (26) und der Planetenräder (42) in einer radialen Richtung gemessen von dem Teilkreisdurchmesser der Zähne (22) des ausbiegbaren Zahnkranzes (16) in dessen entspannter Kreisform verschieden und nahezu gleich dem Teilkreisdur chiaesser der in Eingriff stehenden Zähne (22) dieses ausbiegbaren Zahnkranzes (16) bei Messung zwischen diametral gegenüberliegenden Stellen ist, die den Berührungsstellen durch die Planetenträder (42) entsprechen«
2. Spannungswellenerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (42) in der Hauptachse des ausbiegbaren Zahnkranzes (16) mit diesem kämmen, wobei auf der Innenseite des ausbiegbaren Zahnkranzes (16) vorgesehene ümfangszähne (22) die Form des ausbiegbaren Zahnkranzes (16) in einem konstanten Verhältnis zur Geschwindigkeit des Sonnenrades (26) drehen,
3. Spannungswellenerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (42) auf ihren axial gegenüberliegenden Seiten jeweils eine flache Planetenrolle (46)

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aufweisen, die an diametral gegenüberliegenden Stellen an einer flachen Lagerfläche (32, 34) des Sonnenrades (26) und an einer Abschwächungsringeinlage (48) auf der Innenseite des ausbiegbaren Zahnkranzes (16) neben dessen Innenzähnung (22) anliegt.
4. Spannungswellenerzeuger nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rollenschräglauf-Steuerringe (50) vorgesehen sind, die die Spannungswellenerzeugerelemente (26,42) in zusammengesetzter Beziehung zu dem ausbiegbaren Zahnkranz (16) axial begrenzen und die einen kreisförmigen Umfangsteil besitzen, dessen Durchmesser nahezu gleich der Nebenachse des benachbarten Abschwächungsringes ist und der für eine mögliche Anlage an dem AbSchwächungsring entsprechend angeordnet ist.
5. Spannungswellenantriebsanordnung mit einer Drehantriebswelle, einem koaxialen ausbiegbaren Zahnkranz, der zumindest einen ersten und zweiten Satz von Zähnen aufweist, von denen der erste Satz von Zähnen an in Umfangsrichtung voneinander in Abstand liegenden Stellen mit Umfangsspannzähnen eines kreisförmigen Spannrades kämmt, und mit einem durch die Welle angetriebenen Planetenrad-Spannungswellenerzeuger, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für eine ellipsoide Verformung des ausbiegbaren Zahnkranzes und zur umfangsmäßigen Fortbewegung der Kämmstellen zwischen dem ersten Satz von Zähnen des ausbiegbaren Zahnkranzes und dem kreisförmigen Spannrad, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungswellenerzeuger (24) ein Sonnenrad (26) enthält, das zur Drehung mit der Welle (10) an dieser befestigt ist, daß koaxial zu dem Sonnenrad (26) eine Sonnenradrolle (32,34) auf einer axialen Seite des Sonnenrades (26) angeordnet ist,

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daß zwei diametral gegenüberliegende Planetenräder (42) vorgesehen sind, die mit dem Sonnenrad (26) und dem zweiten Satz von Zähnen (22) des ausbiegbaren Zahnkranzes kämmen, daß ein flexibler Ring (48) an einer Oberfläche des ausbiegbaren "Zahnkranzes (16) gegenüber dessen ersten Satz von Zähnen (18, 20) anliegt und ausbiegbar ist und daß zwei flache Planetenradrollen (46) an diametral gegenüberliegenden Stellen an dem flexiblen Ring (48) und der Sonnenradrolle (32, 34) anliegen«
6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonnenradrolle (32, 34) von dem Sonnenrad (26) auf dessen axial gegenüberliegenden Seiten getragen v/ird un_d daß die Planetenräder jeweils auf axial gegenüberliegenden Seiten eine flache Planetenradrolle (46) tragen, die an jeweils einer der beiden Sonnenradrollen (32, 34) anliegt.
7. Antriebsanordnung πρ.,λ Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schrägstellungs-Steuerring (50) vorgesehen ist, der einen Teil mit einem Durchmesser besitzt, welcher nahezu gleich dem Innendurchmesser in der Nebenachse des flexiblen Ringes (48) ist, und daß der Steuerring (50) so angeordnet ist, daß er eine potentielle umfangsmäßige Anlage durch den flexiblen Ring (48) ermöglicht.

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