DE19709020A1 - Zahnrad-Getriebe mit minimalem Gesamtumkehrspiel - Google Patents

Description

Die bereits beschriebene Erfindung stellt ein Zahnrad-Getriebe dar für eine Stufenuntersetzung zwischen 2 und 100 als Hochleistungsgetriebe, wobei alle erforderlichen Getriebeteile der kinematischen Gruppe der "niederen Elementenpaarung" angehören, d. d. es werden nur flächentragende Elemente eingesetzt.

Das Einsatzgebiet dieser Zahnrad-Getriebe sind Hochleistungseinsätze im Dauerbetrieb, nicht jedoch Stellgetriebe für die Sitzverstellung, Dach- oder Fensteröffnung in Kraftwagen oder Gewächshäusern.

Die hier beschriebenen Zahnrad-Getriebe bestehen aus der Kombination von je einem Hohlrad und Stirnrad und die Untersetzung erfolgt infolge einer Orbit-Bewegung entweder des Hohlrades oder des Stirnrades.

Die Bauweise in der Getriebetechnik unterteilt sich - neben anderen Bauarten - in die Form der Flachgetriebe und der Stirnradgetriebe.

Bei den Flachgetrieben sind An- und Abtriebswelle achsparallel und haben größere Achsdistanzen. Die Stirnradgetriebe sind eine koaxiale Getriebebaureihe und bauen sehr kompakt.

Den Flachgetrieben entspricht die Bauart in P 196 54 125. Eine koaxiale Getriebebauweise wird in dieser Zusatzanmeldung beschrieben.

Alle bisher gebauten oder in der Literatur oder in Patentschriften vorgestellten Untersetzungsgetriebe aus der Paarung Hohlrad/Stirnrad mit einer Orbit-Bewegung lassen sich in zwei Hauptgruppen aufteilen hinsichtlich der Anzahl der Parallel-Kurbeln bzw. Exzenter für die Orbit-Bewegung als Mindestanzahl.

• 1. Bei der Orbit-Bewegung des Hohlrades werden links und rechts vom Hohlrad auf einer Geraden zwei Parallel-Kurbeln angebracht. Wird nur eine der beiden Parallel-Kurbeln angetrieben, würde aufgrund der Reaktionskräfte innerhalb der Paarung Hohlrad/Stirnrad in den Streck- und Decklagen des Parallel-Exzenters eine Drehhemmung stattfinden, die Rückkraft ergibt ein Stoßmoment, auch als flickover bekannt. Als Abhilfe werden dann beide Parallel-Kurbeln oder Exzenter mit einem Zahnradvorgelege aus drei Zahnrädern formschlüssig bewegt - was dann wieder die Anwendung von einer "höheren Elementenpaarung" bedeutet, oder jede Parallel-Kurbel wird mit einem eigenen Elektromotor angetrieben, oder jede der beidseitig liegenden Parallel-Kurbeln werden verdreifacht unter einem Winkel von 120° ausgeführt und insgesasmt drei Verbindungslenker bewirken den Rundlauf, erkauft mit dreifacher Masse. Die drei Verbindungslenker können jeder ein Hohlrad bilden, ausreichend ist aber auch nur ein Hohlrad.
  Diese Bauweisen sind bekannt sowohl bei orbitierendem Hohlrad wie auch orbitierendem Stirnrad. Diese sind teuer, bzw. kinematisch überbestimmt.
• 2. Die Orbit-Bewegung erfolgt mittels drei Parallel-Kurbeln oder Exzenter, welche in etwa auf den Eckpunkten eines spitzwinkligen Dreiecks angebracht sind. Es reicht aus, eine der drei Parallel- Kurbeln anzutreiben für einen Orbit-Zwanglauf, ohne daß ein Zahnradvorgelege vorgeschaltet wird. Diese Bauweise ist bekannt für eine Orbit-Bewegung des Hohlrades ebenso wie des Stirnrades.

Nachteilig gegenüber der kompakten Bauweise von Stirnradgetrieben - dazu zählen auch Planeten-Getriebe - ist der größere Bauraum bei einer Orbit- Bewegung des Hohlrades sowohl bei einer Zwei-Kurbel-Anlage wie auch einer Drei-Kurbel-Anlage, da diese Kurbeln immer außerhalb des Hohlrades sein müssen. Damit steigt auch das dynamisch wirkende GD².

Ebenfalls nachteilig gegenüber der kompakten Bauweise von Stirnradgetrieben ist der Einbau einer Zei- oder Drei-Kurbelanlage in ein Stirnrad für eine Stirnrad-Orbit-Bewegung. Der Einbau von zwei oder drei funktionsfähigen Parallel-Kurbeln in ein Stirnrad bedingt ein dadurch vergrößertes Stirn- und damit auch Hohlrad, sehr viel größer als es zur reinen Getriebefunktion erforderlich.

Bisher sind Orbit-Getriebe mit drei Parallel-Kurbeln nur in Patentschriften bekannt geworden, d. h. nicht gebaut und angewandt worden. Daher dürfte diesen Erfindern auch nicht die Problematik bekannt sein, welche dadurch vorhanden ist, daß eine Parallel-Kurbel angetrieben ist, die beiden anderen "mitgeschleppt" werden, die Umfangskräfte in der Paarung Hohlrad/Stirnrad umlaufend sind und somit ortsveränderlich zur Antriebskurbel und den Blindkurbeln in unterschiedlichen Hebelverhältnissen. Es sind Orbit-Getriebe nach den Erfindungen Strach gebaut und geprüft worden und besonders der Verlauf der Absolutbeträge der Lagerreaktionen an den Exzentern in den Richtungen x und y im World Coordinate System (WCS) untersucht worden.

Diese sehr rasch unterschiedlich wirkenden Kräfte sind bei einer Hohlrad-Orbit-Bewegung mit drei Parallel-Kurbeln einigermaßen günstig zu realisieren, da die Lagerpunkte außerhalb des Reaktionskreises von Hohlrad/Stirnrad liegen.

Ungünstiger sind die Reaktionskräfte infolge der sich verändernden Hebelverhältnisse bei drei Parallel-Kurbeln im orbitierenden Stirnrad, da die Antriebskraft zum Hohlrad-Mittelpunkt immer ungünstiger wird.

Darstellung der Erfindung

Mit der Absicht Hochleistungsgetriebe zu bauen, ähnlich klein wie Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe, unter Verwendung flächentragender Zahnformen in der Paarung Hohlrad/Stirnrad wird nach der vorliegenden Erfindung das orbitierende Stirnrad in das abtreibende Hohlrad gesetzt derart, daß diese Position auch die Lagerstelle eines Drei-Parallel- Kurbeltriebes für eine Orbit-Bewegung des Stirnrades ist. Gleichzeitig ist diese Lagerstelle der geometrische Ort der Einleitung des Antriebsdrehmoments eines Elektromotors und somit wird eine koaxiale Getriebebauform geschaffen in der Anordnung von Antrieb- zur Abtriebwelle. Die beiden anderen Blindexzenter werden dezentral zur Hohlradmitte angeordnet und erfordern somit keine Getriebevergrößerung über die Funktionsgröße des Hohlrades hinaus.

Die beiden "mitgeschleppt" arbeitenden Blindexzenter haben jetzt nur noch Führungsfunktion für die Orbit-Bewegung des Stirnrades und haben keinen Anteil am Umsatz des Antriebsdrehmomentes des orbitierenden Stirnrades. Dieses Antriebsdrehmoment wird jetzt auf direktem und kürzesten Weg von der Antriebswelle über den darum befindlichen Exzenter in das Stirnrad geleitet bis zur jeweiligen durch die Orbit- Bewegung erfolgenden Kontaktpaarung der Zähne von Stirn- und Hohlrad.

Mit dieser Erfindung sind kompakt bauende Hochleistungsgetriebe herstellbar, alle mit einander arbeitenden Getriebebauteile gehören der Gruppe der "niederen Elementenpaarung" an, Zahnvorgelege oder Mehrfach- Verbindungslenker zum Exzenter-Rundlauf sind nicht erforderlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 und Fig. 2 ist das Getriebe in Ansicht und Längsschnitt dargestellt und die Teile haben die gleichen Nummern.

Nummer 1 ist die Antriebswelle des Elektromotors und Nummer 2 der umgebende Exzenter, gelagert im Gehäusedeckel und in der gleichsinnig, aber langsamer drehenden koaxialen Abtriebswelle 7. Die Abtriebswelle 7 ist auch Träger des mit konstanter Winkelgeschwindigkeit drehenden Hohlrades 6. Das als Innenstirnrad ausgebildete Planetenrad 4 ist fest verschraubt mit dem Lenker 5. Lenker 5 ist weiter Träger der beiden Blindexzenter 3, welche dezentral zur Getriebeachse angeordnet sind. Außer der Lager der Abtriebswelle 7 sind alle Lagerstellen Gleitlagerungen, ausgeführt im Materialwechsel von Stahl zu Gleitlagermaterial. Der Exzenter Nummer 2 überträgt sein Antriebsdrehmoment direkt in das Stirnrad 4 und anteilmäßig über den Lenker 5 auf die Blidexzenter 3 und dadurch erfährt das Stirnrad 4 infolge der Führungsfunktion eines Drei-Kurbel-Parallel-Getriebes eine Orbit- Bewegung innerhalb des Hohlrades 6.

Nummer 8 sind die gestellfesten Lagerbolzen für die geschleppt drehenden Blindexzenter 3.

Sowohl die Zähne des Hohlrades 6 als auch die Zähne des Stirnrades 4 sind geradflankig ausgeführt und übertragen die Umfangskräfte flächentragend.

Aus der Fig. 2 ist weiter entnehmbar, daß grundsätzlich das dynamisch bei schnellen Beschleunigungen und Verzögerungen wirkende GD² bei einem orbitierenden Stirnrad geringer ist als bei einem orbitierenden Hohlrad mit seinem größeren Raddurchmesser. Es ist aber auch aus Fig. 2 entnehmbar, daß das GD² bei einem orbitierenden Stirnrad weiterhin sinkt dadurch, daß die Parallel-Kurbeln oder Exzenter, welche die Orbit-Bewegung besorgen, nicht mehr in das Stirnrad eingebracht werden, sondern dezentral und außerhalb des Stirnrades liegen.

Bei Drei-Parallel-Kurbeltrieben für eine Orbit-Bewegung des Hohlrades oder des Stirnrades müssen die drei Kurbelpunkte auf den Eckpunkten eines spitzwinkligen Dreiecks liegen mit einem Innenwinkel um 60°.

Fig. 1 zeigt, daß, wenn die Blindexzenter nur Führungsfunktion haben der Innenwinkel an der Dreiecksspitze bis auf 90° vergrößert werden kann, was weiterhin zu einem kompakten Getriebe führt.

Claims (3)

1. Zahnrad-Getriebe bestehend aus einem orbitierenden Stirnrad innerhalb eines Abtriebs-Hohlrades und eines Drei-Parallel- Kurbeltriebes für die Stirnrad-Orbit-Bewegung dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zusammenfallen die Lage der Antriebs- wie der Abtriebswelle und des Antriebsexzenters innerhalb des Systems des Drei-Parallel-Kurbeltriebes mit zwei weiteren Blindkurbeln.

2. Zahnrad-Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Führungsfunktion für die Stirnrad-Orbit-Bewegung erforderlichen Blindkurbeln nicht an der Drehmomentenübertragung teilnehmen und dezentral innerhalb eines mit dem Stirnrad fest verbundenen Lenkers versetzt zu der Wirkebene von Stirnrad/Hohlrad gelagert wirken.

3. Zahnrad-Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des orbitierenden Stirnrades ebenso geradflankig und flächentragend ausgeführt sind wie die Zähne des zusammen arbeitenden Hohlrades, unabhängig von der gewählten Zähnezahldifferenz der Untersetzung.