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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Wellgetriebe, welches hohe Drehzahlen handhaben kann, geeignet zum Einsatz bei der Reduzierung von Hochgeschwindigkeits-Ausgangsdrehungen einer Gasturbine oder anderer Hochgeschwindigkeits-Energiequellen.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Ein typisches Wellgetriebe enthält ein kranzförmiges starres Innenzahnrad, ein kranzförmiges flexibles Außenzahnrad, welches koaxial im Inneren des starren Innenzahnrads angeordnet ist, und einen elliptisch konturierten Wellengenerator, der in das Innere des flexiblen Außenzahnrads eingesetzt ist. Das flexible Außenzahnrad wird von dem Wellengenerator elliptisch durchgebogen und kämmt mit dem starren Innenzahnrad an den beiden Enden der elliptischen Form in Richtung der Hauptachse. Die beiden Zahnräder haben eine Zähnezahl-Differenz von 2n Zähnen (wobei n eine natürliche Zahl ist). Wenn daher der Wellengenerator von einem Motor oder einer anderen Drehantriebswelle gedreht wird, bewegt sich die Eingriffstelle der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung, und in den beiden Zahnrädern kommt es zu einer Relativdrehung entsprechend der Zähnezahl-Differenz. Das starre Innenzahnrad ist üblicherweise an Ort und Stelle fixiert, und von dem flexiblen Außenzahnrad werden beträchtlich untersetzte Umdrehungen ausgegeben.
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Ein Wellengenerator enthält eine drehende Eingangswelle, die mit einem Motor oder einer anderen Ausgangswelle gekoppelt ist, einen elliptisch konturierten starren Block, der koaxial an der drehenden Eingangswelle angebracht ist, und ein Wellenlager, welches an der Außenumfangsfläche des starren Blocks gelagert ist. Das Wellenlager enthält einen dünnen flexiblen Außenring und einen Innenring, wobei der Innenring an der elliptischen Außenumfangsfläche des starren Blocks gelagert ist, um sich integral mit ihm zu drehen, während der Außenring von dem starren Block gegen die Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads gedrückt wird.
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Das flexible Außenzahnrad dreht sich in einem Zustand, in welchem es von dem Wellengenerator elliptisch durchgebogen ist. Aus diesem Grund nimmt der Reibungswiderstand, der während der Drehung auf das Wellenlager ausgeübt wird, im Vergleich zu einer exakt kreisförmigen Drehung zu. Deshalb werden die Wellenlager üblicherweise als Kugellager ausgebildet, deren Reibungswiderstand geringer ist als der von Lagern mit Rollelementen einer Zylinderform oder einer anderen Form.
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Dabei entstehen Probleme wie die im Folgenden genannten Probleme, wenn ein Wellengenerator, der mit Kugellagern ausgestattet ist, mit hoher Drehzahl gedreht wird.
- (1) Die Abroll-Lebensdauer der Kugeln wird verringert aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Abrollvorgängen, die von den Kugeln des Lagers pro Zeiteinheit ausgeführt werden.
- (2) Der Umwälzwiderstand, der von einem Schmiermittel an den Kugellagern hervorgerufen wird, nimmt zu, außerdem nimmt entsprechend dem Rührvorgang die Hitzeentstehung zu. Im Ergebnis wird der Gleitteil der Kugellager unzureichend geschmiert, demzufolge die Lebensdauer der Kugellager verkürzt wird.
- (3) Die auf die Kugeln ausgeübte Zentrifugalkraft nimmt zu, weil die Umlaufgeschwindigkeit der Kugellager zunimmt, die auf die Kugeln einwirkende Zentrifugalkraft wird besonders bei groß bemessenen Kugellagern erhöht. Im Ergebnis verringert sich die Abroll-Lebensdauer der Kugeln aufgrund einer beträchtlichen Last, die insbesondere auf den Außenring einwirkt. Aus diesem Grund bleibt die maximale Drehzahl insbesondere bei groß bemessenen Wellgetrieben gering.
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Auf diese Weise wird die Lebensdauer des Wellenlagers ebenso wie andere Faktoren in einem Wellgetriebe beschränkt, was das Wellgetriebe ungeeignet macht für den Einsatz als Drehzahluntersetzungseinrichtung für eine Gasturbine oder eine andere drehende Vorrichtung mit hoher Drehzahl. Außerdem lässt sich das Wellgetriebe zwar als Vorrichtung zur Drehzahlerhöhung einsetzen, allerdings ist die Grenze der maximalen Drehzahl gering, wodurch sich die Anwendung als Drehzahlerhöhungseinrichtung beschränkt.
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JP 2002 349 645 A zeigt ein nicht-geschmiertes Wellgetriebe mit einem inneren Ring, einem äußeren Ring und zwischen den beiden Ringen angeordneten Kugeln, wobei eine kohlenstoffhaltige, diamantartige Beschichtung auf den Laufflächen des inneren und des äußeren Ringes sowie auf der Oberfläche der Kugeln ausgebildet ist. Durch diese Beschichtung ist die Reibung zwischen den Kugeln und den Laufflächen soweit reduziert, dass keine Schmierung notwendig ist.
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US 3 642 331 A zeigt ein Hybridlager mit einem Rollkontaktlager zum Starten und Betrieb mit niedriger Drehzahl und einem hydrodynamischen Folienlager für den Betrieb mit hoher Drehzahl. Die hydrodynamische Folie kann zwischen der Welle und der inneren Lauffläche des Rollkontaktlagers oder zwischen der äußeren Lauffläche des Rollkontaktlagers und der Buchse ausgebildet sein. Es kann eine Kupplung vorgesehen sein, um zwischen dem Rollkontakt bei niedriger Drehzahl und der hydrodynamischen Folie bei hoher Drehzahl umzuschalten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Im Hinblick auf das oben Gesagte ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Wellgetriebe anzugeben, welches sich als Drehzahluntersetzungseinrichtung für mit hoher Drehzahl arbeitende Vorrichtungen eignet.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Wellgetriebes, welches sich für den Einsatz als Drehzahlerhöhungsvorrichtung eignet.
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In dem erfindungsgemäßen Wellgetriebe wird bei Drehung mit niedriger Drehzahl von einem Wellenlager ein Abrollzustand hervorgerufen, so dass der Wellengenerator und das flexible Außenzahnrad relativ zueinander drehen können. Außerdem wird das Wellenlager so beschränkt, dass es sich integral mit dem starren Block des Wellengenerators dreht, um Gebrauch zu machen von der Fluid-Schmierung, die durch einen Ölfilm oder einen Gasfilm bei Drehung mit hoher Drehzahl entsteht, wodurch zwischen der Außenumfangsfläche des Außenrings des Wellenlagers und der Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads ein ausreichender Öl- oder Gasfilm entsteht.
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Wenn ein Lagermechanismus, der so ausgebildet ist, dass er den Wellengenerator und das flexible Außenzahnrad hält, wobei diese Teile relativ zueinander drehen können, in der genannten Weise ausgestaltet ist, kommt es nicht zu einer Abroll-Ermüdung, weil die Rollelemente des Wellenlagers sich bei der Drehung mit hoher Drehzahl nicht drehen. Außerdem kommt es nicht zu einer Abroll-Ermüdung des Außenrings und anderer Komponenten, die üblicherweise hervorgerufen wird durch die auf die Rollelemente einwirkende Zentrifugalkraft, weil die Rollelemente sich nicht drehen oder umlaufen. Außerdem lässt sich eine Verringerung der Lebensdauer der Kugellager durch unangemessene Schmierung verhindern, da die Wärmeentstehung durch beträchtlichen Umwälzwiderstand, der durch das Schmiermittel hervorgerufen wird, reduziert werden kann. Andererseits ist bei einer Umdrehung mit niedriger Drehzahl die relative Gleitgeschwindigkeit zwischen dem Wellengenerator und dem flexiblen Außenzahnrad gering. Deshalb wird zwischen diesen Teilen kein adäquater Ölfilm oder Gasfilm gebildet, und es kann nicht zu einem Gleitlagerzustand kommen. Erfindungsgemäß wird ein Rolllagerzustand von dem Wellenlager in herkömmlicher Weise hervorgerufen, weil das Wellenlager bei Drehung mit niedriger Drehzahl nicht eingeschränkt wird.
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Insbesondere umfasst das erfindungsgemäße Wellgetriebe:
ein kranzförmiges starres Innenzahnrad bzw. innen verzahntes Zahnrad;
ein kranzförmiges flexibles Außenzahnrad bzw. außen verzahntes Zahnlad, angeordnet im Inneren des starren Innenzahnrads;
ein Wellengenerator zum Durchbiegen des flexiblen Außenzahnrads in radialer Richtung, damit es zu einem teilweise Kämmen mit dem starren Innenzahnrad kommt und die Stelle des Eingriffs der beiden Zahnräder in Umfangsrichtung zum Drehen gebracht wird; und
einen Lagermechanismus zum Halten des flexiblen Außenzahnrads und des Wellengenerators, während eine Relativ-Drehung des Zahnrads und des Generators zueinander ermöglicht wird, wobei
der Lagermechanismus reversibel umschaltet zwischen einem Rolllagerzustand, der durch Rollelemente hervorgerufen wird, und einem Gleitlagerzustand, hervorgerufen durch einen Ölfilm oder einen anderen Fluidschmiermittel-Film, abhängig von der Drehzahl des Wellengenerators.
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In diesem Fall enthält der Wellengenerator einen starren Block und Rollenlager, und das Rollenlager umfasst einen an die Außenumfangsfläche des starren Blocks angepassten Innenring, einen Außenring, der über einen Fluid-Schmierfilm in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads steht, und Rollelemente, die zwischen dem Innenring und dem Außenring untergebracht sind.
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Der Lagermechanismus umfasst die Rollenlager, den Fluid-Schmierfilm und ein Rückhalteglied zum Zurückhalten der Rollenlager derart, dass sie sich integral zusammen mit dem starren Block drehen, wenn die Drehzahl des Wellengenerators eine vorbestimmte Drehzahl erreicht oder darüber liegt.
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Ein Käfig, der die Rollelemente in dem Wälzlager hält, kann als Rückhalteteil eingesetzt werden. In diesem Fall kann zumindest ein Teil der Stelle des Käfigs nach außen verlagert werden in radialer Richtung aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf den Käfig bei einer Zunahme der Drehzahl des Wellengenerators ausgeübt wird, und es kann zu einem Berührungszustand mit dem Außenring und/oder den Rollelementen kommen.
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Die Lage des Käfigs kann in radialer Richtung nach innen versetzt werden durch eine elastische Rückstellkraft, und ein Trennzustand von Außenring und/oder Rollelementen kann dann entstehen, wenn die Drehzahl des Wellengenerators abnimmt.
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Die Fläche, die in Reibungskontakt mit dem Außenring und/oder den Rollelementen an der Stelle des Käfigs steht, ist vorzugsweise eine Fläche hoher Reibung mit hohem Reibungskoeffizienten, verglichen mit den übrigen Teilen des Käfigs.
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Um perfekt umzuschalten von einem Rolllagerzustand in einen Gleitlagerzustand, kann der Reibungskontaktwiderstand, der zwischen dem Käfig und dem Außenring und/oder den Rollelementen zustande kommt, größer eingestellt werden als der Reibungskontaktwiderstand, der zwischen der Außenumfangsfläche des Außenrings und der Innenumfangsfläche des flexiblen Außenrings zustande kommt, wenn der Wellengenerator eine vorbestimmte Drehzahl erreicht oder darüber liegt.
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Das Rückhalteglied kann ein Element sein, welches in einem radial beweglichen Zustand gegenüber dem starren Block oder dem Innenring gelagert ist, welches sich in radialer Richtung durch die auf das Rückhalteglied in Verbindung mit der Drehung des Wellengenerators ausgeübte Zentrifugalkraft nach außen bewegt, und welches in einen Zustand des Kontakts mit dem Außenring und/oder den Rollelementen übergeht.
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Auch in diesem Fall kann das Rückhalteglied so konfiguriert sein, dass es sich durch eine elastische Rückstellkraft in radialer Richtung nach innen bewegt, oder dass es in einen Trennzustand von dem Außenring und/oder den Rollelementen übergeht, wenn die Drehzahl des Wellengenerators abnimmt.
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Außerdem ist die Fläche, die in Reibungskontakt mit dem Außenring und/oder den Rollelementen innerhalb des Rückhalteglieds steht, vorzugsweise eine Fläche starker Reibung mit hohem Reibungskoeffizienten, verglichen mit den übrigen Teilen des Rückhalteglieds.
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Der Reibungskontaktwiderstand, welcher zwischen dem Rückhalteglied und dem Außenring und/oder den Rollelementen zustande kommt, wird vorzugsweise größer als der Reibungskontaktwiderstand zwischen der Außenumfangsfläche des Außenrings und der Innenumfangsfläche des flexiblen Außenzahnrads, wenn der Wellengenerator eine vorbestimmte Drehzahl erreicht oder darüber liegt.
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Kugellager mit geringem Rollreibungswiderstand werden vorzugsweise als Wälzlager des Wellengenerators verwendet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Längsschnittansicht, die ein Beispiel eines Wellgetriebes zeigt, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt worden ist;
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2 ist ein Querschnitts-Blockdiagramm des in 1 gezeigten Wellgetriebes;
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3A bis 3D sind schematische Ansichten der Struktur und der Arbeitsweise des Käfigs des Wellenlagers in dem in 1 gezeigten Wellgetriebe;
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4A und 4B sind schematische Ansichten eines weiteren Beispiels des Rückhalteglieds gemäß der Erfindung.
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BESTER WEG ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ein Wellgetriebe, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wurde, wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
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1 ist eine Längsschnittansicht durch ein Wellgetriebe, 2 ist ein Querschnitts-Blockdiagramm des Getriebes, geschnitten entlang der zu der Achse orthogonalen Fläche. Das Wellgetriebe 1 ist ein sog. „becherförmiges Wellgetriebe”. Ein becherförmiges flexibles Außenzahnrad 3 befindet sich koaxial im Inneren eines kranzförmigen, starren Innenzahnrads 2, und darin ist ein elliptisch konturierter Wellengenerator 4 gelagert. Das becherförmige flexible Außenzahnrad 3 enthält einen Zylinderhülsenteil 31, eine kranzförmige Membran 32, in der ein Ende in axialer Richtung abgedichtet angebracht ist, und eine kranzförmige Nabe 33, die durchgängig an die Innenumfangskante der Membran 32 angeformt ist. An dem Außenumfangsteil des anderen Endes des Zylinderhülsenteils 31 sind Außenzähne 34 angeformt, welche den Innenzähnen 24 des starren Innenzahnrads 2 gegenüber stehen und mit diesen Innenzähnen kämmen können.
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Der elliptisch konturierte Wellengenerator 4 enthält eine hohle Eingangswelle 41, einen elliptisch konturierten starren Block 42, der koaxial am Außenumfang fixiert ist, und ein Wellenlager 43, welches an dem Außenumfang des starren Blocks 42 gelagert ist, das Wellenlager 43 enthält einen dünnen flexiblen Innenring 44 und einen Außenring 45, zwischen die eine Mehrzahl von Kugeln 46 abrollbar eingefügt ist, und einen Käfig 47 zum abrollenden Halten der Kugeln 46 in festen Intervallen entlang der Umfangsrichtung. Das Wellenlager 43 ist so ausgestattet, dass der Innenring 44 an der Außenumfangsfläche 42a des starren Blocks 42 gelagert ist und insgesamt elliptisch durchgebogen wird. Die Außenumfangsfläche 45a des Außenrings des Wellenlagers 43 wird gegen den Innenumfangsflächenteil 3a des die Außenzähne bildenden Teils des flexiblen Außenzahnrads 3 gedrückt, und der die Außenzähne bildende Teil, dessen Anfangsform derjenigen eines exakten Kreises entspricht, wird elliptisch verbogen. Im Ergebnis werden die Außenzähne 34, die an den beiden Enden der Hauptachse der Ellipse gelegen sind, gegen die Innenzähe 24 des exakt kreisförmigen starren Innenzahnrads 2 gedrückt und kämmen mit den Innenzähnen 24.
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Die Differenz in der Zähnezahl zwischen den Außenzähnen 34 und den Innenzähnen 24 beträgt 2 (allgemein 2n mit n als natürliche Zahl). Wenn sich der Wellengenerator 4 dreht und sich die Eingriffsstelle der beiden Zahnräder 2 und 3 in Umfangsrichtung bewegt, kommt es zu einer relativen Drehung zwischen den beiden Zahnrädern aufgrund der Zähnezahl-Differenz der beiden Zahnräder. Wenn beispielsweise das starre Innenzahnrad 2 örtlich fixiert ist, so dass es sich nicht drehen kann, so dreht sich das Außenzahnrad 3 mit einer Drehzahl, die um ein vorbestimmtes Untersetzungsverhältnis gegenüber der Drehzahl des Wellengenerators 4 reduziert ist.
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3A bis 3D sind schematische Ansichten der Struktur und der Arbeitsweise des Käfigs 47 des Wellenlagers 43. Der Käfig 47 des Wellenlagers 43 dieses Beispiels fungiert als Rückhalteglied zum Halten des Wellenlagers 43 in der Weise, dass es sich zusammen mit dem starren Block 42 dreht. Aus diesem Grund enthält der Käfig 47 ein Paar Ringe, nämlich einen linken und einen rechten elastischen Ring 5 und 5, die in Umfangsrichtung und in radialer Richtung elastisch verformbar sind, starre Trennstücke 7, die sich zwischen den Ringen in festen Intervallen entlang der Umfangsrichtung erstrecken, und getrennte Seitenteile 8, die an dem linken und dem rechten elastischen Ring 5 und 5 an Stellen zwischen den Trennstücken 7 fixiert sind. Die beiden Seitenflächen in Umfangsrichtung der Trennstücke 7 bilden gekrümmte Flächen 7a und 7b, die Bereiche zwischen dem Trennstück 7 sind Taschen zum abrollbaren Halten der Kugel 46.
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Die getrennte Seitenplattenteile 4 sind zusammengesetzte Elemente, umfassend einen Hauptkörper 81 und ein Reibungskontaktglied 82, welches laminiert und an einer Stirnfläche des Hauptkörpers 81 auf der Seite des Außenrings fixiert ist, wobei die Stirnfläche des Reibungskontaktglieds 82 auf der Seite des Außenrings eine Reibungskontaktfläche 82a bildet, die konturiert ist, dass sie der Innenumfangsfläche 45b des Außenrings entspricht.
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Die Arbeitsweise des Wellgetriebes 1 mit diesem Aufbau wird im Folgenden beschrieben. Wenn der Wellengenerator 4 mit niedriger Drehzahl dreht, fungiert das Wellenlager 43 in der Weise, dass der Wellengenerator 4 und das flexible Außenzahnrad 3 in einem Zustand gehalten werden, in welchem der Generator und das Zahnrad relativ zueinander drehen können. Erhöht sich die Drehzahl des Wellengenerators 4, erhöht sich damit auch die Zentrifugalkraft, die auf die getrennten Seitenplattenteile 8 und die Trennstücke 7 ausgeübt wird, die an den elastischen Ringen 5 gelagert sind. Im Ergebnis werden die Trennstücke 7 und die getrennten Seitenplattenteile 8 allmählich in radialer Richtung nach außen (zum Außenring hin) verlagert.
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Wenn die Trennstücke 7 nach außen verlagert werden, gelangen die Abschnitte der gekrümmten Flächen 7a und 7b, die dem Innenring zugewandt sind und auf beiden Seiten jedes Stücks liegen, in Berührung mit den Außenumfangsbereichen der linken und rechten Kugeln 46 auf der Seite des Innenrings, wie dies in 3C und 3D gezeigt ist. Das Abrollen der Kugeln 46 beginnt, eingeschränkt zu werden durch den Reibungskontaktwiderstand, der durch die Kontaktflächen hervorgerufen wird. Außerdem gelangt die Reibungskontaktfläche 82a der getrennten Seitenplattenteile 8 auf der Seite des Außenrings in Berührung mit der Innenumfangsfläche 45b des Außenrings. Der Reibungskontaktwiderstand, der an diesen Kontaktflächen entsteht, beginnt die Drehung des Käfigs 47 einzuschränken.
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Eine Zunahme der Drehzahl des Wellengenerators 4 ruft außerdem eine Steigerung der relativen Gleit-Drehbewegung zwischen dem flexiblen Außenzahnrad 3 und dem Wellengenerator 4 hervor. Aus einem (nicht gezeigten) Schmieröl-Dosiermechanismus wird Schmieröl in das Innere des Wellgetriebes 1 befördert, und es beginnt sich ein Schmierölfilm 9 zwischen dem flexiblen Außenzahnrad und dem Wellengenerator auszubilden. Im Ergebnis beginnt der Gleitreibungswiderstand zwischen dem flexiblen Außenzahnrad 3 und dem Wellengenerator 4 abzunehmen. In anderen Worten: Der Gleitreibungswiderstand wird reduziert durch den Schmierölfilm 9, der zwischen dem Innenumfangsflächenteil 3a des die Außenzähne bildenden Bereiches des flexiblen Außenzahnrads 3 und der Außenumfangsfläche 45a des Außenrings des Wellenlagers 43 gebildet wird.
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Erreicht der schnell umlaufende Wellengenerator 4 eine vorbestimmte Drehzahl (eine erste Drehzahl), oder liegt die Drehzahl darüber, so wird der Reibungskontaktwiderstand, der hervorgerufen wird durch die Zentrifugalkraft auf die Trennstücke 7 und die getrennten Seitenplattenteile 8, größer als der Gleitreibungswiderstand, der zwischen dem flexiblen Außenzahnrad 3 und der Außenumfangsfläche 45a des Außenrings des Wellenlagers erzeugt wird. Im Ergebnis werden die Kugeln 46, der Käfig 47 und der Außenring 45 gehalten, so dass sie sich gegenüber dem Innenring 44, der an der Außenumfangsfläche 42a des starren Blocks 42 fixiert ist, gemeinsam drehen. Der Bereich zwischen dem Wellengenerator 4 und dem flexiblen Außenzahnrad 3 erfährt also eine vollständige Umschaltung aus dem Rolllagerzustand des Wellenlagers 43 in den Gleitlagerzustand des Schmierölfilms, der zwischen dem Wellengenerator und dem flexiblen Außenzahnrad gebildet wird.
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Wenn die Drehzahl des Wellengenerators 4 unter eine vorbestimmte Drehzahl (erste Drehzahl) abfällt, wird der Reibungskontaktwiderstand, der durch die getrennten Seitenplattenteile 8 und die Trennstücke 7 des Käfigs 47 hervorgerufen wird, kleiner als der Gleitreibungswiderstand zwischen dem flexiblen Außenzahnrad 3 und dem Wellengenerator 4. Im Ergebnis verlagert sich der Gleitlagerzustand des Schmierölfilms und der Rolllagerzustand des Wellenlagers 43 in einen Zustand, in welchem die beiden Zustände gleichzeitig existieren. Die Trennstücke 7 und die getrennten Seitenplattenteile 8 kehren allmählich in radialer Richtung wieder nach innen zurück, bedingt durch die elastische Rückstellkraft des elastischen Rings 5 des Käfigs 47 im Verein mit der verringerten Drehzahl des Wellengenerators 4. Wenn die Drehzahl des Wellengenerators 4 unter eine vorbestimmte Drehzahl abfällt (zweite Drehzahl), die geringer ist als die erste Drehzahl, verschiebt sich der Wellengenerator in den Rolllagerzustand des Wellenlagers 43, wie er in den 3A und 3B gezeigt ist.
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Auf diese Weise kommt in einem Lagermechanismus, in welchem der Wellengenerator 4 und das flexible Außenzahnrad 3 in dem Wellgetriebe 1 des vorliegenden Beispiels an Ort und Stelle gehalten werden, wobei sie relativ zueinander drehen können, der Rolllagerzustand des Wellenlagers 43 dann zustande, wenn der Wellengenerator 4 sich mit niedriger Drehzahl dreht, die gleich oder kleiner ist als die zweite Drehzahl. In dem Intervall zwischen der zweiten Drehzahl und der ersten Drehzahl befindet sich der Wellengenerator 4 in einem dualen Zustand, d. h. dem Rolllagerzustand des Wellenlagers 43 und dem Gleitlagerzustand des Schmierölfilms zwischen dem Wellengenerator und dem flexiblen Außenzahnrad. Wenn der Wellengenerator 4 außerdem eine schnelle Umdrehung erreicht, die gleich der ersten Drehzahl oder größer als diese ist, verlagert sich der Wellengenerator vollständig vom Rolllagerzustand des Wellenlagers 43 in den Gleitlagerzustand des Schmierölfilms.
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In dem Wellgetriebe 1 des vorliegenden Beispiels wird also die Drehung des Wellenlagers 43 bei hohen Drehzahlen eingeschränkt, und die Kugeln 46 können nicht mehr umlaufen oder sich drehen. Die Kugeln 46, der Außenring 45 und die anderen Bauteile werden hierdurch davor bewahrt, eine Abrollermüdung aufgrund der Drehung mit hoher Drehzahl zu erleiden. Im Ergebnis lässt sich ein Wellgetriebe realisieren, welches in der Lage ist, im Vergleich zu herkömmlichen Wellgetrieben eine höhere Eingangsdrehzahl zu verkraften. Da nun eine Drehung mit hoher Drehzahl möglich ist, lässt sich ein Wellgetriebe schaffen, welches sich als Drehzahl-Übersetzungseinrichtung eignet.
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(Ein weiteres Beispiel für das Rückhalteglied)
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4A und 4B sind schematische Ansichten, die ein Beispiel eines Rückhalteglieds zum Halten des Wellenlagers 43 in der Weise zeigen, dass das Wellenlager sich integral mit dem starren Block 42 dreht. Ein üblicherweise verwendetes Wellenlager 43A ist im vorliegenden Beispiel des Wellgetriebes 1A ausgebildet. Das Rückhalteteil 10 zum Einschränken der Drehung des Wellenlagers 43A umfasst eine Mehrzahl von fächerförmigen Rückhalteplatten 11, die radial an der Seitenfläche des starren Blocks 42 des Wellengenerators 4 gelagert sind, und einen elastischen Ring 12, der über L-förmige Haken 11a geführt ist, welche an den Innenumfangsenden der Rückhalteplatten 11 angeformt sind. Die Rückhalteplatte 11 ist ein zusammengesetztes Teil, umfassend einen Hauptkörper 11b und ein Reibungskontaktglied 11c, welches auf die Außenumfangsfläche des Hauptkörpers 11b auflaminiert und fixiert ist. Das Reibungskontaktglied 11c besteht aus einem Werkstoff, dessen Reibungskoeffizient größer ist als derjenige des Hauptkörpers 11b. Die Stirnfläche der Außenringseite des Reibungskontaktglieds 11c ist die Reibungskontaktfläche 11d, deren Form so konturiert ist, dass sie der Innenumfangsfläche 45b des Außenrings entspricht.
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In radialer Richtung längliche Führungslöcher 11e sind in den Rückhalteplatten 11b ausgeformt, und Führungsstifte 13 sind verschieblich in die Führungslöcher 11e eingelassen. Fußabschnitte 13a der Führungsstifte 13 sind in den starren Block 42 eingelassen und fixiert. Die Kopfteile 13b besitzen einen Durchmesser, der größer ist als die Breite der Führungslöcher 11e, so dass die Stifte nicht aus den Führungslöchern 11d heraus gelangen können. Der elastische Ring 12 ist in Umfangsrichtung und in radialer Richtung elastisch verformbar.
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In dem mit dem Rückhalteteil 10 ausgestatteten und diesen Aufbau aufweisenden Wellgetriebe 1A werden der Wellengenerator 4 und das flexible Außenzahnrad 3 von dem Wellenlager 43A an Ort und Stelle gehalten, während eine Drehbewegung relativ zueinander möglich ist, während sich der Wellengenerator 4 mit langsamer Drehzahl dreht. Wenn die Drehzahl des Wellengenerators 4 auf einen Wert zunimmt, der gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Drehzahl, so wird der Reibungskontaktwiderstand, der zwischen der Reibungskontaktfläche 11d der Rückhalteplatte 11 und der kontaktierenden Innenumfangsfläche 54b des Außenrings entsteht, größer als der Gleitreibungswiderstand zwischen der Außenumfangsfläche 45a des Außenrings des Wellenlagers 43A und dem Innenumfangsflächenteil 3a des flexiblen Außenzahnrads 3. Im Ergebnis wird das Wellenlager 43A von dem Rückhalteglied 10 derart beschränkt, dass es sich integral gemeinsam mit dem starren Block 42 dreht, wobei der Lagermechanismus umschaltet vom Rolllagerzustand des Wellenlagers 43A in den Gleitlagerzustand des Schmierölfilms zwischen dem Wellengenerator 4 und dem flexiblen Außenzahnrad 3. Wenn der Wellengenerator 4 zu einer niedrigen Drehzahl zurückkehrt, gelangt auch der Lagermechanismus wieder in den Rolllagerzustand des Wellenlagers 43A.
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Mit dem Wellgetriebe 1A, welches mit dem Rückhalteglied 10 dieses Beispiels ausgestattet ist, lassen sich die gleichen Effekte wie mit dem Wellgetriebe 1 erzielen.
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In den oben beschriebenen Beispielen wurden für das Wellenlager Kugellager verwendet, allerdings können auch Rollenlager und andere Wälzlager eingesetzt werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie oben ausgeführt wurde, werden bei dem erfindungsgemäßen Wellgetriebe der Wellengenerator und das flexible Außenzahnrad durch Kugellager oder andere Wälzlager während der Drehung mit geringer Drehzahl gelagert, wobei sie relativ zueinander drehen können, und die Funktion der Wälzlager wird beim Betrieb mit hoher Drehzahl beendet, woraufhin der Wellengenerator und das flexible Außenzahnrad in relativ zueinander drehbarer Weise dadurch gelagert werden, dass durch einen Ölfilm oder einen Gasfilm an den relativ zueinander gleitenden Flächen von Wellengenerator und flexiblem Außenzahnrad während der Drehung mit hoher Drehzahl eine Gleitbewegung hervorgerufen wird.
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Aus diesem Grunde verringert sich die Lebensdauer des Außenrings und der Rollelemente der Wälzlager in Verbindung mit dem Drehen bei hoher Drehzahl nicht, weil die Wälzlager bei Betrieb mit hoher Drehzahl nicht arbeiten. Außerdem entfällt die Grenze bezüglich der maximalen Drehzahl, die üblicherweise verursacht wird durch die Abrollermüdung der Wälzlager. Folglich lässt sich erfindungsgemäß ein Wellgetriebe für die Handhabung hoher Drehzahlen realisieren. Außerdem kann man ein Wellgetriebe fertigen, welches sich als Drehzahlerhöhungsvorrichtung eignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A
- Wellgetriebe
- 2
- starres Innenzahnrad
- 24
- Innenzähne
- 3
- flexibles Außenzahnrad
- 3a
- Innenumfangsflächenteil
- 34
- Außenzähne
- 4
- Wellengenerator
- 41
- Eingangswelle
- 42
- starrer Block
- 43
- Wellenlager
- 44
- Innenring
- 45
- Außenring
- 45a
- Außenumfangsteil des Außenrings
- 46
- Kugeln
- 47
- Käfig
- 5
- elastischer Ring
- 7
- Trennstück
- 8
- getrennte Seitenteile
- 81
- Hauptkörper
- 82
- Reibungskontaktglied
- 82a
- Reibungskontaktfläche
- 9
- Schmierölfilm
- 10
- Rückhalteglied
- 11
- Rückhalteplatte
- 11b
- Hauptkörper
- 11c
- Reibungskontaktglied
- 11d
- Reibungskontaktflächen
- 11e
- Führungslöcher
- 12
- elastischer Ring
- 13
- Führungsstift
