DE2902813C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seit langem sind Untersetzungsgetriebe bekannt mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem ersten auf die Abtriebswelle aufgekeilten Zahnkranz und einem zweiten, mit der Antriebswelle verbundenen Zahnkranz, wobei eine Drehung der Antriebswelle um 360° zu einer Drehung der Abtriebswelle führt, die einem Weiterschalten des ersten Zahnkranzes um einen Zahn oder mehrere Zähne entspricht.

So ist aus der DE-OS 23 46 062 das gattungsbildende Über- oder Untersetzungsgetriebe bekannt, das in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht ist, aus welchem zwei Wellen mit einer gemeinsamen Drehachse hervorstehen. Dabei ist die erste Welle konzentrisch und fest mit einem im Gehäuse drehbaren Rotor verbunden. Auf der zweiten Welle ist mittels eines Schräglagers ein Taumelkörper gelagert, so daß er um die Welle eine Drehbewegung sowie eine Taumelbewegung ausführen kann. Zwischen dem Taumelkörper und einer von der zweiten Welle durchsetzten Stirnwand des Gehäuses ist eine Muffe fest auf der zweiten Welle verkeilt und erteilt bei einer Drehung um die gemeinsame Drehachse dem Taumelkörper eine regelmäßige zyklische Taumelbewegung um das Schräglager. Der Taumelkörper ist kreisförmig ausgebildet und hat an der der Muffe abgewandten Seite eine ringförmige Kontaktfläche mit einer Anzahl von in bezug auf die Drehachse radial verlaufenden Zähnen. Der Rotor hat eine ähnliche Kontaktfläche mit einer Anzahl von radial verlaufeden Zähnen. Aufgrund der den beiden Wellen gemeinsamen Achse stehen sich die beiden Kontaktflächen gegenüber, wobei die Muffe gewährleistet, daß sich die beiden Kontaktflächen bei der Taumelbewegung des Taumelkörpers an einem kreisförmig umlaufenden Radius in konstantem Eingriff befinden. Schließlich ist der Taumelkörper durch eine Anzahl von radial an seiner Umfangsfläche hervorstehenden und jeweils in einen Bogenschlitz im Gehäuse geführten Zapfen an einer Drehung gegenüber dem Gegehäuse gehindert. Eine derartige Verkeilung des Taumelkörpers mittels Schräglager und Muffe erscheint jedoch durch das Erfordernis zusätzlicher Bauelemente aufwendig und zudem verschleißanfällig.

Eine andere Getriebevariante weist im Zentrum der Taumelbewegung der Scheibe ein Kugelgelenk auf. Außerdem wird der Kontakt zwischen Scheibe und Rotor durch eine Druckfeder aufrechterhalten.

Aus der DE-PS 5 59 221 ist ein Über- oder Untersetzungsgetriebe bekannt mit zwei umlaufenden, gleichachsigen Wellen und einer zwischen den Wellen taumelnd bewegten, an einer der Welle exzentrisch gelagerten Scheibe, welche die Drehbewegung der einen Welle durch in Nuten eingreifende Vorsprünge auf die mit der anderen Welle verbundene Scheibe überträgt und in der Drehbewegung in der Umfangsrichtung mittels eines in ein feststehendes Zahnkreuz eingreifenden Zahnkranzes gehindert wird. Bei derartigen Über- oder Untersetzungsgetrieben erzeugt die lemniskatenförmige Raumbewegung der einzelnen Punkte der Taumelscheibe durch rollenartige Körper, die in der Taumelscheibe gelagert sind und sich in wellenförmigen Bahnen auf dem Umfang der anderen Scheibe abwälzen, eine Drehbewegung der letzteren und umgekehrt. Dabei kann die Taumelscheibe zweckmäßigerweise einen Zapfen mit zwei kugeligen Enden aufweisen, von denen das eine exzentrich in dem einen Wellenende, das andere zentrisch in dem anderen Wellenende gelagert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, kostengünstiges, entkoppelbares Untersetzungsgetriebe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung sind mit der nachfolgenden Erläuterung der Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, die als Ausführungsbeispiele im Axialschnitt zwei Ausführungsformen des Untersetzungsgetriebes gemäß vorliegender Erfindung darstellen, beschrieben.

In Fig. 1 ist ein mit 1 bezeichnetes Geschwindigkeits-Untersetzungsgetriebe dargestellt, das ein Außengehäuse 2 umfaßt, bestehend aus einem topfförmigen Körper 3 mit zylindrischer Seiten­ wandung 4, einem Boden 5 sowie einem Deckel 6, der im wesentlichen eben ist und mit der freien Randkante der Seitenwandung 4 mittels Schrauben 7 verbunden ist. Der Boden 5 und der Deckel 6 weisen jeweils durchgehen­ de Bohrungen 8 bzw. 9 auf, die zueinander koaxial sind und jeweils einen einwärts ragenden Flansch 10 aufweisen. Mittels zwischengeschalteter La­ ger 11 bzw. 12 sind in den Bohrungen eine abgetriebene Welle 13 bzw. eine angetriebene Welle 14 zueinander koaxial gelagert.

Das Ende der Welle 13 ist im Innern des Gehäuses 2 fest verbunden mit einer Frontverzahnung oder Radialverzahnung 15, die an einem Radialflansch 16 ausgebildet ist, der mittels eines Zwi­ schenrings 17 auf dem Lager 11 abgestützt ist. Die Zähne 18 erstrecken sich von der Oberfläche des Flansches 16 auf den Deckel 6 zu.

Die Welle 13 weist ausgehend von ihrem im Inneren des Gehäuses 2 befindlichen Ende eine zylindrische Ausnehmung 19 in Axialrichtung auf, in der das Ende eines Stiftes oder Pfostens 20 gelagert ist, der mittig einen Anschlagringflansch 21 aufweist. Dieser steht in Kontakt mit der Oberfläche des Flansches 16, die dem Deckel 6 zugekehrt ist. Am freien Ende des Zapfens 20 ist ein Sitz 22 in Form einer sphärischen Ka­ lotte ausgenommen, in der eine Kugel 23 angeordnet ist, deren aus dem Sitz 22 herausragender Teil in einem Sitz 24 liegt, der im wesent­ lichen halbsphärisch zentral aus einer Scheibe 25 ausgenommen ist, welche den Mittelteil eines Zahnrades 26 bildet, dessen Verzahnung 27 konische Zähne aufweist. Von diesen kämmt wenigstens ein Zahn mit der Verzah­ nung 15. Da das Kugelgelenk, gebildet von der Kugel 23 und den Sitzen 22 und 24, auf einem Niveau angeordnet ist, das von dem der Zähne 18 abweicht, ist zu diesem Zweck die Verzahnung 26 relativ zu der Ver­ zahnung 15 um einen Winkel schräg angeordnet, der vorzugsweise so gewählt ist, daß die Grund­ flächen der Zähne 18 und 27 parallel im Punkt des Ein­ griffs zwischen den beiden Verzahnungen verlaufen.

Die konische Verzahnung 26 ist relativ zum Gehäuse 2 winkelfest mittels einer Verkeilungsanordnung, die einen Stift 28 umfaßt. Dieser ist fest verbunden mit der Verzahnung 26 und erstreckt sich radial von dieser weg, wobei er drehbar und querleitbeweglich einen Schlitz 29 durchsetzt, der sich in Axialrichtung in der zylindrischen Seiten­ wand 4 des Gehäuses 2 erstreckt. Um die Reibungskräfte zwischen den Kan­ ten des Schlitzes 29 und dem Stift 28 zu verringern, ist er mit einer zylindrischen Bronzebüchse 30 versehen, deren Außendurchmesser im wesentlichen gleich der Breite des Sitzes 29 ist.

Die Scheibe 25 weist auf ihrer dem Sitz 24 abge­ wandten Seite einen zentralen Axialfortsatz 31 auf, der an seinem freien Ende einen Halbkugelkopf 32 aufweist, der sich im Inneren eines Halbkugelsitzes 33 befindet, der exzentrisch an der freien Fläche einer Scheibe 34 ausgenom­ men ist, welche koaxial fest verbundenist mit dem Ende der Welle 14, das sich im Innern des Gehäuses 2 befindet und sich auf dem Lager 12 abstützt.

Im Betrieb stellt die Scheibe 34 während der Drehung der Eingangs­ welle 14 wegen der Exzentrizität des Kugelsitzes 33 eine Kurbel für den Fort­ satz 31 dar, der von der Scheibe 34 in Drehung versetzt wird, wobei die Drehachse der Taumelscheibe 25 längs einer Kegeloberfläche verläuft, deren Spitze mit dem Zentrum der Kugel 23 zusammenfällt.

Eine Bewegung der Achse des Fortsatzes 31 längs der Oberfläche des erwähnten Kegels entspricht eine Oszillation der Verzahnung 26 um das Zentrum der Kugel 23. Diese Oszillation resultiert aus der Überlagerung von zwei verschiedenen Bewegungen, gebildet erstens von einer Oszillation der Verzahnung 26 um eine Achse parallel zur Achse des Stiftes 28 und zweitens einer Oszillation der Verzahnung 26 um eine Achse, die sich in dem Zentrum der Kugel 23 befindet. Die Oszillation der Verzahnung 26, die aus der Überlagerung dieser beiden Bewegungen resultiert, bringt den Eingriffspunkt zwischen den Verzahnungen 26 und 15 dazu während der Drehung der Welle 14 um 360° längs der genannten Verzahnung 26. Der Stift 28 führt dabei zwei vollständige Bewegungs­ abläufe im Hin- und Hergang längs des ganzen Schlitzes 29 aus.

Da die Verzahnung 26 wegen des Vorhandenseins des Stiftes 28 winkelmäßig relativ zum Gehäuse 2 festgelegt ist, gelangt am Ende eines vollständigen Umlaufs der Welle 14 ein Zahn der Verzahnung 26 der zu Beginn der Drehung im Eingriff mit der Verzahnung 15 war, wieder an dem selben Ausgangspunkt relativ zum Gehäuse 2 in Eingriff mit der Verzahnung 15. Infolgedessen führt eine Differenz der Zähnezahl der Verzahnung 26 und 15 zu einer Winkel­ versetzung der Verzahnung 15 relativ zum Gehäuse 2 in der einen oder anderen Richtung. Wenn beispielsweise die Verzahnung 26 gerade einen Zahn mehr aufweist als die Verzahnung 25, führt eine Drehung um 360° der Welle 14 zu einer Drehung der Welle 13 im Gegensinn um einen Winkel gleich der Teilung eines Zahnes der Verzahnung 15. Wenn umgekehrt bei­ spielsweise die Verzahnung 15 einen Zahn mehr aufweist als die Verzahnung 26, entspricht einer Drehung um 360° der Welle 14 eine Drehung der Welle 13 in der gleichen Richtung um einen Winkel gleich der Teilung eines Zahnes der Verzahnung 15.

Somit läßt sich schließlich mittels des beschriebenen Getriebes eine Untersetzung erzielen, die direkt proportional der Zahl der Zähne der Verzahnung 15 und umgekehrt proportional ist der Differenz zwischen den Zahlen der Zähne der Verzahnungen 15 und 26.

Bei dem beschriebenen Getriebe 1 erlaubt die Verwendung von Ver­ zahnungen mit Frontaleingriff die Zulassung von Herstellungstoleranzen, die relativ groß sind und zur Verringerung der Herstellungs­ kosten führen. Darüber hinaus erlaubt die Verwendung der Verzahnungen mit Stirn­ eingriff die einfache und wirtschaftliche Realisierung nicht nur von Untersetzungs-Umkehrgetrieben, sondern auch von einfachen Untersetzungs­ getrieben, die bei Verwendung von Stirnverzahnungen nur sehr viel schwieri­ ger erzielbar wären.

Schließlich ist noch anzumerken, daß das beschriebene Getriebe 1 selbsthemmend ist, weil irgendein auf die Welle 13 und damit auf die Verzahnungen 15 und 26 einwirkendes Drehmoment von dem Zapfen oder Stift 28 aufgefangen wird, der im Innern des Schlitzes 29 gleitet.

Fig. 2 zeigt ein Geschwindigkeits-Untersetzungsgetriebe, das insgesamt mit 101 bezeichnet ist und das ein Außengehäuse 102 aufweist, bestehend aus einem Topfkörper 103 mit zylindrischer Sei­ tenwandung 104 und einem Boden 105 sowie einem Deckel 106, der im wesentlichen eben ist und am freien Ende der Seitenwandung 104 mit­ tels einer Mehrzahl von Schrauben 107 befestigt ist. Der Boden 105 weist ein axiales Durchgangsloch 108 auf mit einem Flansch 110. Durch das Loch erstreckt sich drehbar mittels eines Lagers 111 eine Abtriebswelle 113.

Quer zum Deckel 106 erstreckt sich koaxial zur Bohrung 108 eine Axialhülse 106 a mit einem zentralen Durchgangsloch 109 mit einer zentralen Verengung 110 a, die als Distanzstück für zwei Lager 112 und zur Abstützung einer zur Welle 113 koaxialen Antriebswelle 114 dient.

Das im Innern des Gehäuses 102 befindliche Ende der Welle 113 ist fest verbunden mit einer Frontverzahnung oder Radialverzahnung 115, die an einem Radialflansch 116 vorliegt, der auf dem Lager 111 mittels eines Zwischenringes 117 abgestützt ist. Die Zähne 118 weisen von der Oberfläche des Flansches 116 auf den Deckel 106 zu.

Die Welle 113 weist auf ihrem im Innern des Gehäuses 102 befind­ lichen Ende eine zylindrische Axialausnehmung 119 auf, in der sich das Ende eines Zapfens oder Pfostens 120 befindet, welcher mittig einen Anschlagringflansch 121 aufweist, der sich in Kontakt mit der Oberfläche des Flansches 116 befindet, die dem Deckel 106 zugewandt ist. Am freien Ende des Zapfens 120 ist ein Sitz 122 in Form einer sphärischen Kalotte ausgenommen, in der eine Kugel 123 drehbar vorliegt. Deren aus dem Sitz 122 heraus­ ragender Kugelabschnitt erstreckt sich drehbar in einen Sitz 124, der im wesentlichen halbsphärisch zentral aus einer Scheibe 125 ausgenommen ist, die den Mittel­ teil eines Zahnkranzes 126 mit konischer Verzahnung 127 bildet, deren Zahl der Zähne von der Anzahl der Radialzähne 118 um mindestens einen Zahn abweicht. Damit die Verzahnung 127 mit mindestens einem Zahn mit der Verzahnung 118 kämmen kann, ist der Zahnkranz 126 um einen Winkel geneigt zum Zahnkranz 115 angeordnet, der vorzugs­ weise so gewählt ist, daß die Grundflächen der Zähne der Zahnkränze 118 und 127 zueinander im Eingriffspunkt der beiden Zahnkränze parallel sind.

Die Scheibe 125 des Zahnkranzes 126 weist auf ihrer dem Sitz 124 abgewandten Seite einen axialen Zentralfortsatz 128 mit einem Halbkugelkopf 129 auf, der in das Innere eines Halbkugelsitzes 130 ragt, welcher exzentrisch an der freien Oberfläche einer Scheibe 131 ausgenommen ist. Diese ist koaxial befestigt am Ende der Welle 114, die in das Innere des Gehäuses 102 hineinragt und sich am inneren Lager 112 abstützt.

Der konische Zahnkranz 126 wird gegen Drehung relativ zum Ge­ häuse 102 mittels einer Drehsicherung gehindert. Diese besteht aus einem Zahn­ kranz 132, der im wesentlichen konisch an der Oberfläche der Scheibe 125 ausgearbeitet ist, und der am Zahnkranz 127 abgewandt ist, und einem Zahnkranz 133, der sich an einer Oberfläche parallel zum Flansch 116 befindet und diesem zugewandt ist. Die Anzahl Zähne des Zahnkranzes 133 ist gleich derjenigen des Zahnkranzes 132 und kämmt in seiner normalen Funktions­ stellung mit mindestens einem Zahn des Zahnkranzes 132. Analog zum Ein­ griff 118-127 sind auch beim Eingriff 132-133 die Grundflächen der Zähne 132 und 133 im Eingriffspunkt vorzugsweise parallel zueinander.

In einem nicht dargestellten vereinfachten Ausführungsbeispiel ist der Zahnkranz 133 unmittelbar an der Innenfläche des Deckels 106 vorgesehen und direkt der Verzahnung 118 zugekehrt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hingegen befindet sich der Zahnkranz 133 auf einer Scheibe 134. Diese weist einen Axialfortsatz 135 auf, der drehbeweglich und axial glei­ tend auf der Hülse 106 a sitzt, und ist mit einer Mehrzahl von Radialfingern 136 versehen (von denen nur einer dargestellt ist), welche gleitend in zugeordneten Axialnuten 137 aufgenommen sind, die längs der Innen­ fläche der Wandung 104 eingearbeitet sind.

Die Scheibe 134 bildet eine Endplatte eines Momentbegren­ zers, der insgesamt mit 138 bezeichnet ist und eine obere Ringscheibe 139 umfaßt, die gleitbeweglich auf der Hülse 106 a sitzt sowie eine Feder 140 komprimiert, die zwischen den Scheiben 134 und 139 angeordnet ist. Diese sind winkelmäßig bezüglich des Gehäuses 102 mittels einer Mehrzahl von Stiften 141 festgelegt (von denen nur einer gezeichnet ist). Die Stifte 141 sind gleichmäßig auf einem Umfang koaxial zur Hülse 106 a angeordnet und erstrecken sich axial von der Oberfläche der Scheibe 139 weg, die dem Deckel 106 zugewandt ist. Jeder Stift 141 ragt axial gleitbeweglich durch eine zugeordnete Bohrung 142, die sich durch den Deckel 106 erstreckt, und läuft außerhalb des Gehäuses 102 in einen Kugelkopf 143 aus. Der sitzt gleit­ beweglich in einer Ringnut 144, die stirnseitig in einen Ring 145 ein­ gearbeitet ist, welcher einstellbar auf einem ein Außengewinde aufweisenden Fortsatz 146 der Hülse 106 a angeordnet ist, und nach außen aus dem Gehäuse 102 herausragt.

Was das Verhalten das Getriebes 101 im Gebrauch betrifft, so ist auf das diesbezüglich hinsichtlich des Getriebes 1 Gesagte zu verweisen. Es ist jedoch festzuhalten: Die Differenz der Anzahl der Zähne an den Zahnkränzen 118 und 127 führt bei jedem vollständigen Umlauf der Welle 114 zu einem Versetzen des Zahnkranzes 118 relativ zum Gehäuse 102 um einen Winkel, der der Anzahl der Zähne entspricht, um die die Zahnzahl der Verzahnung 127 über- oder unterschritten wird. Die Verzahnungen 132 und 133 weisen die gleiche Zahnzahl auf, so daß die Lage der Scheibe 125 relativ zur Verzahnung 133 und damit relativ zum Gehäuse 102 erhalten bleibt.

Offensichtlich könnte der Effekt der Drehsicherung, die von den Zahnkränzen 132 und 133 gebildet wird, auch mittels irgendeiner Kopplung der zusammenwirkenden Oberflächen längs ihrer Tangenten erzielt werden, von denen die eine im wesentlichen konisch und die andere im wesentlichen eben und als Projektion der letzteren ausgebildet ist, so daß die erwähnte konische Oberfläche längs der ebenen Oberfläche abrollen kann, und in jedem Punkt die beiden Oberflächen mit demselben Punkt der jeweils anderen Oberfläche in Kontakt bleiben.

Es ist möglich, die Zahnkränze 132 und 133 durch zwei einfache aufgerauhte Oberflächen oder im Grenzfall durch zwei Oberflächen mit erhöhtem Reibungs­ koeffizient zu ersetzen.

Wenn das von dem Zahnkranz 132 auf den Zahnkranz 133 übertragene Wider­ standsmoment einen Grenzwert annimmt, wird die Scheibe 134 gegen den Deckel 106, entgegen der Wirkung der Feder 140 verschoben. Die Drehsicherung zwischen Gehäuse 102 und Scheibe 125, welche kein Moment mehr auf die Scheibe 116 und demgemäß auch nicht auf die Welle 113 überträgt; wird aufgehoben. Der Grenzwert des Widerstandsmomentes, bei dem die erwähnte Entkopplung zwischen Scheibe 125 und Gehäuse 102 eintritt, kann durch eine größere oder kleinere Vor­ spannung der Feder 140 mittels des Einstellrings 145 eingestellt werden, der sich auf dem Ab­ schnitt 146 der Hülse 106 a befindet.

Claims (5)

1. Untersetzungsgetriebe mit einem Gehäuse (2, 102), in dem eine Abtriebswelle (13, 113) mit einem verzahnten Planrad (16, 116) drehfest verbunden ist und koaxial dazu eine Antriebswelle (14, 114) drehbar gelagert ist, mit der eine koaxial zur Abtriebswelle (13, 113) drehbar gelagerte Taumelscheibe (25, 125) über einen zwangläufigen Kurbeltrieb angetrieben wird, die eine Kegelradverzahnung (26, 126) aufweist, welche eine andere Zähnezahl als die der Planverzahnung (15, 115) des Planrades (16, 116) hat, die mit der Kegelradverzahnung (26, 126) kämmt, welche mit wenigstens einem Finger (28, 136), der in eine im Gehäuse (2, 102) angeordnete Axialführung (29, 137) ragt, mit dem Gehäuse (2, 102) drehfest gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbeltrieb ein erstes Kugelgelenk (32, 139) aufweist, das exzentrisch in der Antriebswelle (14, 114) angeordnet ist, und daß die Taumelscheibe (125) auf einer den Finger (136) aufweisenden Scheibe (134) eines federgestützten, in axialer Richtung selbsttätig öffnenden und schließenden Drehmomentbegrenzers (131) abrollt, wobei die beiden Scheiben (125, 134) mit demselben Punkt der jeweils anderen Scheibe (125, 134) in Kontakt bleiben.

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kugelgelenk (129, 130) einen Halbkugelkopf (129) aufweist, der an einem ersten Zapfen (128) der Taumelscheibe (125) angeordnet ist, die gegenüber der Abtriebswelle (113) über ein zweites Kugelgelenk (122, 123, 124) gelagert ist, dessen erster Sitz (124) auf der zentralen Achse der Taumelscheibe (125) und dessen zweiter Sitz (122) am Ende eines in der Abtriebswelle (113) befindlichen Zapfens (120) angeordnet ist.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (134) eine erste Ringfläche (133) aufweist, die einer zweiten Ringfläche (132) an der Taumelscheibe (125) zugekehrt ist, und daß die beiden Ringflächen (132, 133) aufeinander abrollen.

4. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ringfläche (133) als Planverzahnung ausgebildet und senkrecht zu den Wellen (113, 114) angeordnet ist, während die zweite Ringfläche (132) als Kegelverzahnung (132) ausgebildet ist und die beiden Kegelverzahnungen (126, 132) an gegenüberliegenden Seiten der Taumelscheibe (125) angeordnet sind, wobei die erste und zweite Ringfläche (132, 133) eine gleiche Anzahl Zähne aufweisen.

5. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (134) gegen eine elastische Vorspannung einer Feder (140) axial beweglich zum Gehäuse (102) angeordnet und eine Einstelleinrichtung (141-146) für diese Vorspannung vorgesehen ist.