CH704874A2 - Getriebe zum Umsetzen von Drehbewegungen, Getrieberad für ein solches Getriebe und Verwendung eines solchen Getriebes. - Google Patents

Abstract

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

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, ein Getrieberad für ein solches Getriebe und die Verwendung eines solchen Getriebes.

[0002] Getriebe werden oftmals zur Umsetzung von Bewegungen, Energie und/oder Kräften verwendet. Insbesondere werden mechanische Getriebe häufig eingesetzt, um kontinuierlich Drehbewegung, beispielsweise die Rotation der Antriebswelle eines Elektromotors, gleichförmig in eine kontinuierliche Drehbewegung der ausgangsseitigen Welle, die sogenannte Abtriebswelle, umzusetzen. Dabei wird typischerweise die Drehzahl der Antriebswelle in eine höhere oder eine tiefere Drehzahl der Abtriebswelle gewandelt. Mit der Umsetzung der Drehbewegungen geht in der Regel auch eine entsprechende Umsetzung einer Kraft oder eines Drehmomentes einher.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind mechanische Getriebe in einer grossen Vielfalt von unterschiedlichen Ausführungen bekannt, so dass die Kraft- und/oder Drehungsumsetzung jeweils spezifisch an die jeweilige Anwendung angepasst ist. So bietet beispielsweise ein Schneckengetriebe den Vorteil einer grossen Drehzahlreduktion in einem einzelnen Umsetzungsschritt, das heisst, durch Zusammenwirken von lediglich zwei ineinandergreifenden Getriebeteilen.

[0004] DE 3 307 405 A1 beschreibt ein solches Schneckengetriebe mit einer Schnecke und einem Schneckenrad, an dessen Rand mehrere drehbar gelagerte, als Rollelemente bezeichnete Räder angeordnet sind. Diese Räder greifen in eine wendelförmig verlaufende Nut der Schnecke ein und drehen sich im Kontakt mit der Schnecke. Dadurch werden kontinuierliche Drehbewegungen der Schnecke auf entsprechende kontinuierliche Drehbewegungen des Schneckenrads umgesetzt. Diese Konstruktion bietet den Vorteil, dass die Räder reibungsvermindernd wirken und dass durch die grosse Auflagefläche der Räder eine entsprechend geringe Flächenpressung auftritt, so dass mittels der Räder grosse Kräfte umgesetzt werden können. Die Konstruktion ist allerdings relativ aufwändig.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, ein Getrieberad für ein solches Getriebe und die Verwendung eines solchen Getriebes anzugeben.

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Getrieberad und einer Verwendung des Getriebes gemäss den zugehörigen Ansprüchen gelöst. Weitere erfindungsgemässe Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

[0007] Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, welches eine Getriebewelle mit mindestens einer wendelförmig verlaufenden Nut und ein Getrieberad mit mehreren, jeweils individuell um eine Drehachse drehbar gelagerte Wellen umfasst. Die drehbar gelagerten Wellen sind derart angeordnet, dass mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen in die wendelförmig verlaufende Nut der Getriebewelle eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle und dem Getrieberad umzusetzen. Dabei sind die drehbar gelagerten Wellen einseitig im Getrieberad gelagert, so dass deren freie Enden dem Eingreifen in die wendelförmig verlaufende Nut dienen. Durch diese Lagerung der Wellen wird ein präzises Betriebsverhalten sowie eine robuste und einfach herstellbare und damit kostengünstige Konstruktion erreicht.

[0008] Die drehbar gelagerten Wellen wirken als formschlüssige Elemente, so dass sich diese sowohl zur Umsetzung von Drehbewegungen als auch von Kräften eignen. In diesem Sinn ist im Folgenden unter einer Umsetzung von Drehbewegungen stets auch eine mögliche Umsetzung von Kräften mit oder ohne entsprechende Drehbewegung zu verstehen, beispielweise auch eine Verwendung des Getriebes als Sperre.

[0009] Die Umsetzung der Drehbewegung kann in der Richtung von der Getriebewelle zum Getrieberad erfolgen. Dabei ist die Drehzahl des Getrieberads geringer als jene der Getriebewelle, so dass das Getriebe als Untersetzungsgetriebe wirkt. Die Umsetzung der Drehbewegung kann aber auch in der entgegengesetzten Richtung erfolgen, also vom Getrieberad zur Getriebewelle. Dabei ist die Drehzahl der Getriebewelle grösser als jene des Getrieberads, so dass das Getriebe als Übersetzungsgetriebe wirkt.

[0010] Beispielsweise sind die Wellen in regelmässigen Abständen entlang des Rands des Getrieberads angeordnet, so dass sich eine symmetrische Aufteilung des Getrieberads ergibt. Eine solche symmetrische Aufteilung ist unmittelbar durch die Anzahl der regelmässig angeordneten Wellen gegeben. Die Aufteilung charakterisiert die Gestaltung des Getriebes und damit die Umsetzung der Drehbewegungen, insbesondere deren Unter- bzw. Obersetzungsverhältnis. Diese Aufteilung ist typischerweise auf die Gestaltung der Getriebewelle, insbesondere auf deren wendelförmig verlaufende Nut, abgestimmt. In entsprechender Weise kann auch die Getriebewelle auf eine vorgegebene Aufteilung des Getrieberads abgestimmt werden oder die Getriebewelle und das Getrieberad gemeinsam aufeinander abgestimmt werden.

[0011] Die einseitige Lagerung der Welle bedeutet, dass die Welle grundsätzlich in einen ersten Abschnitt und einen bezüglich der Drehachse axial daran anschliessenden zweiten Abschnitt unterteilbar ist, wobei der erste Abschnitt der drehbaren Lagerung der Welle dient und der zweite Abschnitt ein freies Ende bildet, welches an weitere Bauteile, in diesem Fall an die Nut der Getriebewelle, koppelbar ist.

[0012] Beispielsweise ist der erste Abschnitt bezüglich der Drehachse in zweie Teile unterteilt, wobei der erste Teil benachbart zum freien Ende der Welle angeordnet ist und der radialen Lagerung der Welle dient und der zweite Teil dem freien Ende der Welle gegenüberliegend angeordnet ist und der axialen Lagerung der Welle dient. Dadurch sind die Lagerungen bezüglich der axialen und radialen Richtungen unabhängig, so dass diese flexibel an die Anforderungen der jeweiligen Kraftwirkungen angepasst werden können.

[0013] Beispielsweise ist der erste Abschnitt oder dessen erster Teil mittels Kugelkalotten, insbesondere zwei Kugelkalotten, im Getrieberad gelagert. Dadurch kann sich die in der Kugelkalotte gelagerte Welle selbsttätig an die geometrischen Gegebenheiten ausrichten, so dass Kantenpressungen bei der Welle und/oder bei dem Getrieberad reduziert oder eliminiert werden.

[0014] Die einseitig gelagerten Wellen haben gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Rädern den Vorteil, dass keine radförmige Ausgestaltung auf der Welle für das Eingreifen in die Nut der Getriebewelle benötigt wird. Daher können diese Wellen sehr kompakt und robust aufgebaut werden. Insbesondere kann der Durchmesser des ersten Abschnitts der Welle gleich oder gar grösser als der Durchmesser des freien Endes sein.

[0015] Unter dem Begriff «wendelförmig» ist eine im Wesentlichen schraubenlinienförmig gewundene Struktur zu verstehen, der die Mantelfläche eines rotationssymmetrischen Körpers zugrunde liegt, zum Beispiel ein Rotationshyperboloid, ein Globoid oder, als Spezialfall, ein Zylinder. Dabei ist unter einer wendelförmig verlaufenden Nut auch eine Vielzahl von Nuten zu verstehen, so zum Beispiel bei einer mehrgängigen Struktur, bei der unterschiedliche drehbar gelagerte Wellen des Getrieberads, gleichbleibend oder alternierend, in unterschiedliche Nuten der Getriebewelle eingreifen.

[0016] Überraschenderweise zeigt das erfindungsgemässe Getriebe, selbst bei der Umsetzung von grossen Kräften, äusserst geringe Reibungsverluste. Dies ist einerseits auf die Einfachheit der einseitigen Lagerung der Wellen und andererseits auf die vorteilhafte Ausrichtung der Wellen in Bezug auf die Nut der Getriebewelle zurückzuführen. Diese Ausrichtung reduziert oder vermeidet das reibungsbehaftete Gleiten, welches an den Seitenrändern bei den aus dem Stand der Technik bekannten Rollen auftritt. Aufgrund seiner geringen Reibung eignet sich das erfindungsgemässe Getriebe daher besonders für Anwendungen, bei denen Energieeffizienz im Vordergrund steht.

[0017] In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass bei dem Eingreifen die freien Enden der Wellen zumindest teilweise auf einer Flanke der wendelförmig verlaufenden Nut abrollen. Dieses Abrollen erlaubt ein Umsetzen der Drehungsbewegungen mittels reibungsarmer Wälzvorgänge.

[0018] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass beim Eingreifen das freie Ende einer Ersten der Wellen zumindest teilweise auf einer ersten Flanke der Nut abrollt und das freie Ende einer Zweiten der Wellen zumindest teilweise auf einer, der ersten Flanke gegenüberliegenden zweiten Flanke der Nut abrollt. Dadurch werden unkontrollierte Bewegungen der Getriebewelle und/oder des Getrieberads, d.h. Bewegungen ohne Flankenführung, verhindert und somit eine spielfreie Umsetzung der Drehbewegungen erreicht.

[0019] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass die Drehachsen der Wellen im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle ausgerichtet sind. Dadurch werden Fehlwinkel und daraus resultierende Reibungsverluste vermieden.

[0020] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Nut der Getriebewelle derart ausgebildet, dass diese auf die geometrische Abrollcharakteristik der Wellen in der Nute abgestimmt ist. Im Verlauf des Eingreifvorgangs der drehbar gelagerten Wellen in die Nut ändert sich der Winkel zwischen der Drehachse der Welle und der Drehachse der Getriebewelle kontinuierlich. Ausserdem kann sich, je nach Ausgestaltung der Getriebewelle, deren axiale Steigung und/oder deren Ganghöhe in Abhängigkeit von der Distanz vom Scheitelpunkt ändern. Beispielsweise nimmt die Ganghöhe der wendelförmig verlaufenden Nut bei einem Globoid vom Scheitelpunkt ausgehend stark ab. Die Abstimmung bezüglich dieser Abrollcharakteristik kann einerseits durch Wahl einer geeigneten radialen Steigung des Getrieberades, z.B. durch eine entsprechende geometrische Anordnung der Wellen, und/oder durch Wahl einer geeigneten axialen Steigung der Getriebewelle erreicht werden. Mit dieser Abstimmung wird eine weitgehende Kompensation der sich ändernden Winkel erreicht, so dass die aus diesen Winkeländerungen resultierenden Reibungsverluste reduziert werden.

[0021] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass die Drehachsen der Wellen im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads ausgerichtet sind. Dadurch wird eine stabile Lagerung der drehbar gelagerten Wellen im Getrieberad erreicht.

[0022] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass sie getrennte, voneinander in axialer Richtung des Getrieberades beabstandet angeordnete Gruppen bilden. Dadurch wird ein Eingreifen bei verschiedenen Drehwinkeln der Getriebewelle erreicht, so dass das Eingreifen an verschiedenen Punkten entlang dem Umfang der Getriebewelle erfolgt. Mit dieser Anordnung wird somit ein breit abgestütztes Eingreifen und damit eine zuverlässige und gleichmässige Umsetzung der Drehbewegungen erreicht.

[0023] Durch eine solche Anordnung wird eine höhere Robustheit gegenüber allfällig vorhandenen, insbesondere durch Fertigungstoleranzen, Verschleisserscheinungen oder Deformationen bedingte, Positionsabweichungen der Getriebewelle und/oder des Getrieberads erreicht. Somit wird sowohl eine einfache Herstellung als auch eine hohe Stabilität des Getriebes bei der Umsetzung der Drehbewegungen, insbesondere beim Dauerbetrieb und/oder bei hohen Belastungen, erreicht.

[0024] Ausserdem wird durch eine solche Anordnung eine, zumindest teilweise, Selbstpositionierung zwischen dem Getrieberad und/oder der Getriebewelle erreicht, insbesondere dann, wenn die drehbar gelagerten Wellen in einem Winkel zueinander (windschief) ausgerichtet sind und somit eine v-förmig wirkende Führung für die Getriebewelle bilden.

[0025] Des Weiteren ergibt sich durch die Aufteilung der Wellen in mehrere Gruppen ein grösserer verfügbarer Raum für die einzelnen Wellen gegenüber einer Anordnung, bei der alle Wellen in einer einzigen radialen Ebene des Getrieberads angeordnet sind. Dieser grössere Raum resultiert einerseits aus dem grösseren Zwischenraum zwischen den einzelnen Wellen in einer Gruppe und andererseits aus dem Zwischenraum der beabstandeten Gruppen. Durch den grösseren verfügbaren Raum wird eine optimale Anpassung der Lagerung der einzelnen Wellen, insbesondere deren Anordnung und/oder Aufbau, an die erforderliche Gestaltung und/oder an das vorgesehene Betriebsverhalten des Getriebes erreicht (z.B. geringe Reibung, hohe Übersetzung, grosse Kraftübertragung).

[0026] Beispielsweise sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass sie zwei getrennte, voneinander in axialer Richtung des Getrieberads beabstandet angeordnete Gruppen bilden. Es können auch andere Formen von Gruppen gebildet werden, beispielsweise eine Anordnung mit drei Gruppen, d.h. eine mittlere Gruppe mit zwei Randgruppen.

[0027] Ausserdem können durch diese Anordnung Fertigungstoleranzen und/oder ein Lagerspiel bei der Getriebewelle oder bei dem Getrieberad auf einfache und wirkungsvolle Weise ausgeglichen werden.

[0028] Beispielsweise sind die Wellen der voneinander beabstandet angeordneten Gruppen winkelmässig versetzt, so dass die Drehachsen der Wellen unterschiedliche Drehwinkel bezüglich der Drehachse des Getrieberads und einer radial dazu gerichteten, gemeinsamen Ursprungsrichtung aufweisen. Durch diesen Versatz wird eine optimale Anpassung der Wellen an die geometrischen Gegebenheiten der Nut der Getriebewelle und insbesondere an die Gestaltung der Flanken erreicht.

[0029] Beispielsweise weisen zwei der voneinander beabstandet angeordneten Gruppen die gleiche Anzahl drehbar gelagerter Wellen auf. Dadurch wird eine im Mittel ausgeglichene Verteilung der wirkenden Kräfte und/oder Energien zwischen diesen Gruppen erreicht. Zum Beispiel können jene potentiellen Energien ausgeglichen werden, welche jeweils in den Vorspannfedern der drehbar gelagerten Wellen gespeichert sind. Insbesondere können auch kurzzeitige Asymmetrien bei der Anzahl der wirksam in Eingriff stehenden Wellen im Mittel symmetrisch ausgeglichen werden.

[0030] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen derart angeordnet, dass der Abstand zweier benachbarter Wellen einem Vielfachen, insbesondere dem Doppelten, der Ganghöhe der wendelförmig verlaufenden Nut entspricht. Dabei ist unter der Ganghöhe diejenige Strecke zu verstehen, um die sich die wendelförmig verlaufende Nut bei einer vollen Umdrehung in der axialen Richtung der Getriebewelle windet. Falls die Wellen getrennten Gruppen zugeordnet sind, ist die benachbarte Welle ein Nachbar aus der gleichen Gruppe. Durch diese Anordnung der einzelnen Wellen steht mehr Platz zur Anordnung und Ausgestaltung der Lagerung zur Verfügung. So kann eine sehr stabile Lagerung der Wellen realisiert werden. Ausserdem ergeben sich Kostenersparnisse.

[0031] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die drehbar gelagerten Wellen axial verschiebbar gelagert und/oder vorgespannt. Dadurch kann sowohl ein präzises, insbesondere ein weitgehend spielfreies, Umsetzen der Drehbewegungen als auch eine Kompensation von grösseren Fertigungstoleranzen erreicht werden. Folglich ergibt sich eine hohe Präzision bei einem kostengünstigen Fertigungsprozess. Eine Zunahme der durch das Vorspannen erzeugten Kräfte kann weitgehend vermieden werden, wenn zum Vorspannen Federn mit flacher Federkennlinie verwendet werden.

[0032] Beispielsweise sind mehrere drehbar gelagerte Wellen gegeneinander verspannt, indem diese jeweils mit einer solchen Vorspannung an den gegenüberliegenden Flanken der wendelförmig verlaufenden Nut eingreifen. Durch diese gegenseitige Verspannung wird das Umsetzen der Drehbewegung und/oder der Kraftwirkung zwischen dem Getrieberad und der Getriebewelle spielfrei. Dabei kann durch Erhöhung dieser Verspannung, beispielsweise durch Vergrössern der wirkenden Federkraft, die Präzision oder die sogenannte Steifigkeit der Umsetzung den gewünschten Erfordernissen angepasst werden.

[0033] Ferner wirkt eine solche Vorspannung dämpfend bei einer Überbelastung oder einer Stossbelastung der Getriebewelle, des Getrieberads oder des gesamten Getriebes.

[0034] Ausserdem können durch die Vorspannung Fertigungstoleranzen weitgehend ausgleichen werden, so dass qualitative Verschlechterungen der Umsetzung der Drehbewegungen wie Deformationen der Getriebewelle und/oder des Getrieberads weitgehend oder vollständig vermieden werden.

[0035] Durch die Kombination einer solchen Vorspannung mit der oben genannten Anordnung der Wellen in mehreren voneinander beabstandeten Gruppen kann eine äusserst präzise, robuste und reibungsarme Umsetzung der Drehbewegung zwischen dem Getrieberad und der Getriebewelle erreicht werden.

[0036] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die freien Enden domförmig, insbesondere konisch. Dadurch wird eine optimale Anpassung der Wellen an die Form der wendelförmig verlaufenden Nut erreicht. Insbesondere kann durch diese Anpassung sichergestellt werden, dass die Wellen mit einer vorgegebenen Breite und/oder entlang vorgegebenen Bahnen auf den Flanken der wendelförmig verlaufenden Nut der Getriebewelle abrollen.

[0037] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Getriebewelle ein Globiod. Durch diese Form wird erreicht, dass stets mehrere Wellen gleichzeitig in die wendelförmig verlaufende Nut der Getriebewelle eingreifen und somit ein besonders gleichmässiges Umsetzen der Drehbewegungen erreicht wird, allerdings auf Kosten einer höheren Reibung. Durch das vorteilhafte Reibungsverhalten des erfindungsgemässen Getriebes kann jedoch der Vorteil des gleichmässigen Umsetzens auch ohne den Nachteil einer übermässig hohen Reibung erreicht werden.

[0038] Bekanntlich müssen bei einem Globoid die sich über den Verlauf der wendelförmigen Nut verändernde Umlaufgeschwindigkeit und der sich verändernde Freiwinkel ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck werden im Stand der Technik komplizierte Mechanismen verwendet, zum Beispiel Wellen mit drehbar gelagerten Drehachsen und/oder Doppelrollen zum Ausgleich der unterschiedlichen Drehzahlen. Die Erfindung löst diese Probleme auf besonders vorteilhafte Weise, indem, aufgrund der vorteilhaften Anordnung der Drehachsen, die Wellen die zuvor genannten Veränderungen durch einfache Drehzahländerungen automatisch ausgleichen.

[0039] In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Länge der Getriebewelle oder deren wendelförmig verlaufende Nut derart ausgebildet, dass die Anzahl der jeweils in Eingriff stehenden drehbar gelagerten Wellen weitgehend konstant ist. Der Beginn des Eingreifens einer Welle in die Nut auf einer ersten Seite der Getriebewelle führt also auf der, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite der Getriebewelle zu einem weitgehend gleichzeitigen Austreten einer anderen Welle, welche zuvor in die Nut eingegriffen hat. Dadurch wird eine gleichmässige Übertragung der Drehbewegung erreicht, insbesondere auch bei einer grossen Kraftübertragung.

[0040] Des Weiteren wird durch eine Kombination einer solchen Ausgestaltung mit der obengenannten Anordnung der Wellen in voneinander beabstandet Gruppen ein wechselseitiges, zeitlich versetztes Eingreifen auf die Flanken der Nut und damit eine besonders ausgeglichene Übertragung der Drehbewegung erreicht.

[0041] Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Getrieberad für ein Getriebe nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen. Mittels dieses Getrieberads kann ein bestehendes Getriebe aus dem Stand der Technik durch einfaches Auswechseln des Getrieberads zu einem erfindungsgemässen Getriebe umgerüstet werden.

[0042] Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Getriebes nach einer der vorangehenden Ausgestaltungen als Übersetzungsgetriebe. Dadurch kann eine hohe Umdrehungszahl der Getriebewelle auf effiziente Weise erzeugt werden. Daher eignet sich diese Verwendung besonders für hochenergieeffiziente Drehzahlumsetzungen.

[0043] Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass jede Kombination der zuvor genannten Beispiele und Ausführungsformen oder Kombinationen von Kombinationen Gegenstand einer weiteren Kombination sein können. Es werden nur jene Kombinationen ausgeschlossen, die zu einem Widerspruch führen würden.

[0044] Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine schematisch vereinfachte und perspektivische Darstellung des erfindungsgemässen Getriebes, welches ein Getrieberad 20 mit mehreren drehbar gelagerten Wellen 22 und 26 aufweist; <tb>Fig. 2<sep>einen Querschnitt durch das Getriebe gemäss Fig. 1; und <tb>Fig. 3<sep>eine Detailansicht zur Befestigung der drehbar gelagerten Welle 22 gemäss Fig. 2.

[0045] Die nachfolgenden Ausführungen sind Beispiele und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.

[0046] Fig. 1 zeigt eine schematisch vereinfachte und perspektivische Darstellung eines erfindungsgemässen Getriebes, welches eine Getriebewelle 10 und ein Getrieberad 20 aufweist. Dabei wird in diesem Beispiel durch das Getriebe eine Umsetzung der Kräfte und/oder Drehbewegung von der Getriebewelle 10 auf das Getrieberad 20 bewirkt. Die Übertragung kann aber auch in der entgegengesetzten Richtung erfolgen, also vom Getrieberad 20 auf die Getriebewelle 10.

[0047] Die Getriebewelle 10 ist als Globiod ausgebildet, auf dessen Mantelfläche eine wendelförmige Nut 12 verläuft. Die Nut 12 weist eine erste Flanke 14 und eine, der ersten Flanke 14 gegenüberliegende zweite Flanke 18 auf.

[0048] Das Getrieberad 20 ist gedanklich unterteilbar in einen radförmigen ersten Teil 21a und in einen radförmigen zweiten Teil 21b, welcher in axialer Richtung des Getrieberades 20 an den ersten Teil 21a anschliesst. Der erste Teil 21a ist in Richtung zum zweiten Teil 21b hin konisch verjüngt und bildet dadurch eine erste Abschrägung des Getrieberads 20. In gleicher Weise ist der zweite Teil 21b in Richtung zum ersten Teil 21a hin konisch verjüngt und bildet dadurch eine zweite Abschrägung des Getrieberads 20.

[0049] Entlang den Abschrägungen des Getrieberads 20 sind jeweils in regelmässigen Abständen drehbar gelagerte Wellen angeordnet. In diesem Beispiel sind sämtliche Wellen identisch aufgebaut. Daher ist in Fig. 1stellvertretend für die Gruppe der Wellen des ersten Teils 21a eine erste Welle 22 und stellvertretend für die Gruppe der Wellen des zweiten Teils 21b eine zweite Welle 26 dargestellt. Somit sind die erste Welle 22 und die zweite Welle 26 derart angeordnet, dass diese zwei getrennt angeordnete Gruppen repräsentieren, welche voneinander in axialer Richtung des Getrieberades 20 beabstandet sind.

[0050] Sämtliche Wellen sind jeweils individuell um eine Drehachse D drehbar gelagert (nur für die Welle 22 dargestellt).

[0051] Dabei sind sämtliche Drehachsen D im Wesentlichen senkrecht zu den Abschrägungen des Getrieberades 20 und damit senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads 20 ausgerichtet.

[0052] Die erste Welle 22, beziehungsweise deren zugehörige Gruppe von Wellen, ist einseitig im Getrieberad 20 gelagert, so dass die erste Welle 22 ein freies Ende 24 aufweist. In gleicher Weise ist die zweite Welle 26, beziehungsweise deren zugehörige Gruppe von Wellen, einseitig im Getrieberad 20 gelagert, so dass die zweite Welle 26 ein freies Ende 28 aufweist. Die Wellen 22 und 26 sind winkelmässig versetzt zueinander angeordnet, so dass die Drehachsen der Wellen 22 und 26 unterschiedliche Drehwinkel bezüglich der Drehachse des Getrieberads und einer radial dazu gerichteten, gemeinsamen Ursprungsrichtung aufweisen. Das heisst, die Wellen 22 und 26 sind mit unterschiedlichen Drehwinkeln in Bezug auf die Zylinderkoordinaten des Getrieberads angeordnet.

[0053] Der Versatz erlaubt das Eingreifen der freien Enden 24 und 28 in die wendelförmig verlaufende Nut 12 der Getriebewelle 10. Ausserdem sind die freien Enden 24 und 28 konisch verjüngt, so dass diese angepasst sind für das Zusammenwirken mit der Nut 12 beziehungsweise für das Abrollen der freien Enden 24 und 28 an den entsprechenden Flanken 14 und 18.

[0054] Ausserdem sind die Wellen innerhalb einer jeweiligen Gruppe (repräsentiert durch die Wellen 22 und 26) derart angeordnet, dass der Abstand zur benachbarten Welle dem Doppelten der Ganghöhe der Nut 12 entspricht (dargestellt durch punktierte Linie). Ferner ist der Winkel der Abschrägungen des Getrieberades 20 derart gewählt, dass die Drehachsen D im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle 10 ausgerichtet sind.

[0055] Im Betrieb, also bei der Umsetzung von Drehbewegungen, greifen die freien Enden 24 und 28 der Wellen 22 und 26 in die wendelförmig verlaufende Nut 12 der Getriebewelle 10 ein, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle 10 und dem Getrieberad 20 zu übertragen. Dabei rollt die erste Welle 22 auf der ersten Flanke 14 der Nut 12 und die zweite Welle 26 auf der zweiten Flanke 18 der Nut 12 ab. Der Durchmesser des freien Endes 24 muss jedoch stets kleiner sein als die Breite der Nut 12, um ein gleichzeitiges Berühren der beiden Flanken 14 und 18 durch das freie Ende 24 und die daraus resultierende Bremswirkung zu vermeiden. Sinngemässes gilt für das freie Ende 28. Durch das gegeneinander gerichtete Eingreifen der freien Enden 24 und 28 auf die beiden einander gegenüberliegenden Flanken 14 und 18 wird eine spielfreie Übertragung der Drehbewegung erreicht.

[0056] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Getriebe gemäss Fig. 1. Die im Getrieberad 20 angeordnete Welle 22 greift in die Getriebewelle 10 ein. Dazu rollt das freie Ende 24 der drehbar gelagerten Welle 22 auf der ersten Flanke 14 der Getriebewelle 10 ab.

[0057] Die Welle 22 ist axial verschiebbar gelagert und durch eine Federvorrichtung vorgespannt. Dadurch wird ein gleichbleibender Kontakt zwischen dem freien Ende 24 mit der ersten Flanke 14 der Getriebewelle 10 gewährleistet.

[0058] Weitere Details zur Befestigung der Welle 22 sind der Beschreibung gemäss Fig. 3zu entnehmen.

[0059] Fig. 3 zeigt eine Detailansicht zur Befestigung der Welle 22 gemäss Fig. 2. Um eine axial verschiebbare Lagerung der Welle 22 zu erreichen, wird diese mittels zweier Kugelkalotten 21a und eines Rollenlagers 23 im Getrieberad 20 gelagert. Dadurch können die seitlich auf die Welle 22 wirkenden Kräfte weitgehend reibungsfrei auf das Getrieberad 20 übertragen werden. Die Kugelkalotten 21a können sich selbsttätig entsprechend den jeweils wirkenden Kräften ausrichten, so dass Kantenpressungen bei der Welle 22 und/oder beim Getrieberad 20 vermieden werden.

[0060] Die Lagerung kann auch als Gleitlager ausgeführt werden, insbesondere unter Berücksichtigung von geeigneten Materialpaarungen und entsprechenden tribologischen Eigenschaften, zum Beispiel bei Kleingetrieben.

[0061] Ausserdem wird die Welle 22 durch eine Federvorrichtung vorgespannt. Dazu ist die Federvorrichtung auf der dem freien Ende 24 entgegengesetzten Seite der Welle 22 angeordnet. Die Federvorrichtung umfasst im Wesentlichen ein Kugellager 25a, eine Zwischenscheibe 25b, einen Stössel 25c und eine Feder 25d.

[0062] Der Stössel 25c ist axial verschiebbar, jedoch nicht drehbar gelagert und wird durch die Feder 25d in Richtung der Welle 22 gepresst. Zwischen dem Stössel 25c und der Welle 22 sind allerdings noch die Zwischenscheibe 25b und das Kugellager 25a angeordnet. Die Zwischenscheibe 25b dient dem gleichmässigen Verteilen der Kraftwirkung des Stössels 25c auf das Kugellager 25a. Das Kugellager 25a wiederum bewirkt einerseits die Weiterleitung der Kraftwirkung der Zwischenscheibe 25b auf die Welle 22 und andererseits die Entkoppelung der Zwischenscheibe 25b von der Drehbewegung der Welle 22. Somit wird die Welle 22 vorgespannt ohne die drehbare Lagerung der Welle 22 zu beeinträchtigen.

[0063] Ferner umfasst das Getrieberad 20 eine Schulter 21b, auf welcher die Zwischenscheibe 25b während der Ruhephase aufliegt. Dabei bezeichnet die Ruhephase der Welle 22 jene Zeit während der Umdrehung des Getrieberads, in der kein Eingriff der betreffenden Welle 22 in die Nut der Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1) erfolgt und die Welle 22 daher radial und axial unbelastet ist. Somit wird während der Ruhephase die Federkraft, welche über den Stössel 25c auf die Zwischenscheibe 25b wirkt, über die Schulter 21b geleitet und vom Getrieberad 20 aufgenommen. Während dieser Ruhephase wird die unbelastete Welle 22 mittels eines dem freien Ende 24 gegenüberliegenden Kragens 21c am Hinausfallen aus dem Getrieberad 20 gehindert. Dabei bildet die dem freien Ende 24 gegenüberliegende Seite der beiden Kugelkalotten 21a eine Auflagefläche 21d für den Kragen 21c.

[0064] Zu Beginn des Eingreifens der Welle 22 in die Nut der Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1) wird die Welle 22 zuerst von der Auflagefläche 21d abgehoben, so dass die Welle 22 erst nach diesem Abheben auf das Kugellager 25a trifft. Dadurch wird die Welle 22 beim Eingreifen zuerst für die Drehbewegung freigegeben und erst anschliessend in Drehung versetzt. Somit können Reibungsverluste, welche im Zusammenhang mit dem Aufliegen der Welle 22 auf der Auflagefläche 21d stehen, weitgehend reduziert oder eliminiert werden.

[0065] Die beim Einfahren, also zu Beginn des Eingreifens der Welle 22 in die Nut der Getriebewelle (vgl. Bezugszeichen 12 der Fig. 1), aufgewendete Energie wird während des Verlaufs des Eingreifvorgangs in der Feder 25a als potentielle Energie gespeichert. Beim Ausfahren, also am Ende des Eingreifens, wird diese Energie wieder freigegeben, so dass insgesamt eine im Wesentlichen energieneutrale Vorspannung erreicht werden kann.

Claims (11)

1. Getriebe zum gleichförmigen Umsetzen von Drehbewegungen, umfassend eine Getriebewelle (10) mit mindestens einer wendelförmig verlaufenden Nut (12) und einem Getrieberad (20) mit mehreren, jeweils individuell um eine Drehachse (D) drehbar gelagerten Wellen (22, 26), welche derart angeordnet sind, dass mindestens eine der drehbar gelagerten Wellen (22, 26) in die wendelförmig verlaufende Nut (12) der Getriebewelle (10) eingreift, um Drehbewegungen zwischen der Getriebewelle (10) und dem Getrieberad (20) umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) einseitig im Getrieberad (20) gelagert sind, so dass deren freie Enden (24, 28) dem Eingreifen in die wendelförmig verlaufende Nut (12) dienen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) derart angeordnet sind, dass bei dem Eingreifen die freien Enden (24, 28) der Wellen (22, 26) zumindest teilweise auf einer Flanke (14, 18) der wendelförmig verlaufenden Nut (12) abrollen.

3. Getriebe nach Anspruch 2, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) derart angeordnet sind, dass beim Eingreifen das freie Ende (24) einer Ersten der Wellen (22) zumindest teilweise auf einer ersten Flanke (14) der Nut (12) abrollt und das freie Ende (28) einer Zweiten der Wellen (26) zumindest teilweise auf einer, der ersten Flanke (14) gegenüberliegenden zweiten Flanke (18) der Nut (12) abrollt.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) derart angeordnet sind, dass die Drehachsen (D) der Wellen (22, 26) im Scheitelpunkt des Eingreifens im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse der Getriebewelle (10) und/oder im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Getrieberads (20) ausgerichtet sind.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) derart angeordnet sind, dass sie getrennte, voneinander in axialer Richtung des Getrieberades (20) beabstandet angeordnete Gruppen bilden.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) derart angeordnet sind, dass der Abstand zweier benachbarter Wellen (22, 26) einem Vielfachen, insbesondere dem Doppelten, der Ganghöhe der wendelförmig verlaufenden Nut (12) entspricht.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die drehbar gelagerten Wellen (22, 26) axial verschiebbar gelagert und/oder vorgespannt sind.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die freien Enden (24, 28) domförmig, insbesondere konisch, sind.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Getriebewelle (10) ein Globiod ist.

10. Getrieberad (20) für ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Verwendung eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Übersetzungsgetriebe.