-
Getriebe zum Übertragen von Drehbewegungen
-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum Übertragen von Drehbewegungen
mit zwei innenverzahnten, koaxialen Hohlrädern unterschiedlicher Anzahlen von Innenzähnen,
welche miteinander virtuelle Zahnreihen bilden, mit einem Ringelement, dessen Außenzähne
mit den Innenzähnen der Hohlräder kämmen, sowie mit einem von innen gegen das Ringelement
drückenden, Kraft übertragenden Antriebselement.
-
Ein derartiges Getriebe ist aus der deutschen Patentschrift 929 771
bekannt. Dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 25 45 681.9-12) liegt die Aufgabenstellung
zugrunde, die Übertragung eines Drehmomentes auf das Ringelement zu vermeiden und
im Grenzfalle alle Zähne des Ringelementes mit virtuellen Zahnlücken, bis auf die
Zahnzahldifferenz, im Eingriff zu halten. Bei einer Zähnezahldifferenz der Hohlrader
von zwei wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 des Hauptpatents, bei einer
Zähnezahldifferenz der Hohlräder von vier durch die Merkmale des Anspruches 6 des
Hauptpatentes erreicht.
-
Gemäß vorliegender Zusatzanmeldung ist das Lösungsprinzip der Ansprüche
1 und 6 des Hauptpatentes auch bei beliebiger Zahnzahldirferenz der Hohlräder anwendbar.
Bei einem Getriebe mit zwei innenverzahnten, koaxialen Hohlrädern beliebig unterschiedlicher
Anzahlen von Innenzähnen, welche miteinander virtuelle Zahnreihen bilden, mit einem
Ringelement, dessen Außenzähne mit den Innenzähnen der Hohlräder kämmen, sowie mit
einem von innen gegen das Ringelement drückenden, Kraft übertragenden Antriebselement
wird die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabestellung in allgemeiner
Form dadurch gelöst, daß die Zahnflanken der Zähne der beiden Hohlräder eben sind,
daß die Zahnlückenspitzen Jeder virtuellen Zahnreihe auf einer geschlossenen Kurve
("virtuelle Kopfkurve") liegen, deren Schwerpunkt mit dem des Ringelementes und
des Antriebselementes zusammenfällt, und daß die Außenzähne des Ringelementes beidseitig
an den Flanken mindestens einer virtuellen Zahnreihe anliegen, so daß im Grenzfall
alle Zähne, bis auf die Zahnzahldifferenz der Hohlräder, im Eingriff stehen.
-
Auf die Zähne zahl des Ringelementes kommt es hierbei nicht an. Aus
der Forderung , daß die Außenzähne des Ringelementes beidseitig an den Flanken mindestens
einer virtuellen Zahnreihe anliegen, ergibt sich in der Regel, daß die Zahnzahl
des Ringelementes zwischen den Zahnzahlen der beiden Hohlräder liegt, falls nicht
beispielsweise nur Jeder zweite Zahn des Ringelementes vorhanden ist.
-
Bei der Konstruktion der Ansprüche 1 des vorliegenden Zusatzpatentes
sowie des Hauptpatentes liegt das Antriebselement~ innen, das Ringelement umgibt
das Antriebselement und die Hohlräder umgeben das Ringelement. Man kann Jedoch die
der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung auch durch ein Getriebe lösen, bei
welchem das das Ringelement beaufschalgende Antriebselement außen liegt und das
Ringelement die Räder umgibt, die anstelle der Hohlräder treten. In Ubereinstimmung
mit der deutschen Patentschrift 929 771 ist dies ein Getriebe zum Übertragen von
Drehbewegungen mit zwei verzahnten, koaxialen Rädern unterschiedlicher Anzahlen
von Zähnen, welche miteinander virtuelle Zahnreihen bilden, mit einem Ringelement,
dessen Zähne mit den Zähnen der Räder kämmen, sowie mit einem gegen das Ringelement
drückenden, Kraft übertragenden Antriebselement;
dieses Getriebe
ist zur Lösung der der windung zugrundeliegenden Aufgabenstellung dadurch gekennzeichnet,
daß das innenverzahnte Ringelement die zwei außenverzahnten bäder umgibt und von
außen vom Antriebs element beaufschlagt ist, daß die Zahnflanken der Außenzähne
der beiden Räder eben sind, daß die Zahnlückenspitzen Jeder virtuellen Zahnreihe
auf einer geschlossenen Kurve ("virtuelle Kopfkurve") liegen, deren Schwerpunkt
mit dem des Ringelementes und des Antriebselementes zusammenfällt, und daß die Innenzähne
des Ringelementes beidseitig an den Flanken mindestens einer virtuellen Zahnreihe
anliegen, so daß im Grenzfall alle Zähne, bis auf die Zahnzahldifferenz der Hohiräder,
im Eingriff stehen.
-
Weiterhin ist der im Hauptpatent nur für zwei Hohlräder angegebene
rfindungsgedanke auch bei beliebiger Anzahl von Hohlrädern anwendbar; eine derartige
Konstruktion, mit beliebiger Zahnzahldifferenz und beliebiger Anzahl von Hohlrädern,
ist in Anspruch 3 angegeben.
-
Für eine beliebige Anzahl außenverzahnter Räder, die von einem innenverzahnten
Ringelement umgeben sind, ist die allgemenste Konstruktion nach dem rrfindungsgedanken
des Hauptpatentes in Anspruch 4 angegeben. Sieht man beispielsweise drei (Hohl-)
Räder mit unterschiedichen Zähne zahlen vor, von denen eines festgehalten ist, so
kann man an den beiden anderen zwei verscEfiedene Drehzahlen abnehmen. Haben Jedoch
zwei (Hohl-)Räder gleiche Zähne zahlen, wogegen ein drittes (Hohl-)Rad unterschiedicher
Zähne zahl zwischen diesen beiden angeordnet ist, so ergeben die beiden (Hohl-)Räder
mit gleicher Zähnezahl eine verbesserte Abstützung der Zähne des Ringelements.
-
Sinnvollerweise ligt die Zahnzahldifferenz der (Hohl-)Räder zwischen
eins und sechs. Höhere Zahnzahldifferenzen würden zu-Teilungs- und Flankenabweichungen
führen, die mit vernün; tigem technischen Aufwand nicht zu beherrschen wären. Dies
ergibt
sich aus folgenden Gleichungen (1) und (2): 1 1 ( αv - α )m = 360 .
(Z2 - Z2) . m (1) mit 4 halber Flankenwinkel der virtuellen Zahnreihe halber Flankenwinkel
des Ringelements αv-α)m halbe Winkelabweichung der Flanken an der Stelle
m Z1 Zähne zahl eines HOhlrades Z2 Zähnezahl eines zweiten Hohlrades m Nummer des
betrachteten Zahnes, gezählt von einer Stelle an, an welcher αv-α =
# ist (vgl. Fig.3) Bezeichnet man mit Tmax v die maximale, mit Tmin v die minimale
Teilung der virtuellen Zahnreihe, so ist der Quotient
ein Maß für die erforderliche periphere Beweglichkeit der Zähne 7 des Ringelementes
6.
-
übrigens ist die periphere Winkeldifferenz #v - # zwischen dem Ort
der virtuellen Zahnlücke und dem Ort des zugeordneten Zahnes des Ringelementes gleich
der angegebenen halben Winkelabweichung der Flanken: #v - # = αv - α
(3) Ein ganz besonders günstiger Wert der Zahnzahldifferenz ist zwei, gemäß Anspruch
1 des Hauptpatentes. Für mittlere und hohe Untersetzungsverhältnisse (beispielsweise
über 30) ist dann praktisch die virtuelle Kopfkurve nahezu ein Kreis, dessen Schwerpunkt
zur Achse der Höhlräder bzw. Räder um9etwa die halbe Zahnhöhe des Ringelementes
exzentrisch liegt.
-
Bei mittleren und hohen Übersetzungsverhältnisse (z.B. i>30) läßt
sich die virtuelle Kopfkurve mit hinreichender Genauigkeit durch einen Kreis oder
einen sonstigen geschlossenen Kurvenzug beschreiben, dessen Tangenten von Punkt
zu Punkt des
Kurvenzuges ihre Richtung stetig ändern. Bei geringeren
Untersetzungsverhaltnissen, etwa zwischen zehn und dreißig, zeigt es sich Jedoch,
daß die virtuelle Kopfkurve durch derartige "glatte" oder "knickfreien Kurven nicht
mehr hinreichend genau angenähert werden kann. Vielmehr bestehen die virtuellen
Kopfkurven, wie später noch flm einzelnen erläutert werden wird, aus Kreissegmenten,
die zum Teil durch Geraden miteinander verbunden sind, in welche die Kreissegmente
tangential einlaufen, zum Teil in Schnittpunkten (Knickpunkten) ineinander übergehen,
in welchen die Tangente an den Kurvenzug ihre Richtung unstetig ändert.
-
Bei Untersetzungen zwischen zehn und dreißig treten spezielle Probleme
auf, welche bei größeren Untersetzungsverhältnissen mit einfachen Mitteln, z.B.
Materialelastizität> ausgleichiar sind.
-
Tt-lährend der Drehbewegung des Antriebselementes bewegt sich die
eine Hälfte der Zähne des Ringelementes radial nach außen, wogegen sich die andere
Hälfte der Zähne des Ringelementes radial nach innen bewegt. Wenn immer ein völliges
Anliegen der Zähne des Ringelementes an der virtuellen Zahnreihe gewährleistet sein
soll, müssen a) die sich radial nach außen bewegenden Zahne identisch die gleiche
Geschwindigkeit +v und b) die sich radial nach innen bewegenden Zähne identisch
die gleiche Geschwindigkeit -v haben.
-
Die Bewegung der Zähne sollte also mit konstanter GeschwindiCeit,
d.h. ohne Beschleunigung erfolgen. Praktisch ist dies nur mit höchster Präzision
zu erreichen.
-
Weiterhin zeigt sich, daß im Bereich kleinerer Untersetzungen
die
Zahnlücken der virtuellen Zahnreihe eine so unterschiedliche Teilung (=Breite)1Laben
und daß die Winkel2)zwischen den Flanken der virtuellen Zahnlücken sich über den
Umfang derart ändern, daß mit einfachen Mitteln (wie der Materialelastizität) das
erstrebte flächige Anliegen der Zähne des Ringelementes an der virtuellen Zahnreihe
nicht gewährleistet werden kann. Schließlich stören bei kleineren Untersetzungen
die vorhin beschriebenen Abweichungen der virtuellen Kopfkurve von einer idealen
"glatten" Kurve (Kreis , ), bei welcher die Tangentenrichtung über den Umfang sich
kontinuierlich ändert. Derartige Abweichungen könnten beispielsweise auch dann auftreten,
wenn die Zahnflanken der (Hohl-)Räder nicht eben wären.
-
Durch derartige Abweichungen der virtuellen Zahnreihe gegenüber der
Zahnreihe des Ringelements in der Teilung und im Flankenwinkel sowie durch Abweichungen
der virtuellen Kopfkurve von einer idealen Form wird die genaue flächige Anlage
der Zähne des Ringelementes an den Flanken der virtuellen Zahnreihe beeinträchtigt.
Bei größeren Untersetzungsverhältnissen, gemäß dem Hauptpatent, lagen diese Abweichungen
im Rahmen der Fertigungstoleranzen und der Nachgiebigkeit des Materials und konnten
daher praktisch unbeachtet bleiben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, die Anwendung des
Erfindungsgedankens des Hauptpatentes auch bei kleineren Untersetzungsverhältnissen
zu ermöglichen, ohne daß das flächige Anliegen der Zähne des Ringelementes an den
Flanken der virtuellen Zahnreihe beeinträchtigt würde.
-
Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Antriebselement einen Umriß hat, welcher in mathematischem Sinne der virtuellen
Kopfkurve ähnlich ist, wobei Stellen, an denen die Richtung der Tangenten sich unstetig
1) 2)-Gleichung (2) Gleichung (1)
ändert, abgerundet sind, und
wobei zwischen der virtuellen Kopfkurve und dem Umriß das Ringelement, seine Zähne
sowie sein Kraft übertragendes Lager (z.B. Walzen) angeordnet sind, und daß die
Zähne des Ringelementes in Umfangsrichtung voneinander unabhängig verschiebbar sind
und einen derart veränderlichen Flankenwinkel besitzen, daß sie sich in ihrem Flankenwinkel
der virtuellen Zahnreihe anpassen.
-
Durch die Abrundung des Antriebselementes an denJenigen Stellen, an
welchen die virtuelle Kopfkurve Unstetigkeitsstellen der Tangentenrichtung aufweist,
wird genau an diesen Stellen der Jeweils dort stehende .Zahn des Ringelementes nicht
in die virtuelle Zahnreihe gedrückt. Da gerade dieser Zahn die stärkste Beschleunigung
von +v auf -v erleidet, wird durch die Entkuppelung dieses Zahnes aus der virtuellen
Zahnreihe sein störender Einfluß auf den ruhigen Bewegungsablauf eliminiert.
-
Die periodische Anderung der Teilung der virtuellen Zahnreihe über
den Umfang wird dadurch ausgeglichen, daß die Zähne des Ringelementes in Umfangrichtung
voneinander unabhängig verschiebbar sind. Periodische Xnderungen des Flankenwinkels
der virtuellen Zahnreihe werden durch einen veränderlichen Flankenwinkel der Zähne
des Ringelementes ausgeglichen.
-
Der im Bereich der Abrundungen sich bewegende Zahn wird in seiner
Radialbewegung umgekehrt. Damit er hierbei die Drehbewegung nicht stört, hat vorteilhaft
von den Hohlrädern (bzw. Rädern) dasJenige mit der größten Zähne zahl den kleinsten
(bzw. größten) Fußkreis (welcher die Füße der Zähne verbindet).
-
Hierdurch wird der Zahn im Bereich der Abrundung nur von den Zahnflanken
des (Hohl-) Rades mit der größten Zahnzahl gehalten und trägt somit zur Drehmomentübertragung
zwischen den (Hohl-) Rädern nichts bei. Infolgedessen genügen eine geringfügige
Verschiebbarkeit der Zähne und eine geringfügige Veränderlichkeit
der
Plankenwinkel, um das flächige Anliegen der Zähne des Ringelementes an den Flanken
der virtuellen Zahnreihe zu gewährleisten.
-
Vorteilhaft sind die Zähne des Ringelementes darüberhinaus in ihrer
Höhe veränderbar und. in Richtung auf die virtuelle Kopfkurve federbeaufschlagt.
Im Fall von zwei oder mehr innenverzahnten Hohlrädern liegt die virtuelle Zahnreihe
weiter außen als das Ringelement, so daß die Zähne des Ringelementes nach außen
federbeaufschlagt sind. Bei Verwendung von Zähnen mit veränderlicher Höhe brauchen
die Zahnflanken der Zähne oder (Hohl-) Räder nicht unbedingt eben zu sein, wie dies
in den Ansprüchen 1 bis 4 angegeben ist.
-
Die sich bei ebenen-Zahnflanken der Zähne der Hohlräder (bzw.
-
Räder) ergebende virtuelle Kopfkurve läßt sich nach einer Gleichung
des Typs des der Gleichung (4), vgl. Anspruch 12, berechnen. Diese virtuelle Kopfkurve
der virtuellen Zahnreihe kommt auch bei der Geometrie der Hohlräder gemäß Ansprüchen
1 und 6 des Hauptpatentes zustande; innerhalb der Fertigungstoleranzen und Materialnachgiebigkeiten
allerdings stimmten dort diese komplizierter geformte Kurven praktisch mit einfacheren
Kurven überein. In dem hier besprochenen Bereich kleinerer Übersetzungsverhältnisse
ist die genauere Kurvenform des Anspruches 12 zu berücksichtigen.
-
Spezielle vorteilhafte Möglichkeiten, die Zähne in Umfang richtung
voneinander unabhängig und verschiebbar zu machen, ihnen einen veränderlichen Flankenwinkel
zu geben oder sie in radialer Richtung federbeaufschlagt verschiebbar zu machen,
sowie vorteilhafte konstruktive Details des Ringelementes und eines zwischen diesem
und dem Kraftübertragenden Lager angeordneten Lagerbandes sind in den Unteransprüchen
13 bis 21 im einzelnen angegeben.
-
Von besonderer Bedeutung ist die Konstruktion des Anspruches 21, anstelle
eines zick-zack-förmig gebogenen Bleches mindesten zwei zu nehmen, welche aufeinanderliegen
und die Zähne des Ringelementes bilden. Man erhält so eine Zahnreihe hoher Elastizität
und Festigkeit. Der Vorteil eines derartigen 2'mehrschichtigen" Zick-Zack-Bleches
ist vergleichbar dem Vorteil, den ein vieladriges Drahtseil gegenüber einer Stahlstange
gleichen Querschnitts bietet.
-
Das Antriebselement ist im Ringelement gelagert, beispielsweise mittels
der genannten Kraft übertragenden Walz,und das Antriebselement ist seinerseits in
der virtuellen Zahnreihe eingelagert. Dies genügt als Lagerung des Antriebselementes;
um eine Uberbestimmung in der Lagerung zu vermeiden, ist vorteilhaft das Antriebselement
mit der Antriebswelle nur kraftschlüssig, nicht formschlüssig verbunden, d,h., außer
der Lagerung im Ringelement ist keine weitere Lagerung vorhandeln.
-
Vorteilhaft besteht das Antriebselement aus zwei Teilen, die zueinander
justierbar sind. Hierdurch wird es möglich, die einzelnen Teile mit relativ geringer
Präzision herzustellen, dadurch das Justieren der Teile beim Einbau etwaige Ungenauigkeiten
ausgeglichen werden können. Auch wird es durch die Justierung möglich, eine gewisse
Anpassung der Zähne des Ringelementes an die virtuelle Zahnreihe zu erzielen und
eine Nachjustierung vorzunehmen, sobald Abnutzungserscheinungen auftreten.
-
Ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet,
daß auf einer gemeinsamen Antriebswelle zwei koaxiale Antriebselemente angeordnet
sind, welche jeweils ein Ringelement tragen, daß drei innenverzahnte Hohlräder über
einschaltbare Kupplungen mit der Abtriebswelle kuppelbar sind, daß die Zähne des
ersten, der Antriebswelle zugewandten Hohlrades mit den Zähnen des ersten, der Antriebswelle
zugewandten Ringelementes kämmen, daß die Zähne des dritten, der Abtriebswelle zugewandten
Hohlrades mit den Zähnen des zweiten, der Abtriebswelle zugewandten Ringelementes
kämmen und daß das mittlere Hohlrad zwei Zahnreihen trägt, von denen eine mit den
Zähnen des der Antriebswelle des benachbarten Ringelementes und die andere mit den
Zähnen des der Abtriebswelle zugeordneten Ringelementes kämmt. Durch Ein- oder Ausschalten
verschiedener Kupplungen können die verschiedensten Untersetzungsverhältnisse realistiert
werden, In den Unteransprüchen 25 bis 32 sind vrschiedene konstruktive Details angegeben,
beispielsweise betreffend die Zahnzahlen der verschiedenen Hohlräder und die Möglichkeit,
einen Rückwärtsgang zu realisieren.
-
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in
den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen radialen Schnitt durch ein
Getriebe gemäß Anspruch 1 mit der Zahnzahldifferenz zwei, Fig. 2 ein Getriebe gemäß
Anspruch 2 mit der Zahnzahldifferenz zwei;
Fig. 3 ein Viertel des
Umfanges eines Getriebes mit zwei Hohlrädern und der Zahnzahldifferenz vier, zur
Erläuterung der geometrischen Verhältnisse und mathemischen Bezwiehnungen gemäß
den Ansprüchen 8 und 12; Fig. 4 und 5 je ein Detail aus Fig. 3; Fig. 6 bis 13 die
Abweichung der virtuellen Kopfkurve von der "glatten"Form und die Abrundungen in
den Knickstellen; Fig. 14 bis 20 verschiedene Konstruktionen der Zähne des Ringelementes,
Fig. 21 ein Viertel eines Getriebes, im radialen Schnitt, Fig. 22 den schrägen Schnitt
des Lagerbandes, Fig. 23 die axiale Schnittfigur zu Fig. 1, Fig. 24 einen radialen
Schnitt durch ein Getriebe ähnlich Fig. 1, Fig. 25 einen axialen Schnitt durch ein
weiteres Getriebe, Fig. 26 den radialen Schnitt zu Fig. 26 und Fig. 27 ein Schaltgetriebe.
-
Gemäß den Fig. 1 und 23 weist das- Getriebe zwei innenverzahnte Hohlräder
2 und 4 auf. Gemäß der Schnittführung I - I durch Fig. 23 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.
-
Im rechten oberen Viertel der Fig. 1 sind nur die Zähne 15 des innenverzahnten
Hohlrades 4 dargestellt. In der Darstellung der Fig. 1 erkennt man, daß die von
den Flanken der Zahnreihen der Hohlräder 2 und 4 gebildeten Zick-zack-Linien sich
derart überlappen, daß zwei virtuelle Zahnreihen entstehen.
-
Von den beiden virtuellen Zahnreihen ist die "benutzte" dadurch hervorgehoben,
daß in sie die Außenzähne 7 des (punktiert angelegten) Ringelementes 6 eingreifen.
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 könnteman die zweite virtuelle Zahnreihe benutzen, wobei sich nur der
Drehsinn ändern würde. Im folgenden ist nur noch von "der" virtuellen Zahnreihe
die Rede, welche benutzt wird.
-
Die Zahnlückenspitzen 12 und 14 der Hohlräder 2 und 4 liegen auf einem
Fuß-Kreis 18 mit dem Mittelpunkt 16, welcher der Durchstoßpunkt der gemeinsamen
mathematischen Achse der beiden Hohlräder durch die Zeichenebene ist. Die Zahnlückenspitzen
20 der virtuellen Zahnreihe dagegen liegen angenähert auf einem Kopfkreis 22, dessen
Mittelpunkt 24 gegenüber dem Mittelpunkt 16 des Fußkreises 18 versetzt und als "virtueller
Kopfkreis" bezeichnet ist. Bei der Drehung des Ringelementes 6 beschreibt der Mittelpunkt
24 einen Kreis um den Mittelpunkt 16.
-
In Fig. 1 erkennt man weiterhin, daß in die "Zahnlücken" der virtuellen
Zahnreihe die Außenzähne 7 des Ringelementes 6 derart eingreifen , daß die Spitzen
der Zähne 7 des Ringelementes 6 bis in die Zahnlückenspitzen 20 der virtuellen Zahnlücken
vordringen. Die Höhe der Zähne 7 des Ringelementes 6 ist ca. doppelt so groß wie
der Abstand zwischen den Mittelpunkten 16 und 24.
-
Innerhalb des Ringelementes 6 ist das Antriebs element 8 angeordnet;
zwischen dem Antriebselement 8 und dem Ringelement 6 sind als Kraft übertragendes
Lager Walzen 25 vorgesehen, um eine Drehung des Ringelementes 6 gegenüber dem Antriebselement
8 zu erleichtern.
-
Gemäß Fig. 1 hat das hintere Hohlrad 2 nur 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(senkrecht zur Zeichenebene) gemäß der
rechten Hälfte der Fig. 23 so groß ist, daß sie mit den Zahnreihen der beiden Hohlräder
2 und 4 kämmen. Gemäß Fig. 23 ist das innenverzahnte Hohlrad 2 festgehalten; es
kommt in diesem Falle nur ein Antrieb des Antriebselementes 8 über die Antriebswelle
10 infrage. Das Hohlrad 4 ist mit der Ahtriebswelle 26 verbunden. Die Drehung des
Antriebselementes 8 bewirkt eine Drehung des Ringelementes 6, dessen Zähne 7 sich
dabei in den Zähnen 13 des festgehaltenen innenverzahnten Hohlrades 2 abstütaxL
Die Zahnzahldifferenz zwischen dem Ringelement 6 und dem innenverzahnten Hohlrad
4 beträgt eins, bei einer Zahnzahl des Hohlrades 4 von 80. Es ergibt sich hieraus
ein Untersetzungsverhältnis von 39, d.h. bei 39 Umläufen der Antriebswelle 10 macht
die Abtriebswelle 26 einen Umlauf.
-
Fig. 2 zeigt ein Getriebe mit der Zahnzahldifferenz zwei gemäß Anspruch
2. Zwei außenverzahnte Räder 2, 4 sind von einem Ringelement 6 umgeben, welches
seinerseits vom hohlzylindrischen Antriebselement 8 umgeben ist. Die Zahnreihen
der Räder 2, 4 überlappen sich zu zwei virtuellen Zahnreihen, in deren eine die
Innenzähne 7a bzw. 7b des Ringelementes 6 eingreifen. Bei Drehung des Antriebselementes
8 drücken die Innenzähne 7a bzw.
-
7b in die virtuelle Zahnreihe und bewirken so die Relativdrehung der
Räder 2 und 4 zueinander. Man erkennt, daß ein Getriebe gemäß Fig. 2 mit außenverzahnten,
vom Ringelement 6 umgebenen Rädern 2, 4 im Prinzip ebenso aufgebaut ist und funktioniert
wie ein Getriebe mit Hohlrädern, welche ein außenverzahntes Ringelement 6 umgeben,
gemäß Fig. 1.
-
Fig. 3 zeigt zwei Hohlräder 4 (ausgezogene Zick-Zack-Linie) un 2 (zum
Teil verdeckt, daher zum Teil gestrichelte Zick-Zack-Linie). Die beiden Zahnreihen
der Hohlräder 2 und 4 bilden zwe: virtuelle Zahnreihen. In eine der virtuellen Zahnreihen
greifer die Zähne 7 des Ringelementes ein. Die Lücken der virtuellen Zahnreihe,
welche benutzt ist, sind mit Ordnungsziffern m bezeichnet, gezählt von einer Stelle
m = O an, an welcher = = oCv (vgl. Gl. 1).
-
Die virtuelle Kopfkurve 22 der genutzten virtuellen Zahnreihe ist
ein Kreissegment mit dem Mittelpunkt M 4, der im rechten oberen Quadranten liegt.
Im rechten, nicht dargestellten Quadranten des Getriebes ist diese virtuelle Kopfkurve
ein Kreissegment mit dem gleichen Radius um den Punkt M1, welcher im linken oberen
Quadranten liegt.
-
Für die nicht dargestellte untere Hälfte des Getriebes sind die entsprechenden
Punkte mit M2 und M3 bezeichnet, vgl. die Erläuterungen zu Fig. 11.
-
Die Punkte Ml, M2, M3 und M4 haben gleiche Abstände zum Schwerkt 16
des Ringelementes und des Antriebselementes, welcher Schwerpunkt gleichzeitig der
Durchstoßpunkt der Achse der beiden Hohlräder durch die Zeichenebene ist. Der Abstand
jedes einzelnen Punktes der virtuellen Kopfkurve 22 vom Schwerpunkt 16 an der Stelle
m berechnet sich nach der folgenden Gleichung:
mit r = Abstand einer Zahnlückenspitze 20 (an der Stelle m) der v virtuellen Zahnreihe
vom Durchstoßpunkt 16 der Achse der Hohlräder durch die Zeichenebene, r = Radius
des Fußkreises 60 der Hohlräder, bezogen auf den Mittelpunkt 16, a y = Winkeldifferenz
(peripherer Abstand) der Zahnlückenspitzen 12 und 14 der Hohlräder an der Stelle
m, berechnet nach den Gleichungen (1) und (3), 2 ot = Flankenwinkel des Zahnes der
virtuellen Zahnreihe an v der Stelle m (in Fig. 3 bei m = 4), dd = Abstand der geraden
Verbindungslinie zwischen den zu (A # ) genannten Zahnlückenspitzen 12, 14 der Hohlräder
vom Fußkreis 60 (vgl. "Detail 12-14" in Fig. 3).
-
Auch gilt für den Winkel ßv' welchen der Radius r mit dem Radius v
r4 (Abstand vom Punkt 20 nach M4) um den Kreismittelpunkt M4 (in Fig. 3, oder M1
oder M2 oder M3) des betreffenden Kreisabschnitts des virtuellen Kopfkreises 22
einschließt, die Beziehung:
Die virtuelle Kopfkurve läßt sich aus dieser Gleichung (5) ebenso gut berechnen
wie aus der Gleichung (4).
-
ist auch, an der jeweiligen betrachteten Stelle m, der Winkel zwischen
der Tangente an den Fußkreis 60 einerseits und die virtuelle Kopfkurve 22 andererseits.
Daher wird /r auch als "Einlaufwinkel" oder "Auslaufwinkel" bezeichnet, mit welchem
die virtuelle Zahnreihe in die Zahnreihen der Hohlräder einläuft bzw. aus diesen
ausläuft.
-
Der Umriß 11 des Antriebselementes 8 ist in mathematischem .Sinne
der virtuellen Kopfkurve 22 ähnlich, d.h. sein Abstand zur virtuellen Kopfkurve
22 ist konstant. Die linke Umrißlinie 11/4, welche den Kreismittelpunkt M4 zugeordnet
ist, schneidet sich im Punkt 62 mit der rechten Umrißlinie 11/1, deren Kreismittelpunkt
M1 ist. Durch das Schneiden der kreisförmigen Umrißlinien 11/4. und .11/1 im Punkte
62 entsteht dort ein Punkt der Umrißlinie, in welchem die Richtung der Tangenten
an die Umrißlinie sich unstetig ändert. Dies ist der Punkt, in welchem gemäß Anspruch
8 die Umrißlinie abgerundet ist, so daß der an dieser Stelle stehende Zahn 7 des
Ringelementes nicht in die virtuelle Zahnreihe gedrückt wird, sondern in+).'beweglich
ist. Die strichpunktiert angedeutete Abrundung 64 erstreckt sich vorteilhaft über
mehrere virtuelle Zahnlücken.
-
Fig. .4 zeigt schematisch ein Detail von Fig. 3. 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 Zahnreihe, deren Zahnlückenspitze 20 mit der Spitze des
Zahnes 7 übereinstimmt - soweit diese Spitze nicht in üblicher Weise abgeflacht
ist.
-
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 sich 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 radialer Richtung
sein kann, ohne daß dadurch die Ubertragbarkeit
von Drehmomenten und die Lebensdauer beeinträchtigt würden. Auf den Zahn 7 wirkt
nur die radiale:Kraftkomponente 38, welche ihn auf das Ringelement 6 drückt. Diese
radialen Kraftkomponenten werden über die Walzen 25 auf das Antriebselement 8 übertragen
und durch die Kraft 17 aufgehoben.
-
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 des Antriebselements 8 nur geringfügig auf Biegung beansprucht
wird.
-
Fig. 5 zeigt schematisch ein Detail aus Fig. 3 im Bereich der Stellen
m = 4 und m = 5. Von den Zähnen 15 des vorderen Hohlrades 4 sind die mit Kreuzen
bezeichneten Zähne 13 des hinteren Hohlrades 2 zum Teil verdeckt. In die beiden
virtuellen Zahnlücken m = 4 und m = 5 greifen zwei schematisch angedeutete Zähne
7 des Ringelementes ein. Man erkennt zunächst, daß ein exaktes Eingreifen und ein
exaktes Anliegen der Flanken nur möglich ist, wenn die beiden Zähne 7 unabhängig
voneinander schwenkbar und in ihrer Höhe veränderbar sind.
-
Die beiden Zähne sind in ihrer ausgezogenen Stellung dargestellt sowie
weiterhin in einer strichpunktierten Stellung, in welcher sie so weit in die virtuelle
Zahnreihe eingeschoben sind, wie dies etwa de« Positionen m = 0 und m = 1 der Fig.
3 entsprechen würde. Der Abstand der Zähne 7 in der ausgezogenen Stellung ist die
Teilung T, wogegen die Teilung der strichpunktierten Stellung mit Tv bezeichnet
ist. Das Verhältnis der maximaien Teilung T max v zur minimalen Teilung T min v
der virtuellen Zahnreihe ist durch Gleichung (2) gegeben und ein Maß für die erforderliche
periphere Beweglichkeit der Zähne 7 des Ringelementes 6.
-
Die Fig. 6 bis 13 zeigen die Abweichung der virtuellen Kopf
kurve
22 von einer "glatten" Form und das Erfordernis der Abrundung in den Kniekstellen.
-
In den Fig. 6, 7, 10, 11, 12 und 13 ist der Fußkreis 60 der Hohlrader
mit winkelgleich verteilten Punkten 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 besetzt. Um die Figuren
nicht unübersichtlich zu machen, ist nur ein einziger gemeinsamer Fußkreis 60 für
zwei innenverzahnte Hohlräder dargestellt, Die Möglichkeit zweier getrennter Fußkreise
60a und 6Ob für zwei innenverzahnte Hohlräder ist in Fig. 21 und 24 dargestellt.Der
Mittelpunkt des Fußkreises 50 ist der Punkt 16.
-
In Fig, 6 ist weiterhin ein innerer Kreis 9 eingezeichnet, welcher
das Antriebselement 8 unter der (nicht streng zutreffenden) Voraussetzung darstellt,
daß dieses Antriebselement genau kreisförmig gemacht -werden kann. Fig. 8 zeigt,
ausgehend von Punkt 0, für die Punkte 1, 2, 3, g 5 und 6 den Abstand zwischen den
beiden Kreiseln 60 und 8. Diese Abstände folgen einer Sinuskurve. Bei konstanter
Winkelgeschwindigkeit des umlaufenden Antriebselementes ist somit die Radialgeschwindigkeit
der einzelnen Zähne unterschiedlich. Vernachlässigt man jedoch die Zähne in den
Punkten 0 und 6, nimmt man also an, die dort stehenden Zähne seien außer Eingriff
mit der virtuellen Zahnreihe, so läßt sich der Kurvenzug zwischen den Punkten 1
und 5 praktisch durch eine Gerade darstellen. Die Abstände zwischen den Kreisen
60 und 8 ändern sich in dem Bereich zwischen den Punkten 1 und 5 also nahezu proportional
zum Umfangswinkel y . Bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des umlaufenden Antriebs
elementes 8 ergibt sich in diesem Fall die praktisch konstante Radialgeschwindigkeit
der einzelnen Zähne, die gewünscht ist.
-
Fig. 7 zeigt innen zwei Kreise um die Mittelpunkte 24a und 24b.
-
Diese Kreisbögen sind rechts und links durch zwei gerade Linien verbunden,
deren Länge gleich dem Abstand der Punkte 24a und 24b ist. Jeweils ein oberer und
unterer Halbkreis bildet zusammen mit den beiden. Geraden einen geschlossenen Kurvenzug
9,
der daß ie an ihn gelegten Tangenten ihre Richtung stetig ändern.
im Fall großer Untersetzungen ist bei einer Zähnezahldifferenz von vier ein Antriebs
element mit dem Umriß der Kurve 9 praktisch verwendbar.
-
Fig. 9 zeigt eine Fig. 7 zugeordnete Darstellung, ähnlich wie Fig.
8 der Fig. 6 zugeordnet ist.
-
Bei geringeren Untersetzungen, im Bereich zwischen i = 10 und 1 =
30, müssen die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Umrisse o des Antriebselementes
durch die in den Fig. 10 und 11 dsrgestellten Umrisse 9 ersetzt werden. In beiden
Figuren 19 und 11 ist der Mittelpunkt 16, der Durchstoßpunkt der Achse der beiden
Hohlrader In Fig. 1s sind weiterhin drei Kreismittelpunkte Ml, M2 und M3 eingez@ichnet,
Der Mittelpunkt M2 ist der Kreismittelpunkt eines Wreissegmentes, welchessch daher
knapp die untere Hälfte des Umrisses 9 erstreckt. Der im in rechten oberen Quadranten
angeordnete Mittelpunkt sie ist der tJittelpunkt eines Kreissegmentes, welches im
wesentlichen im linken oberen Quadranten es Kurvenzuges 9 liegt. er im linken oberen
Quadranten ilegende Mittelpunkt M3 dagegen ist der Mittelpunkt des Kreis segmentes,
welches im rechten oberen Quadranten liegt. Die beiden Kreissegmente, weiche den
Mittelpunkten M1 und M3 zugeordnet sind, Schneiden sich im oberen Knickpunkt 62
und gehen ohn- Knickpunkte in das untere Kreissegment über, welches dem Mittelpunkt
M2 zugeordnet ist. Dieser Umriß g ist gestrichelt in ig. 12 eingezeichnet, zusammen
mit dem Kreis 9 der Fig. 6.
-
t:.an erkennt die Abweichungen, die beim ausgewählten Untersetzungsverthältnis
von etwa sechs durchaus eine Rolle spielsn sind such noch bei größeren Untersetzungsverhältnissen
bis etwa 70. In diesem Bereich sind Die erfindungsgemäßen Korrekturen von Pedeutung,
da-rüber genügt es, den Antriebselement genau eie kweisformige Form zu geben.
-
Der Knickpunkt 62 ist derjenige Punkt der Fig. 3, in welchem
die
Abrundung 64 angebracht wird.
-
Die Umrißform 9 gemäß Fig. 10 ist, grob gesagt, etwas birnenförmig,
d.h. unten etwas dicker als oben. Fjg. 11 zeigt für die Zähnezahldifferenz von vier
die Entstehung des Umrisses 9.
-
Im linken oberen Quadranten ist der Umriß 9 ein Kreissegment mit dem
Mittelpunkt M4, welcher im rechten oberen Quadranten liegt. Im rechten oberen Quadranten
ist der Umriß 9 ein Kreissegment um den Mittelpunkt M1, welcher im linken oberen
Quadranten liegt. Im rechten unteren Quadranten ist der Umriß 9 ein Kreissegment,
dessen Mittelpunkt M2 im linken unteren Quadranten liegt. Im linken unteren Quadranten
ist der Umriß 9 ein Kreissegment, dessen Mittelpunkt M3 im rechten unteren Quadranten
liegt. Die Segmente, welche den Mittelpunkten 3 und M2 zugeordnet sind, schneiden
sich in einem unteren Knickpunkt 62. Die Segmente, welche den Mittelpunkten M 1
und M4 zugeordnet sind, schneiden sich in einem oberen Knickpunkt 62.
-
Die Segmente, welche den Mittelpunkten M4 und M3 zugeordnet sind,
sind durch ein kurzes Geradenstück verbunden, dessen Länge gleich dem Abstand der
Mittelpunkte M4 und M3 ist. Die Segmente, welche den Mittelpunkten M1 und M2 zugeordnet
sind, sind durch ein kurzes Geradenstück miteinander verbunden, welches so lang
ist wie der Abstand der Mittelpunkte Ml und M2.
-
Fig. 13 zeigt, ähnlich wie Fig. 12, den Vergleich des vereinfachten
Umrisses 9 (ausgezogen) des Antriebselementes 8, gemäß Fig. 7, mit dem komplizierten
Umriß 9 (gestrichelt) gemäß Fig.
-
11. Man erkennt, daß die Abweichungen mit steigender Zahnzahldifferenz
zunehmen.
-
Fig. 14 zeigt einen Ausschnitt aus einem Ringelement 6. Dieses weist
Bohrungen 28 auf, die sich in Achsrichtung durch das ganze Ringelement erstrecken.
Abwechselnd sind die Bohrungen 28 zur einen bzw. anderen Seite des Ringelementes
6 hin offen.
-
Ein derartiges Ringelement kann innerhalb gewisser Grenzen (z.B. um
etwa 5%) seine Abmessung in Umfangsrichtung verändern
und sich
somit dem antriebselement anpassen. In die nach außen olfenen Bohrungen des Ringelementes
6 ist jeweils ein Paar von doppel-s-förmigen Federblechen 29 eingesetzt welche sich
zu einer 8-förmigen keder erganzen, die jeweils oben und unten geteilt ist Der untere
Abschnitt der Feder kann um einen kleinen Winkel in einer Bohrung 28 schwenken.
-
Der obere Abschnitt tragt den Zahn, dessen Flankenteile innen kreisförmige
Ausnehmungen aufweisen, welche die Rundung des oberen Teiles der Feder 29 derart
umfassen, daB der Zahn auf der Feder schwenken kann. Darüberhinaus sind die Ausnehmungen
hintergriffig, um ein Herausfallen des Zahnes zu verhindern.
-
Ein derart gelagerter Zahn hat in der Zeichenebene zahlreiche Freiheitsgrade:
1. Die Drehung der Feder im Ringelement und die Drehung des Zahnes auf der Feder
ermöglichen eine Veränderung des Winkels zwischen der Zahnhalbierenden und den Ringelement
(geschwungene Doppelpfeile in der Feder des linken Zahnes) 2. Die Nachgiebigkeit
des in den Zahn eingreifenden oberen - Teils der Feder läßt gleichzeitig eine nderung
des Flanken winkels 209 und der Höhe h des Zahnes zu; eine gewünschte abhängigkeit
einer Änderung der Höhe h von der Änderung des Flankenwinkels 2- läßt sich durch
geeignete Dimensionierung einstellen.
-
Die in Fig. 14 dargestellte Konstruktion gestattet also die Anpassung
der Zahnreihe des Ringelementes an die virtuelle Zahnreihe, die aus den Zahnreihen
der Hohlrader bzw. Räder gebildet ist.
-
big. 15 zeigt einen kurzen Ausschnitt aus einem Ringelement 6 mit
der schwenkbaren Lagerung eines Zahnes 7. Das Ringelement 6 weist als Lager des
Zahnes eine konkave Zylinder-Fläche 69 auf.
-
Wäre der Krümmungsmittelpunkj der konkaven Zylinder-Fläche 69
mit
der (die Abrundung nicht berücksichtigenden) Spitze 67 -des Zahnes 7 identisch,
so würde jede Schwenkung des-Zahnes in Richtung des Doppelpfeiles 65 keine Veränderung
in der Höhe des Zahnes bewirken. Legt man jedoch den Krümmungsmittelpunkt der konkaven
Zylinderfläche 69 außerhalb der Spitze 67, so bewirkt jede Schwenkung des Zahnes
7 eine Veränderung in seiner Höhe. Durch geeignete Wahl der Krümmung der konkaven
Fläche 69 kann man jede gewünschte Beziehung zwischen der Veränderung der Höhe des
Zahnes und seiner Schwenkung in Richtung des Doppelpfeiles 65 erzielen. Darüberhinaus
ergibt sich selbstverständlich,. ebenso wie bei Fig. 14, eine abhangigkeit zwischen
der Höhe des Zahnes und seinem Zahnllankenwinkel.
-
Gemäß Fig. 16 weist das Ringelement 6 eine halbzylindrische Ausnehmung
79 auf. In diese ist eine zylindrische Feder 81 eingesetzt, welche bei 83 offen
ist. Auf der Feder 81 sitzt, ebenso wie in Fig. 14 auf der Feder 29, der Zahn 7
mit seinen beiden Flankenteilen, die oben miteinander verbunden sind.
-
Eine derartige Konstruktion ist billiger als die zweiteilige, kompliziertere
Feder der Fig. 14. Sie hat ebenso wie die Konstruktion der Fig. 15 den Nachteil,
daß der Zahn aus seiner Lagerung herausfallen kann. Dies wird durch die in Fig.
17 dargestellte"Zahnspange" 86 vermieden, welche um das ganze Antriebselement herum,
seitlich der Zahne der ohlrader, die Zähne 7 des antriebselementes miteinander verbindet.
-
Dem linken Teil der teig. 2 ist zu entnehmen, daß die Zähne 7b des
Ringelementes 6 aus einem zick-zack-lörmig gebogenen Blech bestehen können. Hierdurch
wird bereits eine gewisse Veränderlichkeit der Flankenwinkel, eine gewisse Veränderlichkeit
der Höhe der Zähne sowie eine gewisse Verschiebbarkeit in peripherer Richtung erreicht.
Ein Nachteil eines derartigen einfachen zick-zack-förmigen Bleches besteht jedoch
darin, daß die Zähne in Umfangsrichtung nicht voneinander unabhängig
(vgl.-Anspruch
8) verschiebbar sind. Genügt es jedoch, wenn nur jeder zweite Zahn des Ringelementes
vorhanden ist, so ist eine Konstruktion gemäß Fig. 18 verwendbar. Diese besteht
ebenfalls aus einem gebogenen Blech; ein Abschnitt des Bleches ist dreieckig zu
einem Zahn 7 gebogen, der darauffolgende Abschnitt zu einem als Gelenk wirkenden
Bogen 91, welcher so niedrig ist, daß er in die entsprechende Lücke der virtuellen
Zahnreihe nicht eingreifen würde, der nächste Abschnitt ist wiederum zu einem Zahn
7 gebogen, der darauffolgende abschnitt wiederum zu einem Bogen 91 usw. Sin derartiges
gebogenes Blech als Zahnreihe des Ringelementes, wobei nur jeder zweite (oder evtl.
jeder dritte oder vierte) Zahn vorhanden ist, und dazwischen scharnierartige Bogenstücke
91 eingeschoben sind, ist in der Herstellung außerordentlich billig und genügt hinreichend
der Forderung einer unabhängigen Verschiebbarkeit der- einzelnen Zähne 7 in Umfangsrichtung.
-
Ganz allgemein ist darauf hinzuweisen, daß bei großen Durchmessern
nicht alle Zähne des Ringelementes vorhanden sein müssen, während es beispielsweise
genügt, wenn nur jeder dritte Zahn vorhanden ist. Eine erhebliche Verbilligung in
der Herstellung ist hierdurch erzielbar.
-
Fig. 19 zeigt einen ausschnitt aus einem Ringelement, welches aus
einzelnen Gleitschuhen 56 besteht. Diese Gleitschuhe sind durch federnde Zylinderstilte
57 derart zusammengehalten, daß sie sich in Umiangsrichtung zueinander geringfügig
bewegen können. Jeder Gleitschuh 56 tragt radial außen eine konkave, im Querschnitt
einer Kreislinie folgende Flache, auf welcher der Zahn sitzt. Die konkave Fläche
ist derart gekrümmt, daß der Krümmungsmittelpunkt in der Spitze des Zahnes liegt.
-
Verschiebt sich somit der Zahn auf der konkaven-Flache, so bleibt
der Ort seiner Spitze und somit seine Höhe erhalten, und es ändert sich nur die
Orientierung des Zahnes zum Gleitschuh.
-
Der Zahn der kig. 19 besteht, ähnlich wie gemäß Fig. 14 bis 17, aus
zwei Flankenteilen. Fig. 20 zeigt einen Zahn, dessen beiden Flankenteile mittels
eines Bolzens scharnierartig verbunden sind.
-
Fig. 21 zeigt ein Viertel eines Getriebes, ähnlich Fig. 3, wobei jedoch
in Fig. 21 das Antriebselement 8, die als Kraft übertragendes Lager dienenden Walzen
25, ein Ringelement 6, Zähne 7 des Ringelementes sowie die beiden Hohlräder 2 und
4 vollständig gezeichnet sind. Beim dargestellten Getriebe beträgt die Zahnzahldifferenz
der beiden Hohlrader 2 und 4 vier.
-
Das dargestellte Getriebe hat ein Untersetzungsverhältnis von 15.
-
Man erkennt in Fig. 21 den hohen anteil der im Eingriff befindlichen
Zähne.
-
Das Ringelement 6 ist in Umfangsrichtung in seiner Lange veranderbar,
da es senkrecht zur Zeichenebene in gleicher Weise Bohrungen 28 aufweist, wie das
Ringelement in Fig. 14. Darüberhinaus ist'das Ringelement 6 der Fig. 21 an der Stelle
87 geteilt, um das Auftreten von Eigenspannungen, beispielsweise -durch Temperaturveränderungen,
zu vermeiden. Die geöffnete Stelle 87 des Ringelementes 6 ist von einem gestrichelt
eingezeichneten Laschen-Schloß 88 lose zusammengehalten; dieses Laschenschloß ist
ähnlich gebaut wie das SchloB einer Fahrrad'Kette, jedoch in Umfangsrichtung federnd
nachgiebig.
-
Bei Krafteinleitung über die Walzen 25 wird zwischen diesen Walzen
25 und dem Ringelement 6 ein Lagerband 90 eingelegt, damit die Walzen 25 nicht in
die ihnen zugewandten Bohrungen 28 eindringen. Dieses ist an der Stelle 89 geschlitzt,
damit sich sein Umfang (z.B. bei Temperaturanderungen) ändern kann, ohne daß es
sich wölbt. Die Schlitzung 89 verlauft schräg über das Lagerband 90, damit die falzen
25 nicht in die Schlitzung 89 eindringen (vgl. Fig. 22).
-
Die einzelnen Zähne 7 des Ringelementes 6 sind so gelagert, wie dies
unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben ist.
-
Hierbei liegt der Mittelpunkt der konkaven Zylinderlache t9 genau
in der Spitze 67 der Zähne 7, so daß die Höhe der Zähne 7 sich nicht verändert,
wenn diese in ihrem Schwenklagerbett 69 verschwenken. Hierdurch wird also eine anpassung
der Richtung der Zähne 7 an die Richtung der Zahnlücken der virtuellen Zahnreihe
erreicht (wenn man als "Richtung" eines Zahnes bzw.
-
einer Zahnlücke die Halbierende~bezeichnet}.
-
Weiterhin sind die Zähne 7 ebenso wie in Fig. 15 geschlitzt.
-
Hierdurch wird erreicht, daß der Zahnflankenwinkel sich dem Winkel
der virtuellen Zahnlücken anpaßt; vergrößert sich der Zahnflankenwinkel, so nimmt
die Höhe der Zähne ab, wird der Zahn jedoch zu einem geringeren Zahnflankenwinkel
zusammengedrückt, so wird der Zahn höher. Durch geeignete Dimensionierung läßt sich
eine gewünschte Beziehung zwischen diesen beiden Veränderungen einstellen. Fig.
21 zeigt somit alle Freiheitsgrade, die man dem Zahn 7 des Ringelementes 6 geben
kann, damit er sich optimal der virtuellen Zahnreihe anpaßt.
-
Darüberhinaus ist es möglich, auch die Zähne der Hohlräder etwas schwenkbar
zu machen. Hierzu sind im Hohlrad 4 längliche Ausnehmungen 47 dargestellt, welche
dem Zahnfuß 52 nur über einen schmalen Steg 55 Verbindung mit dem Körper 58 des
Hohlrades 4 lassen. Der Steg 55 wirkt als Gelenk, um das der Zahn des Hohlrades
4 geringfügig schwenken kann. Die gleiche Maßnahme wird auch bei den Zähnen des
hinteren Hohlrades 2 getroffen, ist dort jedoch nicht dargestellt, um die Figur
nicht zu überlasten.
-
In Übereinstimmung mit Anspruch 9 sind die Radien der Fußkreise 6Oa
und 60b der Hohlrader 2 und 4 unterschiedlich.
-
Das IIohlrad 4 mit der größeren Zähnezahl (kleineren Teilung) hat
den kleineren Fußkreis 60b. Bei Drehung des Antrietselementes 8 um den Schwerpunkt
16 werden die Zähne 7 mit konstanter Radialgeschwindigkeit in die virtuellen Zahnlücken
eingeschoben.
Durch die Schwenkbarkeit der Zähne 7 in den Schwenklagern 69 und die Schlitzung
66 der Zähne 7, wird eine optimale anpassung an die virtuelle Zahnreihe erzielt.
Zum Ausgleich der unterschiedlichen Teilung der virtuellen Zahnreihe trägt auch
die Elastizität des Ringelementes 6 bei.
-
Der innere Umriß des Ringelementes 6 bildet eine Knickstelle 62.
-
An der entsprechenden Stelle 64 (vgl. Fig. 3) ist das Antriebselementt
8 abgerundet, entspricht also in der Form nicht genau dem inneren Umriß des Ringelementes.
Durch diese Abrundung 64 wird vermieden, daß die Walzen 25 über eine Spitze laufen,
was zur Folge hätte, daß der entsprechende Zahn eine unsichere Unterstützung hätte.
-
Infolge der unterschiedlichen Fußkreise 60a und 60b der beiden Hohlräder
kommt der zutiefst eingedrungene Zahn in Position 61 auBer Eingriff mit den blanken
des Hohlrades 2. Von Position 63 zu Position 61 verschiebt sich die Zahnlückenspitze
des hinteren Hohlrades 2 um den Betrag D y gegenüber der Zahnlückenspitze des vorderen
Hohlrades 4. In Position 63 liegt der Zahn 7 des Ringelementes mit seiner linken
Flanke an beiden Flanken der Hohlräder 2 und 4 an; in Position 61 liegt er mit keiner
Flanke an Zähnen des hinteren Hohlrades 2 an, und in der nächsten Position (weiter
links) liegt er mit der rechten Flanke an einem Zahn des hinteren Hohlrades 2 an.
Bei der Bewegung durch diese drei Positionen wechselt der Zahn 7 also die dem hinteren
Hohlrad 2 zugeordnete flanke, und in der Zwischenposition 61 ist er nur mit einem
Hohlrad, nämlich dem vorderen Hohlrad 4, welches den kleineren Fußkreis hat, im
Eingriff, und zwar dank der Abrundung 64. Dadurch wird der Bewegungsablauf bei der
Zalmuskehrung nicht gestört. Durch das Hohlrad 4 bleibt der Zahn 7 in Vorspannung
und gibt beim Auslaufen seine Federenergie praktisch verlustfrei an das Hohlrad
2 wieder ab.
-
kig. 25 zeigt im Längsschnitt das Getriebe, welches in Fig. 1 im Querschnitt
langs der Linie I - I dargestellt ist. Fig. 24 zeigt eine weitere Möglichkeit, wie
der Schnitt I - I durch Fig. 23 aussehen könnte, also eine abbildung entsprechend
der Fig. 1: Fig. 24 zeigt maßstabsgetreu ein Getriebe mit dem Untersetzungsverhältnis
10; in einstufiger Bauweise ist ein derart kleines Untersetzungsverhaltnis praktisch
der realisierbare Grenzfall. Ebenso wie in Fig. 21 sind die Fußkreise 60a und 60b
der Hohlräder 2 und 4 unterschiedlich. Die virtuelle Kopfkurve 22 ist um die Exzentrizität
E gegenüber dem Mittelpunkt 16 verlagert. Das Ringelement 6 ist an der Stelle 87
geschlitzt und innen mit einer Gleitlagerschicht 59 beschichtet.
-
Die Zähne 7. sind in gleicher Weise schwenkbar im Ringelement gelagert
wie in Fig. 21. Sie können sich exakt auf die virtuelle Zahnreihe einstellen.
-
Auch bei dieser wustuhrungsform müssen die beiden Hohlrader 2 und
4 nicht unbedingt zueinander gelagert sein. Das antriebselement 8 wird vorteilhaft
über eine elastische Kupplung angetrieben.
-
Praktisch bewährt hat sich eine Getriebeanordnung, die in den Figuren
25 und 26 dargestellt ist. Fig. 25 ist der axiale, geknickte Schnitt längs der Linie
XXV-XXV durch Fig. 26, wogegen Fig. 26 ein radialer Schnitt längs der Linie XXVI-XXVI
durch Fig. 25 ist.
-
Das in Fig. 26 dicht gestrichelte, zweiteilige Antriebselement 8 hat
vier Kupplungsbohrungen 84. In diese Kupplungsbohrungen 84 greifen Kupplungsbolzen
46 ein, deren anderes Ende in einem flansch 70 der ntriebswelle 10 steckt. Diese
Antriebswelle 10 ist im antriebsmotor gelagert.
-
Das Antriebselement 8 trägt über Walzen (Nadeln) 25 das Lagerband
90, welches eine schräge Schlitzung 89 aufweist (vgl. Fig. 21 und 22).. Das Lagerband
90 ist vom Ringelement 6 umgeben, dessen Zähne mit den Zahnen der beiden lIohlrader
2 und 4 kämmen. Im rechten Hohlrad 4 ist uber ein Lager 48 das linke Hohlrad 2 gelagert,
welches mit der antriebswelle 26 starr verbunden ist. Dichtungen 53 und 54 sorgen
für eine Abdichtung des Getriebes nach außen Die Zahnzahldifferenz der beiden innenverzahnten
Hohlrader 2 und 4 beträgt vier. Um Fig. 26 übersichtlich zu gestalten, sind das
Ringelement 6 und seine gemäß den früheren Figuren verstellbaren Zähne nicht dargestllt.
Nur die virtuelle Kopfkurve 22 ist (verstärkt) strichpunktiert angedeutet. Sie gleicht
dem Umriß 9 der Fig. 11. Unter Berücksichtigung der Abrundung 64 der Fig. 3 kann
man das antriebselement gemäß Fig. 26 aus zwei halbkreisförmigen Teilen herstellen.
Der Abstand dieser beiden halbkreistörmigen Hälften ist durch die beiden Schrauben
50 einstellbar, welche in Fig. 25 in Aufsicht und in Fig.. 26 im Schnitt dargestellt
sind. Zwischen den beiden Schrauben 50 ist ein nur in Fig. 25 sichtbares Passungsloch
51 angeordnet, in welches durch beide Hälften des antriebselementes 8 jeweils oben
und unten ein Passungsstift eingesteckt wird, um die beiden Hälften genau zu justieren.
-
Die Schrauben 50 ermöglichen beim Zusammenbau des Getriebes eine genaue
Justierung des abstandes der beiden Hälften des Antriebselementes; man braucht bei
der fertigung keine hohe Präzision einzuhalten, denn durch die Justierung mittels
der Schrauben 50 kann die erforderliche Genauigkeit der Einstellung beim Zusammenbau
erzielt werden. Beim späteren Verschleiß irgendwelcher Teile kann mittels der Schrauben
50 nachjustiert werden: Die beiden Hälften des Antriebselementes 8 sind an den Stellen
54 durch Nut und Feder zueinander gefahr.
-
Zwischen der sntriebswelle 10 und dem sntriebselement 8 soll nur eine
kraftschlüssige, jedoch keine formschlüssige Kupplung bestehen. Aus diesem Grunde
ist eine elastische Kupplung vorgesehen, und zwar dergestalt, daß die Bolzen 46
dicke Gummimanschetten 45 tragen, welche die Bolzen elastisch mit den Kupplungsbohrungen
84 kuppeln. Andere elastische Kupplungen oder Zahnxupplungen waren denkbar.
-
Fig. 27 zeigt ein Schaltgetriebe. Über die Antriebswelle 10 wird ein
erstes Antriebselement 8a angetrieben, welches starr mit einem um 180° versetzt
angeordneten zweiten Antriebselement 8b verbunden ist. Das Antriebselement 8a ist
im Lager 35 in der Abtriebswelle 26 gelagert.
-
Jedes Antriebselement 8a und 8b tragt über Walzen 25 ein geschlitztes
Lagerband 90 sowie ein Ringelement 6a bzw. 6b mit Zähnen, die sich gemaß den vorstehenden
Ausführungen an die jeweilige virtuelle Zahnreihe anpassen können.
-
In zwei Lagern 74 sind ineinander insgesamt drei Hohlrader 1, 2 und
3 gelagert. Das der Antriebswelle 10 zugewandte-erste Hohlrad 1 greift mit einer
Zahnreihe in die Zahnreihe de Ringelementes 6a des ersten sntriebse1ementes 8a ein.
Das lttlerv Hohlrad 2 hat zwei Zahnreihen, deren erste mit den Zähnen des Ringelementes
6a des ersten Antriebselementes 8a und deren zweite mit den Zähnen des Ringelementes
6b des 2. Antri1eeintn 8b in Eingriff steht. Die Zähne des dritten,der Abtriebswelle
26 zugewandten Hohlrades 3 schlieblich stehen mit den Zähnen des Ringelementes 6b
des zweiten Antriebselementes Bb im Eingriff..
-
Es sind insgesamt fünf einschaltbare und ausschaltbare Kupplungen
K1, K2, g3, K4 und K5 vorgesehen:
1. Uber eine Kupplung K1 kann
mit dem Gehäuse 19 ein Kupplungsring 75 gekuppelt werden, welcher die antriebswelle
10 koaxial umgibt. Das Hohlrad 1 umgibt einen inneren Abschnitt des Ringes 75; zwischen
beiden ist eine Kupplung K2 vorgesehen.
-
2. Die abtriebswelle 26 ist starr mit einer Hülse 33 verbunden, welche
die drei Hohlräder 1, 2 und 3 umgibt. Durch jeweils eine Kupplung K3, K4 bzw. K5
kann die Hülse 33 mit jeweils einem der Hohlräder gekuppelt werden.
-
Um einuntersetzungsverhältnis zwischen der antriebswelle 10 und der
Abtriebswelle 26 zu erzielen, müssen mindestens zwei Kupplungen eingeschaltet werden.
Zwei verschiedene Möglich keiten, einen Rückwärtsgang zu realisieren, sind Anspruch
27 zu entnehmen. Verschiedene Angaben -über die Zahnzahlen der Hohlräder 1,2 und
3 finden sich in den ansprüchen 28 (besonders preiswerte Lösung), 29 (Größere Anzahl
möglicher Untersetzungen, jedoch teurer als Konstruktion des Anspruches 28) und
30 (größtmögliche Anzahl der Untersetzungen, aber teurer als Konstruktionen der
Ansprüche 28 und 29).
-
Verschiedene Kombinationen zwischen festen und losen Kupplungen sind
folgender Tabelle zu entnehmen:
| feste lose |
| Kupp- Kupp- abnehmbare Drehzahlen: |
| lugen lungen |
| K1 K2 je eine Drehzahl an K3, K4 oder K5 |
| K2 + K3 K1 i = 1, also Kupplung |
| K1 + K2 K3 je eine Drehzahl an K4 oder K5, deren Dreh- |
| sinn dem der antriebswelle 10 entgegengesetzt |
| ist, d.h. zwei Rückwartsgänge |
Vorliegende Anmeldung ist ein Zusatz zur Patentanmeldung P 2545
681.9 - 12 sowie zu deren Zusatzanmeldung P 2551 083.2 - 12. Kopien dieser beiden
Anmeldungen sind beigefügt. auf die Ansprüche der Patentanmeldung P 2545 681.9 -
12 ist in beiliegender Fassung vom 16.3.1976 Bezug genommen. - Die genannten beiliegenden
Unterlagen gehören zum Offenbarungsinhalt vorliegender Anmeldung.