EP2057392A1 - Rotationsscheibe - Google Patents

Rotationsscheibe

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Publication number
EP2057392A1
EP2057392A1 EP07788273A EP07788273A EP2057392A1 EP 2057392 A1 EP2057392 A1 EP 2057392A1 EP 07788273 A EP07788273 A EP 07788273A EP 07788273 A EP07788273 A EP 07788273A EP 2057392 A1 EP2057392 A1 EP 2057392A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary
rotation
disk
rotary disc
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07788273A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Kern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
Publication of EP2057392A1 publication Critical patent/EP2057392A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H9/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members
    • F16H9/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion
    • F16H9/24—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by endless flexible members without members having orbital motion using chains or toothed belts, belts in the form of links; Chains or belts specially adapted to such gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/084—Non-circular rigid toothed member, e.g. elliptic gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/003—Gearings comprising pulleys or toothed members of non-circular shape, e.g. elliptical gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H35/02—Gearings or mechanisms with other special functional features for conveying rotary motion with cyclically varying velocity ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/17—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/30—Chain-wheels

Definitions

  • the present invention relates to a rotary disk, in particular an embodiment of the teeth and the tooth gaps of the rotary disk. Furthermore, the present invention relates to a drive device with at least one rotation disk according to the invention and a belt transmission with at least one rotation disk according to the invention.
  • Drive systems based on endless force-transmitting elements, such as belts or chains, and gears are widely used in industrial applications.
  • endless force-transmitting elements such as belts or chains, and gears
  • gears are widely used in industrial applications.
  • such drive systems are used, for example, for transmitting a torque from the crankshaft to the camshafts.
  • Trumschwingonne In such drive systems or Umschlingungsgetieri occur so-called Trumschwingonne.
  • Trumschwingonne may be transversal, longitudinal or torsional vibrations of the force-transmitting endless element, which are excited by cyclical engine movements.
  • the cyclic excitation of the Trumschwingung is usually done by a non-uniform drive element of the engine.
  • Particularly important are the torsional vibrations or rotational angle fluctuations of the individual driven components against each other.
  • a so-called "timing error” occurs, ie an angle of rotation of the camshaft relative to the crankshaft If this angle error is too great, emissions beyond the permitted pollutant limit values occur during operation of the engine.
  • Uncircular gears have been proposed to compensate for these strand vibrations and rotational angle variations.
  • Uncircular gears are to be understood as those gears which do not have a circular circumferential cross-section and in which the action curve or the loop of the force-transmitting endless element is not circular.
  • the published patent application DE 10 2004 048 629 A1 describes a non-circular rotary disk of a timing drive.
  • the rotation disk has a rotation disk radius which functionally depends on the rotation angle and an average radius, the mean radius being selected so that a circumferential arc length of a rotation disk wrap curve equals the product of the predetermined distance of the centers of adjacent teeth and the number of teeth ,
  • the utility model DE 202 20 367 U1 describes a synchronous drive device with a plurality of rotors, which are coupled together by means of a force-transmitting endless element, wherein one of the rotors has a non-circular profile with at least two protruding sections which alternate with receding sections, wherein the angular positions of the protruding and the recessed portions of the non-circular profile and the degree of eccentricity of the non-circular profile are such that the non-circular profile is a deformed one. is applied to the force-transmitting endless member, which reduces or substantially nullifies a fluctuating load torque of a load assembly.
  • the invention has for its object to provide a rotary disk or a drive device or a wrap-around, are compensated in the rotational angle fluctuations and while a much reduced wear of the power transmitting endless element occurs.
  • the rotation disk according to the invention is rotatable about an angle of rotation about an axis of rotation and comprises a number of at a circumference of the rotor tion disc arranged teeth and located between the teeth tooth gaps, the tooth gaps are each symmetrical to a tooth gap axis of symmetry, and a rotation disc radius, which depends functionally on the rotation angle and a certain average radius, and is characterized in that the tooth gap symmetry axes each substantially to the local Center of curvature of the circumference of the rotation disk are aligned.
  • each tooth gap symmetry axis runs through the axis of rotation or the center of this circular gear.
  • the section of the toothed wheel between two such tooth space symmetry axes is called sector in the context of this description.
  • the tooth space contours of the prior art are so distorted that they generate an increased load in the tooth base of the force-transmitting endless element. In addition, occurs on such contours increased wear.
  • the tooth gap axes of symmetry are not all aligned with the axis of rotation, but are each directed substantially at the local center of curvature of the circumference of the rotating disc, i. they are perpendicular to the contour of the non-circular wheel.
  • the tooth gap symmetry axes then usually no longer run through the axis of rotation.
  • the usually a symymetic tooth geometry is determined.
  • the flank contour of the tooth results from the shape of adjacent tooth gaps.
  • the head contour of the tooth results from the geometry of the contour of the action line.
  • the inventive alignment of the tooth gap symmetry axes on the respective local centers of curvature produces symmetrical tooth gap geometries with continuous transitions between the sectors in the tooth spaces. Furthermore, this avoids the problem of increased wear.
  • the inlet and outlet of the force-transmitting endless element is friction and wear reduced, since the pressure due to the transmission of force from the teeth on the force-transmitting endless element is now evenly distributed and force peaks are avoided.
  • the rotary disk according to the invention provides a significant advantage over the prior art.
  • the circumference of the rotation disk is substantially non-circular.
  • the tooth gap symmetry axes are perpendicular to the contour of the non-circular rotation disk.
  • the rotation disk radius can be expressed by a harmonic development of the following form:
  • r is the mean radius herein, Sr 1 mmd runout amplitude, H 1 is a number of elevations ⁇ ⁇ a phase position, and t is a running parameter from an interval from 0 to 2 ⁇ .
  • the average radius is suitably chosen as a function of the other parameters, so that there is a desired length of the wrap-around curve of the rotary disk.
  • the number of surveys is also called order. As can be seen, a plurality of angle-dependent interfering elements of different orders can be superimposed on the middle radius. If no fault element is provided, a circular rotation disk is obtained. Accordingly, it is provided that at least one fault element is always present.
  • each parameter Sr 1 is set equal to zero, one also obtains a circular rotation disk. Accordingly, it is provided according to the invention that each parameter Sr 1 is not equal to zero.
  • the teeth are designed for an involute toothing.
  • the tooth gap symmetry axes are aligned such that a circular surface concentric with the rotation disk is not crossed by the tooth gap symmetry axes which do not run through the axis of rotation.
  • the circular area can have a diameter of about 0.1 mm to about 20 mm and in particular have a diameter of about 0.5 mm to about 6 mm.
  • a drive device comprises at least two rotary disks and a force-transmitting endless element for transmitting a torque between the rotary disks and is characterized in that at least one of the rotary disks is a rotary disk according to the invention. In this way, increased wear of the force-transmitting endless element is avoided even in the case of the drive device according to the invention.
  • the drive device according to the invention can be designed for use in a motor vehicle.
  • the drive device according to the invention may be designed for use in an aircraft.
  • the drive device according to the invention is a synchronous drive device.
  • the belt according to the invention comprises at least two rotary disks and a force-transmitting endless member for transmitting a torque between the rotary disks and is characterized in that at least one of the rotary disks is a rotary disk according to the invention. In this way, increased wear of the force-transmitting endless element is avoided even in the case of the inventive looping gear.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion of a prior art non-circular gear in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of a rotation disk according to the invention in a preferred embodiment
  • FIG. 4 shows an enlarged view of a region around the rotation axis of the rotation disk in FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of an embodiment of a rotation disk according to the invention whose radius is formed by the superimposition of a middle radius with a third order perturbation element and a sixth order perturbation element, and
  • FIG. 6 shows an enlarged view of a region A about the rotation axis of the rotation disk in FIG. 5 Detailed description of the drawings
  • Figures 1 and 2 show a rotary disk 1 10 of the prior art.
  • the prior art rotary disk 110 has a non-circular cross section for compensating for torsional vibrations or rotational angle fluctuations.
  • a number of teeth 120 are arranged along the circumference of the rotation disk 110.
  • the rotation disk 1 10 rotates about a rotation axis 1 12.
  • the tooth gaps located between the teeth 120 are in each case symmetrical to one another with respect to a tooth gap symmetry axis 130.
  • the rotation disk 110 is located along an action curve 200 in engagement with a force-transmitting endless element (not shown).
  • a tooth gap symmetry axis with associated tangent 220 is shown in Figure 2, passing through the axis of rotation 12, and further illustrating a tooth gap axis of symmetry with associated tangent 240 which, according to the present invention, does not pass through the axis of rotation 112, but perpendicular to the tangent stands and is aligned to the local center of curvature.
  • FIGS. 3 and 4 show a rotation disk 10 according to the invention, which rotates about a rotation axis 12.
  • a number of teeth 20 is arranged along the circumference of the rotary disk 10.
  • Gaps 22 located between the teeth 20 are symmetrical with each other along a tooth gap symmetry axis 30.
  • the tooth gap symmetry axes 30 are not limited to the rotation axis. Se 12 aligned.
  • the tooth gap axes of symmetry 30 are rather aligned with the local centers of curvature, ie the center of curvature of the curvature at the point at which the tooth gap symmetry axis 30 intersects the circumference of the rotation disk. Therefore, around the rotation axis 12, a circular area 14 is formed, which is not crossed by any of the tooth gap symmetry axes 30.
  • FIGS. 5 and 6 show a rotation disk 10 according to the invention in a further embodiment.
  • the rotation disk radius is formed from an average radius, which is superposed by a third-order disturbing element and a sixth-order disturbing element in the manner according to the invention.
  • FIG. 6 shows the course of the tooth gap symmetry axes 30 in the vicinity of the axis of rotation 12.
  • a symmetrical configuration of the tooth gaps 22 along the circumference of the rotary disk 10 is possible without distortion and with continuous transitions of the tooth gaps on the tooth gap symmetry axes 30.
  • the contour of the teeth 20 is then obtained from the positions of the tooth gaps 22 and the contour of the effective angle of the rotary disk 10.
  • the rotary disk according to the invention is preferably used in a synchronous drive device or in a belt wrap.
  • the Syn- chronantriebsvoriques or the belt transmission is preferably designed for use in a motor vehicle or in an aircraft.
  • the rotation disk according to the invention can also be used independently of these applications, for example in textile or office machines.

Landscapes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausgestaltung von Zähnen (20) und Zahnlücken (22) einer Rotationsscheibe (10), die um eine Rotationsachse (12) drehbar ist. Die Zahnlücken (22) sind dabei jeweils zu einer Zahnlücken-Symmetrieachse (30) symmetrisch angeordnet, wobei ein Rotationsscheibenradius in Abhängigkeit von einem Drehwinkel und einem bestimmten mittleren Radius abhängt. Die Zahnlücken-Symmetrieachsen (30) der Rotationsscheibe (10) sind auf die lokalen Krümmungsmittelpunkte, d.h. auf den Krümmungsmittelpunkt der Krümmung an dem Punkt, an dem die Zahnlücken-Symmetrieachse (30) die Umfangslinie der Rotationsscheibe (10) schneidet, ausgerichtet. Um die Rotationsachse (12) ist eine Kreisachse (14) gebildet, die von keiner der Zahnlücken-Symmetrieachsen (30) durchkreuzt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Rotationsscheibe
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsscheibe, insbesondere eine Ausgestaltung der Zähne und der Zahnlücken der Rotationsscheibe. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebsvorrichtung mit mindestens einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe und ein Umschlingungsgetriebe mit mindestens einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe.
Hintergrund der Erfindung
Antriebssysteme auf der Basis von kraftübertragenden Endloselementen, wie bspw. Riemen oder Ketten, und Zahnrädern sind in industriellen Anwendungen weit verbreitet. Insbesondere in Verbrennungsmotoren werden solche Antriebs- Systeme bspw. zur Übertragung eines Moments von der Kurbelwelle auf die Nockenwellen verwendet.
Neben der Nockenwelle und der Kurbelwelle können auch weitere Komponenten, wie bspw. Wasser- oder Kraftstoffpumpen durch Riemen oder Ketten ange- trieben sein. Als Oberbegriff für Riemen- und Kettentriebe spricht man von so genannten Umschlingungsgetheben.
Bei derartigen Antriebssystemen bzw. Umschlingungsgetheben treten so genannte Trumschwingungen auf. Bei solchen Trumschwingungen kann es sich um Transversal-, Longitudinal- oder Torsionsschwingungen des kraftübertragenden Endloselements handeln, die durch zyklische Motorbewegungen erregt werden. Die zyklische Erregung der Trumschwingung erfolgt in der Regel durch ein ungleichförmiges Antriebselement des Verbrennungsmotors. Wesentlich sind insbesondere die Torsionsschwingungen bzw. Drehwinkelschwankungen der einzelnen angetriebenen Bauteile gegeneinander. Dabei tritt ein sogenannter „timing error" auf, d.h. ein Verdrehwinkel der Nockenwelle rela- tiv zur Kurbelwelle. Wenn dieser Winkelfehler zu groß ist, entstehen beim Betrieb des Motors Emissionen jenseits der zugelassenen Schadstoffgrenzwerte.
Darüber hinaus tritt bei Zahnriemen aufgrund der Drehwinkelschwankungen eine ungleichmäßige Belastung auf, die Zahnriemenrisse fördert und die Le- bensdauer des verwendeten Zahnriemens verringert.
Daher wurden unrunde Zahnräder vorgeschlagen, um diese Trumschwingungen und Drehwinkelschwankungen auszugleichen. Unter unrunden Zahnrädern sind dabei solche Zahnräder zu verstehen, die keinen kreisförmigen Umfangs- querschnitt aufweisen und bei denen die Wirkkurve bzw. der Umschlingungs- bogen des kraftübertragenden Endloselements nicht kreisförmig ist.
So beschreibt die Offenlegungsschrift DE 10 2004 048 629 A1 eine unrunde Rotationsscheibe eines Steuertriebs. Die Rotationsscheibe weist dabei einen Rotationsscheibenradius auf, der funktional von dem Drehwinkel und einem mittleren Radius abhängt, wobei der mittlere Radius so gewählt ist, dass eine umlaufende Bogenlänge einer Rotationsscheibenumschlingungskurve gleich dem Produkt aus dem vorgegebenen Abstand der Mittelpunkte benachbarter Zähne und der Anzahl der Zähne ist.
Des weiteren beschreibt die Gebrauchsmusterschrift DE 202 20 367 U1 eine Synchronantriebsvorrichtung mit einer Mehrzahl von Rotoren, die mittels eines kraftübertragenden Endloselements miteinander gekoppelt sind, wobei einer der Rotoren ein nicht-kreisförmiges Profil mit mindestens zwei vorstehenden Abschnitten aufweist, die sich mit rückstehenden Abschnitten abwechseln, wobei die Winkelpositionen der vorstehenden und rückstehenden Abschnitte des nicht-kreisförmigen Profils und das Ausmaß der Exzentrizität des nichtkreisförmigen Profils derart sind, dass das nicht-kreisförmige Profil ein entge- gengesetztes schwankendes korrigierendes Drehmoment an das kraftübertragende Endloselement anlegt, das ein schwankendes Belastungsdrehmoment eines Belastungsaufbaus verringert oder im wesentlichen aufgehoben wird.
Im Betrieb dieser vorgeschlagenen Rotationsscheiben bzw. der vorgeschlagenen Synchronantriebsvorrichtungen zeigte sich, dass die Drehwinkelschwankungen zwar im wesentlichen ausgeglichen werden können, trotz allem jedoch ein hoher Riemenverschleiß auftritt. Der hohe Riemenverschleiß wiederum macht kurze Serviceintervalle notwendig und führt zu hohen Wartungskosten der betreffenden Anlagen.
Für eine Momentenkompensation und zum Ausgleichen der Drehwinkelschwankungen reichen die bisher eingesetzten Unrundheiten nicht aus. Es bedarf also einer Scheiben- bzw. Zahnauslegung, die Belastungsspitzen vermei- det und ein möglichst gleichmäßiges „Tragbild" im Umschlingungsbogen, d.h. dem Kontaktbereich zwischen Riemen und Scheibe, bereitstellt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationsscheibe bzw. eine Antriebsvorrichtung oder ein Umschlingungsgethebe bereitzustellen, bei dem Drehwinkelschwankungen ausgeglichen werden und dabei ein wesentlich verringerter Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Rotationsscheibe gemäß Anspruch 1 , einer Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 6 und ein Umschlingungsgetriebe gemäß Anspruch 10 gelöst.
Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe ist um einen Drehwinkel um eine Rotationsachse rotierbar und umfasst eine Anzahl von an einem Umfang der Rota- tionsscheibe angeordneten Zähnen sowie zwischen den Zähnen befindliche Zahnlücken, wobei die Zahnlücken jeweils zu einer Zahnlückensymmetrieachse symmetrisch sind, und einen Rotationsscheibenradius, der funktional von dem Drehwinkel und einem bestimmten mittleren Radius abhängt, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnlückensymmetrieachsen jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe ausgerichtet sind.
Es hat sich gezeigt, dass die Ursache für den hohen Verschleiß der kraftüber- tragenden Endloselemente bei den Rotationsscheiben des Standes der Technik von großen Kraftspitzen hervorgerufen wird, die von den Zahnradzähnen auf das Endloselement ausgeübt werden. Der Grund hierfür ist die Ausrichtung und Profilierung der kreisrunden Zahnräder des Standes der Technik.
Bei einem kreisrunden Zahnrad sind die zwischen den Zähnen befindlichen Zahnlücken jeweils zu einer sogenannten Zahnlückensymmetrieachse symmetrisch. Bei kreisrunden Zahnrädern verläuft jede Zahnlückensymmetrieachse durch die Rotationsachse bzw. den Mittelpunkt dieses kreisrunden Zahnrads. Der Abschnitt des Zahnrads zwischen zwei solchen Zahnlückensymmetheach- sen wird im Rahmen dieser Beschreibung Sektor genannt.
Bei einem kreisrunden Zahnrad sind alle Sektoren identisch. Durch Aneinan- dersetzen der Sektoren erhält man ein kreisrundes Zahnrad. Dabei weisen die Zahnlücken eine kontinuierliche Oberfläche ohne mit tangentialen Übergängen versehenen Unstetigkeiten zwischen den Sektoren auf.
Bei den nicht-kreisförmigen Zahnrädern des Standes der Technik wurde bisher bei der Auslegung ebenfalls festgesetzt, dass sämtliche Zahnlückensymmetrieachsen durch die Rotationsachse des Zahnrades verlaufen müssen. Bei derar- tigen Zahnrädern können jedoch nicht einfach identische Sektoren aneinander- gesetzt werden. Vielmehr müssen die Sektoren um ein gewisses Maß verzerrt werden, um die einzelnen Sektoren entlang des nicht-kreisförmigen Umfangs aneinanderzusetzen. An den Zahnlückensymmethelinien weisen die Zahnlücken jedoch nun keine Übergänge zwischen den Sektoren wie bei einem kreisförmigen Zahnrad auf, sondern sind in diesem Bereich stärker gekrümmt oder weisen sogar eine Un- Stetigkeit an der Zahnlückensymmetrieachse auf. Daher weisen die Zähne in einem größeren Winkel auseinander als bei einem kreisförmigen Zahnrad.
Die Zahnlückenkonturen des Standes der Technik sind so verzerrt, dass sie im Zahngrund des kraftübertragenden Endloselements eine erhöhte Belastung erzeugen. Darüber hinaus tritt an derartigen Konturen ein erhöhter Verschleiß auf.
Erfindungsgemäß sind die Zahnlückensymmetrieachsen jedoch nicht alle auf die Rotationsachse ausgerichtet, sondern sind jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe gerichtet, d.h. sie stehen senkrecht auf der Kontur des unrunden Rades. Die Zahnlückensymmetrieachsen verlaufen dann in der Regel nicht mehr durch die Rotationsachse. Durch die gleich gehaltenen Zahnlücken wird dann die in der Regel a- symmethsche Zahngeometrie bestimmt. Die Flankenkontur des Zahns ergibt sich aus der Form benachbarter Zahnlücken. Die Kopfkontur des Zahns ergibt sich aus der Geometrie der Kontur der Wirklinie.
Durch die erfindungsgemäße Ausrichtung der Zahnlückensymmetrieachsen auf die jeweiligen lokalen Krümmungsmittelpunkte werden symmetrische Zahnlü- ckengeometrien mit kontinuierlichen Übergängen zwischen den Sektoren in den Zahnlücken erzeugt. Des weiteren wird so das Problem des erhöhten Ver- schleisses vermieden. Der Ein- und Auslauf des kraftübertragenden Endloselements erfolgt reibungs- und verschleißreduziert, da die Pressung aufgrund der Kraftübertragung von den Zähnen auf das kraftübertragende Endloselement nun gleichmäßig verteilt ist und Kraftspitzen vermieden werden. Auf diese Weise stellt die erfindungsgemäße Rotationsscheibe einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bereit. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Umfang der Rotationsscheibe im wesentlichen unrund ist. Die Zahnlückensymmetrieachsen stehen senkrecht auf der Kontur der unrunden Rotationsscheibe.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Rotationsscheibenradius durch eine harmonische Entwicklung der folgenden Form ausdrückbar ist:
wobei hierin rmmd der mittlere Radius, Sr1 eine Unrundheitsamplitude, H1 eine Anzahl der Erhebungen, φι eine Phasenlage, und t ein Laufparameter aus einem Intervall von 0 bis 2π ist. Der mittlere Radius wird dabei in Abhängigkeit der übrigen Parameter geeignet gewählt, so dass sich eine gewünschte Länge der Umschlingungskurve der Rotationsscheibe ergibt. Die Anzahl der Erhebun- gen wird auch als Ordnung bezeichnet. Wie zu erkennen ist, können dem mittleren Radius auch mehrere winkelabhängige Störglieder verschiedener Ordnungen überlagert werden. Ist kein Störglied vorgesehen, erhält man eine kreisrunde Rotationsscheibe. Entsprechend ist vorgesehen, dass stets mindestens ein Störglied vorhanden ist.
Wird jeder Parameter Sr1 gleich Null gesetzt, erhält man ebenfalls eine kreisrunde Rotationsscheibe. Entsprechend ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Parameter Sr1 ungleich Null ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Zähne für eine Evolventenverzahnung ausgebildet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zahnlückensymmetrieachsen so ausgerichtet sind, dass eine zu der Rotationsscheibe konzentrische Kreisfläche nicht von den Zahnlückensymmetrieachsen durchkreuzt ist, die nicht durch die Rotationsachse verlaufen. Die Kreisfläche kann einen Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 20 mm und insbesondere einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis etwa 6 mm aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst mindestens zwei Rotati- onsscheiben und ein kraftübertragendes Endloselement zum Übertragen eines Moments zwischen den Rotationsscheiben und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben eine erfindungsgemäße Rotationsscheibe ist. Auf diese Weise wird auch bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ein erhöhter Verschleiß des kraftübertragenden Endlosele- ments vermieden.
Des weiteren kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Einsatz in einem Luftfahrzeug ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine Synchronantriebsvorrichtung.
Das erfindungsgemäße Umschlingungsgethebe umfasst mindestens zwei Rotationsscheiben und ein kraftübertragendes Endloselement zum Übertragen eines Moments zwischen den Rotationsscheiben und ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben eine erfindungsgemäße Rotati- onsscheibe ist. Auf diese Weise wird auch bei dem erfindungsgemäßen Um- schlingungsgetriebe ein erhöhter Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements vermieden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be- Schreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt dabei:
Figur 1 eine Querschnittsansicht eines nicht-kreisförmigen Zahn- rads zum Ausgleich von Drehwinkelschwankungen und
Trumschwingungen des Standes der Technik,
Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs eines nichtkreisförmigen Zahnrads des Standes der Technik in Figur 1 ,
Figur 3 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe in einer bevorzugten Ausführungsform,
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs um die Rotationsachse der Rotationsscheibe in Figur 3,
Figur 5 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotationsscheibe, deren Radius aus der Überlagerung eines mittleren Radius mit einem Störglied dritter Ordnung und einem Störglied sechster Ordnung gebildet ist, und
Figur 6 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs A um die Rotati- onsachse der Rotationsscheibe in Figur 5 Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Rotationsscheibe 1 10 des Standes der Technik. Die Rotationsscheibe 1 10 des Standes der Technik weist einen nicht- kreisförmigen Querschnitt zum Ausgleichen von Drehschwingungen bzw. Drehwinkelschwankungen auf. Entlang dem Umfang der Rotationsscheibe 110 ist eine Anzahl von Zähnen 120 angeordnet. Die Rotationsscheibe 1 10 rotiert um eine Rotationsachse 1 12. Zwischen den Zähnen 120 befindliche Zahnlücken sind jeweils zueinander zu einer Zahnlückensymmetrieachse 130 symmet- risch. Die Rotationsscheibe 110 befindet sich entlang einer Wirkkurve 200 in Eingriff mit einem kraftübertragenden Endloselement (nicht dargestellt).
Damit die einzelnen zwischen zwei Zahnlückensymmetrieachsen 130 befindlichen Sektoren der Rotationsscheibe 1 10 trotz des nicht-kreisförmigen Quer- Schnitts aneinanderpassen, müssen sie geändert bzw. verzerrt werden. Dadurch entstehen an den Übergängen zwischen den Zähnen 120 an den Zahnlückensymmetrieachsen 130 Übergänge mit Unstetigkeiten. Durch diese Verzerrung tritt das in der Beschreibungseinleitung ausgeführte Problem eines erhöhten Verschleisses auf.
Zum Vergleich ist in Figur 2 eine Zahnlückensymmetrieachse mit zugehöriger Tangente 220 dargestellt, die durch die Rotationsachse 1 12 verläuft, und des weiteren eine Zahnlückensymmetrieachse mit zugehöriger Tangente 240 abgebildet, die gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durch den Rotationsachse 112 verläuft, sondern senkrecht auf der Tangente steht und auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt ausgerichtet ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine erfindungsgemäße Rotationsscheibe 10, die um eine Rotationsachse 12 rotiert. Entlang dem Umfang der Rotationsscheibe 10 ist eine Anzahl von Zähnen 20 angeordnet. Zwischen den Zähnen 20 befindliche Zahnlücken 22 sind zueinander entlang einer Zahnlückensymmetrieachse 30 symmetrisch. Wie zu erkennen ist, sind bei der erfindungsgemäßen Rotationsscheibe 10 die Zahnlückensymmetrieachsen 30 nicht auf die Rotationsach- se 12 ausgerichtet. Die Zahnlückensymmetrieachsen 30 sind vielmehr auf die lokalen Krümmungsmittelpunkte, d.h. auf den Krümmungsmittelpunkt der Krümmung an dem Punkt, an dem die Zahnlückensymmetrieachse 30 die Um- fangslinie der Rotationsscheibe schneidet, ausgerichtet. Um die Rotationsachse 12 ist daher eine Kreisfläche 14 gebildet, die von keiner der Zahnlückensymmetrieachsen 30 durchkreuzt ist.
Die Figuren 5 und 6 zeigen eine erfindungsgemäße Rotationsscheibe 10 in einer weiteren Ausführungsform. Der Rotationsscheibenradius ist aus einem mitt- leren Radius gebildet, der von einem Störglied dritter Ordnung und einem Störglied sechster Ordnung auf erfindungsgemäße Weise überlagert ist. Figur 6 zeigt den Verlauf der Zahnlückensymmetrieachsen 30 in der Nähe der Rotationsachse 12.
Durch die erfindungsgemäßen Rotationsscheiben 10 ist eine symmetrische Ausgestaltung der Zahnlücken 22 entlang dem Umfang der Rotationsscheibe 10 ohne eine Verzerrung und mit kontinuierlichen Übergängen der Zahnlücken an den Zahnlückensymmetrieachsen 30 möglich. Die Kontur der Zähne 20 ergibt sich dann aus den Positionen der Zahnlücken 22 und der Kontur der Wirkli- nie der Rotationsscheibe 10.
So wird eine gleichmäßige Pressung eines an die Rotationsscheibe 10 angelegten kraftübertragenden Endloselements an Zähne 20 ermöglicht und eine Ein- und Auslauf des kraftübertragenden Endloselements erfolgt reibungs- und ver- schleißreduziert. Es treten an dem kraftübertragenden Endloselement keine von den Zähnen 20 ausgeübten Kraftspitzen auf. Auf diese Weise wird der Verschleiß des kraftübertragenden Endloselements gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduziert, wodurch längere Serviceintervalle und somit geringere Wartungskosten der Anlagen, in denen die erfindungsgemäße Rotati- onsscheibe Anwendung findet, ermöglicht werden.
Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe wird vorzugsweise in einer Synchronantriebsvorrichtung oder in einem Umschlingungsgethebe eingesetzt. Die Syn- chronantriebsvorrichtung bzw. das Umschlingungsgetriebe ist vorzugsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder in einem Luftfahrzeug ausgebildet. Die erfindungsgemäße Rotationsscheibe ist jedoch auch unabhängig von diesen Anwendungen einsetzbar, bspw. auch in Textil- oder Büromaschinen.
Bezugszeichenliste
10 Rotationsscheibe 12 Rotationsachse
20 Zähne
22 Zahnlücken
30 Zahnlückensymmetrieachsen
110 Rotationsscheibe (Stand der Technik) 112 Rotationsachse (Stand der Technik)
120 Zähne (Stand der Technik)
130 Zahnlückensymmetrieachsen (Stand der Technik)
200 Wirkkurve (Stand der Technik)
220 Zahnlückensymmetrieachse durch Rotationsachse mit zugehöriger Tan- gente (Stand der Technik)
240 Zahnlückensymmetrieachse außerhalb Rotationsachse mit zugehöriger Tangente

Claims

Patentansprüche
1. Rotationsscheibe, die um einen Drehwinkel um eine Rotationsachse (12) rotierbar ist, mit einer Anzahl von an einem Umfang der Rotationsscheibe
(10) angeordneten Zähnen (20) sowie zwischen den Zähnen befindlichen Zahnlücken (22), wobei die Zahnlücken (22) jeweils zu einer Zahnlückensymmetrieachse (30) symmetrisch sind, und einem Rotationsscheibenradius, der funktional von dem Drehwinkel und einem bestimmten mittleren Ra- dius abhängt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zahnlückensymmetrieachsen (30) jeweils im wesentlichen auf den lokalen Krümmungsmittelpunkt des Umfangs der Rotationsscheibe (10) ausgerichtet sind.
2. Rotationsscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Rotationsscheibe (10) im wesentlichen unrund ist.
3. Rotationsscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsscheibenradius durch eine harmonische Entwicklung der folgenden Form ausdrückbar ist:
r(t) = rmmel + ∑ Sr1 cos(n,t + φ, ) ,
wobei hierin ist: rmmei = mittlere Radius, Sr1 = eine Unrundheitsamplitude, H1 = Anzahl der Erhebungen, φι = eine Phasenlage, und t = ein Laufparameter aus einem Intervall von 0 bis 2π.
4. Rotationsscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (30) für eine Evolventenverzahnung ausgebildet sind.
5. Rotationsscheibe nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einer zu der Rotationsscheibe (10) konzentrischen Kreisfläche (14), die von den Zahnlückensymmetrieachsen (30), die nicht durch die Rotationsachse (12) verlaufen, nicht durchkreuzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreis- fläche (14) einen Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 20 mm aufweist.
6. Rotationsscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisfläche (14) einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis etwa 6 mm aufweist.
7. Antriebsvorrichtung, mit mindestens zwei Rotationsscheiben (10) und einem kraftübertragenen Endloselement zum Übertragen einer Kraft zwischen den Rotationsscheiben (10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben (10) eine Rotationsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, die zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet ist.
9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, die zum Einsatz in einem Luftfahrzeug ausgebildet ist.
10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die eine Synchronantriebsvorrichtung ist.
11. Umschlingungsgethebe, mit mindestens zwei Rotationsscheiben (10) und einem kraftübertragenen Endloselement zum Übertragen einer Kraft zwi- sehen den Rotationsscheiben (10), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rotationsscheiben (10) eine Rotationsscheibe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
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