DE102020201392A1 - Formoptimierte Wellscheibe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wellscheibe (101) für ein Wellgetriebe. Ein äußerer Umriss der Wellscheibe ist in mindestens einem Querschnitt durch eine Menge {(R((φ), φ) | 0° ≤ <φ ≤ 360°} von Punkten in Polarkoordinaten beschrieben wird, mit R(φ): = a - (a - b) · lsinφlp, a > b > 0 und p > 0

Description

• Die Erfindung betrifft eine Wellscheibe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Die Druckschriften CN 107 676 456 A , DE 10 2014 111 722 B4 , CN 104 565 219 A , US 9 470 301 B2 und CN 103 453 078 B beschreiben Wellgetriebe mit Wellscheiben, deren Form im Querschnitt von einer Ellipse abweicht. Dies hat den Vorteil einer geringeren Spannungsbelastung des elastischen Rads.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wellgetriebe verfügbar zu machen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Wellgetriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung und dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.
• Die Wellscheibe ist für die Verwendung in einem Wellgetriebe ausgebildet. Dort ist die Wellscheibe drehfest mit einer Eingangswelle verbunden. Die Wellscheibe ist im Inneren eines elastischen Rads angeordnet. Das elastische Rad ist ein außenverzahntes Hohlrad, das in radialer Richtung elastisch ist. Es ist drehfest mit einer Ausgangswelle des Wellgetriebes verbunden. Über ein Lager übt die Wellscheibe einen Druck auf das elastische Rad aus, der das elastische Rad radial nach außen hin verformt. Infolge dieser Verformung greift die Verzahnung des elastischen Rads in die Verzahnung eines sogenannten starren Rads ein. Das starre Rad ist ein gehäusefest angeordnetes Hohlrad, welches koaxial zu dem elastischen Rad angeordnet ist und das elastische Rad in Umfangsrichtung umgibt.
• Durch die Verformung des elastischen Rads und den Zahneingriff mit dem starren Rad kommt eine drehwirksame Verbindung zwischen der Wellscheibe und dem elastischen Rad zustande. Eine Drehung der Wellscheibe überträgt sich auf das elastische Rad. Zwischen der Wellscheibe und dem elastischen Rad besteht ein linearer Drehzahlzusammenhang.
• Ein äußerer Umriss der Wellscheibe ist wird in mindestens einem Querschnitt durch eine Menge {(R(<φ), φ) | 0° ≤ φ ≤ 360°} von Punkten in Polarkoordinaten beschrieben, mit $$R\left(\phi \right):=a-\left(a-b\right)\cdot {\left|\text{sin }\phi \right|}^p,$$

  

  a > b > 0 und p > 0. Die Menge {(R(<φ), <p) | 0° ≤ φ ≤ 360°} und die Menge sämtlicher Punkte des äußeren Umrisses der Wellscheibe in dem mindestens einem Querschnitt sind gleich.
• R(<p) gibt einen Abstand eines Punkts des Umrisses von einem in dem mindestens Querschnitt liegenden Mittelpunkt des Umrisses an. <p bezeichnet einen Winkel, den eine Gerade, die den genannten Punkt des Umrisses mit dem Mittelpunkt verbindet, und eine vollständig in dem mindestens einen Querschnitt enthaltene, durch den Mittelpunkt verlaufende Bezugsgerade einschließen.
• Für φ = 0, φ = 90°, φ = 180° und φ = 270° liegt der genannte Punkt des Umrisses auf einer Ellipse. Der Parameter p ist so gewählt, dass der Punkt des Umrisses für 0 < φ < 90°, 90° < φ < 180°, 180° < φ < 270° und 270° < φ < 360° außerhalb der Ellipse liegt. Ein Punkt der Ellipse, der von der Geraden, die den Punkt des Umrisses mit dem Mittelpunkt verbindet, geschnitten wird, hat für diese Winkelbereiche einen geringeren Abstand von dem Mittelpunkt als der Punkt des Umrisses.
• Vorzugsweise gilt 2 ≤ p ≤ 2,5. Besonders bevorzugt gilt 2,2 ≤ p ≤ 2,3.
• Insbesondere kann eine untere Grenze p_min für den Parameter p wie folgt in Abhängigkeit des Verhältnisses b/a festgelegt werden:

  b/a	Pmin
  0.80	2.16
  0.85	2.12
  0.90	2.07
  0.95	2.04
  0.96	2.03
  0.97	2.03
  0.98	2.01
  0.99	2,00

• Der äußere Umriss in dem mindestens einen Querschnitt wird gebildet durch einen Teil der Oberfläche der Wellscheibe, der die Wellscheibe in axialer Richtung nach außen hin begrenzt. Sämtliche Teile der Wellscheibe in dem mindestens einen Querschnitt sind innerhalb des äußeren Umrisses angeordnet. Der Teil der Oberfläche, der den äußeren Umriss in dem mindestens einen Querschnitt bildet, bewirkt bei einer Drehung der Wellscheibe die oben beschriebene Verformung des elastischen Rads. Entsprechend ist dieser Teil der Oberfläche der Wellscheibe als Lagersitz oder Lagerlaufbahn des oben beschriebenen Lagers ausgestaltet. (
• Ein Querschnitt ist ein Schnitt, dessen Schnittebene orthogonal zu einer Längsachse ausgerichtet ist. Die Längsachse ist vorliegend identisch mit einer gemeinsamen Drehachse der Wellscheibe und des elastischen Rads.
• Die Erfindung ermöglicht es, Spannungen an den am stärksten belasteten Stellen des Wellgetriebes zu reduzieren. Die Bereiche, an denen die Verzahnungen des elastischen Rads und des starren Rads in Eingriff stehen, spannen unter Beibehaltung der ursprünglichen Kinematik des Getriebes einen großen Winkel auf. Dadurch wird erreicht, dass die sich im Eingriff befindlichen Zähne vollständig oder nahezu vollständig tragen und sich das zu übertragende Drehmoment gleichmäßig auf viele Zähne verteilt.
• Gegenüber den oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Wellscheiben, deren Umrisse durch zusammengesetzte Konturen oder komplexe mathematische Definitionen beschrieben werden, hat die erfindungsgemäße Wellscheibe den Vorteil einer größeren Einfachheit bzw. verringerten Komplexität der Formgebung. Dies vereinfacht die Konstruktion, die Optimierung und die Fertigung der Wellscheibe.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
• 1 einen Umriss einer Wellscheibe.
• In 1 wird ein äußerer Umriss einer Wellscheibe 101 dem Umriss einer Ellipse 103 gegenübergestellt. Der Umriss der Wellscheibe 101 wird über eine erste Achse 105 und eine zweite Achse 107, die orthogonal zueinander verlaufen, aufgespannt. Die Achsen 105, 107 schneiden sich in einem Mittelpunkt 109.
• Für den Abstand R eines beliebigen Punkts 111 des Umrisses der Wellscheibe 101 von dem Mittelpunkt 109 gilt: $$R=a-\left(a-b\right)\cdot {\left|\text{sin }\phi \right|}^p$$

  

  <p bezeichnet dabei einen Winkel, den eine den Mittelpunkt 109 und den Punkt 111 miteinander verbindende Strecke und die erste Achse 105 einschließen. a gibt den Abstand des Mittelpunkts 109 von einem Schnittpunkt des Umrisses 101 mit der ersten Achse 105 an. Entsprechend bezeichnet b den Abstand des Mittelpunkts 109 von einem Schnittpunkt der zweiten Achse 107 mit dem Umriss 101.
• Der Umriss der Wellscheibe 101 weicht zwischen den Achsen 105, 107 von dem Umriss der Ellipse 103 ab. Je weiter sich der Punkt 111 einer der Achsen 105, 107 annähert, desto geringer wird die Abweichung. Die Umrisse der Wellscheibe 101 und der Ellipse 103 schneiden die Achsen 105, 107 in denselben Punkten.
• Bezugszeichenliste

101

Wellscheibe

103

Ellipse

105

erste Achse

107

zweite Achse

109

Mittelpunk

111

Punkt

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• CN 107676456 A [0002]
• DE 102014111722 B4 [0002]
• CN 104565219 A [0002]
• US 9470301 B2 [0002]
• CN 103453078 B [0002]

Claims (1)

1. Wellscheibe (101) für ein Wellgetriebe; dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Umriss der Wellscheibe in mindestens einem Querschnitt durch eine Menge {(R(<φ), φ) | 0° ≤ φ ≤ 360°} von Punkten in Polarkoordinaten beschrieben wird, mit $$R\left(\phi \right):=a-\left(a-b\right)\cdot {\left|\text{sin }\phi \right|}^p,$$

   

   a > b > 0 und p > 0.

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