DE29707039U1 - Reduction gear - Google Patents
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Description
HLHL
21. April 199721 April 1997
Anmelder: Hirn, Helmut, Dipl.-Ing., 72147 Nehren Laudenbach, Franz, 78559 GosheimApplicant: Hirn, Helmut, Dipl.-Ing., 72147 Nehren Laudenbach, Franz, 78559 Gosheim
Bezeichnung: UntersetzungsgetriebeDesignation: Reduction gear
Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe, bestehend aus einem nicht drehbaren Stützzahnkranz, der an einem Stützkörper angeordnet ist, sowie aus wenigstens einem Abrollzahnkranz, der an einem drehbar gelagerten Abtriebs- oder Abrollkörper angeordnet ist, wobei der Abrollzahnkranz eine Zähnezahl aufweist, die sich nur um wenige Zähne von der Zähnezahl des Stützzahnkranzes unterscheidet und wobei der Abrollzahnkranz in umlaufendem Wechsel über einen Teil seiner Umfangslänge mit dem Stützzahnkranz in Eingriff gehalten ist.The invention relates to a reduction gear consisting of a non-rotatable support gear ring, which is arranged on a support body, and of at least one rolling gear ring, which is arranged on a rotatably mounted output or rolling body, wherein the rolling gear ring has a number of teeth that differs by only a few teeth from the number of teeth of the support gear ring and wherein the rolling gear ring is held in engagement with the support gear ring in a rotating alternation over part of its circumferential length.
Es gibt bereits Getriebe, die in der Fachwelt unter dem Begriff "Harmonic-Drive-System" (Dubbel, Taschenbuch für Maschinenbau, 15. Auflage, S. 1069; Firmenschrift der Firma Harmonie Drive System GmbH, 63225 Langen/Hessen)There are already gears that are known in the professional world under the term "Harmonic Drive System" (Dubbel, Taschenbuch für Maschinenbau, 15th edition, p. 1069; company brochure of Harmonie Drive System GmbH, 63225 Langen/Hessen)
bzw. unter der Bezeichnung "Spannungswellengetriebe" (DE-PS 1 135 259) bekannt' sind und die mit nur einem Zahneingriff sehr hohe Untersetzungen zulassen.or known as "stress wave gears" (DE-PS 1 135 259)' and which allow very high reduction ratios with only one tooth engagement.
Diese Getriebe bestehen im wesentlichen aus drei Grundelementen, nämlich:These transmissions essentially consist of three basic elements, namely:
a) aus dem sog. Wave Generator als eigentlichem Antriebselement. Dieses besteht aus einem elliptischen Kernteil, auf den ein Kugellager aufgezogen ist und das auch mit der Antriebswelle versehen ist oder aus exzentrisch umlaufenden Rollkörpern einer Antriebswelle;a) from the so-called wave generator as the actual drive element. This consists of an elliptical core part, on which a ball bearing is mounted and which is also provided with the drive shaft or from eccentrically rotating rolling elements of a drive shaft;
b) aus der sog. Flexspline; dabei handelt es sich um ein in ihrer Grundform zylindrische, jedoch radial flexible Stahl- oder Kunststoffbuchse (Abrollring) mit einer .Außenverzahnung, in welcher der elliptische Kernteil bzw. die Rollkörper drehbar angeordnet sind und schließlichb) from the so-called Flexspline; this is a cylindrical in its basic form, but radially flexible steel or plastic bushing (rolling ring) with an external toothing, in which the elliptical core part or the rolling elements are arranged so as to be rotatable and finally
c) aus dem sog. Circular Spline. Bei diesem Teil handelt es sich um einen innenverzahnten feststehenden Stützring, dessen Zähne ständig in Eingriff stehen mit der elliptisch verformbaren Flexspline, d.h. mit einer verformbaren Stahl- oder Kunststoffbuchse bzw. mit einem sog. Spannungsrad. Dabei hat der innen verzahnte Stützring eine größere Zähnezahl als die flexible Stahl- oder Kunststoffbuchse bzw. das Spannungsrad, die bzw. das ständig mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Umfangsab-c) from the so-called circular spline. This part is an internally toothed, fixed support ring, the teeth of which are constantly in mesh with the elliptically deformable flexspline, i.e. with a deformable steel or plastic bushing or with a so-called tension wheel. The internally toothed support ring has a larger number of teeth than the flexible steel or plastic bushing or the tension wheel, which is constantly engaged with two diametrically opposed circumferential teeth.
_ &ogr; _ &ogr;
schnitten mit der Innenverzahnung des feststehenden Stützringes in Eingriff steht. Durch die Drehung des elliptischen Kernteils bzw. durch die Kreisbewegung der Rollkörper in der flexiblen Stahl- oder Kunststoffbuchse werden bei jeder Umdrehung alle Zähne der Stahlbuchse bzw. des Spannungsrades nacheinander mit den Zähnen der Innenverzahnung des feststehenden Stützringes in Eingriff gebracht, wodurch eine Verdrehung der Stahl-oder Kunststoffbuchse bzw. des Spannungsrades um die Differenz der Zähnezahlen entsteht.cuts are in engagement with the internal teeth of the fixed support ring. Due to the rotation of the elliptical core part or the circular movement of the rolling elements in the flexible steel or plastic bushing, all the teeth of the steel bushing or tension wheel are brought into engagement with the teeth of the internal teeth of the fixed support ring one after the other with each revolution, which causes the steel or plastic bushing or tension wheel to rotate by the difference in the number of teeth.
Diese Getriebe lassen sich in sehr kompakter Bauweise mit hohen Übersetzungen ins Langsame bzw. Untersetzungen herstellen. Die An- und Abtriebsdrehrichtungen sind jedoch gegensinnig. Die Formel für die Berechnung der jeweiligen Übersetzungsverhältnisse lautet:These gears can be manufactured in a very compact design with high gear ratios for slow speeds or reductions. The input and output directions of rotation are, however, opposite. The formula for calculating the respective gear ratios is:
Z -ZZ-Z
2 12 1
wobei Zi die Zähnezahl der flexiblen Stahlbuchse bzw. des Spannungsrades und Z2 die Zähnezahl des feststehenden innenverzahnten Stützringes ist. Nach Angaben des Herstellers solcher Harmonie Drive Getriebe sind Übersetzungsverhältnisse von 1:72 bis 1:320 möglich.where Zi is the number of teeth of the flexible steel bushing or tension wheel and Z 2 is the number of teeth of the fixed internally toothed support ring. According to the manufacturer of such Harmonie Drive gearboxes, gear ratios of 1:72 to 1:320 are possible.
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Eingesetzt werden solche Getriebe vornehmlich in Sondermaschinen und Industrierobotern, Präzisionsantrieben und in Kombination mit hochtourigen Motoren.Such gears are used primarily in special machines and industrial robots, precision drives and in combination with high-speed motors.
Bei einer bekannten Ausführungsform solcher Getriebe ist als Übertragungselement zwischen der flexiblen Stahlbuchse, d.h. der Flexspline, und einer Arbeitswelle (DE-PS 1 135 259, DE 39 06 053 C2 und EP 0 309 197 B2) ein zweiter Zahnring mit einer Innenverzahnung vorgesehen, der koaxial zum ersten, feststehenden, innenverzahnten Stützring angeordnet ist. Dieser zweite Zahnring, der auch als Ringrad bezeichnet wird (DE-PS 1 135 259) hat auch zumindest annähernd den gleichen Innendurchmesser wie der feststehende Stützring; er kann aber eine vom feststehenden Stützring abweichende Zähnezahl aufweisen. Die Zähne der flexiblen Stahl- oder Kunststoffbuchse stehen dabei zugleich mit dem feststehenden Stützring und mit dem drehbaren Zahnring bzw. Ringrad in Eingriff und zwar so, daß die Drehung der flexiblen Stahlbuchse bzw. des Spannungsrades unmittelbar auf den drehbaren Zahnring bzw. auf das Ringrad übertragen wird und zwar im Verhältnis 1:1, wenn der drehbare Zahnring die gleiche Zähnezahl aufweist wie die flexible Stahlbuchse bzw. das Spannungsrad, die bzw. das sich ja während der Drehung des elliptischen Antriebskerns im Zahnkranz des feststehenden Stützrings ab-In a known embodiment of such gears, a second gear ring with internal teeth is provided as a transmission element between the flexible steel bushing, i.e. the flexspline, and a working shaft (DE-PS 1 135 259, DE 39 06 053 C2 and EP 0 309 197 B2), which is arranged coaxially to the first, fixed, internally toothed support ring. This second gear ring, which is also referred to as a ring gear (DE-PS 1 135 259) also has at least approximately the same inner diameter as the fixed support ring; however, it can have a different number of teeth than the fixed support ring. The teeth of the flexible steel or plastic bushing are simultaneously engaged with the fixed support ring and with the rotating gear ring or ring gear in such a way that the rotation of the flexible steel bushing or tension wheel is transferred directly to the rotating gear ring or ring gear in a ratio of 1:1 if the rotating gear ring has the same number of teeth as the flexible steel bushing or tension wheel, which rotates in the gear ring of the fixed support ring during the rotation of the elliptical drive core.
rollt.rolls.
Nachfolgend ist das der Stahlbuchse bzw. dem Spannüngsrad entsprechende Bauteil als Abrollkörper bezeichnet.In the following, the component corresponding to the steel bushing or the tension wheel is referred to as the rolling body.
Grundsätzlich basiert die Funktionsweise des gattungsgemäßen Untersetzungsgetriebes darauf, daß unterschiedlich lange Umfangsflächen schlupffrei aufeinander abrollen, wodurch sich die kürzere Umfangsflache beim Abrollen um die Längendifferenz dreht, d.h. die kürzere Umfangsflache wandert der längeren Umfangsflache entlang.Basically, the functionality of the generic reduction gear is based on the fact that circumferential surfaces of different lengths roll on each other without slippage, whereby the shorter circumferential surface rotates by the length difference when rolling, i.e. the shorter circumferential surface moves along the longer circumferential surface.
Diese Getriebe erfordern sehr hohe Herstellungskosten, zumal auch eine hohe Fertigungsprazision Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren ist. Außerdem unterliegen sie einem hohen Verschleiß, was zur Verkürzung der Lebensdauer führt. Auch eine hohe Geräuschentwicklung ist von Nachteil. Durch die Walkarbeit, die bei dem dauernden Verformen des Abrollkörpers zu leisten ist, verringert sich auch der Wirkungsgrad solcher Getriebe erheblich.These gears require very high manufacturing costs, especially since high manufacturing precision is a prerequisite for proper functioning. They are also subject to high levels of wear, which shortens their service life. High levels of noise are also a disadvantage. The flexing work that has to be carried out during the constant deformation of the rolling body also significantly reduces the efficiency of such gears.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Untersetzungsgetriebe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß seine einzelnen Bestandteile sowohl in größeren alsThe invention is based on the task of designing a reduction gear of the type mentioned above in such a way that its individual components can be used in both larger and
auch in beliebigen Dimensionen einfacher und kostengünstiger herstellbar und leicht, insbesondere automatisch montierbar sind/ daß bei möglichst geringen Reibungsverlusten ein hoher Wirkungsgrad, ein spielfreier Eingriff sowie eine hohe Laufruhe und höhere Untersetzungen bzw. Übersetzungen ins Langsame erreichbar sind.can also be manufactured more easily and cost-effectively in any dimension and can be easily, in particular automatically, assembled/ that a high level of efficiency, a backlash-free engagement as well as a high level of smoothness and higher reduction or slow-speed ratios can be achieved with the lowest possible friction losses.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Stützzahnkranz und der Abrollzahnkranz jeweils als Kegelrad- oder Kronenradverzahnungen ausgebildet und durch relative Axialbewegungen abschnittweise miteinander in und außer Eingriff bringbar sind.This object is achieved according to the invention in that the support gear ring and the rolling gear ring are each designed as bevel gear or crown gear teeth and can be brought into and out of engagement with one another in sections by relative axial movements.
Der große Vorzug, den solche Getriebe gegenüber den eingangs erwähnten Getriebe aufweisen, besteht darin, daß keine elliptischen Getriebeteile und auch kein flexibles Getriebeteil benötigt wird, daß alle Getriebeteile mit erprobten rationellen Fertigungsmethoden in höchster Präzision herstellbar sind, daß keinerlei Unwuchten auszugleichen sind und daß unabhängig von der jeweiligen Baugröße ein Minimum an Raumbedarf benötigt wird. Alle Lagerungen der auf eine minimale Anzahl beschränkten Getriebeteile lassen sich mit handelsüblichen, preiswerten Standardlagern ausführen. Es ist eine sichere Selbsthem-The great advantage that such gears have over the gears mentioned above is that no elliptical gear parts or flexible gear parts are required, that all gear parts can be manufactured with the highest precision using tried and tested, efficient manufacturing methods, that no imbalances need to be compensated for and that, regardless of the size, a minimum of space is required. All bearings of the gear parts, which are limited to a minimum number, can be carried out using commercially available, inexpensive standard bearings. It is a safe self-locking system.
mung gegen Rückwärtsdrehen gewährleistet, und es besteht die Möglichkeit, ohne zusätzlichen Raumbedarf mit nur einem axial beweglichen Getriebeteil Mehrfachuntersetzungen vorzusehen.protection against reverse rotation is ensured and it is possible to provide multiple reductions with only one axially movable gear part without requiring additional space.
Bei den eingangs erwähnten bekannten Untersetzungsgetrieben, kann der stillstehende Stützzahnkranz sowohl als Innenverzahnung wie auch als Außenverzahnung ausgebildet sein. In jedem Fall handelt es sich aber um eine Stirnverzahnung. Ist der Stützzahnkranz als Innenverzahnung ausgebildet, so muß der darin abrollende Abrollkörper mit einer Außenverzahnung versehen sein, die eine kleinere Zähnezahl aufweist als der Stützzahnkranz.In the known reduction gears mentioned at the beginning, the stationary support gear ring can be designed as either an internal toothing or an external toothing. In any case, however, it is a spur toothing. If the support gear ring is designed as an internal toothing, the rolling body rolling in it must be provided with an external toothing that has a smaller number of teeth than the support gear ring.
Wenn zur Übertragung der Drehbewegung des Abrollringes auf eine Arbeitswelle ein zweiter innenverzahnter Abtriebszahnkranz zur Anwendung kommt, der konzentrisch bzw. koaxial zum Stützzahnkranz, axial neben diesem angeordnet ist und mit der Außenverzahnung des Abrollkörpers ebenfalls in Eingriff steht, so gilt auch hierfür die Bedingung, daß der innenverzahnte Abtriebszahnkranz ebenfalls eine größere Zähnezahl aufweisen muß als der außenverzahnte Abrollkörper. Dabei besteht allerdings die Möglichkeit, daß der zweite innenverzahnte Zahnkranz eine andere Zähnezahl aufweist als der Stützzahnkranz. Es muß aber gewährleistet sein, daß die Zahndifferenz zwischen dem Stützzahnkranz und der mit diesem in Eingriff stehen-If a second internally toothed output gear ring is used to transmit the rotary motion of the rolling ring to a working shaft, which is arranged concentrically or coaxially to the supporting gear ring, axially next to it and also meshes with the external teeth of the rolling body, the condition also applies here that the internally toothed output gear ring must also have a greater number of teeth than the externally toothed rolling body. However, there is the possibility that the second internally toothed gear ring has a different number of teeth than the supporting gear ring. However, it must be ensured that the tooth difference between the supporting gear ring and the gear in mesh with it
den Außenverzahnung des Abrollringes sich von der Zahndifferenz unterscheidet, die zwischen dem innenverzahnten Abtriebszahnkranz und der mit diesem in Eingriff stehenden Außenverzahnung des Abrollkörpers besteht.the external toothing of the rolling ring differs from the tooth difference that exists between the internally toothed output gear ring and the external toothing of the rolling body that meshes with it.
Dadurch ist die Wahl der möglichen Zähnezahlen dieser vier jeweils paarweise miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen eingeschränkt.This limits the choice of the possible number of teeth of these four gears, which mesh with each other in pairs.
Bei dem erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebe hingegen gibt es diese Bedingung nicht, weil die jeweils miteinander in Eingriff stehenden Zahnkränze sich nicht gegenseitig umhüllen, sondern sich.axial gegenüberstehen. Deshalb hat man bei dem erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebe die Möglichkeit, jedem der paarweise miteinander in Eingriff stehenden Zahnkränze wahlweise die größere oder die kleinere Zähnezahl zu geben.In the reduction gear according to the invention, however, this condition does not exist because the gear rings that are in mesh with each other do not envelop each other, but are axially opposite each other. Therefore, in the reduction gear according to the invention, it is possible to give each of the gear rings that are in mesh with each other in pairs either the larger or smaller number of teeth.
Da diese Zähnezahlen auch maßgebend sind für die Drehrichtung sowohl des Abrollkörpers als auch des von diesem über einen zweiten Zahneingriff angetriebenen Übertragungskörpers, kann man die Zähnezahlen jeweils so wählen, daß die jeweils resultierenden Drehbewegungen gleichsinnig oder gegensinnig sind.Since these numbers of teeth are also decisive for the direction of rotation of both the rolling body and the transmission body driven by it via a second tooth engagement, the number of teeth can be selected in such a way that the resulting rotational movements are in the same or opposite direction.
Man hat somit wesentlich größere Wahlmöglichkeiten in der Festlegung von Gesamtuntersetzungen.This gives you much more choice when it comes to determining overall gear ratios.
Die Unteransprüche 2 bis 12 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.Subclaims 2 to 12 relate to advantageous embodiments of the invention.
Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below using the embodiments shown in the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 im Schnitt einen elektrischen Antriebsmotor mit einem angeflanschtem Untersetzungsgetriebe;Fig. 1 shows a section through an electric drive motor with a flanged reduction gear;
Fig. la eine Taumelbuchse im Schnitt als Einzelteil;Fig. la a wobble bush in section as a single part;
Fig. 2 teilweise geschnitten eine andere Ausführungsform des an einen Elektromotor angeflanschten Untersetzungsgetriebes;Fig. 2 shows, partially in section, another embodiment of the reduction gear flanged to an electric motor;
Fig. 3 den Abrollkörper des Untersetzungsgetriebes der Fig. 1 in Stirnansicht III-III aus Fig. 1;Fig. 3 shows the rolling body of the reduction gear of Fig. 1 in front view III-III from Fig. 1;
Fig. 4 im Schnitt eine andere Ausführungsform des Untersetzungsgetriebes mit angeflanschtem Elektromotor; Fig. 4 shows a section through another embodiment of the reduction gear with flanged electric motor;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Untersetzungsgetriebes im Schnitt, ebenfalls mit angeflanschtem Elektromotor;Fig. 5 another embodiment of the reduction gear in section, also with a flanged electric motor;
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Fig. 6 das Untersetzungsgetriebe der Fig. 5 mit einem anderen Taumelantrieb;Fig. 6 the reduction gear of Fig. 5 with a different wobble drive;
Fig. 7 eine weitere Variante des Taumelantriebes des in Fig. 5 dargestellten Untersetzungsgetriebes.Fig. 7 shows a further variant of the wobble drive of the reduction gear shown in Fig. 5.
Das in Fig. 1 dargestellte Untersetzungsgetriebe stellt eine sehr einfache Ausführungsform der möglichen Ausgestaltungen dar. Es besteht aus einem zylindrischen Getriebegehäuse 1 mit einer feststehenden Stirnwand 2, die unmittelbar an ein Motorengehäuse 3 eines Elektromotors 4 angeflanscht ist. Mittels eines Kugellagers 5 ist die Motorwelle 6 in der Stirnwand 2 des Getriebegehäuses 1 drehbar gelagert.The reduction gear shown in Fig. 1 represents a very simple embodiment of the possible designs. It consists of a cylindrical gear housing 1 with a fixed end wall 2, which is flanged directly to a motor housing 3 of an electric motor 4. The motor shaft 6 is rotatably mounted in the end wall 2 of the gear housing 1 by means of a ball bearing 5.
An der vom Elektromotor 4 abgewandten Innenseite ist die Stirnwand 2 mit einem als Kegelrad ausgebildeten Stützzahnkranz 8 versehen, der nicht drehbar ist. An einem scheibenartig ausgebildeten Abrollkörper 10, der mittels eines Taumellagers 12 auf dem in das Getriebegehäuse 1 hineinragenden Wellenabschnitt 14 der Motorwelle 6 gelagert ist, befindet sich ein Abrollzahnkranz 16. Dieser Abrollzahnkranz 16 wird in umlaufendem Wechsel über einen Teil seiner Umfangslänge mit dem Stützzahnkranz 8 dauernd in Eingriff gehalten. Auch dieser Abrollzahnkranz 16 ist kegelradartig als Gegenverzahnung zum Stützzahnkranz 8On the inside facing away from the electric motor 4, the front wall 2 is provided with a support gear ring 8 designed as a bevel gear, which cannot be rotated. A rolling gear ring 16 is located on a disc-shaped rolling body 10, which is mounted by means of a wobble bearing 12 on the shaft section 14 of the motor shaft 6 protruding into the gear housing 1. This rolling gear ring 16 is kept permanently in engagement with the support gear ring 8 in a rotating alternation over part of its circumferential length. This rolling gear ring 16 is also designed as a bevel gear as a counter toothing to the support gear ring 8.
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ausgebildet, so daß diese beiden Zahnkränze einwandfrei miteinander in Eingriff gebracht werden bzw. miteinander kämmen können.designed so that these two gear rings can be perfectly engaged or meshed with each other.
Der Stützzahnkranz 8 und der Abrollzahnkranz könnten auch als Kronenradverzahnungen ausgebildet sein. Maßgebend ist dabei nur, daß sie durch Taumelbewegungen des Abrollkörpers 10 abschnittweise und umlaufend axial miteinander in- und außer Eingriff gebracht werden können.The support gear ring 8 and the rolling gear ring could also be designed as crown gear teeth. The only important thing is that they can be brought into and out of engagement with one another in sections and in a circumferential manner by wobbling movements of the rolling body 10.
Das Taumellager 12 besteht aus einer Taumelbuchse 1.8 mit einer zylindrischen Mantelfläche 19 und einer zentralen Axialbohrung 22 (Fig. la). Die zylindrische Mantelfläche 19 ist koaxial zu einer Mantelachse 20 angeordnet, die mit der Bohrungsachse 21 einer zentralen Axialbohrung 22 einen spitzen Taumelwinkel &agr; von etwa 5° bildet. Die Axialbohrung 22 dient zur drehfesten Aufnahme des Wellenabschnitts 14 der Motorwelle 6.The wobble bearing 12 consists of a wobble bush 1.8 with a cylindrical outer surface 19 and a central axial bore 22 (Fig. 1a). The cylindrical outer surface 19 is arranged coaxially to a outer axis 20, which forms an acute wobble angle α of approximately 5° with the bore axis 21 of a central axial bore 22. The axial bore 22 serves to accommodate the shaft section 14 of the motor shaft 6 in a rotationally fixed manner.
Die Taumelbuchse 18 ist festsitzend auf dem Wellenabschnitt 14 der Motorwelle 6 befestigt, so daß sie sich mit der Motorwelle 6 schlupffrei dreht.The wobble bush 18 is firmly attached to the shaft section 14 of the motor shaft 6 so that it rotates with the motor shaft 6 without slipping.
Es ist auch ohne weiteres möglich, statt der Taumelbuchse 18 einen einstückig mit dem Wellenabschnitt 14 verbundenen, schiefen Taumelzylinder vorzusehen.It is also possible to provide an oblique wobble cylinder integrally connected to the shaft section 14 instead of the wobble bushing 18.
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Mittels einer zylindrischen Lagerhülse 24 ist der scheibenförmige Abrollkörper 10 auf der zylindrischen Mantelfläche 19 der Taumelbuchse 18 drehbar gelagert, derart, daß der Abrollkörper 10, wenn sich die Motorwelle 6 dreht, lediglich zur Ausübung von Taumelbewegungen angeregt wird, die zur Folge haben, daß der Abrollzahnkranz 16 jeweils umlaufend abschnittweise mit dem Stützzahnkranz 8 in Eingriff gebracht wird, d.h., daß der Abrollzahnkranz 16 auf dem undrehbaren Stützzahnkranz 8 in einer Taumelbewegung "abrollt".By means of a cylindrical bearing sleeve 24, the disk-shaped rolling body 10 is rotatably mounted on the cylindrical surface 19 of the wobble bushing 18, such that when the motor shaft 6 rotates, the rolling body 10 is only stimulated to perform wobble movements, which result in the rolling gear ring 16 being brought into engagement with the support gear ring 8 in sections, i.e. that the rolling gear ring 16 "rolls" on the non-rotatable support gear ring 8 in a wobble movement.
Wenn man den beiden auf diese Weise miteinander in Eingriff stehenden bzw. aufeinander abrollenden Zahnkränzen 8 und 16 Zähnezahlen Z1 bzw. Z2 verleiht, die sich nur um wenige Zähne, um beispielsweise einen, zwei oder drei Zähnen unterscheiden, so erzielt man mit dieser beschriebenen Abrollbewegung des Abrollzahnkranzes 16 auf dem stillstehenden Stützzahnkranz 8 eine relative Drehbewegung des Abrollkörpers 10 gegenüber dem Stützzahnkranz 8 bzw. dem Getriebegehäuse 1.If the two gear rings 8 and 16, which are in engagement with one another or roll on one another in this way, are given numbers of teeth Z 1 and Z 2 , respectively, which differ by only a few teeth, for example by one, two or three teeth, then this described rolling movement of the rolling gear ring 16 on the stationary support gear ring 8 achieves a relative rotational movement of the rolling body 10 with respect to the support gear ring 8 or the gear housing 1.
Die hierbei erzielbare Untersetzung errechnet sich nach der bereits eingangs erwähnten FormelThe achievable reduction ratio is calculated using the formula already mentioned at the beginning
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Z1-Z, Z1 -Z,
wobei Zx die Zähnezahl des Abrollzahnkranzes 16 ist und Z2 die Zähnezahl des stillstehenden Stützzahnkranzes. 8.where Z x is the number of teeth on the rolling gear 16 and Z 2 is the number of teeth on the stationary supporting gear 8.
Wenn beispielsweise Zx = 100 und Z2 = 99 so ergibt sich eine Untersetzung zwischen der Drehzahl der Motorwelle und der Drehzahl des Ab.rollkörpers 10 von i = 99 : 1.If, for example, Z x = 100 and Z2 = 99, the result is a reduction ratio between the speed of the motor shaft and the speed of the rolling body 10 of i = 99:1.
Bei diesem Getriebeaufbau besteht im Gegensatz zu den bekannten Getrieben, bei denen die aufeinander abrollenden Verzahnungen als Stirnverzahnungen ausgebildet sind, auch die Möglichkeit, die jeweils größere Zähnezahl beliebig dem einen oder anderen Zahnkranz, nämlich entweder dem Stützzahnkranz 8 oder aber dem Abrollzahnkranz 16 zuzuordnen. Das bedeutet zugleich, daß man die Drehrichtung des Abrollkörpers 10 durch diese Zuordnung der unterschiedlichen Zähnezahlen frei wählen kann.In contrast to the known gears in which the rolling gears are designed as spur gears, this gear design also offers the possibility of assigning the larger number of teeth to one or the other gear ring, namely either the support gear ring 8 or the rolling gear ring 16. This also means that the direction of rotation of the rolling body 10 can be freely selected by assigning the different numbers of teeth.
Wenn die Zähnezahl Zx des Abrollzahnkranzes 16 kleiner ist als die Zähnezahl Z2 des stillstehenden Stützzahnkranzes 8, dann ergibt sich für den Abrollkörper 10 eine zur Drehbewegung der Motorwelle 6 gegenläufige Drehrichtung. Im andern Fall eine gleichsinnige Drehrichtung.If the number of teeth Z x of the rolling gear 16 is smaller than the number of teeth Z 2 of the stationary support gear 8, then the rolling body 10 rotates in a direction opposite to the rotation of the motor shaft 6. Otherwise, the rotation is in the same direction.
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Um die Drehbewegung des Abrollkörpers 10 auf eine Arbeitswelle 26 zu übertragen, gibt es mehrere Möglichkeiten. There are several possibilities for transmitting the rotary motion of the rolling body 10 to a working shaft 26.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel· steht der Abrollkörper 10 durch zwei radiale Kupplungszapfen 27 und 28, die sich diametral gegenüberliegend auf der Umfangsfläche des Abrollkörpers 10 angeordnet sind, in drehfestem Eingriff mit einem Übertragungskörper 30, der mittels eines zylindrischen Ansatzes 31 drehbar in einer Lagerbuchse 32 einer zweiten Stirnwand 34 des Getriebegehäuses 1 gelagert ist. Er ist mit der Arbeitswelle 26 versehen, die zur Motorwelle 6 eine koaxiale Lage einnimmt .In the embodiment shown in Fig. 1, the rolling body 10 is in rotationally fixed engagement with a transmission body 30 by means of two radial coupling pins 27 and 28, which are arranged diametrically opposite one another on the circumferential surface of the rolling body 10. The transmission body 30 is rotatably mounted in a bearing bush 32 of a second end wall 34 of the gear housing 1 by means of a cylindrical projection 31. It is provided with the working shaft 26, which assumes a coaxial position with the motor shaft 6.
Der Übertragungskörper 30 weist eine gewölbte Ringwand 35 mit zwei axialen Führungsschlitzen 36 und 37 auf, in welche jeweils ein radialer Kupplungszapfen 27 bzw. 28 mit möglichst geringem Spiel als Mitnehmer eingreift.The transmission body 30 has a curved ring wall 35 with two axial guide slots 36 and 37, into which a radial coupling pin 27 or 28 engages as a driver with as little play as possible.
Um einen ruhigen Lauf zu gewährleisten, ist die Motorwel-Ie 6 mittels eines Lagerzapfens 38 in einer Lagerbuchse 39 des Übertragungskörpers 30 zentriert.In order to ensure smooth running, the motor shaft 6 is centered in a bearing bush 39 of the transmission body 30 by means of a bearing pin 38.
Statt dieser etwa einer Kreuzkupplung entsprechenden Übertragungsmittel könnten ein Kardangelenk, eine biegsame Welle oder andere Übertragungsmittel vorgesehen sein.Instead of this transmission means, which may correspond to a cross coupling, a universal joint, a flexible shaft or other transmission means could be provided.
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-&igr; &Ggr;-&igr;&Ggr;
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Bei der in Fig. 2 dargestellten, ebenfalls sehr einfachen Ausführungsform ist ein Abrollkörper 10/1 vorgesehen, der in gleicher Weise wie der Abrollkörper 10 auf dem Wellenabschnitt 14 der Motorwelle 6 mittels eines Taumellagers 12 gelagert ist und der bei drehender Motorwelle 6 Taumelbewegungen ausführt.In the embodiment shown in Fig. 2, which is also very simple, a rolling body 10/1 is provided which is mounted in the same way as the rolling body 10 on the shaft section 14 of the motor shaft 6 by means of a wobble bearing 12 and which carries out wobble movements when the motor shaft 6 rotates.
Dieser Abrollkörper 10/1 ist jedoch mittels eines radialen Anschlagzapfens 42, der in eine Schlitzöffnung 43 der Gehäuseringwand 44 eines ebenfalls unterschiedlich ausgebildeten Getriebegehäuses 1/1 hineinragt, daran gehindert, sich im Getriebegehäuse 1/1 zu drehen.However, this rolling body 10/1 is prevented from rotating in the gear housing 1/1 by means of a radial stop pin 42 which projects into a slot opening 43 in the housing ring wall 44 of a gear housing 1/1 which is also of a different design.
Wie ersichtlich, ist dieses Getriebegehäuse 1/1 mit einer ersten Stirnwand 2/1 versehen, die.eine glatte radiale Innenfläche ohne Verzahnung aufweist. Dementsprechend hat auch der Abrollkörper 10/1 auf der dieser Stirnwand 2/1 zugekehrten Stirnfläche ebenfalls keine Verzahnung.As can be seen, this gear housing 1/1 is provided with a first end wall 2/1, which has a smooth radial inner surface without teeth. Accordingly, the rolling body 10/1 also has no teeth on the end surface facing this end wall 2/1.
Hingegen ist der Abrollkörper 10/1 auf der gegenüberliegenden Stirnseite mit einem Stützzahnkranz 8/1 versehen, der durch die bei der Drehbewegung der Motorwelle 6 hervorgerufene Taumelbewegung umlaufend abschnittweise mit einer Abtriebsverzahnung 56 in Eingriff steht bzw. in dieser abrollt.In contrast, the rolling body 10/1 is provided on the opposite end face with a support ring gear 8/1, which, due to the wobbling movement caused by the rotation of the motor shaft 6, is in circumferential engagement with or rolls in an output gear 56.
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Diese Abtriebsverzahnung 56 ist Bestandteil eines Übertragungskörpers 30/1, der ähnlich wie der Übertragungskörper 30 in der zweiten Stirnwand 34 drehbar gelagert und mit einer Arbeitswelle 26 versehen ist.This output gearing 56 is part of a transmission body 30/1, which, similar to the transmission body 30, is rotatably mounted in the second end wall 34 and is provided with a working shaft 26.
Sowohl der Stützzahnkranz 8/1 als auch die Abtriebsverzahnung 56 sind nach Art von Kegelrädern ausgebildet.Both the support gear 8/1 and the output gear 56 are designed like bevel gears.
Auch hierbei kommt die Drehbewegung des Übertragungskörpers 30/1 dadurch zustande, daß der Stützzahnkranz 8/1 eine Zähnezahl Z2 aufweist, die sich um wenige Zähne von der Zähnezahl Zi der Abtriebsverzahnung 56 unterscheidet und daß der undrehbare Stützzahnkranz 8/1 durch die Taumelbewegung des Abrollkörpers 10/1 auf der Abtriebsverzahnung 56 "abrollt". Das Untersetzungsverhältnis errechnet sich nach der zu Fig. 1 angegebenen Formel.Here too, the rotary movement of the transmission body 30/1 is brought about by the fact that the support gear ring 8/1 has a number of teeth Z 2 that differs by a few teeth from the number of teeth Zi of the output gearing 56 and that the non-rotatable support gear ring 8/1 "rolls" on the output gearing 56 due to the wobbling movement of the rolling body 10/1. The reduction ratio is calculated according to the formula given in Fig. 1.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des Untersetzungsgetriebes dargestellt, bei der das Getriebegehäuse 1 gleich ausgebildet ist wie bei der Ausführungsform der Fig. 1, und bei der die Arbeitswelle 26 an dem gleichen Übertragungskörper 30/1 befestigt ist, wie bei der Ausführungsform der Fig. 2.Fig. 4 shows an embodiment of the reduction gear, in which the gear housing 1 is designed in the same way as in the embodiment of Fig. 1, and in which the working shaft 26 is attached to the same transmission body 30/1 as in the embodiment of Fig. 2.
Dieser Übertragungskörper 30/1 ist auch in der gleichen Weise in der zweiten Stirnwand 34 des GetriebegehäusesThis transmission body 30/1 is also mounted in the same way in the second end wall 34 of the transmission housing
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mittels einer Lagerbuchse 32 drehbar und koaxial zur Motorwelle 6 gelagert.Rotatable by means of a bearing bush 32 and mounted coaxially to the motor shaft 6.
Bei dieser Ausführungsform ist jedoch ein Abrollkörper 10/2 vorgesehen, der auf beiden Stirnseiten verzahnt ist und somit sowohl einen Abrollzahnkranz 16 wie auch einen zweiten Stützzahnkranz 8/1 aufweist. Im Gegensatz zur Ausführungsform der Fig. 2 ist bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Abrollkörper 10/2 auf dem Wellenabschnitt 14 mittels des auch in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen verwendeten Taumellagers 12 frei drehbar gelagert.In this embodiment, however, a rolling body 10/2 is provided which is toothed on both end faces and thus has both a rolling gear ring 16 and a second supporting gear ring 8/1. In contrast to the embodiment of Fig. 2, in this embodiment according to Fig. 4 the rolling body 10/2 is freely rotatably mounted on the shaft section 14 by means of the wobble bearing 12 which is also used in the previous embodiments.
Es sind zwei Zahneingriffe gleichzeitig vorhanden. Der Abrollzahnkranz 16 steht abschnittweise mit dem Stützzahnkranz 8, und der zweite Stützzahnkranz 8/1 steht abschnittweise mit der Abtriebsverzahnung 56 in Eingriff, wobei sich die Eingriffsabschnitte diametral gegenüberliegen. There are two tooth engagements at the same time. The rolling gear ring 16 is in section with the support gear ring 8, and the second support gear ring 8/1 is in section with the output gear 56, with the engagement sections being diametrically opposite one another.
Das bedeutet, daß zwei Zahneingriffe vorhanden sind, die auch zwei Übersetzungsverhältnisse ermöglichen.This means that there are two tooth engagements, which also enable two gear ratios.
Wenn beispielsweise die Zähnezahl Z1 des Abrollzahnkranzes 16 gleich groß ist wie die Zähnezahl Z2 des Stütz-If, for example, the number of teeth Z 1 of the rolling gear 16 is equal to the number of teeth Z 2 of the support
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Zahnkranzes 8, so ergibt sich zwischen der Eingangsdrehzahl nE der Motorwelle 6 und der Drehzahl nK des Abrollkörpers 10/2 ein Untersetzungsverhältnis, das rechnerisch den Wert 1 : °° annimmt, was bedeutet, daß sich der Abrollkörper 10/2 gegenüber dem Stützzahnkranz 8 nicht dreht.ring gear 8, a reduction ratio results between the input speed n E of the motor shaft 6 and the speed n K of the rolling body 10/2, which mathematically assumes the value 1 : °°, which means that the rolling body 10/2 does not rotate relative to the support ring gear 8.
Wenn jedoch eine Zahndifferenz von beispielsweise einem Zahn zwischen Z1 und Z2 besteht und Z2 z.B. 50 ist, so hängt die Drehrichtung des Abrollkörpers 10/2 im bezug auf die Drehrichtung der Motorwelle 6 davon ab, ob die Zähnezahl Z1 um ein Zahn größer ist oder um ein Zahn kleiner ist als Z2. Ist Z1 größer als Z2, so ergibt sich eine gleichsinnige Drehbewegung, d.h. der Abrollkörper 10/2 dreht sich in der gleichen Richtung wie die Motorwelle 6. Ist hingegen Z1 kleiner als Z2, so ergibt sich eine Drehbewegung des Abrollkörpers 10/2 in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung der Motorwelle 6. Es bestehen also insoweit die gleichen Verhältnisse wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1.However, if there is a tooth difference of, for example, one tooth between Z 1 and Z 2 and Z 2 is, for example, 50, the direction of rotation of the rolling body 10/2 in relation to the direction of rotation of the motor shaft 6 depends on whether the number of teeth Z 1 is one tooth larger or one tooth smaller than Z 2 . If Z 1 is larger than Z 2 , the result is a rotational movement in the same direction, i.e. the rolling body 10/2 rotates in the same direction as the motor shaft 6. If, on the other hand, Z 1 is smaller than Z 2 , the result is a rotational movement of the rolling body 10/2 in the opposite direction to the direction of rotation of the motor shaft 6. In this respect, the same conditions apply as in the embodiment of Fig. 1.
Diese Regeln gelten in analoger Weise auch für den Zahneingriff zwischen dem zweiten Stützzahnkranz 8/1 mit der Zähnezahl Z3 und der Abtriebsverzahnung 56 mit der Zähne-These rules also apply analogously to the tooth engagement between the second support gear 8/1 with the number of teeth Z 3 and the output gear 56 with the number of teeth
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zahl Z4. Dabei gilt: Wenn Z3 größer ist als Z4r dreht sich der Übertragungskörper 30/1 entgegen der Drehrichtung des Abrollkörpers 10/2. Ist dagegen Z3 kleiner als Z4, so dreht sich der Übertragungskörper 30/1 in der gleichen Richtung wie der Abrollkörper 10/2. Voraussetzung dafür ist allerdings in beiden Fällen, daß zwischen den Zähnezahlen Z3 und Z4 eine Differenz von mindestens einem Zahn besteht.number Z 4 . The following applies: If Z 3 is greater than Z 4r , the transmission body 30/1 rotates in the opposite direction to the direction of rotation of the rolling body 10/2. If, on the other hand, Z 3 is smaller than Z 4 , the transmission body 30/1 rotates in the same direction as the rolling body 10/2. In both cases, however, the prerequisite for this is that there is a difference of at least one tooth between the numbers of teeth Z 3 and Z 4 .
Um zu vermeiden, daß die Arbeitswelle 26 trotz drehender Motorwelle 6 stillsteht, muß darauf geachtet werden, daß sich die beiden Übersetzungen nicht gegenseitig aufheben.In order to avoid the working shaft 26 coming to a standstill despite the motor shaft 6 rotating, care must be taken to ensure that the two gear ratios do not cancel each other out.
Da bei dieser Ausführungsform die Möglichkeit" besteht, die jeweils größere Zähnezahl wahlweise zuzuordnen, ergeben sich praktisch unbegrenzte Variationsmöglichkeiten für die Wahl der jeweiligen Gesamtuntersetzung zwischen der Motorwelle 6 und der Arbeitswelle 26.Since this embodiment offers the possibility of selectively assigning the larger number of teeth, there are practically unlimited variation options for the selection of the respective total reduction between the motor shaft 6 and the working shaft 26.
Während beim.Ausführungsbeispiel der Fig. 4 das gleiche Taumellager 12 vorgesehen ist wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 und 2, ist in Fig. 5 eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher der Abrollkörper 10/3 mittels eines anderen Taumellagers 12/1 gelagert ist und seine Taumelbewegungen durch eine auf der Motorwelle 6 sitzendeWhile in the embodiment of Fig. 4 the same wobble bearing 12 is provided as in the embodiment of Figs. 1 and 2, Fig. 5 shows an embodiment in which the rolling body 10/3 is supported by means of a different wobble bearing 12/1 and its wobble movements are controlled by a
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schräggestellte Druckscheibe 60 verursacht wird, die ggf. mit entsprechenden Rollkörpern 61 an einer planebenen Stirnfläche 62 des Abrollkörpers 10/3 anliegt.inclined pressure disk 60, which, if necessary, with corresponding rolling elements 61, rests against a flat front surface 62 of the rolling element 10/3.
Das Taumellager 12/1 besteht aus einem zentralen Kugelzapfen 65, der in eine die Taumelbewegung des Abrollkörpers 10/3 ermöglichende konische Kalottenbohrung 66 hineinragt und auf dem der Abrollkörper 10/3 taumelfähig gelagert ist.The wobble bearing 12/1 consists of a central ball pin 65, which projects into a conical spherical bore 66 that enables the wobble movement of the rolling body 10/3 and on which the rolling body 10/3 is mounted in a wobble-capable manner.
Durch die Drehbewegung der Motorwelle 6 bzw. der darauf befestigten Druckscheibe 60 wird die Taumelbewegung des Abrollkörpers 10/3 verursacht.The rotating movement of the motor shaft 6 or the pressure disk 60 attached to it causes the wobbling movement of the rolling body 10/3.
Wie sich aus der Fig. 5 ohne weiteres entnehmen läßt, ist der Abrollkörper 10/3 im übrigen gleich ausgebildet wie der Abrollkörper 10/2 der Fig. 4. Auch der Stützzahnkranz 8 und der Übertragungskörper 30/1 sind in gleicher Weise vorhanden und angeordnet, wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4.As can be seen from Fig. 5, the rolling body 10/3 is otherwise designed in the same way as the rolling body 10/2 in Fig. 4. The supporting gear ring 8 and the transmission body 30/1 are also present and arranged in the same way as in the embodiment in Fig. 4.
Es ergibt sich somit auch für das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 die gleiche Funktionsweise wie vorstehend anhand des Ausführungsbeispieles der Fig. 4 erläutert ist.This results in the same functionality for the embodiment of Fig. 5 as explained above using the embodiment of Fig. 4.
In den Fig. 6 und 7 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele dargestellt, die sich von dem Ausführungsbeispiel derIn Fig. 6 and 7 two further embodiments are shown, which differ from the embodiment of the
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Fig. 5 nur dadurch unterscheiden, daß das Getriebegehäuse 1/2 nicht unmittelbar an das Gehäuse eines Elektromotors angeflanscht ist und daß die dort vorgesehenen Abrollkörper 10/4 bzw. 10/5 mit einem Kugelkopfzapfen 67 bzw. mit einem zylindrischen Lagerzapfen 68 versehen sind, die mittels exzentrischer Antriebsköpfe 69 bzw. 70 von Antriebswellen 71 bzw. 72 taumelnd angetrieben werden. Der Antriebskopf 69 ist mit einer zur Antriebswelle 71 exzentrischen Maulöffnung versehen, in welche ein Kugelkopf 74 des KugelkopfZapfens 67 spielfrei hineinragt.Fig. 5 only differ in that the gear housing 1/2 is not directly flanged to the housing of an electric motor and that the rolling bodies 10/4 and 10/5 provided there are provided with a ball head pin 67 and with a cylindrical bearing pin 68, respectively, which are driven in a wobbling manner by means of eccentric drive heads 69 and 70 from drive shafts 71 and 72, respectively. The drive head 69 is provided with a mouth opening eccentric to the drive shaft 71, into which a ball head 74 of the ball head pin 67 projects without play.
Der Antriebskopf 70 ist mit einem exzentrisch zur Antriebswelle 72 angeordneten Tonnenlager 76 versehen, das in einer exzentrischen Ausnehmung 77 untergebracht ist und den Lagerzapfen 78 aufnimmt, der Bestandteil des Zylinderzapfens 68 ist. In beiden Fällen wird der Abrollkörper 10/4 bzw. 10/5 durch die Rotationsbewegung der Antriebswelle 71 bzw. 72 in taumelnde Bewegung versetzt, so daß sich die gleiche Funktionsweise wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 und 5 ergibt.The drive head 70 is provided with a barrel bearing 76 arranged eccentrically to the drive shaft 72, which is housed in an eccentric recess 77 and accommodates the bearing pin 78, which is part of the cylinder pin 68. In both cases, the rolling body 10/4 or 10/5 is set in a wobbling motion by the rotational movement of the drive shaft 71 or 72, so that the same mode of operation is achieved as in the embodiment of Fig. 4 and 5.
Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß Zahnkränze und Verzahnungen jeweils durch relative Axialbewegungen des Abrollkörpers 10 bis 10/5 abschnittweise umlaufend miteinander in und außer Eingriff bringbar sind.What all embodiments have in common is that the gear rims and toothings can be brought into and out of engagement with one another in sections by relative axial movements of the rolling body 10 to 10/5.
Der Abrollkörper 10 bis 10/5 ist als Taumelscheibe ausgebildet, bzw. mit der Bewegung einer solchen versehen.The rolling body 10 to 10/5 is designed as a swash plate or is provided with the movement of such.
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet, 1. Reduction gear, consisting of a non-rotatable support gear ring (8) which is arranged on a support body, and of at least one rolling gear ring (16) which is arranged on a rotatably mounted output or rolling body (10), wherein the rolling gear ring (16) has a number of teeth (Zi) which differs by only a few teeth from the number of teeth (Z 2 ) of the support gear ring (8) and wherein the rolling gear ring (16) is held in engagement with the support gear ring (8) in a rotating alternation over part of its circumferential length,
characterized,
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE29707039U DE29707039U1 (en) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | Reduction gear |
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