DE3906053C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei reinen Spannungswellengetrieben wird in der Literatur die Kurvenscheibe als Wave Generator, der innenverzahnte Außenring als Circular Spline und der Übertragungskörper als Dynamic Spline bezeichnet; er läuft mit derselben Drehzahl und in derselben Drehrichtung wie der dort den Druckring nebst Eingriffskörpern ersetzende außenverzahnte Flex Spline.

Diese reinen Spannungswellengetriebe haben den Nachteil, daß sich die Außenzähne des Flex Spline und die Innenzähne des Circular Spline zahlenmäßig um 2 unterscheiden müssen, wodurch der Einsatz dieser Getriebe auf große Unter- bzw. Übersetzungsverhältnisse - untere Grenze etwa 1 : 50 - beschränkt ist.

Diese Beschränkung vermeidet eine aus der EP 01 96 650 B1 bekannte Abwandlung des üblichen Spannungswellengetriebes, bei der die Kurvenscheibe ein das Wälzlager tragender kreisscheibenförmiger Exzenter ist und statt Zähnen an einem Flex Spline selbständige Eingriffskörper vorgesehen sind, die in individuellen radialen Ausnehmungen des Käfigs geführt sind. Jeder Eingriffskörper enthält einen mittleren Übertra­ gungszapfen, an dessen äußerem, den Innenzähnen des Außenrings zugekehrten Ende je ein Wälzkörper gehalten ist. Der daraus resultierende große radiale Abstand zwischen Kurvenscheibe und Eingriff der Eingriffskörper in die Innenzähne erzeugt jedoch Elastizitäten in der Kraft- bzw. Momentenübertragung. Ferner haben die Innenzähne konkave Zahnflanken, so daß bei Berührung ihrer fußnahen Bereiche mit den Eingriffskörpern die Gefahr besteht, daß dort der Reibungswinkel unter­ schritten wird und die Übertragung von Umfangskräften beeinträchtigt ist. Beides beeinflußt die Übertragungstreue dieses bekannten Getriebes nachteilig.

Das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweisende Getriebe nach der JP 59-1 70 549 (A) weist aus lediglich je einem Wälzkörper bestehende Eingriffskörper auf, deren Anzahl geringer ist als die Anzahl der Innenzähne.

Das Getriebe nach der DE-OS 26 17 951 schließlich enthält zwei innen­ verzahnte koaxiale Hohlräder, deren Zähne mit Außenzähnen eines Ring­ elements kämmen. Das Ringelement mit den Außenzähnen ist in bei Spannungs­ wellengetrieben üblicher Weise als flexibles Band ausgebildet, das ein Antriebselement umschließt. Dieses besitzt einen derart aus Kreisbögen um unterschiedliche Mittelpunkte zusammengesetzten Umriß, daß an einer Stelle mehrere Außenzähne völlig außer Eingriff mit den Innenzähnen stehen und radial beweglich sind. Die dadurch entstehende einseitige Umfangsbelastung des Ringelements ist nur in dem Sonderfall des Vor­ handenseins von zwei Hohlrädern unterschiedlicher Zähnezahl zulässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 unter Wahrung der Vorteile des gattungs­ bildenden Standes der Technik derart zu verbessern, daß bei langer Lebensdauer und optimaler Übertragungstreue (feste Zuordnung der Drehwinkel an Getriebeein- und -ausgang) eine Beschränkung auf großer Unter- bzw. Übersetzungsverhältnisse vermieden wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, eine vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreibt der Unteranspruch.

Die Erfindung bietet den grundsätzlichen Vorteil, daß sie trotz geringen Herstellungsaufwands (einteilige Eingriffskörper, lineare Zahnflanken, nur ein Außenring) mit hoher Übertragungstreue Übersetzungs­ verhältnisse bis herab zu beispielsweise 1 : 20 zu erzeugen erlaubt.

Zwar ist in Abweichung von üblichen Spannungswellengetrieben und dem gattungsbildenden Stand der Technik nur eine Eingriffsstelle ("Hochpunkt") zwischen Eingriffskörpern und Innenzähnen vorhanden (woraus wiederum die für die Übersetzung wichtige Minimierung der Zahlendifferenz zwischen Innenzähnen und Eingriffskörpern resultiert), aber symmetrische Kräfte- bzw. Momentenverhältnisse lassen sich, falls zweckmäßig, durch die im Anspruch 2 angegebene Maßnahme einstellen.

Durch die linearen Zahnflanken wird erreicht, daß bei jeder Eingriffstiefe der Wälzkörper in die Innenzähne praktisch die gleichen Tangen­ tialkomponenten der durch die Kurvenscheibe erzeugten Radialkraft vorliegen. Bei gleichen Querabmessungen des Getriebes liegt die Kontur der Kurvenscheibe erheblich weiter außen als beim erstgenannten Stand der Technik, so daß Hystereseeffekte vermieden sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 die in Fig. 2 bei I-I angegebene Schnittansicht und deren Fig. 2 einen Längsschnitt zeigt.

Zentrisch zur Getriebelängsachse 1 verläuft der mit in einer umlaufenden Reihe äquidistant angeordneten Innenzähnen 2 versehene Außenring 3, der durch die Teile A und B zu einem an den Stirnseiten offenen Gehäuse ergänzt ist. Eine der Gehäuseöffnungen wird von einer zur Längsachse 1 koaxialen, den hochtourigen Anschluß des Getriebes bildenden Welle durchsetzt, die drehfest die Kurvenscheibe 4 trägt. Die andere Gehäuse­ öffnung nimmt den Übertragungskörper 5 teilweise auf, der rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 1 ausgebildet ist und den als Käfig für Wälzkörper 6 mit äquidistanten Ausnehmungen 7 für diese versehenen Bereich 8 besitzt. Dieser Käfig 8 verläuft berührungsfrei unmittelbar unter dem Kopfkreis der Innenzähne 2 und mit Abstand über der feder­ elastischen Druckringanordnung 9, die gleichsam einen verstärkten Lager­ außenring des (auch als Rollenkette ausführbaren) Wälzlagers 10 bildet, dessen Innenring 11 auf die Kontur der Kurvenscheibe 4 aufgezogen ist. Die Ausnehmungen 7 sind mit parallelen Wänden so gestaltet, daß sie Radialbewegungen der Wälzkörper 6 (Kugeln, Rollen o. dgl.) nicht behindern.

Je nachdem, ob der Außenring 3 oder der Übertragungskörper 5 festgelegt ist, bildet der Übertragungskörper oder der Außenring den niedertourigen Getriebeanschluß.

Wie Fig. 1 zeigt, sind in dem Ausführungsbeispiel 21 Wälzkörper 6, aber nur 20 Innenzähne 2 vorhanden. Dies hat zusammen mit der noch zu beschreibenden Kontur der Kurvenscheibe 4 zur Folge, daß nur ein über den Umfang wandernder voller Eingriff eines Wälzkörpers, hier des obersten Wälzkörpers 6′, in einen Abstand zwischen zwei Innenzähnen 2 vorliegt. Nach beiden Richtungen schließen sich Teileingriffe an, bis bei 6′′ Wälzkörper vorliegen, die völlig außer Eingriff mit den linear verlaufenden Zahnflanken 12 der dachförmigen Innenzähne 2 sind. Nimmt man an, der Außenring 3 sei ortsfest eingespannt und die Kurvenscheibe 4 rotiere entgegen dem Uhrzeigersinn, so dreht sie sich gleichsam unter dem federnden Druckring 9 (der dabei verformt wird) und dem Käfig 8 hindurch (wobei übrigens keine Gleitbewegung zwischen den Wälzkörpern 6 und dem Druckring 9 auftritt), da das Zusammenwirken der Wälzkörper 6 mit den Innenzähnen 2 infolge der unterschiedlichen Anzahlen eine Verschwenkung des Käfigs 8 nur um eine Zahnlücke je Umdrehung der Kurvenscheibe 4 zuläßt; die Eingangsdrehzahl des Getriebes wird untersetzt.

In Fig. 1 ist bei 13 ein Kreis um die Längsachse 1 gezeichnet, der die Form der Kontur der Kurvenscheibe 4 besser erkennen läßt:
Sie setzt sich aus zwei Bereichen 14 und 15 zusammen (ist also kein einfacher Exzenter), von denen der Bereich 14 die gerade in Eingriff befindlichen Wälzkörper und der Bereich 15 die gerade außer Eingriff befindlichen Wälzkörper 6′′ erfaßt. Bezeichnet man den Abstand des Mittelpunkts des gerade in Volleingriff stehenden Wälzkörpers 6′ von der Längsachse 1 mit R₀, den von der Differenz zwischen Innenzahn- und Wälzkörperzahl abhängenden Winkelversatz zwischen Wälzkörpermittelpunkt und zugeordneter Innenzahnlücke bei dem dem Volleingriffsort (6′) unmittelbar benachbarten Wälzkörper 6′′′ mit a und den Zahnflankenwinkel mit b (hier 45°), so ist der Konturbereich 14 so gewählt, daß

ist, mit n=1, 2, 3 . . . , gezählt vom (nicht mitzählenden) Volleingriffs-Wälzkörper 6′. Der Konturbereich 15 ist dagegen ein Kreisbogen in Weiterführung der Endwerte des Konturbereichs 14.

Diese Kontur dient der Anpassung an die Eingriffsverhältnisse bei linearen Zahnflanken 12.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß der Mittelpunkt des Volleingriffs-Wälzkörpers nahe dem Außenumfang des Käfigs 8, also nicht tief in der Innenzahnlücke, liegt.

Aus Symmetriegründen ist drehfest, aber um 180° verschwenkt, mit der Kurvenscheibe 4 die identisch ausgebildete weitere Kurvenscheibe 16 verbunden (Fig. 2). Ihr sind ebenfalls Innenzähne 17 und Wälzkörper 18 in umlaufenden äquidistanten Reihen zugeordnet, die ebenso ausgelegt sind wie im Zusammenhang mit der Kurvenscheibe 4 beschrieben. Entsprechendes gilt auch für das weitere Wälzlager 19. Der Käfig 8 ist aber auch den weiteren Wälzkörpern 18 zugeordnet, so daß eine Parallelanordnung innerhalb des Getriebes vorliegt.

Claims (2)

1. Getriebe nach Art eines Spannungswellengetriebes mit einem starren, mit äquidistanten Innenzähnen (2) versehenen, eine Getriebelängsachse (1) definierenden Außenring (3), einer innerhalb desselben angeordneten Kurvenscheibe (4), auf die ein Lager (10) nach Art eines Wälzlagers mit einem starren inneren Lagerring (11) und einem als Druckring (9) dienenden federelastischen äußeren Lagerring aufgezogen ist, auf dem sich als Eingriffskörper dienende Wälzkörper (6) mit in Ebenen senkrecht zur Getriebelängsachse (1) kreisrundem Querschnitt in von der Anzahl der Innenzähne (2) geringfügig abweichender Anzahl abstützen, die mit den Innenzähnen (2) im Sinne in Umfangsrichtung wandernden vollen Eingriffs jeweils eines Wälzkörpers (6′) zusammenwirken, wobei die Flanken (12) der Innenzähne (2) zumindest in ihren Berührungs­ bereichen mit den Wälzkörpern (6) linear verlaufen, und mit einem zur Getriebelängsachse (1) koaxialen Übertragungskörper (5) mit einem berührungsfrei zwischen Druckring (9) und Außenring (3) verlaufenden Bereich, der als unmittelbar unter dem Kopfkreis der Innenzähne (2) verlaufender Käfig (8) für die Wälzkörper (6) ausgebildet ist, die er Redialbewegungen derselben zulassensd äquidistant aufnimmt, wobei die Kurvenscheibe (4) sowie der Außenring (3) oder der Übertragungskörper (5) mit Getriebeanschlüssen versehen sind und die Kontur (14, 15) der Kurvenscheibe (4) für Abstände (R_n) zwischen der Getriebelängsachse (1) und den Mittelpunkten der Wälzkörper (6) ausgelegt ist, die, aus­ gehend von diesem Abstanad (R₀) für einen gerade in vollem Eingriff stehenden Wälzkörper (6′), symmetrisch zu diesem für die ihm benachbarten, überhaupt in Eingriff befindlichen Wälzkörper einsinnig abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenzähne (2) dachähnlich geformt sind und die Anzahl der Wälzkörper (6) von derjenigen der Innenzähne (2) um einen abweicht sowie nur ein einziger in Umfangsrichtung wandernder voller Eingriff eines Wälzkörpers (6′) vorliegt, und daß die Kontur (14, 15) der Kurvenscheibe (4) in einem Bereich (15) für die jeweils außer Eingriff stehenden Wälzkörper (6′′) auf konstanten, von der - ihre Schwenkachse bildenden - Getriebelängsachse (1) ausgehenden Radien liegt, dagegen in einem Bereich (14) für die jeweils in Eingriff mit den Innenzähnen (2) stehenden Wälzkörper (6, 6′, 6′′′) auf unterschiedlichen Radien verläuft, die Abstände (R_n) zwischen der Getriebelängsachse (1) und den Mittelpunkten dieser Wälzkörper (6, 6′, 6′′′) der Beziehung genügen, worin
b° der Flankenwinkel der Innenzähne (2) in Grad,
n die fortlaufende Nummer der Wälzkörper (1, 2, 3 . . .), ausgehend von dem (nicht mitzählenden) in vollem Eingriff stehenden Wälzkörper (6′), und
a° der Winkelversatz in Grad zwischen dem Mittelpunkt desjenigen Wälzkörpers (6′′′), der dem im vollen Eingriff befindlichen Wälzkörper (6′) un­ mittelbar benachbart ist, und dem Tiefstpunkt der ihm zugeordneten Lücke zwischen zwei Innenzähnen (2) ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei drehfest verbundene, gegeneinander um 180° um die Getriebelängsachse (1) verschwenkte, parallele Kurvenscheiben (4, 16) vorhanden sind, auf die individuelle Lager nach Art von Wälzlagern (10, 19) mit feder­ elastischen äußeren Druckringen (9) für individuelle Reihen von Wälzkörpern (6, 18) aufgezogen sind, denen der Käfig (8) gemeinsam ist und die mit jeweils einer von zwei Reihen von Innenzähnen (2, 17) an dem Außenring (3) zusammenwirken, wobei Reihen von Wälzkörpern (6, 18) und beide Reihen von Innenzähnen (2, 17) jeweils für sich gleichzahlig sind.