DE3918348C2 - Umlaufgetriebe mit Zahnriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufrädergetriebe mit Zahnriemen zum spielarmen Untersetzen der Eingangsdrehzahl auf eine zentrische Abtriebswelle gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Getriebe dieser Bauart ist in FR 2547382 beschrieben. Es weist drei Umlenkrollen auf, über die ein Zahnriemen umläuft, der von zwei dieser Umlenkrollen in Eingriff mit nur wenigen Zähnen der abtreibenden Innenverzahnung gebracht wird und dabei kleine Umlenkradien aufweist. Hierdurch ist die Haltbarkeit des Zahnriemens und seine mechanische Belastbarkeit eng begrenzt.

Ein weiteres gattungsgemäßes Getriebe geht aus FR 1144606 hervor. Hierbei wird jedoch die Riemenabstützung durch Druck, z. B. eines Drucköles, erzielt. Der Aufwand zur Erzielung dieser wichtigen Funktion ist folglich erheblich.

Das Getriebe DE-PS 34 33 363 weist Zähne mit einem geringen Flankenwinkel oder halbkreisförmigen Querschnitt auf. Die Abstützung des Zahnriemens erfolgt mit einer Andrückkufe, die ganz oder teilweise durch Andrückrollen ersetzt sein kann.

Die DE-PS 33 46 615 offenbart ein Umlaufrädergetriebe mit einem doppelt verzahnten Koppelelement, das eine hohe Knickbelastung aufnehmen kann und drückend und ziehend das Drehmoment übertragen kann.

Mehrstufige Umlaufrädergetriebe sind in Maschinenbautechnik 23 (1974) Heft 11, Seite 514 bis 516 beschrieben.

Umlaufrädergetriebe sind als Planetengetriebe mit Stirnradverzahnungen in vielfältigen Ausführungen bekannt. Planetengetriebe haben gegenüber Stirnradgetrieben den Vorteil, kompakt zu bauen und hohe Momente zu übertragen, weil so viel Zahnflanken tragen wie Planetenräder im Gegenrad in Eingriff sind. Trotzdem ist eine spielarme Ausführung wegen der notwendig hohen Fertigungsqualität aller Getriebeteile sehr kostenintensiv.

Zahnriemenantriebe sind als Umschlingungsgetriebe hinreichend bekannt, haben sich bewährt und werden zunehmend eingesetzt. Verschleißarmut und Festigkeit der Materialien werden ständig erhöht und eröffnen weitere Anwendungsfälle, zu denen diese Erfindung zählt.

An die Leistungsfähigkeit, Spielarmut, Genauigkeit, Dämpfung und von Getrieben bei hochdynamischen Antrieben für Vorschubachsen, Spindelantriebe, Schwenkachsen, Gelenkarme, Trommelantriebe, Radantriebe z.Bsp. in Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen, Robotern, Holzverarbeitungsmaschinen, Förderanlagen werden höchste Ansprüche gestellt, da bei zunehmend schnelleren Bewegungsabläufen mit CNC-Steuerungen, durch Servomotore angetrieben, die reduzierten Massen idealerweise klein sein müssen, spielarm beschleunigt und abgebremst, sowie dabei in der Bewegungsrichtung ohne Stop umgekehrt werden.

Geringe Dämpfung und Spiel in dem Motor nachgeschalteten Elementen verursachen vorzeitigen Verschleiß der Maschinenteile und beeinflussen extrem ungünstig die Aufgabe der Maschine und deren Leistungsfähigkeit. Insbesondere sei auch auf Simultanbewegungen beim Interpolieren von Achsen hingewiesen, wo das Spiel zu unterdrücken höchsten Aufwand bedeutet.

In bekannten Anwendungen werden aufwendig mechanisch bearbeitete, warmbehandelte und feinbearbeitete Getriebe-Verzahnungskomponenten eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umlaufrädergetriebe mit Zahnriemen zum spielarmen Untersetzen einer Antriebsdrehbewegung auf eine Abtriebswelle zu schaffen, mit der Vorschubachsen, Spindeln, Gelenkarme oder andere anzutreibende und zu positionierende Elemente spielarm und schlupffrei bei großer Einstellgenauigkeit angetrieben werden können, wobei das Umlaufrädergetriebe servicefreundlich sein und ohne Schmieröl betrieben werden soll.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch das Getriebe der Erfindung wird mit angemessenem Aufwand hohe Leistungsfähigkeit und Präzision erzielt.

Kunststoffzahnriemen werden hinsichtlich Zahnform und Teilung mit großer Genauigkeit hergestellt, sind sehr flexibel, verschleißfest und haben einen hohen Wirkungsgrad. Sie werden für Synchronantriebe endlos, mit hochfesten Zugfasern integriert, hergestellt.

Wie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt, ist der Zahnriemen im Bereich A im formschlüssigen Eingriff mit dem Antriebsrad 10 und im Bereich B kraftschlüssig mit seinem Rücken an den Umlenkrollen 8 anliegend.

Der Bereich C ist frei und dient vorteilhaft als Dämpfungsstrecke, mit der das Getriebe im Rahmen der Riemenelastizität abgedämpft wird.

Im Bereich D ist der Zahnriemen über mehrere Zähne formschlüssig bei Null-Spiel im Eingriff mit dem äußeren Zentralrad 2 des Getriebegehäuses 1.

Jede Stoßbelastung im Rahmen der zulässigen Riemenzugkraft wird nach Abnehmen derselben ausgeglichen und es stellt sich die winkelgenaue Position der Getriebewellen ein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren erläutert, es zeigt:

Fig. 1 Umlaufrädergetriebe mit Wälz-Stützlager und Zahnriemen in Ansicht antriebsseitig.

Fig. 2 zweistufiges Umlaufrädergetriebe im Schnitt als Kombination zweier Getriebe mit Zahnriemen.

Das in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Umlaufrädergetriebe entspricht der ersten Getriebestufe (Stufe 1) des in Fig. 2 dargestellten zweistufigen Umlaufrädergetriebes. Das Getriebe nach Fig. 1 bzw. die Stufe 1 gemäß Fig. 2 besteht aus einem Getriebegehäuse 1 aus Aluminium, in dem eine Innenverzahnung 2 als Einsatz aus Reaktionsharz vorgesehen ist, der von einem mit seiner Verzahnung außen liegenden Zahnriemen mit Teilung 5 mm und Zähnezahl 80 abgeformt wurde.

Ein Umlaufträger 3 mit Abtriebswelle aus Stahl - ähnlich einem Planetenträger ist außen durch ein Rillenkugellager im Getriebegehäuse gelagert und radial innen über ein Nadellager 5 mit einer Antriebswelle 12 in Kontakt.

Ein Synchronzahnriemen 6 aus Kunststoff mit hochfesten Zugsträngen, gleichen Typs wie die abgeformte Innenverzahnung 2, mit Breite 16 mm umschlingt zwei Umlenkrollen 8 aus Stahl, die durch Rillenkugellager gelagert, sowie mit einer Scheibe aus Stahl und einer Zylinderschraube am Umlaufträger 3 maßhaltig befestigt sind.

Auf die Antriebswelle 12 aus Stahl ist Antriebsrad 10 geklebt. Die Antriebswelle 12 ist einerseits im Umlaufträger 3 mit Nadellager 5 und andererseits mit einem Rillenkugellager 11 im Deckel 13 aus Aluminium gelagert, der mit dem Getriebegehäuse 1 mittels Zylinderschrauben 17 verschraubt ist.

Sicherungsringe sichern die Lager zwischen dem Umlaufträger 3 und dem Gehäuse 1 sowie der Antriebswelle 12.

Durch die gewählte Anordnung der Umlenkrollen 8 unterhalb der Getriebemitte kann das Antriebsrad 10 mit kleinen Zähnezahlen (min. 10) eingebaut werden, trotzdem ist der Umschlingungsbereich A ausreichend dimensioniert.

Der Zahnriemen 6 wird im Bereich D von einem Wälzlager-Stützlager 20 umgelenkt und gestützt, wobei der Zahnriemen 6 auf einem Gurt 21 liegt, den er mitnimmt. Der Gurt 21 aus Polyestergewebe wird von Rollkörpern 22, die aus Keramik geschliffen sind, wälzgelagert und hat keine Vorspannung, damit die lose aneinander liegenden Rollkörper 22 frei abrollen können, nach dem bekannten Prinzip der Rollenumlaufschuhe bei Linearführungselementen.

Die Rollkörper 22 rollen auf einem Wälzgrundkörper 23 aus Polyamid, dessen Radius genau nach der Innenverzahnung 2 gefräst ist.

Im unteren, gerade verlaufenden Leertrum des Gurtes 21 ist eine Gleitleiste 24 aus Polyamid vorgesehen, damit sich die Rollkörper 22 im Rücklauf bei hohen Drehzahlen nicht übereinander schieben.

Positionsliste

 1 Getriebegehäuse
 2 Innenverzahnung-Einsatz
 3 Umlaufträger
 5 Nadellager
 6 Synchron- Zahnriemen
 8 Umlenkrollen
10 Antriebsrad
11 Rillenkugellager
12 Antriebswelle
13 Deckel
17 Zylinderschraube
20 Wälz-Stützlager
21 Gurt
22 Rollkörper
23 Wälzgrundkörper
24 Gleitleiste

Claims (5)

1. Umlaufrädergetriebe mit einem außenverzahnten inneren Zentralrad (10) als Antriebsglied, einem dazu koaxial angeordneten innenverzahnten äußeren Zentralrad (2) und einem Träger (3), der über Umlenkrollen (8) einen mit dem inneren und dem äußeren Zentralrad (10, 2) ständig kämmenden endlosen Zahnriemen (6) trägt, wobei das äußere Zentralrad (2) oder der Träger (3) als Abtriebsglied wirken, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (6) durch ein Wälz-Stützlager (20) umgelenkt und über einen Bereich D mehrerer Zähne formschlüssig ohne Spiel im Eingriff mit der Innenverzahnung des äußeren Zentralrades (2) gehalten wird, wobei das Wälz-Stützlager (20) den Zahnriemen mittels eines Gurtes (21) aus Polyestergewebe abstützt, der ohne Vorspannung von lose aneinander liegenden, auf einem Wälzgrundkörper (23) abrollenden Rollkörpern (22) aus Keramik gelagert wird und dessen gerade verlaufendes Leertrum zur Halterung der Rollkörper (22) durch eine Gleitleiste (24) aus Polyamid abgestützt wird und daß der Zahnriemen (6) auf seiner nicht verzahnten Rückseite zwei Umlenkrollen (8) kraftschlüssig zum Teil umschlingt, die auf der dem Wälz-Stützlager (20) abgewandten Seite des inneren Zentralrades (10) angeordnet sind und eine ausreichende Umschlingung des inneren Zentralrades (10) bewirken.

2. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Zahnriemens (6) einen kleinen Flankenwinkel aufweisen.

3. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung des äußeren Zentralrades (2) zu ihrer Herstellung von einem Außenzahnriemen mittels Zweikomponenten-Kunststoff ohne Spiel abgeformt wird.

4. Umlaufrädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung des äußeren Zentralrades (2) als eingesetztes und verdrehsicher fixiertes Zahnrad aus Kunststoff, oder Metall eingebaut ist.

5. Umlaufrädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufrädergetriebe als erste Stufe eines mehrstufigen Getriebes verwendet wird.