DE19937412A1

DE19937412A1 - Zykloidengetriebe

Info

Publication number: DE19937412A1
Application number: DE1999137412
Authority: DE
Inventors: Rudolf Braren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-07
Filing date: 1999-08-07
Publication date: 2001-02-15
Also published as: WO2001011269A1; AU6983400A

Description

Die Erfindung betrifft ein Zykloidengetriebe, das mindestens ein Rad mit einer Epi- Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins mehr ist als die Anzahl der Epi- Zykloidenzähne, und/oder mindestens ein Rad mit einer Hypo-Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins weniger ist als die Anzahl der Hypo-Zykloidenzähne.

Als Beispiel eines solchen Getriebes wird auf die DE 32 06 992 hingewiesen; auf die dortigen Erläuterungen wird ausdrücklich Bezug genommen.

Bei Getrieberadpaarungen ist ein "Verdrehspiel", auch bei niedriger Qualität unvermeidlich. Der Begriff "Verdrehspiel" beim Verdrehen von Zahnrädern und Zahnradpaaren ist nach DIN 3960 Blatt 1, Ziffer 5.2.2.1 genormt und besagt die Strecke, um die sich ein Rad bei festgehaltenem Gegenrad drehen kann. Die Größe dieses Spieles ist nicht genormt, sie nimmt aber in der Praxis für ein bestimmtes Getriebe von Null-Qualität aus mit steigender Qualität zu. Bei wechselndem oder umkehrendem Kraftfluß oder bei Stößen nimmt dieses Spiel proportional an Stärke zu und erzeugt Schwingungen und unerwünschten Schall, insbesondere bei höheren Drehzahlen.

Obige Nachteile können durch eine aufwendige Überdimensionierung gemindert werden ohne dabei das Verdrehspiel zu beseitigen.

Wird jedoch für eine Anwendung die Beseitigung des Verdrehspieles gefordert, wie beispielsweise bei Robotergetrieben, so ist es erforderlich dieses Verdrehspiel durch aufwendige Maßnahmen zu eliminieren.

Bei bestimmten weiteren Anwendungen ist es bislang nicht möglich die Nachteile aus dem Verdrehspiel zu beseitigen; beispielsweise bei Beseitigung des unerträglichen Lärms der Turboprop-Getriebe.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben dargestellten Nachteile zu beseitigen und geräusch- und/oder spielarme Getriebe mit geringerem Aufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von den beiden Rädern der oder wenigstens einer der Radpaarungen das eine im Eingriffsbereich aus einem Werkstoff geringer Elastizität und das andere aus einem Werkstoff demgegenüber hoher Elastizität besteht.

In allgemeinster Lösung dieser Art spielen die Materialien unterschiedlicher Elastizität nur insoweit eine Rolle, als sie hinsichtlich ihrer Festigkeit, Bearbeitbarkeit oder dergleichen den hier gegebenen Anforderungen genügen müssen. In bevorzugter Ausführung sind die Getriebeparungsglieder im Eingriffsbereich zum einen aus metallischen Werkstoff und zum anderen aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit elastomerer Eigenschaft, insbesondere einem Kunststoff in Form eines künstlichen oder natürlichen Elastomers gebildet. Besonders bevorzugt kann dabei der Wälzkörperring durch handelsübliche Nockenwellen-Zahnriemen mit im Querschnitt teilkreisförmiger Gestalt gebildet sein, wobei die Zähne der Zahnriemen dem Äquidistanten-Parameter und der kreisförmige Zahnriemen dem Parameter r der Grund- und Rollkreise der korrespondierenden Zykloide entsprechen.

In weiterhin besonders bevorzugter Ausführung ist das Rad mit dem elastischeren Werkstoff in Richtung des anderen steiferen Rades gesehen insoweit größer ausgeführt, als die Verzahnung des anderen; damit wird das Spiel auch bei wechselndem oder bei umkehrendem Kraftschluß und bei Stößen in beiden Richtungen eliminiert. Mit einer solchen Ausbildung kann man auch Fertigungstoleranzen ausgleichen. Diese Ausführung erlaubt es demnach, den Zahneingriff derart zu gestalten, daß bereits bei fehlender Drehmomentbelastung durch Kompression des aus dem elastischerem Werkstoff gefertigten Getrieberades kein freies Spiel entsteht.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen im Nachfolgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt in Schema-Darstellung eines Zykloidengetriebes mit einer EPI-Zykloide und mit einer Kupplung, deren Aufgabe es ist, zwischen ihren drei Anschlußwellen in der Zentralachse die geforderte Drehzahl- und Drehmomenten-Wandlung herzustellen; (der elastische Werkstoff wird entweder der Kurvenscheibe oder den Wälzkörpern zugeordnet.)

Fig. 1.1 einen auf Kurvenscheibe und Wälzkörper beschränkten Teil-Querschnitt nach der Linie I-I in Fig. 1;

Fig. 2 einen axialen Längsschnitt in Schema-Darstellung nach eines Zykloidengetriebes mit einer Doppel-Kurvenscheibe, und einem zusätzlichen Hohlrad anstelle der Kupplung; der elastische Werkstoff wird entweder der Doppel; Kurvenscheibe oder den Wälzkörpern und zugeordnet.

Fig. 2.1 einen Teil-Querschnitt nach den Linien II-II in Fig. 2;

Fig. 2.2 einen Teil-Querschnitt nach den Linien III-III in Fig. 2;

Fig. 3 einen Längsschnitt in einem Ausführungsbeispiel für eine Außen planeten-Hinterachse bei Nutzfahrzeugen mit einer EPI-Zykloide und mit einer HYPO- Zykloide; (der elastische Werkstoff wird vorzugsweise den Rollen 312.3 zugeordnet.)

Fig. 3.1 einen Querschnitt nach den Linien I-I in Fig. 3.

Fig. 4 einen axialen Längsschnitt durch ein Zykloidengetriebe mit drei parallel wirkenden Kurvenscheiben mit ausgewuchteter Exzenteranordnung.

Wie aus den Fig. 1 und 1.1 ersichtlich, stellt die Anschlußwelle 1 - analog allen geschlossenen Getrieben - eine der drei "Anschlußwellen" dar und bildet zusammen mit einem zum Exzenter 4 ausgebildeten Steg mit einem Wälzlagersitz 5 eine drehfeste Einheit und bewegt über ein Exzenterlager 7 die Kurvenscheibe 10. Die Kurvenscheibe 10 mit ihrem Parameter r und mit ihrem Kurvenzug 11 paart sich ringförmig im Gehäuse 2 mit den Wälzkörpern 12 und wird mit dem Lagerteil 13 über eine Spannhülse 14 zentriert und befestigt. Eine weitere "Anschlußwelle" stellt das Gehäuse 2 zusammen mit dem drehfest verbundenen Lagerteil 13 dar, deren Lagerungen zur Zentralachse einmal über das Wälzlager 8 und zum anderen über das Wälzlager 9 erfolgen.

Die mit dem Lagersitz 6 ausgebildete dritte "Anschlußwelle" 3 ist mit einer Kupplung 15 drehfest verbunden, deren Kräftefluß über eine Verschraubung 16 mit der Kurvenscheibe 10 erfolgt.

Der elastische Werkstoff wird einem Teil der Paarung zugeordnet und zwar entweder der Kurvenscheibe 10 in der einen Ausführung - kreuzschraffiert als Teilbereich 11' rechts in Fig. 1.1. angedeutet - oder der Wälzkörper 12 in der anderen Ausführung - kreuzschraffiert als Teilbereich 12' links in Fig. 1.1. angedeutet -. Vorteilhaft sind hier anstelle der Wälzkörper 12 handelsübliche Nockenwellen-Zahnriemen einzusetzen.

Die Fig. 2 und Fig. 2.1 sowie Fig. 2.2 folgen analogen Benennungen wie Fig. 1 mit nachfolgender Änderungen:
Anstelle der Kurvenscheibe 10 wirkt die Doppel-Kurvenscheibe 110 bei Eliminierung der Kupplung 15;
die Paarungen der Doppel-Kurvenscheibe 110 einmal mit dem größeren Wälzkörperring 112.1 - Fig. 2.1 - der Anschlußwelle 102 und zum andern mit dem kleineren Wälzkörperring 112.2 - Fig. 2.2 - der Anschlußwelle 103 ergibt je nach Wahl der Kurvenzähne die Übersetzung von 20 bis 2.000.

Die Anschlußwelle 101 nimmt drehfest den Lagersitz 105 und 106 sowie den als Lagersitz dienenden Exzenter 104 auf, so daß die Anschlußwelle 103 die zentrale Lagerung über das Kreuzrollenlager 109,1 und die Lager 108 und 109 erhält. Mit 107 ist das Exzenterkugellager bezeichnet, mit 113 und 114 ein Lagersitz für das Kreuzrollenlager 109.1 gegenüber der Anschlußwelle 102, dessen anderer Lagersitz an einer entsprechend auskragenden Ausbildung der Anschlußwelle 103 vorgesehen ist, die auch mit dem kleineren Welzkörperring zusammenwirkt.

Der elastische Werkstoff kommt zum Einsatz wie in Fig. 1 beschrieben.

Als Beispiel für einen solchen Getriebetyp wird auf die DE 196 45 825 A1 verwiesen.

Die Fig. 3 und 3.1 zeigen in einem Ausführungsbeispiel für Außen-Planeten-Hinterachsen bei Nutzfahrzeugen die Anwendung von EPI- und HYPO-Zykloiden. Besonders günstig ist hier der Einsatz vom elastischen Werkstoff in Form von handelsüblichen Kaufteilen für die Rollen 312.3.

Der in Fig. 4 wiedergegebene Längsschnitt eines Zykloidengetriebes nach Maßgabe eines solchen gemäß DE 32 06 992, bei dem die Wälzkörper 412.1; 412.2; 412.3
die Kurvenscheiben 410.1; 410.2; 410.3;
die Exzenterlager 407.1; 407.2; 407.3;
die Exzenter 404.1; 404.2; 404.3;
nach der Liste 3-fach so aufgeteilt sind, daß die beiden äußeren Teile einmal dynamisch gleichwertig sind wie der einzelne innere Teil und zum anderen, daß die beiden äußeren Teile um 180° gegenüber dem einzelnen inneren Teil versetzt sind, bei gleicher Exzentrizität aller Teile. Die beiden äußeren Wälzkörperringe werden durch handelsübliche Zahnriemen ersetzt.

Im übrigen sind die Einzelheiten der vorgeschilderten Ausführungsbeispiele nebst Abwandlungs- und Anpassungsvarianten in der beiliegenden "Stückliste" erfaßt. Die vorbeschriebenen Getriebebeispiele können demnach wahlweise EPI- oder HYPO-Zykloiden aufweisen, wie dies die Liste angibt, in welcher außer der Nennung der Bauteile noch Bezugsziffern unten unter "Zykloiden- und Wälzkörperwechsel" - die jeweiligen Änderungen bei Übergang auf den jeweils anderen Kurventyp angegeben sind.

Bezugszeichenliste Schema Fig. 1 mit Kupplung

1

Exzenter-Anschlußwelle

2

Gehäuse-Anschlußwelle

3

Kupplung-Anschlußwelle

4

Exzenter

5

Gehäuse-Lagersitz

6

Umhüllungs-Lagersitz

7

Exzenter-Lager

8

Gehäuse-Lager

9

Umhüllungs-Lager

10

Kurvenscheibe

11

EPI-Zykloidenzug

11

' elastische EPI-Zykloide

111.2

EPI-Zykloidenzug

12

Walkörper

12

' elastischer Wälzkörper

13

Umhüllung

14

Spannhülse

15

Kupplung

16

Verschraubung Teil

11

mit Teil

17

Sicherungsring

Schema Fig. 2 mit Doppel-Kurve

101

Exzenter-Anschlußwelle

102

Gehäuse-Anschlußwelle

103

Umhüllung-Anschlußwelle

104

Exzenter

105

Gehäuse-Lagersitz

106

Umhüllungs-Lagersitz

107

Exzenter-Lager

108

Gehäuse-Lager

109

Umhüllungs-Lager

109.1

Kreuzrollen-Lager

110

Doppel-Kurvenscheibe

111.1

EPI-Zykloidenzug

111.2

EPI-Zykloidenzug

112.1

Wälzkörper

112.2

Wälzkörper

113

Lagerteil

114

Spannhülse

Ausführungsbeispiel Ausßenplanetenachse Fig. 3 mit WPI- und HYPO-Zykloide

301

Exzenter-Anschlußwelle

302

Aufn. f. Wälzkörper

303

HYPO-Z. Hohl- Verschrbg. Teil

303

mit

114

; Teil

303

mit

313

nicht bezeichnet

304

Exzenter

305

Achsbrücke

307

Exzenter-Lager

308

E-Welle-Lager

309

Achs-Lager

311

EPI-Zykloide

312

Wälzkörper

312.3

Rolle

313

Glockennabe

314

Deckel

Ausführungsbeispiel EPI-Zykloiden-Getr. Fig. 4 3 × parallel Getr. Teile

401

Exzenter-Anschlußwelle

402

Gehäuse-Anschlußwelle

403

Kupplung-Anschlußwelle

404.1

Exzenter

404.2

Exzenter

404.3

Exzenter

407.1

Exzenter-Lager

407.2

Exzenter-Lager

407.3

Exzenzer-Lager

410.1

Kurvenscheibe

410.2

Kurvenscheibe

410.3

Kurvenscheibe

412.1

elast. Wälzkörper nicht bezeichnet

412.2

Wälzkörper nicht bezeichnet

412.3

elast. Wälzkörper nicht bezeichnet

Wechsel von EPI-Zykloide in Wälzkörper und von Wälzkörper in HYPO-Zykloide bei gleichen Betriebsverhältnissen

Teil

11

in Wälzkörper
Teil

12

in HYPO-Zykloide
Teil

111.1/111.2

in Wälzkörper
Teil

112.1/112.2

in HYPO-Z.
Teil

303

in Wälzkörper
Teil

312

in EPI- u. HYPO-Z.
Teil

311

in Wälzkörper
Teil

410

in Wälzkörper
Teil

412

in HYPO-Zykloide

Paarungsvariation

1. Teil

11

mit Teil

12

2. Teil

11

mit Teil

12

'
3. Teil

11

' mit Teil

12

Claims

1. Zykloidengetriebe, das mindestens ein Rad mit einer Epi- Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins mehr ist als die Anzahl der Epi-Zykloidenzähne, und/oder mindestens ein Rad mit einer Hypo- Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins weniger ist als die Anzahl der Hypo-Zykloidenzähne, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Rädern der oder wenigstens einer der Radpaarungen das eine im Eingriffsbereich aus einem Werkstoff geringer Elastizität und das andere aus einem Werkstoff demgegenüber hoher Elastizität besteht.

2. Zykloidengetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rad der wenigstens einen Radpaarung mindestens in seinem Eingriffsbereich aus einen metallischen Werkstoff und das andere Rad zumindest in seinem Eingriffsbereich aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit elastomerer Eigenschaft gebildet ist.

3. Zykloidengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad der wenigstens einen Radpaarung aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere hochfestem Stahl, und das andere Rad aus einem Kunststoff - insbesondere natürliches oder künstliches Elastomer - besteht.

4. Zykloidengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzkörperring durch handelsübliche und kreisförmige Nockenwellen- Zahnriemen gebildet ist, wobei die Zähne der Zahnriemen dem Äquidistanten- Parameter und der kreisförmige Zahnriemen dem Parameter (r) der Grund- und Rollkreise der korrespondierenden Zykloide entsprechen.

5. Zykloidengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rad mit elastischem Werkstoff in Richtung des anderen Rades gesehen größer ausgeführt ist als die Verzahnung des anderen, um damit das Spiel auch bei wechselndem oder bei umkehrendem Kraftschluß oder bei Stößen zu eliminieren.