DE10024908C2 - Untersetzungsgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Untersetzungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 195 42 253 A1 ist ein Untersetzungsgetriebe bekannt, das zwei Außenringe mit Innenverzahnung, einen flexiblen Zwischenring mit einer Innenmantelfläche und mit einer Außenverzahnung, die mit den Innenverzahnungen der Aussenringe kämmt, und ein elliptisches Innenteil aufweist, das einen inneren Lagerring umgibt. Der flexible Zwischen­ ring mit Aussenverzahnung wird in Wickeltechnik hergestellt und besteht aus Spiralwindungen aus Bandstahl, um die mehrere Zugstränge gelegt sind. Auf die Zugstränge und Spiralwindungen wird eine Kunststoffschicht aufgebracht, in die die Außenverzahnung des flexiblen Zwischenrings eingear­ beitet ist. Die dünnwandigen Spiralwindungen aus Bandstahl dienen dabei zur Steigerung der dynamischen Beanspruchbar­ keit des flexiblen Zwischenrings, insbesondere dessen Biege­ wechselfestigkeit, während der Zusammenhalt des flexiblen Zwischenrings durch die Zugstränge und die darauf aufge­ brachte Kunststoffschicht hergestellt wird.

Aus der DE 197 08 310 A1 ist ein als Harmonic-Drive-Getrie­ be ausgebildetes Untersetzungsgetriebe bekannt, bei dem sich innerhalb eines starren Stützringes, der eine zylindri­ sche, innenverzahnte Stützfläche aufweist, eine außenver­ zahnte, radialflexible Abrollbuchse befindet, die durch eine geeignete Antriebseinrichtung, die unter anderem aus einer innerhalb der Abrollbuchse angeordneten Planeten­ radeinheit gebildet wird, elliptisch verformt wird. Die Pla­ netenradeinheit weist ein auf einer Antriebswelle angeordne­ tes und von dieser angetriebenes Sonnenrad auf, in dessen Außenverzahnung an zwei diametral gegenüberliegenden Stel­ len die Verzahnungen zweier Planetenräder eingreift. Die Innen- und Außenverzahnung der Stützfläche und der radial­ flexiblen Abrollbuchse weist eine unterschiedliche Zähne­ zahl auf und der Zahnkranz der radialflexiblen Abrollbuchse wird durch den elliptisch geformten Innenkern der Antriebseinrichtung in die zylindrische, innenverzahnte Stützfläche des starren Stützringes gedrückt.

Aufgrund der unterschiedlichen Zähnezahl von Stützfläche und Abrollbuchse wird ein permanentes, fortlaufendes Verset­ zen der ineinandergreifenden Umfangsabschnitte bewirkt, so dass eine ganze Umdrehung der Antriebswelle nur eine Weiter­ bewegung der Abrollbuchse um die vorgesehene Differenz der. Zähnezahl von Stützring und Abrollbuchse bewirkt. Dadurch kann mit einem derartigen Harmonic-Drive-Getriebe eine sehr hohe Untersetzung erreicht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Unterset­ zungsgetriebe der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das laufruhig mit hoher innerer Systembedämpfung, schall- und schwingungsdämpfend sowie toleranzausgleichend formsta­ bil und dauerbeständig ist, dessen radialflexibler Ring unterschiedliche Drehmomente und Drehzahlen an seiner Außen- und Innenseite optimal überträgt und das bei gerin­ ger Reibung eine Übertragung großer Kräfte bei geringen Flä­ chenpressungen ermöglicht.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft ein laufruhiges Unter­ setzungsgetriebe mit hoher innerer Systembedämpfung, das heißt hoher Schall- und Schwingungsdämpfung, das toleranz­ ausgleichend, formstabil und dauerbeständig ist, eine optimale Übertragung unterschiedlicher Drehmomente und Drehzahlen an der Außen- und Innenseite des radialflexiblen Rings gewährleistet und bei geringer Reibung eine Übertra­ gung großer Kräfte bei geringen Flächenpressungen ermög­ licht, indem eine große Zähnezahl oder Kraftübertragungsflä­ chen bei der Kraftübertragung im Eingriff steht und damit optimale Eingriffsverhältnisse sicherstellt.

Durch die Zusammensetzung des radialflexiblen Ringes aus unterschiedlichen Werkstoffen wird den unterschiedlichen Anforderungen im Bereich der Außenverzahnung und der Innen­ fläche Rechnung getragen. Um in der ersten Stufe des Unter­ setzungsgetriebes zwischen dem Antriebskern und dem radial­ flexiblem Ring Toleranzen auszugleichen und das Getriebe­ spiel einzuschränken, wird die Innenfläche als mit Gummi oder einem Kunststoff beschichtete profilierte Innenmantel­ fläche oder Innenverzahnung ausgebildet, während für den Bereich der Außenverzahnung des radialflexiblen Rings ein härteres und formstabileres Material als das der Innenflä­ che vorgesehen ist, das aber eine hinreichende Flexibilität aufweist, und insbesondere aus Stahl und/oder einem harten Kunststoff besteht.

Damit wird sichergestellt, dass zwischen der Außenverzah­ nung des radialflexiblen Rings und der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades bzw. des gehäusefesten Hohlrades hohe Drehmomente bei geringer Drehzahl übertragen werden können, indem zum einen das für den Bereich der Außenverzahnung verwendete Material eine entsprechende Festigkeit und Formstabilität, aber hinreichende Flexibilität aufweist, um eine maximale Zahneingriffsfläche bei vorgegebener Geome­ trie des Untersetzungsgetriebes zu gewährleisten.

Das Material des Kernbereichs bzw. Trägermaterials des radialflexiblen Rings besteht aus einem weichen, federela­ stischen Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi oder einem Ela­ stomer.

Der Kernbereich des radialflexiblen Rings kann aus minde­ stens zwei Bereichen mit unterschiedlichen Werkstoffen zu­ sammengesetzt sein oder alternativ aus einem homogenen Werk­ stoff mit darin eingelagerten Inhomogenitäten bestehen.

Mit Hilfe der in den homogenen Werkstoff eingelagerten Inho­ mogenitäten ergibt sich die Möglichkeit, Deformationszonen auszubilden, mit denen die Deformation des radialflexiblen Rings steuerbar ist.

Eine spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der radialflexible Ring aus einem Elastomer besteht, dessen Formstabilität von der Innenflä­ che zur Außenverzahnung kontinuierlich oder diskontinuier­ lich zunimmt. Damit kann bei hoher innerer Systembedämpfung der Forderung nach Toleranzausgleich und Einschränkung des Getriebespiels im Bereich der Innenfläche sowie der hohen Formstabilität und Festigkeit zur Übertragung hoher Drehmo­ mente bei minimaler Flächenpressung der Außenverzahnung mit der Gegenverzahnung des Abtriebshohlrades bzw. gehäusefe­ sten Hohlrades und weiterhin einer Minimierung der Geräu­ sche Rechnung getragen werden.

Bei einer Zusammensetzung des radialflexiblen Rings aus mehr als zwei Bereichen mit unterschiedlichen physikali­ schen Eigenschaften ist es vorteilhaft, wenn sich die Werk­ stoffpaarung der Außenverzahnung des radialflexiblen Rings und der Innenverzahnung des gehäusefesten Hohlrades und des Abtriebshohlrades bzw. die Werkstoffpaarung der Eingriffs­ flächen der Innenfläche des radialflexiblen Rings mit der Außenmantelfläche des Antriebskerns vom Werkstoff oder den Werkstoffeigenschaften des Kernbereichs des radialflexiblen Rings unterscheiden.

Durch die Möglichkeit, verschiedenartige Werkstoffe mitein­ ander zu kombinieren, wird die Eigenbedämpfung des Systems erhöht und gleichzeitig den unterschiedlichen Gegebenheiten an der Innenfläche und der Außenverzahnung des radialflexi­ blen Rings Rechnung getragen, nämlich einer hohen Drehzahl bei geringer Drehmomentübertragung auf der Innenfläche bzw. Innenverzahnung des radialflexiblen Rings und einer gerin­ gen Drehzahl bei hohen Drehmomenten an der Außenverzahnung des radialflexiblen Rings.

Eine Variante der Ausgestaltung des radialflexiblen Rings besteht darin, dass der der Kernbereich oder das Trägermate­ rial des radialflexiblen Rings aus einem federelastischen Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl, besteht, der mit einem Kunststoff umspritzt oder auf den eine Kunststoff- und/oder Gummischicht aufvulkanisiert ist.

Bei zusammengesetzten Bereichen zur Schaffung unterschiedli­ cher physikalischer Eigenschaften des radialflexiblen Rings können die verschiedenen Bereiche formschlüssig oder reib­ schlüssig miteinander verbunden oder aus einem Zweikomponen­ tenkunststoff in Zwei-K-Technik gebildet werden.

Bei den über die Länge des radialflexiblen Rings verteilt angeordneten Hohlräumen als Deformationszonen wird die Eigenbedämpfung des radialflexiblen Rings zur Erzielung einer hohen Systembedämpfung bei Gewährleistung einer energiesparenden Deformation des radialflexiblen Rings gesteigert.

Durch die Verbindung der im Kernbereich oder Trägermaterial des radialflexiblen Rings ausgebildeten Hohlräume oder Kammern mittels Kanäle werden Überströmkanäle geschaffen, durch die die Luft in diesen Hohlräumen bei Bedarf an exponierte Stellen transportiert werden kann, so dass die Wirkung einer energiesparenden Deformation des radialflexi­ blen Rings bei hoher Systembedämpfung verstärkt wird.

Alternativ können die Hohlräume oder Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt sein, die ebenso wie Luft über die Über­ strömkanäle bei Bedarf an exponierte Stellen transportiert wird und die Deformation des radialflexiblen Rings mit ener­ giesparender Wirkung erleichtert und die Systembedämpfung erhöht.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist der radialflexible Ring geometrisch so geformt oder weist eine solche Eigenspannung auf, dass er eine ideale Ellipsenform einnimmt.

Da der radialflexible Ring innerhalb des Abtriebshohlrades und des gehäusefesten Hohlrades auf einer ellipsenförmigen Fläche abrollt, wird die durch das Abrollen bewirkte Defor­ mation des ellipsenförmig vorgeformten oder in Folge seiner Eigenspannung eine Ellipsenform annehmenden radialflexiblen Rings vermindert und damit der Wirkungsgrad des Unterset­ zungsgetriebes erhöht. Weiterhin gewährleistet die Vorfor­ mung des radialflexiblen Rings gute Eingriffsverhältnisse sowohl im Bereich der Außenverzahnung als auch der Innenver­ zahnung bzw. der Innenmantelfläche des radialflexiblen Rings mit den entsprechenden Gegen-Getriebeelementen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskern aus einem Planetengetriebe mit Planetenrädern oder Planeten­ rollen und einem mit der Antriebswelle verbundenen Sonnen­ rad oder einer mit der Antriebswelle und den Planetenrädern oder -rollen verbundenen Nabe besteht und dass die Außenman­ telflächen der Planetenräder ein mit der Innenfläche bzw. Innenmantelfläche des radialflexiblen Rings übereinstimmen­ des Profil aufweisen.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Außenmantelflächen der Planetenrä­ der und die Innenfläche des radialflexiblen Rings umlaufen­ de, axial nebeneinander angeordnete Rillen und Rippen auf, die vorzugsweise aus einem toleranzausgleichenden und schwingungsdämpfenden, elastischen Belag, insbesondere aus Kunststoff, Gummi oder einem Elastomer bestehen.

Das rippenförmig umlaufende Profil des radialflexiblen Rings und der Antriebselemente des Antriebskerns bewirken einen radialen Toleranzausgleich durch eine flexible Geome­ trie, die Vermeidung axialer Wanderbewegungen des radialfle­ xiblen Rings, das heißt eine Verlagerung des radialflexi­ blen Rings in axialer Richtung während des Laufs sowie eine hohe Laufruhe bei weiterer starker Systembedämpfung.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungsfunktionen erfül­ lendes Material auf die Oberflächen des radialflexiblen Rings und/oder der Planetenräder geklebt oder vulkanisiert ist bzw. dass die Oberflächen des radialflexiblen Rings und/oder der Planetenräder mit einem Dämpfungsfunktionen erfüllenden Material beschichtet sind.

Dabei können die Dämpfungsfunktionen erfüllenden Materiali­ en auch eine der jeweiligen Belastung angepasste Armierung aufweisen, das heißt mit einem Polyamidgewebe oder Stahlein­ lagen versehen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä­ ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebs­ kern mindestens ein Feder- oder Gleitelement aufweist, das in Umfangsrichtung zwischen den Planetenrädern angeordnet ist, wobei das Feder- oder Gleitelement vorzugsweise feder­ kraftbelastet gegen die Innenfläche des radialflexiblen Rings drückt.

Durch die Anordnung von Feder- oder Gleitelementen wird sichergestellt, dass der radialflexible Ring seine optimale elliptische Form beibehält und damit optimale Eingriffsver­ hältnisse zu den Gegenverzahnungen bzw. Gegenflächen der Getriebeelemente gewährleistet sind. Weiterhin verhindern die Feder- oder Gleitelemente ein Schwingen des radialflexi­ blen Ringes und halten diesen ausreichend unter Spannung.

Um die Eingriffsverhältnisse zwischen der Außenverzahnung des radialflexiblen Rings und den Innenverzahnungen des Abtriebshohlrades und des gehäusefesten Hohlrades zu opti­ mieren und damit minimale Flächenpressungen zur Übertragung hoher Drehmomente sicherzustellen, wird der radialflexible Ring durch die einen Teil des Antriebskerns bildenden Planetenräder oder durch mit der Nabe des Antriebskerns verbundene Elemente geometrisch so geformt, dass er mit der Gegenverzahnung des Abtriebshohlrades bzw. gehäusefesten Hohlrades insbesondere in Bezug auf die Anzahl gleichzeitig in die Gegenverzahnung eingreifender Zähne und im Bezug auf die Eingriffstiefe in vorgegebener Weise in Eingriff steht.

Alternativ zur Anordnung von Gleitelementen zur Formstabili­ sierung des radialflexiblen Rings kann der radialflexible Ring oder einer seiner Bestandteile eine solche Eigenform­ stabilität aufweisen, dass er ohne zwischengeordnete Stütz­ elemente hinreichend schwingungsarm läuft.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Antriebseinheit mit einem Scheibenläufermotor und einem als Um­ laufrädergetriebe mit einem verzahnten radial­ flexiblen Ring ausgebildetem Untersetzungsge­ triebe;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Getriebetei­ le des Untersetzungsgetriebes gemäß Fig. 1;

Fig. 3-5 geschnittene perspektivische Darstellungen eines Ausschnitts eines radialflexiblen Rings mit Bereichen unterschiedlicher physikali­ scher Eigenschaften;

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Untersetzungsgetriebe mit radialflexiblem Ring;

Fig. 7 einen Schnitt durch das Untersetzungsgetriebe entlang der Linie VII-VII gemäß Fig. 6;

Fig. 8 ein Untersetzungsgetriebe mit einem radialfle­ xiblen Ring mit beschichteter Außen- und In­ nenverzahnung;

Fig. 9 ein Untersetzungsgetriebe mit einem radialfle­ xiblen Ring mit eingelagerten Kammern bzw. Hohlräumen;

Fig. 10 ein Untersetzungsgetriebe mit einem radialfle­ xiblen Ring mit beschichteter Außenverzah­ nung, im Kernbereich eingelagerten Hohlräu­ men und zusätzlichen Armierungen;

Fig. 11 ein Untersetzungsgetriebe mit radialflexiblem Ring mit eingelagerten Hohlräumen und einem Antriebskern mit auf einem Steg aufgesteckten Planetenrädern und

Fig. 12 ein Untersetzungsgetriebe mit radialflexiblem Ring und Gleit- oder Federelementen im An­ triebskern zur Abstützung des radialflexiblen Rings.

Die in Fig. 1 in einem Längsschnitt und in Fig. 2 in einem vergrösserten Teilausschnitt dargestellte Antriebseinheit besteht aus einem Scheibenläufermotors 1 und einem als Um­ laufrädergetriebe mit einem verzahnten radialflexiblen Ring ausgebildeten Untersetzungsgetriebe.

Bauteile und Funktionselemente des Scheibenläufermotors 1 sind die mit Leiterschleifen 30 versehene Läuferscheibe 3, die in Lagerstellen einer motorseitigen Gehäuseschale 11 angeordneten Bürsten und Bürstenfedern 31, 32, die als Magnetquelle dienenden Permanentmagneten 7 gemäß Fig. 1 bzw. 71, 78 gemäß Fig. 2 sowie der magnetische Rück­ schluss 5.

Die Läuferscheibe 3 ist mit einer Nabe 80 verbunden, die sich aus einem Nabenteller 800, der an die Oberfläche der Läuferscheibe 3 angrenzt und einem Nabenzylinder 801 zusam­ mensetzt, der die mit der Läuferscheibe 3 fest verbundene Antriebswelle 9 umgibt. Die Läuferscheibe 3 ist vorzugswei­ se an den Nabenteller 800 angespritzt, der unter anderem zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Läuferscheibe 3 dient. Die motorseitige Gehäuseschale 11 besteht vorzugs­ weise aus einem ferromagnetischen Material zur Bildung eines magnetischen Rückschlusspfades.

Die Bauteile und Funktionselemente des Untersetzungsgetrie­ bes 2 sind ein gehäusefestes Hohlrad 4 mit einer Innenver­ zahnung 40, ein mit einem Teil seiner Außenverzahnung 61 mit der Innenverzahnung 40 des gehäusefesten Hohlrades 4 kämmender radialflexibler Ring 6, ein mit einer Innenflä­ che 62 des radialflexiblen Rings 6 in Eingriff stehendes Profil eines Antriebskernes 8 und ein mit seiner Innenver­ zahnung 100 mit einem Teil der Außenverzahnung 61 des radialflexiblen Rings 6 in Eingriff stehendes Abtriebshohl­ rad 10 sowie eine getriebeseitige Gehäuseschale 12.

Der Antriebskern 8 wird durch die mit der Läuferscheibe 3 verbundene Nabe 80 mit den radial zur Antriebswelle 9 beabstandeten Planetenrädern 81, 82 gebildet, deren Achsen 85, 86 in die Nabenscheibe 800 sowie mit einem Bund 850, 860 in die Läuferscheibe 3 eingesetzt sind. Die Planetenrä­ der 81, 82 weisen ein profiliertes Rippenrad 83, 84 vorzugs­ weise aus Gummi auf, das auf eine Lagerhülse 87, 88 vorzugs­ weise aus einem Sinterwerkstoff aus Eisen, Bronze oder einem gespritzten Kunststoff aufgezogen ist. Die Lagerhül­ sen 87, 88 sind drehbar auf den Achsen 85, 86 der Planeten­ räder 81, 82 angeordnet.

Die profilierten Rippenräder 83, 84 der Planetenräder 81, 82 stehen in Eingriff mit einer gleichartig profilierten Innenfläche 62 des radialflexiblen Rings 6. Das rippenför­ mig umlaufende Profil des radialflexiblen Rings 6 und der Planetenräder 81, 82 bewirkt einen radialen Toleranzaus­ gleich durch eine flexible Geometrie, vermeidet axiale Wanderbewegungen des radialflexiblen Ringes 6 und gewährlei­ stet eine hohe Laufruhe des Untersetzungsgetriebes 2.

Das gehäusefeste Hohlrad 4 wird durch ein an den magneti­ schen Rückschluss 5 des Scheibenläufermotors 1 angespritz­ tes Kunststoffformteil 45 gebildet, das eine Innenverzah­ nung 40 trägt, die mit einem Teil der Außenverzahnung 61 des radialflexiblen Rings 6 kämmt. Abweichend von dem in diesem Ausführungsbeispiel dargestellten gehäusefesten Hohlrad 4 als Kunststoffformteil 45 mit darin ausgebildeter Innenverzahnung 40 kann die Innenverzahnung 40 unmittelbar an die Ring-Innenfläche des magnetischen Rückschlusses 5 angespritzt werden bzw. auf eine unmittelbar im magneti­ schen Rückschluss 5 ausgebildete, zurückgenommene Verzah­ nung aufgetragen werden oder auf andere radial gerichtete Ausnehmungen oder Vorsprünge des magnetischen Rückschlus­ ses 5 als Innenverzahnung 40 des gehäusefesten Hohlrades 4 aufgespritzt werden.

Das Kunststoffformteil 45 weist eine angespritzte Wasserrin­ ne 41 auf, die mit einer Dichtungslippe an einer Ausnehmung 102 des Abtriebshohlrades 10 anliegt und dafür sorgt, dass Feuchtigkeit von der Getriebeseite der Antriebseinheit nicht in die Motorseite der Antriebseinheit gelangt. Zwi­ schen dem Abtriebshohlrad 10 und dem Kunststoffformteil 45 des gehäusefesten Hohlrades 4 wird zusätzlich ein Hohlraum für eine Dichtung gelassen, die als Lippendichtung in diesen Hohlraum einsetzbar ist und vorzugsweise wie ein Rückschlagventil wirkt, das im Stillstand dichtet und sich im Lauf öffnet, so dass eine Luftführung durch diesen Hohlraumbereich möglich ist.

Eine derartige Luftführung kann dadurch erzielt werden, dass die Nabe 80 Schaufelelemente zur Bildung eines Axial­ lüfters aufweist, mit der ein Luftstrom beispielsweise von der Motorseite (Trockenraumseite) der Antriebseinheit angesaugt und über das Abtriebshohlrad 10 und die getriebe­ seitige Gehäuseschale 12 an eine Naßraumseite der Antriebs­ einheit abgibt.

Die schnelllaufende Antriebswelle 9 ist einerseits in einem motorseitigen Lager 91 der motorseitigen Gehäuseschale 11 und andererseits in einem getriebeseitigen Lager 92 der ge­ triebeseitigen Gehäuseschale 12 gelagert. Das getriebeseiti­ ge Lager 92 trägt an seinem Außenumfang eine Lagerung 90 für das langsamlaufende Abtriebshohlrad 10, dessen Innenver­ zahnung 100 mit einem Teil der Außenverzahnung 61 des radialflexiblen Rings 6 kämmt. An seiner Peripherie weist das Abtriebshohlrad 10 eine spiralförmige Rille 101 zur Aufnahme eines Fensterheberseils 13 auf, das durch Öffnungen der getriebeseitigen Gehäuseschale 12 geführt und über Seilumlenkrollen mit einem Mitnehmer für die Fensterscheibe eines Seilfensterhebers verbunden ist.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine schematisch-perspek­ tivische Darstellung eines Ausschnitts eines radialflexi­ blen Rings 6 mit einer Außenverzahnung 61, einer Innenflä­ che 62 und einem Kernbereich bzw. Trägermaterial 60. Das Trägermaterial 60 besteht in dieser Ausführungsform aus einem Elastomer mit kontinuierlich von der Innenfläche 62 zur Außenverzahnung 61 zunehmender Formstabilität. Die sich kontinuierlich verändernden Materialeigenschaften bewirken einen verhältnismäßig weichen Innenbereich bzw. weichen Bereich des Kernmaterials und damit eine hohe Schall- und Schwingungsdämpfung sowie einen großen Toleranzausgleich bei hoher Spielfreiheit.

Das zur Außenverzahnung 61 zunehmend härter werdende Materi­ al gewährleistet im Zahnbereich eine hohe Dauerbeständig­ keit und Formstabilität sowie die Übertragung großer Kräfte und Drehmomente bei geringen Flächenpressungen, da in Folge der Dauer- und Formbeständigkeit eine große Zähnezahl des radialflexiblen Rings 6 in Eingriff mit der Gegenverzahnung steht und damit optimale Eingriffsverhältnisse gewährlei­ stet sind.

Die sich kontinuierlich verändernden Materialeigenschaften des radialflexiblen Rings 6 ermöglichen die optimale Über­ tragung unterschiedlicher Drehmomente und Drehzahlen an der Außen- und Innenseite des radialflexiblen Rings, da die Drehzahl n₂ an der Innenfläche 62 groß gegenüber der Drehzahl n₁ der Außenverzahnung 61 ist, während das vom An­ triebskern auf die Innenfläche 62 übertragene Drehmoment Md₂ sehr klein gegenüber dem von der Außenverzah­ nung 61 auf die Gegenverzahnung zu übertragende Drehmo­ ment Md₁ ist. Beispielsweise beträgt die Drehzahl n₂ auf der Seite der Innenfläche 3000 U/min und das zu übertragen­ de Drehmoment Md₂ 0,5 Nm, während die Drehzahl n₁ an der Aussenverzahnung ca. 80 U/min bei einem Drehmoment von Md₁ = 15 Nm beträgt.

Fig. 4 zeigt eine schematisch-perspektivische Darstellung eines Ausschnitts des radialflexiblen Rings 6, der aus zwei Materialien mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zusammengesetzt ist, die einen an die Außenverzahnung 61 angrenzenden Bereich 601 sowie einen an die Innenfläche 62 angrenzenden Bereich 602 des Kernbereichs ausbilden. Wäh­ rend der Innenbereich 602 zur Schall- und Schwingungsdämp­ fung, Erzielung einer großen Laufruhe und eines größtmögli­ chen Toleranzausgleichs hinreichend plastisch ist und aus einem weichen Werkstoff wie Gummi oder einem weichen Kunst­ stoff besteht, ist der Außenbereich 601 härter und formsta­ biler als der Innenbereich 602, dabei aber hinreichend flexibel und besteht aus einem harten Kunststoff oder Stahl bzw. aus einer entsprechenden harten Werkstoffkombination.

Die Innenfläche 62 ist mit Rippen 62' versehen, die eine gute Führung zwischen dem Antriebskern und dem radialflexi­ blen Ring 6 gewährleisten, das heißt ein seitliches Abrut­ schen des radialflexiblen Rings 6 vom Antriebskern verhindern, einen zusätzlichen radialen Toleranzausgleich durch eine flexible Geometrie schaffen und eine hohe Laufruhe gewährleisten.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist der radialflexi­ ble Ring 6 einen Kernbereich 60 auf, der aus einem Trägerma­ terial, vorzugsweise aus einem dauerelastischen Werkstoff besteht und dessen Innen- und Außenseite mit einer Beschich­ tung 603 und 604 versehen ist. Dabei besteht die Beschich­ tung 603 zur Bildung der Oberfläche der Außenverzahnung 61 aus einem harten Werkstoff oder einer harten Werkstoffkombi­ nation, wie beispielsweise einem harten Kunststoff oder Stahl, während die Innenbeschichtung 604 aus einem weichen, toleranzausgleichenden, schall- und schwingungsdämpfenden Material, wie Gummi oder einem weichen Kunststoff, besteht.

Die verschiedenen Bereiche 601 und 602 gemäß Fig. 4 bzw. 603 und 604 gemäß Fig. 5 können durch Beschichten eines Kernbereichs 60 oder formschlüssig bzw. reibschlüssig, durch Ausbildung eines Zwei-Komponenten-Kunststoffes oder durch Aufvulkanisieren zusammengefügt werden.

Grundsätzlich kann der radialflexible Ring 6 entsprechend den Fig. 3 bis 5 aus einem homogenen Werkstoff bestehen oder aus unterschiedlichen Werkstoffkombinationen wie Gummi, Elastomere, Kunststoffe und/oder Stahl, zusammenge­ setzt sein. Weiterhin kann der radialflexible Ring 6 aus einer Kombination von Zugmitteln, beispielsweise einer Kette, einem Seil oder dergleichen, und elastischen Elemen­ ten gebildet werden. Die elastischen Elemente können zusätz­ lich eine der jeweiligen Belastung angepasste Armierung aufweisen, die sowohl als Zugstrang oder als periphere Einla­ gen, wie ein Polyamidgewebe oder eine Stahleinlage, ausge­ bildet werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann der Kernbe­ reich 60 aus einem federelastischen Werkstoff wie Feder­ stahl bestehen und mit einem harten bzw. weichen Kunststoff zur Bildung des Außenbereichs 603 sowie Innenbereichs 604 umspritzt werden oder durch Aufvulkanisieren einer Kunst­ stoff- oder Gummischicht auf den Kernbereich 60 der Außenbe­ reich 603 und Innenbereich 604 gebildet werden.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt und Fig. 7 einen Längs­ schnitt durch ein Untersetzungsgetriebe entlang der Linie VII-VII gemäss Fig. 6 mit einem gehäusefesten Hohlrad 4 mit Innenverzahnung 40 und einem mit dem gehäusefesten Hohl­ rad 4 fluchtenden und in Betrachtungsrichtung hinter dem gehäusefesten Hohlrad 4 liegenden Abtriebshohlrad, dessen Innenverzahnung 100 durch unterschiedliche Zähnezahl gegen­ über der Innenverzahnung 40 des gehäusefesten Hohlrades 4 versetzt ist. Mit den Innenverzahnungen 40, 100 des gehäuse­ festen Hohlrades 4 und des Abtriebshohlrades kämmt die Au­ ßenverzahnung 61 eines radialflexiblen Rings 6, dessen In­ nenfläche 62 mit einem rippenförmigen Profil 62a versehen ist, das in profilierte Rippenräder 83, 84 von zwei den An­ triebskern 8 bildenden Planetenrädern 81, 82 eingreift.

Die Planetenräder 81, 82 weisen Lagerhülsen 87, 88 vorzugs­ weise aus einem Sinterwerkstoff, wie Eisen, Bronze oder einem gespritzten Kunststoff auf, die drehbar auf Achsen 85, 86 der Planetenräder 81, 82 angeordnet sind. Die Achsen 85, 86 sind auf einen Steg oder eine Nabe 80 aufgesteckt, die mit einer Antriebswelle 9 verbunden ist.

Der Kernbereich 60 oder das Trägermaterial des radialflexi­ blen Rings 6 kann in dieser Ausführungsform aus einem Elastomer bestehen, dessen Formstabilität von der Innenflä­ che 62 zur Außenverzahnung 61 hin zunimmt, das heißt von einem weichen, toleranzausgleichenden und systembedämpfen­ den Werkstoff in einen härteren, aber ausreichend flexiblen Bereich der Außenverzahnung 61 übergeht.

Die in Eingriff mit der profilierten Innenfläche 62 des ra­ dialflexiblen Rings 6 stehenden profilierten Rippenräder 83, 84 der Planetenräder 81, 82 bestehen aus Gummi oder einem weichen Kunststoff für einen hohen radialen Toleranz­ ausgleich durch eine flexible Geometrie, wobei die Rippen­ struktur axiale Verlagerungen des radialflexiblen Rings 6 verhindert und eine hohe Laufruhe des Untersetzungsgetrie­ bes gewährleistet.

Zur Steigerung der Formstabilität und Dauerbeständigkeit sowie zur Gewährleistung einer hohen Kraft- und Drehmo­ mentübertragung kann die Außenverzahnung 61 des radialflexi­ blen Rings 6 zusätzlich mit einem harten Werkstoff beschich­ tet werden.

In den Fig. 8 bis 12 sind verschiedene Ausführungsformen des radialflexiblen Rings sowie des Antriebskerns des Untersetzungsgetriebes dargestellt, wobei gleiche Getriebe­ elemente und Getriebeelementeteile mit gleichen Bezugszah­ len versehen sind.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 8 weist das Unterset­ zungsgetriebe 2a einen radialflexiblen Ring 6a auf, dessen Außenverzahnung 61a mit den Innenverzahnungen 40a bzw. 10a eines gehäusefesten Hohlrades 4a sowie eines Abtriebshohlra­ des 10a kämmt.

Der radialflexible Ring 6a weist einen Kernbereich 60a mit einem Kunststoff-Trägermaterial oder einem metallisch-flexi­ blen Trägermaterial auf, das im Bereich der Innenverzah­ nung 62a und der Außenverzahnung 61a beschichtet ist. Das Beschichtungsmaterial der Außenverzahnung 61a ist dabei härter als das Beschichtungsmaterial der Innenverzahnung 62a aber hinreichend flexibel und besteht beispielsweise aus Stahl oder einem harten Kunststoff, während das Be­ schichtungsmaterial der Innenverzahnung 62a weniger hart als das Beschichtungsmaterial der Außenverzahnung 61a ist, aber hinreichend hart ausgeführt ist, um eine ausreichende Formstabilität beim Eingriff in die Verzahnung der Planeten­ räder 81a, 82a zu gewährleisten.

Das Kernmaterial 60a des radialflexiblen Rings 6a ist vorzugsweise weich und toleranzausgleichend, um eine hohe innere Systembedämpfung, große Laufruhe und einen guten Toleranzausgleich zu gewährleisten.

Die Planetenräder 81a und 82a kämmen mit der Verzahnung eines Sonnenrades 80a, das mit einer Antriebswelle 9 verbun­ den ist.

Das in Fig. 9 dargestellte Untersetzungsgetriebe 2b weist bei gleicher Ausgestaltung der Innenverzahnungen 40b und 100b des gehäusefesten Hohlrades 4b und des Abtriebshohlra­ des sowie der Außenverzahnung 61b und Innenverzahnung 62b des radialflexiblen Rings 6b wie das Untersetzungsgetriebe 2a gemäss Fig. 8 eine Anordnung von Hohlräumen bzw. Kam­ mern 63b im Kernbereich 60b des radialflexiblen Rings 6b auf. Die Hohlräume 63b dienen der leichteren Deformation des radialflexiblen Rings 6b und können wahlweise geschlos­ sen oder partiell mit Luft oder Flüssigkeit gefüllt sein. Weiterhin können zwischen den einzelnen Hohlräumen bzw. Kammern 63b Überströmkanäle vorgesehen werden, über die Flüssigkeit oder Luft bei Bedarf an exponierte Stellen transportiert werden kann. Die damit verbundene energiespa­ rende Deformation des radialflexiblen Rings 6b gewährlei­ stet eine hohe Systembedämpfung, das heißt eine starke Schall- und Schwingungsdämpfung bei hoher Formstabilität und Dauerbeständigkeit des radialflexiblen Rings 6b.

Das in Fig. 10 dargestellte Untersetzungsgetriebe 2c unterscheidet sich von dem in Fig. 9 dargestellten Unter­ setzungsgetriebe 2b darin, dass die Außenverzahnung 61c des radialflexiblen Rings 6c zusätzlich mit einer Beschichtung versehen ist, beispielsweise einer harten, aber flexiblen Beschichtung aus Stahl oder einem harten Kunststoff. Zusätz­ lich sind im Kernbereich 60c des radialflexiblen Rings 6c Armierungen 64c in Form von Stahleinlagen oder dergleichen vorgesehen. Diese Armierungen können der jeweiligen Bela­ stung des radialflexiblen Rings 6c angepasst werden und aus einem Polyamidgewebe oder einer Stahleinlage bestehen.

Die Ausführungsform des in Fig. 11 dargestellten Unterset­ zungsgetriebes 2d unterscheidet sich von den vorangegange­ nen Ausführungsbeispielen lediglich dahingehend, dass der Antriebskern 8d kein Sonnenrad aufweist. Die Planetenräder 81d und 82d des Antriebskerns 8d sind über einen Steg 80d unmittelbar mit der Antriebswelle 9 verbunden, wobei die Achsen der Planetenräder 81d und 82d auf den Steg 80d aufgesteckt sind. Anstelle eines Steges 80d kann auch eine mit der Antriebswelle 9 verbundene Nabe entsprechend der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 vorgesehen wer­ den.

Der radialflexible Ring kann geometrisch so geformt werden oder eine solche Eigenspannung aufweisen, dass er die für die Eingriffsverhältnisse des Untersetzungsgetriebes ideale Ellipsenform einnimmt. Zusätzlich oder alternativ kann der radialflexible Ring durch die Planetenräder oder an mit einer Nabe des Antriebskerns verbundene Elemente geome­ trisch so geformt werden, dass er mit seiner Außenverzah­ nung, insbesondere in Bezug auf die Anzahl gleichzeitig, in die Gegenverzahnung des Abtriebshohlrades und des gehäuse­ festen Hohlrades eingreifender Zähne und die Eingriffstiefe in vorgebbarer Weise eingreift.

Zur Sicherung eines definierten Zahneingriffs durch Beibe­ haltung der idealen Ellipsenform sowie zur Vermeidung von Schwingungen und zur Einhaltung einer ausreichenden Span­ nung des radialflexiblen Rings können gemäß Fig. 12 Gleit­ elemente 801, 802 vorgesehen werden, die mit der Nabe oder dem Steg des Antriebskerns verbunden sind. Diese Gleitele­ mente 801, 802 können vorzugsweise durch Ferdern 803, 804 belastet an der Innenfläche 62e des radialflexiblen Rings 6e anliegen und damit die Formstabilität des radial­ flexiblen Rings 6e verstärken. Wie der Darstellung gemäß Fig. 12 zu entnehmen ist, sind die Gleitelemente 801, 802 senkrecht zu den Planetenrädern 81e, 82e angeordnet und greifen an den kleinen Achsen des ellipsenförmigen radial­ flexiblen Rings 6e an, dessen Kernbereich 60e, Aussenverzahnung 61e und Innenfläche 62e wie in Fig. 8 ausgebildet sein kann.

Claims (23)

1. Untersetzungsgetriebe (2) mit einem gehäusefesten Hohlrad (4), das eine zylindrische Innenverzahnung (40) mit einer ersten Zähnezahl aufweist, einem Ab­ triebshohlrad (10), das eine zylindrische Innenverzah­ nung (100) mit einer zweiten Zähnezahl aufweist, einem mindestens zwei Bereiche (60-64; 60a-60e; 601-­ 604) mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaf­ ten aufweisenden radialflexiblen Ring (6) mit einer In­ nenfläche (62) und einer Außenverzahnung (61), die mit den Innenverzahnungen (40, 100) des gehäusefesten Hohl­ rades (4) und des Abtriebshohlrades (10) in Eingriff steht, und einem mit einer Antriebswelle (9) verbunde­ nen Antriebskern (8), der einen oder mehrere Umfangsab­ schnitte der Außenverzahnung (61) des radialflexiblen Rings (6) mit der Innenverzahnung (40, 100) des gehäu­ sefesten Hohlrades (4) und des Abtriebshohlrades (10) umlaufend in Eingriff hält, dadurch gekennzeichnet,
daß der radialflexible Ring (6, 6a-6e)
einen Kernbereich oder ein Trägermaterial (60; 60a-­ 60e), das einen weichen, federelastischen Werkstoff, vorzugsweise Gummi oder ein Elastomer, enthält,
eine Innenfläche (62), die als mit Gummi oder einem Kunststoff beschichtete profilierte Innenmantelflä­ che (62') oder Innenverzahnung (62a-62e) ausgebil­ det ist, und
eine Außenverzahnung (61), deren Material härter ist als das der Innenfläche (62) und insbesondere aus Stahl und/oder einem harten Kunststoff besteht.
aufweist.

2. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Kernbereich (60) des radialflexi­ blen Rings (6) aus mindestens zwei Bereichen (601-­ 604) mit unterschiedlichen Werkstoffen zusammengesetzt ist.

3. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Kernbereich (60) des radialflexi­ blen Rings (6) aus einem homogenen Werkstoff mit darin eingelagerten Inhomogenitäten (63b-63d, 64c) be­ steht.

4. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Kernbereich (60, 60a bis 60e) des radialflexiblen Rings (6) aus einem Elastomer besteht und dass die Formstabilität des radialflexiblen Rings (6) von der Innenfläche (62) zur Außenverzahnung (61) kontinuier­ lich oder diskontinuierlich zunimmt.

5. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Werkstoffpaarung der Außenverzahnung (61) des radialflexiblen Rings (6) und der Innenverzahnungen (40, 100) des gehäusefesten Hohlrades (4) und des Abtriebshohlrades (10) und/oder die Werkstoffpaarung der Eingriffsflächen der Innenfläche (62) des radial­ flexiblen Rings (6) und der Außenmantelfläche (83, 84) des Antriebskerns (8) vom Werkstoff oder den Werkstof­ feigenschaften des Kernbereichs (60) des radialflexi­ blen Rings (6) unterscheiden.

6. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Innenmantelfläche (62) des radial­ flexiblen Rings (6) zum Zwecke des Toleranzausgleichs hinreichend elastisch und die Außenverzahnung (61) des radialflexiblen Rings (6) härter und formstabiler als die Innenfläche (62), dabei aber hinreichend flexibel ausgebildet ist.

7. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (62) und der Kernbereich oder das Trägerma­ terial (60, 60a bis 60e) des radialflexiblen Rings (6) aus einem weichen Werkstoff wie Gummi oder einem weichen Kunststoff und die Außenverzahnung (61) des ra­ dialflexiblen Rings (6) aus einem harten Werkstoff oder einer harten Werkstoffkombination wie einem harten Kunststoff oder Stahl besteht.

8. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich oder das Trägermaterial (60, 60a bis 60e) des radialflexiblen Rings (6) aus einem dauerelastischen Werkstoff besteht, dessen Innenseite zur Bildung der Innenfläche (62) und dessen Außenseite zur Bildung der Außenverzahnung (61) beschichtet sind.

9. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Innenseite (602) des Kernbereichs oder Trägermaterials (60) des radialflexiblen Rings (6) mit einem weichen Werkstoff wie Gummi oder einem weichen Kunststoff oder einer weichen Werkstoff­ kombination und die Außenseite (601) des Kernbereichs oder Trägermaterials (60) des radialflexiblen Rings (6) mit einem harten Werkstoff oder einer harten Werkstoffkombination wie einem harten Kunststoff oder Stahl beschichtet ist.

10. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Bereiche (60, 61, 62; 60a-­ 60e; 601-604) des radialflexiblen Rings (6) form­ schlüssig oder reibschlüssig zusammengefügt sind.

11. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die verschiedenen Bereiche (60, 61, 62; 60a-60e; 601-604) des radialflexiblen Rings (6) aus einem Zwei-Komponenten-Kunststoff gebildet sind.

12. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernbereich oder das Trägermaterial (60) des radial­ flexiblen Rings (6) aus einem federelastischen Werk­ stoff, vorzugsweise aus Stahl, besteht, der mit einem Kunststoff umspritzt oder auf den eine Kunststoff- und/oder Gummischicht aufvulkanisiert ist.

13. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Länge des radialflexiblen Rings (6) verteilt Hohlräume (62b-62d) als Deformationszonen vorgese­ hen sind.

14. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über Kanäle miteinander verbundene Kammern oder die Hohlräume (62b-62d) des radialflexiblen Rings (6) mit einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt sind.

15. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radialflexible Ring (6) geometrisch so geformt ist oder eine solche Eigenspannung aufweist, dass er eine ideale Ellipsenform einnimmt.

16. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskern (8) aus einem Planetengetriebe mit Plane­ tenrädern oder Planetenrollen (81, 82) und einem mit der Antriebswelle (9) verbundenen Sonnenrad (80c) oder einer mit der Antriebswelle (9) und den Planeten­ rädern oder -rollen (81, 82) verbundenen Nabe (80) besteht und dass die Außenmantelflächen (83, 84) der Planetenräder (81, 82) ein mit der Innenmantelfläche (62) des radialflexiblen Rings (6) übereinstimmendes Profil aufweisen.

17. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Außenmantelflächen (83, 84) der Planetenräder (81, 82) und die Innenfläche (62) des radialflexiblen Rings (6) umlaufende, axial neben­ einander angeordnete Rillen und Rippen aufweisen.

18. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Rillen- und Rippenoberflächen aus einem toleranzausgleichenden und schwingungsdämp­ fenden, elastischen Belag, vorzugsweise aus Kunst­ stoff, Gummi oder einem Elastomer bestehen.

19. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfungsfunktionen erfüllendes Material auf die Oberflächen des radialflexiblen Rings (6) und/o­ der der Planetenräder (81, 82) geklebt oder vulkani­ siert ist bzw. dass die Oberflächen des radialflexi­ blen Rings (6) und/oder der Planetenräder (81, 82) mit einem Dämpfungsfunktionen erfüllenden Material beschichtet sind.

20. Untersetzungsgetriebe nach mindestens einem der voran­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskern (8) mindestens ein Feder- oder Gleitele­ ment (803) aufweist, das in Umfangsrichtung zwischen den Planetenrädern (81, 82) angeordnet ist.

21. Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 20, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Feder- oder Gleitelement (803) federkraftbelastet gegen die Innenfläche (61e) des ra­ dialflexiblen Rings (6) drückt.

22. Antriebseinheit nach mindestens einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ra­ dialflexible Ring (6) durch die Planetenräder (81, 82) oder an der mit der Nabe (80) verbundene Elemente geometrisch so geformt ist, daß er mit der Gegenver­ zahnung, insbesondere in Bezug auf die Anzahl gleich­ zeitig in die Gegenverzahnung eingreifender Zähne und die Eingriffstiefe, in vorgebbarer Weise in Eingriff steht.

23. Antriebseinheit nach mindestens einem der voranstehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der radialflexible Ring (6) oder wenigstens ein Bestand­ teil des radialflexiblen Rings (6) eine solche Eigen­ formstabilität aufweist, daß er ohne zwischengeordne­ te Stützelemente hinreichend schwingungsarm läuft.