DE29910033U1 - Getriebe mit Rollelementen - Google Patents
Getriebe mit RollelementenInfo
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Description
0^92670 Windischeschenbach
9. Juni 1999
L 8906 DE - TNpm
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit mindestens zwei Rädern, wobei jedes Rad
Eingreifelemente hat, die bei der Drehung der Räder miteinander in Eingriff gelangen.
Bei bekannten Getrieben erfolgt die Kraftübertragung vom treibenden zum angetriebenen
Rad durch gegenseitig eingreifende Zähne, welche mit den Rädern fest verbunden sind. Als Räder werden beispielsweise Stirnzahnräder, Schraubzahnräder,
Kegelzahnräder und Schneckenzahnräder verwendet. Die Zähne haben bei ihrem gegenseitigen Eingriff Eingreifflächen, die gegeneinander an den Zahnflanken
gleiten, wobei Reibung überwunden werden muß. Bei diesem Gleitvorgang treten verschiedenartige Probleme auf, beispielsweise eine hohe Geräuschbildung,
ein Zahnradverschleiß, Verlustenergie infolge der Reibung, hohe Erwärmung bei hohen Leistungen etc.. Hinzu kommt, daß die Herstellung von Zahnrädern
technisch sehr aufwendig ist; eine hohe Präzision kann nur mithilfe teurer Spezialmaschinen erreicht werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe anzugeben, das die im Zusammenhang
mit herkömmlichen Getrieben vorhandenen Probleme überwindet, das geringe Reibungsverluste und eine geringe Geräuschentwicklung hat.
Diese Aufgabe wird für ein Getriebe mit mindestens zwei Rädern dadurch gelöst,
daß die Eingreifelemente mindestens eines Rades als drehend gelagerte Rollelemente
ausgebildet sind, die beim Eingriff mit den Greifelementen des anderen Rades eine Drehbewegung ausführen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß Rollelemente, die eine Drehbewegung
um die eigene Achse ausführen und sich damit beim Eingriff abrollen, aufgrund der Rollreibung geringe Reibungsverluste hat. Demzufolge werden die Berührungsflächen
von Eingreifelement und Rollelement nur gering beansprucht; es entsteht verringerter Verschleiß. Dadurch ergibt sich ein geringer Geräuschpegel
des Getriebes. Die Schmierung der Eingreifelemente kann verringert werden und es können hohe Leistungen übertragen werden, ohne daß eine hohe Verlustleistung
anfällt. Vorzugsweise werden als Rollelemente zylinderförmige Rollen oder Kugeln verwendet. Diese Bauteile können mit hoher Präzision relativ einfach hergestellt
werden, so daß ein Getriebe nach der Erfindung mit geringen Herstellkosten realisiert werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung
erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Getriebe mit Innenradan-
trieb,
Figur 2 eine geschnittene Ansicht des Getriebes nach Figur 1,
Figur 3 ein Getriebe mit seitlich in den Rädern gelagerten Rol
len,
Figur 4 eine geschnittene Ansicht des Getriebes nach Figur 3,
Figur 5 einen Querschnitt durch ein Stirnrad-Rollengetriebe,
Figur 6 eine Schnittansicht des Getriebes nach Figur 5,
Figur 7 eine Schnittansicht eines Schneckengetriebes,
Figur 8 eine Draufsicht des Getriebes nach Figur 7,
••-3-·
Figur 9 ein Kugelgetriebe mit variablem Übersetzungsverhält
nis,
Figur 10 eine Draufsicht auf das Kugelgetriebe nach Figur 9,
Figur 11 einen Schnitt durch ein Kegelgetriebe mit Kugeln,
Figur 12 einen Schnitt durch das Getriebe nach Figur 11, und
Figur 13 einen Schnitt entlang der Kegelfläche A-A einer Welle.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Getriebe nach der Erfindung mit Innenradantrieb.
In Figur 1 ist ein Schnitt entlang der Linie B in Figur 2 und in Figur 2 ein Querschnitt
entlang der Linie A nach Figur 1 dargestellt. Eine Antriebswelle 10 ist in
einem Gehäuse 12 drehend gelagert, beispielsweise durch ein Gleitlager 14, und treibt eine getriebene Welle 16 an. Diese Welle 16 ist in einem Deckel 18 gleitend
gelagert, der mit dem Gehäuse 12 fest verbunden ist. Eine starr mit dem Gehäuse 12 verbundene Halteplatte 20 hat eine teilzylinderförmige Ausnehmung 22, innerhalb
der ein Antriebsrad 24 sich mit der Welle 10 dreht. Das Antriebsrad 24 hat
halbzylindrische Schalen 26, in denen zylindrische Rollen 28 aufgenommen sind. Die Schalen 26 können vorzugsweise so ausgebildet sein, daß sie geringfügig
größer als eine Halbschale sind, um die Rollen 28 unverlierbar aufzunehmen.
Die getriebene Welle 16 ist mit einem angetriebenen Rad 30 verbunden, welches
innenseitig im wesentlichen halbzylindrische Schalen 32 zur Aufnahme der Rollen 28 hat. Die Schalen 32 bilden ein Rollengegenlager.
Bei der Drehung der treibenden Welle 10 greifen die Rollen 28 nach und nach in
die Schalen 32 ein und drehen das angetriebene Rad 30. Die Übersetzung des Getriebes ergibt sich aus den Durchmesserverhältnissen des antreibenden Rades
24 und des angetriebenen Rades 30. Beim Eingriff der Rollen 28 in die Schalen 32 rollen die Rollen 28 ab, d.h. es ergibt sich eine Drehbewegung der Rollen 28
innerhalb der Schalen 26 und 32. Aufgrund der Rollreibung sind die aufzuwendenen
Reibungskräfte gering. Demzufolge sind die Reibverluste und der auftretende Verschleiß gering. Ebenso ist die Geräuschentwicklung vermindert, da Eingreifflächen
nicht gegeneinander gleiten sondern abrollen.
•14 -
Das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 kann abgeändert werden: Als
antreibende Welle kann die Welle 16 und als angetriebene Welle die Welle 10 verwendet werden. Das Übersetzungsverhältnis kehrt sich dann um. Anstelle der
Rollen 28 können auch Kugeln verwendet werden; die Schalen 26 und 32 sind dann teilkugelförmig.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Rollengetriebe nach Art eines Stirnradgetriebes.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das Getriebe bei einem Schnitt gemäß der Linie
A in Figur 4. Figur 4 zeigt einen Querschnitt gemäß der Linie B durch das Getriebe
nach Figur 3. Eine treibende Welle 40 hat ein Stirnrad 42. Eine angetriebene Welle 44 hat ein angetriebenes Stirnrad 46. Beide Wellen 40, 44 sind in
Gehäuseplatten 48, 50 des Getriebes gleitend gelagert. Das Stirnrad 42 hat seitlich
befestigte zylindrische Rollen 52, die längs einer angedeuteten konzentrischen Kreislinie 54 angeordnet sind. In Umfangsrichtung dieser Kreislinie 54 gesehen
sind die Rollen 52 im Durchmesser dieser Rollen 52 voneinander beabstandet.
Das angetriebene Stirnrad 46 hat entlang einer angedeuteten konzentrischen
Kreislinie 56 im Durchmesserabstand seitlich angeordnete zylindrische Rollen 58.
Diese Rollen 58 sind drehend in Lagern am Stirnrad 46 gelagert. Bei der Drehung der antreibenden Welle 40 greifen die Rollen 52 in die Rollen 58 ein und drehen
die angetriebene Welle 44. Beim Eingriff der Rollen 52, 58 verdreht sich die Rolle
58 in ihrem Lager, so daß eine Abrollbewegung entsteht. Diese Abrollbewegung vermindert die Reibung, wodurch die weiter oben bereits genannten Vorteile der
Erfindung nutzbar sind. Auch im Falle des Ausführungsbeispiels nach den Figuren 3 und 4 können die antreibende Welle 40 und die angetriebene Welle 44
vertauscht werden. Das Übersetzungsverhältnis ergibt sich aufgrund des Verhältnisses
der Durchmesser der Kreislinien 54 und 56. Als Variante kann vorgesehen sein, daß die Rollen 52 drehbar um ihre Achse gelagert und die Rollen 58 fest
angeordnet sind. Als weitere Variante kann vorgesehen sein, daß beide Rollen 58, 52 drehend auf den jeweiligen Stirnrädern 42, 46 gelagert sind.
Die Figuren 5 und 6 zeigen ein Stirnrad-Rollengetriebe. Figur 6 zeigt eine geschnittene
Draufsicht längs der Linie A nach Figur 5. Eine treibende Welle 60 und eine angetriebene Welle 62 sind in Gehäuseplatten 64 bzw. 66 drehend gelagert.
Ein mit der Welle 60 fest verbundenes Stirnrad 68 hat freie halbschalen-
förmige Ausnehmungen 70 zur Aufnahme von zylindrischen Rollen oder von kugelförmigen
Rollen 72. Ein angetriebenes Stirnrad 74 hat halbschalenförmige Aufnahmen 76 zur drehenden Aufnahme der zylindrischen Rollen oder kugelförmigen
Rollen 72. Wenn sich die treibende Welle 60 dreht, greifen die Schalen 70 in die Rollen 72 ein und bewegen das angetriebene Stirnrad 74 unter Drehung
der Rollen 72 in den Schalen 70, 76.
Figur 7 zeigt ein Schneckengetriebe unter Verwendung der Erfindung. Eine treibende
Welle 80 mit einem Schneckenrad 82 ist in einem oberen Gehäuseteil 84 drehend gelagert. Das Schneckenrad 82 hat halbschalenförmige Rillen 86, die
schraubenförmig verlaufen. In einem unteren Gehäuseteil 88 ist ein Stirnrad 90
drehend gelagert, welches in Halbschalen 92 Kugeln 94 lagert. Die Welle 80 und eine angetriebene Welle 96 stehen in Figur 7 senkrecht zueinander. Bei einer
Drehung der Welle 80 greifen die schräg stehenden Rillen 86 in die drehend gelagerten
Kugeln 94 ein und verdrehen das Stirnrad 90 gemäß dem bereits beschriebenen Prinzip. Der obere Gehäuseteil 84 kann gegenüber dem unteren festen
Gehäuseteil 88 um eine Drehachse 98 verdreht werden.
Figur 8 zeigt die Verdrehmöglichkeit um den Winkel &phgr; ausgehend von einer Ausgangslage
mit Winkel 0°. Wird ein positiver Winkel +&phgr; eingestellt, so wird der Winkel, den die Rillen 86 mit der Welle 96 einschließen, steiler, d.h. das Übersetzungsverhältnis
wird kleiner. Bei gleicher Drehzahl der treibenden Welle 80 wird bei positivem Winkel +&phgr; die Drehzahl der angetrieben Welle 96 kleiner. Umgekehrt
wird der Winkel der Rillen 86 in bezug auf die angetriebene Welle 96 flacher, wenn der Winkel &phgr; negativ wird. Bei sonst gleicher Drehzahl der Welle 80
erhöht sich die Drehzahl der Welle 96. Auf diese Weise kann mithilfe einer Anordnung
nach den Figuren 7 und 8 ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis geschaffen werden.
Die Figuren 9 und 10 zeigen ein Kugelgetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis.
Der Aufbau dieses Getriebes ist ähnlich dem Getriebe nach den Figuren 7 und 8. Die Rillen 86 des Rades 82 verlaufen außerdem in Richtung der nunmehr
angetriebenen Welle 80. Figur 10 zeigt eine Draufsicht auf das Getriebe nach Figur
9. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der obere Gehäuseteil 84 gegenüber dem unteren Gehäuseteil 88 um einen Winkel +&phgr; und -&phgr; ausgehend von einem
Ausgangswinkel 0° verschwenkbar. Beträgt der Winkel 0°, so sind Welle 80 und Welle 96 parallel zueinander ausgerichtet. Es stellt sich ein Übersetzungs-
verhältnis entsprechend den Durchmessern der Räder 82 und 90 ein. Bei einer
Verdrehung des oberen Gehäuseteils 84 in Richtung +&phgr; wird aufgrund der Neigung
der Rillen 86 das Übersetzungsverhältnis kleiner, bis es bei +90° zu 0 wird. Die Kugeln 94 bewegen sich längs der Rillen 86 und übertragen keine Drehbewegung
mehr. Dieser Zustand ist in Figur 9 gezeigt. Bei einer Bewegung in Richtung -&phgr; ergibt sich der gleiche Effekt. Wenn der Winkel &phgr;
> 90° oder -&phgr; < -90° wird, so kehrt sich jeweils die Drehrichtung um. Auf diese Weise kann ein variables
Getriebe mit Richtungsumkehr realisiert werden.
Die Figuren 11 bis 13 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Kegelradanordnung.
Figur 11 zeigt einen Schnitt längs der Linie C-C in Figur 12; Figur
12 zeigt einen Schnitt längs der Linie B-B in Figur 11. Eine antreibende Welle 100 und eine angetriebene Welle 102 sind in einem Gehäuse 104 drehend gelagert.
Beide Wellen 100 und 102 haben Kegelräder 106 bzw. 108. Auf diesen Kegelrädern
106, 108 sind längs dem Umfang kugelförmige Halbschalen 110, 112
eingelassen, die Kugeln 114, 116 aufnehmen. Als Gegenlager für die Kugeln 114,
116 sind Kegel 118, 120 vorgesehen, in denen halbkugelförmige Schalen zur Aufnahme der Kugeln 114,116 eingelassen sind. In Figur 12 ist zu erkennen, daß
die Kegel 118, 120 mit Wellen 124, 126 verbunden, die dann ebenfalls angetrieben
sind. Antrieb und Abtrieb ist bei der Anordnung nach den Figuren 11 und 12
vertauschbar.
Figur 13 zeigt einen Schnitt längs der Kegelfläche des Kegelrades 106, veranschaulicht
durch die Linien A-A in Figur 12. Nur jede zweite Halbschale enthält eine Kugel, da jede Kegelfläche mit zwei Kegelflächen in Eingriff steht. Auch bei
dieser Kegelgetriebeanordnung werden die Vorteile der Erfindung genutzt, gemäß die sich drehenden Rollelemente die Reibung verringern.
- 7 -&ogr;. Bezugszeichen
10 | Antriebswelle |
12 | Gehäuse |
14 | Gleitlager |
16 | getriebene Welle |
18 | Deckel |
20 | Halteplatte |
22 | teilzylinderförmige Ausnehmung |
24 | Antriebsrad |
26 | halbzylindrische Schalen |
28 | Rollen |
30 | angetriebenes Rad |
32 | halbzylindrische Schalen |
40 | treibende Welle |
42 | Stirnrad |
44 | angetriebene Welle |
46 | angetriebenes Stirnrad |
48,50 | Gehäuseplatten |
52 | zylindrische Rollen |
54,56 | konzentrische Kreislinien |
58 | Rollen |
60 | treibende Welle |
62 | angetriebene Welle |
64,66 | Gehäuseplatten |
68 | Stirnrad |
70 | haibschalenförmige Ausnehmungen |
72 | kugelförmige Rollen |
74 | angetriebenes Stirnrad |
76 | halbschalenförmige Aufnahmen |
80 | treibende Welle |
82 | Schneckenrad |
84 | oberes Gehäuseteil |
86 | haibschalenförmige Rillen |
88 | unteres Gehäuseteil |
90 | Stirnrad |
92 | Halbschalen |
94 | Kugeln |
96 | angetriebene Welle |
100 | antreibende Welle |
102 | angetriebene Welle |
104 | Gehäuse |
106, 108 | Kegelräder |
110, 112 | kugelförmige Halbschalen |
114, 116 | Kugeln |
118, 120 | Kegel |
124, 126 | Wellen |
Claims (11)
1. Getriebe mit mindestens zwei Rädern (24, 30),
wobei jedes Rad (20, 30) Eingreifelemente (28, 32) hat, die bei der Drehung der
Räder (24, 30) miteinander in Eingriff gelangen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingreifelemente mindestens eines Rades (24)
als drehend gelagerte Rollelemente (28) ausgebildet sind, die beim Eingriff mit den Eingreifelementen (32) des anderen Rades (30) eine Drehbewegung ausführen.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollelemente
als zylinderförmige Rollen (28) ausgebildet sind.
3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollelemente
als Kugeln ausgebildet sind.
4. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine
Rad (24) äußere schalenförmige Ausnehmungen (26), vorzugsweise im wesentlichen Halbschalen, für die Aufnahme der Rollelemente (28) hat,
und daß das andere Rad (30) innere schalenförmige Ausnehmungen (32), vorzugsweise
im wesentlichen Halbschalen, zum Eingriff der Rollelemente (28) des erstgenannten Rades (24) hat (Figuren 1 und 2).
5. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine
Rad (74) äußere schalenförmige Ausnehmungen (76), vorzugsweise im wesentlichen Halbschalen, zur Aufnahme der Rollelemente (72) hat,
und daß das andere Rad (68) äußere schalenförmige Ausnehmungen (70), vorzugsweise
im wesentlichen Halbschalen, zum Eingriff der Rollelemente (72) des erstgenannten Rades (74) hat (Figuren 5 und 6).
6. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Räder längs
zur jeweiligen Wellenachse zentrischer Kreislinien (54, 56) im Abstand voneinander
angeordnete zylinderförmige Rollen (54, 58) haben, die parallel zur Richtung
der Wellen (40, 44) der Räder (42, 46) verlaufen, und daß die zylindrischen Rollen
(58) mindestens eines Rades (46) drehend gelagert sind, und daß bei der Drehung der Räder (42, 46) die Rollen (58) des einen Rades (46) in die Rollen
(52) des anderen Rades (42) eingreifen (Figuren 3 und 4).
7. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gleich dicken
Rollen (52, 58) beider Räder (42, 46) jeweils einen Abstand entsprechend dem Durchmesser der Rollen (52, 58) haben.
8. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rad als
Schneckenrad (82) ausgebildet ist und schraubenförmig verlaufende schalenförmige
Ausnehmungen (86) hat, welche als Kugeln (94) ausgebildete Rollelemente aufnehmen, und daß das andere Rad (90) an seiner Außenfläche schalenförmige
Ausnehmungen (92), vorzugsweise im wesentlichen Halbschalen, für die drehende Lagerung der Kugeln (94) hat (Figuren 7 undJJ).
9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (80, 96)
von Schneckenrad (82) und anderem Rad (90) zueinander verschwenkbar angeordnet sind, wodurch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes veränderbar ist.
10. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Rad
(90) äußere schalenförmige Ausnehmungen (92) hat, vorzugsweise Halbschalen, die jeweils Kugeln (94) drehend lagern, und daß das zweite Rad (82) an seiner
Umfangsfläche teilzylinderförmige Ausnehmungen, vorzugsweise Halbschalen hat, die in Richtung parallel zur Wellenrichtung dieses zweiten Rades (82) verlaufen,
und daß der von den Wellen (80, 96) der beiden Räder (82, 90) eingeschlossene Winkel (&phgr;) zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes
änderbar ist (Figuren 9 und 10).
11. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Räder
(106, 108) kegelförmige Außenflächen haben und eine Kegelradgetriebeanordnung
bilden, und daß die kegelförmigen Außenflächen der Räder (106, 108) schalenförmige, vorzugsweise halbschalenförmige, Ausnehmungen (110, 112) zur
drehenden Lagerung von Kugeln (114, 116) als Rollelemente haben, und daß kegelförmige
Gegenlager (118, 120) mit schalenförmigen Ausnehmungen vorgesehen sind, die die Kugeln (114, 116) aufnehmen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990916 |
|
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20021009 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050708 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070712 |
|
R071 | Expiry of right |