DE19626403A1

DE19626403A1 - Umlauf-Reibradgetriebe

Info

Publication number: DE19626403A1
Application number: DE1996126403
Authority: DE
Inventors: J Prof Dr Ing Heinzl; Hans Zehentbauer; Jens Dormann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 1998-01-08
Also published as: WO1998000657A2; WO1998000657A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Untersetzung schnellaufender Antriebsmotoren werden, je nach gefordertem Unterset zungsverhältnis und Einsatzbereich, verschiedenartigste Getriebevarianten eingesetzt.

Um hohe Untersetzungen im Bereich größer als ca. 1 : 100 in einer einzigen Stufe zu erreichen, sind spezielle Getriebe entwickelt worden: Bekannt sind u. a. das Cyclo-Getriebe, das Har monic-Drive-Getriebe und Umlaufgetriebe, die aus zwei gekoppelten, offenen Planetengetrie ben in Zahnradausführung zusammengesetzt sind (/1/ und /2/). Räderkoppelgetriebe mit ho hen Übersetzungsverhältnissen finden Anwendung als Leistungsgetriebe im Bergbau, in der Fördertechnik und als Zentrifugenantriebe; bei kleinen Leistungen als sehr genaue Positio niergetriebe, z. B. in Bestrahlungsgeräten der Medizintechnik, bei Antennen-, Radar- und Ra ketensteuerungen sowie als Vorschubgetriebe im Werkzeugmaschinenbau.

Die Nachteile der bekannten Getriebe lassen sich folgendermaßen beschreiben:
Durch mehrfache kinematische Überbestimmtheit z. B. beim Cyclo-Getriebe ist ein ruckfreier Lauf nicht zu erreichen.

Beim Harmonic-Drive-Getriebe ist, bedingt durch den relativ weichen Zahnriemen, eine verminderte Steifigkeit in Kauf zu nehmen.

Dadurch bedingt, daß nur ganze Zähnezahlen möglich sind, lassen sich nur gestufte Übersetzungsverhältnisse erreichen. Bauartbedingt liegen diese immer noch im Bereich kleiner als ca. 2500 : 1 und sind damit begrenzt.

Ein konventionell aufgebautes Reibradgetriebe mit mehreren Stufen ermöglicht zwar theoretisch beliebige Übersetzungen, durch den ungünstigen Kraftfluß über lange Wege wird die hohe Übersetzung jedoch auf Kosten der Steifigkeit erkauft.

Die Vorteile einer Vorrichtung nach Anspruch 1 lassen sich folgendermaßen beschreiben:
Durch die Verwendung von Reibrädern statt Zahnrädern ist eine Beschränkung auf ganze Zähnezahlen nicht mehr erforderlich, bei vorgegebener (kleiner) Baugröße sind beliebig kleine Übersetzungen möglich.

Um eine symmetrische Einleitung der Vorspannkräfte zu erreichen, werden 3 um je 120° versetzt angeordnete Reibradpaare eingesetzt.

Je nachdem, ob das kleinere oder das größere Hohlrad angetrieben wird (bei Konstruktion festzulegen), kann eine Drehrichtungsumkehr bewirkt werden und damit ein Wechsel von Übersetzung zu Untersetzung.

Durch die Entkopplung von zwei der drei Umlaufräder werden Verspannungen durch kinematische Überbestimmungen vermieden, die sonst zu ruckartigen Entspannungs vorgängen führen würden, welche die Gleichlaufeigenschaften negativ beeinflussen.

Durch den Vorzug des ruhigen Laufs und der Gleichförmigkeit der Abrollbewegung eines Reibradgetriebes in Verbindung mit einer hohen statischen- und dynamischen Steifigkeit infolge kurzer Kraftübertragungswege ist dieses Getriebe als Vorschubantrieb für eine Präzisions-Werkzeugmaschine besonders geeignet.

Da die beiden Hohlräder leicht kegelig und die Reibräder ballig ausgeführt sind, läßt sich mittels eines Tellerfederpakets über die Keilwirkung eine einstellbare Vorspannung des Getriebes erzielen, somit lassen sich je nach gefordertem Moment die Normalkräfte erzeugen. Die Einstellung geschieht praktisch "automatisch", bei der Montage sind keinerlei Justagearbeiten durchzuführen.

Durch die vergleichsweise geringe Bauteileanzahl ist der Aufwand bei der Herstellung begrenzt.

Die Wälzpaarung Hohlrad/Umlaufrad läßt höhere Normalkräfte zu wie bei einer ver gleichbaren Auslegung mit außen abwälzenden Umlaufrädern. Dadurch sinkt die Belastung der Bauteile infolge geringerer Hertz′scher Pressung. Das Massenträgheitsmoment ist bei Verwendung von zwei Hohlrädern durch den kompakten Planetenträger ebenfalls günstig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im fol genden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Schrägbild eines Getriebes nach Anspruch 1;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Getriebes nach Anspruch 5;

Fig. 3 eine kinematische Prinzipskizze eines Getriebes nach Anspruch 1; und

Fig. 4 eine Skizze mit den Angaben der Abmessungen für die Berechnung des Untersetzungsverhältnisses.

In Fig. 1 und 2 sind gleichen Bauteilen gleiche Ziffern zugeordnet. Im einzelnen sind dies Der Träger der Umlaufräder 1, eines der beiden entkoppelten Reibräder 2 für das obere Hohl rad 5, eines der beiden Reibräder 3 für das untere Hohlrad 7, das die Kraft übertragende Reibradpaar 4, das Nadellager 6 sowie das Schrägkugellager 8 des unteren Hohlrades 7, das der Vorspannung dienende Tellerfederpaket 9 und das Gehäuse 10. Zusätzlich sind in Fig. 2 eine Transmissionsstange 11 und eine Andruckrolle 12 dargestellt.

Die Kinematik des Getriebes wird in /1/ und /2/ beschrieben, mit dem Unterschied, daß das vorliegende Getriebe mit Reibradpaarungen anstatt mit Zahnrädern ausgeführt wird. (Siehe auch Fig. 3).

In Fig. 1 ist ein Umlauf-Reibradgetriebe im Schnitt dargestellt. Auf einem Radträger 1 sind um je 120° versetzt Reibradpaare auf Bolzen gelagert. Um Überbestimmungen zu vermeiden, ist nur ein Reibradpaar 4 fest miteinander verbunden, dieses Räderpaar übernimmt allein die Kraftübertragung. Die übrigen beiden Reibradpaare 2 und 3 sind nicht gekoppelt, sie dienen ausschließlich zur Abstützung bzw. Erzeugung der notwendigen Normalkräfte. Die Reibräder 2 und ein Reibrad von 4 wälzen sich in einem gehäusefesten Hohlrad ab. Die Reibräder 3 und das zweite Reibrad von 4 wälzen sich in einem zweiten Hohlrad ab, das im Gehäuse 10 gela gert ist. An diesem Hohlrad wird auch das übertragene Drehmoment abgenommen. Die Un tersetzung des Getriebes wird durch eine Radiendifferenz der beiden Hohlräder bzw. der in ihnen abwälzenden Reibräder erzielt.

Für den Fall, daß ein gehäusefestes Rad angenommen wird, berechnet sich die Übersetzung eines solchen Getriebes folgendermaßen /4/, /1/:

(ω_a = 0 ⇒ ω_c =(1-1/i) · ω_s

also für 1/i → 1 ⇒ ω_s/ω_c → ∞

z. B. a=49; b₁=50; b₂=51; c=50

1/i= a · b₂/(b₁ · c) = 2499/2500

ω_s/ω_c = 2500 = 1/(1-1/i)

(Skizze der Wälzkreise siehe Fig. 4).

Zur Erzeugung der notwendigen Normalkräfte an den Reibrädern wird das Hohlrad 7 mittels eines Tellerfederpackets 9 über das Schrägkugellager 8 vorgespannt. Die zweite Lagerstelle 6 ist als Nadellager (Loslager) ausgebildet. Da beide Hohlräder konisch ausgeführt sind, ent steht in Verbindung mit ballig geschliffenen Umlaufrädern durch Keilwirkung eine Vorspan nung.

Das übertragene Drehmoment kann dabei auch zum Antrieb einer Antriebsstange benutzt werden, die am äußeren Durchmesser des Hohlrades 7 abwälzt und z. B. auf den Schlitten einer Werkzeugmaschine oder Meßmaschine wirkt (siehe Fig. 2).

Der kurze Kraftübertragungsweg (siehe Pfeil in Fig. 3) wirkt sich dabei günstig auf die Steifigkeit aus.

Literaturnachweis

/1/ Kurt Luck/Karl-Heinz Modler
Getriebetechnik
Seiten 122ff
Springer-Verlag Wien New York 1990
ISBN 3-211-82147-3
/2/ Steinhilper/Hennerici/Britz:
Kinematische Grundlagen ebener Mechanismen und Getriebe
Seiten 310ff
Vogel, 1993, ISBN 3-8023-0432-3
/3/ Autorenkollektiv
Getriebetechnik, Koppelgetriebe
VEB Verlag Technik, Berlin 1979
/4/ Prof. Dr.-Ing. J. Heinzl
Maschinen und Feingerätebau für Elektroingenieure
Skizzen und Formeln zur Vorlesung
Seiten 94f
Herausgegeben vom Lehrstuhl für Feingerätebau und Getriebelehre der TU München 1992.

Claims

1. Reibradgetriebe zur Untersetzung eines schnellaufenden Motors, dadurch gekenn zeichnet, daß das Reibradgetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet ist, wobei die umlaufenden Räder eine geringe Radiendifferenz aufweisen und eines der beiden zentrischen Räder gestellfest ist.

2. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zentrischen Räder als Hohlräder ausgeführt sind.

3. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräder leicht kegelig ausgeführt sind und die Planetenräder leicht ballig, so daß in Verbindung mit einer über geeignete Mittel aufzubringende Vorspannung Normalkräfte an den Be rührstellen entstehen.

4. Reibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß drei umlaufende Räder angeordnet sind von denen 2 entkoppelt sind um Überbestimmungen zu vermeiden.

5. Reibradgetriebe nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche des einen Hohlrades die Antriebsstange eines Schliffens angepreßt wird.