DE29910033U1

DE29910033U1 - Getriebe mit Rollelementen

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Publication number: DE29910033U1
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Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 1999-08-05
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Also published as: DE10002798A1; DE10002798B4

Description

0^92670 Windischeschenbach

9. Juni 1999

L 8906 DE - TNpm

Getriebe mit Rollelementen

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

Ansprüche

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.