DE60102453T2

DE60102453T2 - Exzentergetriebe

Info

Publication number: DE60102453T2
Application number: DE60102453T
Authority: DE
Inventors: Ulf Rilbe
Original assignee: Scandrive Control AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: AU2001232510A1; EP1257750B1; SE515763C2; US6743137B2; SE0000571L; US20030022750A1; SE0000571D0; EP1257750A1; WO2001063147A1; ATE262653T1; DE60102453D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Exzentergetriebe zum Bereitstellen einer Drehzahldifferenz zwischen zwei Maschinenelementen in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und bei diesem Getriebe, das aus der WO-A-97/26467 bekannt ist, legt das zweite Paar von miteinander zusammenwirkenden Zahnrädern eine Zahnradverbindung fest.
Stand der Technik
Im Vergleich zu Planetengetrieben weisen Exzentergetriebe mehrere grundsätzliche Vorteile auf. Exzentergetriebe ermöglichen vor allem eine starke Drehzahländerung in einem einzigen Schritt und gleichzeitig, weil sie servotechnisch günstige Eigenschaften aufweisen, wie etwa ein begrenztes Spiel, eine große Torsionssteifigkeit sowie ein geringes Trägheitsmoment der Eingangswelle des Getriebes. Unterschiedliche Formen von Exzentergetrieben sind bislang bekannt, beispielsweise aus der EP 345276 (SE 8700291-1) und der US 5269202 (vermarktet unter der Marke HARMONIC DRIVE). Weitere Exzentergetriebe sind kommerziell erhältlich unter der Marke CYCLO DRIVE. Diese bislang bekannten Konstruktionen erlauben üblicherweise Übersetzungsverhältnisse in einem Bereich von etwa 10:1 bis ungefähr 250:1.
Die bislang bekannten Untersetzungsgetriebe vom Exzentertyp sind jedoch mit Problemen und Nachteilen behaftet. Unter anderem ist eine große Anzahl von Zähnen auf den eindringfähi gen und eindringbaren Zahnradrändern bzw. Zahnkränzen (Zahnkranz wird vorliegend als Zahnradrand bezeichnet) des Zahnrads bei starken Drehzahländerungen erforderlich, was mit sich bringt, dass die Zähne unvermeidlich klein werden, wodurch das Leistungsvermögen der Getriebe bzw. Zahnräder begrenzt ist und Herstellungsprobleme vermehrt werden. Als Beispiel wird bemerkt, dass Getriebe des Typs HARMONIC DRIVE ungefähr 500 Zähne für ein Übersetzungsverhältnis von 250:1 erfordern, während andere Konstruktionen mit weniger Zähnen gebildet werden können, beispielsweise bis hinunter zu etwa 250 Zähnen. Ein weiteres Problem, das für mehrere bislang bekannte Exzentergetriebe allgemein zutrifft, ist die so genannte "Transmitter"-Funktion, d. h., die Notwendigkeit für eine spezielle Einrichtung zum Unterbinden der Exzenterbewegung zwischen dem exzentrisch arbeitenden Zahnradrand und der Abtriebswelle des Getriebes. Vorschläge für Lösungen dieses Problems finden sich beispielsweise in folgenden Patenten: EP 594549 (SE 9203101-2) und EP 791147 (SE 9404154-8). Belastbarkeitsprobleme, Reibungsverluste und Winkelspiel, die im Laufe der Zeit zunehmen, charakterisieren jedoch die Konstruktionen in Übereinstimmung mit den zuletzt genannten Patenten, wobei die Einrichtung zum Unterbinden der Exzenterbewegung zwischen dem Zahnradrand und der Abtriebswelle dazu neigt, das Leistungsvermögen der Getriebe innerhalb gegebener Abmessungen zu begrenzen. Außerdem trägt diese Einrichtung mit beträchtlichem Ausmaß zu den gesamten Herstellungskosten der Getriebe bei.
Aufgaben und Merkmale der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten Nachteile bislang bekannter Exzentergetriebe zu vermeiden und ein verbessertes Exzentergetriebe bereit zu stel len. Eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Exzentergetriebe zu schaffen, das mit wenigen einfachen Komponenten sehr große Übersetzungsverhältnisse erlaubt, während eine vergleichsweise begrenzte Anzahl von Zähnen in den miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern verwendet werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Exzentergetriebe zu schaffen, dessen Drehzahländerung in einfacher und flexibler Weise innerhalb eines großen Spektrums von Übersetzungsverhältnissen gewählt werden kann, und zwar von sehr mäßigen Übersetzungsverhältnissen (beispielsweise in der Größenordnung von 10:1) bis zu extrem hohen Drehzahländerungen (in der Größenordnung von 30000:1 und mehr). Durch konstruktive Einfachheit sollte das Getriebe außerdem unter geringen Kosten in effektiver Weise produktiv herstellbar sein können.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird zumindest die primäre Aufgabe durch die Merkmale gelöst, die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 festgelegt sind. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Exzentergetriebes sind außerdem in den Unteransprüchen festgelegt.
Kurze Beschreibung der anliegenden Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Exzentergetriebes,
2 einen Querschnitt A–A in 1,
3 ein Kurvendiagramm unter Illustration geeigneter Exzentrizitätswerte der Exzenterzahnradränder des Getriebes für unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse,
4 einen Längsschnitt unter Darstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes, und
5 einen ähnlichen Längsschnitt unter Illustration einer dritten alternativen Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 allgemein ein Exzentergetriebe, das in Übereinstimmung mit der Erfindung ausgebildet ist, während die Bezugsziffer 2 ein Bezugselement bezeichnet, in dem das Exzentergetriebe angebracht ist. In dem Beispiel handelt es sich bei dem Bezugselement 2, d. h., bei einem stationären Element, um ein solches, das räumlich stationär ist und in einem feststehenden Maschinenständer enthalten ist. Es soll jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Bezugsziffer 2 in zahlreichen praktischen Ausführungsformen vorliegen kann, auch in drehbarer Ausführungsform. Außerdem bezeichnen in 1 die Bezugsziffern 3, 4 zwei drehbare Maschinenelemente, die in dem Beispiel aus Wellen bestehen. Mehr im Einzelnen besteht das Element 3 aus einem kurzen Wellenelement, das von einer externen Kraftquelle 5 in Drehung versetzbar ist und im Beispiel aus einem Motor besteht. Möglich sind jedoch auch externe Kraftquellen. In dem Getriebe bildet die Welle 3 eine Eingangswelle bzw. eine Antriebswelle, während die zweite Welle 4 eine Ausgangswelle bzw. eine Abtriebswelle bildet. Die beiden Wellen 3, 4 sind um eine gemeinsame geometrische Symmetrieachse C drehbar. An dem von dem Getriebe 1 beabstandeten (nicht gezeigten) Ende ist die Abtriebswelle 4 in geeigneten Lagern angebracht.
Charakteristisch für die Erfindung ist, dass das Getriebe 1 nicht nur ein, sondern zwei Paare von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern aufweist, d. h. ein erstes Paar von Zahnradrändern 6, 7, die in unmittelbarer Nähe des Bezugselements 2 zu liegen kommen, und ein zweites Paar von Zahnradrändern 8, 9, die axial getrennt von dem ersten Paar von Zahnradrändern vorliegen. In einer für Exzentergetriebe üblicherweise charakteristischen Art umfasst das erste Paar von Zahnradrändern einen eindringfähigen Zahnradrand 6 mit nach außen weisenden Zähnen, die normalerweise als externe Zähne bezeichnet werden, sowie einen eindringbaren Zahnradrand 7 mit einwärts weisenden Zähnen, die normalerweise als interne Zähne bezeichnet werden, wobei der eindringfähige Zahnradrand 6 in dem Beispiel in Bezug auf die Symmetrieachse C exzentrisch verläuft, während der eindringbaren Zahnradrand 7 konzentrisch zur Symmetrieachse C verläuft. In analoger Weise umfasst das zweite Paar von Zahnradrändern einen exzentrischen eindringfähigen Zahnradrand 8 mit nach außen weisenden Zähnen und einen konzentrischen eindringbaren Zahnradrand 9 mit einwärts weisenden Zähnen. In beiden Fällen weist der eindringbare Zahnradrand (7 bzw. 9) einen größeren Durchmesser auf als der zugehörige eindringfähige Zahnradrand (6 bzw. 8), um den Eingriff von lediglich einem oder wenigen der Zähne des eindringfähigen Zahnradrands in den eindringbaren Zahnradrand zu ermöglichen. In für herkömmliche Exzentergetriebe charakteristischer Weise ist einer der Zahnradränder in jedem Paar, d. h., der eindringfähige Zahnradrand 6 bzw. 8 so angeordnet bzw. dazu ausgelegt, während des Betriebs am anderen (7 bis 9) abzurollen.
In dem Beispiel sind die Zahnradränder 6 und 8 in dem Sinne homolog, dass sie beide aus eindringfähigen Zahnradrändern mit auswärts weisenden Zähnen bestehen, während die Zahnrad ränder 7 und 9 derart homolog sind, dass sie beide aus eindringbaren Zahnradrändern mit einwärts weisenden Zähnen bestehen.
In Übereinstimmung mit dem Prinzip der Erfindung ist ein einzelner Zahnradrand in einem der Paare von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern mit dem homologen Zahnradrand in dem anderen Paar starr verbunden. In dem Beispiel sind die eindringfähigen Zahnradränder 6 und 8 steif miteinander verbunden, indem sie auf einer gemeinsamen Buchse 10 gebildet sind, während die eindringbaren Zahnradränder 7 und 9 relativ zueinander drehbar sind. Die beiden eindringbaren Zahnradränder 7, 9 sind jeweils auf der Innenseite von Kappenteilen 11, 12 gebildet, die gemeinsam eine Außenkappe bilden, die die lebenswichtigen Teile des Getriebes enthält. Von diesen Kappenteilen ist das zuerst genannte starr mit dem Bezugselement 2, beispielsweise über eine Schnecken- bzw. Spindelverbindung 13 verbunden, während das zweite starr mit der Abtriebswelle 4 beispielsweise über eine Schnecken- bzw. Spindelverbindung 14 verbunden ist.
Die Eingangswelle 3 ist in Bezug auf die beiden Kappenteile 11, 12 bevorzugt über Kugellager 15, 16, 17 gelagert, wie beispielhaft in 1 dargestellt.
Die beiden eindringbaren Zahnradränder 7, 9 verlaufen konzentrisch zur Symmetrieachse C. Um die notwendige Exzenterbewegung der beiden eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 bereit zu stellen, ist die Eingangswelle 3 mit einem Exzenterkörper gebildet. In dem Beispiel weist dieser Körper die Form eines zylindrischen Materialabschnitts 18 auf, der mit dem Rest der Welle integriert ist und sich exzentrisch in Bezug auf die Symmetrieachse C erstreckt, genauer gesagt zwischen zwei Wel lenendabschnitten, die zylindrisch und konzentrisch zur Symmetrieachse C verlaufen. Eine geometrische Mittenachse X, die konzentrisch zur Hüllfläche des Exzenterkörpers 18 verläuft, erstreckt sich unter einem bestimmten begrenzten Winkel (beispielsweise 0,1 – 1°) zur Symmetrieachse C. Die Buchse 10 mit den eindringfähigen Zahnradrändern 6, 8 ist in Bezug auf den Exzenterkörper 18 durch Lager 19, 20 beispielsweise in Form von Kugellagern gelagert (siehe auch 2). Die Buchse weist eine zylindrische Grundform auf und die eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 verlaufen konzentrisch zur Exzenterachse X. Es wird bemerkt, dass die Exzentrizität der eindringfähigen Zahnradränder und der Buchse 10 auch mittels voneinander beabstandeter ringförmiger exzentrischer Abschnitte auf der Welle 3 anstelle durch den kontinuierlichen zylindrischen Exzenterkörper 18 bereitgestellt werden kann.
Die Exzenterachse X erstreckt sich von einem Schnittpunkt P, der entlang der Symmetrieachse C angeordnet ist, welcher Punkt unter einer bestimmten Distanz von dem eindringfähigen Zahnradrand 8 zu liegen kommt, genauer gesagt außerhalb, und unter einer größeren Distanz von dem eindringfähigen Zahnradrand 6. Dies bedeutet, dass die Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 8 in dem Beispiel kleiner als die Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 6 ist. Es wird jedoch hervorgehoben, dass die Exzenterachse X in entgegengesetzter Weise in Bezug auf das gekippt ist, was in 1 gezeigt ist, d. h., mit dem Punkt P im linken Teil der Eingangswelle 3 liegend, wobei die Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 8 größer wird als die Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 6. In dem in 1 gezeigten Fall kommt die Drehrichtung der Ausgangswelle 4 entgegengesetzt zur Drehrichtung der Eingangswelle 3 zu liegen. Wenn im zweiten Fall der Schnittpunkt P im linken Teil der Eingangs welle zu liegen kommt, behalten die Wellen 3 und 4 dieselbe Drehrichtung, d. h., die Welle 4 führt eine Co-Rotation aus.
Die Zähne des Zahnradrands können vorteilhafterweise so gebildet sein, wie in der EP 717819 (SE 9302907-2) erläutert, wobei Kontaktpunkte zwischen einzelnen Zähnen sich spiralförmig entlang den Zahnradrändern erstrecken und eine gleichmäßige sowie leise Kraftübertragung zwischen den Zähnen gewährleisten. Außerdem wird bemerkt, dass die eindringfähigen Zahnradränder sowie die eindringbaren Zahnradränder mit unterschiedlichen rotationssymmetrischen Grundformen versehen werden können, beispielsweise mit einer zylindrischen Grundform oder einer konischen Grundform.
Funktion des erfindungsgemäßen Getriebes
Nachfolgend ist die Anzahl von Zähnen in den eindringfähigen Zahnradrändern 6, 8 mit Z₆ bzw. Z₈ bezeichnet, während die Anzahl von Zähnen der eindringbaren Zahnradränder mit Z₇ bzw. Z₉ bezeichnet ist. Die Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 6 in Bezug auf die Symmetrieachse C ist außerdem mit e₁ bezeichnet und die entsprechende Exzentrizität des eindringfähigen Zahnradrands 8 ist mit e₂ bezeichnet.
Der Einfachheit halber wird angenommen, dass das Bezugselement 2 feststeht und unbeweglich ist. Wenn das Bezugselement aus einem Drehelement besteht, kann jedoch die Drehzahl des Bezugselements in einfacher Weise anderen Drehzahlen aufgeprägt werden, wie nachfolgend ausgeführt, und vollständig universelle Beziehungen erreichen.
Der Motor bzw. die Kraftquelle 5 verleiht der Welle 3 eine bestimmte Drehzahl ω_s. Hierbei wird der eindringfähige Zahn radrand 6 zwangsweise auf den eindringbaren Zahnradrand 7 abgerollt, während gleichzeitig der eindringfähige Zahnradrand 8 am eindringbaren Zahnradrand abrollt. In bereits bekannter Weise (siehe beispielsweise EP 345276 und EP 717819 ) erzielen die Zahnrad- bzw. Getriebebuchse 10 und die eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 eine Drehzahl ω₈ in Übereinstimmung mit folgender Formel: ω8 = –ωs /i, wobei i = Z6 / (Z7 – Z6) (a)oder nach Aufprägen einer erhaltenen Drehzahl ω₁ des Bezugselements 2 allgemeiner: ω8 – ω1 = – (ω9 – ω1) /i, was vereinfacht werden kann zu: ω8 = ω1 * (i+1) /i – ωs /i (b)
Analog wird die nachfolgende Gleichung erhalten, um die Drehzahl ω₉ der Ausgangswelle zu beschreiben: ω8 = –ω9 * (j+1) /j – ωs /j, wobei j = Z8 / (Z9 – Z8) (c)
Nach Eliminierung von ω₈ aus den Gleichungen (b) und (c) wird die folgende Beziehung erhalten: ω9 = ω1 *j* (i+1) /i/ (j+1) + ωs * (i-j) /i/j (d)
Durch geeignete Wahl der Parameter i und j, d. h., durch geeignete Kombinationen der Anzahl von Zähnen Z₆ – Z₉ kann ein großes Spektrum unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse erreicht werden. In der nachfolgenden Tabelle ist eine Aus wahl möglicher Kombinationen aufgeführt, die sämtliche auf der Annahme beruhen, dass ω₁ = 0, d. h., dass das Bezugselement 2 stationär bzw. feststehend ist.
Aus der vorstehend angeführten Tabelle geht hervor, dass es, ohne auf eine sehr große Anzahl von Zähnen in den jeweiligen Zahnradrändern zurückzugreifen (die zwischen ungefähr 50 und ungefähr 180 variieren kann), möglich ist, Übersetzungsverhältnisse in einem Bereich von 10:1 bis 32.000:1 praktisch frei zu wählen, genauer gesagt durch eine Konstruktion, die eine sehr kleine Anzahl von Komponenten enthält, die ihrerseits einfach herstellbar sind, wodurch niedrige Herstellungskosten gewährleistet sind.
Die vorstehend angeführten Beispiele 1 – 21 betreffen die Ausführungsformen in Übereinstimmung mit 1 und 4, wobei die Ausgangswelle 4 sich in entgegengesetzter Richtung dreht. Das Beispiel 22 hingegen betrifft eine mögliche Ausführungsform, in Übereinstimmung mit der sich die Ausgangswelle 4 in derselben Richtung dreht.
Wenn ein Getriebe aus einer gewählten Parameterkombination im Einzelnen erstellt werden soll, ist der Konstrukteur mit dem Problem konfrontiert, Zahnkombinationen zu generieren, die auf ein und derselben Exzenterwelle kombinierbar sind. Wenn eine Anzahl von Zahnparameterkombinationen in Übereinstimmung mit der vorstehend angeführten Tabelle außerdem untersucht wird, stellt sich heraus, dass eine offensichtliche Verbindung zwischen dem Exzentrizitätswert "e" in Bezug auf den Teilungsdurchmesser der Zahnradränder und dem erwünschten Übersetzungsverhältnis besteht. Wie aus 3 hervorgeht, können praktisch einsetzbare Zahnlösungen nur innerhalb eines relativ engen Bandes entlang einer "Ideallinie" 21 in Übereinstimmung mit der vorstehend genannten EP 345276 synthetisiert werden. In 3 ist der Relativwert e/D × 1000 entlang der Y-Achse aufgetragen, wobei D der Durchmesser des Zahnradrandes ist, während die Werte des Übersetzungsverhältnisses i und j jeweils auf der X-Achse aufgetragen sind.
In der bevorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung mit 1 ist der Exzenterkörper 18, wie vorstehend ausgeführt, nicht nur allgemein exzentrisch in Bezug auf die eindringbaren Zahnradränder 7, 9, die konzentrisch zur Symmetrieachse C verlaufen, sondern er verläuft außerdem schräg zur Exzenterachse X in Bezug auf die Symmetrieachse C. In dieser Weise wird ein großer Freiheitsgrad bezüglich der Wahl unterschiedlicher Exzentrizitätswerte für das miteinander zusammenwirkende Paar von Zahnradrändern 6, 7 bzw. 8, 9 erzielt, was nachfolgend näher erläutert ist.
Wenn mäßig große Übersetzungsverhältnisse erwünscht sind, müssen die Zahnparameter in Übereinstimmung mit der vorstehend genannten Beispielstabelle so gewählt werden, dass die Größen i und j stark unterschiedlich sind; beispielsweise ist j groß und i klein oder umgekehrt. Im Beispiel 14 der Tabelle wird ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis von ungefähr 58:1 erzielt, was ermöglicht wird durch Wählen von i = 44 und j = 179. In Übereinstimmung mit 3 werden die folgenden Werte daraufhin gewählt:

e₁/D₁ innerhalb des Bereichs von 0,0085 – 0,0095 und
e₂/D₂ innerhalb des Bereichs von 0,0025 – 0,0030.

Dies macht die Auslegung der Getriebekonstruktion mit einer Exzenterachse X, die parallel zur Symmetrieachse C verläuft, noch schwieriger und erzwingt die Beziehung D₂ ≅ 3 × D₁.
In 3 sind drei Experimente f₁, f₂, f₃ zur Verwendung derselben Exzentrizität bei gegebenem Durchmesser D der beiden Zahnradränder dargestellt. Sämtliche dieser Experimente führen zu Übersetzungsverhältnisse > 300:1. In zahlreichen praktischen Anwendungen für das erfindungsgemäße Getriebe sind jedoch Übersetzungsverhältnisse innerhalb des Bereichs 40:1 – 150:1 erwünscht, was mit einem Exzenterkörper folglich nicht in die Praxis umsetzbar ist, dessen Mittenachse parallel zur Symmetrieachse C verläuft. Eine hypothetische Möglichkeit, dieses Dilemma zu lösen, würde darin bestehen, dem Paar von Zahnradrändern mit höherem Übersetzungsverhältnis einen beträchtlich kleineren Durchmesser einnehmen zu lassen als das Paar von Zahnradrändern mit kleinerer Getriebe- bzw. Drehzahländerung, wodurch die beiden Verhältnisse e/D sich einander annähern gelassen werden können. In einer derartigen denkbaren Ausführungsform müssen die beiden Paare von Zahnradrändern mit stark unterschiedlichen Durchmessern D hergestellt werden, so dass das Verhältnis e/D ungefähr gleich wird.
Die Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes ist im Wesentlichen bestimmt durch den kleinsten der beiden Durchmesser D derart, dass:
M_out ungefähr proportional zu D² × L ist, wobei L die Zahnbreite ist.
Wenn derart verfahren wird, ist die Außenabmessung des Zahnrads bestimmt durch den größten der beiden D-Werte. Mit anderen Worten sind die Möglichkeiten zum Konstruieren optimaler Getriebe mit Übersetzungsverhältnissen, die kleiner sind als ungefähr 300:1 extrem stark begrenzt, wenn die Exzenterachse X parallel zur Symmetrieachse C ausgerichtet wird.
Wenn der Exzenterkörper 18 jedoch in einer Weise gekippt wird, die in der bevorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung mit 1 gezeigt ist, ergibt sich eine große Freiheit bezüglich der Wahl der Getriebe- bzw. Drehzahländerungen innerhalb eines großen Spektrums, wobei gleichzeitig eine opti male kompakte Konstruktion erzielt wird. Das Getriebe kann daraufhin in der folgenden Weise konstruiert werden:

1) Der größtmögliche Zahnradranddurchmesser für die zwei Paare von Zahnradrändern wird im Hinblick auf Beschränkungen der Außenabmessungen sowie geeigneter Lösungen für das Problem gewählt, die Lager des Getriebes für die in Rede stehende Anwendung zu konstruieren.
2) Die Mittenachse X der eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 bzw. der Buchse 10 ist in Bezug auf die Symmetrieachse C derart gekippt, dass jeder der eindringfähigen Zahnradränder in Übereinstimmung mit 3 ideale Exzentrizität erhält.
3) Die Zahnbreite L, die für die Übertragung des maximalen Drehmoments erforderlich ist, wird ermittelt.
4) Der Außenrand von jedem der Zahnradränder kommt auf der Grenzlinie für mögliche Raten des Parameters e/D in Übereinstimmung mit 3 zu liegen.
5) Von diesen Parametern werden eine geeignete Länge und ein geeigneter Neigungswinkel des Exzenterkörpers 18 gewählt.

Wenn ein großes Übersetzungsverhältnis erwünscht ist, kann das Getriebe mit Paaren von Zahnradrändern gebildet werden, die nahe zueinander zu liegen kommen, während kleine Getriebe- bzw. Drehzahländerungen eine bestimmte Distanz zwischen den Zahnradrändern erfordern. Im zuletzt genannten Fall nimmt die Abmessung des Getriebes in Längsrichtung ein wenig zu; trotz dieser Tatsache wird die Konstruktion jedoch kompakter und weniger kostenaufwendig als im Fall bekannter Exzentergetriebe.
Zusätzliche alternative Ausführungsformen der Erfindung
Nunmehr wird auf 4 Bezug genommen, die eine alternative Ausführungsform eines Getriebes zeigt, dessen Konstruktion weitgehend der Struktur des Getriebes in Übereinstimmung mit 1 entspricht. In diesem Fall ist der Exzenterkörper 18 jedoch derart gebildet, dass die schräge Exzenterachse X die Symmetrieachse C in einem Punkt P schneidet, der zwischen zwei voneinander beabstandeten Radialebenen zu liegen kommt, in denen die eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann der Schnittpunkt P ungefähr auf halber Strecke zwischen den beiden eindringfähigen Zahnradrändern zu liegen kommen.
Außerdem besteht ein bestimmter Unterschied in Bezug auf die Konstruktion der externen Zahnradkappe. In der Ausführungsform in Übereinstimmung mit 1 sind die beiden Kappenteile 11,12 in Bezug aufeinander über ein Lager 22 gelagert, zum Beispiel ein Gleitlager oder ein Querwalzenlager, wobei eine Dichtung 23 in einem Eckenbereich zwischen einem ringförmigen Flansch 24 und einer Schulterfläche 25 auf dem Kappenteil 12 angeordnet ist.
In der Ausführungsform in Übereinstimmung mit 4 sind jedoch zwei Lager 22 zwischen den Kappenteilen 11 und 12 angeordnet und der Kappenteil 11 ist derart gebildet, dass er den Kappenteil 12 enthält. Die Dichtung 23 ist an einem freien Ende des Kappenteils 11 außerhalb einer Endwand 26 des Kappenteils 12 angeordnet.
In 5 ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, die gewissermaßen "invers" in Bezug auf die Ausführungsformen von 1 und 4 ist. In diesem Fall sind demnach die beiden eindringfähigen Zahnradränder 6, 8 konzentrisch zur Symmetrieachse C für die beiden drehbaren Maschinenelemente bzw. Wellen 3 und 4, während die eindringbaren Zahnradräder 7, 9 exzentrisch in Bezug auf die Symmetrieachse verlaufen. Genauer gesagt sind die eindringbaren Zahnradränder 7, 9 auf der Innenseite eines rohrförmigen Körpers 11' gebildet, der an gegenüberliegenden Enden über Lager 27, 28 drehbar gelagert ist. Genauer gesagt ist eines der Enden des Rohrkörpers 11' auf der Eingangswelle 3 über das Lager 27 gelagert, während das gegenüberliegende Ende über das Lager 28 auf der Außenseite einer feststehenden bzw. stationären Buchse 29 gelagert ist, die an einem Innenende einen Flansch 30 aufweist, auf dem der eindringfähige Zahnradrand 8 gebildet ist. Am Innenende weist die Ausgangswelle 4 einen Flansch 31 auf, auf dem der eindringfähige Zahnradrand 6 gebildet ist. In diesem Fall können die beiden eindringbaren Zahnradränder 7, 9 vorteilhafterweise miteinander derart integriert sein, dass sie Abschnitte eines einzigen gemeinsamen Zahnradrands bilden, was in großem Ausmaß die Herstellung erleichtert. Der Motor 5 ist außerdem fest an einem Ende eines Gehäuses 32 angebracht, während sein gegenüberliegendes Ende starr mit dem Bezugselement 2 verbunden ist, das wiederum stationär sowie drehbar sein kann.
Abschließend wird bemerkt, dass die Differenz der Anzahl von Zähnen auf jedem eindringfähigen Zahnradrand und der Anzahl von Zähnen in jedem damit zusammenwirkenden eindringbaren Zahnradrand vorteilhafterweise sich auf eins beläuft, obwohl eine andere Differenz vorliegen kann. Zumindest zwei homologe Zahnradränder, beispielsweise die eindringfähigen Zahnradrän der 6, 8 in den beiden Paaren von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern müssen eine unterschiedlich große Anzahl von Zähnen aufweisen.
Mögliche Modifikationen der Erfindung
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erläuterten und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen ausschließlich beschränkt. Obwohl das Getriebe bevorzugt so gebildet ist, dass die Drehmittenachse der Exzenterzahnradränder schräg in Bezug auf die Symmetrieachse des Getriebes verläuft, ist es deshalb innerhalb des Umfangs der Erfindung auch möglich, die Mittenachse parallel zur Symmetrieachse mit einer bestimmten Exzentrizität in Bezug hierauf anzuordnen. In 2 ist beispielhaft dargestellt, dass die Zähne der Getriebe- bzw. Zahnradränder evolventenförmig sein können. Im Umfang der Erfindung liegt jedoch auch eine Auslegung der Zahnradränder und der Zähne hiervon in Abwandlungen innerhalb großer Grenzen. Beispielsweise können die eindringfähigen Zahnradränder ebenso wie die eindringbaren Zahnradränder zylindrisch sein, während sie in anderen Ausführungsformen konisch sind, beispielsweise derart, wie in der SE 9403348-7 (Veröffentlichungsnummer 503487) offenbart. Die Zähne können außerdem schräg oder spiralförmig geschnitten bzw. eingeschnitten sein, beispielsweise so, wie in der vorstehend genannten EP 717819 offenbart. Um die Gefahr eines Zahnradspiels zu überwinden, können unterschiedliche Ansätze in Betracht gezogen werden, um die axiale Stellung der Zahnradränder entlang der Exzenterachse fein einzustellen, zum Beispiel mittels Unterlegscheiben, wie etwa Beilagescheiben oder axial elastischer Unterlegscheiben. Außerdem können zykloidförmige oder Zähne verwendet werden, die in anderer Weise ausgeführt sind als evolventenförmige Zähne. Die Konstruktion der notwendigen La ger und Dichtungen kann ebenfalls innerhalb weiter Grenzen abhängig von den Anwendungen und den in Rede stehenden Umgebungsbedingungen variieren. Anstelle der Lager 15, 16, 17, 19 können beispielsweise Gleitlager, Nadellager oder zylindrische – alternativ konische – Wälzlager verwendet werden. Als Lager 22 zwischen den Kappenteilen können Kugellager, Nadellager, Wälzlager oder Querwälzlager anstelle von Gleitlagern verwendet werden. In den Beispielen in Übereinstimmung mit 1 und 4 sind die beiden eindringfähigen Zahnradränder 6 und 8 steif miteinander vereinigt, indem sie in ein und dieselbe Maschinenkomponente integriert sind, d. h., die Buchse 10. Diese beiden homologen Zahnradränder können jedoch auch starr miteinander verbunden sein und gleichzeitig in Bezug aufeinander axial einstellbar sein. Diese beiden homologen Zahnradränder können, wie im Anspruch 11 festgelegt, deshalb starr miteinander verbunden sein, indem sie auf einzelnen Buchsenteilen zu liegen kommen, die miteinander über eine Keilwellenverbindung verbunden sind, die einerseits Torsions- und Biegesteifigkeit zwischen den Buchsenteilen und damit den Zahnradrändern gewährleistet, andererseits jedoch eine axiale Verschiebung der Buchsenteile in Bezug aufeinander zulässt. Eine derartige Ausführungsform ist besonders geeignet für solche Exzentergetriebe, in denen es erwünscht ist, eine Feineinstellung der axialen Position der Zahnradränder entlang der Exzenterachse in der Weise zu ermöglichen, die vorstehend angeführt ist, mit dem Ziel, das Zahnspiel der Zahnräder minimal zu gestalten.
Die vorstehend angeführten Modifikationen können durchgeführt werden mit der Maßgabe, dass sie in den Umfang der Ansprüche fallen.

Claims

Exzentergetriebe zum Bereitstellen einer Drehzahldifferenz zwischen zwei Maschinenelementen (3, 4), die in Bezug auf ein stationäres Element (2) drehbar sowie einzeln um eine gemeinsame geometrische Symmetrieachse (C) drehbar sind; aufweisend ein Paar von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern (6, 7), von denen eines in Bezug auf die Symmetrieachse (C) exzentrisch ist, und von denen das andere die Form eines eindringfähigen Zahnradrands (6) aufweist, der mit nach außen weisenden Zähnen gebildet ist, wobei der andere in Form eines eindringbaren Zahnradrands (7), der mit nach innen weisenden Zähnen gebildet ist und einen größeren Durchmesser aufweist als der eindringfähige Zahnradrand (6), um einen Eingriff von einem oder wenigen der Zähne des eindringfähigen Zahnradrands in den eindringbaren Zahnradrand zu ermöglichen, wobei einer der Zahnradränder so angeordnet ist, dass er gegen den anderen wegrollt, wobei das Exzentergetriebe ein zweites Paar von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern in Form von eindringfähigen und eindringbaren Zahnradrändern (8, 9) aufweist, von denen eines fest mit einem homologen Zahnradrand in dem ersten Paar von Zahnradrändern (6, 7) verbunden ist und entlang einer geometrischen Achse (X) zu liegen kommt, die für diese beiden Zahnradränder gemeinsam ist, wobei diese Achse in Bezug auf die Symmetrieachse (C) exzentrisch verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Zahnradrand in dem zweiten Paar von Zahnradrändern (8, 9) relativ zu seinem homologen Zahnradrand in dem ersten Paar von Zahnradrändern drehbar ist, wobei die Anzahl von Zähnen in dem einzelnen eindringfähigen Zahnradrand (6, 8) in jedem der zwei Paare von Zahnradrändern (6, 7; 8, 9) kleiner als die Anzahl von Zähnen in dem zusammenwirkenden eindringbaren Zahnradrand (7, 9) ist.
Exzentergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Geometrieachse (X) in Bezug auf die Symmetrieachse (C) schräg verläuft.
Exzentergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Geometrieachse (X) in Bezug auf die Symmetrieachse (C) derart schräg verläuft, dass die zwei Maschinenelementen (3, 4) sich in derselben Drehrichtung drehen.
Exzentergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Geometrieachse (X) die Symmetrieachse (C) in einem Punkt (P) schneidet, der zwischen zwei voneinander beabstandeten Radialebenen zu liegen kommt, in denen die fest verbundenen Zahnradrändern zu liegen kommen.
Exzentergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden eindringfähigen Zahnradränder (6, 8) miteinander fest verbunden sind, wobei die eindringbaren Zahnradränder (7, 9) in Bezug aufeinander drehbar sind.
Exzentergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei homologe Zahnradränder in den zwei Paaren von miteinander zusam menwirkenden Zahnradrändern eine unterschiedlich große Anzahl von Zähnen aufweisen.
Exzentergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied bezüglich der Anzahl von Zähnen auf dem eindringfähigen Zahnradrand (6, 8) und der Anzahl von Zähnen in dem eindringbaren Zahnradrand (7, 9) zumindest für eines der zwei Paare von Zähnen (6, 7; 8, 9) eins beträgt.
Exzentergetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz bezüglich der Anzahl von Zähnen in beiden Paaren von miteinander zusammenwirkenden Zahnradrändern eins beträgt.
Exzentergetriebe nach einem der Ansprüche 5 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Maschinenelemente aus Wellen (3, 4) bestehen, von denen die eine (3) eine Antriebswelle ist, während die andere (4) eine angetriebene Welle ist, wobei die Antriebswelle (3) einen exzentrischen Körper (18) aufweist, auf dem eine Buchse (10) angebracht ist, die zwei eindringfähige Zahnradränder (6, 8) umfasst.
Exzentergetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentergetriebe eine externe Kappe aufweist, die aus zwei Kappenteilen (11, 12) besteht, die in Bezug aufeinander drehbar sind, wobei eines von diesen fest mit dem stationären Element (2) verbunden ist, während das andere fest mit der angetriebenen Welle (4) verbunden ist, wobei zumindest ein Lager (22) zwischen den beiden Kappenteilen (11, 12) wirkt.
Exzentergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden homologen Zahnradränder (6, 8 und 7, 9), die fest miteinander verbunden sind, auf einzelnen Buchsenteilen gebildet sind, die über eine Keilbuchse miteinander verbunden sind, die einerseits Torsionssteifigkeit zwischen den Buchsenteilen und dadurch den Zahnradrändern gewährleistet, die jedoch andererseits eine axiale Verschiebung der Buchsenteile in Bezug aufeinander zulässt.