DE19708310A1 - Untersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe mit den Merk­ malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Getriebe sind allgemein unter der Bezeichnung "Harmonic-Drive" bekannt. Bei diesen Harmonic-Drive-Getrieben befindet sich innerhalb eines starren Stützringes, der eine zylindrische, innenverzahnte Stützfläche aufweist, eine außen­ verzahnte, radialflexible Abrollbuchse, die beispielsweise durch eine geeignete Antriebseinrichtung elliptisch verformt wird. Innen- zu Außenverzahnung differieren um ein oder mehre­ re Zähne. Der Zahnkranz der radialflexiblen Abrollbuchse wird durch einen beispielsweise elliptisch geformten Innenkern einer Antriebseinrichtung in die zylindrische, innenverzahnte Stützfläche des starren Stützringes gedrückt. Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahl von Stützfläche und Abrollbuchse wird ein permanentes, fortlaufendes Versetzen der ineinander greifenden Umfangsabschnitte bewirkt. Eine ganze Umdrehung der Antriebswelle bewirkt hierdurch nur eine Weiterbewegung der Abrollbuchse um die vorgesehene Differenz der Zähnezahl von Stützring und Abrollbuchse. Mit Harmonic-Drive-Getrieben kann deshalb eine sehr hohe Untersetzung erreicht werden.

Ein Beispiel für ein solches Getriebe ist in DE 38 15 118 A1 beschrieben. Zur Verformung der Abrollbuchse ist eine An­ triebswelle vorgesehen, auf der im Umfangsrichtung fest stehend ein Getriebeelement mit elliptischen oder wenigstens im we­ sentlichen elliptischen Querschnitt sitzt. Die Abrollbuchse ist auf diesem Getriebeelement mittels eines Wälzlagers dreh­ bar bzw. verschiebbar angeordnet. Anstelle des Wälzlagers kann auch ein anderes Lager, z. B. ein Gleitlager, vorgesehen sein. Durch die elliptische Gestaltung des erwähnten Getriebeelemen­ tes wird die Abrollbuchse ebenfalls elliptisch verformt und an zwei gegenüberliegenden Stellen in Anlage mit der Innenverzah­ nung des starren Stützringes gebracht.

Ein anderes in diesem Dokument beschriebenes Ausführungsbei­ spiel des Untersetzungsgetriebes weist als Antriebseinrichtung innerhalb der Abrollbuchse eine Planetenradeinheit aus. Diese besteht aus einem ersten, auf der Antriebswelle angeordneten und von diesem angetriebenen Sonnenrad, an dessen Umfangs­ fläche an zwei gegenüberliegenden Stellen zwei Planetenräder im Eingriff stehen. Diese Planetenräder sind an einer auf der Antriebswelle drehbar angeordneten Haltevorrichtung drehbar gelagert. Durch die Planetenräder wird die Abrollbuchse an zwei einander gegenüberliegenden Stellen gegen die Innenfläche des Stützringes gedrückt, so daß an diesen Stellen ein Getrie­ beingriff stattfindet.

Die Abtriebseite ist bei diesem vorbekannten Getriebe so ge­ staltet, daß die Abrollbuchse in Richtung Abtriebswelle einen verlängerten Bereich aufweist. Dieser verlängerte Bereich ist mit einem drehbar und konzentrisch zum Stützring gelagerten Übertragungselement über Zapfen drehfest verbunden. Die Zapfen sind am verlängerten Bereich der Abrollbuchse radial angeord­ net und greifen in Ausnehmungen des jeweils anderen dieser beiden Elementen ein. Das erwähnte Übertragungselement ist drehfest mit der Abtriebswelle in Verbindung. Durch eine sol­ che Lösung wird eine Beeinflussung durch das Übertragungs­ element auf die sich verformende Abrollbuchse vermieden, so daß ein verhältnismäßig kompakter Aufbau des gesamten Getrie­ bes gewährleistet ist.

Problematisch bei diesem vorbekannten Getriebe ist die Tatsa­ che, daß die Abtriebswelle mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Abrollbuchse dreht. Der Gesamtuntersetzung dieses Getriebes sind daher Grenzen gesetzt.

Ein weiteres Getriebe, das nach Art eines Harmonic-Drive-Ge­ triebes arbeitet, ist aus DE 296 14 738 U1 bekannt. Die An­ triebseinrichtung zur Verformung der Abrollbuchse besteht aus einer Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden und unter sich gleich langen als Speichen oder Stößel ausgebilde­ ten Übertragungselementen, die sich auf einen sogenannten "exzentrischen", insbesondere ellipsenförmigen Antriebskern abstützen, wobei der Hohlkreis des Antriebskerns einen wesent­ lichen kleineren Durchmesser aufweist als die in ihrer Grund­ form zylindrische, radialflexible Abrollbuchse. Zur Realisie­ rung des Untersetzungsgetriebes weist die Innenverzahnung des Stützringes eine geringere axiale Breite auf als die Außen­ verzahnung der Abrollbuchse, wobei konzentrisch zum Stützring ein relativ zu diesem drehbares, zylindrisches Abtriebshohlrad angeordnet ist.

Das Abtriebshohlrad ist mit einer Innenverzahnung versehen und konzentrisch auf einer Abtriebswelle angebracht. Hinsichtlich der Verzahnungen des Stützringes, der Abrollbuchse und des Abtriebshohlrades wird in diesem Dokument stets darauf abge­ hoben, daß die Abrollbuchse eine Umfangsfläche mit einem einzigen Zahnkranzring mit einer vorgegebenen Zähnezahl auf­ weist und dieser Zahnkranzring einerseits mit der Innenverzah­ nung des Stützringes und andererseits mit der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades kämmt. Einem solchen Getriebe sind des­ halb ebenfalls hinsichtlich der erreichbaren Untersetzungs­ verhältnisse deutliche Grenzen gesetzt.

Ein weiteres nach einem ähnlichen Prinzip arbeitenden Well­ getriebe ist in DE-PS 11 82 011 beschrieben. Die radialflexi­ ble Abrollbuchse besteht entweder aus einer Vielzahl von ring­ förmig nebeneinanderliegenden, losen Segmenten oder ketten­ artig aneinanderhängenden Segmenten, die jeweils an ihrer äußeren Umfangsfläche mit Zähnen versehen sind. Wenn die Seg­ mente als Kette ausgebildet sind, werden die Gelenkverbindun­ gen so ausgelegt, daß, wenn die Segmente mit den zugeordneten Zahnkränzen im Eingriff stehen, die Umfangsteilung zwischen dem letzten Zahn des einen Segmentes und dem ersten Zahn des nächsten Segmentes gleich ist der Umfangsteilung anderer Zähne der Segmente. Zu diesem Zweck müssen die Gelenke in der Nähe der äußeren oder inneren Bahn der Segmente oder zwischen der Höhe der Segmente liegen.

Die Anordnung mit einzelnen, ringförmig nebeneinander lose oder über Gelenk verbundene Segmente macht eine verhältnis­ mäßig komplizierte Auslegung des gesamten Getriebes erforder­ lich. Allerdings ist in diesem Dokument beschrieben, wie eine höhere Gesamtuntersetzung erreichbar ist. Hierfür weist die aus der Vielzahl von Segmenten bestehende Abrollbuchse dort, wo sie mit der Innenverzahnung des starren Stützringes in Eingriff steht, eine andere Zähnezahl auf als dort, wo diese mit der Innenverzahnung eines Abtriebshohlrades in Verbindung steht. Die Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses der Seg­ mentanordnung dieser Art entspricht der allgemein bekannten Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses eines zusammengesetz­ ten Ausgleichsplanetengetriebes.

Wenngleich mit dem Untersetzungsgetriebe nach DE-PS 11 82 011 dank der unterschiedlichen Zähnezahl der Abrollbuchse im Be­ reich des Abtriebes und des Antriebes verhältnismäßig hohe Übersetzungsverhältnisse bzw. Untersetzungsverhältnisse er­ reicht werden können, sind im praktischen Einsatz einem sol­ chen Getriebe Grenzen gesetzt. Dies liegt einerseits an dem verhältnismäßig komplizierten Aufbau des gesamten Getriebes, das eine segmentierte Abrollbuchse bedarf und deshalb nur außerordentlich schwierig herzustellen und zu montieren ist. Darüber hinaus können sich beim Abwälzen der segmentierten Abrollbuchse an den Innenverzahnungen des starren Stützringes einerseits und des abtriebsseitigen Hohlrades andererseits so starke Eingriffsstörungen der Verzahnungen einstellen, daß ein guter Wirkungsgrad des Getriebes nicht mehr erreichbar ist.

Beim Abwälzen der Verzahnungen können sich die einzelnen Zähne nämlich sowohl auf der Antriebs- als auch auf der Abtriebs­ seite so zueinander stellen, daß kein kämmender Eingriff mehr möglich ist und damit der Wälzvorgang nicht mehr oder nur noch sehr schwer stattfinden kann. Diese Problematik wird durch die lose bzw. kettenartig nebeneinander liegenden Segmente noch erhöht.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Harmonic-Drive-Getriebe so weiterzubil­ den, daß es einerseits sehr einfach herzustellen ist und ande­ rerseits eine guten Wirkungsgrad aufweist, indem Eingriffs­ störungen der Verzahnungen sowohl auf der Antriebs- als auch Abtriebsseite vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Untersetzungsgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Untersetzungsgetriebe weist also eine Abrollbuchse auf, die an ihrer Außenmantelfläche zwei axial nebeneinanderliegende und unterschiedliche Zähnezahl Z3 und Z4 aufweisende Verzahnungsringe aufweist. Die Verzahnungsringe sind hierbei vorzugsweise nicht segmentförmig gestaltet, son­ dern jeweils als geschlossener Ring ausgeführt. Der erste Verzahnungsring ist mit dem einen oder den mehreren ersten Umfangsabschnitten wechselweise mit der Stützfläche des Stütz­ ringes in Eingriff gehalten und weist eine dritte Zähnezahl Z3 auf. Der zweite Verzahnungsring ist dagegen mit einem oder mehreren zweiten Umfangsabschnitte wechselweise mit der Ring­ fläche des Abtriebshohlrades in Eingriff gehalten und weist eine vierte Zähnezahl Z4 auf. Hierbei sind die Zähnezahlen Z1 und Z3 und damit die Zähnezahnen der Innenverzahnung des star­ ren Stützringes und die Zähnezahl des ersten Verzahnungsringes jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen ersten Umfangsabschnitte und die Zähnezahlen Z2 und Z4, also die Zähnezahlen der Innenverzahnung des Hohlrades und die Zähnezahl des zweiten Verzahnungsringes der Abrollbuchse jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen zweiten Umfangsabschnitte.

Diejenigen Umfangsabschnitte des ersten Verzahnungsringes und zweiten Verzahnungsringes der Abrollbuchse, die mit der Stütz­ fläche des Stützringes bzw. der Ringfläche des Abtriebshohl­ rades in Eingriff sind, sind durch die Wahl der Antriebsein­ richtung vorgegeben. Sofern die beiden Verzahnungsringe der Abrollbuchse jeweils nur an einer Eingriffsstelle bzw. einem Umfangsabschnitt an der Innenverzahnung des Stützringes bzw. der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades anliegt, können die Zähnezahlen Z1, Z2, Z3 und Z4 nahezu beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden die Verzahnungsringe der Abrollbuchse jedoch an zwei oder mehreren Eingriffsstellen bzw. Umfangs­ abschnitte an den Innenverzahnungen des Stützringes bzw. des Abtriebhohlrades in Eingriff gebracht.

Sofern die beiden Verzahnungsringe der radial flexiblen Ab­ rollbuchse jeweils an zwei Umfangsabschnitten an der Innen­ verzahnung des Stützringes bzw. der Innenverzahnung des Ab­ triebshohlrades anliegen, ist erfindungsgemäß die Zähnezahl Z1 des Stützringes und die Zähnezahl Z3 des hiermit kämmenden ersten Verzahnungsringes der Abrollbuchse ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 2. Das gleiche gilt für die Zähnezahl der Innenverzahnung des Antriebshohlrades und die Zähnezahl Z4 des zweiten Verzahnungsrings. Sofern drei Eingriffsstellen bzw. Umfangsabschnitte der Abrollbuchse mit dem Stützring bzw. dem Abtriebshohlrad in Eingriff gehalten sind, sind die Zähnezahl Z1 und Z3 bzw. Z2 und Z4 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 3.

Sofern der erste Verzahnungsring und der zweite Verzahnungs­ ring der Abrollbuchse zueinander jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Eingriffsstellen aufweisen, also zum Beispiel der erste Verzahnungsring zwei Eingriffe bzw. Umfangsabschnitte an der Stützfläche des Stützringes und der zweite Verzahnungsring der Abrollbuchse drei Eingriffsstellen bzw. Umfangsabschnitte an dem Abtriebshohlrad sind die Zähnezahlen Z1 und Z3 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 2 und die Zähnezahlen Z2 und Z4 und ganzzahliges Vielfaches der Zahl 3.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Abrollbuchse so zu ge­ stalten, daß deren Außendurchmesser über die gesamte axiale Länge der Abrollbuchse gleich groß ist. Darüber hinaus kann die Abrollbuchse auch so gestaltet sein, daß der Außendurch­ messer des ersten Verzahnungsringes vom Außendurchmesser des zweiten Verzahnungsringes differiert.

Die beiden Verzahnungsringe der Abrollbuchse sind erfindungs­ gemäß radial feststehend zueinander angeordnet. Im einfachsten Fall kann dies dadurch erreicht werden, daß die gesamte Ab­ rollbuchse als einstückiges Teil, vorzugsweise als einstücki­ ges Kunststoffspritzteil, ausgebildet ist.

Die Abrollbuchse kann jedoch auch zweiteilig gestaltet sein, wobei ein erstes Teil den ersten Verzahnungsring und ein zwei­ ten Teil den zweiten Verzahnungsring enthält. Die beiden Teile sind dann über geeignete Mittel drehfest miteinander zu ver­ binden.

Bei dem erfindungsgemäßen Untersetzungsgetriebe kann die Ver­ formung der Abrollbuchse durch die Antriebseinrichtung auf jede beliebige und als solche bereits bekannte Art und Weise geschehen. Dies kann beispielsweise durch eine Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Stegen oder Stößel erfolgen, die auf einem Exzenter- bzw. Polygonantriebskern, der mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist, abgestützt sind.

Des weiteren können die Verzahnungsringe der Abrollbuchse direkt oder unter Zwischenfügung eines Wälzlagers an dem Poly­ gonantriebskern abgestützt sein. Der Polygonantriebskern kann beispielsweise ellipsenförmig oder mindestens annähernd drei­ ecksförmig ausgestaltet sein. Des weiteren ist es möglich, die beiden Verzahnungsringe der Abrollbuchse durch ein oder mehre­ re Planetenräder an die Gegenverzahnung zu drücken. Anstelle der Planetenräder kann die Antriebswelle direkt zwei oder drei Rollen gegen die Innenseite der Abrollbuchse drücken.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zähnezahldiffe­ renzen Z1-Z3 und Z2-Z4 mindestens annähernd gleich groß, vor­ zugsweise genau gleich groß gewählt, so daß auf die Verzahnun­ gen jeweils die gleiche Verformung wirkt und somit ein guter Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes möglich ist.

Das Untersetzungsgetriebe nach der Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Schnittansicht durch ein Unterset­ zungsgetriebe nach der Erfindung mit einer Abroll­ buchse, die zwei verschiedene Verzahnungsringe an ihrer Umfangsfläche aufweist,

Fig. 2 ein Verzahnungsblockschaltbild zu Fig. 1,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abrollbuchse mit zwei Verzahnungsringen, die unterschiedlichen Außendurchmesser aufweisen,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abrollbuchse mit einem über die gesamte axiale Länge gleichen Außendurchmesser,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Antriebsseite eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Untersetzungsgetriebes nach der Erfindung mit einer Rollen enthaltenden Antriebseinrichtung,

Fig. 6 das Untersetzungsgetriebe von Fig. 5 entlang der Schnittlinie VI-VI in Schnittansicht,

Fig. 7 ein Untersetzungsgetriebe ähnlich zu Fig. 5, jedoch mit einem elliptischen Antriebskern samt Wälzlager,

Fig. 8 ein Untersetzungsgetriebe ähnlich zu Fig. 5, jedoch mit zwei Planetenrädern als Antriebseinrichtung,

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Unterset­ zungsgetriebes gemäß Fig. 5, jedoch mit drei Plane­ tenrädern als Antriebseinrichtung,

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Unterset­ zungsgetriebes nach der Erfindung, bei dem auf einem elliptischen Antriebskern eine Vielzahl von Stegen als Antriebseinrichtung abgestützt sind,

Fig. 11 die Schnittansicht durch einen annähernd dreieckför­ mig gestalteten Antriebskern, der im Untersetzungs­ getriebe von Fig. 5 oder Fig. 10 einsetzbar ist.

In den nachfolgenden Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Aus­ führungsbeispiel eines Untersetzungsgetriebes nach der Erfin­ dung dargestellt. Die zugehörende Fig. 2 zeigt das zugehörende Verzahnungsblockschaltbild.

Das Untersetzungsgetriebe weist eine starren Stützring 1, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel von Fig. 1 als Gehäuse ausbildet ist, auf. Der starre Stützring 1 verfügt über eine zylindrische, innenverzahnte und eine erste Zähnezahl Z1 auf­ weisende Stützfläche 3. Innerhalb des Stützringes 1 ist eine radialflexible Abrollbuchse 5 mit einer verzahnten Außenman­ telfläche 7 angeordnet. Die Abrollbuchse 5 steht mit einem oder mehreren ersten Umfangsabschnitten ihrer Außenmantel­ fläche 7 in kämmenden Eingriff mit der Stützfläche 3 der Stützringes 1. Die Abrollbuchse 5 weist jedoch eine größere Breite auf als die Breite der Stützfläche 3. Der Antrieb und die Verformung der Abrollbuchse 5 erfolgt nach Art der bekann­ ten und in der Beschreibungseinleitung genannten Harmonic- Drive-Getriebe, weshalb hier zum Zwecke der Offenbarung aus­ drücklich auf die eingangs genannten Dokumente Bezug genommen wird. Die im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren noch näher erläuterten Antriebseinrichtungen 30 stehen drehfest mit der Antriebswelle 11 in Verbindung.

Die Abtriebsseite des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Unter­ setzungsgetriebes ist durch ein Abtriebshohlrad 15 realisiert, das eine zylindrische, innenverzahnte und eine zweite Zähne­ zahl Z2 aufweisende Ringfläche 17 aufweist, die nach Maßgabe einer durch die Antriebseinrichtung 30 vorgegebenen Drehung ebenfalls in fortlaufendem Wechsel mit der Abrollbuchse 5 in kämmenden Eingriff steht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 umgreift das Abtriebshohlrad 15 die Abrollbuchse 5 etwa bis zu deren halben axialen Länge. Das Abtriebshohlrad 15 weist eine kreisförmige Platte 16 auf, die die umlaufende Wandung des Abtriebshohlrades 15 miteinander endseitig verbin­ det. An diese Platte 16 ist vorzugsweise einstückig eine Ab­ triebswelle 13 angeformt.

Die Außendurchmesser der beiden Verzahnungsringe 5a, 5b der Abrollbuchse 5 weisen vorzugsweise einen gleichen Außendurch­ messer auf. Dies ist in der perspektivischen Ansicht von Fig. 4 graphisch dargestellt. Der gleiche Außendurchmesser der beiden Verzahnungsringe 5a, 5b der Abrollbuchse 5 sorgt dafür, daß sich bei einer Verformung der Abrollbuchse 5 die Verzah­ nungen nicht gegenseitig behindern. Hierdurch wird ein besse­ rer Wirkungsgrad des Getriebes erreicht. Allerdings können die Außendurchmesser der beiden Verzahnungsringe 5a, 5b auch un­ gleich sein (vgl. hierzu Fig. 3).

Im dargestellten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist angenom­ men, daß die Antriebseinrichtung 30 einen feststehend mit der Antriebswelle 11 verbundenen, ellipsenförmigen Antriebskern 41 aufweist, an welchem sich eine Vielzahl von radial sich nach außen erstreckenden, vorzugsweise gleichlangen Stegen bzw. Stößel 40 abstützen. Die Stößel 40 liegen an ihrem dem An­ triebskern 41 abgewandten Ende an der Innenwandung der Abroll­ buchse 5 an oder wird mit dieser einstückig verbunden und drücken bei Umdrehung der Antriebswelle 11 die Abrollbuchse 5 an zwei gegenüberliegenden Eingriffsstellen bzw. Umfangsab­ schnitten gegen die Verzahnungen der Stützfläche 3 bzw. der Ringfläche 17 des Abtriebshohlrades 15. Die Wirkungsweise und der Aufbau eines derartigen Untersetzungsgetriebes ist detail­ liert in der bereits eingangs genannten DE 296 14 738 U1 be­ schrieben, weshalb hier der Einfachheit halber darauf Bezug genommen wird.

In Weiterbildung dieses bekannten Untersetzungsgetriebes weist jedoch die Abrollbuchse 5 an ihrer Außenmantelfläche 7 nicht nur eine über die gesamte axiale Länge der Abrollbuchse 5 gleichmäßige Verzahnung auf, sondern zwei axial nebeneinander liegende Verzahnungsringe 5a, 5b mit unterschiedlicher Zähn­ zahl. Der erste Verzahnungsring 5a greift mit einem oder meh­ reren, im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 mit zwei, Umfangs­ abschnitten kämmend in die Stützfläche 3 des Stützringes. Der erste Verzahnungsring 5a weist hierfür eine Zähnezahl Z3 auf. Der zweite Verzahnungsring 5b kämmt dagegen abschnittsweise mit einem oder mit mehreren Umfangsabschnitten, aufgrund des elliptischen Antriebskerns 41 hier mit ebenfalls zwei Umfangs­ abschnitten, mit der Ringfläche 17 des Abtriebshohlrades 15. Der zweite Verzahnungsring 5b der Abrollbuchse 5 weist die Zähnezahl Z4 auf.

Durch die unterschiedliche Wahl der Zähnezahl Z3 und Z4 können sehr große Untersetzungsverhältnisse des Getriebes erzielt werden.

Um einen optimalen Zahneingriff der Zähne Z1 und Z3 bzw. der Zähne Z2 und Z4 sicherzustellen, sind die Zähnezahlen Z1 und Z3 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Ein­ griff gehaltenen ersten Umfangsabschnitte, also der Anzahl der stets in Eingriff gehaltenen Eingriffsstellen zwischen ersten Verzahnungsring 5a und Stützfläche 3 des Stützringes 1. Die Zähnezahlen Z2 und Z4 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Einzahl der in Eingriff gehaltenen zweiten Umfangsab­ schnitte, also derjenigen Anzahl der Eingriffsstellen zwischen dem zweiten Verzahnungsring 5b und der Ringfläche 17 des Ab­ triebshohlrades 15.

Kämmt der Verzahnungsring 5a der Abrollbuchse 5 mit der Stütz­ fläche 3 des Stützringes 1 an zwei Stellen und der zweite Verzahnungsring 5b der Abrollbuchse 5 mit der Ringfläche des Abtriebshohlrades 15 ebenfalls an zwei Eingriffsstellen auf­ grund der gewählten Antriebseinrichtung 30, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel von Fig. 1, so sind die Zähnezahl Z1 und Z3 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 2 und die Zähnezahl Z2 und Z4 ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 2.

Durch die gewählte Zähnezahldifferenz Z1-Z3 wird eine Relativ­ bewegung der Abrollbuchse 5 erzeugt. Gleichzeitig wird durch den Eingriff des zweiten Verzahnungsringes 5b der Abrollbuchse 5 mit der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades 15 die Ab­ triebswelle 13 angetrieben. Die Geschwindigkeit des Antriebes des Abtriebshohlrades 15 und damit der Abtriebswelle 13 hängt von der Zähnzahldifferenz Z2-Z4 ab. Durch die Zähnzahldiffe­ renz Z2-Z4 entsteht zwischen der Abrollbuchse 5 und dem Ab­ triebshohlrad 15 eine Relativbewegung, wobei die Bewegung des Abtriebshohlrades 15 und damit der Abtriebswelle 13 zu der Bewegung der Abrollbuchse im Eingriff zur Stützfläche 3 des Stützringes 1 gegenläufig wirkt.

Der wesentliche Vorteil, auf der Abrollbuchse zwei Verzah­ nungsringe 5a, 5b mit unterschiedlichen Zähnezahl Z3 und Z4 aufzubringen, besteht darin, daß ohne Bauraum und Wirkungsgrad zu beeinträchtigen, eine deutlich größere Übersetzung möglich ist.

Die Zähnezahldifferenzen Z1-Z3 und Z2-Z4 sind vorzugsweise möglichst gleich gestaltet da hierdurch auf beide Verzahnungs­ eingriffe die gleiche Verformung wirkt. Obwohl die Abroll­ buchse 5 zweckmäßigerweise einstückig und vorzugsweise als Kunststoffspritzteil gebildet ist, kann die Abrollbuchse 5 auch aus zwei Teilen gebildet sein, die anschließend drehfest miteinander zu verbinden sind.

Die Gesamtübersetzung eines solchen Untersetzungsgetriebes berechnet sich wie folgt

Ist die Zähnezahl Z4 kleiner als Z3, so drehen sich die An­ triebswelle 11 und die Abtriebswelle 13 gleichsinnig. Ist dagegen die Zähnezahl Z4 des zweiten Verzahnungsringes 5b größer als die Zähnezahl Z3 des ersten Verzahnungsringes 5b der Abrollbuchse 5, so drehen sich die Antriebswelle 11 und die Abtriebswelle 13 gegensinnig.

Ein Übersetzungsverhältnis von i = 441 ergibt sich beispiels­ weise dann, wenn die Zähnzahl Z1 = 100, Z2 = 90, Z3 = 98 und Z4 = 88 gewählt ist. Ein Übersetzungsverhältnis von i = -539 ergibt sich dann, wenn man Z1 = 100 , Z2 = 110, Z3 = 98 und Z4 = 108 wählt.

Wie aus diesen Ausführungsbeispielen ersichtlich, sind die Zähnezahlen Z1 und Z3 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 2 und die Zähnezahlen Z2 und Z4 ebenfalls ein ganzzah­ liges Vielfaches der Zahl 2. Dies rührt daher, daß bei diesen Ausführungsbeispielen davon ausgegangen wurde, daß sowohl der erste Verzahnungsring 5a mit der Stützfläche 3 des Stützringes 1 an zwei Umfangsabschnitten und der zweite Verzahnungsring 5b der Abrollbuchse ebenfalls an zwei Umfangsabschnitten an der Ringfläche 17 des Abtriebshohlrades 15 kämmt.

Die beiden Zahlenbeispiele zeigen auch, daß die Zähnezahldif­ ferenzen Z1-Z3 und Z2-Z4 jeweils identisch gewählt sind, da hierdurch auf die kämmenden Verzahnungen vorteilhafterweise die gleiche Verformung wirkt.

In Fig. 5 ist die Draufsicht auf die Antriebsseite eines kon­ kreten Ausführungsbeispiels eines weiteren Untersetzungsge­ triebes nach der Erfindung dargestellt. Fig. 6 zeigt die zu­ gehörende Schnittansicht entlang der Schnittlinie VI-VI von Fig. 5. Die Antriebswelle 11 steht drehfest mit einer Träger­ platte 31 in Verbindung. Auf der Trägerplatte 31 sitzen diame­ tral gegenüberliegend zwei Bolzen 33, auf denen jeweils eine Rolle 32 drehbar gelagert aufgeschoben ist. Die beiden Rollen 32 weisen die gleiche axiale Länge wie die Abrollbuchse 5 auf und drücken letztere sowohl mit dem ersten Verzahnungsring 5a als auch mit dem zweiten Verzahnungsring 5b jeweils an zwei Umfangsabschnitte 7a, 7b bzw. 7x, 7y gegen die Stützfläche 3 des Stützringes 1 bzw. gegen die Ringfläche 17 des Abtriebs­ hohlrades 15.

Hinsichtlich der Wahl der Zähnezahlen Z1 der Stützfläche 3, Z2 der Ringfläche 17 des Abtriebshohlrades 15, Z3 des ersten Verzahnungsringes 5a und Z4 des zweiten Verzahnungsringes 5b der Abrollbuchse 5 gilt die oben erläuterte Vorschrift. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 sind die Zähnezahlen Z1 und Z3 wiederum jeweils ein ganzzahliges Viel­ faches der Zahl 2 und die Zähnezahlen Z2 und Z4 auch ein ganz­ zahliges Vielfaches der Zahl 2, da sowohl die Antriebs- als auch Abtriebsseite des Untersetzungsgetriebes jeweils an zwei Um­ fangsabschnitten in Eingriff gehalten sind.

In Fig. 7 und 8 sind weitere Ausführungsbeispiele von Harmonic-Drive-Getrieben dargestellt, bei denen die Antriebs­ einrichtung 30 dafür sorgt, daß zwei Umfangsabschnitte der Abrollbuchse 5 in dauerhaften Eingriff mit einer gegenüberlie­ genden Verzahnung sind. In den Fig. 7 und 8 sind jeweils die Abtriebsseiten des Untersetzungsgetriebes nach der Erfindung dargestellt. Die beiden in Eingriff stehenden Umfangsflächen bzw. Eingriffsstellen sind hier wiederum mit dem Bezugzeichen 7x und 7y markiert.

In Fig. 7 ist die Antriebseinrichtung 30 durch einen auf der Antriebswelle 11 sitzenden, elliptischen Antriebskern gebil­ det. Zwischen der Innenfläche der Abrollbuchse 5 und der Au­ ßenseite dieses Antriebskerns 41 sitzt ein Wälzlager 42 mit einer Vielzahl von Kugeln 21.

In Fig. 8 ist die Antriebseinrichtung 30 durch Planetenräder 43 gebildet, die kämmend oder gleitend von einer auf der An­ triebswelle 11 sitzenden Rolle angetrieben werden.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 9 ist eine Antriebseinrichtung 30 gezeigt, die dafür sorgt, daß drei Umfangsflächen 7a, 7b, 7c bzw. 7x, 7y, 7z mit der Innenverzahnung des Stützringes 1 bzw. der Innenverzahnung des Abtriebshohlringes 15 kämmen. Auf der Antriebswelle 11 sitzt hierfür ein Antriebsrad 44, das drei im Winkel von 120° zueinander versetzte Planetenräder 43 bzw. Planetenrollen 43 antreibt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Zähnezahlen Z1 des Stützringes 1 und Z3 des ersten Verzahnungsringes 5a jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 3. Sofern auf der Ab­ triebsseite ebenfalls eine solche Anordnung vorgesehen ist, sind die Zähnezahlen Z2 des Abtriebsrades 15 und Z4 des zwei­ ten Verzahnungsrades 5b der Abrollbuchse 5 ebenfalls jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 3.

Fig. 10 zeigt die Draufsicht auf die Antriebsseite eines Un­ tersetzungsgetriebes, das nach Art des in DE 296 14 738 U1 beschriebenen Getriebes gestaltet ist. Der erste Verzahnungs­ ring 5a der Abrollbuchse 5 ist, wie Fig. 10 zeigt, wiederum an zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten mit der Innenverzahnung des Stützringes 1 kämmend in Eingriff. Dies wird durch eine elliptischen Antriebskern 41 der Antriebsein­ richtung 30 erreicht. Um den ersten Verzahnungsring 5a an drei Umfangsabschnitten mit der Stützfläche kämmend in Eingriff zu bringen, kann der Antriebskern 41 eine mindestens annähernd dreieckförmige Querschnittsform, wie in Fig. 11 gezeigt, auf­ weisen.

Obwohl in den Figuren jeweils davon ausgegangen worden ist, daß sowohl die Antriebs- als auch Abtriebsseite des Unterset­ zungsgetriebes eine gleiche Anzahl von in Eingriff gehaltenen Umfangsabschnitten aufweist, kann jederzeit vorgesehen werden, diese Anzahl auch unterschiedlich zu wählen. Hierfür ist die Antriebseinrichtung 30 so gestaltet, daß die Abrollbuchse 5 im Bereich des ersten Verzahnungsringes 5a beispielsweise nur an zwei Stellen auseinandergedrückt wird, während im Bereich des zweiten Verzahnungsringes 5b der Abrollbuchse 5 letztere an drei Stellen gegen die Innenverzahnung des Abtriebshohlrades 15 gedrückt wird.

Bezugszeichenliste

1

Stützring

3

Stützfläche

5

Abrollbuchse

5

a erste Verzahnungsring

5

b zweite Verzahnungsring

7

Außenmantelfläche

7

a,

7

b,

7

c erste Umfangsabschnitte

7

x,

7

y,

7

z zweite Umfangsabschnitte

11

Antriebswelle

13

Abtriebswelle

15

Abtriebshohlrad

16

Platte

17

Ringfläche

21

Kugeln

30

Antriebseinrichtung

31

Trägerplatte

32

Rollen

33

Zapfen

40

Stege, Stößel

41

Antriebskern

42

Wälzlager

43

Planetenräder
VI-VI Schnittlinie

Claims (16)

1. Untersetzungsgetriebe mit folgenden Merkmalen:

• 1.1. einen starren Stützring (1) mit einer zylindrischen, innenverzahnten und eine erste Zähnezahl Z1 aufweisenden Stützfläche (3);
• 1.2. eine radialflexible Abrollbuchse (5) mit einer verzahnten Außenmantelfläche (7);
• 1.3. eine mit einer Antriebswelle (11) verbundene Antriebsein­ richtung (30) , durch welche ein oder mehrere erste Um­ fangsabschnitte (7a, 7b; 7a, 7b, 7c) der Außenmantel­ fläche (7) der Abrollbuchse (5) mit der Stützfläche (3) des Stützringes (1) in Eingriff gehalten sind;
• 1.4. ein mit einer Abtriebswelle (13) verbundenes Abtriebs­ hohlrad (15), welches eine zylindrische, innenverzahnte und eine zweite Zähnezahl Z2 aufweisende Ringfläche (17), die nach Maßgabe einer durch die Antriebseinrichtung (30) vorgegebenen Drehung ebenfalls mit der Abrollbuchse (5) in Eingriff steht, enthält; gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• 1.5. die Abrollbuchse (5) weist an ihrer Außenmantelfläche (7) zwei axial nebeneinanderliegende und unterschiedliche Zähnezahl Z3 und Z4 aufweisende Verzahnungsringe (5a, 5b) auf;
  • 1.5.1. der erste Verzahnungsring (5a) ist mit dem einem oder den mehreren ersten Umfangsabschnitten (7a, 7b; 7a, 7b, 7c) mit der Stützfläche (3) des Stützringes (1) in Eingriff gehalten und weist eine dritte Zäh­ nezahl Z3 auf;
  • 1.5.2. der zweite Verzahnungsring (5b) ist mit einem oder mehreren zweiten Umfangsabschnitten (7x, 7y; 7x, 7y, 7z) mit der Ringfläche (17) des Abtriebshohlrades (15) in Eingriff gehalten und weist eine vierte Zähnezahl Z4 auf;
• 1.6. die Zähnezahlen Z1 und Z3 sind jeweils ein ganzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen ersten Umfangsabschnitte (7a, 7b; 7a, 7b, 7c);
• 1.7. die Zähnezahlen Z2 und Z4 sind jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der in Eingriff gehaltenen zweiten Umfangsabschnitte (7x, 7y; 7x, 7y, 7z).

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Verzahnungsring (5a) der Abroll­ buchse (5) ständig mit zwei oder drei ersten Umfangs­ flächen (7a, 7b; 7a, 7b, 7c) an der Stützfläche (3) an­ liegt.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verzahnungsring (5b) der Abrollbuchse (5) ständig mit zwei oder drei zweiten Um­ fangsflächen (7x, 7y; 7x, 7y, 7z) an der Ringfläche (17) des Abtriebshohlrades (15) anliegt.

4. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Verzah­ nungsring (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) einen gleichen Außendurchmesser aufweisen.

5. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Verzah­ nungsring (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) einen ungleichen Außendurchmesser aufweisen.

6. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzahnungsringe (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) zueinander radial fest­ stehend angeordnet sind.

7. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Abrollbuchse (5) als einstückiges Kunststoffteil ausgebildet ist.

8. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrollbuchse (5) ein erstes den ersten Verzahnungsring (5a) enthaltendes Teil und ein zweites den zweiten Verzahnungsring (5b) enthal­ tendes Teil aufweist, und daß beide Teile drehfest mit­ einander verbunden sind.

9. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzahnungsringe (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) durch eine Vielzahl von im wesentlichen radial verlaufenden Stegen (40) oder Stößel auf einem Polygonantriebskern (41), der mit mit der An­ triebswelle (11) drehfest verbunden ist, abgestützt sind.

10. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzahnungsringe (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) direkt oder unter Zwischen­ fügung eines Wälzlagers (42) an einem Polygonantriebskern abgestützt sind.

11. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verzahnungsringe (5a, 5b) der Abrollbuchse (5) über ein oder mehrere Pla­ netenräder (43) an der Antriebswelle (11) abgestützt sind.

12. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (30) eine mit der Antriebswelle (11) drehfest verbundene Trä­ gerplatte (31) aufweist, auf welcher mindestens eine Rolle (32) sitzt, die sich an der Abrollbuchse (5) ab­ stützt.

13. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl Z4 kleiner als Z3 ist.

14. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl Z4 größer als Z3 ist.

15. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnhöhnen der Verzahnun­ gen Z1, Z2, Z3 und Z4 mindestens annähernd gleich groß gewählt sind.

16. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahldifferenzen Z1- Z3 und Z2-Z4 mindestens annähernd gleich groß, vorzugs­ weise genau gleich groß gewählt sind.