Getriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Koaxialgetriebe oder Hohlwellengetriebe für die industrielle Antriebstechnik mit hoher Leistungsdichte, mit einem Antriebselement, einem Element und einem Abtriebselement, wobei eine übersetzung sowie eine übertragung eines Antriebsmomentes zwischen Antriebselement und Abtriebselement über eine Mehrzahl von radialen bewegbaren Zahnsegmenten erfolgt.

Stand der Technik

Herkömmliche Getriebe sind in jeglicher Form und Ausführung auf dem Markt bekannt und erhältlich. Im wesentlichen werden drei unterschiedliche Technologien von Getrieben im Markt verwendet. Zum Einen sind im Markt Planetengetriebe bekannt, bei welchen bspw. innerhalb eines Hohlrades koaxial ein oder mehrere Planetenräder mittels eines meist zentral

BESTATIGUNGSKOPIE

angeordneten Sonnenrades zur übertragung eines Momentes auf einem Planetenradträger bzw. Abtriebselement vorgesehen sind.

Bei derartigen Umlauf- oder Planetengetriebe können keine hohen übertragungsgeschwindigkeiten gefahren sowie keine hohen Momente bei generell nur sehr kleinen möglichen Hohlwellendurchmessern übertragen werden. Zudem unterliegen derartige Getriebe einer geringen Steifigkeit und geringen Robustheit und besitzen eine geringe überlastfähigkeit. Ferner ist nachteilig, dass insbesondere bei hohen antriebsseitigen Drehzahlen eine übersetzung bzw. ein übersetzungsverhältnis beschränkt ist.

Ferner sind Exzentergetriebe bekannt, bei welchen meist ein Planetenrad innerhalb eines innen verzahnten Hohlrades zur übertragung der Drehmomente wie zur Herstellung von übersetzungen vorgesehen ist. Bei Exzentergetrieben ist von Nachteil, dass diese grosse Trennkräfte und sehr grosse Lagerelemente, insbesondere bei Hohlwellenausführungen, erfordern und nur für Hohlwellenausführungen mit kleineren Durchmessern geeignet sind. Auch hier weisen diese Exzentergetriebe geringe überlastfähigkeiten und geringe Robustheiten auf.

Zudem sind die übersetzungsbereiche beschränkt auf etwa i=30 bis i=100 und dies nur bei geringen Antriebsdrehzahlen. Bei höheren Antriebsdrehzahlen unterliegen derartige Exzentergetriebe einem hohen Verschleiss und weisen daher eine geringe Standzeit auf, was unerwünscht ist.

Zudem weisen derartige Exzentergetriebe hohe Reibungsverluste und daher geringe Wirkungsgrade auf, da Kupplungen od.dgl. an Exzentergetriebe anschliessen, um die exzentrische Abtriebsbewegung auf eine zentrische Bewegung zu verlagern. Daher ist der Wirkungsgrad des Exzentergetriebes sehr niedrig. Insbesondere bei hohen Drehzahlen treten hohe Schwingungsproblematiken auf, die ebenfalls unerwünscht sind.

Ferner sind Harmonie Drive Getriebe bekannt, die zwar auch als Hohlwellengetriebe ausführbar sind, wobei zwischen einem meist oval ausgebildeten Antriebselement und einem innen verzahnten Hohlrad ein sogenannter Flexspline angeordnet ist, der weich und nachgiebig ausgebildet ist und das entsprechende Moment zwischen Antrieb und Hohlrad überträgt sowie eine übersetzung zulässt.

Der sogenannte Flexspline unterliegt dauerhaften Belastungen und versagt häufig bei hohen Momenten. Zudem ist der Flexspline nicht überlastfähig und reisst häufig bei zu hohen Momenten schnell ab. Das Harmonie Drive Getriebe hat ferner einen schlechten Wirkungsgrad und eine geringe Verdrehsteifigkeit.

Aufgabe

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Koaxialgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die genannten Nachteile der bis jetzt bekannten Koaxialgetriebe, Planetengetriebe,

Exzentergetriebe sowie Harmonie Drive Getriebe beseitigt, wobei eine

Kraftübertragung zwischen Antriebselement und Zahnsegment deutlich zum

übertragen von sehr hohen Kräften verbessert werden soll. Ferner soll die Lebensdauer des Koaxialgetriebes bei optimierter Belastbarkeit zur gleichzeitigen Anpassbarkeit auf entsprechende Abtriebs- und/oder

Antriebsmomente optimierbar sein.

Lösung der Aufgabe Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass in einer Axialrichtung einzelne oder eine Mehrzahl von Zahnsegmenten nebeneinander angeordnet und/oder in Radialrichtung einzelne Zahnsegmente axial zueinander versetzt angeordnet sind.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, ein Koaxialgetriebe zu schaffen, bei welchem eine Mehrzahl von Zahnsegmenten innerhalb eines Elementes linear und radial nach aussen hin und her bewegbar

geführt sind. Die einzelnen Zahnsegmente weisen Zahnflanken auf, die in die entsprechende Verzahnung eines äusseren Hohlrades eingreifen.

Die Zahnsegmente werden mittels eines Antriebselementes, welches eine äussere Profilierung und eine äussere Kontur besitzt, zur Herstellung einer rotativen übersetzung und Bewegung durch eine entsprechende rotative Antriebsbewegung in die Verzahnung des Hohlrades bewegt. Dabei sind die Zahnsegmente in einem Element, insbesondere ausgebildet als Abtriebselement, linear geführt.

Die Zahnsegmente können querschnittlich rund, mehreckig, rechteckartig oder oval ausgebildet sein und werden innerhalb des Elementes linear geführt und gehalten.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Element, insbesondere das Abtriebselement, zu verstärken, indem nur jedes zweite, dritte, vierte Zahnsegment oder ein Vielfaches hiervon im Element eingesetzt sind und mit der inneren Verzahnung des Hohlrades in Eingriff gelangen.

Zudem kann ein Fussbereich des Zahnsegmentes verjüngt ausgebildet sein, um das Element, insbesondere das Abtriebselement stärker auszubilden, um höhere Kräfte der einzelnen Zahnsegmente aufzunehmen, eine Torsion, Biegung zu verringern und gleichzeitig ein hohes Abtriebs- oder Antriebsmoment aufzunehmen.

Dabei können auch mehrere Zahnsegmente in Axialrichtung nebeneinander beabstandet in das Element, insbesondere in das Abtriebselement, eingesetzt sein, um die Kräfte auf das Hohlrad bzw. auf unterschiedliche Bereiche der Verzahnung zu verteilen.

Ferner soll daran gedacht sein, dass die Zahnsegmente über entsprechende Auflageelemente abgestützt sind, die wiederum über entsprechende Lagerelemente des Antriebselementes rollen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine äussere Kontur, insbesondere Profilierung des Antriebselementes mit einer entsprechenden umlaufenden Nut für die Lagerelemente, insbesondere Nadellager, vorzusehen, in welcher die Lagerelemente abwälzen. Diese können axial stirnseitig nicht aus der Lagernut austreten.

Von aussen übergreifen seitliche Flansche der Auflageelemente die Lagerelemente, sodass eine axiale Fixierung sicher gestellt ist. Die als segmentierter Lageraussenring ausgebildeten Auflageelemente übertragen eine lineare Bewegung des Zahnsegmentes auf die Verzahnung des Hohlrades.

Das Auflageelement vergrössert eine Fläche zur Kraftübertragung auf das Zahnsegment. Dabei können die einzelnen Auflageelemente stirnseitig durch entsprechende vorgesehene Vorsprünge und Ausnehmungen von jeweils benachbarten Auflageelementen ineinandergreifen. Diese greifen kettenartig oder formschlüssig ineinander und lassen somit eine Bewegung in Radialrichtung zu.

Bei der vorliegenden Erfindung kann durch die entsprechende Wahl und Anordnung der Zahnsegmente und der Anzahl der Zahnsegmente im Element, insbesondere im Abtriebselement, sowie durch die entsprechende radiale Beabstandung benachbarter Zahnsegmente Einfluss genommen werden auf die Steifigkeit der Führung der Zahnsegmente sowie auf die Grosse des zu übertragenden Momentes.

Figurenbeschreibung

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Koaxialgetriebe;

Figur 2a einen vergrössert dargestellten Ausschnitt aus dem Querschnitt des Koaxialgetriebes gemäss Figur 1 ;

Figur 2b eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Koaxialgetriebes im Bereich von Zahnsegmenten und Antriebselement;

Figur 3 einen vergrössert dargestellten Teilquerschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles eines Koaxialgetriebes gemäss Figur 1 ;

Figur 4 einen Teilquerschnitt eines weiteren Koaxialgetriebes gemäss Figur 1 ;

Figur 5 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Koaxialgetriebes mit Zahnsegmenten und Auflageelementen;

Figur 6 eine Draufsicht auf einen Teil des Koaxialgetriebes gemäss Figur 5 im Bereich der Zahnsegmente und Auflageelemente;

Figur 7 eine perspektivische Unteransicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Auflageelements zur übertragung der Schubbewegung der Zahnsegmente.

Gemäss Figur 1 weist ein Koaxialgetriebe Ri ein Hohlrad 1 auf, welches eine innenliegende Verzahnung 2 mit einer Mehrzahl von Zahnlücken 2 ^' besitzt.

Innerhalb des Hohlrades 1 ist ein Element 3, bevorzugt ausgebildet als

Abtriebselement, kreisringartig eingesetzt, wobei im kreisringartigen Element 3

eine Mehrzahl von Zahnsegmenten 5 radial nebeneinander und in entsprechende Führungen 4 geführt eingesetzt sind. Die Zahnsegmente 5 sind innerhalb der Führung 4 radial hin und her verschiebbar gelagert und weisen einends Zahnflanken 6 auf.

Innerhalb des Elementes 3 mit aufgenommenen Zahnsegmenten 5 ist ein Antriebselement 7, ausgebildet als Welle oder als Hohlwelle, vorgesehen, das eine äussere Profilierung 8 aufweist, die bspw. mit einer Kontur 9 als Erhöhung polygon- oder nockenartig ausgebildet sein kann.

Ebenfalls ist zwischen der äusseren Kontur 9, der Profilierung 8 des Antriebselementes 7 und dem Element 3, insbesondere dem Abtriebselement, bzw. einends der Zahnsegmente 5 ein Lagerelement 10 vorgesehen, wie es insbesondere in den Figuren 2 bis 5 angedeutet ist.

Als Lagerelement 10 können Nadellager od. dgl. Elemente eingesetzt sein, die die äussere Kontur 9 der Profilierung 8 des Antriebselementes 7 umfangen.

Betreffend die Funktionsweise des vorliegenden Koaxialgetriebes wird auf die Deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 042 786 verwiesen. Dort ist die Funktionsweise des Koaxialgetriebes genau beschrieben.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des o. g. Koaxialgetriebes. Als besonders vorteilhaft hat sich bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, wie es bspw. aus Figur 2a hervorgeht. Dort ist dargestellt, dass nicht jedes Zahnsegment 5 in eine entsprechende passende Zahnlücke 2' des Hohlrades 1 eingreift, sondern dass nur in jede zweite, jede dritte oder jede vierte oder jede „n"-te Zahnlücke 2' zumindest ein Zahnsegment 5 eingreift bzw. dort in Eingriff gelangt. Auf diese Weise ist eine Breite B zwischen zwei Führungen 4 zur Aufnahme der Zahnsegmente 5 wesentlich vergrössert, was eine grossere Stabilität und einen besseren Halt des Elementes 3, insbesondere ausgebildet als Abtriebselement, gewährleistet. Zudem wird auch

eine grossere Torsionssteifigkeit, Verbindungssteifigkeit zur Aufnahme einzelner oder mehrerer Zahnsegmente 5 axial hintereinander gewährleistet. Hierdurch lassen sich sehr hohe Momente torsionssteif übertragen.

Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 2b ist ein Getriebe R ₂ aufgezeigt, bei welchem zwischen den Auflageelementen 11 und dem Antriebselement 7, insbesondere dessen Kontur 9 zwischen einzelnen benachbarten Lagerelemente 10, insbesondere Nadellager, Abstandshalter 16 vorgesehen sind. Die Abstandhalter 16 greifen jeweils stirnseitig an die Lagerelemente 10 vorzugsweise beidseitig an und beabstanden diese zueinander ketten- bzw. gliederartig. Es können entsprechende Vorsprünge 13 in Ausnehmungen 14 oder Rücksprünge eingreifen, um einerseits einen Spalt 26 zwischen zwei benachbarten Auflageelementen 11 zu definieren und gleichzeitig eine umfangsseitige überlappung der benachbarten Auflageelemente 11 hinsichtlich Vorsprung 13 und Ausnehmung 14 herzustellen, um gleichzeitig eine axiale Lagerung und einen axialen Halt der einzelnen Auflageelemente 11 zu gewährleisten. Diese sind axial nach aussen umfangsseitig gesichert, insbesondere durch den Vorsprung 13, der in eine passende Ausnehmung 14 eingreift, wobei auch daran gedacht sein kann, dass der Vorsprung 13 und die Ausnehmung 14 jeweils nur als schräg ausgebildete Stirnseite ausgeformt sein können. Dies soll ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen.

Wie in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 3 aufgezeigt ist, greift in jede vierte Zahnlücke 2' zumindest ein Zahnsegment 5 radial ein, wobei eine Breite B zwischen zwei Führungen, insbesondere zwischen zwei radial benachbarten Zahnsegmenten 5, wesentlich vergrössert ist und hierdurch unterschiedlich grosse Abtriebsmomente sowie

Führungskräfte der Zahnsegmente 5 in der Führung 4 aufgenommen werden können.

Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 4 ist dargestellt, wie in jede Zahnlücke 2' des Hohlrades 1 ein Zahnsegment 5 in entsprechende Führungen 4 des Elementes 3, insbesondere des Abtriebselementes, eingreift, wobei zur Stärkung, insbesondere Verstärkung, des Elementes 3 zur Vergrösserung einer Breite B des Elementes 3 ein Fussbereich 22 des Zahnsegmentes 5 querschnittlich verjüngt ausgebildet ist.

Der Fussbereich 22 kann von einer Dicke D _F sein, die gleich oder kleiner ist als eine Dicke D _z der Zahnflanke 6 des Zahnsegmentes 5.

Auch hier ist denkbar, dass jedes zweite, dritte Zahnsegment oder ein Vielfaches der Zahnsegmente 5 in die jeweiligen Zahnlücken 2' des Hohlrades 1 eingreifen. Dabei sind Fussbereiche 22 der Zahnsegmente 5 in dem Auflageelement 11 abgestützt, die wiederum direkt oder indirekt in den Lagerelementen 10 gegenüber dem Antriebselement 7, insbesondere dessen Profilierung 8, abgestützt sind.

Wie ferner aus Figur 3 ersichtlich ist, kann das Zahnsegment 5 bspw. indirekt über ein Gelenk 12 in einer Ausnehmung 17 in dem Auflageelement 11 gelenkartig abgestützt und innerhalb der Führung 4 gelagert sein.

Wie es in Figur 4 oder 1 dargestellt ist, kann auch direkt ein Fussbereich 22 durch eine entsprechende Profilierung 18 in eine entsprechende Ausnehmung 17 des Auflageelements 11 eingreifen.

Ferner hat sich als besonders vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, wie insbesondere aus dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 5 ersichtlich ist, dass eine Mehrzahl von Auflageelementen 11 radial und nebeneinander beabstandet auf einer äusseren Kontur 9 des Antriebselementes 7 angeordnet sind. Dabei sind die Lagerelemente 10 in einer Lagernut 23 aussen in der Kontur 9 bzw. Profilierung 8 eingelassen, so

dass diese axial weder in die eine noch in die andere Richtung austreten können.

Auf die Lagerelemente 10 sind eine Mehrzahl von nebeneinander angeordnete Auflageelement 11 aufgelegt, die ebenfalls an ihrer Unterseite entsprechende Lagernuten 24 besitzen, so dass stirnseitig entsprechende Flansche 25, wie in Figur 7 dargestellt, die Lagerelemente 10 übergreifen, so dass das Auflageelement 11 axial gesichert auf den Lagerelementen 10, insbesondere den Nadelrollen, gehalten ist und radial eine optimale Lagerung zulässt.

Seitlich besitzt das Auflageelement 11 einen Vorsprung 13, der vorzugsweise dreieckartig und als stumpfes Dreieck ausgeformt ist und der in eine entsprechende passende Ausnehmung 14 eines benachbarten Auflageelements 11 eingreift. Die Auflageelemente besitzen einerseits einen entsprechenden Vorsprung 13 und anderseits eine entsprechende Ausnehmung 14, die dem Eingreifen des Vorsprunges 13 in benachbarte Auflageelemente 11 dient.

Ferner ist die entsprechende Ausnehmung 17 vorzugsweise durchgehend ausgebildet, so dass dort zumindest ein Zahnsegment 5 in seinem Fussbereich 22 eingreifen kann.

Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, eine Mehrzahl von einzelnen Auflageelementen 11 mit Lagerelementen 10 segmentartig auszubilden, die als segmentartige Lageraussenringe das eigentliche Antriebselement 7, insbesondere dessen Profilierung 8, umfangen. Gleichzeitig dient das Auflageelement 11 der Verteilung der Kräfte auf die Zahnsegmente 5, wobei die Zahnsegmente 5 innerhalb der Auflageelemente 11 separat gelagert bzw. abgestützt sind. Ein derartig segmentierter Lageraussenring, gebildet aus einer Mehrzahl von segmentartigen Auflageelementen 11 , ist sehr steif und kann sehr hohe Kräfte bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten auf die einzelnen Zahnsegmente übertragen.

Es hat sich als vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung erwiesen, in Axialrichtung eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei, nebeneinander angeordnete zylindrisch ausgebildete Zahnsegmente 5 in das Element 3, insbesondere in das Abtriebselement, in entsprechende passende zylindrische Führung 4 einzusetzen, die dann gemeinsam in einem Auflageelement 11 abgestützt sind.

Ferner ist denkbar, wie es insbesondere im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 dargestellt ist, dass in einem gemeinsamen Auflageelement 11 axial nebeneinander angeordnete Zahnsegmente 5 oder sogar auch eine Mehrzahl davon, d. h., drei, vier etc., angeordnet sind und in dem jeweils benachbarten Auflageelement 11 bzw. im Element 3 dann radial und axial versetzt dazu jeweils nur ein Zahnsegment 5 oder eine entsprechend reduzierte Anzahl von Zahnsegmenten 5 eingesetzt ist.

Durch den entsprechenden axialen Versatz der Zahnsegmente 5 von Auflageelement zu Auflageelement im Element 3 wird eine optimale Kraftverteilung gewährleistet, das Element 3 kann in entsprechenden Bereichen in denen kein Zahnsegment 5 eingesetzt ist, stabiler ausgebildet werden und die Zahnsegmente 5 greifen in unterschiedliche Bereiche, insbesondere Eingriffsbereiche, der Verzahnung 2 ein, was den Verschleiss ebenfalls minimiert und die Standzeit deutlich erhöht. Dann kann auch in jede Zahnlücke 2' des Hohlrades mindestens ein Zahnsegment 5 eingreifen.

Bezugszeichenliste