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Die
Erfindung betrifft ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Ein
derartiges Getriebe ist aus der
DE 1 99 14 555 A1 bekannt, wo im abtriebsseitigen
Ende eines Motorgehäuses
axial aufeinander folgend ein herkömmliches Planetengetriebe und
dann ein Wellgetriebe untergebracht sind; letzteres mit der Besonderheit,
ein nur außen
gezahntes Flexband einzusetzen, innerhalb dessen als Wellgenerator
unverzahnte Rollen umlaufen, die mit dem Planetensteg rotieren. Eine
derartige Getriebekaskadierung ergibt allerdings eine axial sehr
langbauende Konstruktion.
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Auch
in der
DE 197 08 310
A1 ist – als
Alternative zu einem unrunden Triebkern – für das umlaufende radiale Verformen
des Flexbandes eine planetenradähnliche
Anordnung beschrieben. Die Antriebswelle als Getriebe-Eingangswelle
ist hierfür drehstarr
mit einem Drehsteg oder mit einem Sonnenrad zum Verdrehen von wenigstens
zwei achsparallel gelagerten Rollen verbunden, die nun anstelle eines
gleitenden Kernes im Innern des Flexbandes abwälzen und dieses so an fortlaufenden
Umfangsstellen radial gegen das Innere zweier axial einander benachbarter
hohler Außenräder andrücken.
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Die
Funktion des – auch
als Harmonic Drive oder als Ringband-Getriebe bekannten – Wellgetriebes
als trotz einstufiger Auslegung außerordentlich stark untersetzendem,
selbsthemmendem System mit zur Antriebswelle koaxialer Abtriebswelle
beruht darauf, daß der
rotierend angetriebene so genannte Well-Generator einen auch als
Flexband bezeichneten Innenrad-Reifen umlaufend radial verformt
und dadurch dessen Außenmantelfläche umlaufend
lokal nach außen
gegen die hohlzylindrische Innenmantelfläche geringfügig größeren Umfanges eines gehäusefest
stationären,
als formstabiler Stützring
dienen den Hohlrades andrückt.
Infolgedessen wälzt
sich das Innenrad selbst oder ein darauf verdrehbar gelagerter Radreifen
bzw. Riemen kraftschlüssig über Reibflächen, oder
z.B. als Zahnriemen formschlüssig,
im Stützring
ab, wobei das Rad bzw. sein Reifen sich nach Maßgabe der Umfangs- bzw. Zähnedifferenz
zwischen Stützring
und Innenrad langsamer als der motorisch angetriebene Triebkern
des Wellgenerators dreht. Diese gegenüber dem Antrieb stark verlangsamte
Drehbewegung kann über
eine Außenverzahnung
des Innenrad-Reifens bzw. Flexbandes auf die Innenverzahnung eines
weiteren Außenringes, des
zum Stützring
konzentrischen aber im Gegensatz zu jenem nicht stationär sondern
koaxial verdrehbar im Getriebegehäuse angeordneten Abtriebsringes übertragen
werden, wobei eine weitere Untersetzung realisierbar ist. Der Antrieb
des Well-Generators erfolgt üblicherweise über einen
koaxial angeflanschten hochtourigen Kleinspannungs-Gleichstrommotor,
dessen schnelle Rotation in eine sehr viel langsamere Drehbewegung
entsprechend größeren Drehmomentes
untersetzt wird, was vielfältig Anwendung
etwa als Stellelement für
das Motor- und Klimamanagement und für andere insbesondere manuelle
Eingriffe ersetzende Funktionen im Kraftfahrzeug findet.
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In
der WO 02/36992 A1 ist ein Wellgetriebe beschrieben, bei dem das
Flexband und der Abtriebsring zu einem Topf vereint sind, dessen
Stirnrand vom Wellgenerator im Stützring abgewälzt wird.
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Der
Erfindung liegt die technische Problemstellung zugrunde, eine im
Interesse feinerer Abstufungsmöglichkeiten
der wirksamen Untersetzungsverhältnisse
gewählte
Kaskadierung aus Planeten- und Wellgetriebe axial möglichst
kurzbauend auszulegen.
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Gemäß der im
Hauptanspruch angegebenen Kombination der wesentlichen Merkmale
ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß bei einem
wenigstens zweistufigen Getriebe das Planetenradgetriebe als Eingangsstufe
radial und axial im wesentlichen innerhalb des darauf folgenden
Wellgetriebes angeordnet ist. Dessen Flexband ist als der freie
Stirnrand eines Abtriebtopfes ausgelegt, der in die Öffnung eines
ebenfalls topfförmigen
Gehäuses eingreift,
dessen Stirn als der stationäre
Stützring
mit einem Innengewinde ausgestattet ist. Das Wellgetriebe kann das
Planetengetriebe radial umgeben, weil bei diesem statt des üblichen
gehäusefesten
Hohlrades mit Innenverzahnung für
das Abwälzen
der von der Eingangswelle über
das Sonnenrad angetriebenen Planetenräder nun eine gehäusefeste
Stützscheibe
mit Außenverzahnung
axial gleich neben dem Sonnenrad angeordnet ist, die mit einem Ritzel am
jeweiligen Planetenrad in Eingriff steht. Die Übersetzungsverhältnisse
von den Planetenrädern
zu einerseits dem Sonnenrad und andererseits der gehäusefesten
Verzahnung lassen sich also in relativ weiten Grenzen durch bloßen baukastenartigen
Austausch der Planetenräder
oder ihrer Ritzel und ggf. auch des Sonnenrades und der Außenverzahnung auf
der gehäusefesten
Stützscheibe
variieren. So ist mit einem derartigen Baukastensatz für die Eingangsstufe
der untere bis mittlere Übersetzungsbereich
des zweistufigen Getriebes gut abgedeckt. Hinzu kommt der betriebstechnische
Vorteil, daß infolge der
Eingangsuntersetzung die Drehzahl des Wellgenerators verringert
wird, was eine wesentliche Verringerung der thermischen Belastung
im Zuge der mechanischen Wechselbeanspruchung des Flexbandes und
eine dementsprechend vergrößerte Standfestigkeit,
also Betriebssicherheit zur Folge hat.
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Um
das außerordentlich
große Übersetzungsverhältnis eines
Wellgetriebes, zumal im Falle von sogar kaskadierten Wellgetrieben,
eingangsseitig feiner abstufen zu können, ohne dafür die axialen Abmessungen
spürbar
vergrößern zu
müssen,
wird also dem Wellgetriebe erfindungsgemäß ein Planetenradgetriebe vorgeschaltet,
das praktisch vollständig
im Innern des topfförmigen
Wellgetriebe-Abtriebsringes mit integriertem Flexband untergebracht werden
kann, weil der Kraftfluß vom
Sonnenrad über die
Planetenräder
danach nicht mehr radial nach außen, sondern nun radial nach
innen zur Antriebsache zurück
verläuft.
Dafür sind
die Planetenräder
mit Ritzeln ausgestattet, die gegen eine gehäusefest radial zwischen den
Ritzeln gelegene, außen
verzahnte Stützscheibe
arbeiten, und der Wellgenerator kann in Form von mit dem Planetenträger umlaufenden
Rollen radial außerhalb
des Planetenradgetriebes auf das Flexband am Stirnrand eines topfförmigen Abtriebsringes
einwirken.
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Hinsichtlich
weiterer Vorteile sowie besonderer Ausbildungen oder Weiterbildungen
und deren Vorteilen wird außer
auf die weiteren Ansprüche
auch auf die nachstehende Beschreibung eines bevorzugten Realisierungsbeispieles
zur erfindungsgemäßen Lösung Bezug
genommen. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Axial-Längsschnitt
unter Beschränkung
auf das konstruktiv Wesentliche nicht ganz maßstabsgerecht ein zweistufiges
Getriebe, bei dem erfindungsgemäß ein Planetenradgetriebe
als Eingangsstufe im Innern des topfförmigen Flexbandes eines Wellgetriebes
als Ausgangsstufe angeordnet ist. Zur Vereinfachung der nachstehenden
Funktionserläuterung
ist dabei das Achsenpaar der Planetenräder nicht quer zum Achsenpaar
der Rollen angeordnet, sondern beide Achsenpaare sind in die Zeichenebene
geschwenkt.
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Das
so in der Zeichnung im Axial-Längsschnitt
skizzierte, komplett aus relativ wenigen Kunststoff-Spritzgußteilen
fertigbare zweistufige Getriebe 7 weist hinter einem Planetenradgetriebe 8 als Eingangsstufe
ein Wellgetriebe 10 als Ausgangsstufe im gemeinsamen topfförmigen Gehäuse 11 auf.
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Ein
zentrales Durchgangs-Loch 13 in einer kreisscheibenförmigen Bodenplatte 12 des
Gehäuses 11 dient
dem Eingriff der Antriebswelle 14 in das Getriebe 7.
Der Durchmesser des Loches 13 ist größer als derjenige der Welle 14 und
entgegen der Zeichnung ohne Lager 16 ausgelegt, so daß hier keine
radiale Lagerfunktion auftritt, wenn es sich bei der Antriebswelle 14 um
eine in einem Antriebsmotor gelagerte Abtriebswelle handelt. Andererseits
kann die Bodenplatte 12 auch unmittelbar Teil des Motor-Lagerschildes
und deshalb mit einem Lager 16 ausgerüstet sein.
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Die
Bodenplatte 12 ist in der Skizze in ihrem Zentralbereich
mit einem koaxialen hohlen, die Welle 14 umgebenden Pfeiler 17 ausgestattet,
womit veranschaulicht werden soll, daß dort eine Stützscheibe 18 mit
Außenverzahnung 19 verdrehfest
aber austauschbar im Gehäuse 11 gehaltert
ist. So kann die Stützscheibe 18,
gegebenenfalls auch einfach ausgebildet als ein Ring mit der Außenverzahnung 19, unabhängig vom übrigen Gehäuse 11 in
ausgesucht formstabilem Material präzisionsgefertigt und dann konzentrisch
zum Durchgangsloch 13 drehstarr an der Bodenplatte 12 – etwa auf
ihrem vorstehenden beispielsweise unrunden Pfeiler 17 oder
aber in eine unrunde Nut in der Bodenplatte 12 etwas axial
eintauchend – drehfest
radial zentriert werden. Eine solche separat gefertigte und auf
die Bodenplatte 12 montierte Stützscheibe 18 erbringt
gegenüber
einer unmittelbar fertigungsseitig in das hohlzylindrische Gehäuse 11 integrierten
Stützscheibe
u.a. die besonderen Vorteile, für
eine Änderung
der Übersetzung diese
Scheibe 18 einfach austauschen und deren Außenverzahnungen 19 präziser formhaltend
kreisrund herstellen zu können,
womit ein formstabil verlustarmer, also auch unter Last besonders
geräuscharmer Getriebelauf
erzielt wird.
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Ein
drehstarr mit der Antriebswelle 14 verbundenes Sonnenrad 20 treibt
mit seiner Stirnverzahnung Planetenräder 24, die mittels
Wellen 23 an einem Planetensteg 22 gelagert sind und
zwischen einerseits dem Sonnenrad 20 sowie andererseits, nämlich über Ritzel 25,
der gehäusefesten
Stützscheibe 18 laufen
und so als Reaktion den Planetensteg 22 frei um die Welle 14 drehen.
Die dafür
dem Eingriff des Sonnenrades 20 gegenüber notwendige, gehäusefeste
Abstützung
der Planetenräder 24 erfolgt
also hier nicht mit Kraftfluß radial
nach außen, sondern über die
Ritzel 25 radial nach innen, zur zentralen Stützscheibe 18 hin
und somit in Richtung auf die Getriebeachse 21 zurück.
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Dadurch
ist radial außerhalb
des Planetenradgetriebes 8 im Gehäuse 11 Platz geschaffen
für ein
bezüglich
des Planetengetriebes 8 nicht herkömmlich axial sondern im wesentlichen
radial sich anschließendes
Wellgetriebe 10. Dessen Wellgenerator 26 besteht
aus wenigstens einer vom Planetensteg 22 getragenen und
deshalb mit den Planetenrädern 24 umlaufenden
aber den Planetenrädern 24 gegenüber frei
verdrehbaren Rolle 27, die ein außen verzahntes (31)
Flexband 28 dementsprechend lokal umlaufend radial nach
außen
gegen einen gehäusefesten,
also stationären
Stützring 29 andrückt, der
am freien Stirnrand des topfförmigen
Gehäuses 11 mit
einer entsprechenden Innenverzahnung 30 ausgestattet ist.
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Das
Flexband 28 seinerseits ist ein mit der Außenverzahnung 31 ausgestatteter,
radial elastischer Stirnrandbereich eines topfförmigen Abtriebsringes 32,
der radial außerhalb
der Rollen 27 des Wellgenerators 26 ins Innere
des freien Stirnrandes des topfförmigen
Gehäuses 11 eingreift.
Dieser topfförmige
Abtriebstring 32 ist zentral drehfest mit einer zur Getriebeachse 21 und
somit zur Antriebswelle 14 koaxialen Abtriebswelle 33 ausgestattet.
Die radiale Lagerung der Abtriebswelle 33 und somit des
topfförmigen
Abtriebsringes 32 kann wie skizziert auf dem getriebeseitigen
Stirnende der Antriebswelle 14 erfolgen. Nicht nur axial
sondern auch radial besonders kompakt bauend wird dieses zweistufige
Getriebe, wenn entgegen der zeichnerischen Veranschaulichung die
Achsenpaare der Planetenräder 24 und der
Rollen 27 nicht in einer Ebene liegen, sondern orthogonal
gegeneinander verschwenkt am Planetensteg 22 festgelegt
sind. denn dann weisen beide Achsenpaare etwa den gleichen gegenseitigen
Abstand auf, d.h. die Planetenräder 24 und
die Rollen 27 rotieren mit etwa gleichem Radius um die
zentrale Getriebeachse 21; so daß gegenüber der zeichnerischen Prinzipskizze
der Durchmesser des Stützringes 29 und
damit auch der Durchmesser des darin abwälzenden topfförmigen Flexbandes 29 jeweils
um etwa das Doppelte des Durchmessers der Rollen 27 kleiner
bauen. Das ergibt somit ein nicht nur axial sondern auch radial
sehr kompaktes, kleinenbauendes Getriebe 7.
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Die
Drehbewegung dessen Antriebswelle 14 erfährt also
zunächst
eine Untersetzung im Planetenradgetriebe 8 der zentralen
gehäusefesten
Stützscheibe 18 gegenüber, und
die dadurch bedingte, bezüglich
der Antriebselle 14 also schon untersetzte Drehbewegung
des Planetensteges 22 stellt die Rotation des Wellgenerators 26 innerhalb
des Flexbandes 28 dar. Diese Eingangsuntersetzung auf den Wellgenerator 26 läßt sich
durch einfachen Austausch der Verzahnungen des Sonnenrades 20 gegenüber den
Planetenrädern 24 und
deren Ritzeln 25 gegenüber
der zentralen Stützscheibe 18 leicht
variieren. In der darauf folgenden zweiten Getriebestufe führt dann
das vom – gegenüber der
Eingangsdrehzahl schon untersetzt rotierenden – Wellgenerator 26 infolge
seiner umlaufenden Radialbeanspruchung erzwungene Abwälzen des
Flexbandes 28 im stationären Stützring 29, aufgrund
des geringen Unterschiedes der Zähnezahl
der miteinander lokal umlaufend in Eingriff stehenden Verzahnungen 30–31,
zur zusätzlichen,
eingangs erläuterten
starken Untersetzung der Drehbewegung der Abtriebswelle 33 ihrerseits
dem Planeten-Wellgenerator 26 gegenüber.