DE102007034091A1

DE102007034091A1 - Wellgenerator für ein Wellgetriebe

Info

Publication number: DE102007034091A1
Application number: DE102007034091A
Authority: DE
Inventors: Falko Arnold; Jonathan Heywood; Jens Schäfer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009013074A2; WO2009013074A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wellgenerator für ein Wellgetriebe, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager mit Wälzkörpern umfasst, welcher sich dadurch auszeichnet, dass in eine Außenumfangsfläche des Wellrings eine Wälzkörperlaufbahn für die Wälzkörper rillenförmig eingearbeitet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wellgenerator für ein Wellgetriebe, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager mit Wälzkörpern umfasst, wobei die Wälzkörper jeweils in Wälzkörpertaschen eines ringförmigen Wälzkörperkäfigs aufgenommen sind, welcher sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens eine Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildet ist, welche den in ihr aufgenommenen Wälzkörper in beiden Axialrichtungen des Wellrings wenigstens teilweise hintergreift.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Getriebetechnik und betrifft nach ihrer Gattung Wellgeneratoren für ein Wellgetriebe gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Hintergrund der Erfindung
Für Anwendungen, bei denen mit hoher Drehzahluntersetzung ein niedriges Drehmoment in ein hohes Drehmoment gewandelt werden soll, wie beispielsweise in elektrischen Nockenwellenverstellern, werden häufig Wellgetriebe ("Harmonic Drive") eingesetzt.
Wellgetriebe werden heutzutage meist in zwei verschiedenen Bauformen eingesetzt, nämlich in der so genannten Topfbauform, die beispielsweise im US-Patent Nr. 355929 und in der europäischen Patentanmeldung Nr. 1039100 A2 beschrieben ist, und in der so genannten Hülsenbauform, wie sie beispiels weise in den internationalen Patentanmeldungen WO 1995/00748 A1 und WO 2005/080757 gezeigt ist.
Beiden Bauformen gemeinsam ist eine elliptisch konturierte Verstellwelle, im Allgemeinen als "Wellgenerator" bezeichnet, die eine innerhalb eines Hohlrads befindliche biegeelastische Hülse so verformen kann, dass zwischen Hülse und Hohlrad an zwei gegenüberliegenden Stellen eine Drehmoment übertragende Verbindung hergestellt wird.
Bei einer typischen Ausgestaltung des Wellgetriebes sind zur Realisierung der Drehmoment übertragenden Verbindungen die elastische Hülse mit einer Außenverzahnung und das Hohlrad mit einer Innenverzahnung versehen. Besitzt die Außenverzahnung der elastischen Hülse beispielsweise zwei Zähne mehr als die Innenverzahnung des Hohlrads, dann greift ein Ausgangszahn der Hülse nach einer vollständigen Umdrehung der Verstellwelle in eine Zahnlücke des Hohlrads ein, die zwei Zahnlücken vor der ursprünglichen Zahnlücke (in welche der Ausgangszahn vor Beginn der Drehung der Verstellwelle gegriffen hat) liegt. Damit bleibt die Hülse pro vollständiger Umdrehung der Verstellwelle jeweils um zwei Zähne zurück, so dass sich die Hülse im Verhältnis der Gesamtzähnezahl des Hohlrads zur Differenzzähnezahl von Hohlrad und Hülse entgegen der Drehrichtung der Verstellwelle dreht, wodurch eine hohe Drehzahluntersetzung realisiert wird.
Ein gattungsgemäßer Wellgenerator, wie er beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 0266972 A2 bekannt ist, wird unter Bezugnahme auf die 12 bis 16 näher erläutert. 12 zeigt eine Explosionsdarstellung der Komponenten des insgesamt mit der Bezugszahl 100 bezeichneten Wellgenerators, 13 eine Aufsicht auf und 14 einen Axialschnitt durch den montierten Wellgenerator 100.
Wie insbesondere 12 entnommen werden kann, setzt sich der Wellgenerator 100 aus einem Wellring 101 und einem, insgesamt mit der Bezugszahl 102 bezeichneten, zum Wellring 101 konzentrischen Kugellager zusammen. Das Kugellager 102 umfasst einen Innenring 104, einen Außenring 106, einen ringförmigen Kugelkäfig 105 mit Käfigtaschen 108 und Kugeln 107. In die ringförmige Außenumfangsfläche 111 des Innenrings 104 ist in Umfangsrichtung eine rinnenförmig vertiefte Innenlaufbahn 109 für die Kugeln 107 eingearbeitet. In entsprechender Weise ist die ringförmige Innenumfangsfläche 112 des Außenrings 106 in Umfangsrichtung mit einer rinnenförmig vertieften Außenlaufbahn 110 für die Kugeln 107 versehen. An einem Ende des Wellrings 101 ist ein Ringbund 103 angeformt.
Zur Montage des Wellgenerators 100 wird zunächst der Außenring 106 exzentrisch über den Innenring 104 gebracht, wodurch sich ein sichelförmiger Spalt zwischen Innenring 104 und Außenring 106 ergibt. Anschließend werden die Kugeln 107 in den sichelförmigen Spalt gelegt. Wenn sich alle Kugeln 107 im sichelförmigen Spalt befinden, werden die Kugeln 107 verteilt, wodurch sich der Außenring 106 konzentrisch zum Innenring 104 positioniert. Anschließend wird der Kugelkäfig 105 in axialer Richtung zwischen Innen- und Außenring eingelegt, wobei in jeder Käfigtasche 108 eine Kugel 107 aufgenommen wird. Durch den Kugelkäfig 105 werden die Kugeln 107 in einem gleichen Abstand zueinander gehalten, um so ein Gegeneinanderstoßen der Kugeln 107 zu vermeiden. Ein Abwälzen der Kugeln 107 wird hierdurch nicht beeinträchtigt.
Das fertig montierte Kugellager 102 wird anschließend auf den Wellring 101 aufgepresst, wobei durch den am Wellring 101 angeformten Ringbund 103 der Kugelkäfig 105 gegen ein Herausfallen in axialer Richtung gesichert wird.
Ein montierter Zustand des Wellgenerators 100 ist in den 13 und 14 gezeigt, wobei in 13 insbesondere erkennbar ist, wie der Ringbund 103 den Kugelkäfig 105 gegen ein Herausfallen aus dem Kugellager 102 sichert.
Wie 13 weiterhin entnommen werden kann, ist der Wellring 101 mit einem elliptischen Außenprofil versehen, wobei mit a die Hauptachse der Ellipse und mit b die Nebenachse der Ellipse bezeichnet sind.
Wird der Wellring 101 um seine Symmetrieachse gedreht, wird der Innenring 104 durch dessen elliptisches Außenprofil verformt und die zur Hauptachse a der Ellipse benachbarten Kugeln 107 jeweils radial nach außen verschoben. Über die radiale Verschiebung der Kugeln 107 nach außen wird der Außenring 106 in entsprechender Weise elliptisch verformt.
Wird der Wellgenerator 100 beispielsweise in eine sich innerhalb eines Hohlrads mit Innenverzahnung befindliche elastische Hülse mit Außenverzahnung eingesetzt, wird durch Drehen des Wellrings 101 der Außenring 106 elliptisch verformt, wodurch die Zahnungen von Hülse und Hohlrad jeweils an der Hauptachse a der Ellipse in Eingriff gelangen.
Damit in dem gattungsgemäßen Wellgenerator die Spannungen im Innenring 104 bei einer elliptischen Verformung durch den Wellring 101 in akzeptabler Weise gering sind, ist es erforderlich, den Innenring 104 hinreichend dünnwandig auszubilden. Ein relativ dünnwandiger Innenring ist jedoch im Vergleich zu einem Standard-Kugellager mit relativ dickwandigem Innenring, mit einem erhöhten Fertigungsaufwand verbunden. Zudem entsteht ein zusätzlicher Aufwand beim Aufpressen des Kugellagers 102 auf den Wellring 101.
In den 15 und 16 ist der ringförmige Kugelkäfig 105 des Wellgenerators 100, wie er beispielsweise auch aus dem US-Patent Nr. 3,285,099 bekannt ist, näher dargestellt. 15 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kugelkäfigs 105 und 16 eine Aufsicht auf einen Abschnitt des Kugelkäfigs 105.
Jede Käfigtasche 108 des Kugelkäfigs 105 wird geformt durch eine halbkreisförmige Vertiefung 113, welche in zwei, in axialer Richtung zueinander parallel verlaufende, gerade Stege 114 mündet. Die Käfigtaschen 108 sind hierdurch in axialer Richtung jeweils einseitig offen, um ein Einfügen der Kugeln 107 in die Käfigtaschen 108 zu ermöglichen.
Die Käfigtaschen 108 müssen den Kugeln 107 genügend Bewegungsfreiheit lassen, so dass sich diese auf ihrer elliptischen Bahn bewegen können, wäh rend der Kugelkäfig 105 selbst ringförmig (rund) bleibt. Zu diesem Zweck werden die Stege 113 meist V-förmig geformt, während sie in axialer Richtung rechteckförmig geformt sind.
Jedoch ergibt sich hierdurch der Nachteil, dass der Kugelkäfig 105 in axialer Richtung nicht fixiert ist, sondern aus dem Kugellager 102 fallen kann, wenn er nicht durch den am Wellring 101 angeformten Ringbund 103 gehalten wird. Da die Befestigung des Kugelkäfigs 105 erst nach der Montage des Kugellagers 102 auf dem Wellring 101 sichergestellt ist, muss während des Montagevorgangs darauf geachtet werden, dass der Kugelkäfig 105 nicht aus dem Kugellager 102 fällt.
Aufgabenstellung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Wellgenerator für ein Wellgetriebe zur Verfügung zu stellen, der gegenüber den herkömmlichen Wellgeneratoren eine besonders einfache und kostengünstige Montage ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Wellgenerator für ein Wellgetriebe mit den Merkmalen von Patentanspruch 1, sowie durch einen Wellgenerator für ein Wellgetriebe mit den Merkmalen von Patentanspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Wellgenerator für ein Wellgetriebe gezeigt, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager (z. B. Kugellager) mit Wälzkörpern (z. B. Kugeln) umfasst. Der erfindungsgemäße Wellgenerator zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass in eine Außenumfangsfläche des Wellrings in Umfangsrichtung eine Wälzkörperlaufbahn (Innenlauf bahn) für die Wälzkörper rillenförmig eingearbeitet ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wellgenerators ist zu diesem Zweck in eine ringförmige (runde) Außenumfangsfläche des Wellrings eine elliptische Wälzkörperlaufbahn eingearbeitet, so dass der Wellring lediglich in der elliptische Wälzkörperlaufbahn eine elliptische Außenkontur hat und ansonsten eine runde Außenkontur hat.
In dem erfindungsgemäßen Wellgenerator wird die Innenlaufbahn für die Kugeln in die Außenumfangsfläche des Wellrings eingearbeitet. Durch die hierdurch realisierte "einteilige" Ausgestaltung von Wellring und Innenring des Wälzlagers kann einerseits ein Bauteil (Innenring) eingespart werden und anderseits der Wellring dicker als ein herkömmlicher Innenring für ein Wälzlager eines Wellgenerator realisiert werden, wodurch die Fertigungskosten und der Montageaufwand reduziert werden. In besonders einfacher Weise kann eine elliptisch konturierte Innenlaufbahn für die Wälzkörper auf der runden Außenumfangsfläche eines relativ dickwandigen Wellrings ausgebildet werden.
Bei der Montage des Wellrings wird das elliptische Innenlaufbahnprofil mittels der Wälzkörper auf den Außenring des Wälzlagers übertragen. Damit bleibt die Funktion des Wellgenerators unverändert, jedoch wird die Herstellung eines dünnwandigen Innenrings für das Wälzlager eingespart und der Montageaufwand vermindert. Eine vorherige Montage des Wälzlagers vor dem Aufbringen des fertig montierten Wälzlagers auf den Wellring erübrigt sich.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wellgenerators sind die Wälzkörper jeweils in Wälzkörpertaschen eines ringförmigen Wälzkörperkäfigs aufgenommen, wobei wenigstens eine Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildet ist, welche den in ihr aufgenommenen Wälzkörper in beiden Axialrichtungen des Wellrings wenigstens teilweise hintergreift (umgibt).
Durch das axiale Hintergreifen der Wälzkörper durch die die Wälzkörpersicherungstaschen des Wälzkörperkäfigs kann in besonders einfacher Weise eine Sicherung des Wälzkörperkäfigs gegen ein axiales Herausfallen aus dem Wälzlager erreicht werden. Ein herkömmlicher Weise zur axialen Sicherung des Wälzkörperkäfigs eingesetzter Ringbund am Wellring kann somit eingespart werden. Sobald der Wälzkörperkäfig im Wälzlager in Stellung gebracht ist, wird dieser über die in den Wälzkörpersicherungstaschen aufgenommenen Wälzkörper gegen ein axiales Herausfallen gesichert.
Die Wälzkörpersicherungstaschen sind vorteilhaft jeweils in Form einer elastisch verformbaren Schnapptasche ausgebildet, in der elastisch verformbare Stege der Käfigtaschen den aufzunehmenden Wälzkörper in axialer Richtung hintergreifen. Die Wälzkörpersicherungstaschen sind jeweils mit einer Öffnung versehen, durch die der Wälzkörper aufgenommen werden kann, wobei die Öffnungsweite kleiner ist als ein radialer Durchmesser des Wälzkörpers.
Für einen Wellgenerator ist es wichtig, dass das elliptische Außenprofil des Wellrings möglichst genau auf den Außenring des Wälzlagers übertragen wird. Dies gelingt umso besser, je mehr Wälzkörper im Wälzlager vorhanden sind. Andererseits müssen die Wälzkörper in den Wälzkörpertaschen genügend Bewegungsfreiheit für ihre elliptische Bewegung haben, welche den Wälzkörpern eine radiale Versetzung aufzwingt. Diese beiden Eigenschaften stehen in Widerspruch dazu, dass für die elastischen Stege der Wälzkörpersicherungstaschen eine gewisse Stegbreite erforderlich ist, da die elastischen Stege der Wälzkörpersicherungstaschen auffedern können müssen. Wenn jedoch die Stegbreite der elastischen Stege zu gering ist, behindern sich die Stege benachbarter Wälzkörpersicherungstaschen gegenseitig beim Auffedern.
Vor dem Hintergrund dieser Problematik ist es besonders vorteilhaft, wenn in Umfangsrichtung zwischen zwei Wälzkörpersicherungstaschen wenigstens eine nicht in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildete Wälzkörpertasche ohne den Wälzkörper hintergreifende elastische Stege angeordnet ist. Beispielsweise ist in Umfangsrichtung lediglich jede zweite Wälzkörpertasche oder jede dritte Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildet.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Wellgetriebe, mit wenigstens einem Hohlrad, einem in Form einer elastischen Hülse ausgebildeten Stirnrad, das wenigstens teilweise innerhalb des Hohlrads angeordnet ist, sowie einem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildeten Wellgenerator, welcher geeignet ist, über seinen Außenring die Hülse elastisch zu verformen, so dass zwischen dem Hohlrad und der Hülse an zwei gegenüberliegenden Stellen eine Drehmoment übertragende Verbindung hergestellt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Wellgenerator für ein Wellgetriebe gezeigt, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager (z. B. Kugellager) mit Wälzkörpern (z. B. Kugeln) umfasst, wobei die Wälzkörper jeweils in Wälzkörpertaschen eines ringförmigen Wälzkörperkäfigs aufgenommen sind. Der erfindungsgemäße Wellgenerator zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass wenigstens eine Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildet ist, welche den in ihr aufgenommenen Wälzkörper in beiden Axialrichtungen des Wellrings wenigstens teilweise hintergreift (umgibt).
Besonders vorteilhaft ist die Wälzkörpersicherungstasche in Form einer elastisch verformbaren Schnapptasche für die Wälzkörper ausgebildet.
Weiterhin ist besonders vorteilhaft in Umfangsrichtung zwischen zwei Wälzkörpersicherungstaschen wenigstens eine nicht in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildete Wälzkörpertasche angeordnet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in eine Außenumfangsfläche des Wellrings eine Wälzkörperlaufbahn für die Wälzkörper rillenförmig eingearbeitet ist. Hierbei ist es vorzuziehen, wenn in eine ringförmige Außenumfangsfläche des Wellrings eine elliptisch konturierte Wälzkörperlaufbahn eingearbeitet ist.
Die Erfindung erstreckt sich des Weiteren auf ein Wellgetriebe, mit wenigstens einem Hohlrad, einem in Form einer elastischen Hülse ausgebildeten Stirnrad, das wenigstens teilweise innerhalb des Hohlrads angeordnet ist, sowie einem Wellgenerator gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, welcher geeignet ist, mit seinem Außenring die Hülse derart elastisch zu verformen, dass zwischen dem Hohlrad und der Hülse an zwei gegenüberliegenden Stellen eine Drehmoment übertragende Verbindung hergestellt wird.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Es zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung der Komponenten eines Wellgenerators gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 einen schematischen Radialschnitt durch den montierten Wellgenerator von 1;
3 eine Aufsicht auf den montierten Wellgenerator von 1;
4 einen schematischen Axialschnitt durch den montierten Wellgenerator von 1;
5 einen weiteren schematischen Radialschnitt durch den montierten Wellgenerator von 1;
6 eine perspektivische Darstellung des Kugelkäfigs mit in den Käfigtaschen aufgenommenen Kugeln des Wellgenerators von 1;
7 einen schematischen Radialschnitt eines Abschnitts des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 1;
8 eine Aufsicht auf einen Abschnitt des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 1;
9 eine seitliche Ansicht eines Abschnitts des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 1;
10 einen schematischen Radialschnitt eines Abschnitts des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 1 im Bereich der Hauptachse der Ellipse des Wellrings;
11 einen schematischen Radialschnitt eines Abschnitts des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 1 im Bereich der Nebenachse der Ellipse des Wellrings;
12 eine Explosionsdarstellung der Komponenten eines gattungsgemäßen Wellgenerators;
13 eine Aufsicht auf den montierten Wellgenerator von 12;
14 eine perspektivische Darstellung des montierten Wellgenerators von 12;
15 eine perspektivische Darstellung des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 12;
16 einen schematischen Radialschnitt eines Abschnitts des Kugelkäfigs des Wellgenerators von 12.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
12 bis 16, welche einen herkömmlichen gattungsgemäßen Wellgenerator zeigen, wurden bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt.
Zunächst wird Bezug auf 1 bis 4 genommen, worin ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wellgenerators in verschiedenen Darstellungen veranschaulicht ist.
Der insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Wellgenerator umfasst einen im Radialschnitt runden Wellring 2, einen zum Wellring konzentrischen (im Radialschnitt runden) Außenring 3, einen zum Wellring 2 konzentrischen (im Radialschnitt runden) Kugelkäfig 4 und eine Mehrzahl Kugeln 5, wobei der Wellring 2, der Kugelkäfig 4, der Außenring 3 und die Kugeln 5 gemeinsam ein Kugellager formen.
Die ringförmige Innenumfangsfläche 8 des Außenrings 3 ist in Umfangsrichtung mit einer rinnenförmig vertieften Außenlaufbahn 9 für die Kugeln 5 versehen. Weiterhin ist in die ringförmige Außenumfangsfläche 6 des Wellrings 2 in Umfangsrichtung eine rinnenförmig vertiefte Innenlaufbahn 7 für die Kugeln 5 eingearbeitet. Sowohl Innen- als auch Außenlaufbahn fixieren die Kugeln 5 in axialer Richtung.
Wie insbesondere in 2 erkennbar ist, weist die Innenlaufbahn 7 im Radialschnitt senkrecht zur Symmetrieachse A eine elliptische Außenkontur auf. Die Außenumfangsfläche 6 des Wellrings 2 ist (nur) im Bereich der Innenlaufbahn 7 mit einer elliptischen Außenkontur versehen und ansonsten ringförmig (rund). In 3 ist für die von der Innenlaufbahn 7 geformte Ellipse mit a die Hauptachse (Verbindungslinie der beiden Punkte mit größtem Abstand vom Ellipsenmittelpunkt) der Ellipse und mit b die auf der Hauptachse a senkrecht stehende Nebenachse (Verbindungslinie der beiden Punkte mit geringstem Abstand zum Ellipsenmittelpunkt) der Ellipse bezeichnet. Der Innendurchmesser des Wellrings 2 ist mit d bezeichnet.
Zur Montage des Wellgenerators 1 wird zunächst der Außenring 3 exzentrisch über den Wellring 2 gebracht, wodurch sich ein sichelförmiger Spalt zwischen Wellring 2 und Außenring 3 ergibt. Anschließend werden die Kugeln 5 in den sichelförmigen Spalt gelegt. Wenn sich alle Kugeln 5 im sichelförmigen Spalt befinden, werden die Kugeln 5 verteilt, wodurch sich der Außenring 3 konzentrisch zum Wellring 2 positioniert. Anschließend wird der Kugelkäfig 4 in axialer Richtung zwischen Wellring 2 und Außenring 3 eingelegt, wobei von jeder Käfigtasche 10, 11 eine Kugel 5 aufgenommen wird. Durch den Kugelkäfig 4 werden die Kugeln 5 in einem gleichen Abstand zueinander gehalten, um so ein Gegeneinanderstoßen der Kugeln 5 zu vermeiden. Ein Abwälzen der Kugeln 5 wird hierdurch nicht beeinträchtigt.
Verglichen mit einem Innenring eines herkömmlichen Standard-Kugellagers weist der Wellring 2 eine größere radiale Ringdicke auf.
Wird der Wellring 2 gedreht, so werden die Kugeln 5 entsprechend dem elliptischen Außenprofil der Innenlaufbahn 7 des Wellrings 2 in radialer Richtung versetzt, wobei die zur Hauptachse a benachbarten Kugeln 5 nach radial außen versetzt werden, während die zur Nebenachse b benachbarten Kugeln 5 radial einwärts versetzt werden. In entsprechender Weise wird der Außenring 3 über die Kugeln 5 elliptisch verformt.
Wird der Wellgenerator 1 beispielsweise in eine sich innerhalb eines Hohlrads mit Innenverzahnung befindliche elastische Hülse mit Außenverzahnung eingesetzt, wird durch Drehen des Wellrings 2 der Außenring 3 über die Kugeln 5 elliptisch verformt, wodurch die Verzahnungen von Hülse und Hohlrad an zwei gegenüberliegenden Stellen entsprechend der Drehlage der Hauptachse a der elliptischen Innenlaufbahn 7 in Eingriff gelangen.
Es wird nun Bezug auf 5 bis 11 genommen, worin der Kugelkäfig 4 des Wellgenerators 1 näher erläutert wird.
Der im Radialschnitt ringförmige (runde) Kugelkäfig 4 ist in Umfangsrichtung verteilt mit einer Mehrzahl Käfigtaschen 10, 11 versehen. Die Käfigtaschen 10, 11 sind in zwei voneinander verschiedenen Formen ausgebildet, nämlich in Form einer ersten Käfigtasche 10 und in Form einer zweiten Käfigtasche 11.
Jede erste Käfigtasche 10 umfasst zur Aufnahme einer Kugel 5 eine Ausnehmung 12, die einen kugeligen (genauer kugelsegmentförmigen) Hohlraum 16 formt. Sie umfasst weiterhin zwei sich in axiale Richtung A erstreckende, zueinander parallel angeordnete, gerade erste Stege 13, welche die Ausnehmung 12 axial fortsetzen.
Jede zweite Käfigtasche 11 umfasst zur Aufnahme einer Kugel 5 eine Ausnehmung 12, die einen kugeligen (bzw. kugelsegmentförmigen) Hohlraum 16 formt. Sie umfasst weiterhin zwei an die Ausnehmung angeformte, gekrümmte zweite Stege 14, welche die kugelige (bzw. kugelsegmentförmige) Form des Hohlraums 16 ergänzen. Hierzu haben die zweiten Stege 4 jeweils einen selben Krümmungsmittelpunkt und eine selbe Krümmung wie die Ausnehmung 12, an der sie angeformt sind.
Die beiden zueinander gerichteten Endabschnitte der beiden zweiten Stege 14 einer selben zweiten Kugeltasche 11 formen zwischen ihnen eine Öffnung 15 mit einer Weite c. Die Weite c ist so gewählt, dass sie geringer ist als der Durchmesser d einer Kugel 5.
Die zweiten Stege 14 sind elastisch verformbar, so dass eine Kugel 5 unter elastischer Verformung der zweiten Stege 14 durch die Öffnung 15 hindurch in den Hohlraum 16 der zweiten Käfigtasche 11 aufgenommen werden kann. Die zweiten Käfigtaschen 11 dienen somit als Schnapptaschen für die Kugeln 5. Ist eine Kugel 5 im Hohlraum 16 einer zweiten Käfigtasche 11 aufgenommen, so hintergreifen die zweiten Stege 14 die Kugel 5 in axialer Richtung A.
Im montierten Zustand des Wellgenerators 1 wird der Kugelkäfig 4 somit durch ein Hintergreifen von in der Innen- bzw. Außenlaufbahn geführten Kugeln 5 durch die zweiten Käfigtaschen 11 gesichert, so dass der Kugelkäfig 4 im montierten Zustand nicht aus dem Kugellager herausfallen und in vorteilhafter Weise auf ein zusätzliches Sicherungselement zur axialen Sicherung des Kugelkäfigs 14 verzichtet werden kann.
Sowohl die ersten Käfigtaschen 10 als auch die zweiten Käfigtaschen 11 sind so ausgebildet, dass die Kugeln 5 beim Rollen auf ihren beiden Laufbahnen 7, 9 nicht beeinträchtigt sind. Um eine möglichst große Zahl an Kugeln 5 zu realisieren, und um zu vermeiden, dass sich die zweiten Stege 14 beim elastischen Auffedern gegenseitig behindern, ist in dem Kugelkäfig 4 des Wellgenerators 1 in Umfangsrichtung nur jede dritte Käfigtasche in Form einer zweiten Käfigtasche 11 (Wälzkörpersicherungstasche) ausgebildet, so dass sich zwischen zwei benachbarten zweiten Käfigtaschen 11 jeweils zwei erste Käfigtaschen 10 befinden.
Wie insbesondere 7 zu entnehmen ist, lassen erste und zweite Käfigtaschen 10, 11 den Kugeln 5 auf ihrer elliptischen Laufbahn ausreichend Bewegungsfreiheit in radialer Richtung. Mit B ist eine dargestellte Situation bezeichnet, bei welcher sich eine Kugel 5 in einer radial weitest außen liegenden Position befindet, entsprechend einer Drehlage des Wellrings 2, bei der die Hauptachse a der Ellipse der Innenlaufbahn 7 des Wellrings 2 zur Kugel 5 gerichtet ist. Hingegen ist mit C eine dargestellte Situation bezeichnet, bei welcher sich die Kugel 5 in einer radial weites innen liegenden Position befindet, entsprechend einer Drehlage des Wellrings 2, bei der die Nebenachse b der Ellipse der Innenlaufbahn 7 des Wellrings 2 zur Kugel 5 gerichtet ist. Weiterhin sind in 7 Zwischenpositionen zwischen diesen beiden Extrempositionen der Kugel 5 gezeigt.
Der Außendurchmesser des Kugelkäfigs 4 sind der Innendurchmesser des Außenrings 4 sind in geeigneter Weise zu dimensionieren. 10 zeigt eine Situation, bei welcher die Hauptachse a der Ellipse der Innenlaufbahn 7 des Wellrings 2 zu einer Kugel 5 gerichtet ist. Ersichtlich verbleibt zwischen Kugelkäfig 4 und Außenring 3 ein mit D bezeichneter Spalt. Demgegenüber zeigt 11 eine Situation, bei welcher die Nebenachse b der Ellipse der Innenlaufbahn 7 des Wellrings 2 zur Kugel 5 gerichtet ist. Ersichtlich verbleibt zwischen Kugelkä4 und dem Außenring 3 ein Spalt E, welcher in radialer Richtung kleiner bemessen ist als der Spalt D.
In dem gezeigten Wellgenerator ist im Unterschied zu herkömmlichen Wellgeneratoren kein zusätzliches Bauteil zur axialen Fixierung des Kugelkäfigs notwendig, da der Kugelkäfig über die zweiten Käfigtaschen an den in den beiden Laufbahnen laufenden (und dadurch axial fixierten) Kugeln axial fixiert wird. Hierdurch kann der Wellgenerator einfacher und somit auch kostengünstiger ausgeführt werden. Zudem besteht bei der Montage nicht die Gefahr, dass der Kugelkäfig aus dem Kugellager fällt, was einen reduzierten Montage- und Handhabungsaufwand erlaubt. Die Funktion des Wellgenerators wird durch den mit Schnapptaschen versehenen Kugelkäfig nicht beeinträchtigt.

1: Wellgenerator
2: Wellring
3: Außenring
4: Kugelkäfig
5: Kugel
6: Außenumfangsfläche
7: Innenlaufbahn
8: Innenumfangsfläche
9: Außenlaufbahn
10: erste Käfigtasche
11: zweite Käfigtasche
12: Ausnehmung
13: erster Steg
14: zweiter Steg
15: Öffnung
16: Hohlraum
100: Wellgenerator
101: Wellring
102: Kugellager
103: Ringbund
104: Innenring
105: Kugelkäfig
106: Außenring
107: Kugel
108: Käfigtasche
109: Innenlaufbahn
110: Außenlaufbahn
111: Außenumfangsfläche
112: Innenumfangsfläche
113: Vertiefung
114: Steg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 355929 [0003]
- EP 1039100 A2 [0003]
- WO 1995/00748 A1 [0003]
- WO 2005/080757 [0003]
- EP 0266972 A2 [0006]
- US 3285099 [0015]

Claims

Wellgenerator (1) für ein Wellgetriebe, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring (2) und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager mit Wälzkörpern (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Außenumfangsfläche (6) des Wellrings eine Wälzkörperlaufbahn (7) für die Wälzkörper rillenförmig eingearbeitet ist.
Wellgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine ringförmige Außenumfangsfläche (6) des Wellrings (2) eine elliptische Wälzkörperlaufbahn (7) eingearbeitet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager in Form eines Kugellagers ausgebildet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem die Wälzkörper jeweils in Wälzkörpertaschen (10, 11) eines ringförmigen Wälzkörperkäfigs (4) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche (11) ausgebildet ist, welche den in ihr aufgenommenen Wälzkörper in beiden Axialrichtungen des Wellrings wenigstens teilweise hintergreift.
Wellgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wälzkörpersicherungstasche (11) in Form einer elastisch verformbaren Schnapptasche ausgebildet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei Wälzkörpersicherungstaschen (11) wenigstens eine nicht in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildete Wälzkörpertasche (10) angeordnet ist.
Wellgetriebe, mit wenigstens einem Hohlrad, einem in Form einer elastischen Hülse ausgebildeten Stirnrad, das wenigstens teilweise innerhalb des Hohlrads angeordnet ist, sowie einem Wellgenerator, welcher geeignet ist, die Hülse derart elastisch zu verformen, dass zwischen dem Hohlrad und der Hülse zwei einander gegenüber liegende Drehmoment übertragende Verbindungen hergestellt werden, wobei der Wellgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
Wellgenerator (1) für ein Wellgetriebe, welcher einen mit einer elliptischen Außenkontur versehenen Wellring (2) und ein auf den Wellring aufgebrachtes Wälzlager mit Wälzkörpern (5) umfasst, wobei die Wälzkörper (5) jeweils in Wälzkörpertaschen (10, 11) eines ringförmigen Wälzkörperkäfigs (4) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Wälzkörpertasche in Form einer Wälzkörpersicherungstasche (11) ausgebildet ist, welche den in ihr aufgenommenen Wälzkörper (5) in beiden Axialrichtungen des Wellrings wenigstens teilweise hintergreift.
Wellgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wälzkörpersicherungstasche (11) in Form einer elastisch verformbaren Schnapptasche ausgebildet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen zwei Wälzkörpersicherungstaschen (11) wenigstens eine nicht in Form einer Wälzkörpersicherungstasche ausgebildete Wälzkörpertasche (10) angeordnet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Außenumfangsfläche (6) des Wellrings (2) eine Wälzkörperlaufbahn (7) für die Wälzkörper (5) rillenförmig eingearbeitet ist.
Wellgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in eine ringförmige Außenumfangsfläche (6) des Wellrings (2) eine elliptisch konturierte Wälzkörperlaufbahn (7) eingearbeitet ist.
Wellgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager in Form eines Kugellagers ausgebildet ist.
Wellgetriebe, mit wenigstens einem Hohlrad, einem in Form einer elastischen Hülse ausgebildeten Stirnrad, das wenigstens teilweise innerhalb des Hohlrads angeordnet ist, sowie einem Wellgenerator, welcher geeignet ist, die Hülse derart elastisch zu verformen, dass zwischen dem Hohlrad und der Hülse zwei einander gegenüberliegende Drehmoment übertragende Verbindungen hergestellt werden, wobei der Wellgenerator nach einem der Ansprüche 8 bis 13 ausgebildet ist.