WO2009074150A1 - Untersetzungsgetriebe - Google Patents

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WO2009074150A1
WO2009074150A1 PCT/DE2008/002078 DE2008002078W WO2009074150A1 WO 2009074150 A1 WO2009074150 A1 WO 2009074150A1 DE 2008002078 W DE2008002078 W DE 2008002078W WO 2009074150 A1 WO2009074150 A1 WO 2009074150A1
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WO
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reduction gear
rotary
gear according
rotary body
bearing
Prior art date
Application number
PCT/DE2008/002078
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Strohtmann
Original Assignee
Rolf Strohtmann
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 Rolf Strohtmann filed Critical Rolf Strohtmann
Publication of WO2009074150A1 publication Critical patent/WO2009074150A1/de

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    • 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
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F16H1/321—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear the orbital gear being nutating

Definitions

  • the invention relates to a new reduction gear, can be achieved by the extremely strong speed reductions.
  • this reduction gear includes a rotary body rotatable relative to a bearing body about an axis, and means continuously holding the rotary body and the bearing body together in a rolling area moving around the axis, the rotary body rotating on the bearing body Axis performs a wobbling motion.
  • the rolling region moves around the axis with the rotational speed to be reduced by the gear, the wobbling motion resulting in a large rolling radius for the rotary body, so that a complete rotation of the rolling region causes a rotational angle, depending on the swiveling angle of the tumbling motion of the rotating body around the axis, which is small compared to 360 °.
  • the rotary body comprises a turntable whose one disk surface is opposite a bearing surface of the bearing body, wherein the disk surface is inclined in each case against the bearing surface in accordance with the tumbling motion.
  • the disk is peripherally against the bearing surface, wherein, depending on the angle of inclination, the contact area rotates much faster than the rotating body rotates about the axis.
  • said device can forcibly generate by means of suitable guides the circulation movement required for holding the rotary body and the bearing body together, said device keeps in a preferred embodiment guide form of the invention, the rotary body and the L ⁇ ger emotions against an elastic restoring force together.
  • a flexible shaft connected to the turntable and rotatable about said axis can be provided.
  • the turntable and / or the bearing body is or are elastically deformable. In the latter case, therefore, the wobbling motion corresponds to a circumferentially propagating deformation.
  • said device comprises a rolling and / or sliding element which moves around the axis in accordance with the rolling region, wherein the rolling and / or sliding element is connected to that rotary element whose rotation angle is to be reduced by the reduction gear.
  • the rolling and / or sliding element can engage the turntable or / and the flexible shaft. It is understood that by guiding elements on the rotary body and / or bearing body, the position of the rolling and / or sliding element on said bodies can be fixed.
  • the reduction gear may have an efficiency less than 1 in certain applications, roll in a preferred embodiment of the invention, the rotary body and the bearing body in the Abroll Scheme without slipping against each other.
  • a ring gear can be formed on the disc surface and the bearing surface, wherein the sprockets have different numbers of teeth and engage in the Abroll Scheme.
  • the difference between the numbers of teeth or period lengths must be such that the toothed rings can roll on undisturbed in said area.
  • the rotary body can be rotated relative to the bearing body to the said axis in addition to the rotation by the pure rolling movement in addition.
  • the rotary body is arranged between two L ⁇ gerenian, and there are each formed diametrically opposed Abroll Schemee between the rotary body and the two bearing bodies.
  • the rotary motion to be reduced may be the motion of a rotating rotating magnetic field, i. said device may e.g. be formed by electromagnets which are arranged around the circumference of rotary and bearing element around and continuously switched according to said rotational speed.
  • Fig. 1 parts of a transmission according to the invention in a perspective
  • FIG. 2 shows a side view of the transmission of FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a transmission according to the invention in a side view
  • FIG. 4 shows a third embodiment of a transmission according to the invention in the direction of a transmission rotational axis, Fig. 5-7, the operation of the transmission of Fig. 1 and 2 illustrative
  • Fig. 10 shows a fifth embodiment of a transmission according to the invention in a side view
  • Fig. 11 is a partial view of the embodiment of FIG. 10 similar example, and
  • Fig. 12 and 13 further embodiments of transmission according to the invention.
  • a reduction gear shown in Figs. 1 and 2 comprises a rotary body 1, which comprises a circular disc 2 and a coaxial with the disc 2, connected to the disc 2 shaft 3 comprises. On their wave 3 turned side, the disc 2 has a peripheral edge of the disc ring gear 4, projecting teeth of the disc 2 in the axial direction.
  • the ring gear 4 opposite a bearing body 5 is arranged, which comprises a ring 6, on whose the ring gear 4 facing ring side a ring gear 7 is formed.
  • each having about a hundred teeth sprockets 4 and 7 differ slightly in the number of teeth.
  • the toothed rim 7 has one tooth more than the toothed rim 4.
  • a rotary element 9, shown schematically in FIG. 2 is arranged with an axis of rotation 10.
  • the rotary element 9 may e.g. be directly connected to a drive motor whose speed is to be reduced by the reduction gear.
  • the rotary member 9 is connected to an eccentric to the rotation axis 10 arranged rolling element 1 1, which rests on the side facing away from the ring gear 4 of the disc 2 against the disc 2 at the edge of the disc.
  • the schematically illustrated in the Rg. 1 and 2, about an axis 12 rotatable roller element 1 1 runs on the disc 2 with the relevant rotational speed of the rotary member 9, that is, according to the rotational speed of said drive motor on the disc 2.
  • the rolling element 11 each presses a peripheral portion of the disc 2 under elastic deflection of the shaft 3 continuously against the bearing body 5 forming the ring 6, so that the disc 2 on the fixed bearing body 5 and 6 ring performs a wobbling motion.
  • intermeshing portions 13 and 14 of the sprockets 4 and 7 move around the sprockets 4 and 7 at the same rotational speed.
  • the disc 2 of the rotating body 1 and the bearing body 5 are shown schematically as a straight line.
  • the disc 2 is (corresponding to the flexible shaft 3) pivotable against the axis of rotation 8 of the rotary body 1.
  • the Rotary axis 8, which coincides with the non-bent longitudinal axis of the flexible shaft 3, is perpendicular to a formed by the bearing body 5 bearing surface 16, which is opposite to the bearing surface 16 at an angle a inclined disc surface 17 of the disc 2.
  • the rolling element 1 1 shown in FIG. 5 and 6 as a ball runs on a circular path 18, wherein the disc in a (the sections 13 and 14 corresponding) with the rolling element 1 1 circulating Abroll Scheme 19 (against the restoring force of the flexible shaft ) holds together and provides for a wobbling movement of the disc 2 on the bearing surface 16 of the bearing body 5.
  • FIG. 7 shows in the development the (circular) path 18 of the rolling region 19 on the bearing surface 16 as well as the respective rolling line 20 of the rolling region 19 on the periphery of the disc 2.
  • the disc 2 forms a rolling radius 21, whose size depends on the angle of inclination a and which goes to infinity with decreasing angle of inclination a.
  • a rotation of the rolling element 1 1 about the axis 8 it comes according to the large rolling radius 21 to a rotational angle of the rotating body 1 about the axis 8, which is substantially smaller than 360 °.
  • the rotational speed of the rotating rolling element 11 is greatly reduced.
  • FIG. 3 differs from the preceding embodiment in that a rotating body 1 a not only a wobbling movement relative to a single bearing body 5a but also to another, axially spaced from the bearing body 5a arranged bearing body 5a 'performs.
  • a ring gear 4a of the rotary body 1a engages with a portion 13a in a portion 14a of a ring gear 7a in the bearing body 5a.
  • a second ring gear 4a 1 on the side facing away from the ring gear 4a of the rotary body Ia engages with a portion 13a 1 in a portion 14a 1 of a ring gear 7a 1 of the further bearing body 5a ', wherein the portions 13a' and 14a 'the engagement portions 13a and 14 a diametrically opposite in each phase of the tumbling motion of the rotating body 1 a.
  • T ⁇ umelterrorism provides a rolling element 1 1 ⁇ , which engages in the embodiment shown directly to a connected to the rotary member 1 a flexible shaft 3a.
  • a rolling or sliding element could also be at the periphery or at a distance from it eg under elastic deformation of the rotating body
  • electromagnets 15 are arranged over the circumference of the two bodies.
  • the electromagnets 15 can be continuously turned on to generate a magnetic field circulating with the rotating speed to be reduced, so that the rotating body 1b and the bearing body 5b are continuously contracted in peripheries in the above-described manner by engagement of teeth.
  • the inclination a of the disc 2b can be varied at the Abroll Schemeen 19,19 'against the bearing body 5b and thus the reduction ratio.
  • FIG. 9 shows a condition with a reduced angle of inclination compared to FIG.
  • a double arrow 21 symbolizes a device for decoupling the rotary element 9b from the disk 2b of the rotary body 1b. By this decoupling takes place at the same time a decoupling of the disc 2b from the bearing body 5b. Accordingly, the device 21 together with the rolling elements 1 I b, 1 Ib 'and the disc 2b forms a coupling.
  • Fig. 9a shows the disconnected state.
  • Fig. 10 shows a reduction gear having a rotating body Ic formed by a disk 2c.
  • the disc 2c is inclined to a disc ring 6c. forms, which forms a L ⁇ gerenia 5c, which contacts the rotary body 1 c in a Abroll Scheme 19c.
  • 1 1 contacts the rotation body c of the bearing body 5c in the rolling region 19c with an annular projection 24 on the bearing body 5c side facing away from the rotary C is a disc 25 is arranged that the rotary body Ic in a rolling region 19c 1 touched with a ring projection 26.
  • the disc 25 is connected to a coaxial shaft 27 which forms an output shaft for the transmission and is rotatable about an axis 28 which coincides with the axis 10c.
  • the rotary element 9c forms an input shaft whose rotational speed underpins the transmission.
  • the rotation of the rotary member 9c about the shaft axis 10c causes the rotary body 1c to wobble, in which the rolling portion 9c orbits at the rotational speed of the rotary member 9c. If the bearing body 5c is held, the result of the rolling process is a rotation of the disk 2c relative to the rotary body 1c about the axis 8c, the disk 2c sliding on the end face 22.
  • Decisive for this rotation is the difference of the reduction ratios corresponding to the interaction of the rotating body 1 c with the bearing body 5c on the one hand and the interaction of the rotating body 1 c with the disc 25 on the other hand.
  • Decisive for the overall reduction ratio of the gearbox that is, the quotient of the rotational speeds of the output shaft 27 and the rotary element 9c, is the difference between the ratios R / r and R '/ r'.
  • the rotation could also take place at a fixed speed.
  • the generation of the wobble movement of the disc could be generated by the centrally acting rotary member 9c with the axle pin 23 by a peripherally acting on the respective disc tube shaft, in which a circumferential wall groove is formed, whose orbital plane is inclined to the tube axis ,
  • the bearing body 5c and one of the disc 25 corresponding disc could also be nested coaxially and not provided in annular projections 24 and 26 corresponding projections on both disc sides but only on one side of the disc.
  • FIG. 11 shows a rotary element 9d corresponding to the rotary element 9c, which rotates about the axis 1 OD with the rotational speed to be reduced.
  • a rotary body 1 d formed by a disk ring 2 d is rotatable about an axis 8 d inclined to the axis 1 Od in a groove 29 running around in the rotary element 9d.
  • balls 30 and 31 are provided between the rotary body 1 d and the rotary member 9 d directly in grooves in the rotary body 1 d and the rotary member 9 d.
  • annular rotary member 9e which rotates about an axis 10e at the rotational speed to be reduced.
  • annular rotary member 9e which rotates about an axis 10e at the rotational speed to be reduced.
  • the rollers 32, 33 and 34 are visible.
  • the roller axes of the roller pairs are perpendicular to each other.
  • annular disc 2 e which forms a rotary body 1 e, elastically deformed so that they are diametrically on one side of a disc in each other opposite Abroll Schemeen 19e and 19e 'against a disc-shaped L ⁇ gerenia 5e and on the other sides of the disc in diametrically opposed Abroll Schemeen, of which in Fig. 12, only the Abroll Scheme 34 is visible abuts against a rotatable disc 25e.
  • the disk 25e can be rotated about an axis 28e coinciding with the axis 1e.
  • the disk 25e forms the transmission output, i. the disk 25e rotates about the axis 28e at the reduced rotational speed.
  • the annular disc 2e is in a total of four Abroll Schemeen against the disc 5e and 25e.
  • the number of roll-off areas could be further increased by e.g. from the ring inwards more than four rollers, e.g. six or eight rolls, project.
  • the axes of the pairs of rollers do not need to lie in one and the same plane as in the example shown, but they may be offset from one another in the direction of the axis of rotation 1 Oe.
  • An annular rotary member 9f rotatable about an axis 10f, as shown in Fig. 13, has radially inwardly projecting rollers with diametrically opposed pairs of rollers 35 and 36 formed thereon. Between the rollers of the roller pairs 35 and 36, a disc 37 is arranged, which is rotatable about an axis coincident with the axis 1Of.
  • the annular rotary member 9f rotates at the rotational speed to be reduced.
  • the transmission output forms a shaft 39 connected to the rotary element 1 'with a rotation axis 40 which coincides with the axis 1 Of.
  • Decisive for the reduction ratio of the transmission is the difference between the Generalunter GmbHs interviewedn resulting in the interaction of the two rotary body 1 f and 1 f 'with the disc 37.
  • different partial transmission ratios can be achieved in that the rotary body 1 f and 1 f 'are curved in different ways and / or said teeth have different numbers of teeth.
  • the transmission of Fig. 12 could be used as a "superposition gear" in which the disc 5e or the disc 25e is rotated in addition to the rotary member 9e
  • the rotational speed occurring on the disc 5e then depends on the difference between the rotational speeds of the rotary element 9e and the rotational speed of the respective disc being rotated
  • the rotary body 1f could be rotated in addition to the rotary element 9f from the difference of the rotational speed of the rotary member 9f and the rotary body 1f.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Untersetzungsgetriebe mit einem Drehkörper (1), der relativ zu einem Lagerkörper (5) um eine Achse (8) drehbar ist, und mit einer Einrichtung, die den Drehkörper (1) um den Lagerkörper (5) fortlaufend in einem sich um die Achse (8) herum bewegenden Abrollbereich (13, 14) zusammenhält, wobei der Drehkörper (1) auf dem Lagerkörper (5) unter Drehung um die Achse (8) eine Taumelbewegung ausführt.

Description

Beschreibung:
Rolf Strothmαnn, D-66123 Saarbrücken (Deutschland)
„Untersetzungsgetriebe"
Die Erfindung betrifft ein neues Untersetzungsgetriebes, durch das sich außerordentlich starke Drehzahlreduktionen erreichen lassen.
Erfindungsgemäß umfasst dieses Untersetzungsgetriebe einen Drehkörper, der relativ zu einem Lagerkörper um eine Achse drehbar ist, und eine Einrichtung, die den Drehkörper und den Lagerkörper fortlaufend in einem sich um die Achse herum bewegenden Abrollbereich zusammenhält, wobei der Drehkörper auf dem Lagerkörper unter Drehung um die Achse eine Taumelbewegung ausführt.
Erfindungsgemäß bewegt sich der Abrollbereich mit der durch das Getriebe zu reduzierenden Drehgeschwindigkeit um die genannte Achse herum, wobei sich durch die Taumelbewegung ein großer Abrollradius für den Drehkörper ergibt, so dass bei einem vollständigen Umlauf des Abrollbereichs sich je nach Schwenk- winket der Taumelbewegung ein Drehwinkel des Drehkörpers um die Achse ergibt, der klein gegen 360° ist. Je kleiner der Schwenkwinkel der Taumelbewegung ist, um so stärker ist die Untersetzung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Drehkörper eine Drehscheibe, deren eine Scheibenfläche einer Lagerfläche des Lagerkörpers gegenüberliegt, wobei die Scheibenfläche jeweils gegen die Lagerfläche entsprechend der Taumelbewegung geneigt ist. Die Scheibe liegt peripher gegen die Lagerfläche an, wobei, je nach Neigungswinkel, der Anlagebereich wesentlich schneller umläuft, als sich der Drehkörper um die Achse dreht.
Während die genannte Einrichtung durch geeignete Führungen zwangsweise die zum Zusammenhalten des Drehkörpers und Lagerkörpers erforderliche Umlaufbewegung erzeugen kann, hält die genannte Einrichtung in einer bevorzugten Aus- führungsform der Erfindung den Drehkörper und den Lαgerkörper gegen eine elastische Rückstellkraft zusammen.
Zur Erzeugung dieser elastischen Rückstellkraft kann eine mit der Drehscheibe ver- bundene und um die genannte Achse drehbare biegsame Welle vorgesehen sein. Alternativ ist bzw. sind die Drehscheibe oder/und der Lagerkörper elastisch verformbar. Der Taumelbewegung entspricht im letzteren Fall also eine sich umlaufend fortpflanzende Verformung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die genannte Einrichtung ein sich entsprechend dem Abrollbereich um die Achse bewegendes Roll- oder/und Gleitelement, wobei das Roll- oder/und Gleitelement mit demjenigen Drehelement verbunden ist, dessen Drehwinkel durch das Untersetzungsgetriebe reduziert werden soll.
Das Roll- oder/und Gleitelement kann an der Drehscheibe oder/und der biegsamen Welle angreifen. Es versteht sich, dass durch Führungselemente an dem Drehkörper oder/und Lagerkörper die Position des Roll- und/oder Gleitelements an den genannten Körpern festlegbar ist.
Während das Untersetzungsgetriebe in bestimmten Anwendungsfällen einen Wirkungsgrad kleiner als 1 aufweisen kann, rollen in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Drehkörper und der Lagerkörper in dem Abrollbereich schlupffrei gegeneinander ab.
Insbesondere kann auf der Scheibenfläche und der Lagerfläche jeweils ein Zahnkranz gebildet sein, wobei die Zahnkränze unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und in dem Abrollbereich ineinander greifen. Der Unterschied zwischen den Zähnezahlen bzw. Periodenlängen muss so beschaffen sein, dass die Zahn- kränze ungestört in dem genannten Bereich aufeinander abrollen können. Bei geeigneter Gestaltung der Zahnkränze kann ein absolut schlupffreies Abrollen gewährleistet sein.
Andererseits kann durch die bei gleicher Umfangslänge und der Zahnkränze unter- schiedlichen Zähnezahlen gegenüber dem reinen Abrollvorgang ein gewisser Schlupf erzwungen werden. Indem die Zahnflanken aufeinander gleiten, lässt sich der Drehkörper relativ zu dem Lagerkörper um die genannte Achse abweichend von der Drehung durch die reine Abrollbewegung zusätzlich verdrehen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Drehkörper zwischen zwei Lαgerkörpern angeordnet, und es sind jeweils diametral einander gegenüberliegende Abrollbereiche zwischen dem Drehkörper und den beiden Lagerkörpern gebildet. Vorteilhaft werden durch Anlage des Drehkörpers gegen die beiden Lagerkörper das Getriebe einseitig belastende Scherkräfte vermieden.
Bei der zu reduzierenden Drehbewegung kann es sich um die Bewegung eines umlaufenden magnetischen Drehfeldes handeln, d.h. die genannte Einrichtung kann z.B. durch Elektromagnete gebildet sein, die um den Umfang von Dreh- und Lagerelement herum angeordnet und entsprechend der genannten Umlaufgeschwindigkeit fortlaufend einschaltbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beilie- genden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Teile eines Getriebes nach der Erfindung in einer perspektivischen
Darstellung, Fig. 2 eine Seitenansicht des Getriebes von Fig. 1 ,
Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Getriebe nach der Erfindung in einer Seitenansicht,
Fig.4 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Getriebe nach der Erfindung in Richtung einer Getriebedrehachse gesehen, Fig. 5 - 7 die Funktionsweise des Getriebes von Fig. 1 und 2 erläuternde
Darstellungen,
Fig.8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für Getriebe nach der Erfindung in einer Seitenansicht,
Fig.9 verschiedene Betriebsstellungen des Getriebes von Fig.8, und Fig. 10 ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein Getriebe nach der Erfindung in einer Seitenansicht,
Fig. 11 eine Teildarstellung eines dem Ausführungsbeispiels von Fig. 10 ähnlichen Beispiels, und
Fig. 12 und 13 weitere Ausführungsbeispiele für Getriebe nach der Erfindung.
Ein in den Fig. 1 und 2 gezeigtes Untersetzungsgetriebe weist einen Drehkörper 1 auf, der eine kreisrunde Scheibe 2 und eine koaxial zu der Scheibe 2 angeordnete, mit der Scheibe 2 verbundene Welle 3 umfasst. Auf ihrer der Welle 3 zuge- wandten Seite weist die Scheibe 2 einen am Scheibenrand umlaufenden Zahnkranz 4 auf, dessen Zähne von der Scheibe 2 in axialer Richtung vorstehen.
Dem Zahnkranz 4 gegenüberliegend ist ein Lagerkörper 5 angeordnet, der einen Ring 6 umfasst, auf dessen dem Zahnkranz 4 zugewandten Ringseite ein Zahnkranz 7 gebildet ist.
Die jeweils etwa hundert Zähne aufweisenden Zahnkränze 4 und 7 unterscheiden sich geringfügig in der Zähnezahl. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Zahnkranz 7 einen Zahn mehr als der Zahnkranz 4 auf.
Koaxial zur Drehachse 8 der Welle 3 ist ein in Fig. 2 schematisch dargestelltes Drehelement 9 mit einer Drehachse 10 angeordnet. Das Drehelement 9 kann z.B. unmittelbar mit einem Antriebsmotor, dessen Drehzahl durch das Untersetzungsgetriebe reduziert werden soll, verbunden sein.
Das Drehelement 9 ist mit einem exzentrisch zu der Drehachse 10 angeordneten Rollelement 1 1 verbunden, welches auf der dem Zahnkranz 4 abgewandten Seite der Scheibe 2 gegen die Scheibe 2 an deren Scheibenrand anliegt. Das in den Rg. 1 und 2 schematisch dargestellte, um eine Achse 12 drehbare Rolleelement 1 1 läuft auf der Scheibe 2 mit der betreffenden Drehgeschwindigkeit des Drehelements 9, also entsprechend der Drehzahl des genannten Antriebsmotors, auf der Scheibe 2 um. Dabei drückt das Rollelement 11 jeweils einen peripheren Bereich der Scheibe 2 unter elastischer Verbiegung der Welle 3 fortlaufend gegen den den Lagerkörper 5 bildenden Ring 6, so dass die Scheibe 2 auf dem feststehenden Lagerkörper 5 bzw. Ring 6 eine Taumelbewegung ausführt. Entsprechend dem umlaufenden Rollelement 11 bewegen sich mit der gleichen Drehgeschwindigkeit ineinander greifende Abschnitte 13 und 14 der Zahnkränze 4 und 7 um die Zahnkränze 4 und 7 herum.
Während eines Umlaufs des Rollelements 1 1 kommt es zu einer vergleichsweise geringfügigen Verdrehung der Welle 3 um ihre Achse 8. Wie nachfolgend anhand der Fig.5 bis 7 erläutert wird, lässt sich eine außerordentlich starke Reduzierung der Drehzahl des Drehelements 9 bzw. Antriebsmotors erreichen.
In den Fig.5 und 6 sind die Scheibe 2 des Drehkörpers 1 und der Lagerkörper 5 schematisiert als Geraden dargestellt. Die Scheibe 2 ist (entsprechend der biegsamen Welle 3) gegen die Drehachse 8 des Drehkörpers 1 verschwenkbar. Die Drehachse 8, die mit der nicht abgebogenen Längsachse der biegsamen Welle 3 zusammenfällt, steht senkrecht auf einer durch den Lagerkörper 5 gebildeten Lagerfläche 16, welche einer zu der Lagerfläche 16 im Winkel a geneigten Scheibenfläche 17 der Scheibe 2 gegenüberliegt.
Das in Fig. 5 und 6 als Kugel dargestellte Rollelement 1 1 läuft auf einer Kreisbahn 18 um, wobei es die Scheibe in einem (den Abschnitten 13 und 14 entsprechenden) mit dem Rollelement 1 1 umlaufenden Abrollbereich 19 (gegen die Rückstellkraft der biegsamen Welle 3) zusammenhält und für eine Taumelbewegung der Scheibe 2 auf der Lagerfläche 16 des Lagerkörpers 5 sorgt.
Rg. 7 zeigt in der Abwicklung die (kreisförmige) Bahn 18 des Abrollbereichs 19 auf der Lagerfläche 16 sowie die jeweilige Abrolllinie 20 des Abrollbereichs 19 an der Peripherie der Scheibe 2. Wie zu erkennen ist, bildet die Scheibe 2 einen Abroll- radius 21 , dessen Größe vom Neigungswinkel a abhängt und der mit abnehmendem Neigungswinkel a gegen unendlich geht. Bei einem Umlauf des Rollelements 1 1 um die Achse 8 kommt es entsprechend dem großen Abrollradius 21 zu einem Drehwinkel des Drehkörpers 1 um die Achse 8, der wesentlich kleiner als 360° ist. So wird die Drehgeschwindigkeit des umlaufenden Rollelements 11 stark untersetzt.
Bei den folgenden Ausführungsbeispielen sind gleiche oder gleichwirkende Teile jeweils mit der selben Bezugszahl wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel bezeichnet, wobei der betreffenden Bezugszahl der Buchstabe a, b usw. beigefügt ist.
Das Ausführungsbeispiel von Fig.3 unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Drehkörper 1 a nicht nur eine Taumelbewegung relativ zu einem einzigen Lagerkörper 5a sondern auch zu einem weiteren, axial im Abstand zu dem Lagerkörper 5a angeordneten Lagerkörper 5a' ausführt.
Ein Zahnkranz 4a des Drehkörpers 1 a greift mit einem Abschnitt 13a in einen Abschnitt 14a eines Zahnkranzes 7a in dem Lagerkörper 5a ein. Ein zweiter, Zahnkranz 4a1 auf der dem Zahnkranz 4a abgewandten Seite des Drehkörpers Ia greift mit einem Abschnitt 13a1 in einen Abschnitt 14a1 eines Zahnkranzes 7a1 des weiteren Lagerkörpers 5a' ein, wobei die Abschnitte 13a' und 14a' den Eingriffsabschnitten 13a und 14a in jeder Phase der Taumelbewegung des Drehkörpers 1 a diametral gegenüberliegen. Für die Tαumelbewegung sorgt ein Rollelement 1 1 α, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar an einer mit dem Drehelement 1 a verbundenen biegsamen Welle 3a angreift. Ein Roll- oder Gleitelement könnte auch an der Peri- pherie oder im Abstand davon z.B. unter elastischer Verformung des Drehkörpers
I a angreifen. Vorteilhaft werden bei dem Ausführungsbeispiel von Rg.3 den Drehkörper 1 a einseitig belastende Scherkräfte vermieden.
Bei einem in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiel für ein Untersetzungsgetriebe mit einem Drehkörper 1 b und einem Lagerkörper 5b sind über den Umfang der beiden Körper verteilt Elektromagnete 15 angeordnet. Die Elektromagnete 15 lassen sich fortlaufend unter Erzeugung eines mit der zu reduzierenden Drehgeschwindigkeit umlaufenden Magnetfeldes einschalten, so dass der Drehkörper 1 b und der Lagerkörper 5b in der vorangehend beschriebenen Weise in Peripherie- bereichen fortlaufend unter Eingriff von Zahnungen zusammengezogen werden.
Bei einem in Fig.8 gezeigten Getriebe greifen an einer Scheibe 2b eines Drehkörpers 1 b zwei mit einem Drehelement 9b verbundene Rollenelemente 11 b und
I 1 b' an, wobei die Scheibe 2b unter Bildung zweier Abrollbereiche 19b und 19b1 verformt wird. Abweichend von dem gezeigten Beispiel könnte noch wenigstens ein weiterer Abrollbereich gebildet sein, so dass z.B. drei Abrollbereiche im Winkelabstand von 120° zueinander angeordnet sind.
Doppelpfeile 20 und 20' deuten Einrichtungen zur axialen Verschiebung eines scheibenförmigen Lagerkörpers 5b an. Durch axiale Verschiebung des Lagerkörpers 5b lässt sich die Neigung a der Scheibe 2b an den Abrollbereichen 19,19' gegen den Lagerkörper 5b und damit das Untersetzungsverhältnis variieren. Fig.9 zeigt einen Zustand mit gegenüber Fig.8 verringertem Neigungswinkel.
Ein Doppelpfeil 21 symbolisiert eine Einrichtung zur Abkopplung des Drehelements 9b von der Scheibe 2b des Drehkörpers 1 b. Durch diese Abkopplung erfolgt gleichzeitig eine Abkopplung der Scheibe 2b vom Lagerkörper 5b. Entsprechend bildet die Einrichtung 21 zusammen mit den Rollelementen 1 I b, 1 Ib' und der Scheibe 2b eine Kupplung. Fig.9a zeigt den abgekoppelten Zustand.
Fig. 10 zeigt ein Untersetzungsgetriebe mit einem durch eine Scheibe 2c gebildeten Drehkörper Ic. Die Scheibe 2c ist geneigt zu einem Scheibenring 6c ausge- bildet, welcher einen Lαgerkörper 5c bildet, den der Drehkörper 1 c in einem Abrollbereich 19c berührt.
Ein um eine Achse 1 Oc mit der zu untersetzenden Drehgeschwindigkeit drehbares Drehelement 9c, das den Scheibenring 6c durchsetzt, weist eine zur Drehachse 10c geneigte Stirnfläche 22 auf, gegen welche die Scheibe 2c anliegt. Von der Stirnfläche 22 steht ein die Scheibe 2c durchsetzender Achszapfen 23 vor, auf dem die Scheibe 2c um eine zur Drehachse 1 Oc geneigte Drehachse 8c relativ zu dem Drehelement 9c drehbar ist.
Wie Fig. 10 erkennen lässt, berührt der Drehkörper 1 c den Lagerkörper 5c in dem Abrollbereich 19c mit einem Ringvorsprung 24. Auf der dem Lagerkörper 5c abgewandten Seite des Drehkörpers 1 c ist eine Scheibe 25 angeordnet, die der Drehkörper Ic in einem Abrollbereich 19c1 mit einem Ringvorsprung 26 berührt.
Die Scheibe 25 ist verbunden mit einer koaxialen Welle 27, die eine Ausgangswelle für das Getriebe bildet und um eine Achse 28 drehbar ist, die mit der Achse 10c zusammenfällt.
Das Drehelement 9c bildet eine Eingangswelle, deren Drehgeschwindigkeit das Getriebe untersetzt.
Die Drehung des Drehelements 9c um die Wellenachse 10c versetzt den Drehkörper 1 c in eine Taumelbewegung, bei welcher der Abrollbereich 9c mit der Dreh- geschwindigkeit des Drehelements 9c umläuft. Wird der Lagerkörper 5c festgehalten, so ergibt sich durch den Abrollvorgang eine Drehung der Scheibe 2c relativ zu dem Drehkörper 1 c um die Achse 8c, wobei die Scheibe 2c auf der Stirnfläche 22 gleitet.
Indem die Verhältnisse der Radien R/r und RVr' für die Ringvorsprünge 24 und 26 unterschiedlich sind, führt die Taumelbewegung des Drehkörpers 1 c, der die Scheibe 25 in dem Abrollbereich 19c' berührt, zu einer Drehung der Scheibe 25 und damit einer Drehung der Ausgangswelle 27.
Maßgebend für diese Drehung ist die Differenz der Untersetzungsverhältnisse, die dem Zusammenwirken des Drehkörpers 1 c mit dem Lagerkörper 5c einerseits und dem Zusammenwirken des Drehkörpers 1 c mit der Scheibe 25 andererseits entsprechen. Maßgebend für das Gesamtuntersetzungsverhältnis des Getriebes, also der Quotient aus den Drehzahlen der Ausgangswelle 27 und des Drehelements 9c, ist die Differenz zwischen den Verhältnissen R/r und R'/r'.
Wird anstelle des Lagerkörpers 5c die Scheibe 25 festgehalten und der Lager- körper 5c mit einer Ausgangswelle verbunden, so lässt sich eine Drehung mit entsprechend geändertem Gesamtuntersetzungsverhältnis übertragen.
Statt die Scheibe 25 (oder den Lagerkörper 5c) festzuhalten, könnte auch die Drehung mit einer festen Drehzahl erfolgen.
Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel könnte die Erzeugung der Taumelbewegung der Scheibe statt durch das zentral angreifende Drehelement 9c mit dem Achszapfen 23 auch durch eine peripher an der betreffenden Scheibe angreifende Rohrwelle erzeugt werden, in der eine umlaufende Wandrille gebildet ist, deren Umlaufebene zur Rohrachse geneigt ist.
Der Lagerkörper 5c und eine der Scheibe 25 entsprechende Scheibe könnten auch koaxial ineinander geschachtelt und in Ringvorsprüngen 24 und 26 entsprechende Vorsprünge nicht auf beiden Scheibenseiten sondern nur auf einer Scheibenseite vorgesehen sein.
Fig. 1 1 zeigt ein dem Drehelement 9c entsprechendes Drehelement 9d, das sich mit der zu untersetzenden Drehgeschwindigkeit um eine Achse 1 Od dreht. Ein durch einen Scheibenring 2d gebildeter Drehkörper 1 d ist in einer in dem Dreh- element 9d umlaufenden Nut 29 um eine zu der Achse 1 Od geneigte Achse 8d drehbar. Zur Lagerung des Drehkörpers 1 d in der Nut 29 sind zwischen dem Drehkörper 1 d und dem Drehelement 9d unmittelbar in Rillen in dem Drehkörper 1 d und dem Drehelement 9d laufende Kugeln 30 und 31 vorgesehen.
Im Folgenden wird auf Fig. 12 Bezug genommen, wo ein ringförmiges Drehelement 9e gezeigt ist, das sich mit der zu untersetzenden Drehgeschwindigkeit um eine Achse 10e dreht. Von dem ringförmigen Drehelement 9e stehen nach innen vier, jeweils paarweise diametral einander gegenüberliegende Rollen vor, von denen in.Fig. 12 die Rollen 32,33 und 34 sichtbar sind. Die Rollenachsen der Rollenpaare stehen zueinander senkrecht.
Durch die vier Rollen wird eine Ringscheibe 2e, die einen Drehkörper 1 e bildet, elastisch verformt, so dass sie auf einer Scheibenseite in einander diametral gegenüberliegenden Abrollbereichen 19e und 19e' gegen einen scheibenförmigen Lαgerkörper 5e und auf der anderen Scheibenseiten in einander diametral gegenüberliegenden Abrollbereichen, von denen in Fig. 12 nur der Abrollbereich 34 sichtbar ist, gegen eine drehbare Scheibe 25e anliegt. Die Scheibe 25e lässt sich um eine mit der Achse 1 Oe zusammenfallende Achse 28e drehen.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel bildet die Scheibe 25e den Getriebeausgang, d.h. die Scheibe 25e dreht sich mit der untersetzten Drehgeschwindigkeit um die Achse 28e.
Maßgebend für das Untersetzungsverhältnis des Getriebes ist wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 10 die Differenz der Untersetzungsverhältnisse, die sich aus dem Zusammenwirken des Drehkörpers 1 e mit dem Lagerkörper 5e einerseits und dem Zusammenwirken des Drehkörpers 1 e mit der Scheibe 25e andererseits erge- ben. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel lassen sich solche unterschiedlichen Teilübersetzungsverhältnisse z.B. dadurch bewirken, dass durch die paarweise einander diametral gegenüberliegenden Rollen unterschiedliche Krümmungen der Ringscheibe 2e erzeugt werden ggf. durch unterschiedliche Rollenradien. In einer alternativen Ausführungsform können sowohl an der Ringscheibe 2e beidseitig als auch an den Scheiben 5e und 25e axiale Zahnungen vorgesehen sein, wobei unterschiedliche Teiluntersetzungsverhältnisse durch unterschiedliche Zähnezahlen bewirkt werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Ringscheibe 2e in insgesamt vier Abrollbereichen gegen die Scheibe 5e bzw. 25e an. Die Zahl der Abrollbereiche könnte weiter erhöht werden, indem z.B. von dem Ring nach innen mehr als vier Rollen, z.B. sechs oder acht Rollen, vorstehen.
Die Achsen der Rollenpaare brauchen nicht wie im gezeigten Beispiel in ein und derselben Ebene zu liegen sondern sie können in Richtung der Drehachse 1 Oe zueinander versetzt sein.
Ein ringförmiges, um eine Achse 10f drehbares Drehelement 9f, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, weist radial nach innen vorstehende Rollen auf, wobei einander diametral gegenüberliegende Rollenpaare 35 und 36 gebildet sind. Zwischen den Rollen der Rollenpaare 35 und 36 ist eine Scheibe 37 angeordnet, die um eine mit der Achse 1Of zusammenfallende Achse drehbar ist. Durch die Rollenpaare 35,36 werden ein erster scheibenförmiger Drehkörper 1 f und ein zweiter scheibenförmi- ger Drehkörper 1 f ' elastisch verformt und jeweils in einander diametral gegenüberliegenden Abrollbereichen 19f und 19f ' bzw.38 und 38' gegen die Scheibe 37 gedrückt.
An den Scheiben If, If* und beidseitig an der Scheibe 37 können in den jeweiligen Abrollbereichen ineinander greifende Zahnungen gebildet sein.
Das ringförmige Drehelement 9f dreht sich mit der zu untersetzenden Drehgeschwindigkeit. Den Getriebeausgang bildet eine mit dem Drehelement 1 f ' ver- bundene Welle 39 mit einer Drehachse 40, die mit der Achse 1 Of zusammenfällt. Maßgebend für das Untersetzungsverhältnis des Getriebes ist die Differenz zwischen den Teiluntersetzungsverhältnissen, die sich im Zusammenwirken der beiden Drehkörper 1 f und 1 f ' mit der Scheibe 37 ergeben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können unterschiedliche Teilübersetzungsverhältnisse dadurch erreicht werden, dass die Drehkörper 1 f und 1 f ' in unterschiedlicher Weise gekrümmt werden oder/und die genannten Zahnungen unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.
Wie das in Fig. 10 gezeigte Untersetzungstriebe könnte auch das Getriebe gemäß Fig. 12 als „Überlagerungsgetriebe" eingesetzt werden, bei dem zusätzlich zu dem Drehelement 9e die Scheibe 5e oder die Scheibe 25e gedreht wird. Die am Getriebeausgang, d.h. der Scheibe 25e oder der Scheibe 5e auftretende Drehzahl hängt dann von der Differenz der Drehzahlen des Drehelements 9e und der Drehzahl der betreffenden mitgedrehten Scheibe ab. Bei dem Ausführungsbei- spiel von Fig. 13 ließe sich zusätzlich zu dem Drehelement 9f der Drehkörper 1 f drehen. Die Drehzahl am Getriebeausgang hängt von der Differenz der Drehzahl des Drehelements 9f und des Drehkörpers 1 f ab.
Das „Taumelgetriebe", bei dem eine Scheibe zwischen zwei Scheiben taumelt, könnte auch so realisiert werden, dass der Abrollvorgang im Inneren von „Töpfen" oder Ringen stattfindet. Dies setzt voraus, dass die Radien ineinander passen, d.h. der kleinere Radius im größeren abrollen kann. Diese Bedingung lässt sich immer herstellen. Die Radiusrelationen müssen natürlich auch bei einer Verzahnung berücksichtigt werden. Diese Ausführungsform ähnelt dem sog. Harmoniedrive, wobei allerdings das Problem der Verformung, das hohe Anforderungen an das Material stellt, vermieden wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Untersetzungsgetriebe mit einem Drehkörper ( 1 ), der relativ zu einem Lagerkörper (5) um eine Achse (8) drehbar ist, und mit einer Einrich- tung, die den Drehkörper (1 ) und den Lagerkörper (5) fortlaufend in einem sich um die Achse (8) herum bewegenden Abrollbereich (19) zusammenhält, wobei der Drehkörper (1 ) oder ein Teil des Drehkörpers auf dem Lagerkörper (5) unter Drehung um die Achse (8) eine Taumelbewegung ausführt.
2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (1 ) eine Drehscheibe (2) umfasst, deren eine Scheibenfläche (17) einer Lagerfläche (16) des Lagerkörpers (5) gegenüberliegt, wobei die Scheibenfläche (17) gegen die Lagerfläche (16) geneigt ist und peripher in dem umlaufenden Abrollbereich (19) gegen die Lagerfläche (16) anliegt.
3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung den Drehkörper (1 ) und den Lagerkörper (5) gegen eine elastische Rückstellkraft zusammenhält.
4. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elastischen Rückstellkraft eine mit der Drehscheibe (2) verbundene und um die Achse (8) drehbare biegsame Welle (3) vorgesehen oder/und die Drehscheibe (2) oder/und der Lagerkörper (5) elastisch verformbar ist bzw. sind.
5. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch verformbare Drehscheibe (Ib) in mehreren Abrollbereichen (19b, 19b') gegen die Lagerfläche anliegt.
6. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung ein entsprechend dem Abrollbereich { 19) um die Achse (8) bewegbares Roll- oder/und Gleitelement (1 1 ) umfasst, wobei das Roll- oder/und Gleitelement (1 1 ) mit demjenigen Drehelement (9) verbunden ist, dessen Drehwinkel durch das Untersetzungsgetriebe reduziert werden soll.
7. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Roll- oder/und Gleitelement (1 1 ) an der Drehscheibe (2) oder/und der biegsamen Welle (3) angreift.
8. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (1 ) und der Lagerkörper (5) in dem Abrollbereich (9) schlupffrei gegeneinander abrollen.
9. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Scheibenfläche (17) und der Lagerfläche (16) jeweils ein Zahnkranz (4,7) gebildet ist, wobei die Zahnkränze (4,7) unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen und in dem Abrollbereich (19) inein- ander greifen.
10. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne der Zahnkränze (4,7) mit ihren Flanken aufeinander gleiten.
1 1. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet. dass der Drehkörper (I a) zwischen zwei Lagerkörpern (5a,5a') angeordnet und jeweils diametral einander gegenüberliegende Abrollbereiche (13a, 14a; 13a', 14a') zwischen dem Drehkörper (Ia) und den beiden Lagerkörpern (5a,5a') gebildet sind.
12. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (1 b) und der Lagerkörper (5b) durch ein mit der zu reduzierenden Drehgeschwindigkeit umlaufendes Magnetfeld zusammengehalten werden.
13. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen (21 ) zur Ab- und Ankopplung des Drehelements (9) von dem übrigen Getriebe vorgesehen sind.
14. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen zur Variation des Untersetzungsverhältnisses vorgesehen sind.
15. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung, die den Drehkörper (I c) und den Lagerkörper (5c) fortlaufend in einem um die Achse herum bewegbaren Abrollbereich (19c) zusammenhält, den Drehkörper (I c) ferner mit wenigstens einem mit einer Getriebeausgangswelle (27) verbundenen Drehelement (25) in einem solchen Abrollbereich (19c1) zusammenhält.
16. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (1 e) elastisch verformbar ist und die Einrichtung, die den Drehkörper (I e) und den Lagerkörper (5e) fortlaufend in einem um die Achse herum bewegbaren Abrollbereich zusammenhält, den Drehköper (Ie) mit dem Lagerkörper (5e) in wenigstens zwei Abrollbereichen (19e,19e') auf einer Seite des Drehkörpers (I e) und den Drehkörper (1 e) auf dessen anderer Seite in wenigstens zwei Abrollbereichen (34) mit einem scheibenförmigen Drehelement (25e) zusammenhält.
17. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (I e) eine Ringscheibe (2e) umfasst.
18. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens vier, den Drehkörper (1 e) gegen den Lagerkörper (5e) bzw. das Drehelement (25e) drückende Rollen (32- 34) umfasst.
19. Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei elastisch verformbare Drehkörper (IMf) vorgesehen sind, und die Einrichtung die Drehkörper (IMf) auf verschiedenen Seiten in jeweils wenigstens zwei Abrollbereichen (19f,19f ;38,38') gegen ein zwischen den Drehkörpern (IMf) angeordnetes scheibenförmiges
Drehelement (37) drückt und wenigstens einer der Drehkörper (If) mit einem Getriebeausgangselement (39) verbunden ist.
20. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollbereiche (19f,l 9f ) auf der einen Seite den Abrollbereichen (38,38') auf der anderen Seite des Drehelements (37) gegenüberliegen.
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