DE3829863A1 - Getriebe mit einem oder mehreren gleichzeitig wirkenden konstanten uebersetzungsverhaeltnissen, vorzugsweise ins langsame - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für den Maschinenbau mit einem oder mehreren gleichzeitig wirkenden konstanten Übersetzungsverhältnissen, vorzugsweise ins Langsame.

Unter den Getrieben, welche den gleichen Zweck verfolgen, nämlich die Drehzahl der Ausgangswelle gegenüber der Drehzahl der Eingangswelle in Untersetzungsbereichen bis i = 200 und mehr zu reduzieren, ist ein Funktionsprinzip bekannt, bei dem eine drehbare elliptische Scheibe über Kugeln gegen ein außen verzahntes dünnwandiges und biegsames Ringband drückt und dasselbe beim Umlauf verformt.

Bei diesem Prinzip ist zentrisch um die elliptische Scheibe ein feststehendes Hohlrad angeordnet, dessen Zähne mit denen des Ringbandes an den Enden der langen Ellipsen-Achse in Eingriff stehen.

Die Anzahl der Zähne vom Ringband und dem Hohlrad sind unterschiedlich, so daß eine Umdrehung der elliptischen Scheibe eine Drehung des Ringbandes bewirkt, welche der Differenz der Zähne-Anzahl entspricht.

Bei diesem bekannten Getriebe wird das Drehmoment in der Regel über die elliptische Scheibe eingeleitet.

Die Drehmoment-Ableitung erfolgt in bekannter Weise auf zweierlei Art: Entweder ist das außenverzahnte Ringband verhältnismäßig breit ausgeführt und als elastische Büchse ausgebildet und besitzt einen Büchsen-Boden mit einem zentrischen Wellenanschluß, oder die Drehmoment-Ableitung erfolgt über ein Hohlrad mit gleicher Zähnezahl wie das Ringband, welches koaxial zu dem feststehenden Hohlrad gelagert ist und mit Ringband-Verzahnung an den Enden der langen Ellipsen-Achse in Eingriff steht.

Diese bekannten Ausführungen haben folgende Nachteile:

• 1. Die elastische Büchse mit Boden für den Wellenanschluß verhindert eine wünschenswerte schmale Bauform, weil aus verformungstechnischen Gründen eine im Verhältnis zu ihrem Durchmesser große Büchsenbreite unumgänglich ist.
• 2. Die Verformung der Büchse, welche sich bis zu ihrem Boden auswirkt, verursacht Materialermüdung und Energie­ verluste. Diese machen sich auch in Form von Erwärmung bemerkbar, so daß für das Getriebe in der Regel Öl zur Schmierung notwendig ist.
• 3. Die Drehmoment-Ableitung über ein Hohlrad erfolgt mit einer korrigierten Verzahnung, weil das Hohlrad einen anderen Teilkreis-Durchmesser, jedoch die gleiche Zähne­ zahl besitzt wie das mit ihm im Eingriff stehende Ringband. Dadurch wird das übertragbare Abtriebs-Drehmoment stark vermindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer oder mehreren gleichzeitig wirkenden Unter­ setzungen bis in den Bereich von i = 200 und mehr zu schaffen, das eine schmale Bauform besitzt, geräuscharm läuft, anspruchslos in der Wartung ist und aufgrund seiner Konstruktion keine korrigierten Verzahnungen hat und deshalb leistungsfähiger und wegen seines unkomplizierten Aufbaues einfacher und in seiner Herstellung billiger ist als vergleichbare bekannte Systeme.

Diese Aufgaben werden bei einer gattungsgemäßen Ein­ richtung durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Nach der Erfindung ist ein endloses, biegsames Ring­ band in der Weise ausgeführt, daß es zwei oder mehr unterschiedliche Wirkdurchmesser mit einem zusammen­ hängenden Querschnitt besitzt und eine kraftschlüssige Verbindung herstellt zwischen koaxial angeordneten und einzeln gelagerten Rädern, bzw. Hohlrädern, mit unter­ schiedlichen Wirkdurchmessern. Auf diese Weise können gleichzeitig zwei oder mehr unterschiedliche Abtrieb­ drehzahlen mit hohen Untersetzungen erzeugt werden.

Nach einer weiteren Ausbidung der Erfindung ist die Innen- oder Außenseite des Ringbandes mit zwei oder mehr nebeneinander angeordneten Zahnreihen ausgerüstet, welche unterschiedliche Wirklängen, bzw. Teilkreis-Durchmesser und Teilungen, besitzen. Die damit erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Teilungen der in Eingriff befind­ lichen Zähne von Ringband und Rad übereinstimmen und eine große Auswahl von Untersetzungs-Möglichkeiten zur Verfügung steht.

Eine in der Herstellung besonders kostensparende Aus­ führung ergibt sich daraus, daß das Ringband als Zahn­ riemen mit unterschiedlichen Wirklängen und Zahnteilungen ausgeführt ist. Die weiteren Vorteile dieser Bauweise sind ein leiser Lauf und ein wartungsfreier Betrieb.

Eine weitere Ausführung des Ringbandes ist mit Zahn­ reihen in gleichen oder unterschiedlichen Breiten bestückt. Durch diese Ausführungsform können bei zwei oder mehr gleichzeitig wirkenden Untersetzungen die Zahn­ breiten den jeweils aufzunehmenden Kräften angepaßt werden. Außerdem können die Zahnreihen auf dem Ringband anstatt in gerader Verzahnung in Schräg- oder Pfeilver­ zahnung ausgeführt sein, was zu einer sicheren Führung des Ringbandes auf der entsprechend ausgeführten Gegen­ verzahnung beiträgt.

Eine weitere Variante der Erfindung besteht aus einem Ringband, welches als Riemen mit unterschiedlichen Durch­ messern auf der Innen- oder Außenseite ausgeführt ist und dessen Teilbreiten wahlweise mit Verzahnungen oder mit Flach- oder Keilprofilen ausgerüstet sind.

Bei einer Ringband-Ausführung mit Flach- oder Keilprofil- Riemen wird das Drehmoment über Reibkräfte übertragen und ist deshalb in seiner Größe begrenzt, jedoch bietet diese Methode der Drehmomentübertragung den Vorteil, daß die gewünschten Untersetzungen aus­ schließlich durch die Wahl entsprechender Wirkdurch­ messer der Räder, bzw. Wirklängen des Ringbandes, fest­ gelegt werden können, was gegenüber der Verwendung von Verzahnungen Kosten spart.

Entsprechend der Formgestaltung des Ringbandes als Zahn- oder als Keilriemen, bzw. in seinen Teilbreiten als Zahn- und als Keilriemen, sind die Räder, bzw. die Hohlräder, mit Verzahnungen oder mit Keilprofilen zur Ringband-Führung und zur Drehmomentübertragung ausge­ führt.

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist das Ringband als Gelenkkette ausgeführt mit dem kennzeich­ nenden Merkmal, daß deren Laschen auf einer Kettenseite halbrunde Zähne besitzen, welche zum Zwecke einer Dreh­ momentübertragung sich in den gegenförmigen und teilungs­ gleichen Aussparungen am Umfange des Rades abwälzen, welches mit der Abtriebswelle verbunden ist und koaxial zu dem Rad gelagert ist, auf dem die Gelenk­ kette geführt wird. Der besondere Vorteil dieser Bau­ form liegt darin, daß relativ große Drehmomente über­ tragen werden können.

Eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich dadurch, daß auf einem Exzenter eine Rolle gelagert ist und unmittelbar daneben auf der Welle sich auf jeder Seite ein gelagertes Rad befindet und die Rolle und eins der Räder gleiche Durchmesser besitzen. Nach den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bis 7 besteht durch ein Ringband eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden koaxial gelagerten Rädern, so daß beim Umfahren des Ringbandes durch die Rolle zwischen diesen Rädern eine Relativ­ drehung stattfindet. Die Vorteile dieser Anordnung be­ stehen darin, daß die bei bekannten Getrieben erforder­ liche elliptische Drehscheibe entfällt, wodurch die Her­ stellung vereinfacht wird, zumal das Maß der Exzentrizität für den Rollenumlauf problemlos den gewählten Wirk­ längen, bzw. Zahnteilungen, angepaßt werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Bauform und Ringbandanordnung gegenüber dem bekannten System besteht darin, daß der Wirkdurchmesser des Ringbandes größer ist als der des Rades mit dem es in Kraftschluß steht und nicht um­ gekehrt, was eine relativ geringere Ringverformung bewirkt. Von praktischem Nutzen ist auch die Möglichkeit, daß durch Tausch der Wirkdurchmesser der beiden Räder die Abtrieb- Drehrichtung geändert werden kann.

Die beschriebene Ausführung ist auch im Hinblick auf eine günstige Drehmomentübertragung auf das mit der Ab­ triebwelle verbundene Rad vorteilhaft, weil die Hälfte aller Zähne der Gelenkkette gleichzeitig im Eingriff sind, bzw. der halbe Umfang des Ringbandes an der Kraft­ übertragung beteiligt ist und dadurch eine fast spiel­ freie Drehbewegung entsteht.

Für die gleiche Ausführung eignet sich in besonderem Maße als Ringband auch ein Riemen, dessen Querschnitt in der Mitte als Flachriemen und an den äußeren Enden seiner Innenseite als Zahnriemen mit unterschiedlichen Wirkdurchmessern ausgebildet ist, weil auch das - durch das Wirkprinzip der Erfindung bedingte - dicke Quer­ schnittsteil des Riemens, welches zum Antrieb des Abtrieb- Rades dient, durch radiale Einschnitte am inneren Riemen­ umfang biegsam ist. Diese Einschnitte spreizen sich während des Betriebes über den Riemenumfang an zwei ständig wechselnden Stellen infolge der den Riemen umfahrenden Rolle und ermöglichen ihm einen elliptischen Umlauf. Zur Übertragung großer Kräfte kann auch ein unterschied­ lich verzahntes Ringband mit radialen Einschnitten in der beschriebenen Form aus Metall ausgeführt sein.

Nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 kann der Erfindungsgegenstand in zwei grundsätzlich ver­ schiedenen Ausführungsformen gebaut werden, die sich darin unterscheiden, daß entweder eine kraftschlüssige Verbindung herstellt wird zwischen der Innenseite des Ringbandes (6) und Rädern (1, 2), oder zwischen der Außenseite des Ringbandes (6) und Hohlrädern (3, 4, 5).

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Ring­ bandführung über Räder (1, 2), wobei das Ringband (6) nach Anspruch 5 als kombinierter Flach- und Zahnriemen ausgeführt ist, in Ansicht und im Längsschnitt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Ring­ bandführung über Räder (1, 2), wobei das Ringband (6) nach Anspruch 7 als Gelenkkette (11) ausgeführt ist, in Ansicht und im Längsschnitt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Ring­ bandführung über Hohlräder (3, 4, 5), mit zwei gleichzeitig verfügbaren Abtrieb-Drehzahlen, in Ansicht und im Längs­ schnitt.

Die Ausführung nach Fig. 1 wird im folgenden näher beschrieben.

Auf der Welle 16 sitzt der Exzenter 15 und auf diesem ist die Rolle 7 gelagert. Außerdem sind unmittelbar neben dem Exzenter 15 auf der Welle 16 die als Zahnscheiben ausgeführten Räder 1 und 2 gelagert und der Wellen­ stumpf 17 an das Rad 2 geflanscht.

Das Ringband 6 ist über die Zahnscheiben 1 und 2 und die Rolle 7 gespannt und in der Mitte seines Quer­ schnittes als Flachriemen 18 und an seinen äußeren Enden der Innenseite jeweils als Zahnriemen 19 und 20 mit unterschiedlichen Wirklängen und Zahnteilungen aus­ geführt, wobei der dickere Querschnitt des Zahnriemens 20 an seinem inneren Umfange radiale Einschnitte 24 besitzt zum Zwecke seines Biegevermögens beim Aufweiten.

Die Welle 16 kann - in nicht dargestellter Weise - mit einem massenausgleichenden Gewicht ausgerüstet werden. Die Funktion des Getriebes ist folgende:
Beim Drehen der Welle 16 umfährt die Rolle 7 die Innen­ seite des Flachriemens 18, wobei die mit ihm zusammen­ hängenden Zahnriemen 19 und 20 kraftschlüssig verbunden sind mit den Zahnscheiben 1 und 2 aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirklängen eine Drehbewegung entsteht zwischen diesen beiden Zahnscheiben, welche bei einer feststehenden Zahnscheibe 1 an dem Wellenstumpf 17 abge­ nommen werden kann.

Die Ausführung nach Fig. 2 wird im folgenden näher beschrieben.

Auf der Welle 16 sitzt der Exzenter 15 und auf diesem ist die Rolle 7 gelagert. Außerdem sind unmittelbar neben dem Exzenter 15 auf der Welle 16 das Kettenrad 1 und das mit dem Wellenstumpf 17 verbundene Rad 2 ge­ lagert. Rolle 7 ist Teilungsgleich mit Rad 1 verzahnt. Die Gelenkkette 11 ist über das Kettenrad 1 und die Rolle 7 gespannt und die auf einer Kettenseite mit halbrunden Zähnen 13 ausgestatteten Laschen 12 befinden sich zum Zwecke einer Drehmomentübertragung im Eingriff mit gegenförmigen und mit der Zähne-Teilung der Gelenkkette 11 übereinstimmenden, Aussparungen 14 am Umfange des Rades 2.

Die Funktion des Getriebes ist folgende:
Beim Drehen der Welle 16 umfährt die Rolle 7 die Innen­ seite der Gelenkkette 11, wobei eine volle Umdrehung bei feststehendem Kettenrad 1, eine Drehbewegung des Rades 2 bewirkt, welche der Differenz der Wirklängen- Unterschiede zwischen Gelenkkette 11 und Kettenrad 1 und der durch die Zähne 13 gebildeten Wirklänge und dem Rad 2 entspricht. Nach Fig. 2 beträgt i = 210. Die Welle 16 kann - in nicht dargestellter Weise - mit einem massenausgleichenden Gewicht ausgerüstet werden.

Die Ausführung nach Fig. 3 wird im folgenden näher beschrieben.

In dem Gehäuse 21 ist die Welle 16 mit dem Steg 223 ge­ lagert und an diesem sind die zwei Rollen 7 symmetrisch und zentrisch zu dem nicht drehbaren Hohlrad 5 befestigt.

Zwei weitere Hohlräder 3 und 4 sind im Gehäuse 21, bzw. auf der Welle 16 gelagert und mit dem Flansch 23, bzw. dem Wellenstumpf 17, zum Zwecke der Weiterbildung ihrer Drehbewegungen verbunden.

Zwischen den Hohlrädern 3, 4 und 5 und den beiden Rollen 7 befindet sich das Ringband 6, dessen Außenseite mit drei, in der Wirklänge und der Zahnteilung unterschiedlichen, Zahnreihen 8, 9 und 10 ausgerüstet ist, welche mit den Hohlrädern 3, 4 und 5 mit jeweils gleicher Zahnteilung in Eingriff sind.

Beim Drehen der Welle 16 umfahren die zwei Rollen 7 die Innenseite des Ringbandes 6 und bewirken aufgrund der unterschiedlichen Wirklängen des verzahnten Ringbandes 6 gleichzeitig zwei verschiedene Drehzahlen der Hohlräder 4 und 5, welche über den Flansch 23 und den Wellen­ stumpf 17 weiter geleitet werden.

Das Untersetzungsverhältnis des Erfindungsgegenstandes errechnet sich unter den Voraussetzungen, daß der An­ trieb über die Welle 16 erfolgt und das Rad 1, bzw. das Hohlrad 5, fest steht und das Ringband 6 mit zwei Zahn­ reihen ausgeführt ist, nach folgender Formel:

In dieser Formel bedeutet:
i = Untersetzungsverhältnis. Ein negatives Ergebnis bedeutet, daß sich die Wellen 16 und 17 entgegengesetzt drehen.
Zpr = Zähnezahl der Zahnreihe des Ringbandes 6, welche mit dem feststehenden Rad 1, bzw. dem Hohlrad 5, im Eingriff steht (Primärriemen).
Zst = Zähnezahl des feststehenden Rades 1, bzw. des Hohl­ rades 5 (Stator).
Zsr = Zähnezahl der Zahnreihe des Ringbandes 6, welche mit dem Abtrieb-Rad 2, bzw. Hohlrad 4 und 3, im Eingriff steht (Sekundärriemen).
Zro = Zähnezahl des Abtrieb-Rades 2, bzw. der Abtrieb- Hohlräder 4 und 3 (Rotor).

Bei einer Ringband-Ausführung mit Flach- oder Keilprofil- Riemen sind anstelle der Zähnezahlen die Wirkdurchmesser in die Formel einzusetzen.

Die mit den beschriebenen Getrieben übertragbaren Dreh­ momente sind abhängig von den zulässigen Schubspannungen in den Querschnitts-Übergängen des Ringbandes 6, bzw. bei der Gelenkkette 11 von der zulässigen Scherfestigkeit der Kettenbolzen.

Claims (9)

1. Getriebe für den Maschinenbau mit einem oder mehreren gleichzeitig wirkenden konstanten Übersetzungs­ verhältnissen, vorzugsweise ins Langsame, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Räder (1, 2), bzw. Hohlräder (3, 4, 5), mit unterschiedlichen Wirkdurchmessern, koaxial einzeln gelagert sind und durch ein end­ loses, biegsames Ringband (6), dessen Wirkdurchmesser größer ist als die Wirkdurchmesser der Räder (1, 2), bzw. kleiner ist als die Wirkdurchmesser der Hohl­ räder (3, 4, 5), während des Umfahrens seiner Innenseite durch eine oder mehrere Rollen (7) kraftschlüssig ver­ bunden sind und dadurch eine gegenseitige Drehung aus­ führen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringband (6) auf seiner Innen- oder Außenseite mit zwei oder mehr nebeneinander angeordneten Zahnreihen (8, 9, 10) ausgeführt ist, welche unterschiedliche Teil­ kreisdurchmesser, bzw. Wirklängen, besitzen.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringband (6) als Zahnriemen ausgeführt ist mit zwei oder mehr unterschiedlichen Wirklängen und Zahn­ teilungen auf einem zusammenhängenden Querschnitt.

4. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringband (6) mit mehreren Zahnreihen in gleichen oder unterschiedlichen Breiten bestückt ist und die Zähne gerade, schräg, oder in Pfeilform ausgeführt sind.

5. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringband (6) über seine Breite mit zwei oder mehr unterschiedlichen Innen- oder Außendurchmessern als Riemen ausgeführt ist und seine Teilbreiten wahl­ weise verzahnt, oder mit Flach- oder Keilprofilen aus­ geführt sind.

6. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räder (1, 2) bzw. die Hohlräder (3, 4, 5), mit Verzahnungen, oder mit Flach- oder Keilriemen ausgeführt sind.

7. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringband (6) als Gelenkkette (11) ausgeführt ist, deren Laschen (12) halbrunde Zähne (13) besitzen, welche sich zum Zwecke einer Drehmomentübertragung in den gegen­ förmigen Aussparungen (14) am Umfange des koaxial zum Rad (1) gelagerten Rades (2) abwälzen.

8. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Exzenter (15) eine Rolle (7) gelagert ist und unmittelbar daneben auf der Welle (16) sich auf jeder Seite ein gelagertes Rad (1, 2) befindet, von denen eines den gleichen Durchmesser besitzt wie die Rolle (7) und das über die Rolle (7) und die beiden Räder (1, 2) gespannte Ringband (6) mit unterschiedlichen Querschnitten und jeweils unterschiedlichen Verzahnungen (19, 20) auf seiner Innenseite ausgeführt ist und am inneren Umfange mit radialen Einschnitten (24) versehen ist.

9. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) mit einem massenausgleichenden Gewicht ausgerüstet ist.