DE102007016189B4 - transmission - Google Patents
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Abstract
Getriebe mit einem Antriebselement (7), einem Element (3) und einem Abtriebselement, wobei eine Übersetzung sowie eine Übertragung eines Antriebsmomentes zwischen Antriebselement (7) und Abtriebselement über eine Mehrzahl von radialen bewegbaren Zahnsegmenten (5) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Axialrichtung eine Mehrzahl von Zahnsegmenten (5) nebeneinander angeordnet und in Umfangsrichtung einzelne Zahnsegmente (5) axial zueinander versetzt angeordnet sind und ein Fußbereich (22) des Zahnsegmentes (5) in ein Auflageelement (11), das ein Segmentteil eines Lageraußenrings ist, eingreift und dort abgestützt ist.Transmission with a drive element (7), an element (3) and an output element, wherein a translation and a transmission of a drive torque between the drive element (7) and output element via a plurality of radial movable tooth segments (5), characterized in that in one Axially a plurality of toothed segments (5) arranged side by side and in the circumferential direction individual toothed segments (5) are axially offset from one another and a foot portion (22) of the toothed segment (5) in a support element (11), which is a segment part of a bearing outer ring engages and supported there.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a transmission according to the preamble of
Herkömmliche Getriebe sind in jeglicher Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und erhältlich.Conventional transmissions are known and available in any shape and design on the market.
Im wesentlichen werden drei unterschiedliche Technologien von Getrieben im Markt verwendet. Zum Einen sind im Markt Planetengetriebe bekannt, bei welchen bspw. innerhalb eines Hohlrades koaxial eine oder mehrere Planetenräder mittels eines meist zentral angeordneten Sonnenrades zur Übertragung eines Momentes auf einem Planetenradträger bzw. Abtriebselement vorgesehen sind.Essentially, three different transmission technologies are used in the market. On the one hand in the market planetary gear are known in which, for example, within a ring gear coaxially one or more planet gears by means of a usually centrally located sun gear for transmitting a torque on a planet or output element are provided.
Bei derartigen Umlauf- oder Planetengetriebe können keine hohen Übertragungsgeschwindigkeiten gefahren sowie keine hohen Momente bei generell nur sehr kleinen möglichen Hohlwellendurchmessern übertragen werden. Zudem unterliegen derartige Getriebe einer geringen Steifigkeit und geringen Robustheit, wobei diese eine geringe Überlastfähigkeit besitzt.In such planetary gear or planetary gear no high transmission speeds can be driven and no high moments are transmitted with generally only very small possible hollow shaft diameters. In addition, such transmissions are subject to low rigidity and low robustness, which has a low overload capacity.
Ferner ist nachteilig, dass insbesondere bei hohen antriebsseitigen Drehzahlen eine Übersetzung bzw. ein Übersetzungsverhältnis beschränkt ist.Furthermore, it is disadvantageous that a ratio or a transmission ratio is limited, especially at high drive-side speeds.
Ferner sind Exzentergetriebe bekannt, bei welchen meist ein Planetenrad innerhalb eines innen verzahnten Hohlrades zur Übertragung der Drehmomente wie zur Herstellung von Übersetzungen vorgesehen ist.Furthermore, eccentric gear are known in which usually a planetary gear is provided within an internally toothed ring gear for transmitting the torques as for the preparation of translations.
Bei Exzentergetrieben ist von Nachteil, dass diese große Trennkräfte erfordern, sehr große Lagerelemente, insbesondere bei Hohlwellenausführungen erfordern und nur für Hohlwellenausführungen mit kleineren Durchmessern geeignet sind. Auch hier weisen diese Exzentergetriebe geringe Überlastfähigkeiten und geringe Robustheiten auf.In eccentric gears has the disadvantage that they require large separation forces, require very large bearing elements, especially in hollow shaft designs and are only suitable for hollow shaft designs with smaller diameters. Again, these eccentric gears have low overload capabilities and low ruggedness.
Zudem sind die Übersetzungsbereiche beschränkt auf etwa i = 30 bis i = 100 und dies nur bei geringen Antriebsdrehzahlen. Bei höheren Antriebsdrehzahlen unterliegen derartige Exzentergetriebe einem hohen Verschleiß und weisen daher eine geringe Standzeit auf, was unerwünscht ist.In addition, the transmission ranges are limited to about i = 30 to i = 100 and this only at low drive speeds. At higher drive speeds, such eccentric gears are subject to high wear and therefore have a short service life, which is undesirable.
Zudem weisen derartige Exzentergetriebe hohe Reibungsverluste und daher geringe Wirkungsgrade auf, da Kupplungen od. dgl. an Exzentergetriebe anschließen, um die exzentrische Abtriebsbewegung auf eine zentrische Bewegung zu verlagern. Daher ist der Wirkungsgrad des Exzentergetriebes sehr niedrig.In addition, such eccentric gear have high friction losses and therefore low efficiencies, as couplings od. Like. Connect to the eccentric to relocate the eccentric output movement to a central movement. Therefore, the efficiency of the eccentric is very low.
Insbesondere bei hohen Drehzahlen treten hohe Schwingungsproblematiken auf, die ebenfalls unerwünscht sind.Especially at high speeds occur high vibration problems, which are also undesirable.
Ferner sind Harmonic Drive Getriebe bekannt, die zwar auch als Hohlwellengetriebe ausführbar sind, wobei zwischen einem meist oval ausgebildeten Antriebselement und einem innen verzahnten Hohlrad ein sogenannter Flexspline angeordnet ist, der weich und nachgiebig ausgebildet ist und das entsprechende Moment zwischen Antrieb und Hohlrad überträgt sowie eine Übersetzung zulässt.Furthermore, harmonic drive gears are known, which are indeed executable as a hollow shaft gear, wherein between a usually oval-shaped drive element and an internally toothed ring gear, a so-called flexspline is arranged, which is soft and yielding and transmits the corresponding torque between the drive and ring gear and a Translation permits.
Der sogenannte Flexspline unterliegt dauerhaften Belastungen und versagt häufig bei hohen Momenten. Zudem ist der Flexspline nicht überlastfähig und reißt häufig bei zu hohen Momenten schnell ab. Das Harmonic Drive Getriebe hat ferner einen schlechten Wirkungsgrad und eine geringe Verdrehsteifigkeit.The so-called Flexspline is subject to permanent loads and often fails at high moments. In addition, the Flexspline is not overloadable and often tears off quickly at too high a moment. The Harmonic Drive transmission also has a poor efficiency and low torsional stiffness.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Koaxialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile der bis jetzt bekannten Koaxialgetriebe, Planetengetriebe, Exzentergetriebe sowie Harmonic Drive Getriebe beseitigt, wobei eine Kraftübertragung zwischen Antriebselement und Zahnsegment deutlich zum übertragen von sehr hohen Kräften verbessert werden soll.The present invention is therefore an object of the invention to provide a coaxial transmission of the type mentioned above, which eliminates the disadvantages of the previously known coaxial transmission, planetary gear, eccentric and harmonic drive gearbox, with a power transmission between the drive element and toothed segment clearly transmitted to very high Forces should be improved.
Die
Die
Die
Die
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Den nächstliegenden Stand der Technik zur vorliegenden Anmeldung stellt die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Koaxialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile der bis jetzt bekannten Koaxialgetriebe, auch Planetengetriebe etc. sowie Harmonic Drive Getriebe beseitigt, wobei eine Kraftübertragung zwischen Antriebselement und Zahnsegment deutlich zum Übertragen von sehr hohen Kräften, Momenten verbessert werden soll. Ferner soll die Lebensdauer des Koaxialgetriebes bei optimierter Belastbarkeit zur gleichzeitigen Anpassbarkeit auf entsprechende Abtriebs- und/oder Antriebsmomente optimierbar sein.The present invention has for its object to provide a coaxial transmission of the type mentioned above, which eliminates the disadvantages of the previously known coaxial transmission, planetary gear, etc. and harmonic drive gear, with a power transmission between the drive element and toothed segment clearly for transmitting very high Forces, moments should be improved. Furthermore, the life of the coaxial transmission should be optimized with optimized load capacity for simultaneous adaptability to appropriate output and / or drive torque.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt der kennzeichnende Teil des Anspruchs 1.To achieve this object, the characterizing part of
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Koaxialgetriebe zu schaffen, bei welchem eine Mehrzahl von Zahnsegmenten innerhalb eines Elementes linear, radial nach außen hin und her bewegbar geführt sind. Die einzelnen Zahnsegmente weisen Zahnflanken auf, die in die entsprechende Verzahnung eines äusseren Hohlrades eingreifen.In the present invention has been found to be particularly advantageous to provide a coaxial transmission in which a plurality of tooth segments within a member are linearly, radially outwardly reciprocally guided. The individual toothed segments have tooth flanks which engage in the corresponding toothing of an outer ring gear.
Die Zahnsegmente werden mittels eines Antriebselementes, welches eine äußere Profilierung und eine äußere Kontur besitzt, zur Herstellung einer rotativen Übersetzung und Bewegung durch eine entsprechende rotative Antriebsbewegung in die Verzahnung des Hohlrades bewegt.The toothed segments are moved by means of a drive element which has an outer profiling and an outer contour, for producing a rotational translation and movement by a corresponding rotary drive movement in the toothing of the ring gear.
Die Zahnsegmente können querschnittlich rund, mehreckig, rechteckartig oder oval ausgebildet sein und werden innerhalb des Elementes linear geführt und gehalten.The toothed segments may be formed cross-sectionally round, polygonal, rectangular or oval and are linearly guided and held within the element.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Element, insbesondere das Abtriebselement zu verstärken, in dem nur jeder Zweite, jeder Dritte, jeder Vierte oder ein Vielfaches hiervon von Zahnsegmenten im Element eingesetzt sind und mit der inneren Verzahnung des Hohlrades in Eingriff gelangen.In the present invention has proven to be particularly advantageous to reinforce the element, in particular the driven element, in which only every second, every third, every fourth or a multiple thereof of toothed segments are inserted in the element and with the internal toothing of the ring gear in engagement reach.
Zudem kann ein Fußbereich des Zahnsegmentes verjüngt ausgebildet sein, um das Element, insbesondere das Abtriebselement stärker auszubilden, um höhere Kräfte der einzelnen Zahnsegmente aufzunehmen, eine Torsion, Biegung zu verringern und gleichzeitig ein hohes Abtriebs- oder Antriebsmoment aufzunehmen.In addition, a foot portion of the toothed segment can be formed tapered to form the element, in particular the output element stronger to accommodate higher forces of the individual tooth segments, a torsion to reduce bending and at the same time to record a high output or drive torque.
Dabei können auch mehrere Zahnsegmente in Axialrichtung nebeneinander beabstandet in das Element, insbesondere in das Abtriebselement eingesetzt sein, um die Kräfte auf das Hohlrad bzw. auf unterschiedliche Bereiche der Verzahnung zu verteilen.In this case, a plurality of toothed segments in the axial direction adjacent to each other in the element, in particular in the driven element can be used to distribute the forces on the ring gear or on different areas of the toothing.
Ferner soll daran gedacht sein, dass die Zahnsegmente über entsprechende Auflageelemente abgestützt sind, die wiederum über entsprechende Lagerelemente des Antriebselementes rollen.Furthermore, it should be remembered that the toothed segments are supported via corresponding support elements, which in turn roll over corresponding bearing elements of the drive element.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine äußere Kontur, insbesondere Profilierung des Antriebselementes mit einer entsprechenden umlaufenden Nut für die Lagerelemente, insbesondere Nadellager vorzusehen, in welcher die Lagerelemente abwälzen. Diese können axial stirnseitig nicht aus der Lagernut austreten.It has proved to be advantageous to provide an outer contour, in particular profiling of the drive element with a corresponding circumferential groove for the bearing elements, in particular needle roller bearings, in which roll the bearing elements. These can not exit the bearing groove axially on the face side.
Von außen übergreifen seitliche Flansche der Auflageelement die Lagerelemente, sodass eine axiale Fixierung sicher gestellt ist. Die als segmentierter Lageraußenring ausgebildete Auflageelemente übertragen eine lineare Bewegung des Zahnsegmentes auf die Verzahnung des Hohlrades. From the outside, lateral flanges of the support element overlap the bearing elements, so that an axial fixation is ensured. Trained as a segmented bearing outer ring support elements transmit a linear movement of the toothed segment on the teeth of the ring gear.
Das Auflageelement vergrößert eine Fläche zur Kraftübertragung auf das Zahnsegment. Dabei können die einzelnen Auflageelemente stirnseitig durch entsprechende vorgesehene Vorsprünge und Ausnehmungen von jeweils benachbarten Auflageelementen ineinandergreifen. Diese greifen kettenartig oder formschlüssig ineinander und lassen somit eine Bewegung in Radialrichtung zu.The support element enlarges a surface for transmitting power to the toothed segment. In this case, the individual support elements can engage one another at the end by corresponding projections provided and recesses of adjacent support elements. These engage each other like a chain or a form fit and thus allow movement in the radial direction.
Bei der vorliegenden Erfindung kann durch die entsprechende Wahl und Anordnung der Zahnsegmente und der Anzahl der Zahnsegmente im Element, insbesondere im Abtriebselement sowie durch die entsprechende radiale Beabstandung benachbarter Zahnsegmente Einfluss genommen werden auf die Steifigkeit der Führung der Zahnsegmente sowie auf die Größe des zu übertragenden Momentes.In the present invention can be influenced by the appropriate choice and arrangement of the tooth segments and the number of tooth segments in the element, in particular in the output element and by the corresponding radial spacing of adjacent tooth segments on the rigidity of the leadership of the tooth segments and on the size of the torque to be transmitted ,
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing; this shows in
Gemäß
Innerhalb des Elementes
Ebenfalls ist zwischen der äußeren Kontur
Als Lagerelement
Betreffend die Funktionsweise des vorliegendes Koaxialgetriebes wird auf die Deutsche Patentanmeldung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des o. g. Koaxialgetriebes. The present invention relates to a further development of the above-mentioned coaxial transmission.
In
Hierdurch lassen sich sehr hohe Momente torsionssteif übertragen.As a result, very high torque moments can be transmitted torsionally.
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß
Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäß
Der Fußbereich
Auch hier ist denkbar, dass jedes Zweite, jedes Dritte oder ein Vielfaches der Zahnsegmente
Wie ferner aus
Wie es in
Ferner hat sich als besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, wie insbesondere aus dem Ausführungsbeispiel gemäß
Auf die Lagerelemente
Seitlich besitzt das Auflageelement
Ferner ist die entsprechende Ausnehmung
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, eine Mehrzahl von einzelnen Auflageelementen
Es hat sich als vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, in Axialrichtung eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei nebeneinander angeordnete zylindrisch ausgebildete Zahnsegmente
Ferner ist denkbar, wie es insbesondere im Ausführungsbeispiel gemäß
Durch den entsprechenden axialen Versatz der Zahnsegmente
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