WO2012146579A1 - Getriebe zum umsetzen von drehbewegungen, getrieberad für ein solches getriebe und verwendung eines solchen getriebes - Google Patents

Getriebe zum umsetzen von drehbewegungen, getrieberad für ein solches getriebe und verwendung eines solchen getriebes Download PDF

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WO2012146579A1
WO2012146579A1 PCT/EP2012/057465 EP2012057465W WO2012146579A1 WO 2012146579 A1 WO2012146579 A1 WO 2012146579A1 EP 2012057465 W EP2012057465 W EP 2012057465W WO 2012146579 A1 WO2012146579 A1 WO 2012146579A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transmission
gear
shaft
shafts
rotatably mounted
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/057465
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Mathis
Original Assignee
Sinell Ag
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 Sinell Ag filed Critical Sinell Ag
Publication of WO2012146579A1 publication Critical patent/WO2012146579A1/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
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
    • F16H1/12—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes
    • F16H1/16—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel
    • F16H1/166—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with non-parallel axes comprising worm and worm-wheel with members rotating around axes on the worm or worm-wheel

Definitions

  • the present invention relates to a transmission for
  • Speed of the drive shaft converted into a higher or lower speed of the output shaft is usually accompanied by a corresponding implementation of a force or torque.
  • DE 3307405 AI describes such a worm gear with a worm and a worm wheel, at the edge of a plurality of rotatably mounted, designated as rolling elements wheels are arranged. These wheels engage in one
  • the wheels act friction reducing and that due to the large contact surface of the wheels, a correspondingly low surface pressure occurs, so that by means of the wheels large forces can be implemented.
  • the construction is relatively complex.
  • the object of the present invention is to provide an improved transmission for the uniform transfer of
  • helical groove and a gear including a plurality of individually rotatably mounted about a rotational axis shafts.
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that at least one of the rotatably mounted shafts engages in the helical groove of the transmission shaft to implement rotational movements between the transmission shaft and the gear.
  • the rotatably mounted shafts are mounted on one side in the gear, so that their free ends serve the intervention in the helical groove extending.
  • the rotatably mounted shafts act as form-fitting elements, so that these both for the implementation of
  • Rotational movements and forces are suitable. In this sense, in the following under an implementation of rotational movements always a possible implementation of forces with or without corresponding rotational movement to understand, for example, a use of the transmission as a barrier.
  • the implementation of the rotational movement can take place in the direction from the transmission shaft to the gear. It is the
  • the waves are arranged at regular intervals along the edge of the gear, so that there is a symmetrical distribution of the gear.
  • a symmetrical division is given directly by the number of regularly arranged waves.
  • the division characterizes the design of the transmission and thus the implementation of the rotational movements, in particular their under or transmission ratio.
  • This division is typically matched to the design of the transmission shaft, in particular on the helical groove extending. In a similar way, the
  • Gear wheels are tuned or the transmission shaft and the gear are tuned together.
  • the one-sided mounting of the shaft means that the shaft is basically subdivided into a first section and a second section adjoining it axially with respect to the axis of rotation, wherein the first section serves to rotatably support the shaft and the second section forms a free end which adjoins another Components, in this case to the groove of the transmission shaft, can be coupled.
  • the first section regarding the
  • Rotary axis divided into two parts, wherein the first part is adjacent to the free end of the shaft and the radial bearing of the shaft is used and the second part is arranged opposite the free end of the shaft and the axial support of the shaft.
  • first portion or its first part by means of spherical caps, in particular two
  • Edge pressures at the shaft and / or at the gear wheel are reduced or eliminated.
  • the unilaterally mounted shafts have the advantage over the known from the prior art wheels that no wheel-shaped configuration on the shaft for engaging in the groove of the transmission shaft is needed. Therefore, these waves can be built very compact and robust.
  • the diameter of the first portion of the shaft may be equal to or even greater than the diameter of the free end.
  • helical is to be understood as a substantially helically wound structure on which the surface of a rotationally symmetrical body is based, for example a rotational hyperboloid, a globoid or, as a special case, a cylinder. It is under a helical groove and a
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that upon engagement, the free ends of the shafts extend at least partially on a flank of the helical Unroll the groove. This rolling allows a conversion of the rotational movements by means of low-friction rolling processes.
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that when engaging the free end of a first of the waves at least partially rolls on a first edge of the groove and the free end of a second of the waves at least partially on one, the first edge unrolled opposite second edge of the groove.
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that the axes of rotation of the shafts are aligned at the apex of the engagement substantially perpendicular to the axis of rotation of the transmission shaft. This avoids incorrect angles and resulting friction losses.
  • the groove of the gear shaft is designed such that it is tuned to the geometric rolling characteristics of the waves in the groove.
  • the angle between the axis of rotation of the shaft and the axis of rotation changes the transmission shaft continuously.
  • the axial pitch and / or the pitch may change depending on the distance from the vertex. For example, the pitch of the helical groove decreases in a globoid from
  • the tuning relating to this rolling characteristic can be achieved on the one hand by choosing a suitable radial pitch of the gear, e.g. be achieved by a corresponding geometric arrangement of the waves, and / or by selecting a suitable axial pitch of the transmission shaft. With this vote, a substantial compensation of the changing angles is achieved, so that from these angle changes
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that the axes of rotation of the shafts are aligned at the apex of the engagement substantially perpendicular to the surface of the gear.
  • the rotatably mounted shafts are arranged so that they are separated from each other in the axial direction of the
  • Gear arranged spaced apart form groups Gear arranged spaced apart form groups.
  • Waves in a group and on the other hand from the Space of the spaced groups Due to the larger available space optimal adaptation of the storage of the individual waves, in particular their arrangement and / or structure, to the required design and / or the intended performance of the transmission is achieved (eg low friction, high gear ratio, large
  • the rotatably mounted shafts are arranged so that they form two separate, spaced from each other in the axial direction of the gear arranged groups.
  • Other forms of groups may also be formed, for example a three group arrangement, i. a middle group with two fringe groups.
  • the waves of the spaced-apart groups are angularly offset, so that the axes of rotation of the waves have different angles of rotation with respect to the axis of rotation of the gear and a radially directed thereto, common origin direction.
  • an optimal adaptation of the waves to the geometric conditions of the groove of the gear shaft and in particular to the design of the flanks is achieved.
  • standing waves are balanced symmetrically in the middle.
  • the rotatably mounted shafts are arranged such that the distance between two adjacent waves corresponds to a multiple, in particular twice, the pitch of the helically extending groove.
  • the pitch is to be understood as the distance to which the
  • neighboring wave is a neighbor from the same group.
  • This arrangement of the individual waves is more space for the arrangement and design of storage available. Thus, a very stable storage of the waves can be realized. In addition, there are cost savings.
  • the rotatably mounted shafts are axially displaceable stored and / or biased.
  • a plurality of rotatably mounted shafts are braced against each other by each engaging with such a bias on the opposite edges of the helical groove.
  • such a preload acts to dampen an overload or a shock load of the transmission shaft, the gear or the entire transmission.
  • the gear is in one piece and / or the rotatably mounted shafts are mounted on one side.
  • the rotatably mounted shafts are locked in the gear by a, in particular screwable, lock.
  • the free ends are dome-shaped, in particular conical.
  • the transmission shaft is a Globiod.
  • Circulation speed and the changing clearance angle are compensated.
  • complicated mechanisms are used in the prior art, for example, shafts with rotatably mounted axes of rotation and / or
  • the waves automatically compensate for the aforementioned changes by simple speed changes.
  • the length of the gear shaft or its helically extending groove is formed such that the number of rotatably mounted shafts respectively engaged is substantially constant. The beginning of the engagement of a shaft in the groove on a first side of the transmission shaft thus leads to the first side opposite side of the transmission shaft to a substantially simultaneous emergence of another wave, which has previously intervened in the groove. This will be a uniform
  • the transmission has an additional shaft, which with
  • Transmission shaft is arranged opposite side of the gear. This will split the
  • the play-free transmission by a be achieved by means of gear shaft and additional shaft generated bias.
  • the auxiliary shaft is angled to the transmission shaft
  • the present invention relates to a
  • Gear for a transmission according to one of the preceding embodiments.
  • the present invention relates to a
  • this is, at least partially, designed for multi-way, in particular symmetrical split, power transmission. This allows forces within the transmission system, in particular bearing forces of the gears and / or
  • the diameter of the gear of the additional gear is smaller than the diameter of the
  • Gear wheel one of the above-mentioned transmission design in particular, the smaller diameter is at least 80%, more preferably at least 50%, of the larger diameter.
  • Material savings can be achieved and / or the number of required rotatably mounted shafts can be reduced.
  • this dimensioning of the gears is combined with the above-mentioned angular arrangement of the transmission shaft or the additional shaft, so that a very compact construction of the transmission system is achieved.
  • the additional gear on an additional gear shaft with a helical groove, wherein the additional gear shaft directly to the transmission shaft of the
  • erfindungsmässen transmission is coupled, in particular together with this forms a common shaft, and wherein at least one of the rotatably mounted shafts of the
  • Gear of the additional gear engages in the helical groove extending the additional gear shaft.
  • the transmission system can be constructed as a so-called angular gear, ie the output direction of the
  • Transmission system is angled to the input direction of the
  • the input direction corresponds to the axis of rotation of the force-receiving gear shaft or of the force-absorbing gear and the output direction of the axis of rotation of the force-emitting gear shaft or of the force-transmitting gear.
  • Exit direction substantially perpendicular, i. about 90 °, to the input direction.
  • Such an angle gear allows a flexible
  • the present invention relates to
  • Embodiments or a transmission system according to one of the preceding embodiments as a transmission gear, in particular in a wind generator. Thereby, a high number of revolutions of the transmission shaft can be efficiently generated. Therefore, this use is suitable
  • Embodiments or combinations of combinations may be the subject of a further combination. Only those combinations are excluded that would lead to a contradiction.
  • Fig. 1 is a schematically simplified and perspective
  • FIG. 2 shows a cross section through the transmission according to FIG.
  • FIG. 3 shows a detail view for fastening the rotatably mounted shaft 22 according to FIG. 2;
  • Fig. 4 is a detail view of another embodiment of the
  • FIG. 5 shows an illustration of the transmission according to FIG. 1 with an additional shaft 30;
  • Fig. 6 is a schematically simplified and perspective
  • FIG. 7 is an illustration of a transmission system according to FIG.
  • Fig. 1 shows a schematically simplified
  • Gear 20 has.
  • Rotary movement of the transmission shaft 10 causes the gear 20.
  • the transmission can also be done in the
  • the gear shaft 10 is formed as Globiod, on whose lateral surface a helical groove 12 extends.
  • the groove 12 has a first flank 14 and a first flank 14 opposite the second flank 18.
  • the gear 20 is mentally divided into a wheel-shaped first part 21a and a wheel-shaped second part 21b, which in the axial direction of the
  • Gear 20 connects to the first part 21a.
  • the first part 21a is conically tapered in the direction of the second part 21b and thereby forms a first bevel of the gear wheel 20.
  • the second part 21b tapers conically towards the first part 21a and thereby forms a second bevel of the gear wheel 20.
  • representative of the group of waves of the first part 21a is a first shaft 22 and a second shaft 26 representative of the group of waves of the second part 21b.
  • the first shaft 22 and the second shaft 26 are arranged so as to represent two separately arranged groups which are spaced from each other in the axial direction of the gear 20.
  • All shafts are individually mounted for rotation about a rotation axis D (shown only for the shaft 22).
  • the first shaft 22, or its associated group of shafts is mounted on one side in the gear wheel 20, so that the first shaft 22 has a free end 24.
  • Rotary axes of the shafts 22 and 26 have different angles of rotation with respect to the axis of rotation of the gear and a radially directed thereto, common origin direction. That is, the shafts 22 and 26 are at different angles of rotation with respect to the cylindrical coordinates of the
  • the offset allows the engagement of the free ends 24 and 28 in the helical groove 12 of the transmission shaft 10.
  • the free ends 24 and 28 are tapered so that they are adapted for the
  • the diameter of the free end 24 must always be smaller than the width of the groove 12 to a simultaneous
  • Fig. 2 shows a cross section through the transmission according to FIG. 1.
  • the arranged in the gear 20 shaft 22 engages in the transmission shaft 10 a.
  • the free end 24 of the rotatably mounted shaft 22 rolls on the first flank 14 of the transmission shaft 10.
  • the shaft 22 is mounted axially displaceable and biased by a spring device. This will be a
  • Fig. 3 shows a detailed view of the attachment of the shaft 22 as shown in FIG. 2. In order to achieve an axially displaceable mounting of the shaft 22, this is by means of two
  • Gear 20 are transmitted.
  • the spherical caps 21a can automatically align themselves in accordance with the respectively acting forces, so that edge pressures in the shaft 22 and / or in the gear wheel 20 are avoided.
  • the bearing can also be designed as plain bearings, in particular taking into account suitable
  • the shaft 22 is biased by a spring device.
  • the spring device on the free end 24 opposite side of the shaft 22nd is biased by a spring device.
  • the spring device essentially comprises a ball bearing 25a, a washer 25b, a plunger 25c and a spring 25d.
  • the plunger 25c is axially displaceable, but not rotatably mounted and is pressed by the spring 25d in the direction of the shaft 22. Between the plunger 25c and the shaft 22, however, the intermediate disc 25b and the ball bearing 25a are still arranged.
  • the intermediate disc 25b serves to uniformly distribute the force effect of the plunger 25c on the ball bearing 25a.
  • the ball bearing 25a on the other hand, on the one hand causes the forwarding of the
  • the gear wheel 20 comprises a shoulder 21b, on which the intermediate disc 25b rests during the resting phase.
  • the rest phase of the shaft 22 denotes that time during the rotation of the gear, in which no engagement of the respective shaft 22 in the groove of the
  • Transmission shaft (see reference numeral 12 of Fig. 1) takes place and the shaft 22 is therefore radially and axially unloaded.
  • the spring force which acts on the intermediate disc 25b via the plunger 25c, is guided via the shoulder 21b and received by the gear 20.
  • the unloaded shaft 22 by means of a free end 24th
  • Transmission shaft (see reference numeral 12 of Fig. 1), the shaft 22 is first lifted from the support surface 21d, so that the shaft 22 until after this lifting on the
  • Friction losses which are in connection with the resting of the shaft 22 on the support surface 21d, are largely reduced or eliminated.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a further embodiment for mounting the rotatably mounted shaft 22 according to FIG. 3 with a device for supporting the shaft 22 and a lock 28.
  • the device for fixing the shaft 22 is formed in the form of a bearing cartridge 27 and in this example comprises the two spherical caps, the roller bearing, the spring device for generating the bias of the shaft 22 and the shoulder, which serves as a support during the rest phase of the shaft 22.
  • the bearing cartridge 27 and thus the shaft 22 is mounted on one side, that is, the gear 20 and the
  • Bearing cartridge 27 are formed such that the
  • Gear 20 can be mounted.
  • the gear 20 is in one piece, that is, the gear 20 is in
  • Gear 20 are then used below the waves 22 - an assembly of the gear deleted.
  • the bearing cartridge 27 including the shaft 22 forms a compact unit. This unit can be prepared in advance and in a later
  • the bearing cartridge 27 is held by means of a conical seat and the lock 28 in the intended position in the gear.
  • the lock 28 by means of a screw 29 on
  • the storage cartridge 27 can also by means of a cylindrical seat or by means of a
  • Thread be attached in the gear.
  • the end position of the bearing cartridge 27 in the gear 20 is adjustable.
  • the end position of the bearing cartridge 27 by a lock, in particular by the above-described screw-lock 28, are fixed.
  • FIG. 5 shows a representation of the transmission according to FIG. 1 with an additional shaft 30.
  • the additional shaft 30 is on the side of the transmission shaft 10 opposite
  • Gear 20 arranged and has a helical groove extending.
  • the additional shaft 30 cooperates with the rotatably mounted shafts of the gear 20, so that at least one of the rotatably mounted shafts engages in the helical groove extending the auxiliary shaft 30 to rotational movements between the additional shaft 30 and the
  • Gear 20 implement.
  • the axis of the auxiliary shaft 30 is aligned parallel to the axis of the transmission shaft 10.
  • the auxiliary shaft 30 is constructed identically to the transmission shaft 10, so that the helical groove extending the auxiliary shaft 30th
  • Fig. 6 shows a schematically simplified
  • FIG. 5 perspective view of a transmission system with a transmission according to FIG. 5 and with an additional transmission.
  • the additional gear includes two gears 40 and 50 and a further auxiliary shaft 60.
  • the additional gear is connected to the transmission according to FIG. 5 in series, so that a rotational movement of the transmission according to FIG. 5 on the
  • the gear wheels 40 and 50 are identical to the gear wheel according to FIG. 5 and the additional additional shaft 60 identical to the auxiliary shaft 10 and 30 according to FIG. 5.
  • the gear wheels 40 and 50 are identical to the gear wheel according to FIG. 5 and the additional additional shaft 60 identical to the auxiliary shaft 10 and 30 according to FIG. 5.
  • Such a power transmission can also with combinations of different transmission shafts and / or
  • a symmetrical split power transmission is particularly advantageous for applications where large forces are to be implemented, especially in the translation of lower to higher speeds, for example in one
  • FIG. 7 shows an illustration of a transmission system according to FIG. 6, but with the additional shaft 30 arranged at an angle to the transmission shaft 10. It was at the
  • Axial distance to project orthogonal plane and the axis angle is to be determined on the basis of these projections.
  • the diameters of the two gear wheels 40 and 50 are less than 50% of the diameter of the gear 20.
  • the diameter of the additional auxiliary shaft 60 is smaller than the diameter of the transmission shaft 10 and the additional shaft 30th
  • this structure is very advantageous in a large-scale transmission system, which in particular has a weight of at least 1 ton, more particularly at least 10 tons, for example in a transmission system for a

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, welches eine Getriebewelle (10) mit mindestens einer wendelförmig verlaufenden Nut (12) und ein Getrieberad (20) mit mehreren, jeweils individuell um eine Drehachse (D) drehbar gelagerte Wellen (22) umfasst. Die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) sind derart angeordnet, dass mindestens eine der Wellen (22, 26) in die wendelförmig verlaufende Nut (12) der Getriebewelle (10) eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle (10) und dem Getrieberad (20) zu übertragen. Dabei sind die Wellen (22, 26) einseitig im Getrieberad (20) gelagert, so dass deren freie Enden (24, 28) dem Eingreifen in die wendelförmig verlaufende Nut (12) dienen.

Description

Getriebe zum Umsetzen von Drehbewegungen, Getrieberad für ein solches Getriebe und Verwendung eines solchen Getriebes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe zum
gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, ein Getrieberad für ein solches Getriebe und die Verwendung eines solchen Getriebes .
Getriebe werden oftmals zur Umsetzung von Bewegungen,
Energie und/oder Kräften verwendet. Insbesondere werden mechanische Getriebe häufig eingesetzt, um kontinuierlich Drehbewegung, beispielsweise die Rotation der Antriebswelle eines Elektromotors, gleichförmig in eine kontinuierliche Drehbewegung der ausgangsseitigen Welle, die sogenannte Abtriebswelle, umzusetzen. Dabei wird typischerweise die
Drehzahl der Antriebswelle in eine höhere oder eine tiefere Drehzahl der Abtriebswelle gewandelt. Mit der Umsetzung der Drehbewegungen geht in der Regel auch eine entsprechende Umsetzung einer Kraft oder eines Drehmomentes einher.
Aus dem Stand der Technik sind mechanische Getriebe in einer grossen Vielfalt von unterschiedlichen Ausführungen bekannt, so dass die Kraft- und/oder Drehungsumsetzung jeweils spezifisch an die jeweilige Anwendung angepasst ist. So bietet beispielsweise ein Schneckengetriebe den
Vorteil einer grossen Drehzahlreduktion in einem einzelnen Umsetzungsschritt, das heisst, durch Zusammenwirken von lediglich zwei ineinandergreifenden Getriebeteilen. DE 3307405 AI beschreibt ein solches Schneckengetriebe mit einer Schnecke und einem Schneckenrad, an dessen Rand mehrere drehbar gelagerte, als Rollelemente bezeichnete Räder angeordnet sind. Diese Räder greifen in eine
wendeiförmig verlaufende Nut der Schnecke ein und drehen sich im Kontakt mit der Schnecke. Dadurch werden
kontinuierliche Drehbewegungen der Schnecke auf
entsprechende kontinuierliche Drehbewegungen des
Schneckenrads umgesetzt. Diese Konstruktion bietet den
Vorteil, dass die Räder reibungsvermindernd wirken und dass durch die grosse Auflagefläche der Räder eine entsprechend geringe Flächenpressung auftritt, so dass mittels der Räder grosse Kräfte umgesetzt werden können. Die Konstruktion ist allerdings relativ aufwändig.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von
Drehbewegungen, ein Getrieberad für ein solches Getriebe und die Verwendung eines solchen Getriebes anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Getrieberad und einer
Verwendung des Getriebes gemäss den zugehörigen Ansprüchen gelöst. Weitere erfindungsgemässe Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, welches eine Getriebewelle mit mindestens einer
wendeiförmig verlaufenden Nut und ein Getrieberad mit mehreren, jeweils individuell um eine Drehachse drehbar gelagerte Wellen umfasst. Die drehbar gelagerten Wellen sind derart angeordnet, dass mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen in die wendeiförmig verlaufende Nut der Getriebewelle eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle und dem Getrieberad umzusetzen. Dabei sind die drehbar gelagerten Wellen einseitig im Getrieberad gelagert, so dass deren freie Enden dem Eingreifen in die wendeiförmig verlaufende Nut dienen. Durch diese Lagerung der Wellen wird ein präzises Betriebsverhalten sowie eine robuste und einfach herstellbare und damit kostengünstige Konstruktion erreicht.
Die drehbar gelagerten Wellen wirken als formschlüssige Elemente, so dass sich diese sowohl zur Umsetzung von
Drehbewegungen als auch von Kräften eignen. In diesem Sinn ist im Folgenden unter einer Umsetzung von Drehbewegungen stets auch eine mögliche Umsetzung von Kräften mit oder ohne entsprechende Drehbewegung zu verstehen, beispielweise auch eine Verwendung des Getriebes als Sperre.
Die Umsetzung der Drehbewegung kann in der Richtung von der Getriebewelle zum Getrieberad erfolgen. Dabei ist die
Drehzahl des Getrieberads geringer als jene der
Getriebewelle, so dass das Getriebe als Untersetzungsgetriebe wirkt. Die Umsetzung der Drehbewegung kann aber auch in der entgegengesetzten Richtung erfolgen, also vom Getrieberad zur Getriebewelle. Dabei ist die
Drehzahl der Getriebewelle grösser als jene des
Getrieberads, so dass das Getriebe als Übersetzungsgetriebe wirkt .
Beispielsweise sind die Wellen in regelmässigen Abständen entlang des Rands des Getrieberads angeordnet, so dass sich eine symmetrische Aufteilung des Getrieberads ergibt. Eine solche symmetrische Aufteilung ist unmittelbar durch die Anzahl der regelmässig angeordneten Wellen gegeben. Die Aufteilung charakterisiert die Gestaltung des Getriebes und damit die Umsetzung der Drehbewegungen, insbesondere deren Unter- bzw. Übersetzungsverhältnis. Diese Aufteilung ist typischerweise auf die Gestaltung der Getriebewelle, insbesondere auf deren wendeiförmig verlaufende Nut, abgestimmt. In entsprechender Weise kann auch die
Getriebewelle auf eine vorgegebene Aufteilung des
Getrieberads abgestimmt werden oder die Getriebewelle und das Getrieberad gemeinsam aufeinander abgestimmt werden.
Die einseitige Lagerung der Welle bedeutet, dass die Welle grundsätzlich in einen ersten Abschnitt und einen bezüglich der Drehachse axial daran anschliessenden zweiten Abschnitt unterteilbar ist, wobei der erste Abschnitt der drehbaren Lagerung der Welle dient und der zweite Abschnitt ein freies Ende bildet, welches an weitere Bauteile, in diesem Fall an die Nut der Getriebewelle, koppelbar ist. Beispielsweise ist der erste Abschnitt bezüglich der
Drehachse in zweie Teile unterteilt, wobei der erste Teil benachbart zum freien Ende der Welle angeordnet ist und der radialen Lagerung der Welle dient und der zweite Teil dem freien Ende der Welle gegenüberliegend angeordnet ist und der axialen Lagerung der Welle dient. Dadurch sind die Lagerungen bezüglich der axialen und radialen Richtungen unabhängig, so dass diese flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Kraftwirkungen angepasst werden können.
Beispielsweise ist der erste Abschnitt oder dessen erster Teil mittels Kugelkalotten, insbesondere zwei
Kugelkalotten, im Getrieberad gelagert. Dadurch kann sich die in der Kugelkalotte gelagerte Welle selbsttätig an die geometrischen Gegebenheiten ausrichten, so dass
Kantenpressungen bei der Welle und/oder bei dem Getrieberad reduziert oder eliminiert werden.
Die einseitig gelagerten Wellen haben gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Rädern den Vorteil, dass keine radförmige Ausgestaltung auf der Welle für das Eingreifen in die Nut der Getriebewelle benötigt wird. Daher können diese Wellen sehr kompakt und robust aufgebaut werden.
Insbesondere kann der Durchmesser des ersten Abschnitts der Welle gleich oder gar grösser als der Durchmesser des freien Endes sein. Unter dem Begriff "wendeiförmig" ist eine im Wesentlichen schraubenlinienförmig gewundene Struktur zu verstehen, der die Mantelfläche eines rotationssymmetrischen Körpers zugrunde liegt, zum Beispiel ein Rotationshyperboloid, ein Globoid oder, als Spezialfall, ein Zylinder. Dabei ist unter einer wendeiförmig verlaufenden Nut auch eine
Vielzahl von Nuten zu verstehen, so zum Beispiel bei einer mehrgängigen Struktur, bei der unterschiedliche drehbar gelagerte Wellen des Getrieberads, gleichbleibend oder alternierend, in unterschiedliche Nuten der Getriebewelle eingreifen .
Überraschenderweise zeigt das erfindungsgemässe Getriebe, selbst bei der Umsetzung von grossen Kräften, äusserst geringe Reibungsverluste. Dies ist einerseits auf die
Einfachheit der einseitigen Lagerung der Wellen und
andererseits auf die vorteilhafte Ausrichtung der Wellen in Bezug auf die Nut der Getriebewelle zurückzuführen. Diese Ausrichtung reduziert oder vermeidet das reibungsbehaftete Gleiten, welches an den Seitenrändern bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rollen auftritt. Aufgrund seiner geringen Reibung eignet sich das erfindungsgemässe Getriebe daher besonders für Anwendungen, bei denen Energieeffizienz im Vordergrund steht.
In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass bei dem Eingreifen die freien Enden der Wellen zumindest teilweise auf einer Flanke der wendeiförmig verlaufenden Nut abrollen. Dieses Abrollen erlaubt ein Umsetzen der Drehungsbewegungen mittels reibungsarmer Wälzvorgänge.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass beim Eingreifen das freie Ende einer Ersten der Wellen zumindest teilweise auf einer ersten Flanke der Nut abrollt und das freie Ende einer Zweiten der Wellen zumindest teilweise auf einer, der ersten Flanke gegenüberliegenden zweiten Flanke der Nut abrollt. Dadurch werden
unkontrollierte Bewegungen der Getriebewelle und/oder des Getrieberads, d.h. Bewegungen ohne Flankenführung,
verhindert und somit eine spielfreie Umsetzung der
Drehbewegungen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass die Drehachsen der Wellen im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle ausgerichtet sind. Dadurch werden Fehlwinkel und daraus resultierende Reibungsverluste vermieden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Nut der Getriebewelle derart ausgebildet, dass diese auf die geometrische Abrollcharakteristik der Wellen in der Nute abgestimmt ist. Im Verlauf des Eingreif organgs der drehbar gelagerten Wellen in die Nut ändert sich der Winkel zwischen der Drehachse der Welle und der Drehachse der Getriebewelle kontinuierlich. Ausserdem kann sich, je nach Ausgestaltung der Getriebewelle, deren axiale Steigung und/oder deren Ganghöhe in Abhängigkeit von der Distanz vom Scheitelpunkt ändern. Beispielsweise nimmt die Ganghöhe der wendeiförmig verlaufenden Nut bei einem Globoid vom
Scheitelpunkt ausgehend stark ab. Die Abstimmung bezüglich dieser Abrollcharakteristik kann einerseits durch Wahl einer geeigneten radialen Steigung des Getrieberades, z.B. durch eine entsprechende geometrische Anordnung der Wellen, und/oder durch Wahl einer geeigneten axialen Steigung der Getriebewelle erreicht werden. Mit dieser Abstimmung wird eine weitgehende Kompensation der sich ändernden Winkel erreicht, so dass die aus diesen Winkeländerungen
resultierenden Reibungsverluste reduziert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass die Drehachsen der Wellen im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads ausgerichtet sind. Dadurch wird eine stabile Lagerung der drehbar gelagerten Wellen im Getrieberad erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass sie getrennte, voneinander in axialer Richtung des
Getrieberades beabstandet angeordnete Gruppen bilden.
Dadurch wird ein Eingreifen bei verschiedenen Drehwinkeln der Getriebewelle erreicht, so dass das Eingreifen an verschiedenen Punkten entlang dem Umfang der Getriebewelle erfolgt. Mit dieser Anordnung wird somit ein breit
abgestütztes Eingreifen und damit eine zuverlässige und gleichmässige Umsetzung der Drehbewegungen erreicht.
Durch eine solche Anordnung wird eine höhere Robustheit gegenüber allfällig vorhandenen, insbesondere durch
Fertigungstoleranzen, Verschleisserscheinungen oder
Deformationen bedingte, Positionsabweichungen der
Getriebewelle und/oder des Getrieberads erreicht. Somit wird sowohl eine einfache Herstellung als auch eine hohe Stabilität des Getriebes bei der Umsetzung der
Drehbewegungen, insbesondere beim Dauerbetrieb und/oder bei hohen Belastungen, erreicht.
Ausserdem wird durch eine solche Anordnung eine, zumindest teilweise, Selbstpositionierung zwischen dem Getrieberad und/oder der Getriebewelle erreicht, insbesondere dann, wenn die drehbar gelagerten Wellen in einem Winkel
zueinander (windschief) ausgerichtet sind und somit eine v- förmig wirkende Führung für die Getriebewelle bilden.
Des Weiteren ergibt sich durch die Aufteilung der Wellen in mehrere Gruppen ein grösserer verfügbarer Raum für die einzelnen Wellen gegenüber einer Anordnung, bei der alle Wellen in einer einzigen radialen Ebene des Getrieberads angeordnet sind. Dieser grössere Raum resultiert einerseits aus dem grösseren Zwischenraum zwischen den einzelnen
Wellen in einer Gruppe und andererseits aus dem Zwischenraum der beabstandeten Gruppen. Durch den grösseren verfügbaren Raum wird eine optimale Anpassung der Lagerung der einzelnen Wellen, insbesondere deren Anordnung und/oder Aufbau, an die erforderliche Gestaltung und/oder an das vorgesehene Betriebsverhalten des Getriebes erreicht (z.B. geringe Reibung, hohe Übersetzung, grosse
Kraftübertragung) .
Beispielsweise sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass sie zwei getrennte, voneinander in axialer Richtung des Getrieberads beabstandet angeordnete Gruppen bilden. Es können auch andere Formen von Gruppen gebildet werden, beispielsweise eine Anordnung mit drei Gruppen, d.h. eine mittlere Gruppe mit zwei Randgruppen.
Ausserdem können durch diese Anordnung Fertigungstoleranzen und/oder ein Lagerspiel bei der Getriebewelle oder bei dem Getrieberad auf einfache und wirkungsvolle Weise
ausgeglichen werden.
Beispielsweise sind die Wellen der voneinander beabstandet angeordneten Gruppen winkelmässig versetzt, so dass die Drehachsen der Wellen unterschiedliche Drehwinkel bezüglich der Drehachse des Getrieberads und einer radial dazu gerichteten, gemeinsamen Ursprungsrichtung aufweisen. Durch diesen Versatz wird eine optimale Anpassung der Wellen an die geometrischen Gegebenheiten der Nut der Getriebewelle und insbesondere an die Gestaltung der Flanken erreicht. Beispielsweise weisen zwei der voneinander beabstandet angeordneten Gruppen die gleiche Anzahl drehbar gelagerter Wellen auf. Dadurch wird eine im Mittel ausgeglichene
Verteilung der wirkenden Kräfte und/oder Energien zwischen diesen Gruppen erreicht. Zum Beispiel können jene
potentiellen Energien ausgeglichen werden, welche jeweils in den Vorspannfedern der drehbar gelagerten Wellen
gespeichert sind. Insbesondere können auch kurzzeitige Asymmetrien bei der Anzahl der wirksam in Eingriff
stehenden Wellen im Mittel symmetrisch ausgeglichen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass der Abstand zweier benachbarter Wellen einem Vielfachen, insbesondere dem Doppelten, der Ganghöhe der wendeiförmig verlaufenden Nut entspricht. Dabei ist unter der Ganghöhe diejenige Strecke zu verstehen, um die sich die
wendeiförmig verlaufende Nut bei einer vollen Umdrehung in der axialen Richtung der Getriebewelle windet. Falls die Wellen getrennten Gruppen zugeordnet sind, ist die
benachbarte Welle ein Nachbar aus der gleichen Gruppe.
Durch diese Anordnung der einzelnen Wellen steht mehr Platz zur Anordnung und Ausgestaltung der Lagerung zur Verfügung. So kann eine sehr stabile Lagerung der Wellen realisiert werden. Ausserdem ergeben sich Kostenersparnisse.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen axial verschiebbar gelagert und/oder vorgespannt. Dadurch kann sowohl ein präzises, insbesondere ein weitgehend spielfreies, Umsetzen der Drehbewegungen als auch eine Kompensation von grösseren Fertigungstoleranzen erreicht werden. Folglich ergibt sich eine hohe Präzision bei einem kostengünstigen
Fertigungsprozess . Eine Zunahme der durch das Vorspannen erzeugten Kräfte kann weitgehend vermieden werden, wenn zum Vorspannen Federn mit flacher Federkennlinie verwendet werden .
Beispielsweise sind mehrere drehbar gelagerte Wellen gegeneinander verspannt, indem diese jeweils mit einer solchen Vorspannung an den gegenüberliegenden Flanken der wendeiförmig verlaufenden Nut eingreifen. Durch diese gegenseitige Verspannung wird das Umsetzen der Drehbewegung und/oder der Kraftwirkung zwischen dem Getrieberad und der Getriebewelle spielfrei. Dabei kann durch Erhöhung dieser Verspannung, beispielsweise durch Vergrössern der wirkenden Federkraft, die Präzision oder die sogenannte Steifigkeit der Umsetzung den gewünschten Erfordernissen angepasst werden .
Ferner wirkt eine solche Vorspannung dämpfend bei einer Überbelastung oder einer Stossbelastung der Getriebewelle, des Getrieberads oder des gesamten Getriebes.
Ausserdem können durch die Vorspannung Fertigungstoleranzen weitgehend ausgleichen werden, so dass qualitative Verschlechterungen der Umsetzung der Drehbewegungen wie Deformationen der Getriebewelle und/oder des Getrieberads weitgehend oder vollständig vermieden werden.
Durch die Kombination einer solchen Vorspannung mit der oben genannten Anordnung der Wellen in mehreren voneinander beabstandeten Gruppen kann eine äusserst präzise, robuste und reibungsarme Umsetzung der Drehbewegung zwischen dem Getrieberad und der Getriebewelle erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Getrieberad einteilig und/oder sind die drehbar gelagerten Wellen einseitig montiert. Dadurch wird eine einfache Herstellung des Getrieberads und eine effiziente Montage der Wellen in das Getrieberads erreicht.
In einem Beispiel sind die drehbar gelagerten Wellen durch eine, insbesondere verschraubbare Verriegelung, in dem Getrieberad arretiert. Durch diese Arretierung wird eine einfache Montage und ein sicherer Sitz der Wellen in der vorgesehenen Position erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die freien Enden domförmig, insbesondere konisch.
Dadurch wird eine optimale Anpassung der Wellen an die Form der wendeiförmig verlaufenden Nut erreicht. Insbesondere kann durch diese Anpassung sicher gestellt werden, dass die Wellen mit einer vorgegebenen Breite und/oder entlang vorgegebenen Bahnen auf den Flanken der wendeiförmig verlaufenden Nut der Getriebewelle abrollen.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Getriebewelle ein Globiod. Durch diese Form wird erreicht, dass stets mehrere Wellen gleichzeitig in die wendeiförmig verlaufende Nut der Getriebewelle eingreifen und somit ein besonders gleichmässiges Umsetzen der
Drehbewegungen erreicht wird, allerdings auf Kosten einer höheren Reibung. Durch das vorteilhafte Reibungsverhalten des erfindungsgemässen Getriebes kann jedoch der Vorteil des gleichmässigen Umsetzens auch ohne den Nachteil einer übermässig hohen Reibung erreicht werden.
Bekanntlich müssen bei einem Globoid die sich über den Verlauf der wendeiförmigen Nut verändernde
Umlaufgeschwindigkeit und der sich verändernde Freiwinkel ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck werden im Stand der Technik komplizierte Mechanismen verwendet, zum Beispiel Wellen mit drehbar gelagerten Drehachsen und/oder
Doppelrollen zum Ausgleich der unterschiedlichen
Drehzahlen. Die Erfindung löst diese Probleme auf besonders vorteilhafte Weise, indem, aufgrund der vorteilhaften
Anordnung der Drehachsen, die Wellen die zuvor genannten Veränderungen durch einfache Drehzahländerungen automatisch ausgleichen . In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Länge der Getriebewelle oder deren wendeiförmig verlaufende Nut derart ausgebildet, dass die Anzahl der jeweils in Eingriff stehenden drehbar gelagerten Wellen weitgehend konstant ist. Der Beginn des Eingreifens einer Welle in die Nut auf einer ersten Seite der Getriebewelle führt also auf der, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Getriebewelle zu einem weitgehend gleichzeitigen Austreten einer anderen Welle, welche zuvor in die Nut eingegriffen hat. Dadurch wird eine gleichmässige
Übertragung der Drehbewegung erreicht, insbesondere auch bei einer grossen Kraftübertragung.
Des Weiteren wird durch eine Kombination einer solchen Ausgestaltung mit der obengenannten Anordnung der Wellen in voneinander beabstandet Gruppen ein wechselseitiges, zeitlich versetztes Eingreifen auf die Flanken der Nut und damit eine besonders ausgeglichene Übertragung der
Drehbewegung erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Getriebe eine Zusatzwelle auf, welche mit
mindestens einer der drehbar gelagerten Wellen
zusammenwirkt und welche insbesondere auf der, der
Getriebewelle gegenüberliegenden Seite des Getrieberads angeordnet ist. Dadurch wird Aufteilung der
Kraftübertragung und eine spielfreie Übertragung der Kraft erreicht. Dabei kann die spielfreie Übertragung durch eine mittels Getriebewelle und Zusatzwelle erzeugten Vorspannung erreicht werden.
In einem weiteren Beispiel der vorangehenden Ausgestaltung ist die Zusatzwelle winklig zu der Getriebewelle
angeordnet, insbesondere mit einem Achsenwinkel von
mindestens 20°, insbesondere mindestens 45°. Dadurch kann ein kompakter Aufbau des Getriebes erreicht werden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Getrieberad für ein Getriebe nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen. Mittels dieses Getrieberads kann ein bestehendes Getriebe aus dem Stand der Technik durch einfaches Auswechseln des Getrieberads zu einem
erfindungsgemässen Getriebe umgerüstet werden.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Getriebesystem mit einem Getriebe nach einer der
vorangehenden Ausgestaltungen und mit einem dazu in Serie geschalteten Zusatzgetriebe, das mindestens ein,
insbesondere zwei, nach der vorangehenden Ausgestaltung ausgebildete Getrieberäder aufweist. Dadurch wird ein hohes Übersetzungsverhältnis und ein hoher Wirkungsgrad erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung des Getriebesystems ist dieses, zumindest teilweise, zur mehrwegigen, insbesondere symmetrischen aufgeteilten, Kraftübertragung ausgebildet. Dadurch können Kräfte innerhalb des Getriebesystems, insbesondere Lagerkräfte der Getrieberäder und/oder
Getriebewellen, ausgeglichen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Getriebesystems ist der Durchmesser des Getrieberads des Zusatzgetriebes kleiner als der Durchmesser des
Getrieberads einer der obengenannten Getriebe- Ausgestaltung, wobei insbesondere der kleinere Durchmesser mindestens 80%, weiter insbesondere mindestens 50%, des grösseren Durchmessers beträgt. Dadurch können
Materialeinsparungen erreicht werden und/oder die Anzahl der benötigten drehbar gelagerten Wellen reduziert werden.
In einem weiteren Beispiel ist diese Dimensionierung der Getrieberäder mit der oben genannten winkligen Anordnung der Getriebewelle bzw. der Zusatzwelle kombiniert, so dass ein sehr kompakter Aufbau des Getriebesystems erreicht wird .
In einer weiteren Ausgestaltung des Getriebesystems weist das Zusatzgetriebe eine Zusatz-Getriebewelle mit einer wendeiförmig verlaufenden Nut auf, wobei die Zusatz- Getriebewelle direkt an die Getriebewelle des
erfindungsmässen Getriebes gekoppelt ist, insbesondere zusammen mit dieser eine gemeinsame Welle bildet, und wobei mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen des
Getrieberads des Zusatzgetriebes in die wendeiförmig verlaufende Nut der Zusatz-Getriebewelle eingreift. Dadurch kann das Getriebesystem als sogenanntes Winkelgetriebe aufgebaut werden, d.h. die Ausgangsrichtung des
Getriebesystems ist winklig zur Eingangsrichtung des
Getriebesystems. Dabei entspricht die Eingangsrichtung der Drehachse der kraftaufnehmenden Getriebewelle oder des kraftaufnehmenden Getrieberads und die Ausgangsrichtung der Drehachse der kraftabgebenden Getriebewelle oder des kraftabgebenden Getrieberads. Beispielsweise ist
Ausgangsrichtung im Wesentlichen senkrecht, d.h. ca. 90°, zur Eingangsrichtung.
Ein solches Winkelgetriebe ermöglicht eine flexible
Anordnung der dem Getriebesystem vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Vorrichtungen. Beispielsweise wird bei einem Windgenerator mittels eines solchen Winkelgetriebes eine sehr kompakte Anordnung des Generators seitlich der Propellerwelle erreicht.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die
Verwendung eines Getriebes nach einer der vorangehenden
Ausgestaltungen oder eines Getriebesystems nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen als Übersetzungsgetriebe, insbesondere in einem Windgenerator. Dadurch kann eine hohe Umdrehungszahl der Getriebewelle auf effiziente Weise erzeugt werden. Daher eignet sich diese Verwendung
besonders für hochenergieeffiziente Drehzahlumsetzungen. Insbesondere bei Windgeneratoren ermöglichen solche
Drehzahlumsetzungen einen sehr hohen Wirkungsgrad, d.h. eine verlustarme Umsetzung der Rotationsbewegungen eines Propellers in die bevorzugte Drehzahlen für die Erzeugung der elektrischen Energie.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede
Kombination der zuvor genannten Beispiele und
Ausführungsformen oder Kombinationen von Kombinationen Gegenstand einer weiteren Kombination sein können. Es werden nur jene Kombinationen ausgeschlossen, die zu einem Widerspruch führen würden.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematisch vereinfachte und perspektivische
Darstellung des erfindungsgemässen Getriebes, welches ein Getrieberad 20 mit mehreren drehbar gelagerten Wellen 22 und 26 aufweist;
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Getriebe gemäss Fig.
l;Fig. 3 eine Detailansicht zur Befestigung der drehbar gelagerten Welle 22 gemäss Fig. 2;
Fig. 4 eine Detailansicht einer weiteren Ausführung zur
Lagerung der Welle 22 gemäss Fig. 3;
Fig. 5 eine Darstellung des Getriebes gemäss Fig. 1 mit einer Zusatzwelle 30;
Fig. 6 eine schematisch vereinfachte und perspektivische
Darstellung eines Getriebesystems mit einem Getriebe gemäss Fig. 5 und mit einem
Zusatzgetriebe; und
Fig. 7 eine Darstellung eines Getriebesystems gemäss Fig.
6 als kompakter Aufbau.
Die nachfolgenden Ausführungen sind Beispiele und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.
Fig. 1 zeigt eine schematisch vereinfachte und
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen
Getriebes, welches eine Getriebewelle 10 und ein
Getrieberad 20 aufweist. Dabei wird in diesem Beispiel durch das Getriebe eine Umsetzung der Kräfte und/oder
Drehbewegung von der Getriebewelle 10 auf das Getrieberad 20 bewirkt. Die Übertragung kann aber auch in der
entgegengesetzten Richtung erfolgen, also vom Getrieberad 20 auf die Getriebewelle 10.
Die Getriebewelle 10 ist als Globiod ausgebildet, auf dessen Mantelfläche eine wendeiförmige Nut 12 verläuft. Die Nut 12 weist eine erste Flanke 14 und eine, der ersten Flanke 14 gegenüberliegende zweite Flanke 18 auf.
Das Getrieberad 20 ist gedanklich unterteilbar in einen radförmigen ersten Teil 21a und in einen radförmigen zweiten Teil 21b, welcher in axialer Richtung des
Getrieberades 20 an den ersten Teil 21a anschliesst. Der erste Teil 21a ist in Richtung zum zweiten Teil 21b hin konisch verjüngt und bildet dadurch eine erste Abschrägung des Getrieberads 20. In gleicher Weise ist der zweite Teil 21b in Richtung zum ersten Teil 21a hin konisch verjüngt und bildet dadurch eine zweite Abschrägung des Getrieberads 20.
Entlang den Abschrägungen des Getrieberads 20 sind jeweils in regelmässigen Abständen drehbar gelagerte Wellen
angeordnet. In diesem Beispiel sind sämtliche Wellen identisch aufgebaut. Daher ist in Fig. 1 stellvertretend für die Gruppe der Wellen des ersten Teils 21a eine erste Welle 22 und stellvertretend für die Gruppe der Wellen des zweiten Teils 21b eine zweite Welle 26 dargestellt. Somit sind die erste Welle 22 und die zweite Welle 26 derart angeordnet, dass diese zwei getrennt angeordnete Gruppen repräsentieren, welche voneinander in axialer Richtung des Getrieberades 20 beabstandet sind.
Sämtliche Wellen sind jeweils individuell um eine Drehachse D drehbar gelagert (nur für die Welle 22 dargestellt) .
Dabei sind sämtliche Drehachsen D im Wesentlichen senkrecht zu den Abschrägungen des Getrieberades 20 und damit
senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads 20 ausgerichtet.
Die erste Welle 22, beziehungsweise deren zugehörige Gruppe von Wellen, ist einseitig im Getrieberad 20 gelagert, so dass die erste Welle 22 ein freies Ende 24 aufweist. In gleicher Weise ist die zweite Welle 26, beziehungsweise deren zugehörige Gruppe von Wellen, einseitig im
Getrieberad 20 gelagert, so dass die zweite Welle 26 ein freies Ende 28 aufweist. Die Wellen 22 und 26 sind
winkelmässig versetzt zueinander angeordnet, so dass die
Drehachsen der Wellen 22 und 26 unterschiedliche Drehwinkel bezüglich der Drehachse des Getrieberads und einer radial dazu gerichteten, gemeinsamen Ursprungsrichtung aufweisen. Das heisst, die Wellen 22 und 26 sind mit unterschiedlichen Drehwinkeln in Bezug auf die Zylinderkoordinaten des
Getrieberads angeordnet.
Der Versatz erlaubt das Eingreifen der freien Enden 24 und 28 in die wendeiförmig verlaufende Nut 12 der Getriebewelle 10. Ausserdem sind die freien Enden 24 und 28 konisch verjüngt, so dass diese angepasst sind für das
Zusammenwirken mit der Nut 12 beziehungsweise für das
Abrollen der freien Enden 24 und 28 an den entsprechenden Flanken 14 und 18.
Ausserdem sind die Wellen innerhalb einer jeweiligen Gruppe (repräsentiert durch die Wellen 22 und 26) derart
angeordnet, dass der Abstand zur benachbarten Welle dem Doppelten der Ganghöhe der Nut 12 entspricht (dargestellt durch punktierte Linie) . Ferner ist der Winkel der
Abschrägungen des Getrieberades 20 derart gewählt, dass die Drehachsen D im Scheitelpunkt des Eingreifens im
Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle 10 ausgerichtet sind. Im Betrieb, also bei der Umsetzung von Drehbewegungen, greifen die freien Enden 24 und 28 der Wellen 22 und 26 in die wendeiförmig verlaufende Nut 12 der Getriebewelle 10 ein, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle 10 und dem Getrieberad 20 zu übertragen. Dabei rollt die erste Welle 22 auf der ersten Flanke 14 der Nut 12 und die zweite Welle 26 auf der zweiten Flanke 18 der Nut 12 ab. Der
Durchmesser des freien Endes 24 muss jedoch stets kleiner sein als die Breite der Nut 12, um ein gleichzeitiges
Berühren der beiden Flanken 14 und 18 durch das freie Ende 24 und die daraus resultierende Bremswirkung zu vermeiden. Sinngemässes gilt für das freie Ende 28. Durch das
gegeneinander gerichtete Eingreifen der freien Enden 24 und 28 auf die beiden einander gegenüberliegenden Flanken 14 und 18 wird eine spielfreie Übertragung der Drehbewegung erreicht .
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Getriebe gemäss Fig. 1. Die im Getrieberad 20 angeordnete Welle 22 greift in die Getriebewelle 10 ein. Dazu rollt das freie Ende 24 der drehbar gelagerten Welle 22 auf der ersten Flanke 14 der Getriebewelle 10 ab.
Die Welle 22 ist axial verschiebbar gelagert und durch eine Federvorrichtung vorgespannt. Dadurch wird ein
gleichbleibender Kontakt zwischen dem freien Ende 24 mit der ersten Flanke 14 der Getriebewelle 10 gewährleistet. Weitere Details zur Befestigung der Welle 22 sind der
Beschreibung gemäss Fig. 3 zu entnehmen.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht zur Befestigung der Welle 22 gemäss Fig. 2. Um eine axial verschiebbare Lagerung der Welle 22 zu erreichen, wird diese mittels zweier
Kugelkalotten 21a und eines Rollenlagers 23 im Getrieberad 20 gelagert. Dadurch können die seitlich auf die Welle 22 wirkenden Kräfte weitgehend reibungsfrei auf das
Getrieberad 20 übertragen werden. Die Kugelkalotten 21a können sich selbsttätig entsprechend den jeweils wirkenden Kräften ausrichten, so dass Kantenpressungen bei der Welle 22 und/oder beim Getrieberad 20 vermieden werden.
Die Lagerung kann auch als Gleitlager ausgeführt werden, insbesondere unter Berücksichtigung von geeigneten
Materialpaarungen und entsprechenden tribologischen
Eigenschaften, zum Beispiel bei Kleingetrieben.
Ausserdem wird die Welle 22 durch eine Federvorrichtung vorgespannt. Dazu ist die Federvorrichtung auf der dem freien Ende 24 entgegengesetzten Seite der Welle 22
angeordnet. Die Federvorrichtung umfasst im Wesentlichen ein Kugellager 25a, eine Zwischenscheibe 25b, einen Stössel 25c und eine Feder 25d. Der Stössel 25c ist axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar gelagert und wird durch die Feder 25d in Richtung der Welle 22 gepresst. Zwischen dem Stössel 25c und der Welle 22 sind allerdings noch die Zwischenscheibe 25b und das Kugellager 25a angeordnet. Die Zwischenscheibe 25b dient dem gleichmässigen Verteilen der Kraftwirkung des Stössels 25c auf das Kugellager 25a. Das Kugellager 25a wiederum bewirkt einerseits die Weiterleitung der
Kraftwirkung der Zwischenscheibe 25b auf die Welle 22 und andererseits die Entkoppelung der Zwischenscheibe 25b von der Drehbewegung der Welle 22. Somit wird die Welle 22 vorgespannt ohne die drehbare Lagerung der Welle 22 zu beeinträchtigen .
Ferner umfasst das Getrieberad 20 eine Schulter 21b, auf welcher die Zwischenscheibe 25b während der Ruhephase aufliegt. Dabei bezeichnet die Ruhephase der Welle 22 jene Zeit während der Umdrehung des Getrieberads, in der kein Eingriff der betreffenden Welle 22 in die Nut der
Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1) erfolgt und die Welle 22 daher radial und axial unbelastet ist. Somit wird während der Ruhephase die Federkraft, welche über den Stössel 25c auf die Zwischenscheibe 25b wirkt, über die Schulter 21b geleitet und vom Getrieberad 20 aufgenommen. Während dieser Ruhephase wird die unbelastete Welle 22 mittels eines dem freien Ende 24
gegenüberliegenden Kragens 21c am Hinausfallen aus dem Getrieberad 20 gehindert. Dabei bildet die dem freien Ende 24 gegenüberliegende Seite der beiden Kugelkalotten 21a eine Auflagefläche 21d für den Kragen 21c.
Zu Beginn des Eingreifens der Welle 22 in die Nut der
Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1) wird die Welle 22 zuerst von der Auflagefläche 21d abgehoben, so dass die Welle 22 erst nach diesem Abheben auf das
Kugellager 25a trifft. Dadurch wird die Welle 22 beim
Eingreifen zuerst für die Drehbewegung freigegeben und erst anschliessend in Drehung versetzt. Somit können
Reibungsverluste, welche im Zusammenhang mit dem Aufliegen der Welle 22 auf der Auflagefläche 21d stehen, weitgehend reduziert oder eliminiert werden.
Die beim Einfahren, also zu Beginn des Eingreifens der
Welle 22 in die Nut der Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1), aufgewendete Energie wird während des
Verlaufs des Eingreif organgs in der Feder 25a als
potentielle Energie gespeichert. Beim Ausfahren, also am Ende des Eingreifens, wird diese Energie wieder
freigegeben, so dass insgesamt eine im Wesentlichen
energieneutrale Vorspannung erreicht werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht einer weiteren Ausführung zur Lagerung der drehbar gelagerten Welle 22 gemäss Fig. 3 mit einer Vorrichtung zur Lagerung der Welle 22 und einer Verriegelung 28. Die Vorrichtung zur Befestigung der Welle 22 ist in Form einer Lagerpatrone 27 ausgebildet und umfasst in diesem Beispiel die beiden Kugelkalotten, das Rollenlager, die Federvorrichtung zur Erzeugung der Vorspannung der Welle 22 und die Schulter, welche als Auflage während der Ruhephase der Welle 22 dient.
Die Lagerpatrone 27 und damit die Welle 22 ist einseitig montierbar, das heisst, das Getrieberad 20 und die
Lagerpatrone 27 sind derart ausgebildet, dass die
Lagerpatrone 27 mit der Welle 22 von einer Seite her, also vom äusseren Umfangbereich des Getrieberads, in das
Getrieberad 20 montiert werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Getrieberad 20 einteilig, das heisst, das Getrieberad 20 wird im
Wesentlichen aus einem Materialstück und/oder in einem abgeschlossenen Arbeitsprozess hergestellt. In dieses
Getrieberad 20 werden dann nachfolgend die Wellen 22 eingesetzt - ein Zusammenbau des Getrieberads entfällt.
In einem weiteren Beispiel bildet die Lagerpatrone 27 inklusive die Welle 22 eine kompakte Einheit. Diese Einheit kann vorgängig vorbereitet und in einem späteren
Arbeitsgang auf effiziente Weise in das Getrieberad 20 montiert werden. Im diesem Ausführungsbeispiel wird die Lagerpatrone 27 mittels eines konischen Sitzes und der Verriegelung 28 in der vorgesehenen Position im Getrieberad gehalten. Dabei ist die Verriegelung 28 mittels einer Schraube 29 am
Getrieberad 20 befestigt. Die Lagerpatrone 27 kann auch mittels eines zylindrischen Sitzes oder mittels eines
Gewindes im Getrieberad befestigt sein. Dadurch ist die Endlage der Lagerpatrone 27 im Getrieberad 20 einstellbar. Des weiteren kann die Endlage der Lagerpatrone 27 durch eine Verriegelung, insbesondere durch die oben beschriebene verschraubbare Verriegelung 28, fixiert werden.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung des Getriebes gemäss Fig. 1 mit einer Zusatzwelle 30. Die Zusatzwelle 30 ist an der, der Getriebewelle 10 gegenüberliegenden Seite des
Getrieberads 20 angeordnet und weist eine wendeiförmig verlaufende Nut auf. Dabei wirkt die Zusatzwelle 30 mit den drehbar gelagerten Wellen des Getrieberads 20 zusammen, so dass mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen in die wendeiförmig verlaufende Nut der Zusatzwelle 30 eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Zusatzwelle 30 und dem
Getrieberad 20 umzusetzen. Ausserdem ist in diesem Beispiel die Achse der Zusatzwelle 30 parallel zu der Achse der Getriebewelle 10 ausgerichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zusatzwelle 30 identisch zu der Getriebewelle 10 aufgebaut, so dass die wendeiförmig verlaufende Nut der Zusatzwelle 30
gleichgerichtet zu der wendeiförmig verlaufenden Nut der Getriebewelle 10 verläuft. Im Betrieb drehen also die beiden Wellen in gegenläufigen Drehrichtungen.
Fig. 6 zeigt eine schematisch vereinfachte und
perspektivische Darstellung eines Getriebesystems mit einem Getriebe gemäss Fig. 5 und mit einem Zusatzgetriebe. Das Zusatzgetriebe umfasst zwei Getrieberäder 40 und 50 und eine weitere Zusatzwelle 60. Das Zusatzgetriebe ist mit dem Getriebe gemäss Fig. 5 in Serie geschaltet, sodass eine Drehbewegungen von dem Getriebe gemäss Fig. 5 auf das
Zusatzgetriebe übertragen wird oder vice versa.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Getrieberäder 40 und 50 identisch zu dem Getrieberad gemäss Fig. 5 und die weitere Zusatzwelle 60 identisch zu den Zusatzwelle 10 bzw. 30 gemäss Fig. 5. Durch diese beispielhafte Anordnung wird eine zweiwegige symmetrisch aufgeteilte Kraftübertragung vom Getrieberad 20 auf die weitere Zusatzwelle 60 erreicht. Eine solche Kraftübertragung kann auch mit Kombinationen von unterschiedlichen Getriebewellen und/oder
unterschiedlichen Getrieberädern erreicht werden.
Eine symmetrisch aufgeteilte Kraftübertragung ist besonders vorteilhaft für Anwendungen, bei denen grosse Kräfte umzusetzen sind, insbesondere bei der Übersetzung von tieferen zu höheren Drehzahlen, zum Beispiel in einem
Windgenerator, bei dem die tiefen Drehzahlen des Propellers in die hohen Drehzahlen des Generators übersetzt werden. Fig. 7 zeigt eine Darstellung eines Getriebesystems gemäss Fig. 6, wobei jedoch die Zusatzwelle 30 winklig zu der Getriebewelle 10 angeordnet ist. Dabei wurde bei der
Getriebewelle 10, bei der Zusatzwelle 30 und bei der weiteren Zusatzwelle 60 auf die Darstellung der
wendeiförmig verlaufenden Nut verzichtet. Ferner wurde bei den Getrieberädern 20, 40 und 50 auf die Darstellung der drehbar gelagerten Wellen verzichtet.
In diesem Beispiel beträgt der Achsenwinkel zwischen der Drehachse der Getriebewelle 10 und der Drehachse der
Zusatzwelle ca. 45°. Als Achsenwinkel ist der spitze Winkel zwischen den beiden Drehachsen zu verstehen. Bei
windschiefen Drehachsen sind diese auf eine zum
Achsenabstand orthogonale Ebene zu projizieren und der Achsenwinkel ist aufgrund dieser Projektionen zu bestimmen.
Die Durchmesser der beiden Getrieberäder 40 und 50 sind kleiner als 50% des Durchmessers des Getrieberads 20.
Ferner ist der Durchmesser der weiteren Zusatzwelle 60 kleiner als der Durchmesser der Getriebewelle 10 bzw. der Zusatzwelle 30.
Durch diese Dimensionierungen und diese Anordnung wird ein schlanker, d.h. kompakter und materialsparender, Aufbau erreicht. Dies ist besonders vorteilhalt bei der Verwendung des Getriebesystems als Übersetzungsgetriebe, da in diesem Fall wesentlich geringere Kräfte durch die Getrieberäder 40 und 50 auf die weitere Zusatzwelle 60 zu übertragen sind und daher für diese Teile geringere
Festigkeitsanforderungen bestehen. Insbesondere ist dieser Aufbau sehr vorteilhalt bei einem Gross-Getriebesystem, welches insbesondere ein Gewicht von mindestens 1 Tonne, weiter insbesondere mindestens 10 Tonnen, aufweist, beispielsweise bei einem Getriebesystem für einen
Windgenerator .

Claims

Patentansprüche
1. Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von
Drehbewegungen, umfassend eine Getriebewelle (10) mit mindestens einer wendeiförmig verlaufenden Nut (12) und einem Getrieberad (20) mit mehreren, jeweils individuell um eine Drehachse (D) drehbar gelagerten Wellen (22,26), welche derart angeordnet sind, dass mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen (22,26) in die wendeiförmig verlaufende Nut (12) der
Getriebewelle (10) eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle (10) und dem Getrieberad (20) umzusetzen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die drehbar gelagerten Wellen (22,26) einseitig im Getrieberad (20) gelagert sind, so dass deren freie Enden (24,28) dem Eingreifen in die wendeiförmig verlaufende Nut (12) dienen.
2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) derart angeordnet sind, dass bei dem Eingreifen die freien Enden (24,28) der Wellen (22,26) zumindest teilweise auf einer Flanke (14,18) der wendeiförmig verlaufenden Nut (12) abrollen.
3. Getriebe nach Anspruch 2, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) derart angeordnet sind, dass beim
Eingreifen das freie Ende (24) einer Ersten der Wellen (22) zumindest teilweise auf einer ersten Flanke (14) der Nut (12) abrollt und das freie Ende (28) einer Zweiten der Wellen (26) zumindest teilweise auf einer, der ersten Flanke (14) gegenüberliegenden zweiten Flanke (18) der Nut (12) abrollt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) derart angeordnet sind, dass die Drehachsen (D) der Wellen (22,26) im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen
senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle (10)
und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads (20) ausgerichtet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) derart angeordnet sind, dass sie getrennte, voneinander in axialer
Richtung des Getrieberades (20) beabstandet
angeordnete Gruppen bilden.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) derart angeordnet sind, dass der Abstand zweier benachbarter Wellen (22,26) einem Vielfachen, insbesondere dem Doppelten, der Ganghöhe der wendeiförmig verlaufenden Nut
(12) entspricht . Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22,26) axial verschiebbar gelagert und/oder vorgespannt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Getrieberad (20) einteilig ist und/oder die drehbar gelagerten Wellen (22,26) einseitig montiert sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die freien Enden (24,28) domförmig, insbesondere konisch, sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei d Getriebewelle (10) ein Globiod ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei dieses eine Zusatzwelle (30) aufweist, welche mit mindestens einer der drehbar gelagerten Wellen (22 zusammenwirkt und welche insbesondere auf der, der Getriebewelle (10) gegenüberliegenden Seite des
Getrieberads (20) angeordnet ist.
Getrieberad (20) für ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
13. Getriebesystem mit einem Getriebe (10,20,30) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und mit einem dazu in Serie geschalteten Zusatzgetriebe (40,50,60), welches mindestens ein, insbesondere zwei, nach Anspruch 12 ausgebildete Getrieberäder (40,50) aufweist.
14. Getriebesystem nach Anspruch 13, wobei dieses,
zumindest teilweise, zur mehrwegigen, insbesondere symmetrischen aufgeteilten, Kraftübertragung
ausgebildet ist.
15. Verwendung eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Getriebesystems nach einem der Ansprüche 13 bis 14 als Übersetzungsgetriebe,
insbesondere in einem Windgenerator.
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