-
Die
Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches,
wie es etwa eingangs unseres Patentes
DE 1 00 10 680 C2 funktional
näher erläutert ist.
-
Solch
ein – auch
als Harmonic Drive oder als Ringband-Getriebe bekanntes – Wellgetriebe
liefert eine außerordentlich
starke Untersetzung. Die beruht darauf, daß ein so genannter Wellgenerator,
etwa ein rotierend angetriebener unrunder Kern, einen auch als Flexring
bezeichneten Innenrad-Reifen umlaufend radial verformt und dadurch
dessen Außenmantelfläche umlaufend
lokal nach außen
gegen die hohlzylindrische Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines stationären Stützringes
andrückt.
Infolgedessen wälzt
sich der Flexring kraftschlüssig über Reibflächen oder
als Zahnriemen formschlüssig im
Stützring
ab. Dabei dreht der Flexring sich nach Maßgabe der Umfangs- bzw. Zähnedifferenz
zwischen Stützring
und Flexring langsamer, als der motorisch angetriebene Wellgenerator.
Diese gegenüber
dem Antrieb stark verlangsamte Drehbewegung wird vorzugsweise über eine
Außenverzahnung
des Flexringes auf die Innenverzahnung eines weiteren Außenringes übertragen.
Bei dem handelt es sich um den zum Stützring konzentrisch axial versetzten
aber im Gegensatz zu jenem nicht stationär, sondern verdrehbar im Getriebegehäuse gelagerten
Abtriebsring.
-
Der
Antrieb solch eines Wellgenerators erfolgt üblicherweise über einen
hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor, dessen schnelle Rotation
in eine sehr viel langsamere Drehbewegung entsprechend größeren Drehmomentes
untersetzt wird. Das findet vielfältig Anwendung etwa als Stellelement
für das
Motor- und Klimamanagement und für andere
insbesondere manuelle Eingriffe ersetzende Funktionen im Kraftfahrzeug.
-
Die
Kraftübertragung
vermittels des gegenseitigen Eingriffes unterschiedlicher Zähnezahlen zwischen
der Innenmantelfläche
des Stützringes
und der Außenmantelfläche des
Flex ringes behindert allerdings einen kinetisch reibungslosen, ruhig
ablaufend fortschreitenden Zahneingriff bei der herkömmlichen
Geradverzahnung.
-
Bei
einem Kombinationsgetriebe, wie es insbesondere aus unserem Patent
DE 101 51 878 C2 bekannt
ist, arbeitet ein derartiges Wellgetriebe mit einem vorgeschalteten
konventionellen Getriebe vergleichsweise kleinen Untersetzungsverhältnisses
zusammen. Bei letzterem handelt es sich vorzugsweise um ein Planetenradgetriebe,
dessen Planetensteg mit Planetenrädern als dem Wellgenerator
bestückt ist.
Durch solch eine Getriebekombination kann auch der mittlere bis
untere Übersetzungsbereich
gut bedient werden.
-
Diese
Getriebekombination aus Wellgetriebe und ihm funktional vorgeschaltetem
Planetengetriebe erbringt außerdem
den betriebstechnischen Vorteil, daß infolge der Eingangsuntersetzung
die Drehzahl des unrunden Wellgenerators verringert wird, was eine
wünschenswerte
Verringerung der mechanischen Wechselbeanspruchungen durch den Wellgenerator
und eine dementsprechend vergrößerte Standfestigkeit,
also Betriebssicherheit zur Folge hat. Außerdem führt diese Untersetzung der
Eingangsdrehzahl am eigentlichen Wellgetriebe hinsichtlich Amplitude
und Frequenz zu einer Verringerung störender Geräuschentwicklungen; insbesondere
wird dadurch ein sonst recht lautes und unangenehm hochfrequentes
Rasseln, das häufig
vom eigentlichen Wellgetriebe ausgeht, insgesamt auf eine sympathischeres
da niederfrequentes Geräusch
reduziert. Aber auch dieses kann nach gewisser Zeit als störend empfunden
werden, zumal wenn es ständig oder
betriebsabhängig
bei einem Bedienelement auftritt, das in der Nähe einer Bedienperson wie etwa des
Fahrers eines Kraftfahrzeuges betrieben wird.
-
In
der Publikation
DE
2 96 22 185 U1 (dort insbesondere Seite 33 oben) wird ohne
weitere Reflektion als gleichwertig mit der Geradverzahnung eine
Schrägverzahnung
der Planetenräder
(und demzufolge auch auf der Außenmantelfläche deren Sonnenrades
sowie in der Innenmantelfläche
des Flexringes) erwähnt.
Eine Schrägverzahnung
ist allerdings bekanntlich kinetisch grundsätzlich kritisch, weil sie Axialkräfte entstehen
läßt. Die
können
insbesondere von den radialen Lagerungen der hier betrachteten kleinbauenden
Kunststoffgetriebe nicht ohne weiteres aufgenommen werden.
-
Vorliegender
Erfindung liegt deshalb die technische Problemstellung zugrunde,
die in Zusammenhang mit dem Betrieb eines Wellgenerators wegen der
unrunden Bewegungsabläufe
an sich unvermeidliche Geräuschentwicklung
trotz derartiger konstruktiver Engpässe spürbar zu reduzieren, um dadurch
etwa die Akzeptanz von motorisch unterstützten Bedienelementen noch
deutlich steigern zu können.
-
Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die
Kombination der Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Danach wird der Flexring
jedenfalls abtriebsseitig, also auf seiner Außenmantelfläche mit einer Schrägverzahnung
ausgestattet. Der Erfindung zugrunde liegt diesbezüglich die Überlegung,
daß ja
der Flexring nicht wellengelagert ist, sondern über seinen (einer Welle gegenüber: sehr
großen)
Umfang stirnseitig zwischen z.B. dem Boden eines topfförmigen Abtriebsringes
einerseits und andererseits gegenüberliegend gegen das die Antriebwelle
lagernde Gehäuse-Schild
stabil axial abgestützt
ist. Deshalb lassen sich die von der Schrägverzahnung hervorgerufenen
Axialkräfte
hier konstruktiv selbst dann noch durchaus beherrschen, wenn keine
als Pfeilverzahnung gegensinnig geneigten Zähne vorgesehen sind. Hinzu
kommt, daß bei
Kleingetrieben die Stütz-
und Abtriebsringe, vor allem aber der Flexring wegen der Notwendigkeit
seiner umlaufenden Formänderung, regelmäßig im Kunststoffspritzguß erstellt
werden, so daß (im
Gegensatz zu einer spanend ausgeformten Metallverzahnung) vermittels
der Gestaltung der Spritzgußform
sogar im Innenumfang eines Ringes Schräg- und Keilverzahnungen technologisch
problemlos sind.
-
Weitere
Ausbildungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren
Ansprüchen
und aus nachstehender Beschreibung von in der Zeichnung unter Beschränkung auf
das Funktionswesentliche abstrahiert skizzierten Ausführungsbeispielen,
hier zum Umsetzen der Erfindung bei einem Wellgetriebe mit innerhalb seines
Flexringes als Wellgenerator umlaufender Planeten-Eingangsstufe.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich abweichend von diesen skizzierten Ausführungsbeispielen
für ein
Kombinationsgetriebe aber auch auf die Ausgestaltung eines Wellgetriebes mit
außen
schrägverzahntem
Flexring als solchem, unabhängig
von der Gestaltung seines Wellgenerators.
-
In
der Zeichnung zeigt:
-
1 im
Axialquerschnitt die Lage der abtriebsseitigen Schrägverzahnungen,
-
2 für
den Beispielsfall einer abtriebsseitigen Schrägverzahnung gemäß 1 in
drei Stirnansichten (a, b, c) unterschiedliche Zuordnungen von Schrägverzahnungen
zu den Innenmantelflächen
der Außenringe
und
-
3 im
Axialquerschnitt dagegen die Lage einer antriebsseitigen Schrägverzahnung
im Wellgetriebe.
-
Bei
einem Wellgetriebe 11 wird, innerhalb eines formstabilen
Stützringes 12,
als Übertragungsglied
zwischen Eingangs- und Ausgangsrotation ein Flexring 13 umlaufend
radial derart verformt, daß dieser
sich mit seiner Außenmantelfläche längs der
etwas größeren Umfang
aufweisenden Innenmantelfläche
des Stützringes 12 abwälzt. Dadurch
dreht der Flexring 13 sich langsamer, als seine Verformung
innerhalb des Stützringes 12 umläuft. Weil
sich der Flexring 13 noch axial, also seitlich, über den
Stützring 12 hinaus
bis über
einen jenem koaxial benachbart verdrehbar gelagerten Abtriebsring 19 erstreckt, dreht
er mit gegenüber
der Eingangsrotation entsprechend stark untersetzter Bewegung den
Abtriebsring 19 (der in der Stirnansicht gegen den davor
gelegenen Stützring 12 in 1 nicht
sichtbar ist, vgl. aber 2).
-
Die
Eingangsrotation, also die umlaufende Verformung des Flexringes 13,
wird von einem motorisch angetriebenen Wellgenerator 14 hervorgerufen. Als
der dient hier nicht der eingangs erwähnte unrunde Kern auf der Abtriebswelle
eines Antriebsmotors, sondern dafür ist das Wellgetriebe 11 hier
eingangsseitig mit einem Planetenradgetriebe 15 kombiniert. Dessen
(in diesem Beispielfalle: zwei) Planetenräder 16 rotieren um
das motorisch angetriebene Sonnenrad 17 des Planetenradgetriebes 15 und
drücken
so den Flexring 13 lokal umlaufend in die Innenmantelfläche des
Stützringes 12 (ebenso
wie in die Innenmantelfläche
des in 1 nicht sichtbaren Abtriebsringes 19)
hinein, wodurch die umlaufende Verformung des Flexringes 13 schon
gegenüber
der Rotation der Eingangswelle mit ihrem Sonnenrad 17 untersetzt
ist.
-
Typischerweise
ist bei einem Wellgetriebe 11 der Flexring 13 für die erläuterte Untersetzungsfunktion
auf seinem Außenumfang
mit ein bis drei Zähnen weniger
als der Stützring 12 in
seinem Innenumfang ausgelegt. Das behindert allerdings einen kinematisch
reibungslosen, ruhig ablaufenden Zahneingriff bei der herkömmlichen
Geradverzahnung. Um aus kinetischen Gründen, für die Momentenübertragung und
einen möglichst
ruhigen Lauf, dennoch bei hoher Zahnüberdeckung einen weichen Zahneingriff
zu erzielen, ist hier eine Abwandlung der als solchen zwischen Stirnradpaarungen
in Hochlastgetrieben bekannten Schrägverzahnungen 18 vorgesehen – nämlich nun
nicht als die üblichen
Stirnverzahnungs-Paarungen, sondern beim Stützring 12 als Innenverzahnung.
-
Wie
in 2a berücksichtigt,
kann die Schrägverzahnung 18 durchaus
auf diejenige Teilbreite des Flexringes 13 beschränkt bleiben,
die mit dem Stützring 12 abweichender
Zahnung in Eingriff steht, da beim Abtriebsring 19 üblicherweise
die Zahl und somit die Geometrie der Zähne mit derjenigen auf dem
gerade eingriffsmäßig zugeordneten
axialen Teilbereich des Flexringes 13 übereinstimmt. Demzufolge zeigt 2a einen
Stützring 12 mit
Schrägverzahnung 18 axial
versetzt neben einem Abtriebsring 19 mit Geradverzahnung 20.
-
Wenn
aber gemäß 2b beispielsweise eine
durchgehende Schrägverzahnung
sich über
die gesamte axiale Breite des Flexringes 13 erstreckt, dann
sind auch beide Ringe 12, 19 längs ihres Innenumfanges jeweils
mit Schrägverzahnungen 18, 18 ausgestattet.
Das fördert
den Eingriff eines Flexringes 13 in die unterschiedlichen
Zahngeometrien im Stützring 12 einerseits
und andererseits im Abtriebsring 19.
-
2c bezieht
sich auf eine Auslegung des Flexringes 13 mit einer Pfeilverzahnung
zum Reduzieren axialer Krafteinflüsse auf den Flexring 13. Dementsprechend
sind die Schrägverzahnungen 18, 18' der Ringe 12, 19 gegensinnig
geneigt. Die können
geometrisch so ausgelegt werden, daß die von den Schrägverzahnungen
in den Flexring 13 eingeleiteten Axialkräfte sich
gerade wieder aufheben. Die Axialkräfte wirken dann nur noch auf
die beiden koaxialen Hohlräder
(also auf die Ringe 12 und 19), von denen sie
wegen der großen
Ringdurchmesser über das
Getriebegehäuse
gut abgefangen werden können.
-
Bei
einer Schrägverzahnung
sowohl (gemäß 1)
auf der Außenmantelfläche wie
auch (gemäß 3)
in der Innenmantelfläche
des Flexringes 13 kann auch hier eine Pfeilverzahnung zweckmäßig sein,
die dann sowohl hinsichtlich des Flexringes 13 wie auch
bezüglich
aller Räder 16, 17 des
Planetenradgetriebes 15 axiale Belastungen vermeidet.
-
Jedenfalls
führt es
bei einem Wellgetriebe 11 zu erheblich verringerter Geräuschbelästigung,
verzahnte Innenmantelflächen
und dabei insbesondere diejenige im Stützring 12 mit Schrägverzahnungen 18 auszustatten,
unabhängig
davon, ob der im Kunststoffspritzguß erstellte Flexring 13 mit
einem Wellgenerator 14 in Form der Planetenräder 16 als
der Eingangsstufe einer Getriebekombination aus Planetenrad- und
Wellgetriebe 15–11 in
Eingriff steht.