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Patent Searching and Data


Title:
CYCLOIDAL GEAR PAIR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/011269
Kind Code:
A1
Abstract:
A cycloidal gear pair comprising at least a wheel including teeth in the form of an epicycloidal cam (11) matching by form-closure with a wheel consisting of a ball-bearing elements (12) whereof the number is equal to that of the epicycloidal teeth plus 1, and/or at least a wheel comprising teeth in the form of a hypocycloidal cam matching by form-closure with a wheel consisting of a ball bearing element whereof the number is equal to that of the hypocycloidal teeth minus 1. The invention aims at avoiding the occurrence of rotational play in such a gear pair and at easily obtaining a silent functioning. To achieve this, one of the wheels of the pair(s) of wheels, in the zone of meshing, is made from a material with low elasticity, and the other is made from a material with relatively high elasticity.

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Inventors:
BRAREN ROSMARIE (DE)
BRAREN RUDOLF DI
Application Number:
PCT/DE2000/002674
Publication Date:
February 15, 2001
Filing Date:
August 07, 2000
Export Citation:
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Assignee:
BRAREN ROSMARIE HF (DE)
BRAREN ROSMARIE (DE)
International Classes:
F16H1/32; (IPC1-7): F16H55/08; F16H1/32; F16H25/06
Foreign References:
DE535807C1931-10-15
CH142829A1930-10-15
DE3833989A11990-04-12
DE3206992A11983-09-08
DE19645825A11998-01-02
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 314 (M - 1621) 15 June 1994 (1994-06-15)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 010, no. 176 (M - 491) 20 June 1986 (1986-06-20)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 017, no. 306 (M - 1428) 11 June 1993 (1993-06-11)
Attorney, Agent or Firm:
Flügel, Otto (Wissmannstrasse 14 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Zykloidengetriebe, das mindestens ein Rad mit einer EpiZykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins mehr ist als die Anzahl der EpiZykloidenzähne, und/oder mindestens ein Rad mit einer HypoZykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins weniger ist als die Anzahl der HypoZykloidenzähne, dadurch gekennzeichnet, dass von den beiden Rädern der oder wenigstens einer der Radpaarungen das eine im Eingriffsbereich aus einem Werkstoff geringer Elastizität und das andere aus einem Werkstoff demgegenüber hoher Elastizität besteht.
2. Zykloidengetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das eine Rad der wenigstens einen Radpaarung mindestens in seinem Eingriffsbereich aus einen metallischen Werkstoff und das andere Rad zumindest in seinem Eingriffsbereich aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit elastomerer Eigenschaft gebildet ist.
3. Zykloidengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad der wenigstens einen Radpaarung aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere hochfestem Stahl, und das andere Rad aus einem Kunststoffinsbesondere natürliches oder künstliches Elastomerbesteht.
4. Zykloidengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörperring durch handelsübliche und kreisförmige NockenwellenZahnriemen gebildet ist, wobei die Zähne der Zahnriemen dem ÄquidistantenParameter und der kreisförmige Zahnriemen dem Parameter (r) der Grundund Rollkreise der korrespondierenden Zykloide entsprechen.
5. Zykloidengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad mit elastischem Werkstoff in Richtung des anderen Rades gesehen größer ausgeführt ist als die Verzahnung des anderen, um damit das Spiel auch bei wechselndem oder bei umkehrendem Kraftschluss oder bei Stößen zu eliminieren.
Description:
ZYKLOIDENGETRIEBE Die Erfindung betrifft ein Zykloidengetriebe, das mindestens ein Rad mit einer Epi- Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschlüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins mehr ist als die Anzahl der Epi- Zykloidenzähne, und/oder mindestens ein Rad mit einer Hypo-Zykloidenkurvenscheibe als Verzahnung aufweist, das sich mit einem Rad aus Wälzkörpern formschiüssig paart, dessen Wälzkörperanzahl eins weniger ist als die Anzahl der Hypo-Zykloidenzähne.

Als Beispiel eines solchen Getriebes wird auf die DE 32 06 992 hingewiesen ; auf die dortigen Erläuterungen wird ausdrücklich Bezug genommen.

Bei Getrieberadpaarungen ist ein"V e r d r e h s p i e I", auch bei niedriger Qualität unvermeidlich. Der Begriff"Verdrehspiel"beim Verdrehen von Zahnrädern und Zahnradpaaren ist nach DIN 3960 Blatt 1, Ziffer 5.2.2.1 genormt und besagt die Strecke, um die sich ein Rad bei festgehaltenem Gegenrad drehen kann. Die Größe dieses Spieles ist nicht genormt, sie nimmt aber in der Praxis für ein bestimmtes Getriebe von Null-Qualitat aus mit steigender Qualität zu. Bei wechselndem oder umkehrendem Kraftfluß oder bei Stößen nimmt dieses Spiel proportional an Stärke zu und erzeugt Schwingungen und unerwünschten Schall, insbesondere bei höheren Drehzahlen.

Obige Nachteile können durch eine aufwendige Überdimensionierung gemindert werden ohne dabei das Verdrehspiel zu beseitigen.

Wird jedoch für eine Anwendung die Beseitigung des Verdrehspieles gefordert, wie beispielsweise bei Robotergetrieben, so ist es erforderlich dieses Verdrehspiel durch aufwendige Maßnahmen zu eliminieren.

Bei bestimmten weiteren Anwendungen ist es bislang nicht möglich die Nachteile aus dem Verdrehspiel zu beseitigen ; beispielsweise bei Beseitigung des unerträglichen Lärms der Turboprop-Getriebe.

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben dargestellten Nachteile zu beseitigen und geräusch- und/oder spielarme Getriebe mit geringerem Aufwand zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß von den beiden Rädern der oder wenigstens einer der Radpaarungen das eine im Eingriffsbereich aus einem Werkstoff geringer Elastizität und das andere aus einem Werkstoff demgegenüber hoher Elastizität besteht.

In aligemeinster Lösung dieser Art spielen die Materialien unterschiedlicher E ! astizität nur insoweit eine Rolle, als sie hinsichtlich ihrer Festigkeit, Bearbeitbarkeit oder dergleichen den hier gegebenen Anforderungen genügen müssen. In bevorzugter Ausführung sind die Getriebeparungsglieder im Eingriffsbereich zum einen aus metallischen Werkstoff und zum anderen aus einem nichtmetallischen Werkstoff mit elastomerer Eigenschaft, insbesondere einem Kunststoff in Form eines künstlichen oder natürlichen Elastomers gebildet. Besonders bevorzugt kann dabei der Wälzkörperring durch handelsübliche Nockenwellen-Zahnriemen mit im Querschnitt teilkreisförmiger Gestalt gebildet sein, wobei die Zähne der Zahnriemen dem Äquidistanten-Parameter und der kreisförmige Zahnriemen dem Parameter r der Grund-und Rollkreise der korrespondierenden Zykloide entsprechen.

In weiterhin besonders bevorzugter Ausführung ist das Rad mit dem elastischeren Werkstoff in Richtung des anderen steiferen Rades gesehen insoweit größer ausgeführt, als die Verzahnung des anderen ; damit wird das Spiel auch bei wechselndem oder bei umkehrendem Kraftschluß und bei Stößen in beiden Richtungen eliminiert. Mit einer solchen Ausbildung kann man auch Fertigungstoleranzen ausgleichen. Diese Ausführung erlaubt es demnach, den Zahneingriff derart zu gestalten, daß bereits bei fehlender Drehmomentbelastung durch Kompression des aus dem elastischerem Werkstoff gefertigten Getrieberades kein freies Spiel entsteht.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen im Nachfolgenden näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 einen Längsschnitt in Schema-Darstellung eines Zykloidengetriebes mit einer EPI-Zykloide und mit einer Kupplung, deren Aufgabe es ist, zwischen ihren drei Anschlußwellen in der Zentralachse die geforderte Drehzahl-und Drehmomenten-Wandlung herzustellen ; (der elastische Werkstoff wird entweder der Kurvenscheibe oder den Wälzkörpern zugeordnet.

Fig. 1.1 einen auf Kurvenscheibe und Wälzkörper beschränkten Teil-Querschnitt nach der Linie I-I in Fig. 1 ; Fig. 2 einen axialen Längsschnitt in Schema-Darstellung nach eines Zykloidengetriebes mit einer Doppel-Kurvenscheibe, und einem zusätzlichen Hohirad anstelle der Kupplung ; der elastische Werkstoff wird entweder der Doppel ; Kurvenscheibe oder den Wälzkörpern und zugeordnet.

Fig. 2.1 einen Teil-Querschnitt nach den Linien II-II in Fig. 2 ; Fig. 2.2 einen Teil-Querschnitt nach den Linien III-III in Fig. 2 ; Fig. 3 einen Längsschnitt in einem Ausführungsbeispiel für eine Außen- planeten-Hinterachse bei Nutzfahrzeugen mit einer EPI-Zykloide und mit einer HYPO- Zykloide ; (der elastische Werkstoff wird vorzugsweise den Rollen 312.3 zugeordnet.) Fig. 3.1 einen Querschnitt nach den Linien 1-1 in Fig. 3.

Fig. 4 einen axialen Längsschnitt durch ein Zykloidengetriebe mit drei parallel wirkenden Kurvenscheiben mit ausgewuchteter Exzenteranordnung.

Wie aus den Figuren 1 und 1.1 ersichtlich, stellt die Anschlußwelle 1-analog allen geschlossenen Getrieben-eine der drei"Anschlußwellen"dar und bildet zusammen mit einem zum Exzenter 4 ausgebildeten Steg mit einem Wälzlagersitz 5 eine drehfeste Einheit und bewegt über ein Exzenterlager 7 die Kurvenscheibe 10. Die Kurvenscheibe 10 mit ihrem Parameter r und mit ihrem Kurvenzug 11 paart sich ringförmig im Gehäuse 2 mit den Wälzkörpern 12 und wird mit dem Lagerteil 13 über eine Spannhülse 14 zentriert und befestigt. Eine weitere"Anschlußwelle"stellt das Gehäuse 2 zusammen mit dem drehfest verbundenen Lagerteil 13 dar, deren Lagerungen zur Zentralachse einmal über das Wälzlager 8 und zum anderen über das Wälzlager 9 erfolgen.

Die mit dem Lagersitz 6 ausgebildete dritte"Anschlußwelle"3 ist mit einer Kupplung 15 drehfest verbunden, deren Kräftefluß über eine Verschraubung 16 mit der Kurvenscheibe 10 erfolgt.

Der elastische Werkstoff wird einem Teil der Paarung zugeordnet und zwar entweder der Kurvenscheibe 10 in der einen Ausführung-kreuzschraffiert als Teilbereich 11'rechts in Figur 1.1. angedeutet-oder der Wäizkörper 12 in der anderen Ausführung-kreuzschraffiert als Teilbereich 12' links in Figur 1.1. angedeutet-. Vorteilhaft sind hier anstelle der Wälzkörper 12 handelsübliche Nockenwellen-Zahnriemen einzusetzen.

Die Fig. 2 und Fig. 2.1 sowie Fig. 2.2 folgen analogen Benennungen wie Fig. 1 mit nachfolgender Änderungen : Anstelle der Kurvenscheibe 10 wirkt die Doppel-Kurvenscheibe 110 bei Eliminierung der Kupplung 15 ; die Paarungen der Doppel-Kurvenscheibe 110 einmal mit dem größeren Wälzkörperring 112.1-Figur 2.1-der Anschlußwelle 102 und zum andern mit dem kleineren Wälzkörperring 112.2-Figur 2.2-der Anschlu#welle 103 ergibt je nach Wahl der Kurvenzähne die Übersetzung von 20 bis 2.000.

Die Anschlu#welle 101 nimmt drehfest den Lagersitz 105 und 106 sowie den als Lagersitz dienenden Exzenter 104 auf, so daß die Anschlu#welle 103 die zentrale Lagerung über das Kreuzrollenlager 109,1 und die Lager 108 und 109 erhält. Mit 107 ist das Exzenterkugellager bezeichnet, mit 113 und 114 ein Lagersitz für das Kreuzrollenlager 109.1 gegenüber der Anschlußwelle 102, dessen anderer Lagersitz an einer entsprechend auskragenden Ausbildung der Anschlußwelle 103 vorgesehen ist, die auch mit dem kleineren Wetzkörperring zusammenwirkt.

Der elastische Werkstoff kommt zum Einsatz wie in Fig. 1 beschrieben.

Als Beispiel für einen solchen Getriebetyp wird auf die DE 196 45 825 A1 verwiesen.

Die Fig. 3 und 3.1 zeigen in einem Ausführungsbeispiel für Außen-Planeten-Hinterachsen bei Nutzfahrzeugen die Anwendung von EPI-und HYPO-Zykloiden. Besonders günstig ist hier der Einsatz vom elastischen Werkstoff in Form von handelsüblichen Kaufteilen für die Rollen 312.3.

Der in Figur 4 wiedergegebene Längsschnitt eines Zykloidengetriebes nach Maßgabe eines solchen gemäß DE 3206992, bei dem die Wälzkörper412.1 ; 412.2 ; 412.3 die Kurvenscheiben 410.1 ; 410.2 ; 410.3 ; die Exzenterlager 407,1 ; 407.2 ; 407.3 ; die Exzenter 404,1 ; 404.2 ; 404.3 ; nach der Liste 3-fach so aufgeteilt sind, daß die beiden äußeren Teile einmal dynamisch gleichwertig sind wie der einzelne innere Teil und zum anderen, daß die beiden äußeren Teile um 180° gegenüber dem einzelnen inneren Teil versetzt sind, bei gleicher Exzentrizität aller Teile. Die beiden äußeren Wälzkörperringe werden durch handelsübliche Zahnriemen ersetzt.

Im übrigen sind die Einzelheiten der vorgeschilderten Ausführungsbeispiele nebst Abwandlungs-und Anpassungsvarianten in der beiliegenden"Stückliste"erfaßt. Die vorbeschriebenen Getriebebeispiele können demnach wahlweise EPI-oder HYPO-Zykloiden aufweisen, wie dies die Liste angibt, in welcher außer der Nennung der Bauteile noch Bezugsziffern unten unter"Zykloiden-und Walzkörperwechsel-die jeweiligen Anderungen bei Übergang auf den jeweits anderen Kurventyp angegeben sind.

S t ü c k l i s t e Ausführungsbeispiel Aus.<BR> <P>S c h e m a S c h e m a Au#enplaneten-Achse EPI.<BR> <P>Fig. 1 mit kupplung Fig. 2 mit Doppel-Kurve Fig. 3 mit EPI - und Fig<BR> HYPO-Zykloide<BR> 1 Exzenter-Anschlu#welle 101 Exzenter-Anschlu#w. 301 Exzente-An.W. 401<BR> 2 Gehäuse- Anschlu#welle 102 Gehäuse- Anschlu#w. 302 Aufn.f.Wälzk. 402<BR> 3 Kupplung-Anschlu#welle 103 Umhüllung-An.Welle 303 HYPO-Z. Hohl- 403<BR> 4 Exzenter 104 Exzenter 304 Exzenter 404<BR> - --- - --- - --- 404<BR> - --- - --- - --- 404<BR> 5 Gehäuse-Lagersitz 105 Gehäus-Lagersitz 305 Achsbrücke -<BR> 6 Umhüllungs-Lagersitz 106 Umhüllungs-Lagers. - ---<BR> 7 Exzenter- Lager 107 Exzenter-Lager 307 Exzenter-Lag. 407<BR> - --- - --- - --- 407<BR> - --- - --- - --- 407<BR> 8 Gehäuse- Lager 108 Gehäuse-Lager 308 E-Welle-Lager -<BR> 9 Umhüllungs-Lager 109 Umhüllungs-Lager 309 Achs-Lager -<BR> - --- 109.1 Kreuzrollen-Lager - ---<BR> 10 Kurvenscheibe 110 Doppel-Kurvensch. - --- 41<BR> - --- - --- - --- 410<BR> Paarungsvariation : - --- - --- - --- 410<BR> 1. Teil 11 Teil 12; 11 EPI-Zykloidenzug 111,1 EPI-Zykloidenzug 311 EPI-Zykloide<BR> 2. Teil 11 mit Teil 12'; 11' elastsche EPI-Zykloide 111.2 EPI-Zykloidenzug - --- -<BR> 3. Teil 11'mit Teil 12; 12 Walkörper 112.1 Wälzkörper 312 Wälzkörper 412.<BR> <P>12' elastischer Wälzkörper 112.2 Wälzkörper 312.3 Rolle 412.<BR> <P>- --- - --- - --- 412.<BR> <P>13 Umhüllung 113 Lagerteril 313 Glockennabe<BR> 14 Spannhülse 114 Spannhülse. 314 Deckel<BR> 15 Kupplung - --- - ---<BR> 16 Verschraubung - --- Verschrbg. Teil 303 mit 114;<BR> Teil 11 mit Teil 15 Teil 303 mit 313<BR> 17 Sicherungsring - --- nicht bezeichnet<BR> W e c h s e l von EPI-Zykloide in Wälzkörper und von Wälzkörper in HYPO-Zykloide be<BR> Teil 11 in Wälzkörper Teil 111.1/111.2 in Wälzkö. Teil 303 in Wälzkö. Teil<BR> Teil 12 in HYPO-Zykloide Teil 112.1/112.2 in HYPO-Z. Teil 312 in EPi- u. Teil<BR> HYPO-Z.<BR> <P>Teil 311 in Wälzkö.