DE19914555B4

DE19914555B4 - Spannungswellengetriebe

Info

Publication number: DE19914555B4
Application number: DE19914555A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Erhardt
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2019-04-01
Also published as: DE19914555A1

Abstract

Spannungswellengetriebe (10), bestehend aus einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad (15), einem drehbaren innenverzahnten Hohlrad (17), einem flexiblen Zahnrad (5), das von mindestens zwei Planetenrädern (9), die sich gleichmäßig über den Innenumfang des flexiblen Zahnrades (5) verteilen, mit Verzahnungen (16, 23) der beiden innenverzahnten Hohlräder (15, 17) in Eingriff gehalten wird und einem Sonnenrad (1), das von einer Eingangswelle (8) angetrieben wird, wobei die Planetenräder (9) auf einem Planetenträger (3) gelagert und als unverzahnte Rollen ausgebildet sind, das flexible Zahnrad (5) an seiner Innenseite unverzahnt ist, das Sonnenrad (1) verzahnt ist und mit zusätzlichen verzahnten Planetenrädern (2) in Eingriff ist, wobei die Planetenräder (9) und die zusätzlichen Planetenräder (2) frei gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen verzahnten Planetenräder (2), die frei gegen die auf dem Planetenträger (3) gelagerten Planetenräder (9) verdrehbar sind, sich an einer zusätzlichen Innenverzahnung (14) des feststehenden Hohlrades (15) abstützen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spannungswellengetriebe, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der CA 965 990 ist ein Spannungswellengetriebe bekannt, mit einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad und einem drehbaren innenverzahnten Hohlrad, wobei die Zähnezahlen der beiden Hohlräder sich um mindestens zwei Zähne voneinander unterscheiden, einem flexiblen Zahnrad, das von mindestens zwei Planetenrädern, die sich gleichmäßig über den Innenumfang des flexiblen Zahnrades verteilen, mit den beiden innenverzahnten Hohlrädern in Eingriff gehalten wird und ein Sonnenrad, das von einer Eingangswelle angetrieben wird und die Planetenräder antreibt, wobei das Sonnenrad und die Planetenräder mit einem verzahnten und mit einem unverzahnten Bereich versehen sind.

Bei diesem Getriebe ist das flexible Zahnrad sowohl mit Außenverzahnungen als auch mit einer Innenverzahnung versehen und zusätzlich mit glatten Rollflächen an denen die Planetenräder mit ihren ebenfalls glatten Rollflächen abrollen. Um den Schlupf und damit die Gleitreibung zwischen den Planetenrädern und dem flexiblen Zahnrad so gering wie möglich zu halten, muss der Teilkreis der Verzahnung im Abrollkreis der Planetenräder liegen. Diese Maßnahme erfordert jedoch, dass die Verzahnung in den Körper des flexiblen Zahnrades eintauchen muss und somit Hinterschneidungen erforderlich sind. Diese Hinterschneidungen verhindern eine kostengünstige spritzgusstechnische Fertigung.

Die Innenverzahnung am flexiblen Zahnrad verursacht erhebliche Reibung, weil einerseits eine Radialkraft vom Spannungswellenerzeuger auf das flexible Zahnrad ausgeübt wird, und andererseits durch die Verformung des flexiblen Zahnrades eine Relativbewegung der Zahnkopfe zueinander auftritt. Die Innenverzahnung des flexiblen Zahnrades führt daher auch zu zusätzlicher Geräuschemission. Zudem können sich Spannungen im Material des flexiblen Zahnrades negativ auf den Wirkungsgrad und auf die Lebensdauer auswirken, insbesondere, wenn die beiden Außenverzahnungen einerseits und die Innenverzahnung andererseits unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Hierbei kann es über den Umfang des flexiblen Zahnrades zu unterschiedlichen Biegesteifigkeiten kommen, was ein periodisch sich änderndes Geräusch zur Folge hat.

Aus dem Gebrauchsmuster DE 296 22 185 U1 ist ein Spannungswellengetriebe bekannt, bestehend aus einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad, einem drehbaren innenverzahnten Hohlrad, einem flexiblen Zahnrad, das von mindestens zwei Planetenrädern, die sich gleichmäßig über den Innenumfang des flexiblen Zahnrades verteilen, mit Verzahnungen der beiden innenverzahnten Hohlräder in Eingriff gehalten wird und einem Sonnenrad, das von einer Eingangswelle angetrieben wird, wobei die Planetenräder auf einem Planetenträger gelagert und als unverzahnte Rollen ausgebildet sind, das flexible Zahnrad an seiner Innenseite unverzahnt ist, das Sonnenrad verzahnt ist und mit zusätzlichen verzahnten Planetenrädern in Eingriff ist, wobei die Planetenräder und die zusätzlichen Planetenräder frei gegeneinander verdrehbar sind. Die Planetengetriebestufe ist hierbei jedoch nicht ganz unabhängig von den Reibungsverhältnissen zwischen den Planetenrollen und dem flexiblen Zahnrad. Dies könnte zu einer ungleichmäßigen oder gar ruckartigen Bewegung führen.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Spannungswellengetriebe nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass möglichst wenig Schlupf und möglichst wenig Reibung auftritt, damit der Wirkungsgrad besonders hoch ist und die Geräuschemissionen besonders niedrig sind, wobei ein möglichst einfacher Aufbau eine einfache Herstellbarkeit und eine geringe Teilezahl angestrebt werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zusätzlichen verzahnten Planetenräder (2), die frei gegen die auf dem Planetenträger (3) gelagerten Planetenräder (9) verdrehbar sind, sich an einer zusätzlichen Innenverzahnung (14) des feststehenden Hohlrades (15) abstützen. Durch die zwei Planetenräder, die frei gegeneinander verdrehbar sind, entsteht kein unerwünschter Schlupf zwischen den Planetenrädern und dem flexiblen Zahnrad, wenn der Teilkreis der zusätzlichen Innenverzahnung am feststehenden Hohlrad nicht mit dem Rollkreis der unverzahnten Planetenräder übereinstimmt. Die zusätzliche verzahnte Planetengetriebestufe vergrößert das Gesamtuntersetzungsverhältnis und ermöglicht einen schlupffreien Betrieb. Dadurch wird ein optimaler Wirkungsgrad erreicht. Da das flexible Zahnrad keine Innenverzahnung aufweist, werden keine unangenehmen mit der Frequenz des Planetenträgers modulierten Geräusche erzeugt. Durch die zusätzliche Innenverzahnung ist ein definierter von Reibungsparametern weitgehend unabhängiger gleichmäßiger Antrieb des Planetenträgers und damit der Planetenräder gewährleistet.

Weitere Merkmale der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Durch eine frei drehbare Lagerung der Planetenträger auf der Eingangswelle, werden die Planetenräder optimal geführt. Aufgrund eines geringen Wellendurchmessers ist die Reibung zwischen Planetenträger und Eingangswelle sehr gering.

Durch Verwendung zweier Stege für den Planetenträger, die mit Abstand zueinander beiderseits der Planetenräder angeordnet sind, wird ein Verkippen der unverzahnten Planetenräder unter Belastung verhindert. Bei identischer Ausbildung dieser Stege, kann die Zahl unterschiedlicher Teile reduziert werden. Durch Verwendung zweier unverzahnter Planetenräder, die einander gegenüberliegend auf dem Planetenträger angeordnet sind, heben sich die Radialkräfte gegenseitig auf, dabei ist ein erheblich besserer Wirkungsgrad erzielbar, als mit einem Spannungswellengetriebe ohne Planetenträger.

Vorzugsweise werden die Planetenräder auf Zylinderstifte gelagert. Diese sind bei geringem Durchmesser ausreichend Stabil und als Standardbauelemente erhältlich. Der geringe Durchmesser dient dazu Reibungsverluste zu minimieren. Eine weitere Reduzierung der Teileanzahl wird erreicht, wenn die gleiche Anzahl von unverzahnten, wie verzahnten Planetenrädern vorhanden ist und je ein verzahntes und ein unverzahntes Planetenrad auf demselben Zylinderstift gelagert ist.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes sind die Planetenträger einstückig mit zylindrischen Zapfen ausgebildet, auf denen die Planetenräder gelagert sind. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Bauteileanzahl und zu einer Verringerung des Montageaufwands.

Besonders Vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der die beiden Stege aneinander anschließen und so miteinander formschlüssig verbunden sind, dass eine Verdrehung der beiden Stege zueinander ausgeschlossen wird. Dadurch kann eine ungenaue Führung durch Schrägstellung der Planetenradachse der unverzahnten, aber auch der verzahnten Planetenräder vermieden werden. Für eine axiale Sicherung eignen sich Schnappverbindungen. Es ist auch denkbar eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Stege durch flache Keile oder flache Kegel, die ineinander greifen, herzustellen.

Durch Lagerung der Eingangswelle im drehbaren Hohlrad, ist auch bei einer dünnen Eingangswelle kein radiales Ausweichen möglich. Durch diese Maßnahme ist die Ausgangswelle stets koaxial zur Eingangswelle ausgerichtet. Das gleiche gilt, wenn die beiden Hohlräder miteinander über eine Ringschnappverbindung verbunden werden. Dabei muss jedoch die Verdrehbarkeit des drehbaren Hohlrades gegenüber dem feststehenden Hohlrad gewährleistet sein.

Eine weitere Teilereduktion wird erreicht, wenn die Ausgangswelle mit dem drehbaren Hohlrad einstückig ist. Dabei ist es vorteilhaft die Welle mit einem Welle-Nabe-Profil zu versehen, über das ein Stellglied drehfest an die Ausgangswelle koppelbar ist.

Die Ausführung des erfindungsgemäßen Spannungswellengetriebes erlaubt, dass beide Hohlräder, das flexible Zahnrad, die Planetenräder, der Planetenträger, das Sonnenrad und Gehäuseteile aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial herstellbar sind. Dadurch ist eine erhebliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses möglich.

Das flexible Zahnrad kann eine durchgängige Außenverzahnung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass bei der Verformung des flexiblen Zahnrades stets die gleiche Verformungsarbeit geleistet werden muss. Dies wirkt sich positiv auf die Geräuschemissionen aus.

Durch zwei unterschiedliche Außenverzahnungen ist ein erheblich höheres Untersetzungsverhältnis möglich, jedoch muss mit größeren Geräuschemissionen gerechnet werden. Sollen diese in Grenzen gehalten werden, wird vorgeschlagen die unterschiedlichen Außenverzahnungen des flexiblen Zahnrades mit einem Ring einstückig auszubilden, wobei der Ring an beide Außenverzahnungen anschließt. Hierdurch werden unangenehme Modulationen verringert oder ausgeschlossen.

Zweckmäßigerweise wird das flexible Zahnrad gegen seitliches Verschieben gesichert, indem es formschlüssig zwischen den Hohlrädern gehalten ist. Dies ist durch einfache Formgebung der beiden Hohlräder ohne Zusatzelemente möglich.

Eine weitere Verbesserung des Geräuschverhaltens ist erreichbar, wenn drei verzahnte Planetenräder vorgesehen werden, die sich dadurch gegenseitig zentrieren. Um ein maximales Untersetzungsverhältnis zu gewährleisten können dennoch nur zwei unverzahnte Planetenräder am selben Planetenträger montiert sein. Diese Maßnahme kann Teileneutral verwirklicht werden, wenn die zylindrischen Lagerzapfen mit dem Planetenträger einstückig mitgespritzt sind.

Funktionsweise eines Spannungswellengetriebes:

Ein Elektromotor treibt ein Sonnenrad an, das mit zwei Planetenrädern in Eingriff ist, die einander gegenüberliegend um das Sonnenrad angeordnet sind und sich an einer ersten Innenverzahnung eines feststehenden Hohlrades abstützen. Ein Planetenträger führt zusammen mit den Planetenrädern eine Umlaufbewegung um das Sonnenrad aus, dabei drücken weitere Planetenräder eine Außenverzahnung eines flexiblen Zahnrades an zwei Stellen in eine zweite Innenverzahnung des feststehenden Hohlrades und in eine Innenverzahnung eines drehbaren Hohlrades. Die Planetenräder bilden dabei zusammen mit dem Planetenträger einen Spannungswellenerzeuger. Die Zähnezahlen der zweiten Innenverzahnung des feststehenden Hohlrades und die Zähnezahl des flexiblen Zahnrades unterscheiden sich um zwei Zähne, wodurch sich das flexible Zahnrad bei einem Umlauf des Spannungswellenerzeugers um zwei Zähne weiterbewegt. Die Zähnezahl des drehbaren Hohlrades entspricht der Zähnezahl des flexiblen Zahnrades, somit überträgt das drehbare Hohlrad die Drehung des flexiblen Zahnrades auf die Abtriebswelle. Das flexible Zahnrad kann mit einer durchgehenden Verzahnung versehen sein, aber auch mit zwei unterschiedlichen Verzahnungen, um eine höhere Untersetzung des Spannungswellengetriebes zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Spannungswellengetriebe.
In 1 ist ein Spannungswellengetriebe 10 dargestellt, das an einem Motor, insbesondere einem Elektromotor 6, angeflanscht ist. Das Spannungswellengetriebe 10 wird durch einen aus einem Planetengetriebe bestehenden Spannungswellenerzeuger 7 angetrieben. Das Planetengetriebe besteht aus einem auf eine Eingangswelle 8 aufgezogenes, mit einer Verzahnung 11 versehenes Sonnenrad 1, das zwei mit einer Verzahnung 13 versehene Planetenräder 2 antreibt, die sich an einer ersten Innenverzahnung 14 eines feststehenden Hohlrades 15 abstützen und auf Zylinderstiften 19 gelagert sind, die von einem Planetenträger 3 gehalten werden, der aus zwei Stegen 25a, 25b besteht, die auf der Eingangswelle und in einem drehbaren Hohlrad 17 gelagert sind, wobei auf den Zylinderstiften 19 zwei unverzahnte, einander gegenüberliegende Planetenräder 9 gelagert sind, die mit Rollflächen 12 ein auf der Innenseite glattes, und auf der Außenseite mit einer Verzahnung 4a, 4b versehenes flexibles Zahnrad 5 an je zwei Stellen einerseits mit einer zweiten Innenverzahnung 16 des feststehenden Hohlrads 15 und andererseits mit einer Innenverzahnung 23 des drehbaren Hohlrads in Eingriff bringt. Das drehbare Hohlrad 17 ist einstückig mit einer Ausgangswelle 18. Die Ausgangswelle 18 ist mit einem Welle-Nabe- Verbindungsprofil 20 ausgebildet. Das Spannungswellengetriebe 10 wird durch ein Gehäuseteil 24 geschlossen. Das Gehäuseteil 24 ist mit einer Ausnehmung 22 versehen, durch die die Ausgangswelle 18 hindurchragt.

1: Sonnenrad
2: verzahnte Planetenräder
3: Planetenträger
4a, 4b: Außenverzahnungen
5: flexibles Zahnrad
6: Elektromotor
7: Spannungswellenerzeuger
8: Eingangswelle
9: unverzahnte Planetenräder
10: Spannungswellengetriebe
11: Verzahnung am Sonnenrad
12: Rollfläche an den Planetenrädern
13: Verzahnung an den Planetenrädern
14: Innenverzahnung am feststehenden Hohlrad
15: feststehendes Hohlrad
16: Innenverzahnung am feststehenden Hohlrad
17: drehbares Hohlrad
18: Ausgangswelle
19: Zylinderstift
20: Welle-Nabe-Verbindungsprofil
21: Ringschnappverbindung
22: Ausnehmung
23: Innenverzahnung am drehbaren Hohlrad
24: Gehäuseabschluss
25a, 25b: Stege

Claims

Spannungswellengetriebe (10), bestehend aus einem feststehenden innenverzahnten Hohlrad (15), einem drehbaren innenverzahnten Hohlrad (17), einem flexiblen Zahnrad (5), das von mindestens zwei Planetenrädern (9), die sich gleichmäßig über den Innenumfang des flexiblen Zahnrades (5) verteilen, mit Verzahnungen (16, 23) der beiden innenverzahnten Hohlräder (15, 17) in Eingriff gehalten wird und einem Sonnenrad (1), das von einer Eingangswelle (8) angetrieben wird, wobei die Planetenräder (9) auf einem Planetenträger (3) gelagert und als unverzahnte Rollen ausgebildet sind, das flexible Zahnrad (5) an seiner Innenseite unverzahnt ist, das Sonnenrad (1) verzahnt ist und mit zusätzlichen verzahnten Planetenrädern (2) in Eingriff ist, wobei die Planetenräder (9) und die zusätzlichen Planetenräder (2) frei gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen verzahnten Planetenräder (2), die frei gegen die auf dem Planetenträger (3) gelagerten Planetenräder (9) verdrehbar sind, sich an einer zusätzlichen Innenverzahnung (14) des feststehenden Hohlrades (15) abstützen.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (3) auf der Eingangswelle (8) frei drehbar gelagert ist.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (3) aus zwei Stegen (25a, 25b) besteht, die mit Abstand zueinander beiderseits der Planetenräder (9) angeordnet sind.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (25a, 25b) identisch ausgebildet sind.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (2, 9) auf Zylinderstiften (19) gelagert sind.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass je ein verzahntes Planetenrad (2) und ein unverzahntes Planetenrad (9) auf demselben Zylinderstift (19) gelagert ist.
Spannungswellengetriebe, nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (2, 9) auf einstückig mit dem Planetenträger (3) ausgebildeten zylindrischen Zapfen gelagert sind.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (25a, 25b) aneinander anschließen und formschlüssig miteinander verbunden sind, so dass sie zumindest gegeneinander nicht verdreht werden können.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (25a, 25b) aneinander anschließen und formschlüssig über Schnappverbindungen miteinander verbunden sind, so dass sie mindestens axial miteinander verbunden sind.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stege (25a, 25b) aneinander anschließen und kraftschlüssig über flache Keile oder flache Kegel miteinander verbunden sind, sodass sie gegeneinander nicht verdreht werden können und axial ausreichend fest zusammenhalten.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Hohlrad (17) auf der Eingangswelle (8) gelagert ist.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Hohlrad (17) und das feststehende Hohlrad (15) über eine Ringschnappverbindung (21) drehbar miteinander verbunden sind.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Hohlrad (17) mit einer Ausgangswelle (18) einstückig ist.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (18) mit einem Welle-Nabe-Profil (20) versehen ist.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hohlräder (15, 17), das flexible Zahnrad (5), die Planetenräder (2, 9), der Planetenträger (3), das Sonnenrad (1) und Gehäuseteile (24) aus spritzgusstechnisch verarbeitbarem Kunststoffmaterial herstellbar sind.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass das flexible Zahnrad (5) eine durchgängige Außenverzahnung (4) aufweist.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zahnrad (5) zwei unterschiedliche Außenverzahnungen (4a, 4b) aufweist.
Spannungswellengetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unterschiedlichen Außenverzahnungen (4a, 4b) des flexiblen Zahnrades (5) mit einem Ring einstückig sind, wobei der Ring an beide Außenverzahnungen (4a, 4b) anschließt.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zahnrad (5) gegen seitliches Verschieben gesichert ist, indem es formschlüssig zwischen den Hohlrädern (15, 17) gehalten ist.
Spannungswellengetriebe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass drei verzahnte Planetenräder (2) und zwei unverzahnte Planetenräder (9) vorgesehen sind.