DE4038555A1 - Untersetzungsgetriebe mit flexiblen huelsenrad und abtriebs-kuppelstegen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf ein Untersetzungsgetriebe gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1. angegebenen Merkmalen.

Getriebe mit dem Prinzip eines flexiblen Rades welches in einem Hohlrad umläuft sind als Spannungswellen-Getriebe nach Pat.-Nr. 29 44 123 F 16 H 25/06, Planetengetriebe nach DE 37 38 521 C1 und Fabrikat Harmonic Drive-System bekannt. Der Abtrieb erfolgt nach unterschiedlichen Lösungen, einerseits mit einem Hohlrad gleicher Zähnezahl des flexiblen Rades, oder mit einem Sonnenrad innerhalb des flexiblen Rades auch mit gleicher Zähnezahl, oder aber mit einem topfförmigen flexiblen Rad mit Abtrieb am Flansch des Topfes.

Diese bisher bekannten Vorschläge haben den Nachteil, daß das flexible Rad um die Verzahnung des Abtriebsrades oder durch eine Topfbildung länger sein muß und damit eine hohe Verform­ arbeit im Betrieb notwendig ist.

Bei Abtrieb über ein Sonnenrad ist der Zahneingriff 90 Grad versetzt zum flexiblen Rad und muß zusätzlich abgestützt werden damit das System nicht überlastet wird.

Die Herstellung paariger Verzahnungen ist teuer, um so mehr wenn Spielreduzierung gefordert wird.

Das gleiche gilt für die bekannte Topfform mit der notwendigen Beulfestigkeit bei dünner Wandung.

Eine den Anforderungen angepaßte kostengünstige Werkstoffwahl z. B. faserverstärkte Hochleistungskunststoffe angeformt oder Synchron-Zahnriemeneinsatz ist bei bekannten Lösungen nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Untersetzungsgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei der das Getriebe mit folgenden Vorteilen versehen ist, wie einen axialen Abtrieb, der weder verspannt noch verzogen wird und auch keine zusätzliche umlaufende Verzahnung - außen oder innen - notwendig macht, die zwangsläufig nicht spielfrei ist.
Als Getriebe-Einbausatz die Triebglieder steckbar zu gestalten.
Die Abtriebsmomente mit mehreren Flanken mittels Flächenbelastung auf eine stabile Kupplungsscheibe zu übertragen.
Die Verform- und Beularbeit zu reduzieren durch eine kurze Verformhülse als Hülsenrad, mit ihrer Verzahnung abgestimmt auf die Breite der Hohlradverzahnung, nach der das Getriebe ausgelegt wird.
Durch eine auf den Getriebe-Verwendungszweck abgestimmte Werkstoffwahl der Verzahnungen erhält man ein preiswertes hochuntersetzendes Getriebe mit Verzahnungen aus FVK oder mit Synchronzahnriemen.

Lösung der Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierdurch ergibt sich ein Untersetzungsgetriebe einfacher Konstruktion mit wenig Bauteilen kompakter Ausführung, dessen Bausatz als Wellengetriebe, Hohlwellengetriebe, Nabengetriebe im Maschinenbau, Gerätebau, Automationstechnik, Fahrzeugbaug wirtschaftlich Verwendung findet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch das Getriebe,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt in Ebene von Fig. 1 mit Rillenlager,

Fig. 3 einen Querschnitt in Ebene A-A,

Fig. 4 einen Querschnitt in Ebene B-B,

Fig. 5 einen Schnitt in Ebene von Fig. 1 mit Exzenterscheiben.

Das dargestellte Getriebe untersetzt eine Eingangsdrehzahl, indem nach dem bekannten Prinzip ein flexibles außenverzahntes Hülsenrad (2) in einem Hohlrad (1) umläuft, weil eine Nockenscheibe (3) mit 2 Hochpunkten auf 180 Grad gegenüberliegend die Verzahnungen vom Zentrum nach außen ineinanderschiebt, dabei wird das Hülsenrad (2) radial verformt, indem ein Wälzlager (5) reibungsarm umläuft, bei hohen Drehzahlen als Spezial-Dünnring-Rillenkugellager. Alternativ zu dieser bekannten Lösung wird mittels eines Doppelexzenters (10), Rillenlager (11) und Scheiben (12) das Hülsenrad (2) radial verformt, womit das Rollmoment der Lager durch den damit kleineren Umlaufdurchmesser reduziert wird. Das Hülsenrad (2) besitzt, gleichmäßig am Umfang aufgeteilt, Kupplungsstege (6), die in Nuten der Abtriebs-Kuppelscheibe (4) greifen. Diese Nuten sind breiter als die Kuppelstege (6), und zwar um das Maß wie das Hülsenrad (2) radial verformt wird beim Umlauf der Nockenscheibe (3). Die Verformung radial entspricht tangential ein Verschieben der Kuppelstege (6), im Bereich (X) eines jeden Quadranten liegen die Stege an den Nuten der Kupplungsscheibe (4) flächig an und übertragen die Umfangskräfte. Der Getriebeabtrieb kann durch die Nutenbreite gewollt mit Spiel, spielarm, spielfrei oder mit Vorspannung eingestellt werden. Die Kuppelstege (6) können auch als Bolzen ausgeführt werden, jedoch übertragen Bolzen wesentlich geringere Umfangskräfte als Stege, deren Breite für die Berechnung des Widerstandsmoments ins Quadrat geht, damit erhält man mit der vorgeschlagenen Lösung eine hohe Steifigkeit und Momentenübertragbarkeit, deren Werte den von Planeten-Rädergetrieben im Abtrieb entsprechen. Das Hülsenrad (2) kann ganzteilig aus Stahl oder als Hybrid-Teil konzipiert werden, indem der Grundkörper (2.1) und den damit verbundenen Kupplungsstegen (6) aus Stahl besteht, die Verzahnung angeformt wird mit faserverstärktem Kunststoff, oder dafür ein geeigneter Synchronzahnriemen direkt auf den Grundkörper (2.1) aufgezogen wird, ganz auf den vorgesehenen Verwendungszweck und Preis des Getriebe-Bausatzes abgestimmt. Die Zahl der Kupplungsstege (6) beträgt als gerade Zahl ca. 1/3 der Außenverzahnungs-Zähne des Hülsenrades (2). Als Verzahnung ist vorteilhaft eine flache, trapezförmige oder spitze Zahnform mit geringer Teilung, um den Getriebedurchmesser klein zu halten.

Claims (7)

1. Untersetzungsgetriebe, insbesondere für hohe Untersetzung einer Motordrehzahl, zum Einstellen von genauen Stellpositionen im Maschinen-, Geräte- und Automationsmittelbau mit koaxialem An- und Abtrieb, wobei ein flexibles außenverzahntes Hülsenrad in schmaler Bauform mit einseitigen Abtriebsstegen mit diesen in Nuten einer Abtriebs-Kuppelscheibe im Eingriff ist und die Kuppelscheibe mit jeder Umdrehung der Antriebs-Nockenscheibe über ein Wälzlager, entsprechend der Zähnezahlendifferenz eines innenverzahnten Hohlrades zum Hülsenrad, kontinuierlich untersetzt weitertreibt, dadurch gekennzeichnet, daß das außenverzahnte Hülsenrad (2) mit seiner Verzahnung nicht breiter ist als die der Innenverzahnung des Hohlrades (1), in die es durch die Nockenscheibe (3) über das Wälzlager (5) in 2 um 180 Grad versetzten Zahnsegmenten im Eingriff steht, weil die Zähnezahl des Hülsenrades (2) um mindestens 2 kleiner ist als die des Hohlrades (1).

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenrad (2) einseitig, axial am Umfang Kupplungsstege (6) aufweist, die in Nuten der Kupplungsscheibe (4) greifen, wobei die parallele Nutenbreite sich geometrisch ergibt aus dem Verformhub des Hülsenrades (2) mit Berücksichtigung einer Vorspannung oder eines Spiels.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenrad (2) anstelle aus Vollstahl mit seinem Grundkörper (2.1) aus Stahl und die Verzahnung abgeformt wird aus faserverstärktem, hochfestem Kunststoff (GFK, CFK), wobei der Grundkörper (2.1) außen Ausnehmungen (2.2) besitzt, die mit der Verzahnung mit ausgeformt werden.

4. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Grundkörper des Hülsenrades (2) ein Synchronzahnriemen aufgezogen werden kann mit geeigneter Teilung und Verzahnungsgeometrie.

5. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenübertragung von dem Hülsenrad (2) auf die Kupplungsscheibe (4) durch mindestens 4 ständig im Eingriff befindlichen Kupplungsstegen (6) erfolgt, indem immer 2 Flanken in positiver und negativer Drehrichtung flächig die Kräfte übertragen.

6. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenrad (2) innen und die Nockenscheibe (3) außen gleichzeitig die Ausbildung als Lageraußen- und Lagerinnenring haben.

7. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Wälzlagers (5) und Nockenscheibe (3) zwei über Exzenter (10) und Rillenlager (11) angeordnete Scheiben (12) das Hülsenrad (2) radial in die Hohlradverzahnung verschieben.