WO2007090783A1

WO2007090783A1 - Überlagerungsgetriebe

Info

Publication number: WO2007090783A1
Application number: PCT/EP2007/050973
Authority: WO
Inventors: Tobias Wasser
Original assignee: Auma Riester Gmbh+Co. Kg
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2007-08-16
Also published as: DE102006006003A1

Abstract

Ein Überlagerungsgetriebe zur Übersetzung einer Drehbewegung ins Schnelle oder ins Langsame mit einem Antriebsteil (5), mit einem Führungsteil (2), mit Wälzkörpern (6) und mit einem Abtriebsteil (4), wobei das Führungsteil in seinem dem Antriebsteil (5) oder dem Abtriebsteil (4) zugewandten Umfangsbereich eine erste Anzahl (n) von im wesentlichen gleichartig geformten, radial angeordneten ersten Ausnehmungen (7) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweist, wobei die Anzahl (n) der Wälzkörper (6) der Anzahl (n) der Ausnehmungen (7) im Führungsteil (2) entspricht, wobei das Abtriebsteil (4) in seinem dem Führungsteil (2) oder dem Antriebsteil (5) zugewandten Umfangsbereich eine zweite Anzahl (m) von Ausnehmungen (8) aufweist, wobei sich die erste Anzahl (n) der Ausnehmungen (7) an dem Führungsteil (2) von der zweiten Anzahl (m) der Ausnehmungen (8) an dem Abtriebsteil (4) um zumindest einen Zähler unterscheidet, wobei das Antriebsteil (5) als Exzenter ausgestaltet ist bzw. exzentrisch gelagert ist, so dass bei einer Drehbewegung zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Führungsteil (2) oder zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Abtriebsteil (4) die Wälzkörpern (6) radial zu den Ausnehmungen (7, 8) des Führungsteils (2) und des Abtriebsteils (4) bewegt und sukzessive in Eingriff mit den Ausnehmungen (8) des Abtriebsteils (4) gebracht werden.

Description

Beschreibung Uberlagerungsgetriebe

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Überlagerungsgetriebe, das z.B. für einen

Stellantrieb zur Betätigung einer Armatur in der Prozessautomatisierung eingesetzt werden kann. Bei der Armatur handelt es sich bevorzugt um ein Ste%lied, z.B. um ein Ventil, einen Schieber, eine Drossel oder eine Klappe. In Abhängigkeit von dem Ste%lied ist die Betätigung bzw. der Verstellvorgang eine Dreh-, Schiebe- oder Schwenkbewegung. Das Überlagerungsgetriebe zur Übersetzung einer Drehbewegung ins Schnelle oder ins Langsame besteht aus einem Antriebsteil, einem Führungsteil, mehreren Wälzkörpern und einem Abtriebsteil.

[0002] Eine Besonderheit bei elektrischen Stellantrieben für Armaturen besteht darin, dass sie in der Lage sein müssen, bei niedrigen Drehzahlen im Bereich von 4 -180 U/min hohe Drehmomente in der Größenordnung von 30 - 500.000 Nm zu übertragen. Außerdem müssen sie der Anforderung genügen, dass das jeweils übertragene Drehmoment bei geringen Drehwinkeln eine hohe Konstanz aufweist.

[0003] Elektrische Stellantriebe zur Steuerung und/oder Regelung von Armaturen sind aus der Prozessautomatisierung nicht mehr wegzudenken. Bei bekannten Stellantrieben erfo^t die Drehmomentübertragung zwischen dem Antrieb/Elektromotor und der Armatur über ein Übersetzungsgetriebe, welches je nach Anwendungsfall sehr unterschiedlich ausgestaltet ist. Das Über-setzungsgetriebe dient dazu, die hohe Drehzahl des Elektromotors in die gewünschte in hohem Maße konstante Abtriebsdrehzahl zur Betätigung der Armatur umzusetzen. Als Übersetzungsgetriebe kommen neben Exzenter-getrieben beispielsweise Kegelrad- oder Stirnradgetriebe, Schneckengetriebe, oder Hebe^etriebe zum Einsatz.

[0004] Ein aus der DE 197 57 845 Al bekannt gewordenes Exzenter- bzw. Kugelkraftgetriebe besteht aus einem Gehäuse, in dem ein Antriebsteil und ein Abtriebsteil mit einem Exzenter angeordnet sind. Der Exzenter dient als Träger für eine auf einem Kugellager geführte Inertialscheibe. Die Inertial- Scheibe ist einerseits auf ihrer antriebseitigen Fläche mit Radialnuten für jeweils hälftig in der Radialnut sowie einer gehäusefesten Führung geführte Kugeln versehen. Andererseits ist die Intertialscheibe mittels Kugeln mit dem Abtriebsteil gekoppelt, wobei die Kugeln hälftig in einer Wellennut geführt sind. Die Anzahl der Wellungen der Wellennut unterscheidet sich von der Anzahl der Radialnuten, so dass durch das Getriebe eine gewünschte Untersetzung oder Übersetzung erreicht wird. Durch die Wellung der Wellennut - anstelle einer kreisrunden Nut, wie sie aus der DE 39 20 317 Al bekannt geworden ist - wird die Gefahr minimiert, dass sich die Kugeln verkanten, also in 'Zwangslagen' geraten. Diese Gefahr ist bei der in der DE 39 20 317 Al beschriebenen Lösung gegeben, da die beiden Nutenhälften der Führungsnut während einer Umdrehung des Exzeters nur in einem kleinen Winkelbereich übereinander zu liegen kommen. Mit dem Verkanten der Kugeln sind eine erhöhte Reibung und ein erhöhter Verschleiß verbunden, was letztlich zu einer Verformung und Zerstörung der Kugeln und damit zu einem Versagen des Getriebes führen kann. Derartige 'Zwangslagen' werden durch die in der DE 197 57 845 Al vorgeschlagenen Lösung selbsttätig ausgeglichen.

[0005] Darüber hinaus ist unter der Bezeichnung "CYCLO" ein Doppelexzenter- Getriebe bekannt geworden, das fönende Bestandteile aufweist: eine Antriebswelle mit einem Exzenter, zwei um 180° zueinander versetzte Kurvenscheiben und eine Abtriebswelle. An der Abtriebswelle befindet sich desweiteren ein Bolzenring mit Mitnehmerbolzen. Der Doppelexzenter läuft mit der Antriebszahl um und treibt über Rollenlager die beiden Kurven- Scheiben an. Die Kurvenscheiben drehen sich gleichzeitig um zwei von einander verschiedene Achsen. Es entsteht eine Rotation mit verminderter Drehzahl und entgegengesetztem Drehsinn. Bei einer vollen Umdrehung des Exzenters wälzt sich jede Kurvenscheibe um einen Kurvenabschnitt weiter.

[0006] Um die untersetzte Drehbewegung auf die Abtriebswelle zu übertragen, sind an den Kurvenscheiben kreisförmig angeordneten Bohrungen vorgesehen. Die Abtriebswelle trägt eine koaxiale Mitnehmerscheibe, auf der kreisförmig angeordnete Mitnehmerbolzen sitzen, die in die entsprechenden Bohrungen der Kurvenscheiben eingreifen. Weiterhin ist ein Bolzenring vorgesehen, an dem Atßenbolzen angebracht sind. Die Mitnehmerbolzen und die Atßen-bolzen sind auf Rollen aufgesetzt, die für eine rein wälzende Kraftübertragung zwischen den Kurvenscheiben und den Mitnehmerbolzen der Abtriebswelle sorgen. Hierdurch lassen sich Reibungsverluste, Geräuschentwicklung und Verschleiß reduzieren, allerdings sind die Getriebe aufgrund ihres Aufbaus aus einer Vielzahl von Einzelteilen nur aufwendig zu fertigen.

[0007] Von der Firma Sibmach wird ein harmonisches Getriebe mit einem einseitigen

Exzenter vertrieben. Nähere Information ist über die fönende URL zu beziehen: http:// nposibmach.ru/eng/gearhtml. Ein ringförmiges Abtriebsteil hat an seinem Innenumfang 15 halbkreisförmige Aussparungen. Innerhalb des ringförmigen Abtriebsteils ist ein Kugelkäfig mit 14 Durchbrüchen zur Führung von 14 Kugeln gelagert. Innerhalb des Kugelkäfigs befindet sich das Antriebsteil, bei dem es sich um eine kreisförmige Scheibe handelt, die exzentrisch gelagert ist. Je nach Stellung der exzentrisch gelagerten Scheibe verändern die Kugeln ihre Lage in radialer Richtung relativ zu den Durchbrüchen des Kugelkäfigs und kommen bei der Drehung des Exzenters sukzessive in Eingriff mit den Aussparungen am Innenumfang des Abtriebsteils. Aufgrund der unterschied-lichen Anzahl von Durchbrüchen und Aussparungen bzw. Kugeln wird das Abtriebsteil während einer Umdrehung des Exzenters um ein Winkelsegment gedreht, welches einer Umdrehung des Exzenters geteilt durch die Anzahl der Aussparungen in dem ringförmigen Abtriebsteil entspricht. Hierdurch wird eine definierte Übersetzung ins Langsame erreicht. [0008] Zwar zeichnet sich die bekannte Lösung durch wenige Teilkomponenten aus, allerdings hat sie einige Nachteile:

- Zwecks Erreichung einer 'glatten' Übersetzung sind an die Güte und die Anzahl der Bohrungen in der Atßenwand des ringförmigen Abtriebsteils hohe Anforderungen zu stellen. Die Übersetzung ist bei der bekannten Lösung jedoch nur durch einen hohen Fertigungs-aufwand zu erreichen.

- Es ist relativ schwierig und aufwändig, die Kugeln während der Fertigung zwischen dem Kugelkäfig und dem ringförmigen Abtriebsteil zu positionieren. Ohne weitere Hilfsmittel ist dies unmöglich

- Info^e der Ausbildung des Antriebsteils als einseitiger Exzenter treten bei jeder Drehung radiale Kräfte auf, die durch die Konstruktion aufgenommen werden müssen.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Präzisions-Exzentergetriebe vorzuschlagen, das einfach zu fertigen ist.

[0010] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Führungsteil in seinem dem Antriebsteil oder dem Abtriebsteil zugewandten Umfangsbereich eine erste Anzahl von im wesentlichen gleichartig geformten, radial angeordneten ersten Ausnehmungen zur Führung von Wälzkörpern aufweist, dass die Anzahl der Wälzkörper der Anzahl der Ausnehmungen im Führungsteil entspricht, dass das Abtriebsteil in seinem dem Führungsteil oder dem Antriebsteil zuge-wandten Umfangsbereich eine zweite Anzahl von Ausnehmungen aufweist, dass sich die erste Anzahl der Ausnehmungen an dem Führungsteil von der zweiten Anzahl der Ausnehmungen an dem Abtriebsteil um zumindest einen Zähler unterscheidet, dass das Antriebsteil als Exzenter ausgestaltet ist bzw. exzentrisch gelagert ist, so dass bei einer Drehbewegung zwischen dem Antriebsteil und dem Führungsteil oder zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil die Wälzkörpern radial zu den Ausnehmungen des Führungsteils und des Abtriebsteils zwangsgeführt und sukzessive in Eingriff mit den Ausnehmungen des Abtriebsteils gebracht werden.

[0011] Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch einen geringen

Fertigungsaufwand aus: Bei der Montage werden die Wälzkörper, bei denen es sich bevorzugt um Stifte handelt, in axialer Richtung in die Ausnehmungen des Führungsteils gesteckt. Info^e der geringen Fertigungszeit sind die Fertigungskosten ebenfalls niedrig.

[0012] Bei den Ausnehmungen selbst kann es sich um Ausstanzungen oder Bohrungen handeln, was gleichfalls einen geringen Fertigungsaufwand mit sich bringt. Als Wälzkörpern können sowohl kugel- als auch zylinderförmige Elemente eingesetzt werden. Prinzipiell müssen die Ausnehmungen und die Wälzkörper so zueinander passen, dass ein reibungsloser Rundkuf des Überlagerungsgetriebes sichergestellt ist.

[0013] Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überlagerungs- Getriebes ist vorgesehen, dass das Antriebsteil und das Führungsteil ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung übereinander positioniert sind, dass das Führungsteil an seinem Innenumfang die erste Anzahl von Ausnehmungen aufweist, dass das Abtriebsteil scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet und zentrisch positioniert ist, dass das Abtriebsteil an seinem Atßenumfang die zweite Anzahl von Ausnehmungen aufweist und dass die Wälzkörper zwischen dem Antriebsteil und dem Führungsteil einerseits und zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil andererseits radial verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0014] Eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes sieht vor, dass das Führungsteil und das Abtriebsteil ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung übereinander positioniert sind, dass die erste Anzahl von Ausnehmungen am Führungsteil und die zweite Anzahl von Ausnehmungen jeweils am Innenumfang des Führungsteils bzw. des Abtriebteils angeordnet sind, dass der Exzenter scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet ist und dass die Wälzkörper zwischen dem Antriebsteil einerseits und den beiden übereinander angeordneten Komponenten: Führungsteil und Abtriebsteil andererseits radial verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0015] Eine bevorzugte alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Überlagerungsgetriebes schlägt vor, dass das Antriebsteil und das Führungsteil scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet und übereinander positioniert sind, dass die erste Anzahl von Ausnehmungen am Atßenumfang des Führungsteils vorgesehen ist, dass das Abtriebsteil ringförmig ausgestaltet ist, dass die zweite Anzahl von Ausnehmungen am Innenumfang des Abtriebsteils vorgesehen ist und dass die Wälzkörper zwischen dem übereinander angeordneten Antriebsteil und dem Führungsteil einerseits und dem Abtriebsteil andererseits radial verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0016] Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungs-getriebes sieht vor, dass das Führungsteil und das Abtriebsteil ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet und in axialer Richtung übereinander positioniert sind, dass das Führungsteil an seinem Atßenumfang die erste Anzahl von Ausnehmungen aufweist, dass das Abtriebsteil an seinem Atßenumfang die zweite Anzahl von Ausnehmungen aufweist, dass das exzentrisch ausge-legete Antriebsteil ringförmig ausgebildet und um das Führungsteil und das Abtriebsteil positioniert ist und dass die Wälzkörper zwischen dem Antriebsteil einerseits und dem Führungsteil und dem Abtriebsteil andererseits im Falle einer Drehbewegung radial verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0017] Gemäß vorteilhafter Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes ist das exzentrische Antriebsteil bzw. das exzentrisch gelagerte Antriebsteil als ein-, zwei- oder mehrseitiger Exzenter ausgebildet. Bevorzugt wird in Verbindung mit Überlagerungsgetrieben, bei denen eine hohe Güte gefordert ist, ein Exzenter eingesetzt werden, bei dem die Summe der auftretenden, radialen Kräfte zumindest näherungsweise gleich Null ist. Hierdurch wird ein Rundlauf des Getriebes sichergestellt.

[0018] Wie bereits in der Einleitung erwähnt, wird das erfindungsgemäße

Überlagerungsgetriebe bevorzugt für einen Stellantrieb zur Betätigung einer Armatur eingesetzt. Hierbei sind ein Elektromotor, der dem Antriebsteil zugeordnet ist, und ein manuell betätigbares Ste%lied vorgesehen, das dem Führungsteil zugeordnet ist. Weiterhin ist die zu betätigende Armatur über eine Abtriebswelle mit dem Abtriebsteil verbunden. Weiterer Bestandteil des Getriebes ist ein Kupplungsmechanismus, der das Führungsteil blockiert, wenn die Armatur über den Elektromotor betrieben wird, und der das Antriebsteil blockiert, wenn die Armatur über das manuell betätigbare Ste%lied angesteuert wird.

[0019] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

[0020] Fig. 1 : einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes,

[0021] Fig. 2: einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes und

[0022] Fig. 3: einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes,

[0023] Fig. 3a: eine Draufsicht gemäß der Kennzeichnung A-A in Fig. 3 und [0024] Fig. 4: einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes und

[0025] Fig. 5 eine tabellarische Auflistung von Anwendungsfällen des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes für eine bevorzugte Ausgestaltung eines Stellantriebs.

[0026] In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes 1 dargestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebe 1 handelt es sich um ein sogenanntes Exzenter-Getriebe. Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung im Hinblick auf die bekannten Lösungen des Standes der Technik sind darin zu sehen, dass der Fertigungs- und Montageaufwand und damit die Herstellungskosten erheblich reduziert sind. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe eine Übersetzung ins Schnelle oder in Langsame mit einer hohen Rundkufkonstanz.

[0027] Das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe 1 besteht aus einem axial gelagerten, ringförmigen Abtriebsteil 4, einem ringförmigen, um das Abtriebsteil 4 angeordneten Führungsteil 2, einem in axialer Richtung über dem Führungsteil 2 angeordneten, ringförmigen Antriebsteil 5 und mehreren Wälzkörpern 6. Das ringförmige Antriebsteil 5 ist als zweiseitiger Exzenter ausgestaltet: sein Innenumfang hat die Form einer Ellipse mit der Exzentrizität e. Die Dicke des Abtriebsteils 4 entspricht im wesentlichen der Summe der Dicken von Führungsteil 2 und exzentrischem Antriebsteil 5.

[0028] Am Innenumfang des Führungsteils 2 ist eine erste Anzahl n von Ausnehmungen 7 vorgesehen. Am Atßenumfang des ringförmigen Abtriebsteils 4 ist eine zweite Anzahl m von Ausnehmungen 8 angeordnet. Die Ausnehmungen 7, 8 an den beiden ringförmigen Komponenten: Führungsteil 2 und Abtriebsteil 4 sind so ausgestaltet und dimensioniert, dass die einzelnen Komponenten des Überlagerungsgetriebes 1 möglichst reibungsfrei zusammenwirken.

[0029] Die Anzahl n der Wälzkörper 6 entspricht der ersten Anzahl n der Ausnehmungen 7 an dem Führungsteil 2. Die zweite Anzahl m von Ausnehmungen 8 am Abtriebsteil 4 ist ungleich der Anzahl n der Ausnehmungen 7. Die Ausnehmungen 7, 8 sind jeweils radial und im wesentlichen äquidistant zueinander am Führungsteil 2 bzw. am Abtriebsteil 4 angeordnet. Unter Einwirkung des exzentrischen Antriebsteils 5 werden die Wälzkörper zwischen den Ausnehmungen 7, 8 am Führungsteil 2 und am Abtriebsteil 4 zwangsgeführt. Je nach Ausgestaltung erfolgt eine Übersetzung einer Drehbewegung des Antriebsteils 5 auf das Abtriebsteil 4 ins Schnelle oder ins Langsame.

[0030] Bei dem ringförmigen Antriebsteil 5 handelt es sich im gezeigten Fall um einen zweiseitigen Exzenter. Der Innenumfang des zweiseitigen Exzenters 5 hat die Form einer Ellipse. Möglich ist es auch, einen einseitigen Exzenter zu verwenden. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Kreisscheibe oder einen Kreisring handeln, der um eine außermittige Achse gedreht wird. Der zweiseitige Exzenter hat gegenüber einem einseitigen Exzenter den Vorteil, dass hier die Summe der auftretenden radialen Kräfte zumindest näherungs-weise gleich Null ist, was sich sehr positiv auf den Rundkuf des Überlagerungsgetriebes 1 auswirkt. Überlagerungsgetriebe 1 mit zwei- oder mehrseitigen Exzentern zeichnen sich also dadurch aus, dass sich hier die während der Drehung auftretenden radialen Kräfte in der Summe gegenseitig kompensieren. Gemäß einer Ausgestaltung hat das Führungsteil 2 bevorzugt 32 Ausnehmungen 7, die über 32 exzentrisch geführte Wälzkörper 6 sukzessive mit 30 Ausnehmungen 8 des Abtriebsteils 4 in Eingriff gebracht werden. Während einer vollen Umdrehung des Antriebsteils 5 werden die Wälzkörper 6 sukzessive bezüglich der Ausnehmungen 7 des Führungsteils 2 und der Ausnehmungen 8 des Abtriebteils 4 unterschiedlich stark radial bewegt und je nach Stellung sukzessive in Eingriff mit den Ausnehmungen 8 des Abtriebsteils 4 gebracht. Somit entspricht einer vollen Umdrehung des Exzenters 5 von 360° eine durch die Exzentrizität e des Antriebsteils 5 und die Anzahl n, m der Ausnehmungen 7, 8 definierte Winkeldrehung des Abtriebsteils 4. Diese definierte Winkeldrehung kann je nach Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes 1 einem Vielfachen oder einem Bruchteil einer vollen Umdrehung des Antriebsteils 5 entsprechen.

[0031] Beispielsweise kommt eine Übersetzung ins Langsame bei Überlagerungs-getrieben 1 zum Einsatz, bei denen die schnelle Drehzahl eines Elektromotors 9 in die langsame Drehung einer Armatur 11 bei hohem Lastmoment übersetzt werden soll. Da in der Prozessautomatisierung die Anforderung gestellt wird, dass ein Überlagerungsgetriebe 1 im Notfall auch manuell betrieben werden kann, ist atßer dem Elektromotor 9 stets ein manuell betätigbares Ste%lied 10 an den Überlagerungsgetrieben 1 vorgesehen. Bei Betätigung des Stellrades/Handrades 10 tritt quasi der umgekehrte Fall einer Übersetzung ins Schnelle auf: eine volle Umdrehung des Stellrades 10 führt zu einer Drehung der Armatur 11, die größer ist als eine volle Umdrehung.

[0032] Erfindungsgemäß lassen sich daher auf einfache Art und Weise unterschied- liehe

Übersetzungen ins Langsame oder ins Schnelle realisieren. Hierzu reicht es aus, wenn die Anzahl m der Ausnehmungen 8 an dem Abtriebsteil 4 sich von der Anzahl n der Ausnehmungen 7 an dem Führungsteil 2 um zumindest einen Zähler unterscheidet.

[0033] Im Fall einer Übersetzung ins Langsame wird die Drehzahl eines schnell drehenden Elektromotors 9 in eine langsamere Drehzahl einer Abtriebswelle übersetzt, die die Verbindung zu der Armatur 11 (z.B. Aktor, Ventil, usw.) herstellt. Ist der Elektromotor 9 aus irgendwelchen Gründen nicht funktions-fähig, so erfo^t die Betätigung der Armatur 11 über das manuell betätigbare Ste%lied, bei dem es sich bevorzugt um ein Handrad 10 handelt. In diesem Fall wird das Führungsteil 2 als Antrieb genutzt, während das eigentliche Antriebsteil 5 blockiert ist. Durch die quasi umgekehrte Einleitung der Drehung des Getriebes erfo^t nunmehr eine Übersetzung ins Schnelle. Je nach Betriebsart erfo^t das Ein- und Auskuppeln des Handrads 10 bzw. des Elektromotors 9 über einen Kupplungsmechanismus. Nutzbare Kupplungsmechanismen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine gesonderte Beschreibung verzichtet werden kann.

[0034] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes 1. Das Führungsteil 2 ist -wie in Fig. 1- als Atßenring ausgestaltet und besitzt an seinem Innenumfang eine erste Anzahl von radial angeordneten Ausnehmungen 7, die jeweils die Form eines Kreisausschnitts aufweisen. In axialer Richtung X ist über dem ring-förmigen Führungsteil 2 das ringförmige Abtriebsteil 4 angeordnet. Ebenso wie das Führungsteil 2 weist auch das Abtriebsteil 4 an seinem Innenumfang radiale Ausnehmungen 8 auf. Die Anzahl n der Ausnehmungen 7 im Führungsteil 2 und die Anzahl m der Ausnehmungen 8 im Abtriebsteil 4 unterscheiden sich um zumindest einen Zähler.

[0035] Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist der Exzenter 5 als Innenring ausgestaltet, der innerhalb der beiden übereinander angeordneten Komponenten Führungsteil 2 und Abtriebsteil 4 liegt. Der Exzenter 5 ist so ausgelegt, dass er bei jeder vollen Umdrehung durch radiale Verschiebung der entsprechenden Wälzkörper 6 zwischen Führungsteil 2 und Abtriebsteil 4 das Abtriebsteil 4 um ein durch die gewählte Konstruktion vorgegebenes Winkelsegment weiterdreht. Im gezeigten Fall hat der Exzenter 5 dieselbe Dicke wie die beiden in axialer Richtung X übereinander angeordneten Teilkomponenten: Führungsteil 2 und Abtriebsteil 4.

[0036] Bei den Wälzkörpern 6 handelt es sich bevorzugt um zylinderförmige Elemente, also um Stifte, Nadeln, Rollen oder Bolzen. Mittels zylinderförmiger Elemente erfo^t die Kraftübertragung jeweils über linienförmige Kontakt-flachen und nicht - wie im Falle von kugelförmigen Wälzkörpern 6 - über punktförmige Kontaktflächen. Dennoch ist es natürlich möglich, in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lösung auch Kugeln als Wälzkörper zum Einsatz zu bringen.

[0037] In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes 1 zu sehen. Fig. 3a zeigt einen Schnitt gemäß der Kennzeichnung A-A in Fig. 3. Diese in den Figuren Fig. 3 und Fig. 3a gezeigte erfindungsgemäße Ausgestaltung entspricht quasi der Umkehrung der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung. Das Führungsteil 2 und das Antriebsteil 5 sind ringförmig ausgestaltet und innerhalb des gleichfalls als Ring ausgebildeten Abtriebsteils 4 gelagert. Das Führungsteil 2 ist zentrisch positioniert; bei dem gleichfalls zentrisch positionierten Antriebsteil 5 handelt es sich wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen um einen zweiseitigen Exzenter. Der Innenumfang des Antriebsteils 5 hat die Form einer Ellipse mit der Exzentrizität e, was aus der Darstellung in Fig. 3a klar ersichtlich ist. Am Atßenumfang des ringförmigen Führungsteils 2 ist wiederum eine erste Anzahl n von radial angeordneten Ausnehmungen 7 vorgesehen. Die Anzahl n der Ausnehmungen 7 beträgt 32. Das atßen liegende ringförmige Abtriebsteil 4 trägt an seinem Innenumfang die zweite Anzahl m von radial angeordneten Ausnehmungen 8. Die Anzahl der Ausnehmungen 8 beträgt 30.

[0038] Bei Drehung des Antriebsteils 5 werden die Wälzkörper 6 zwischen dem

Führungsteil 2 und dem Abtriebsteil 4 zwangsgeführt, was zu einer Übersetzung ins Langsame führt. Wird hingegen das Antriebsteil 5 blockiert, was im Falle der Betätigung der Armatur 11 über das Handrad 10 der Fall ist, so wird eine volle Umdrehung des Führungsteils 2 in eine Drehung des Abtriebsteils 4 übersetzt, die größer ist als 360°. Das Abtriebsteil ist mit der Armatur 11 über eine in der Fig. 3 nicht explizit dargestellte Abtriebswelle verbunden.

[0039] In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Überlagerungsgetriebes 1 dargestellt. Die in Fig. 4 gezeigte Ausgestaltung entspricht quasi der Umkehrung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform. Das Führungsteil 2 und das Abtriebsteil 4 sind ringförmig ausgebildet, in axialer Richtung X übereinander positioniert und innerhalb des ringförmigen, exzentrisch ausgelegten Antriebsteils 5 angeordnet. Am Atßenumfang des Führungsteils 2 ist die erste Anzahl n von Ausnehmungen 7 vorgesehen; am Atßenumfang des Abtriebsteils 4 findet sich die zweite Anzahl m von Ausnehmungen 8. Über die exzentrische Bewegung des Antriebsteils 5 werden die Wälzkörper 6 bei einer Drehbewegung in radialer Richtung bewegt und sukzessive in Eingriff mit den Ausnehmungen 8 des Abtriebsteils 4 gebracht. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl n, m von Ausnehmungen 7, 8 an Führungsteil 2 und Abtriebsteil 4 führt das Übersetzungsgetriebe 1 je nach Krafteinleitung eine Übersetzung ins Langsame oder in Schnelle durch.

[0040] In Fig. 5 sind in tabellarischer Form sechs unterschiedliche Fälle aufgelistet, die abschließend Aufschluss darüber geben, wie das erfindungsgemäße Überlagerungsgetriebe eingesetzt werden kann.

[0041] In Verbindung mit Stellantrieben in der Prozessautomatisierung sind die Fälle Ia, 2a und die Fälle Ib, 2b von Interesse. Obwohl Fall 3a und Fall 3b in der Praxis von untergeordneter Bedeutung sind, sind sie der Vollständigkeit halber in der Liste gleichfalls aufgeführt.

[0042] Bei allen aufgelisteten Fällen beträgt die Differenz zwischen der ersten Anzahl n und der zweiten Anzahl m zwei Zähler. Zur exakten Berechnung des Übersetzungsverhältnisses sind die absoluten Werte wie fo^t angegeben:

[0043] IzII = 30 und Iz2l = 32, hierbei entspricht zl der Anzahl m und z2 der Anzahl n.

[0044] Die Standardübersetzung

4 und die Übersetzung i =

/(

O

-1) als sokhe sind zu jedem der Fälle berechnet und in der Tabelle aufgeführt, so dass auf eine Wiederholung an dieser Stelle verzichtet wird. Generell kann gesagt werden, dass eine Übersetzung ins Schnelle erfo^t, wenn IiI < 1 ist und dass eine Übersetzung ins Langsame vorliegt, wenn die Bedingung IiI > 1 erfüllt ist. Wie allgemein bekannt, ist durch das Vorzeichen der Drehsinn des Überlagerungs-getriebes 1 gekennzeichnet.

[0045] Zur Verdeutlichung werden im Fönenden die beiden Fälle herausgegriffen, die bereits im Zusammenhang mit der vorhergehenden Figurenbeschreibung erwähnt worden sind. Diese Beschreibung betrifft eine Kombination von Fall 2a und Fall 2b. Fall 2a findet Anwendung bei einem in der Prozeßauto-matisierung eingesetzten Stellantrieb, wenn dieser über einen Elektromotor 9 angetrieben wird. Das Führungsteil 2 steht in diesem Fall fest und hat die bereits mehrfach erwähnten 32 Ausnehmungen 7, während an dem Abtriebsteil 4 die bereits mehrfach erwähnten 30 Ausnehmungen vorgesehen sind. Das Antriebsteil 5 ist als Exzenter ausgebildet. Hierdurch wird die gewünschte Übersetzung ins Langsame erzielt.

[0046] Fall 2b beschreibt den Fall, wenn der Stellantrieb manuell über ein Handrad 10 betätigt wird. Hier ist das Antriebsteil 5, sprich der Exzenter, arretiert. Die Drehung des Führungsteils 2 wird über das Abtriebsteils 4 in eine Übersetzung ins Schnelle umgesetzt. [0047] Fall Ia und Fall Ib beschreiben die Fälle, wenn die Anzahl der Ausnehmungen 7, 8 an dem Führungsteil 2 und dem Abtriebsteil 4 umgekehrt ist wie in den Fällen 2a und

2b. Wie bereits erwähnt, sind die Fälle 3a und 3b in der Praxis kaum von Bedeutung.

Fall 3a entspricht quasi dem inversen Fall 2a bzw. dessen Kehrwert; Fall 3b entspricht dem inversen Fall Ia. [0048] Bezugszeichenliste [0049] 1 Überlagerungsgetriebe [0050] 2 Führungsteil [0051] 3 Gehäuse [0052] 4 Abtriebsteil [0053] 5 Exzenter [0054] 6 Wälzkörper (32)

[0055] 7 Ausnehmung im Führungsteil 2 (hier: 32) [0056] 8 Ausnehmung im Abtriebsteil 4 (hier: 30) [0057] 9 Elektromotor

[0058] 10 Manuell betätigbares Stellglied (z.B. Handrad) [0059] 11 Armatur [0060] 12 Kupplungsmechanismus

Claims

Ansprüche

[0001] 1. Überlagerungsgetriebe zur Übersetzung einer Drehbewegung ins Schnelle oder ins Langsame mit einem Antriebsteil (5), mit einem Führungsteil (2), mit Wälzkörpern (6) und mit einem Abtriebsteil (4), wobei das Führungsteil in seinem dem Antriebsteil (5) oder dem Abtriebsteil (4) zugewandten Umfangsbereih eine erste Anzahl (n) von im wesentlichen gleichartig geformten, radial angeordneten ersten Ausnehmungen (7) zur Führung von Wälzkörpern (6) aufweist, wobei de Anzahl (n) der Wälzkörper (6) der Anzahl (n) der Ausnehmungen (7) im Führungsteil (2) entspricht, wobei das Abtriebsteil (4) in seinem dem Führungsteil (2) oder dem Antriebsteil (5) zugewandten Umfangsbererh eine zweie Anzahl (m) von Ausnehmungen (8) aufweist, wobei sich die erste Anzahl (n) der Ausnehmungen (7) an dem Führungsteil (2) von der zweien Anzahl (m) der Ausnehmungen (8) an dem Abtriebsteil (4) um zumindest einen Zähler unterscheidet, wobei das Antriebsteil (5) als Exzenter ausgestaltet ist bzw. exzentrisch gelagert ist, so dass bei einer Drehbewegung zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Führungsteil (2) oder zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Abtriebsteil (4) die Wälzkörpern (6) radial zu den Ausnehmungen (7, 8) des Führungsteils (2) und des Abtriebsteils (4) bewegt und sukzessive in Eingriff mi den Ausnehmungen (8) des Abtriebsteils

(4) gebracht werden.

[0002] 2. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei es sih bei den Wälzkörpern

(8) um kugel- oder zylinderförmige Elemente handelt.

[0003] 3. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Antriebsteil

(5) und das Führungsteil (2) ringförmig ausgebildet und in axialer Richtung (X) übereinander positioniert sind, wobei das Führungsteil (2) an seinem Innenumfang de erste Anzahl (n) von Ausnehmungen (7) aufweist, wobei das Abtriebsteil (4) scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet und zentrisch positioniert ist, wobei das Abtriebsteil (4) an seinem Au3enumfang de zweite Anzahl (m) von Ausnehmungen (8) aufweist und wobei de Wälzkörper

(6) zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Führungsteil (2) einerseis und zwischen dem Antriebsteil (5) und dem Abtriebsteil (4) andererseis radal verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0004] 4. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Führungsteil (2) und das Abtriebsteil (4) ringförmig ausgebildet und in axialer Rihtung (X) übereinander positioniert sind, wobei de erste Anzahl (n) von Ausnehmungen

(7) am Führungsteil (2) und de zweie Anzahl (m) von Ausnehmungen (8) am Abtriebteil (2) jeweils am Innenumfang des Führungsteils (2) bzw. des Abtriebteils (4) angeordnet sind, wobei der Exzenter (5) scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet ist und wobei de Wälzkörper (6) zwischen dem Antriebsteil (5) einerseits und den beiden übereinander angeordneten Komponenten: Führungsteil (2) und Abtriebsteil (4) andererseits radal verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0005] 5. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Antriebsteil (5) und das Führungsteil (2) scheibenförmig oder ringförmig ausgebildet und übereinander positioniert sind, wobei de erste Anzahl von Ausnehmungen (7) am Au3enumfang des Führungsteils (2) vorgesehen ist, wobei das Abtriebsteil

(4) ringförmig ausgestaltet ist, wobei de zweite Anzahl (n) von Ausnehmungen

(8) am Innenumfang des Abtriebsteils (4) vorgesehen ist und wobei de Wälzkörper (6) zwischen dem übereinander angeordneten Antriebsteil (5) und dem Führungsteil (2) einerseits und dem Abtriebsteil (4) andererseits radal verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0006] 6. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Führungsteil (2) und das Abtriebsteil (4) ringförmig oder scheiben-förmig ausgebildet und in axialer Richtung (X) übereinander positioniert sind, wobei das Führungsteil (2) an seinem Au3enumfang de erste Anzahl (n) von Ausnehmungen (7) aufweist, wobei das Abtriebsteil (4) an seinem Au3enumfang de zweie Anzahl (m) von Ausnehmungen (8) aufweist, wobei das exzentrisch ausgelegte Antriebsteil (5) ringförmig ausgebildet und um das Führungsteil (2) und das Abtriebsteil (4) positioniert ist und wobei de Wälzkörper (6) zwischen dem Antriebsteil (5) einerseits und dem Führungsteil (2) und dem Abtriebsteil (4) andererseis im Falle einer Dreh-bewegung radal verschiebbar zwangsgeführt sind.

[0007] 7. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei das exzentrische Antriebsteil

(5) bzw. das exzentrisch gelagerte Antriebsteil (5) als einseitiger Exzenter ausgebildet ist.

[0008] 8. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1, wobei das exzentrische Antriebsteil

(5) bzw. das exzentrisch gelagerte Antriebsteil (5) als zwei- oder mehrseitiger Exzenter ausgebildet ist.

[0009] 9. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 8, wobei das exzentrische

Antriebsteil (5) bzw. das exzentrisch gelagerte Antriebsteil (5) so ausgestaltet ist, dass de Summe der während einer Drehbewegung auftretenden radialen Kräfte zumindest näherungsweise gleich Null ist.

[0010] 10. Überlagerungsgetriebe nach einem oder mehreren der vorhergehenden

Ansprüche, wobei es sich bei dem Überlagerungsgetriebe (1) um ein Überlagerungs-getriebe (1) für einen Stellantrieb zur Betätigung einer Armatur handelt.

[0011] 11. Überlagerungsgetriebe nach Anspruch 10, wobei ein Elektromotor (9) vorgesehen ist, der dem Antriebsteil zugeordnet ist, wobei ein manuell betätigbares Stellglied (10) vorgesehen ist, das dem Führungsteil (2) zugeordnet ist, wobei die Armatur (11) über eine Welle mit dem Abtriebsteil (4) verbunden ist und wobei ein Kupplungsmechanismus (12) vorgesehen ist, der bei Antrieb des Überlagerungsgetriebes (1) durch den Elektromotor (9) das Führungsteil (2) blockiert und der bei Antrieb des Überlagerungsgetriebes (1) durch das manuell betätigbare Element (10) das Antriebsteil (5) blockiert.