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Getriebe
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Die Erfindung betrifft ein Getriebe zur Übertragung von Drehbewegungen,
insbesondere für mittlere und hohe übersetzungsverhältnisse, mit einem innenverzahnten
Hohlrad, mit dessen Innenzähnen die Außenzähne eines Ringelementes kämmen, sowie
mit einer von innen gegen das Ringelement drückenden, Drehmoment übertragenden Drehscheibe,
deren Welle mit der mathematischen Achse des Hohlrades fluchtet, wobei die Zähnezahlen
des Hohlrades und des Ringelementes verschieden sind.
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Ein derartiges Getriebe ist aus der deutschen Patentschrift 1 135
259 sowie einem Prospekt llarmonic Die", Druck-Nr. 5000/9/71 bekannt. Hält man bei
diesem bekannten Getriebe eines der drei Bauelemente - Hohlrad, Ringelement oder
Drehscheibe - fest, so kann man von den beiden anderen wahlweise das eine oder andere
zum An- oder Abtrieb verwenden und somit insgesamt sechs verschiedene über- und
Untersetzungen realiseren. In allen Fällen verformt die Drehmoment übertragende
Drehscheibe (im Prospekt "wave generator" genannt) das Ringelement (im Prospekt
"flex spline" genannt) welches aus diesem Grunde dünn und elastisch ausgebildet
sein muß.
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Das Ringelement ist als längliche Büchse ausgebildet, deren Länge
so groß sein muß, daß dort, wo das Drehmoment abgenommen oder aufgegeben wird, die
Verformungen abgeklungen sind. Diese bekannte Konstruktion hat verschiedene Nachteile:
1. Ein erster Nachteil des bekannten Getriebes besteht in großen baulichen Abmessungen
der länglichen Büchse.
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2. In allen Betriebsarten wird von dem Ringelement ein rmoment übertragen,
entweder auf ein Lager oder auf eines der beiden anderen Bauelemente. Das übertrabare
Drehmoment
ist dadurch begrenzt, daß das Ringelernent, der Verformbarkei~
wegen, dünn und elastisch ausgebildet ist. Die Begrenzung des Drehornentes ist ein
zweiter Nachteil des bekannten Getriebes.
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3. Ein dritter Nachteil ist darin zu sehen, daß die Verformungen des
Ringelementes einen Verschleiß bewirken, da sie unter Belastung (Drehmoment) erfolgen.
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4. Weiterhin ermöglicht das bekannte Getriebe Übersetzungen ins Schnelle,
ist also nicht "selbstsperrend". Da Übersetzungen ins Schnelle bei Übersetzungsverhältnissen
über 50 kaum sinnvoll sind, ist das Fehlen einer Selbstsperrung ein vierter Nachteil
des bekannten Getriebes. Unter einer "Selbstsperrung" soll hierbei verstanden werden,
daß ein auf die Abtriebswelle wirkendes Drehmoment nicht die Antriebswelle drehen
kann; die "Sperrung" bezieht sich also auf ein von der Abtriebsseite eingeleitetes
Drehmoment. Nur von der Antriebsseite her kann ein Drehniornent eingeleitet und
der Abtriebswelle mitgeteilt werden. Bekannte Getriebe erreichen dies nur mit hohe
technischen Aufwand und/oder unvollkorumen.
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5. Beim bekannten Getriebe sind ca. 15 % der Zähne miteinander im
Eingriff; dies ist insofern ein Nachteil des bekannten Getriebes, als ein höherer
Prozentsatz das Ringelement und die Zähne weniger beanspruchen würde.
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6. Schließlich kann beim bekannten Getriebe ein geringes Zahnflankenspiel
nur durch erhöhte Fertigungsgenauigkeit erreicht werden.
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Diese Aufgabenstellung wird durch die Merkmale des Kennzeichens des
Patentanspruches 1 gelost. Dort ist davon die Rede, daß die beide Zahnreihen der
beiden Hohlrader "eine" virtuelle dritte Zahnreihe bilden. In diesem Zusammenhang
ist darauf hinweisen, daß - wie später anhand der figuren genauer erläutert werden
wird noch eine zweite virtuelle Zahnreihe durch tYberlappung der beiden Hohlräder
gebildet wird. Prinzipiell ist es gleichgültig, mit welcher der beiden gebildeten
virtuellen Zahnreihen die Außenzähne des Ringelementes kämmen; je nachdem, welche
der beiden virtuellen Zahnreihen man benutzt, ist der Drehsinn verschieden, bei
gleichem festgeiialtenen Hohlrand. - Wenn ün folgenden von "der'! virtuellen dritten
Zahnreihe die ede ist, so ist damit diejenige der beiden entstehenden virtuellen
dritten Zahnreihen gemeint, welche benutzt wird. Die Wahl steht völlig frei. Vorteilhaft
ist entweder die Teilung der virtuellen dritten Zahnreihe gemäß Anspruch 2 und 3
konstant (wobei vorteilhaft gemäß Anspruch 4 alle Zahnflanken eben sind), oder die
Außenzähne des Ringelementes sind gemäß Anspruch 5 in Umfangsrichtung verschiebbar
oder verformbar.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabenstellung,
ebenfalls ausgehend von der Konstruktion der deutschen Patentschrift 1 135 259 und
des eingangs genannten Prospektes, ist in Anspruch 6 angegeben.
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Vorteilhaft kann man hierbei das elliptische Ringelement starr ausbilden,
obei dann seine Außenzähne auf ihr in Umsangsrichtung verschiebbar angeordnet sind.
Andererseits ist es ach möglich, das elliptische Ringelement verformbar auszubilden,
wie dies im Prinzip aus der deutschen Patentschrift 1 135 259 bekannt ist. Die erfindungsgemäße
Konstruktion hat dann allerdings nicht die Nachteile, die die Konstruktion der deutschen
Patentschrift 1 135 259 aufweist, da erfindungsgemäß das Ringelement kein Drehmoment
überträgt. Aus diesem Grunde kann das elliptische Ringelement dünn ausgebildet sein,
wie dies für die Verformbarkeit erforderlich ist, ohne daß hierdurch der Anwendungsbereich
in Richtung auf hohe Drehmomente begrenzt wäre. Auch ist es nicht
erforderlich,
das elliptische Ringelement als längliche Büchse auszubilden, denn es werden ja
keine Drehmomente übertragen; die baulichen Abmessungen bleiben somit klein.
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Schließlich bewirkt die Verformung des Ringelementes bei der erfindungsgemäßen
Konstruktion nur einen minimalen'Verschleiß, da die Verformung nicht, wie bei der
Konstruktion der deutschen Patentschrift 1 135 259 und des eingangs genannten Prospektes.
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mit einer Drehmoment-Ubertragung einhergeht.
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Vorteilhaft ist, wie dies an sich aus dem eingangs genannten Prospekt
bekannt ist, das Ringelement mit Walzen oder Kugeln auf der Drehscheibe gelagert.
Hierdurch werden bei schnell laufenden Getrieben die Reibungsverluste herabgesetzt;
bei Stellgetrieben ist eine derartige Lagerung nicht unbedingt erforderlich.
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Besonders einfach läßt sich das Ringelement aus einem Blech durch
zick-zack-förmiges Biegen herstellen (Anspruch 11). Das zick-zack-förmig gebogene
Blech wird einfach um die Drehscheibe herumgelegt. Ein Verschweißen an der Stoßstelle
ist nicht erforderlich, da das zick-zack-förmige Blech in Richtung des Umfanges
keine Kräfte zu übertragen braucht.
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Bei Stellgetrieben genügt es, wenn das zick-zack-förmige Blech, welches
in diesem Fall allein das Ringelement bildet, direkt auf der Drehscheibe sitzt.
Die bei einem Stellgetriebe geringfügige Verschiebung zwischen der Drehscheibe und
dem das Ringelement bildenden zick-zack-förmigen Blech verursacht nur geringe Reibungskräfte,
welche nicht stören. Bei schneller laufenden Getrieben dagegen sitzt vorteilhaft
das zick-zack-förmige Blech auf einem Ring, welcher mit Walzen oder Kugeln auf der
Drehscheibe gelagert ist.
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Den Ansprüchen 1 und 6 ist zu entnehmen, daß die Zähnezahl des Ringelementes
vorteilhaft in der Mitte zwischen den Zähnezahlen der beiden Hohlräder liegt. Betragen
die Zähnezahlen der beiden Hohlräder beisplisweise gemäß Anspruch 1 60 und 62, so
sind optimale Drehmoment-Übertragungsverhältnisse und optimale Arbeisbedingungen
dann gegeben, wenn die Zähnezahl des Pingelementes 61 beträgt. Gemäß Anspruch 6
beispielsweise könnten die Z;=hnezahler. der beiden Hohlräder 36 und 40 betragen,
wobei dann nach diesem Anspruch die Zähne zahl des Rínqelementes 38 betragen soll.
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Diese Angabe, daß die Zähnezahl des winaelerçentes genau in der Mitte
zwischen den Zähnezahlen der beiden Hohlräder liegen soll, schafft zwar optimale
Verhciltnisse, ist jedoch nicht unbedingt erforderlich. Für das Funktionieren der
Erfindung genügt es, wenn ein Außenzahn, von einer Zahnlücke der virtuellen Zahnreihe
zur nächsten fortschreitend, in diese Lücke der virtuellen Zahnreihe sich so weit
einschiebt, bis die Zahnlückenspitzen der beiden Hohlräder übereinstimmen, d.h.,
der Außenzahn rnuß in eine virtuelle Zahnlücke nach der anderen bis zur Größtmöglichen
Tiefe eingeschoben werden. Hierdurch wird die Relativbewegung des einen Hohlrades
gegenüber dem anderen erzeugt, bzw. ein Hohlrad bewegt, wenn das andere festgehalten
wird. Die Drehbewegung wird dadurch eingeleitet, daß der radial bewegte Ru.Qenzahn
von einer virtuellen Zahnlücke zur nächsten und so fort fortschreitet. Diese einfachste
erfindunssgemäße Konstruktion ist in Anspruch 12 angegeben. Man erzielt mit dieser
KonstnlkFion selbstverständlich keine harmonische Drehbewegung, sondern eine schrittweise
Drehbewegung, die jedoch bei manchen Anwendungsbeispielen, beispielsweise bei einfachen
Stellgetrieben, durchaus sinnvoll sein kann.
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Eine derartige Konstruktlor. mit nur einem einzigen Außenzahn, der
nacheinander von einer virtuellen Zahn lücke zur nächsten virtuellen Zahnlücke vorrückt,
ließe sicn beispielsweise dadurch realisieren, daß dieser Zahn in einer Halterung
sitzt, welche
um die Achse der beiden Hohlrcider umläuft und den
Außenzahn trägt, der in beliebiger Weise zu seiner radialen Hin- und Herbewegung
angetrieben wird, beispielsweise durch Führung an einer Kurvenscheibe.
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Eine konstruktiv bessere Lösung besteht darin, daß (Anspruch 13) eine
beliebige Anzahl von Außenzähnen auf einem Ringelement angeordnet ist,elches kreisrund
ist, um seine Achse drehbar ist, und dessen Achse um die Achse der beiden Hohlräder
umläuft. Ein ganz besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines derartigen Getriebes
ist in Anspruch 1 angegeben, dessen Ringelement ebenfalls um die Achse der beiden
Hohlräder umläuft. Dort ist die Zähnezahl des Ringelementes das arithmetische Mittel
zwischen den Zähnezahlen der beiden Hohlräder; gemäß Anspruch 13 dagegen ist die
Zähnezahl beliebig, wodurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes nicht verändert
wird, da dieses ausschließlich durch die Differenz der Zahnezahlen der beiden Hohlräder
gegeben ist. Nur die Drehmomentübertragung und die Oualität der Funktion (Wirkungsgrad,
Laufruhe etc.) werden durch die .bweíchung der Zähnezahl des Ringelementes von arithmetischen
Mittel der Zähnezahlen der beiden Hohlräder beeInträchtigt, und zwar um so mehr,
je größer diese Abweichung ist. In manchen Fällen, beispielsweise wenn man an einer
Normung interessiert ist, oder wenn besondere geometrische Verhältnisse die Verwendung
eines kleineren Ringelementes erforderlich machen, kann es jedoch oüstig sein, von
dem Ringelement optimaler Zähnezahl gemäß Anspruch 1 im Sinne des Anspruches 13
abzuweichen.
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Die Verwendung eines kreisrunden Rinaelementes führt dazu, daß die
Zähne des Ringelenetes auf der einen Seite zwar vollständig in die Zahnlücken der
virtuellen Zahnreihe eingreifen, gegen überliegend jedoch um mindestens die Höhe
der Zähne von der virtuellen Zahnlückenspitze entfernt sind. Das runde Ringelement
sitzt also immer exzentrisch zur Achse der beiden Hohlräder.
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Aus diesem Grunde ist vorrangig bei Stellgetrieben die Verwendung
eines elliptischen Ringelementes gemäß Anspruch 14 günstiger.
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Optimale Übertragungsverhältnisse erhält man Gemäß Anspruch 6
(besonders
vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Anspruches 14) dann, wenn die Zähnezahl des
Ringelementes gleich dem arithmetischen Mittel der Zähnezahlen der beiden Hohlräder
ist. Ist dies wegen des Erfordernisses einer geradzahligen Anzahl von Außenzähnen
auf dem elliptischen Ringelement nicht möglich, nämlich dann, wenn die Zähnezahlen
der Hohlräder sich nur um zwei unterscheiden, so sind die günstigsten Übertragungsverhältnisse
dann yegeben, wenn die Zähnezahl des Ringelenetes gleich der Zähnezahl des einen
oder anderen Hohlrades ist. Weniger günstige Übertragungsverhältnisse, aber immer
noch eine harmonische Drehbewegung erhält man dann, wenn die Zähnezahl des Ringelementes
zwar geradzahlig ist, jedoch von der optimalen Zähnezahl abweicht (Anspruch 14)-
In gewissen Anwendungsfällen kann dies aus Gründen in Normung oder aus geometrischen
Gründen wünschenswert sein. Das Ubersetzungsverhä.ltnis wird durch die Veränderung
der Zahnezahl des Ringelementes nicht beeinflußt.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung
trägt das Ringelement (Anspruch 15) eine beliebige unqeradzahlioe Anzahl von AuBenzähnen,wobei
das Ringelement ebenfalls elliptisch (oder sonstwie unrund, z.B. eiförmig)ausgebildet
ist und um die Achse der beiden Hohlräder drehbar ist. Bei dieser ungeradzahligen
Anzahl von Außen zähnen auf einem elliptischen Ringelement erhält man keine harmonische
Drehbewegung, sondern einen zeitweiligen Stillstand der Drehbewegung. Die Dauer
der Drehbewegung ist hierbei weich der Dauer des Stillstandes.
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Derartige Drehbewegungen mit periodischem Stillstand wurden bisher
nach dem Stande der Technik mit ungleich höherem technischen Aufwand erzielt als
gemäß der Erfindung.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in
den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Getriebe
längs der Linie I - I der Fig. 3, mit einer virtuellen Zahnreihe gemäß Anspruch
3, Fig. 2 die Überlappung der Zähne beider Hohlräder zur virtuellen dritten Zahnreihe,
gemäß Anspruch 2, Fig. 3 einen Längsschnitt des Getriebes der Fig. 1, Fig. 4 bis
6 die Anordnung eines Zahnes des Ringelementes zwischen benachbarten Zähnen der
Hohlräder, Fig. 7 und 8 Abbildungen einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Getriebes, entsprechend den Fig. 1 und 2, wobei Fig. 7 ein Schnitt längs der
Linie VII - VII durch den Gegenstand der Fig. 8 ist, Fig. 9 bis 13 die verschiebbare
Anordnung von Zähnen auf dem Ringelement, Fig.14 und 15 die Ausbildung des Ringelementes
nach Anspruch 10 und 11, Fig. 16 eine Tabelle zur Erläuterung der übersetzungsverhältnisse,
und Fio. 17 ein Getriebe nach Anspruch 13.
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Gemäß den Fig. 1 und 3 weist das Getriebe zwei innenverzahnte Hohlräder
2 und 4 auf. Gemäß der Schnittführung I - I durch Fig. 3 liegt das innenverzahnte
Hohlrad 2 hinter dem innenverzahnten Hohlrad 4. Aus diesem Grunde sind die Flanken
der Zähne des Hohlrades 2 zum Teil durch die Zähne des Hohlrades 4 verdeckt und
insoweit in Fig. 1 nur gestrichelt angedeutet.
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Im rechten oberen Viertel der Fig. 1 sind nur die Zähne des innenverzahnten
Hohlrades 4 dargestellt.
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In der Darstellung der Fig. 1 erkennt man, daß die von den Flankn
der Zahnreihen 2 und 4 gebildeten Zick-zack-Linien sich derart überlappen, daß eine
virtuelle dritte Zahnreihe entsteht.
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(Diese "eine" virtuelle dritte Zahnreihe ist dadurch hervorgehoben,
daß in sie die Außenzähne 7 des (punktiert angelegten) Ringelementes 6 angreifen.
Man erkennt, insbesondere im linken Teil der Fig. 1, daß noch eine zweite virtuelle
Zahnreihe entsteht, welche in Fig. 1 nicht benutzt wird. Diese zweite virtuelle
Zahnreihe stimmt identisch mit der ersten virtuellen Zahnreihe überein, ist jedoch
um einen Winkelbetrag versetzt. Statt der ersten, in Fig. 1 benutzten virtuellen
Zahnreihe könnte man die zweite virtuelle Zahnreihe benutzen, wobei sich nur der
Drehsinn ändern würde. Im folgenden ist nur noch von "der" virtuellen dritten Zahnreihe
die Rede, welche benutzt wird. Die Zahnlückenspitzen 12 und 14 der Hohlräder 2 und
4 liegen auf einem Kreis 18rtt dem Mittelpunkt 16, welcher der Durchstoßpunkt der
gemeinsaren mathematischen Achse der beiden Hohlräder durch die Zeichenebene ist.
Die Zahnlückenspitzen 20 der virtuellen dritten Zahnreihe dagegen liegen auf einem
Kreis 22, dessen Mittelpunkt 24 gegenüber dem Mittelpunkt 16 des Kreises 18 versetzt
ist. Bei der Drehung des Ringelementes 6 beschreibt der Mittelpunkt 24 einen Kreis
um den Mittelpunkt 16.
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In Fig. 1 erkennt man weiterhin, daß in die "Zahnlücken" der virtuellen
dritten Zahnreihe die Außenzähne 7 des Ringelementes derart eingreifen, daß die
Spitzen der Zähne 7 des Ringelentes 6 bis in die Zahnlückenspitzen 20 der virtuellen
Zahnlücke vordringen. Die Höhe der Zähne 7 des Ringelementes 6 ist ca. doppelt so
groß wie der Abstand zwischen den Mittelpunkten 16 und 24.
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Der Mittelpunkt 24 der virtuellen Zahnreihe stimmt überein mit dem
Durchstoßpunkt der Achse des Ringelementes 6 durch die Zeichenebene.
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Innerhalb des Ringelementes 6 ist die Drehscheibe 8 angeordnet; zwischen
der Drehscheibe und dem Ringelement sind Walzen 25 oder sonstige Lagerelemente vorgesehen,
um eine Drehung des Ringelementes 6 gegenüber der Drehscheibe 8 zu erleichtern.
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Gemäß Fig. 1 hat das hintere Hslslrad 2 zur 78 Zähne 13, wogegen das
vordere Hohlrad 4 geringfügig mehr, nämlich 80 Zähne 15 trägt. Das außenverzahnte
Ringelement 6 trägt 79 Zähne 7, deren Breite gemäß der unteren Hälfte der Fig. 3
so groß ist, daß sie mit den Zahnreihen der beiden Hohlräder 2 und 4 kämmen. Gemäß
Fig. 3 ist das innenverzahnte Hohlrad 2 festgehalten. Gemäß der Tabelle der Fig.
16, die später noch im Einzelnen besprochen werden wird, kommt in'diesem Falle nur
ein Antrieb der Drehscheibe 8 über die Antriebswelle 10 infrage. Eine Abtriebswelle
könnte mit dem Ringelement 6 verbunden sein, doch ist in der Konstruktion der Fig.
3 die andere in der Tabelle der Fig. 16 genannte Möglichkeit gewählt, das Hohlrad
4 mit der Abtriebswelle 26 zu verbinden. Die Drehung der Drehscheibe 8 bewirkt eine
Drehung des Ringelementes 6, dessen Zähne 7 sich dabei in den Zähnen 13 des festgehaltenen
innenverzahnten Hohlrades 2 abstützt. Die Zahnzahldifferenz zwischen dem Ringelement
6 und dem innenverzahnten Hohlrad 4 beträgt 1,. bei einer Zahnzahl des Hohlrades
4 von 80. Es ergibt sich hieraus, gemäß der Tabelle der Fig. 16, ein Untersetzungsverhältnis
von 39, d.h. bei 39 Umläufen der Antriebswelle 10 macht die Abtriebswelle 26 einen
Umlauf.
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Bei dem in Figur 1 dargestellten Getriebe mit einem Untersetzungsverhältnis
von 39 liegen gemäß Anspruch 3 (der für große Ubersetzungen gilt) zur Erzielung
aner konstanten Teilung (Abstand der Zahnlückenspitzen 20) der virtuellen dritten
Zahnreihe die Zahnlückenspitzen der beiden Hohlräder auf einem einzigen Kopfkreis
18. Bei einem kleineren Untersetzungsverhältnis jedoch, wie es in Figur 2 dargestellt
ist, sind die Zähne der beiden Hohlräder in ihrer Höhe derart unterschiedlich, daß
ein gemeinsamer Kopfkreis 18 zu größeren Fehlern in den Winkeln der Zahnflanken
führen girde. In diesem Fall sind, gemäß Anspruch 2, zur Erzielung einer konstanten
Teilung der virtuellen dritten Zahnreihe die Zahnreihen der beiden Hohlräder derart
angeordnet, daß beide in der Höhe von einem Kreis 19 halbiert werden. Hierdurch
wird auch bei kleineren Untersetzungsverhältnissen der Fehler der Zahnflankenwinkel
in den Grenzen der Fertigungstoleranzen gehalten.
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In Fig. 4 ist perspektivisch und schematisch ein Zahn 7 des Ringelementes
6 dargestellt. Dieser Zahn kämmt mit den angedeuteten Zahnflanken 12a und 14a der
Zähne 13 und 15.
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Fig. 5 zeigt in Aufsicht den Gegenstand der Fig. 4. Die dem Zahn 7
anliegenden Bereiche der Zahnflanken 12a und 14a sind mit Kreuzchen bezeichnet.
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Fig. 6 zeigt schematisch ein Detail von Fig. 1. Der Zahn 7 des Ringelementes
6 berührt einerseits die Flanke des Zahnes 15 des Hohlrades 4 und andererseits die
entsprechende Flanke des Zahnes 13 des Hohlrades 2. Die beiden Zahnreihen bilden
miteinander die virtuelle dritte Zahnreihe, deren ZahnlUckenspitze 20 mit der Spitze
des Zahnes 7 übereinstimmt - soweit diese Spitze nicht in üblicher Weise abgeflacht
ist.
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Die Zähne 13 und 15 wirken auf den Zahn 7 mit den durch Pfeile 30
und 32 angedeuteten Kräften. Diese Kräfte wurden in die peripheren Komponenten 34
und 36 und in die radialen Komponenten 38 zerlegt. Man erkennt, daß die peripheren
Komponenten 36 und 34 oich aufheben, was zur Folge hat, daß auf den Zahn 7 keine
Kräfte in Umfangsrichtung wirken. Dies bewirkt einerseits die Selbstsperrung und
hat andererseits zur Folge, daß das Ringelement 6 in Umfangsrichtung keine Kräfte
zu übertragen braucht und daher - sollte dies erforderlich sein -dünn und elastisch
ausgebildet sein kann, ohne dafl dadurch die Ubertragbarkeit von Drehmomenten und
die Lebensdauer beeinträchtigt würden. Auf den Zahn 7 wirken nur die radialen Kraftkomponenten
38, welche den Zahn auf das Ringelement 6 drücken. Diese radialen Kraftkomponenten
werden über die Walzen 25 auf die Drehscheibe 8 übertragen und durch die Kraft 17
aufgehoben.
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Da das Ringelement 6 von allen Zähnen 7 und somit aus allen Radialrichtungen
rundherum ähnliche Kräfte aufzunehmen hat,
heben sich diese Kräfte
weitgehend auf, so daß die Antriebswelle 10 der Drehscheibe 8 nur geringfügig auf
Biegung beansprucht wird.
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Die Fig. 1 bis 3 betreffen Getriebe gemäß den Ansprüchen 1 Es 6, wobei
das eine Hohlrad zwei Zähne mehr hat als das andere Hohlrad. Fig. 7 und 8 dagegen
zeigen ein Getriebe gemäß den Ansprüchen 6, 7 und 8 wobei die Differenz der Zähnezahlender
Hohlräder 4 beträgt.
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In der linken oberen Hälfte der Fig. 7 sind die beiden(36 bzw. 40
Zahne tragenden)Hohlräder 102, 104 dargestellt, deren Zahnreihen sich unter Bildung
der virtuellen dritten Zahnreihe überlappen. Die (auf dem Ringelement 106 verschiebbaren)
Zähne 107 sind nicht dargestellt, um die Zeichnung nicht zu überlasten. Entsprechend
wärenin Fig. 1 rechts oben die Zahne 13 einzuzeichnen, um - ohne die Zähne 7 - die
virtuelle Zahnreihe erkennen zu können.
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Bei Fig. 7 liegen die Zahnlückenspitzen 120 der virtuellen dritten
Zahnreihe auf einer Ellipse (entsprechend dem Kreis 22 der Fig. 1). In die Zahnlückenspitzen
der virtuellen dritten Zahnreihe eingreifend und mit dieser kämmend sind die Zähne
107 des Ringelementes 106 angeordnet. Dieses Ringelement 106 ist, entsprechend der
genannten Ellipse, elliptisch ausgebildet.
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Ebenso wie bei Fig. 1 ist im Inneren des Ringelementes 106 eine Drehscheibe
108 angeordnet, und zwischen der Drehscheibe 108 und dem Ringelement 106 sind Walzen
125 vorgesehen.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 7 und 8 ist die Zahnteilung (Abstand
der Zahnlückenspitzen 120) der virtuellen Zahnreihe
ungleichmäßig.
Aus diesem Grunde muß entweder, wie dies in der rechten Hälfte der Fig. 7 dargestellt
ist, das Ringelement elastisch und biegsam ausgebildet sein, oder die Zähne 107
müssen (linke Hälfte der Fig. 7) auf dem Ringelement etwas gegeneinander verschiebbar
sein. Zwei Möglichkeiten einer verschiebbaren Anordnung der Zähne auf dem Ringelement
sind in den Fig. 9, 10 und 11 einerseits und in Fig. 12 und 13 andererseits dargestellt:
Gemäß Fig. 10 und 11 weist das Ringelement 106 seitliche Führungen 152 und 154 auf,
welche Vorsprünge 156 und 158 des Zahnes 107 übergreifen. Die in Fig. 9 perspektivisch
dargestellten Zähne 107 sind somit in Umfangsrichtung des Ringelementes 106 verschiebbar.
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Eine andere Möglichkeit ist in den Fig. 12 und 13 dargestellt.
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Gemäß Fig. 12 weist das Ringelement 106 Durchbrechungen 159 auf, in
welchen - mit seitlichem Spiel 157 - die Füße 160 von Zähnen 107 stecken. Fig. 13
zeigt einen Abschnitt des Ringelementes 106 mit vier Durchbrechungen 159, wobei
in die drei linken Durchbrechungen Zähne 107 mit ihren Füßen 160 eingesetzt sind.
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Diese Zähne 107 haben seitlich durch das Spiel 157 eine hinreichende
Bewegungsmöglichkeit in peripherer Richtung.
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Die Figuren 14 und 15 dienen der Illustration der Ansprüche 10 und
11: Fig. 14 zeigt eine Abbildung ähnlich der oberen Hälfte der Fig. 1. Fig. 15 zeigt
einen Abschnitt aus einem zick-zackförmig gebogenen Blech. Die einzelnen nach oben
vorstehenden Zacken dieses Bleches bilden die Zähne 207 des Ringelementes 206 (Fig.
14 rechts), wenn man das zick-zack-förmig gebogene Blech
um die
Drehscheibe 208 legt. Die Zähne 207 greifen dann, wie die Zähne 7 der Fig. 1, in
die virtuelle dritte Zahnreihe.
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Die direkte Anordnung des zick-zack-förmig gebogenen Bleches auf der
Drehscheibe 208 ist bei Stellantrieben möglich, da in diesem Falle die aufgrund
der relativen Drehbewegung der Teile zueinander auftretende Reibung vernachlässigbar
ist. Bei schnelleren Drehbewegungen wählt man jedoch vorteilhaft die in der linken
Hälfte der Fig. 14 dargestellte Anordnung. Das zick-zack-förmige Blech sitzt auf
einem Ring 305 und bildet mit diesem zusammen das Ringelement 306. Der Ring 305
ist mittels Walzen 325 auf der Drehscheibe 308 derart gelagert, daß bei einer Relativbewegung
des Ringes 305 gegenüber der Drehscheibe 308 nur eine minimale Reibung auftritt.
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Ein zick-zack-förmig gebogenes Blech gemäß den Fig. 14 und 15 hat
die gleichen Vorteile wie das elastisch und biegsam ausgeführte Ringelement der
rechten Hälfte der Fig. 7. Bei un-.
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gleichmäßiger Teilung der virtuellen dritten Zahnreihe bietet somit
das zick-zack-förmige Blech nicht nur den Vorteil, leicht und billig herstellbar
zu sein, sondern auch darüber hinaus die ungleichmäßige Teilung der virtuellen dritten
Zahnreihe auszugleichen.
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Fig. 16 zeigt schematisch, ähnlich wie Fig. 3 und 8, die gegenseitige
Zuordnung der vier erfindungswesentlichen Bauteile, nämlich der beiden Hohlräder
3 und 4, des Ringelementes 6 und der Drehscheibe 8. In der Tabelle ist angegeben,
welcher Teil (8 bzw. 2 bzw. 4) angetrieben, welcher Teil (2 bzw. 4 bzw. 6 bzw. 8)
festgehalten und welcher Teil (2 bzw. 4 bzw. 6) mit der Abtriebswelle verbunden
werden kann.
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Man entnimmt beispielsweise der Tabelle, daß bei einem Antrieb des
einen Hohlrades nur das andere Hohlrad mit der Abtriebswelle
verbunden
sein kann; wegen der Selbstsperrung ist keine Drehmomentübertragung auf das Ringelement
6 möglich, so daß bei Antrieb eines der Hohlräder weder das Ringelement 6 noch die
Drehscheibe 8 mit der Abtriebswelle verbunden sein können.
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Durch einen Pfeil ist in der Spalte "Antrieb" die Drehrichtung angegeben.
In der Spalte "Untersetzung " findet man außer dem Übersetzungsverhältnis die Drehrichtung
der Abtriebswelle, ebenfalls durch einen Pfeil bezeichnet; ist dieser Pfeil gleich
gerichtet mit dem Pfeil in der Spalte "Antrieb", so wird im gleichen Drehsinne abgetrieben,
ist der Pfeil in der Spalte "Untersetzung" dem Pfeil in der Spalte "Antrieb" entgegen
gerichtet, so wird in entgegen gesetztem Drehsinne abgetrieben.
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Bei der Berechnung der in der Spalte "Untersetzung" angegebenen Untersetzungsverhältnisse
wurde von den folgenden Zähne zahlen ausgegangen: Hohlrad 2 Z2 = 80 Hohlrad 4 Z4
= 78 Ringelement 6 Z6 = 79 Fig. 17 zeigt ein Getriebe nach Anspruch 13. Auf dem
Ringelement 206 sind Außenzähne angeordnet, von denen nur diejenigen punktiert dargestellt
sind, welche mehr oder minder vollständig in eine virtuelle Zahnreihe der beiden
Hohlräder eingreifen. Das Ringelement 206 ist kreisrund ausgebildet. Für das tYbersetzungsverhältnis,
welches von dem Getriebe geleistet wird, ist die Anzahl der Zähne 207 des Ringelementes
206 ohne Bedeutung. Die Höhe dieser Zähne ist derart gewählt, daß die Zähne vollständig
in die Lücken der virtuellen Zahnreihe einareifen können. Das Ringelement 206 dreht
sich um seine Achse 216. Diese Achse 216 beschreibt dabei einen Kreis um die Achse
224 der beiden koaxialen Hohlräder.
In den dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispielen wurden nur geradzahlige Zähnezahldifferenzen der Hohlräder
beschrieben. Es ist jedoch denkbar, beispielsweise eine Zähnezahldifferenz von drei
zu wählen. Die Zähnezahl des einen Hohlrades beträgt dann beispielsweise 57, die
andere Zähnezahl 60. Eine optimale Zähnezahl des Ringelementes läge dann bei 58
oder 59.
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Das Ringelement könnte hierbei eine etwa dreieckige Grundform haben.
Bei einer Zähnezahldifferenz von fünf ist eine fünfeckige Grundform des Ringelementes
denkbar, undsofort.
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Bei einer Zähnezahldifferenz von vier andererseits ist es nicht unbedingt
erforderlich, ein rundes oderelliptisches Ringelement zu verwenden, sondern es ist
beispielsweise auch ein viereckiges Ringelement denkbar.
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