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Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem
gemäß dem Anspruch
1.
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Bei Elektromaschinen und Geräten in verschiedenen
Industriesektoren, wurden Untersetzungen zur Umsetzung verschiedener
Drehgeschwindigkeiten oder Drehmomente eingesetzt, die benötigt werden.
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Die Art der Getriebeuntersetzung
wird ihren Eigenschaften entsprechend bestimmt, wie z. B. Übersetzungsverhältnis, Drehmoment,
Effektivität, Härte, Volumen,
Leichtigkeit, Haltbarkeit der Zähne, Ergonomie,
Geräuschpegel
usw., unter Einbeziehung des Ortes, an dem es verwendet wird.
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In den letzten Jahren wurden neue
Arten von Getriebeuntersetzungen mit unterschiedlichen Eigenschaften
für verschiedene
Anwendungen entwickelt.
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Für
Getriebeuntersetzungen und Getriebe sind ein hohes Übersetzungsverhältnis, ein
geringes Volumen und ein leichtes Gewicht wichtig. Wann immer das Übersetzungsverhältnis an
Paaren von Stirnradgetrieben zunimmt, nehmen auch Gewicht, Volumen
und die Anzahl von Stufen zu. Bei Schneckenradgetrieben, welche
ein höheres Übersetzungsverhältnis aufweisen,
nehmen Gewicht und Volumen in Bezug auf Stirnradgetriebe ab. Jedoch
nehmen die Dimensionen mit dem Übersetzungsverhältnis und
den Drehmomenten, wie in diesen Typen von Getrieben benötigt, zu.
In diesem Getriebensystem wird das Volumen so effektiv genutzt,
dass das System in die Mitte eines Innenrades unter Bedeckung eines
kleinen Volumens gesetzt wird. Diese Charakteristik erlaubt es auch
die Getriebeuntersetzung in der Motorenabdeckung oder in der Maschine,
die gedreht wird, anzubringen.
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Die Anzahl von ineinandergreifenden
Zähnen
(„meshed
tooth") ist Eins
auf einem Getriebe, das in konventionellen Getriebesystemen angebracht
ist (z. B. Stirninnen- und Stirnaußenradgetriebe, Schneckenradgetriebesysteme).
Diese Zahl erreicht 2 oder 3 auf sphärischen oder globoidartigen
Schneckenradgetriebesystemen. Auf planaren Getriebesystemen hängt die
Zahl der belasteten Zähne
von der Anzahl der planaren Getriebe ab und erreicht bis zu 5. Jedoch
ist die Zahl der belasteten Zähne
wenigstens 10% der Zahl der Zähne,
abhängend
von der Zahl der exzentrischen. Elemente des Systems. Diese Eigenschaft
erlaubt den Druck auf die Zahnoberfläche und die Abnutzung zu verringern.
Eine größere Anzahl
von belasteten Zähnen
ermöglicht
eine höhere Kraftübertragung
und das Erreichen eines größeren Drehmoments.
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Jede Beschädigung oder jedes Brechen aller Arten
von bekannten Getrieben, unterbricht das Arbeiten oder setzt es
komplett außer
Betrieb. Aber in diesem Getriebesystem, arbeiten die Zähne in der Umgebung
des gebrochenen Zahnes weiter, da eine hohe Anzahl von ineinandergreifenden
Zähnen
vorhanden ist.
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In herkömmlichen Getrieben ist es unmöglich, die
Drehrichtung der Abtriebswelle zu ändern, ohne die Richtung der
Antriebswelle zu wechseln. Aber in dieser Untersetzung, kann sich
die Abtriebswelle in beiden Richtungen drehen, ohne dass die Richtung
der Antriebswelle geändert
werden muss.
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Bei einer hohen Geschwindigkeit eines
planaren Getriebesystems, welches in ein kleines Volumen passt,
entstehen Zentrifugalkräfte
in Abhängigkeit
der Masse des planaren Getriebes. Diese verursacht einige Lager
und Schmierprobleme. In diesem System treten keine großen Zentrifugalkräfte auf,
da es keine sich drehenden Massen wie planare Getriebe aufweist.
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In harmonischen Antriebsgetriebeunterstetzungen,
die eine hohe Übersetzungsrate
aufweisen, muss das aus federndem Material geformte Getriebe mit
dem Namen Flexspline eine elastische Auffederung zur Bildung einer
elliptischen Form aufweisen. Die Zähne des Getriebes greifen also
an wenigstens zwei Teilabschnitten ineinander. Dies bewirkt, dass die
Differenz der Zahl der Zähne
zwischen ineinandergreifenden Getrieben 2 oder größer ist.
Die Konstruktion dieses Getriebesystems jedoch erzeugt die Möglichkeit
eines Ineinandergreifens mit einem Teilabschnitt zwischen zwei ineinandergreifenden
Getrieben. Das heißt,
das Innenrad kann mit dem Außenrad
durch nur ein exzentrisches Element ineinander greifen, wodurch
wenigstens ein zweifaches Übersetzungsverhältnis im
Hinblick auf harmonische Antriebsgetriebeunterstetzungen erreicht
wird.
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Bei harmonischen Antriebsgetriebeunterstetzungen
nimmt die Dicke des Getriebes aus federndem Material zu, je mehr
die Leistung und das Drehmoment wachsen, und daher ist eine umso
größere Federkraft
zu überwinden.
Aber bei diesem Getriebesystem ändern
sich die Innen- und Außenräder nicht, sondern
es zeigt nur eine kleine Feder in jedem unabhängigen Zahn Widerstand. Daher
wird die Leistung mit hoher Effektivität übersetzt.
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Getriebesysteme und Getriebeuntersetzungen
mit exzentrischen Elementen sind bekannt, z. B. aus
DE 341053 C , FR 2427519 A1,
EP 201 730 A1 und
EP 196650 A1 . In
diesen Systemen mit exzentrischen Elementen auf einem Schwingungserzeuger und
Schiebezähnen
(Nadeln, Stifte oder Stäbe),
die wie Außenradzähne wirken,
beginnt der Weg der zu übersetzenden
Bewegung oder des Drehmoments in diesen Untersetzungen radial an
der Antriebswelle im Inneren des Schwingungserzeugers zur Abtriebswelle.
Radiale Anordnungen von Elementen in Untersetzungen verursachen
einige Schwierigkeiten, wie z. B. dünnere Antriebswellen und Übersetzungen (Getriebeübersetzungen)
verglichen mit dem System der vorliegenden Erfindung. Die Verlagerung
der Antriebswelle ins Innere der Wellenerzeugerscheibe begrenzt
den Durchmesser der Antriebswelle. Auf der anderen Seite ist es
unmöglich,
dieselbe Anzahl von verschiebbaren (beweglichen) Zähnen (Stifte
oder Stäbe)
auf dem Ring zu platzieren, der wie ein Außenrad arbeitet, anstatt des
Rings als Innenrad (mit einem ähnlichen
Flankendurchmesser). Andere zu lösende
Probleme sind Wärme
und Abrieb, die an den Kontaktpunkten und -oberflächen aufgrund
der Existenz kleiner Flächen
auftreten. Zusätzlich
zu diesen Problemen, erhöht
die Existenz von relativ komplexen Teilen die Kosten der Herstellung.
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Bei konventionellen Getrieben, führt eine
Beschädigung
oder ein Abrieb der Zähne
zur Ersetzung des Getriebes. Jedoch in dieser Getriebeuntersetzung
kann jeder einzelne Zahn und jedes Teil des Systems Stück für Stück ersetzt
werden, wenn es nötig
ist. Dies führt
zu einer deutlichen Reduzierung der Dauer und der Kosten der Reparatur
und erhöht gleichzeitig
die Lebensdauer der Untersetzung.
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Da einzelne Zähne ohne spezielle Werkzeuge
leicht in Massen hergestellt werden können, werden die Produktionszeiten
und -kosten reduziert.
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Die Struktur des Systems ist weder
vollkommen steif noch elastisch verformbar. Im Allgemeinen kann
es mit einem starren System mit linear beweglichen Teilen erklärt werden.
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Kurze Erläuterung der Zeichnungen:
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1:
Antriebsring mit einer elliptischen Nocke (Schwingungserzeuger);
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2:
Antriebsring mit zwei elliptischen Nocken (Schwingungserzeuger);
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3:
Antriebsring mit einem Rollenelement (Schwingungserzeuger);
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7a:
Untersetzung, wobei FST ein Innenrad ist (vordere Querschnittsansicht)
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7b:
Seitliche Querschnittsdarstellung von Zeichnung 7a (ohne Gehäuse gezeigt);
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10:
Eine andere Anordnung von Zeichnung 7a und 7b;
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11:
Eine andere Anordnung der wesentlichen Teile der Untersetzung.
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Das System weist drei wesentliche
Teile auf, die ein Innenrad, ein darin angebrachtes Außenrad und
ein Schwingungserzeuger (Antriebsring) umfassen. Zur Bewegung können die
Zähne des
Innenrades frei beweglich sein und eines der drei Basiselemente
befestigen.
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Die Hauptbewegung der Untersetzung
wurde am Beispiel der Zeichnung 7a, 7b beschrieben. In der Zeichnung
ist die Antriebswelle, die mit der Energieeinheit (d. h. dem Motor)
gekoppelt ist, mit einem Schwingungserzeuger (Antriebsring) (Nr.
1) der eine elliptisch geformte Nocke ist, verbunden und die Abtriebswelle
ist mit dem Außenrad
(Nr. 4) verbunden.
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Der Tragring, der als Innenrad (Nr.
2) wirkt, ist fest. Der Antriebsring (Schwingungserzeuger) kann
auf verschiedene Art und Weise geformt sein, wie in 2, 3 gezeigt.
Der Tragring, der im Inneren des Schwingungserzeugers (Antriebsrings)
ist, umfasst Zähne
(Nr. 3), die auf dem Umfang verteilt sind und in ihren Löchern frei
beweglich sind. Die schwimmende Zahnelemente („free standing teeth" oder FST) genannten
Zähne,
die noch nicht durch die Nocke auf dem Schwingungserzeuger (Antriebsring)
in Bewegung versetzt wurden, werden in die Lochposition durch ihre
eigenen Federn in den Löchern
gezogen. In der Zwischenzeit sind die Stege dieser Zähne durch
den Tragring nach außen
gedrückt.
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In diesem Muster (7a, 7b)
ist der Tragring am Untersetzungsgehäuse befestigt. Will meinen,
das Innenrad ist befestigt. Das Außenrad (Nr. 4), welches sich
im Inneren des Tragrings befindet, ist mit der Abtriebswelle verbunden.
All diese oben genannten Teile sind im Gehäuse der Untersetzung untergebracht
und die Antriebswelle (Nr. 6) und die Antriebswelle sind mit Wälzlagern
an beiden Seiten des Untersetzungskörpers versehen.
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Wenn sich die Antriebswelle dreht,
führt dies zu
einer Drehung des Schwingungserzeugers (Antriebsrings). Die Stegen
der schwimmenden Zahnelemente, die mit der elliptischen Nocke in
Verbindung stehen, beginnen sich in Richtung des Außenrades zu
bewegen und fangen an, in seine Zähne einzugreifen (7b, Fläche B). Die schwimmenden Zahnelemente,
die durch das zentrale Gebiet der Nocke gedrückt werden, haben in die Außenradzahnelemente
eingegriffen. Die Zahnelemente, deren Druck durch die Weiterführung der
Bewegung der Nocke verringert wird, werden von den Außenradzahnelementen
durch die Federkraft gelöst
und in ihre Löcher
im Tragring hineingezogen ( 7b,
Fläche
D).
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Da die Anzahl von Zahnelementen (FST)
im Tragring größer ist
als die Anzahl der Zahnelemente des Außenrads, stellt die oben genannte
Bewegung eine Verbindung der Abtriebswelle mit dem Außenrad her;
dreht in Gegenrichtung der Antriebswelle wegen der Differenz der
Zähne der
Räderpaare.
Nehmen wir beispielsweise an, dass die Zahl der Zahnelemente am
Tragring Z1 = 251 ist und die Zahl der Zahnelemente
am Außenrad
im Inneren des Tragrings Z2 = 250 ist.
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Das resultierende Übersetzungsverhältnis wäre dann: i = Z2/(Z2 – Z1)
i = 250/(250 – 251) =
250/–1
= –250
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Das Minuszeichen des Übersetzungsverhältnisses
zeigt, dass die Abtriebswelle sich in gegengesetzter Richtung der
Antriebswelle dreht.
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Die oben genannte Antriebswelle dreht
sich in gegengesetzter Richtung der Antriebswelle. Wenn die Teile
(7a, 7b) wieder verwendet werden und die Antriebswelle
mit dem Schwingungserzeuger (Antriebsring) verbunden ist und die
Abtriebswelle mit dem Tragring verbunden ist und das Außenrad im Inneren
des Tragrings befestigt ist ( 10),
dann dreht in dieser Situation die Abtriebswelle in die gleiche
Richtung wie die Antriebswelle. Zusätzlich zu diesen Alternativen
ist es möglich,
den Tragring mit der Antriebswelle zu verbinden und den Schwingungserzeuger
(Antriebsring) (11)
zu befestigen. In dieser Anordnung drehen die Antriebs- und die
Abtriebswelle in dieselbe Richtung.
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Es ist möglich die Zahnelemente (FST)
aufgereiht in einer oder mehreren Reihen auf dem Tragring anzuordnen
(Zickzack-Form).
Diese Art von Platzierung kann angewandt werden, wenn die schwimmenden
Zahnelemente als Innenradzahnelemente ausgebildet sind, damit die
Stärke
der Zahnlöcher
gesteigert wird.
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Die FST Getriebeuntersetzung wird
in Elektromaschinen in der Industrie eingesetzt, wenn hohe Drehmomente
und große Übersetzungsverhältnisse bei
kleinem Volumen und erhöhter
Präzision
drehender und linearer Bewegungen und Kalibrierungssysteme benötigt werden.