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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Antrieb und ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebs.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Antriebe mit einem Elektromotor und einem Getriebe bekannt, wobei eine separate Einrichtung zum Erzeugen von antriebsspezifischen Daten vorgesehen ist. Die Einrichtung gemäß dem Stand der Technik benötigt zusätzlichen Bauraum und zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten im Bereich des Antriebs. Eine herkömmliche Einrichtung muss zudem oftmals kalibriert und an den Antrieb angepasst werden.
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Aus der
DE 10 2007 020 415 A1 ist ein Koaxialgetriebe mit einer Mehrzahl von radial bewegbaren Zähnen, welche durch ein Antriebselement angetrieben werden, bekannt. Die
DE 10 2007 020 415 A1 schlägt vor, an einem das Abtriebselement tragenden Hohlwellenrotor eine Messwelle anzuschließen, die eine Drehbewegung des Hohlwellenrotors zu einem Sensorelement überträgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Antrieb oder ein verbessertes Verfahren zur Überwachung eines Antriebs anzugeben. Insbesondere sollte der Bauraum des Antriebs verkleinert werden und der Kalibrier- und Einstellungsaufwand an Antriebsteilen verringert sein.
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Die Aufgabe wird mit einem Antrieb nach dem Anspruch 1 oder einem Verfahren zur Überwachung eines Antriebs nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dieser Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Antrieb, insbesondere mit einem Getriebe und einem Elektromotor, wobei das Getriebe eine Verzahnung, einen Zahnträger, in welchem eine Mehrzahl von Zähnen zum Eingriff mit der Verzahnung aufgenommen sind, wobei die Zähne relativ zu dem Zahnträger radial verschieblich gelagert sind, eine Kurvenscheibe zum radialen Antrieb der radial verschieblich gelagerten Zähne, eine Mehrzahl von Schwenksegmenten, welche auf Wälzkörpern auf der Kurvenscheibe gelagert sind zur Lagerung der Zähne, und eine Daten-Ausgabeeinrichtung umfasst, wobei die Daten-Ausgabeerinrichtung unmittelbar am Getriebe angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, antriebsspezifische Daten auszugeben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines typischen Antriebs, mit Vergleichen der antriebsspezifischen Daten aus der Daten-Ausgabeeinrichtung mit Referenzdaten; und Ausgeben eines Signals auf Grundlage des Vergleichs.
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Üblicherweise umfassen Getriebe der Erfindung eine innenliegende Kurvenscheibe mit einer Profilierung als Antriebselement und ein Hohlrad mit einer innenliegenden Verzahnung.
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Die Verzahnung ist typischerweise eine umlaufende Verzahnung. In die Verzahnung greifen die Zähne oder die Zahnköpfe der Zähne ein, wobei die Zähne typischerweise linear radial verschieblich relativ zu dem Zahnträger gelagert sind. Dabei bedeutet „linear radial“ üblicherweise, dass eine Führung in radialer Richtung vorliegt, welche lediglich eine Bewegung des Zahnes in radialer Richtung zulässt. Typischerweise lässt sich durch die Führung das Zahnsegment in genau einer Richtung linear verschieben, dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Zahn über eine bestimmte Streckenlänge einen gleichbleibenden Querschnitt in Verschieberichtung aufweist, wobei der Zahnträger ebenfalls eine Öffnung für das Zahnsegment mit gleichbleibendem Querschnitt aufweist. Üblicherweise sind die Zähne in dem Zahnträger jeweils in genau einer Richtung verschieblich gelagert, typischerweise in Richtung der Längsachse des Zahnes. Weiterhin ist bei typischen Ausführungsformen der Rotationsfreiheitsgrad der Zähne relativ zu dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes gesperrt. Dies kann beispielweise mit einer linearen Führung der Zähne in radialer Richtung in dem Zahnträger erreicht werden. Auf diese Weise drehen sich die Zähne mit dem Zahnträger um die Längsachse des Getriebes, allerdings nicht relativ zu dem Zahnträger.
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Typischerweise ist zumindest ein Teil der Zähne biegesteif ausgeführt. Der Begriff „biegesteif“ ist dabei typischerweise technisch zu verstehen, das heißt, dass Biegungen der Zähne aufgrund der Steifigkeit des Materials der Zähne derart klein sind, dass sie für die Kinematik des Getriebes zumindest im Wesentlichen unbedeutend sind. Biegesteife Zähne umfassen insbesondere Zähne, welche aus einer Metalllegierung, insbesondere Stahl oder einer Titanlegierung, einer Nickellegierung oder anderen Legierungen hergestellt sind. Weiterhin können auch biegesteife Zähne aus Kunststoff vorgesehen werden, insbesondere bei Getrieben, bei welchen auch zumindest einer der folgenden Teile ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist: Verzahnung an einem Hohlrad oder einem Zahnrad, Kurvenscheibe und Zahnträger. Typischerweise sind der Zahnträger und die Zähne aus einer Metalllegierung oder zusätzlich noch die Verzahnung oder weiter zusätzlich die Kurvenscheibe aus einer Metalllegierung hergestellt. Solche Getriebe bieten den Vorteil, dass sie äußerst verdrehsteif und hoch belastbar sind. Getriebe aus Kunststoff bieten den Vorteil, dass sie ein geringes Gewicht aufweisen. Mit dem Ausdruck „biegesteif“ ist insbesondere eine Biegesteifigkeit um eine Querachse des Zahnsegments gemeint. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einer Ansicht des Zahnsegments als Balken von einem Zahnfuß zu einem Zahnkopf eine Biegesteifigkeit vorliegt, welche Biegeverformungen zwischen Zahnkopf und Zahnfuß zumindest im Wesentlichen ausschließt. Durch die Biegesteifigkeit wird eine extrem hohe Belastbarkeit und Verdrehsteifigkeit des Getriebes erreicht.
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Typischerweise ist zwischen dem Zahn und der Profilierung ein Schwenksegment angeordnet, welches auf einer Wälzlagerung gelagert ist, welche wiederum auf der Profilierung aufliegt. Vorteilhafte Ausführungsformen umfassen ein Schwenksegment, welches zwischen der Kurvenscheibe mit der Profilierung und jeweils mindestens einem Zahn angeordnet ist. Das Schwenksegment ermöglicht eine Verkippung des Zahnes relativ zu der Profilierung oder relativ zu dem Schwenksegment. Typischerweise sind auf einem Schwenksegment mindestens zwei Zähne gelagert. Mehrere auf einem Schwenksegment gelagerte Zähne sind typischerweise in einer Reihe in axialer Richtung nebeneinander angeordnet.
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Typischerweise ist das Zahnsegment mit dem Schwenksegment lose verbunden. Dabei bedeutet „lose Verbindung“ vorzugsweise, dass das Zahnsegment lediglich auf das Schwenksegment aufgestellt, üblicherweise direkt aufgestellt ist. Bevorzugte Schwenksegmente umfassen ein Profil, welches ein Abrutschen des Zahnes von dem Schwenksegment oder ein Verrutschen des Schwenksegments zumindest in einer Richtung verhindert. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Schwenksegmente auf diese Weise durch die radial und linear geführten Zähne in ihrer Lage in Umlaufrichtung relativ zu dem Zahnträger gehalten werden. Ein solches Profil kann beispielsweise ein Wulst sein, welcher in eine Vertiefung eingreift. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Zahnsegment nicht über das Schwenksegment gleitet. Damit wird erreicht, dass das Schwenksegment auf die Position des Zahnes festgelegt wird und eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen Zahnsegment und Schwenksegment ausgeschlossen wird. Vorzugsweise ist dabei das Profil derart angeordnet, dass eine Verschieblichkeit in Umfangsrichtung gesperrt wird, sodass ein Abrutschen in Umfangsrichtung vermieden wird. Bei weiteren Ausführungsformen können jedoch auch Kalottenförmige, Kugel-förmige oder andere Erhebungen vorgesehen sein, welche ein Verrutschen der Schwenksegmente relativ zu den Zähnen verhindern.
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Typische Schwenksegmente ermöglichen eine segmentierte Lagerung. Typischerweise bilden die Schwenksegmente oder andere Lagersegmente wie Platten eine segmentierte Lagerung. Die segmentierte Lagerung bietet den Vorteil, dass sie sich der Profilierung der Kurvenscheibe anpassen kann und andererseits eine zuverlässige Kraftübertragung in radialer Richtung ermöglicht.
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Die Schwenksegmente weisen vorzugsweise einander zugewandte Kanten mit Erhebungen und Vertiefungen auf, beispielsweise eine Wellenform oder eine gezackte Form. Dies bietet den Vorteil, dass Nadelrollen, welche unterhalb der Schwenksegmente angeordnet sind, auch bei einem größeren Abstand zwischen den Schwenksegmenten zuverlässig in dem Raum zwischen den Schwenksegmenten und der Kurvenscheibe gehalten werden.
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Die lose Verbindung zwischen dem Zahnsegment und dem Schwenksegment bietet den Vorteil eines einfachen Aufbaus. Dabei bedeutet „lose Verbindung“ insbesondere, dass die Zähne nicht gegenüber einem Abheben von den Schwenksegmenten geschützt sind. Ein Abheben der Zähne von den Schwenksegmenten ist bei gattungsgemäßen Getrieben in der Regel dadurch verhindert, dass die Zähne an den Zahnköpfen durch die Verzahnung geführt sind.
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Typische Ausführungsformen der Erfindung umfassen eine Kurvenscheibe mit einer Profilierung. Die Profilierung weist vorzugsweise eine nicht-kreisförmige oder eine nicht-ellipsoide Bogenform oder Kurve auf. Die nicht-kreisförmige oder nicht-ellipsoide Bogenform bietet den Vorteil, dass beliebige Profilierungen verwendet werden können, um beispielsweise unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse einzustellen. Im Sinne dieser Anmeldung fallen Exzenter ebenfalls unter kreisförmige oder ellipsoide Formen, da bei Exzentern lediglich die Drehachse nicht der Mittelachse der Kreisform entspricht, gleichwohl jedoch eine Kreisform vorhanden ist. Bei typischen Ausführungsformen sind der Zahnträger oder die Verzahnung kreisförmig ausgebildet. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Geometrie für den Zahnträger und die Verzahnung. Typischerweise erfolgt die Kraftübertragung auf der langsamen Seite des Getriebes zwischen der Verzahnung und dem Zahnträger. Dies bietet den Vorteil, dass der Weg für die Kraftübertragung äußerst kurz ist, sodass eine äußerst hohe Steifigkeit erreicht werden kann.
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Die Verzahnung und die Zähne weisen typischerweise gekrümmte Flanken auf. Beispiele für Krümmungen der Flanken sind eine zylinderförmige Krümmung oder eine Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale. Für eine mögliche Ausführungsform einer Krümmung in Form einer logarithmischen Spirale wird auf die
DE 10 2007 011 175 A1 verwiesen. Die gekrümmte Oberfläche bietet den Vorteil, dass die in Eingriff stehenden Flanken flächig und nicht lediglich linien- oder punktförmig anliegen. Auf diese Weise wird eine extreme Steifigkeit bei der Kraftübertragung zwischen der Verzahnung und den Zähnen erreicht.
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Die Daten-Ausgabeeinrichtung ist typischerweise unmittelbar am Getriebe angeordnet. Bei typischen Ausführungsformen bildet die Daten-Ausgabeeinrichtung eine Einheit mit dem Getriebe. Der Ausdruck „am Getriebe angeordnet“ schließt dabei auch Ausführungsformen ein, bei welchen die Daten-Ausgabeeinrichtung in das Getriebe integriert ist. Typischerweise ist die Daten-Ausgabeeinrichtung betriebsmäßig nicht von dem Getriebe trennbar, insbesondere betriebsmäßig nicht von dem Getriebe abnehmbar. Typischerweise bildet die Daten-Ausgabeeinrichtung ein direktes oder unmittelbares Konnektivitätselement für den Antrieb.
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Typische Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass die Daten-Ausgabefunktion in den Antrieb integriert ist, im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, die im Bauraum des Antriebs aufwändigere äußere Konstruktionen erfordern. Bei typischen Ausführungsformen ergibt sich ein dahingehender Vorteil, dass die Funktionalität des Antriebs unbeeinflusst bleibt, im Gegensatz zu der herkömmlichen äußeren Konstruktion für eine Daten-Ausgabeeinrichtung.
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Die Daten-Ausgabeeinrichtung weist typischerweise eine Standardschnittstelle für die Ausgabe der Daten auf. Die Standardschnittstelle ist typischerweise konform mit einem in der Industrie üblichen Schnittstellenstandard, beispielsweise ein Feldbus-Schnittstellenstandard wie z. B. CAN (Controller Area Network), EtherCAT, Flexray, Profibus, oder ein serieller Schnittstellenstandard wie z. B. RS-232, RS-485, I2C, USB. Die genannten Schnittstellenstandards sind lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Es ist auch möglich, eine drahtlose Übertragung für die Ausgabe der Daten vorzusehen oder die Daten redundant oder verteilt sowohl drahtgebunden, als auch drahtlos zu übertragen.
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Die von der Daten-Ausgabeeinrichtung ausgebbaren Daten können codiert sein, und die Codierung kann an Geräte angepasst sein, mit welchen der Antrieb mechanisch und/oder elektrisch wechselwirkt. Typischerweise sind die antriebsspezifischen Daten in einem Prozesssystem oder Automatisierungssystem bzw. in einem Prozessablauf oder Automatisierungsablauf verwendbar. Insbesondere sind die antriebsspezifischen Daten typischerweise in einem Prozesssystem oder Automatisierungssystem verwendbar, in welchem der Antrieb verwendet werden kann.
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Bei typischen Ausführungsformen sind die antriebsspezifischen Daten getriebespezifische Daten. Bei typischen Ausführungsformen umfassen die antriebsspezifischen Daten ein Datum aus der Gruppe Getriebetyp, Getriebeübersetzung, Drehmomentkennzahl, Drehrichtung. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten mehrere der genannten Daten.
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Bei typischen Ausführungsformen sind die antriebsspezifischen Daten motorspezifische Daten. Bei typischen Ausführungsformen umfassen die antriebsspezifischen Daten ein Datum aus der Gruppe Motortyp, Motorleistung, Motor-Wirkungsgrad, Motor-Regelungsparameter, Drehmoment. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten mehrere der genannten Daten.
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Bei typischen Ausführungsformen weist der Antrieb einen mit der Daten-Ausgabeeinrichtung verbundenen Getriebesensor auf. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten ein unmittelbar oder mittelbar mit dem Getriebesensor erfasstes Datum aus der Gruppe Drehmoment, Drehzahl, Getriebetemperatur, Schmiermitteltemperatur, Schmiermittelmenge, Schmiermittelreinheit. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten mehrere der genannten Daten. Die genannten Daten können auch mittels mehrerer Getriebesensoren erfasst oder ermittelt werden, was typischerweise dann der Fall ist, wenn mehrere der genannten Daten in den antriebsspezifischen Daten enthalten sind.
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Der Getriebesensor ist typischerweise direkt im Getriebe angeordnet und signaltechnisch mit der Daten-Ausgabeeinrichtung verbunden. Die signaltechnische Verbindung erfolgt typischerweise drahtgebunden; sie kann jedoch auch drahtlos erfolgen.
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Der Getriebesensor kann ein Drehmomentsensor sein, welcher das abtriebsseitige Drehmoment im Getriebe erfasst. Der Getriebesensor kann ein Drehzahlsensor sein, beispielsweise ein optischer oder kapazitiver Drehgeber mit einer integrierten zeitbezogenen Umrechnungseinheit für die Drehzahl. Der Getriebesensor kann ein Temperatursensor sein. Ein als Temperatursensor ausgebildeter Getriebesensor erfasst typischerweise die Getriebetemperatur, z. B. an antriebsseitigen Bauteilen oder an abtriebsseitigen Bauteilen des Getriebes. Ein als Temperatursensor ausgebildeter Getriebesensor erfasst alternativ oder zusätzlich typischerweise die Schmiermitteltemperatur, bei Verwendung von Schmieröl als Schmiermittel typischerweise die Öltemperatur im Ölsumpf. Der Getriebesensor kann ein Füllstandssensor sein. Ein als Füllstandssensor ausgebildeter Getriebesensor erfasst typischerweise die Schmiermittelmenge, bei Verwendung von Schmieröl als Schmiermittel typischerweise den Ölstand im Ölsumpf. Der Getriebesensor kann ein Sensor zum Ermitteln der Schmiermittelreinheit sein. Ein als Sensor zum Ermitteln der Schmiermittelreinheit ausgebildeter Getriebesensor ist typischerweise ein optischer Sensor, welcher die Partikelbelastung im Schmiermittel erfasst.
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Bei typischen Ausführungsformen weist der Antrieb einen mit der Daten-Ausgabeeinrichtung verbundenen Motorsensor auf. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten mindestens ein unmittelbar oder mittelbar mit dem Motorsensor erfasstes Datum aus der Gruppe Motortemperatur, Motorspannung, Motorstrom. Typischerweise umfassen die antriebsspezifischen Daten mehrere der genannten Daten. Die genannten Daten können auch mittels mehrerer Motorsensoren erfasst oder ermittelt werden, was typischerweise dann der Fall ist, wenn mehrere der genannten Daten in den antriebsspezifischen Daten enthalten sind.
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Der Motorsensor kann ein Temperatursensor sein. Ein als Temperatursensor ausgebildeter Motorsensor erfasst typischerweise die Temperatur an wesentlichen Bauteilen des Elektromotors. Der Motorsensor kann ein Spannungssensor sein. Ein als Spannungssensor ausgebildeter Motorsensor misst typischerweise die Spannung, die an einer Wicklung des Motors abfällt oder mehrere Spannungen, die an unterschiedlichen Wicklungen des Motors abfallen. Der Motorsensor kann ein Stromsensor sein. Ein als Stromsensor ausgebildeter Motorsensor misst typischerweise den Strom, der durch eine Wicklung des Motors fließt oder mehrere Ströme, die durch unterschiedliche Wicklungen des Motors fließen.
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Bei typischen Ausführungsformen weist der Antrieb eine Auswertungseinrichtung zum Erzeugen antriebsspezifischer Daten auf, wobei die Auswertungseinrichtung unmittelbar am Getriebe angeordnet ist. Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswertungseinrichtung in die Daten-Ausgabeeinrichtung integriert oder bildet mit der Daten-Ausgabeeinrichtung eine Einheit. Typischerweise gibt die Auswertungseinrichtung die erzeugten antriebsspezifischen Daten an die Daten-Ausgabeeinrichtung aus. Bei typischen Ausführungsformen ist eine signaltechnische oder datenverarbeitungstechnische Verbindung zwischen der Auswertungseinrichtung und der Daten-Ausgabeeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise bidirektional ausgebildet ist. Die signaltechnische oder datenverarbeitungstechnische Verbindung von der Auswertungseinrichtung an die Daten-Ausgabeeinrichtung dient der Übertragung der erzeugten antriebsspezifischen Daten. Typischerweise dient die signaltechnische oder datenverarbeitungstechnische Verbindung in der Gegenrichtung der Übertragung von Daten, welche die Auswertungseinrichtung zum Erzeugen der antriebsspezifischen Daten benötigt. Bei typischen Ausführungsformen sind diese in der Gegenrichtung übertragenen Daten Sensordaten. Es ist jedoch auch möglich, dass mindestens einer von Getriebesensor oder Motorsensor unmittelbar mit der Auswertungseinrichtung verbunden ist, insbesondere dann, wenn die Auswertungseinrichtung in die Daten-Ausgabeeinrichtung integriert ist.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die Auswertungseinrichtung dazu eingerichtet, Datenverläufe als antriebsspezifische Daten zu erzeugen. Typischerweise werden Datenverläufe auf den zeitlichen Verlauf bezogen. Beispielsweise enthalten die Datenverläufe Temperaturverläufe oder Temperaturgänge, z. B. Temperaturverläufe oder Temperaturgänge der Getriebetemperatur und/oder der Motortemperatur und/oder der Schmiermitteltemperatur, Schmiermittelstands-Verläufe, Drehzahlverläufe, Drehmomentverläufe und/oder dergleichen.
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Bei typischen Ausführungsformen umfassen die antriebsspezifischen Daten einen mittelbar oder unmittelbar mit der Auswertungseinrichtung ermittelten Getriebezustand. Der Getriebezustand ist beispielsweise ein Betriebszustand des Getriebes oder ein Verschleißzustand des Getriebes. Der Getriebezustand wird typischerweise aus Daten und/oder Datenverläufen ermittelt, insbesondere aus Daten und/oder Datenverläufen eines Getriebesensors und/oder eines Motorsensors.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Getriebezustand ein in Abhängigkeit des mit dem Getriebesensor ermittelten Drehmoments ermitteltes Belastungskollektiv des Getriebes. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Getriebezustand typischerweise eine aus dem Belastungskollektiv ermittelte Schadenssumme. Bei typischen Ausführungsformen wird das Belastungskollektiv aus einer Wöhlerkurve des Getriebes ermittelt. Die Wöhlerkurve des Getriebes kann experimentell bestimmt sein, insbesondere für den spezifischen Getriebetyp oder die spezifische Getriebebauart. Typischerweise weist die Wöhlerkurve ein Zeit- und ein Dauerfestigkeitsgebiet auf, und bei der Ermittlung des Belastungskollektivs und/oder bei der Ermittlung der Schadenssumme werden Lastspiele (Lastwechsel) im Zeit- und Dauerfestigkeitsgebiet klassifiziert und gezählt.
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Typische Ausführungsformen bieten den Vorteil, dass die Getriebelebensdauer oder die Rest-Lebensdauer des Getriebes geschätzt werden kann, und zwar mittels einer unmittelbar am Getriebe angeordneten Auswertungseinrichtung und Daten-Ausgabeeinrichtung. Typischerweise weist das Getriebe selbst eine entsprechende Anschlussmöglichkeit auf, an welcher Daten über die geschätzte Rest-Lebensdauer des Getriebes direkt abgegriffen werden können.
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Anhand der Rest-Lebensdauer kann typischerweise auch ein Wartungsintervall festgemacht werden, wobei bei typischen Ausführungsformen das Wartungsintervall und/oder eine Wartungsaufforderung als antriebsspezifische Daten ausgegeben werden können. Das Wartungsintervall und/oder die Wartungsaufforderung können applikationsspezifisch sein, wobei typischerweise der Applikationstyp in der Auswertungseinrichtung gespeichert oder speicherbar ist.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Getriebezustand einen geschätzten Getriebewirkungsgrad. Typischerweise sind mehrere Getriebesensoren vorgesehen und als Drehmomentsensoren ausgebildet, wobei einer der Drehmomentsensoren das antriebsseitige Drehmoment und der andere der Drehmomentsensoren das abtriebsseitige Drehmoment erfasst.
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Bei typischen Verfahren werden antriebsspezifische Daten aus der Daten-Ausgabeeinrichtung eines typischen Antriebs mit Referenzdaten verglichen, und es wird ein Signal auf der Grundlage des Vergleichs ausgegeben. Das Verfahren wird typischerweise in einer Auswertungseinrichtung durchgeführt, welche vorzugsweise in die Daten-Ausgabeeinrichtung integriert ist. Diese Auswertungseinrichtung kann die gleiche Auswertungseinrichtung sein wie eine typische Auswertungseinrichtung, wie sie oben diskutiert wurde.
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Typische Ausführungsformen des Verfahrens bieten den Vorteil, dass eine Selbstüberwachung eines erfindungsgemäßen Antriebs erfolgen kann. Das Signal kann beispielsweise ein Zustandssignal sein, welches den Getriebezustand und/oder den Motorzustand des Antriebs angibt. Das Signal kann beispielsweise auch ein Abschaltsignal (z. B. ein Not-Aus-Signal) sein, welches ausgegeben wird, wenn ein kritischer Betriebszustand des Antriebs vorliegt. Typische Ausführungsformen des Verfahrens bieten den Vorteil, dass die Signalausgabe vorzugsweise unmittelbar durch das Getriebe selbst erfolgt, also keine externen Bauteile erforderlich sind.
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Bei typischen Ausführungsformen des Verfahrens sind die Referenzdaten Betriebs-Referenzdaten. Betriebs-Referenzdaten sind typischerweise Daten, welche einen zulässigen Betriebsbereich von Betriebszustandsgrößen angeben. Beispielhaft und nicht abschließend oder einschränkend beziehen sich solche Betriebszustands-Referenzdaten auf das Drehmoment, die Drehzahl, die Getriebetemperatur, die Schmiermitteltemperatur, die Schmiermittelmenge, die Schmiermittelreinheit, die Motortemperatur, die Motorspannung und/oder den Motorstrom.
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Bei typischen Ausführungsformen des Verfahrens sind die Referenzdaten Getriebezustandsdaten, insbesondere Daten über eine zulässige Rest-Lebensdauer des Getriebes oder Daten über eine Wirkungsgradverschlechterung des Getriebes. Typischerweise kündigt sich ein Ausfall des Getriebes oder ein Ausfall der Getriebelagerung durch ein Abfallen des Getriebewirkungsgrades um einige zehntel Prozentpunkte an, beispielsweise durch ein Abfallen des Getriebewirkungsgrades um mehr als 0,1 Prozentpunkte oder um mehr als 0,2 Prozentpunkte oder um mehr als 0,5 Prozentpunkte.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Antriebs gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Ansicht eines Antriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Ansicht eines Antriebs gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Ansicht eines Antriebs gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 5 eine halbe Schnittansicht des Getriebes des Antriebs gemäß einer der Ausführungsformen.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Ausführungsform werden unter Umständen in verschiedenen Figuren und für verschiedene Ausführungsformen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet, um die Beschreibung übersichtlicher zu gestalten. Dies bedeutet jedoch nicht, dass entsprechende Teile der Erfindung auf die in den Ausführungsformen dargestellten Varianten beschränkt sind.
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In der 1 ist eine Ausführungsform eines Antriebs in einer schematischen Ansicht gezeigt. Ein Elektromotor 10 ist in der Ausführungsform als kommutierter bürstenloser Drehstrom-Synchronmotor ausgebildet. Der Elektromotor 10 ist mittels einer Antriebswelle 15 mit der Antriebsseite eines koaxialen Getriebes 1 verbunden und dazu eingerichtet, das Getriebe 1 mittels eines über die Antriebswelle 15 übertragenen Drehmoments anzutreiben.
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Das Getriebe 1, das weiter unten noch unter Bezugnahme auf 5 näher erläutert wird, ist als steifes und im Wesentlichen spielfreies Koaxialgetriebe ausgebildet. Am Ausgang des Getriebes 1, d. h. auf der Abtriebsseite des Getriebes 1, ist eine Abtriebswelle 15 vorgesehen, welche mit ihrem vorderen Ende aus dem Getriebe 1 austritt und beispielsweise eine (nicht dargestellte) Last antreibt.
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Unmittelbar am Getriebe 1 ist eine Daten-Ausgabeeinrichtung 30 angeordnet. Diese ist in der dargestellten Ausführungsform fest mit dem Getriebe 1 verbunden und bildet mit dem Getriebe 1 eine Einheit. Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 ist betriebsmäßig nicht von dem Getriebe 1 trennbar und weist ein mit dem Getriebe 1 gemeinsames Gehäuse auf. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Kommunikationsanschluss 31 vorgesehen, welcher in der Zeichnung nur schematisch angedeutet ist. Der Kommunikationsanschluss ist gemäß einem gängigen Industriestandard ausgebildet und in der Ausführungsform als serielle Schnittstelle vorgesehen. Der Kommunikationsanschluss 31 kann bidirektional ausgebildet sein. Am Kommunikationsanschluss 31 der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 werden die antriebsspezifischen Daten ausgegeben, beispielsweise einzeln oder gruppiert, in festgelegten zeitlichen Intervallen und/oder auf Anforderung.
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Durch die unmittelbare und bauraumsparende Anordnung der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 direkt am Getriebe 1 ist die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 ohne weiteren Aufbauaufwand verwendbar und beeinflusst die Funktionalität des Getriebes 1 im Wesentlichen nicht.
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Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 gibt über den Kommunikationsanschluss 31 antriebsspezifische Daten aus, bei der gezeigten Ausführungsform nach entsprechender datenverarbeitungstechnischer Anforderung. Gemäß der Ausführungsform enthalten die antriebsspezifischen Daten mindestens ein Datum aus der Gruppe Getriebetyp, Getriebeübersetzung, Drehmomentkennzahl, Drehrichtung, Motortyp, Motorleistung, Motor-Wirkungsgrad, Motor-Regelungsparameter, Motor-Drehmoment.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Ansicht. Die zweite Ausführungsform ist eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform, so dass die oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform gemachten Angaben im Wesentlichen auch für die zweite Ausführungsform gelten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Komponenten, und deren wiederholte Beschreibung wird hier weggelassen.
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Bei dem Antrieb gemäß der zweiten Ausführungsform ist zusätzlich ein Getriebesensor 40 vorgesehen, welcher im Getriebe 1 angeordnet ist und mit der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 betriebsmäßig verbunden ist. Die Verbindung erfolgt in der dargestellten Ausführungsform über eine Zweidrahtleitung, ist darauf jedoch nicht beschränkt.
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Der Getriebesensor 40 erfasst direkt im Getriebe 1 das Getriebedrehmoment, die Getriebedrehzahl, die Schmiermitteltemperatur, die Schmiermittelmenge und/oder die Schmiermittelreinheit oder Daten, die unmittelbar mit diesen Größen zusammenhängen. Der Getriebesensor 40 übermittelt diese Daten kontinuierlich oder in festgelegten oder festlegbaren zeitlichen Intervallen an die Daten-Ausgabeeinrichtung.
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Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 übernimmt die Daten vom Getriebesensor 40 und/oder wandelt diese in entsprechende antriebsspezifische Daten um. Am Kommunikationsanschluss 31 der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 werden die antriebsspezifischen Daten ausgegeben, beispielsweise einzeln oder gruppiert, in festgelegten zeitlichen Intervallen und/oder auf Anforderung.
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Alternativ oder zusätzlich zu den oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform genannten Daten enthalten die antriebsspezifischen Daten gemäß der zweiten Ausführungsform mindestens ein Datum aus der Gruppe Drehmoment, Drehzahl, Getriebetemperatur, Schmiermitteltemperatur, Schmiermittelmenge, Schmiermittelreinheit.
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Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Ansicht. Die dritte Ausführungsform ist eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform und/oder der zweiten Ausführungsform, so dass die oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform und/oder der zweiten Ausführungsform gemachten Angaben im Wesentlichen auch für die dritte Ausführungsform gelten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Komponenten, und deren wiederholte Beschreibung wird hier weggelassen.
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Bei dem Antrieb gemäß der dritten Ausführungsform ist zusätzlich eine Auswertungseinrichtung 60 vorgesehen, welche im Getriebe 1 angeordnet ist und mit der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 betriebsmäßig verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Auswertungseinrichtung 60 in die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 integriert, so dass die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 und die Auswertungseinrichtung 60 eine betriebsmäßige Einheit bilden.
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Die Auswertungseinrichtung 60 ist dazu eingerichtet, antriebsspezifische Daten zu erzeugen und an die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 zu übermitteln. Diese gibt die erzeugten antriebsspezifischen Daten wiederum - ggf. zusammen mit weiteren antriebsspezifischen Daten - über den Kommunikationsanschluss 31 aus, wie oben beschrieben.
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Bei der dargestellten dritten Ausführungsform ermittelt die Auswertungseinrichtung 60 einen Getriebezustand durch einen Vergleich von gemessenen Sensordaten von dem Getriebesensor 40 mit Referenzdaten. Hierzu ist der Getriebesensor 40 direkt mit der Auswertungseinrichtung 60 verbunden; der Getriebesensor 40 kann jedoch auch nur mittelbar mit der Auswertungseinrichtung 60 verbunden sein, typischerweise unter Zwischenschaltung der Daten-Ausgabeeinrichtung 30.
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Gemäß der dritten Ausführungsform umfasst der Getriebezustand ein Belastungskollektiv des Getriebes und/oder eine aus dem Belastungskollektiv ermittelte Schadenssumme. Das Belastungskollektiv wird aus den Daten berechnet, die von dem Getriebesensor 40 übermittelt werden; der Getriebesensor ist in der dargestellten Ausführungsform dazu eingerichtet, mindestens das abtriebsseitige Drehmoment des Getriebes 1 auszugeben. Unter Zuhilfenahme einer gespeicherten Nenn-Lebensdauer des Getriebes 1 ermittelt die Auswertungseinrichtung 60 aus dem Vergleich die erwartete Rest-Lebensdauer des Getriebes 1 zum Zeitpunkt der Datenausgabe und übermittelt diese Rest-Lebensdauer an die Daten-Ausgabeeinrichtung 30. Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 gibt ihrerseits über den Kommunikationsanschluss 31 die Rest-Lebensdauer als antriebsspezifische Daten aus.
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Bei der dritten Ausführungsform umfasst der Getriebezustand zusätzlich einen geschätzten Getriebewirkungsgrad. Hierzu erfasst der Getriebesensor 40 zusätzlich das antriebsseitige Drehmoment des Getriebes und übermittelt dies an die Auswertungseinrichtung 60. Durch Beziehen des abtriebsseitigen Drehmoments auf das antriebsseitige Drehmoment berechnet die Auswertungseinrichung 60 den Getriebewirkungsgrad und übermittelt ihn an die Daten-Ausgabeeinrichtung 30. Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 gibt ihrerseits über den Kommunikationsanschluss 31 den Getriebewirkungsgrad als antriebsspezifische Daten aus.
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Die 4 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs in einer schematischen Ansicht. Die vierte Ausführungsform ist eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform und/oder der zweiten Ausführungsform und/oder der dritten Ausführungsform, so dass die oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform und/oder der zweiten Ausführungsform und/oder der dritten Ausführungsform gemachten Angaben im Wesentlichen auch für die vierte Ausführungsform gelten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder gleichwirkende Komponenten, und deren wiederholte Beschreibung wird hier weggelassen.
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Bei dem Antrieb gemäß der vierten Ausführungsform ist zusätzlich ein Motorsensor 51 vorgesehen, welcher im Getriebe 1 angeordnet ist und mit der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 betriebsmäßig verbunden ist. Die Verbindung erfolgt in der dargestellten Ausführungsform über eine Zweidrahtleitung, ist darauf jedoch nicht beschränkt.
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Der Motorsensor 51 erfasst direkt im Getriebe 1 die Motortemperatur, die Motorspannung und/oder den Motorstrom oder Daten, die unmittelbar mit diesen Größen zusammenhängen. Die Motorspannung und/oder der Motorstrom können jeweils eine kumulierte Gesamtgröße, beispielsweise eine gemittelte Größe über sämtliche Wicklungen des Motors sein, oder sie können auf die einzelnen Wicklungen (Stränge) des Motors bezogene Einzelgrößen sein. Bei einem dreiphasigen Drehstrom-Synchronmotor, wie er gemäß den Ausführungsformen als Elektromotor 10 zum Einsatz kommt, sind die Motorspannung und/oder der Motorstrom beispielsweise drei Einzelgrößen. Der Motorsensor 51 übermittelt diese Daten kontinuierlich oder in festgelegten oder festlegbaren zeitlichen Intervallen an die Daten-Ausgabeeinrichtung.
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Die Daten-Ausgabeeinrichtung 30 übernimmt die Daten vom Motorsensor 51 und/oder wandelt diese in entsprechende antriebsspezifische Daten um. Am Kommunikationsanschluss 31 der Daten-Ausgabeeinrichtung 30 werden die antriebsspezifischen Daten ausgegeben, beispielsweise einzeln oder gruppiert, in festgelegten zeitlichen Intervallen und/oder auf Anforderung.
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Alternativ oder zusätzlich zu den oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform und/oder der zweiten Ausführungsform und/oder der dritten Ausführungsform genannten Daten enthalten die antriebsspezifischen Daten gemäß der vierten Ausführungsform mindestens ein Datum aus der Gruppe Motortemperatur, Motorspannung, Motorstrom.
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Die in 4 gezeigte vierte Ausführungsform weist ähnlich wie die dritte Ausführungsform ebenfalls die Auswertungseinrichtung 60 auf, mit der oben beschriebenen Funktionalität. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Auswertungseinrichtung 60 in der vierten Ausführungsform weggelassen wird.
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Die 5 zeigt in einer halben Schnittansicht schematisch ein Getriebe 1, welches der Antrieb gemäß einer jeden der oben beschriebenen Ausführungsformenen aufweist. Das Getriebe weist ein Hohlrad 3 mit einer innen liegenden, umlaufenden Verzahnung 5 auf. Eine zweite Hälfte des Getriebes 1 ist im Schnitt dem dargestellten Schnitt analog aufgebaut. In die Verzahnung 5 greifen Zähne 7 ein. Zur besseren Übersichtlichkeit ist nicht jedes Zahnsegment 7 der 5 auch mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Die Zähne 7 sind in einem Zahnträger 11 radial verschieblich gelagert. Hierzu weist der Zahnträger 11 radial ausgerichtete kanalartige runde oder schlitzartige Öffnungen auf, welche eine radiale Führung der Zähne 7 in dem Zahnträger 11 gewährleisten. Aufgrund der radialen Führung in den Öffnungen ist es für die Zähne 7 lediglich möglich, sich in radialer Richtung entlang ihrer Längsachse zu bewegen, insbesondere ist eine Verdrehung um eine Längsachse des Getriebes 1 ausgeschlossen.
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Die Längsachse der Zähne bezeichnet typischerweise die vom Zahnfuß zum Zahnkopf verlaufende Achse, während die Längsachse des Getriebes in Richtung der Drehachse des Getriebes zeigt. Dies kann beispielsweise die Drehachse des als Abtrieb verwendbaren Zahnträgers sein oder auch die Drehachse einer Kurvenscheibe.
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Die Zähne 7 werden durch ein Antriebselement in der Form einer hohlen Kurvenscheibe 20 angetrieben. Die Kurvenscheibe 20 weist eine Profilierung 22 auf, um die Zähne 7 in radialer Richtung anzutreiben. Die Profilierung 22 weist einen Verlauf mit zwei Erhebungen über den Umfang auf, sodass jeweils gegenüberliegende Zähne 7 am weitesten in Zahnlücken der Verzahnung 5 eingetreten sind.
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Die Zähne 7 sind bei dem in 5 dargestellten Getriebe 1 mit einer Wälzlagerung auf der Profilierung des Antriebselements angeordnet. Die Wälzlagerung umfasst Wälzkörper 23, welche bei diesem Ausführungsbeispiel als Nadelrollen ausgeführt sind.
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Die Kurvenscheibe 20 ist innen angeordnet und die Verzahnung außen angeordnet, und der Abtrieb wird an dem Hohlrad mit der Verzahnung oder an dem Zahnträger abgegriffen, wobei das jeweils andere Element festgelegt wird.
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Das Getriebe 1 umfasst eine segmentierte Lagerung für die Zähne 7. Die segmentierte Lagerung umfasst Schwenksegmente 24, welche jeweils auf der dem Zahn 7 zugewandten Seite eine runde Zahnlagerfläche aufweisen, welche einen Wulst bildet, auf dem der Fuß eines Zahnes 7 oder bei typischen Ausführungsformen 2, 3 oder 4 Zähne in axialer Richtung des Getriebes 1 nebeneinander angeordnet sein können. Der Wulst verhindert zusammen mit einer entsprechenden Ausnehmung im Zahnfuß des jeweiligen Zahnes 7 ein Verrutschen des Zahnes 7 auf dem Schwenksegment 24.
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Mit den Wulsten werden jeweils Fußgelenke für die Zähne 7 ausgebildet, sodass sich die Zähne 7 relativ zu den Schwenksegmenten 24 verkippen können, um eine zwangsfreie Führung zu gewährleisten. Die Schwenksegmente 24 sind relativ zueinander in Umlaufrichtung verschieblich, sodass sich die Abstände zwischen den Schwenksegmenten 24 verändern lassen. Auf diese Weise ist auch der Freiheitsgrad in Umlaufrichtung der Schwenksegmente 24 nicht gesperrt. Dies ermöglicht eine weitgehend zwangsfreie Führung und ein weitgehend zwangsfreien radialen Antrieb der Schwenksegmente 24 durch die Profilierung 22 der Kurvenscheibe 20. Für eine Minimierung des Reibungswiderstandes zwischen der Profilierung 22 und den Schwenksegmenten 24 sind die Wälzkörper 23 als Nadelrollen vorgesehen.
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Die Erfindung ist nicht auf zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche bestimmt.
