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Diese
Erfindung betrifft ein Zahnradprofil für eine Planetenradübertragung,
eine Planetenradübertragung
und Winden wie etwa Deckwinden für
Yachten und Kräne
zum Heben schwerer Lasten, die Planetenradübertragungen beinhalten.
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Die Übertragung
von Kraft, die mit großen Drehmomentbelastungen
durch Drehmaschinen verbunden ist, erfolgt normalerweise durch verschiedenste
Zahnradsysteme. Wenn Untersetzungen mit großem Verhältnis und eine begleitende
Drehmomentumwandlung benötigt
wird, ist die allgemein übliche
Vorgangsweise, entweder Stirn- oder Planetenräderwerke zu verwenden. Diese
verwenden viele Elemente und neigen dazu, sehr umfangreich zu sein.
Ein Schnecken-und-Rad-Antrieb stellt eine einfache Alternative bereit,
doch da der Zahnradeingriff von einem Gleitkontakt abhängt, sind
diese Maschinen unter großen
Belastungen sehr ineffizient. Stirn- und Planetenräder verwenden
Radzähne,
die in einem Rollkontakt tätig
sind, indem sie Radzähne
mit Oberflächen
in der Form von Involuten verwenden. Dies erzeugt eine höchst effiziente Übertragung.
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Planetenradsysteme,
die tätig
sind, indem sie das Umlaufen eines Zahnrades mit äußerlich
gebildeten Zähnen
unter Eingriff um ein anderes verursachen, während ein Eingriff mit Zähnen erfolgt,
die an seiner inneren Oberfläche
gebildet sind, sind seit einiger Zeit bekannt. Es ist ferner bekannt,
daß derartige
Zahnradsysteme die Möglichkeit
bieten, aus verhältnismäßig einfachen
Maschinen sehr große Untersetzungen
bereitzustellen.
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Anders
als Stirn- oder epizyklische Planetenradsysteme, bei denen der Zahnradeingriff
auf zwei Zylindern beruht, die gemeinsam auf ihren äußeren Oberflächen rollen,
bewirken Planetenräder,
daß ein Zylinder
an der inneren Oberflächen
eines anderen rollt. Die Zähne
an Stirnrädern
oder Zahnstangen führen
kleine Epizyklen an den Oberflächen
der Zylinder aus, weshalb der Eingriffsprozeß mehr oder weniger tangential
zur Oberfläche
ist. Diese Bewegung erzeugt die involuten Oberflächen der Zahnoberflächen.
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Planetenräder, andererseits,
führen
eine zykloide Bewegung gegen die innere Oberfläche des inneren Zahnrades aus,
weshalb der Eingriffsprozeß im
Wesentlichen radial ist und Zähne
mit involuten Zahnradformen unter Belastung nur einen Gleitkontakt
mit hoher Reibung erzeugen. Bis heute hat dies Planetenräder zu kaum
mehr als technischen Kuriositäten
gemacht.
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In
einem Versuch, von anderen wichtigen Merkmalen von Planetenrädern Gebrauch
zu machen, haben manche Unternehmen versucht, kleine zykloide Zahnformen
zu verwenden. Diese Form erzeugt nach wie vor einen Gleitkontakt,
und obwohl die Aufnahme und die Anordnung von Lagern dieses Reibungsproblem
verringert, erhöht
sie die Größe und die
Komplexität
derartiger Maschinen ungemein, was ihre Verwendung streng beschränkt.
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Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0 286 760 A1 , die den nächstliegendsten
Stand der Technik bildet, ist für
ein Planetenradsystem typisch, das ein inneres Zahnrad und ein äußeres Zahnrad
aufweist und einen bedeutenden Gleitkontakt zwischen den Radzähnen des
inneren und des äußeren Zahnrades erzeugt.
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Es
besteht daher klar ein Bedarf, eine neue Zahnradform zu entwickeln,
die gestattet, daß Planetenradsysteme
nur einen rollenden Zahnkontakt einsetzen, während das grundlegende Prinzip
des Zahnradkontakts eines starren Körpers bewahrt wird, um sicherzustellen,
daß ihr
Wälzkreis
gemeinsam ohne Schlupf rollt.
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Die
Erfindung stellt ein Planetenradsystem bereit, das Folgendes beinhaltet:
ein
inneres Zahnrad und ein äußeres Zahnrad;
wobei
das innere Zahnrad mehrere Außenzähne aufweist,
die mehreren Außenzähne eine
Kontaktoberfläche
und eine gegenüberliegende
Oberfläche
aufweisen, das innere Zahnrad einen Wälzkreis aufweist, und die Kontaktoberfläche einen
auf dem Wälzkreis
des inneren Zahnrades gelegenen Wendepunkt aufweist;
wobei
das äußere Zahnrad
mehrere Innenzähne
zum Eingriff mit den Außenzähnen des
inneren Zahnrades aufweist, die Innenzähne eine Kontaktoberfläche zum
Eingreifen mit der Kontaktoberfläche
der Außenzähne des
inneren Zahnrades aufweisen, und das äußere Zahnrad einen Wälzkreis
aufweist; und das dadurch gekennzeichnet ist, daß
das innere und das äußere Zahnrad
dann, wenn das innere Zahnrad und das äußere Zahnrad zur Übertragung
von Kraft von einem der Zahnräder
zum anderen der Zahnräder
zusammengesetzt sind, einen im Wesentlichen radialen Eingriff und
Punktkontakt erleben, wobei der Wendepunkt der Außenzähne im Wesentlichen
dort, wo der Wälzkreis
des äußeren Zahnrades
die Kontaktoberfläche
des äußeren Zahnrades schneidet,
mit nur einem Punkt an der Kontaktoberfläche der Innenzähne eingreift
und über
diesen schaukelt, wobei die Kontaktoberfläche ein sinusförmiges Profil
aufweist.
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Der
erste Gesichtspunkt der Erfindung stellt auch einen Drehübertragungsmechanismus
bereit, der Folgendes beinhaltet:
einen ersten Körper, der
Kontaktelemente aufweist;
einen zweiten Körper, der Kontaktelemente zum
Eingreifen mit den Kontaktelementen des ersten Körpers und zum Übertragen
einer Drehbewegung vom ersten Körper
zum zweiten Körper
aufweist;
wobei einer von dem ersten Körper oder dem zweiten Körper für eine Umlaufbewegung
in Bezug auf den anderen von dem ersten Körper oder dem zweiten Körper angeordnet
ist; und
wobei die in Kontakt miteinander stehenden Elemente
des ersten Körpers
und des zweiten Körpers
dann, wenn eine Drehbewegung übertragen
wird, eine scheitelpunktartige zykloide Bewegung in Bezug zueinander
ausführen
und radial durch eine Schaukelbewegung zwischen den Elementen eingreifen,
wobei eines der Elemente auf im Wesentlichen einem Punkt einer Oberfläche des
anderen der Elemente schaukelt.
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Der
erste Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung stellt ein Zahnradprofil
bereit, das die Leistung von Planetenradsystemen und Planetenradübertragungen
stark verbessert. Das Zahnradsystem und die -übertragung gemäß diesem
Gesichtspunkt der Erfindung halten an den Grundsätzen rollender Zahnräder fest,
verhindern aber Schlupf zwischen den Wälzkreisen des inneren und des äußeren Zahnrades.
Der Rollkontakt tritt an einem Punkt auf, zum Beispiel annähernd 4
% des Zyklus jedes Zahnrades, doch bei Planetenradsystemen stehen
mehr Zahnräder
miteinander in Eingriff. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere
Planetenräder,
die Wälzkreise
von sehr ähnlichem
Durchmesser aufweisen. Da der Kontakt an den Wälzkreisen des inneren und des äußeren Zahnrades
auftritt, kommt es zu einem sehr weichen Betrieb der Zahnräder. Die
Sinuskurve, die einen Teil der Kontaktoberfläche des inneren Zahnrades bildet,
steht in einer Beziehung mit zwei Parametern des Systems, nämlich der
Exzentrizität des
Umlaufsystems und dem Durchmesser des Wälzkreises für eine gegebene Anzahl von
Zähnen. Die
Zahnräder
können
durch hochentwickelte Maschinen wie etwa Laserschneidevorrichtungen
oder Drahtschneidevorrichtungen hergestellt werden, können aber
auch durch Zahnradstoßmaschinen
wie etwa eine Fellows-Zahnradstoßmaschine
hergestellt werden, und auf den Grundsätzen zur Herstellung derartiger
Zahnräder
können
Werkzeuge wie etwa ein Hobb-Werkzeug aufgebaut werden. Planetenradsysteme,
die das Zahnprofil nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung verwenden,
ermöglichen
auch sehr geringe Untersetzungen von einfachen Maschinen und die
Fähigkeit,
unter Belastung anzuhalten und stationär zu bleiben, bis der Zyklus
durch den Eingang zur Übertragung
aktiviert wird. Darüber
hinaus wird die Übertragung
durch Freigabe eines Umlaufsteuermechanismus im Umlaufsystem leicht
getrennt, um die Übertragung
wirksam in die neutrale Stellung zu bringen.
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Vorzugsweise
weist die Kontaktoberfläche ein
sinusförmiges
Profil auf, das durch die folgende Gleichung definiert ist. y = f(D)Sin{πWDθg(ε)}wobei
D der Durchmesser des Wälzkreises
ist,
W die Zahnbreite ist,
ε die Exzentrizität ist,
θ die Winkelverschiebung
ist,
vorausgesetzt, daß das
D des inneren Zahnrades mehr als zwei Drittel des D des äußeren Zahnrades beträgt.
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Vorzugsweise
sind die Außenzähne des
inneren Zahnrades abgeflacht und weisen eine im Allgemeinen flache äußerste Oberfläche auf,
und erstreckt sich der sinusförmige Abschnitt
der Kontaktoberfläche
von einem radial einwärts
des Wälzkreises des
Zahnrades gelegenen Punkt zur abgeflachten Oberfläche.
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Vorzugsweise
ist die gegenüberliegende Oberfläche der
Außenzähne entlang
zumindest eines Teils der Länge
der gegenüberliegenden
Oberfläche
ebenfalls mit einem sinusförmigen
Profil versehen. Das sinusförmige
Profil der gegenüberliegenden
Oberfläche
weist einen auf dem Wälzkreis
des Zahnrades gelegenen Wendepunkt auf, so daß das Zahnrad sowohl in der
Vorwärts-
als auch in der Rückwärtsrichtung
tätig sein
kann, wobei in einer Richtung die Kontaktoberfläche den Kontakt mit den Innenzähnen des äußeren Zahnrades
herstellt, und die gegenüberliegende
Oberfläche
wirksam zur Kontaktoberfläche
für die
Drehung in die entgegengesetzte Richtung wird.
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Vorzugsweise
sind die Kontaktoberflächen und
die gegenüberliegenden
Oberflächen
der Außenzähne in Bezug
zueinander spiegelbildlich.
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Vorzugsweise
ist die Kontaktoberfläche
der inneren Zahnräder
eine geneigte flache Oberfläche, die
sich von einem radial äußeren Punkt
zu dem Punkt erstreckt, an dem der Wälzkreis des äußeren Zahnrades
die Kontaktoberfläche
schneidet.
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Vorzugsweise
wird der Winkel der flachen Oberfläche in Bezug auf den Radius
des äußeren Zahnrades
durch die Ableitung der Sinuskurve, welche das sinusförmige Profil
der Außenzähne bildet, am
Wendepunkt des sinusförmigen
Profils bestimmt.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die Kontaktoberfläche
der Innenzähne
vom Schnittpunkt der Kontaktoberfläche und dem Wälzkreis
des äußeren Zahnrades
radial einwärts
zu einem radial innersten Punkt der Innenzähne.
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Vorzugsweise
weisen die Innenzähne
eine gegenüberliegende
Oberfläche
auf, die ein Spiegelbild der Kontaktoberfläche ist, wobei die gegenüberliegende
Oberfläche
bei der Rückwärtsbewegung des
Getriebesystems zur Kontaktoberfläche wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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1 ein
Diagramm ist, das ein Zahnprofil eines äußeren Zahnrades eines Planetenradsystems veranschaulicht;
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2 ein
Diagramm ist, das das Zahnprofil eines inneren Zahnrades eines Planetenradsystems veranschaulicht;
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3 die
Zahnräder
von 1 und 2 in einer zusammengesetzten
Stellung für
die Drehung zeigt, um die Wechselwirkung zwischen den Zahnradprofilen
der Zahnräder
von 1 und 2 zu veranschaulichen;
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4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 11 Diagramme
sind, die die Zahnräder
von 3 in verschiedenen Stellungen zeigen, während ein
Antrieb von einem der Zahnräder
zu einem anderen der Zahnräder übertragen
wird;
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11A ein Diagramm ist, das Zahnprofile nach einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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12 eine
Flachansicht einer Übertragung ist,
die die Erfindung verkörpert;
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13 eine
Querschnittsansicht durch die Übertragung
von 12 ist;
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14 eine
Flachansicht einer Übertragung nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist;
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15 eine
Querschnittsansicht durch die Übertragung
von 14 ist.
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1 zeigt
ein Zahnradprofil eines äußeren Zahnrades
eines Planetenradsystems und 2 zeigt
ein Zahnradprofil des inneren Zahnrades des Planetenradsystems.
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Unter
Bezugnahme auf 1 weist das äußere Zahnrad 10 einen
Zahnradkörper 12 im
Allgemeinen in der Form eines Rings auf. Der Ring 12 weist
Innenzähne 14 (von
denen nur zwei gezeigt sind) auf. Zwischen benachbarten Zähnen 14 ist
ein Zwischenraum 16 bereitgestellt.
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Die
Zähne 14 weisen
eine Kontaktoberfläche 18 und
eine gegenüberliegende
Oberfläche 19 auf. Zur
Erleichterung der Veranschaulichung ist die gegenüberliegende
Oberfläche 19 eines
Zahns 14 zusammen mit der Kontaktoberfläche 18 des benachbarten
Zahns 14 gezeigt.
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Wie
in 1 deutlich sichtbar ist, sind die Oberflächen 18 und 19 benachbarter
Zähne 14 entlang
einer radialen Linie 20 Spiegelbilder voneinander. Die
Oberflächen 18 und 19 des
gleichen Zahns 14 sind ebenfalls ein Spiegelbild um eine
(nicht gezeigte) radiale Linie durch den Zahn 14. Die Oberflächen 18 und 19 jedes
Zahns 14 treffen einander im Allgemeinen an einem innersten
Punkt 22 an der Zwischenraumoberfläche 23 jedes Zahns 14.
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Die
Oberflächen 18 und 19 benachbarter Zähne 14 erstrecken
sich auswärts
in die radiale Richtung und enden an einer flachen Oberfläche 24, die
den radial äußeren Punkt
des Raums zwischen den Zähnen 14 definiert.
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Die
Bezugnahme auf eine gegenüberliegende
Oberfläche 18 und
eine Kontaktoberfläche 19 unterstellt
eine solche Bewegung des Zahnrades 10, daß die Oberfläche 18 mit
Zähnen
des in 2 gezeigten Zahnrades eingreifen wird. Wenn sich
das Zahnrad 12 jedoch in die entgegengesetzte Richtung bewegt,
wird die gegenüberliegende
Oberfläche 19 jedes
Zahns 14 offensichtlich die Kontaktoberfläche und
wird die Oberfläche 18 zur
gegenüberliegenden Oberfläche werden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 ist das innere Zahnrad 30 gezeigt,
das einen Körper 32 aufweist, der
im Allgemeinen ringförmig
sein kann und eine Mittelöffnung
zur Anordnung an einer Welle aufweist. Der Körper 32 ist mit Zähnen 34 versehen
(von denen nur einer gezeigt ist). Das Zahnrad 30 weist
einen Wälzkreis 36 auf,
und die Zähne 34 weisen
eine Kontaktoberfläche 38 (die
die Oberfläche
sein wird, welche mit den Zähnen 14 des
Zahnrades 10 in Kontakt tritt) und eine gegenüberliegende
Oberfläche 40 auf.
Die Kontaktoberfläche 38 und
die gegenüberliegende
Oberfläche 40 sind
um eine radiale Linie 42 Spiegelbilder voneinander. Die
Kontaktoberfläche 38 und
die gegenüberliegende
Oberfläche 40 weisen
im Allgemeinen eine sinusförmige
Form auf, wie durch die gestrichelt gezeigte Sinuskurve 44 gezeigt
ist. Tatsächlich
ist der Abschnitt der Kontaktoberfläche 38 und der gegenüberliegenden
Oberfläche 40 zwischen
den Punkten X und Y sinusförmig.
An den Punkten X sind die Zähne 34 abgeflacht,
um eine radial äußere flache
Oberfläche 46 bereitzustellen.
Das Profil der Zähne 34 einwärts der
Punkte Y verjüngt sich,
wie durch die Bezugszeichen 50 gezeigt ist, von der sinusförmigen Linie
geringfügig
einwärts,
um einen Spielraum bereitzustellen. Die sinusförmigen Profile zwischen den
Punkten X und Y weisen Wendepunkte 52 auf, die auf dem
Wälzkreis 36 des
Zahnrades 30 bereitgestellt sind.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 sind die flachen Oberflächen der
Kontaktoberfläche 18 und
der gegenüberliegenden
Oberfläche 19 zwischen
den Punkten A und B der Zähne 14 wie
durch den Winkel θ gezeigt
in Bezug auf die radiale Linie 20 geneigt oder gewinkelt.
Der Winkel θ ist
durch die Ableitung des sinusförmigen
Profils zwischen den Punkten X und Y der Zähne 34 am Wendepunkt 52 bestimmt.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, geht der gerade Abschnitt der
Zähne 14 zwischen
den Punkten A und B in einer Zwischenraumoberfläche 23 auf, die, wie
in 1 deutlich gezeigt ist, ein bogenförmiges Profil aufweist.
Wie nachstehend und in der bevorzugten Ausführungsform ausführlich beschrieben
werden wird, stellt das Profil einen Spielraumweg für die Zähne 34 bereit,
wobei das Profil im Grunde mit einem durch die gestrichelte Linie 60 gezeigten
zykloiden Weg übereinstimmt,
an dem der Punkt B folgen würde,
während
das Zahnrad 10 eine Umlaufbewegung erlebt. Die Punkte B
befinden sich daher am Scheitelpunkt der zykloiden Wege 60 und
sind auf dem Wälzkreis 25 des
Zahnrades 10 gelegen. Doch die genaue Gestaltung der Zähne 14 zwischen
den Punkten B kann im Einklang mit der Bereitstellung einer ausreichenden
Zahnstärke
und auch einem Spielraum für den
Zahn 34 willkürlich
gewählt
werden.
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In
der gleichen Weise ist auch die genaue Position der flachen Oberfläche 24 des
Zahnrades 10 und die flache Oberfläche 43 der Zähne 34 etwas willkürlich und
kann sie so gewählt
werden, daß sie einen
angemessenen Spielraum bereitstellt. Nochmal, das genaue Profil
der Oberflächen 24 und 46 ist nicht
wichtig, obwohl im Allgemeinen wie gezeigte flache Oberflächen bevorzugt
sind.
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Obwohl
es am bevorzugtesten ist, daß das Profil
zwischen den Punkten A und B wie vorher beschrieben flach ist, wäre es möglich, am
Zahn 14 zwischen den Punkten A und B ein sinusförmiges Profil bereitzustellen.
Doch dies kann eine Veränderung
in der sinusförmigen
Funktion, die das Oberflächenprofil
zwischen den Punkten X und Y des Zahns 34 definiert, notwendig
machen, um die auf den Zahn 34 angewandte Sinuskurve auszugleichen.
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3 zeigt
die Zahnräder 10 und 30 zum Eingriff
miteinander angebracht. In der in 3 gezeigten
Ausführungsform
ist das Zahnrad 10 an einem Exzenter 63 angebracht,
der wiederum mit einer Eingangswelle 64 gekoppelt ist.
Das Zahnrad 30 ist durch ein (nachstehend ausführlicher
beschriebenes) Umlaufsteuermittel, das eine Umlauf steuerplatte,
ein Umlaufsteuerzahnrad oder dergleichen sein kann, darauf beschränkt, eine
Umlaufbewegung zu erleben. Es sollte sich verstehen, daß es in
anderen Ausführungsformen
der Erfindung möglich
wäre, vielmehr
das Zahnrad 30 als das Zahnrad 10 für eine Umlaufbewegung
anzubringen. Ausführungsformen, die
diese Anordnung zeigen, werden nachstehend beschrieben werden. Im
Allgemeinen ist das Zahnrad, das am Exzenter 63 angebracht
ist, um eine Umlaufbewegung zu erleben, ein Eingangszahnrad des Zahnradsystems
und das andere Zahnrad das Ausgangszahnrad zur Bereitstellung der
Ausgangsübertragung.
Anordnungen, bei denen das innere Zahnrad für die Umlaufbewegung angebracht
ist, werden im Allgemeinen dazu führen, daß sich das äußere Zahnrad in die gleiche
Richtung wie die Eingangswelle dreht, die das innere Zahnrad mit
dem Antrieb versorgt, wohingegen das Anbringen des äußeren Zahnrades,
um eine umlaufende Drehung zu erleben und einen Ausgang vom inneren
Zahnrad aufzunehmen, dazu führt,
daß das
innere Zahnrad eine Drehung in die zur Eingangswelle umgekehrte
Richtung erlebt. Diese Erscheinung kann in bestimmten Ausführungsformen
ausgenutzt werden, die die Planetenradübertragung verwenden, und kann
auch benutzt werden, um ein Umkehrgetriebe bereitzustellen.
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4 ist
eine 3 ähnliche
Ansicht, die die Zähne
ohne die Kennzeichnung der durch die gestrichelte Linie 44 gezeigten
Sinuskurve und den durch die gestrichelte Linie 60 gezeigten
zykloiden Weg zeigt. Das Profil der Zähne kann daher in 4 deutlicher
gesehen werden.
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Unter
Bezugnahme auf 4 sind die Zähne 34 und 14 in
einer getrennten Stellung gezeigt, wobei das äußere Zahnrad 10 aufgrund
der Drehung der Eingangswelle 64 und des Exzenters 63 in
die Richtung des Pfeils A in 3 und 4 eine
Umdrehung erlebt. Während
das Zahnrad 10 den Umlauf fortsetzt, bewegt sich die Kontaktoberfläche 18 des Zahns 14 zum
Zahn 34 des Zahnrades 30.
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Der
mit I bezeichnete Punkt an der Eingangswelle 64 in 4 und 5 zeigt
die Position der Umlaufbahn zu Bezugszwecken.
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Während der
Umlauf andauert, bewegen sich die Zahnräder in die in 6 gezeigte
Stellung, in der sich die Zähne 14 und 34 beinahe
in Kontakt befinden und möglicherweise
nur durch einen Ölfilm getrennt
sind, wobei die Zähne 34 in Bezug
auf den Zahn 14 auf dem Ölfilm gleiten, aber keinen
Kontakt mit dem Zahn 14 herstellen.
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In
der in 7 gezeigten Stellung stellen die Zähne 34 und 14 einen
Kontakt mit dem Wendepunkt 52 her, indem sie über den
Punkt B des Zahns 14 rollen. Wie in 7 deutlich
gezeigt stimmen die beiden Wälzkreise 25 und 36 der
Zahnräder 10 und 30 am Kontaktpunkt
B überein
und wird ein Antrieb vom Zahnrad 10, das eine Umlaufbewegung
erlebt, zum Zahnrad 30 übertragen,
um das Zahnrad 30 um seine Mittelachse zu drehen.
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Die
Oberfläche 19 des
benachbarten Zahns, der in 7 mit 14' bezeichnet
ist, stellt keinen Kontakt mit der gegenüberliegenden Oberfläche 40 des Zahns 34 her.
Durch die Bereitstellung einer Beabstandung von, zum Beispiel, einem
halben Millimeter zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 19 und 40 kann
ein gewisses Ausmaß an
Spiel bereitgestellt werden. doch in manchen Ausführungsformen könnte, falls
gewünscht,
ein momentaner Kontakt zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen 19 und 40 vorhanden
sein.
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Angesichts
der vorher unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen
Zahnradprofile schaukelt, oder mit anderen Worten, rollt der Punkt 52 gegen den
Punkt B, während
ein Antrieb vom Zahn 14 zum Zahn 34 übertragen
wird. Der schaukelnde oder rollende Kontakt tritt für ungefähr 4° der Umdrehung
des Zahnrades 30 auf, und wie in 8 gezeigt
beginnt sich der Zahn 34 dann vom Zahn 14 zu trennen.
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Es
sollte sich verstehen, daß,
obwohl in den bis jetzt beschriebenen Figuren nur ein einzelner
Eingriff zwischen zwei Zähnen 34 und 14 gezeigt
ist, aufgrund der umlaufenden Natur des Zahnrades 10 in Bezug
auf das Zahnrad 30 eine Anzahl von Zähnen miteinander in Eingriff
stehen wird. Während
sich der Zahn 34 wie in 8 gezeigt
vom Zahn 14 zu lösen beginnt,
wird die Belastung wirksam zu einem anderen Paar von Zähnen 14 und 34 übertragen,
um die Lieferung eines Antriebs vom Zahnrad 10 zum Zahnrad 30 fortzusetzen,
um zu bewirken, daß sich
das Zahnrad 30 um seine Mittelachse dreht.
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9 zeigt
die Zähne
deutlich voneinander getrennt.
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10 zeigt,
daß sich
die flache Oberfläche 46 des
Zahns 34 an der Zwischenraumoberfläche 23 eines benachbarten
Zahns 14 vorbeibewegt und jenen Zahn gerade räumt, und 11 zeigt
die Zähne 14 und 34 deutlich
voneinander getrennt, während die
Umlaufbewegung des Zahnrades 10 fortschreitet.
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Während sich
die Eingangswelle 64 und der Exzenter 63 in die
Richtung des in 11 gezeigten Pfeils A drehen,
führt das
Zahnrad 10 somit im Allgemeinen einen Umlauf in die Richtung
des Pfeils B durch, um mit Zähnen 14 des
Zahnrades 30 in Kontakt zu treten, um zu bewirken, daß sich das
Zahnrad 30 in die Richtung des Pfeils C entgegengesetzt
zur durch den Pfeil A gezeigten Umdrehungsrichtung der Eingangswelle 64 und
des Exzenters 63 dreht.
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11A zeigt ein Diagramm, das ein vollständiges Zahnradprofil
für ein äußeres umlaufendes Zahnrad
und ein inneres sich drehendes Zahnrad veranschaulicht. Gleiche
Bezugszeichen zeigen Teile an, die jenen in der Ausführungsform
von 1 bis 11 gleich sind.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung ist das Zahnradprofil sowohl des inneren Zahnrades 30 als
auch des äußeren Zahnrades 10 vielmehr
gebogen als abgeflacht, wie das in der Ausführungsform von 1 bis 11 der
Fall ist. Das Profil der Zähne 34 des
inneren Zahnrades ist eine vollständige Sinuskurve um den Wälzkreis 36.
Zum Beispiel ist die Kurve zwischen den Punkten M und N eine vollständige Sinuskurve.
Das Profil der Zähne 14 des äußeren Zahnrades
umfaßt
den geraden Abschnitt zwischen den Punkten A und B gemäß der Ausführungsform
von 1 bis 11, wobei die Zwischenraumoberfläche 23 in
einer Weise gebogen ist, die der Ausführungsform von 1 bis 11 ähnlich ist. Der
Raum 16 zwischen den Zähnen 14 des äußeren Zahnrades 10 beinhaltet
im Unterschied zur abgeflachten Vertiefung 16 der Ausführungsform
von 1 bis 11 eine gebogene Vertiefung 16a,
um die gebogene Sinuskurve der Zähne 34 aufzunehmen.
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11A zeigt, daß ein
Kontakt C zwischen vier Paaren von Zähnen 14, 34 stattfindet,
wobei der Kontakt durch eine rollende oder schaukelnde Bewegung
im Wesentlichen an der Stelle stattfindet, an der die Wälzkreise 25 und 36 miteinander übereinstimmen.
Wie vorher erklärt
rollt der Wendepunkt des sinusförmigen
Profils der Zähne 34 im
Grunde über den
Schnittpunkt des Wälzkreises 25 mit
dem Profil der Zähne 14.
In den gezeigten Ausführungsformen stehen
vier Sätze
von Zähnen
an verschiedenen Stellen der rollenden Bewegung des Wendepunkts des
sinusförmigen
Profils des Zahns 34 über
den Schnittpunkt des Wälzkreises 25 und
des Profils der Zähne 14 in
Kontakt. Der Kontakt eines jeden Paars von Zähnen 34 und 14 bleibt
für ungefähr 4° der Drehung
des Zahnrades 30 bestehen. Somit kann zum Beispiel das
Paar von Zähnen 34 und 14 rechts
in 11A gerade den Kontakt mit dem Wendepunkt des
Zahns 34 beginnen, der sich geringfügig unterhalb des Wälzkreises 25 des
Zahns 14 befindet und bereit ist, über den Wälzkreis 25 zu rollen.
Der Kontaktpunkt C des Paars von Zähnen 34 und 14 links
in 11A kann die rollende Bewegung über den Wälzkreis 25 abgeschlossen
haben, und der Kontakt zwischen diesen beiden Zähnen ist in etwa bereit, zu enden.
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Ein
computerisiertes Prüfen
der Zahnradprofile nach 11A zeigt
einen vergleichenden Wälzkreisdurchmesser
von 93%, einen Wälzkreisdurchmesserschlupf
von 0, eine radiale Bewegung von 0,007 mm, eine Interferenz von
0 und einen Druckwinkel von 20°.
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12 und 13 zeigen
eine erste Ausführungsform
einer Planetenradübertragung,
die Zahnprofile gemäß der vorher
beschriebenen Ausführungsform
verwendet.
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In
der Ausführungsform
von 12 und 13 werden
die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, wie sie in der Beschreibung
der Zahnräder
nach 1 bis 11 verwendet wurden.
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Eine
Eingangswelle 64 ist mit einem damit vereinigten Exzenter 63 versehen.
In dieser Ausführungsform
ist das innere Zahnrad 30 am Exzenter 63 angebracht,
doch wie nachstehend unter Bezugnahme auf andere Ausführungsformen
offenbart werden wird, könnte
das äußere Zahnrad 10 wie
oben erwähnt
am Exzenter 63 bereitgestellt sein. Ein Lager 65 ist
zwischen dem Exzenter 63 und dem Zahnrad 30 bereitgestellt.
Eine Umlaufsteuerplatte 67 ist unter dem Zahnrad 30 angebracht
und beinhaltet vier kreisförmige Öffnungen 69.
Das Zahnrad 30 ist mit vier Stiften 71 versehen,
die in die Öffnungen 69 vorspringen,
und die Platte 67 wird durch einen Bremsmechanismus 80 stationär fixiert,
welcher einen festen Block 82 und ein Schraubelement 84 beinhalten kann,
das in den Block 82 geschraubt werden kann, um eine Klemmung
an die Platte 67 vorzunehmen, um die Platte 67 dadurch
in Bezug auf den Block 82 stationär zu halten. Der in 12 und 13 gezeigte
Bremsmechanismus ist nur schematisch, und andere Formen des Bremsmechanismus,
um die Platte 67 wie gewünscht auswählend stationär zu halten und
die Platte freizugeben, werden leicht offensichtlich sein.
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Die
Drehung der Eingangswelle 64 wird bewirken, daß sich der
Exzenter 63 dreht, was wiederum das Zahnrad 30 aufgrund
des Eingriffs der Stifte 71 in den Öffnungen 69 in einer
umlaufenden Weise zieht, so daß die
Stifte 71 wirksam an einer Hälfte der inneren Oberfläche der
jeweiligen Öffnungen 69 gleiten,
um dadurch, die Bewegung des Zahnrades 30 auf eine Umlaufbewegung
im Allgemeinen in die gleiche Richtung wie die Umdrehungsrichtung
der Eingangswelle 64 und des Exzenters 63 (wie
die in 12 durch den Pfeil A gezeigte)
zu beschränken.
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Während das
Zahnrad 30 die Umlaufbewegung ausführt, werden die Zähne 34 des
Zahnrades 30 mit den Zähnen 14 des
Zahnrades 10 eingreifen, um zu bewirken, daß sich das
Zahnrad in die Richtung des Pfeils C in 12 (die
in der in 12 und 13 gezeigten
Anordnung die gleiche wie die Richtung des Pfeils A ist) dreht.
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Die
Drehung des äußeren Zahnrades 10 stellt
eine Ausgangskraft bereit und kann, zum Beispiel, von einer damit
vereinigten Laufbuchse 10a des Zahnrades 10 abgenommen
werden, die an einer Erweiterung 64a der Eingangswelle 64 gehalten wird,
um eine Ausgangsdrehkraft mit einem Antriebsverhältnis bereitzustellen, das
durch die umlaufende Übertragung
festgelegt ist, welche durch die Zahnräder 30 und 10 bereitgestellt
wird.
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Um
die Übertragung
freizugeben (das heißt, die Übertragung
in die neutrale Stellung zu bringen), wird einfach die Bremse 80 gelöst, so daß die Platte 67 freigegeben
wird, wodurch bewirkt wird, daß sich die
Platte 67 einfach mit dem Exzenter 63 und dem Zahnrad 30 dreht,
so daß die Übertragung
wirksam freiläuft,
ohne daß jeglicher
Antrieb zum Zahnrad 10 übertragen
wird. Die Freigabe der Platte 67 löst das Zahnrad 30 aus
der beschränkten
Umlaufbewegung, so daß sich
das Zahnrad 30 dreht, während
der Exzenter 63 mit den Stiften 71 einfach die
freigegebene Platte 67 antreibt, so daß sich die Platte 67 mit
dem Zahnrad 30 und dem Exzenter 63 dreht.
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14 und 15 zeigen
eine weitere Ausführungsform
der Erfindung, die der unter Bezugnahme auf 1 bis 11 beschriebenen
Anordnung ähnlich
ist, und bei der das äußere Zahnrad 10 für eine Umlaufbewegung
beschränkt
ist und das innere Zahnrad 30 verwendet wird, um eine Ausgangskraftabnahme
bereitzustellen.
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In
dieser Ausführungsform
ist ein Mast 75 auf einer Grundplatte 77 bereitgestellt.
Die Eingangswelle 64 ist hohl und befindet sich über dem
Mast 75. Die Eingangswelle 64 trägt einen
damit vereinigten Exzenter 63, der wiederum das äußere Zahnrad 10 mittels
des Lagers 65 anbringt. Das innere Zahnrad 30 ist
für eine
relative Drehung in Bezug auf die Eingangswelle 64 um die
Eingangswelle 64 herum bereitgestellt.
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Die
Umlaufsteuerplatte 67 ist mit vier Öffnungen 69 versehen
und ist auf der Grundplatte 77 bereitgestellt und weist
eine Bremse 80 auf, die in der in 14 und 15 gezeigten
Anordnung mit einem Vorsprung 83 versehen ist, der in einer
Rille 87, welche im Außenumfang
des Platte 67 bereitgestellt ist, liegen kann, um die Platte 67 dadurch
fest stationär zu
sperren.
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In
dieser Ausführungsform
ist das äußere Zahnrad 10 mit
den Stiften 71 versehen, die in den Öffnungen 69 in der
Umlaufsteuerplatte 67 liegen, so daß das Zahnrad 10 dann,
wenn die Eingangswelle 64 und der Exzenter 63 gedreht
werden, beschränkt wird,
um aufgrund der Stifte 71, die im Inneren der Öffnungen 69 beschränkt werden,
eine Umlaufbewegung zu erleben.
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Die
Umlaufbewegung des äußeren Zahnrades 10 in
die Richtung des in 14 gezeigten Pfeils B bewirkt,
daß sich
das innere Zahnrad 10 in die zum Eingang, durch den Pfeil
A gezeigt, entgegengesetzte Richtung C dreht, wie unter Bezugnahme
auf 1 bis 11 ausführlicher beschrieben wurde.
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Somit
kann dem Zahnrad 30 durch das Drehen der Eingangswelle 64 in
die Richtung des Pfeils A ein Antrieb in die wie durch den Pfeil
C gezeigte entgegengesetzte Richtung mit einem Verhältnis bereitgestellt
werden, das durch die Planetenübertragung
festgelegt ist, die durch die Zahnräder 30 und 10 bereitgestellt
wird.
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In
dieser Ausführungsform
ist das Zahnrad 30 mit einem oberen Abschnitt 30a versehen,
von dem, falls gewünscht,
ein Ausgangsantrieb abgenommen werden kann.