DE3409777A1

DE3409777A1 - Planeten-drehmomentwandler

Info

Publication number: DE3409777A1
Application number: DE19843409777
Authority: DE
Inventors: Francisco Anzuolo Guipuzcoa Legorburu Gabilondo
Original assignee: Goizper SCL
Current assignee: Goizper SCL
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1984-09-27
Also published as: GB2138098A; IT8467253A1; US4621543A; IT8467253A0; FR2542835A1; GB8406217D0; IT1196691B

Description

Planeten-Drehmomentwandler

Die Erfindung betrifft einen Planeten-Drehmomente wandler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. 5

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen Drehmomentwandler, d.h. ein Vielfach-Untersetzungsgetriebe, des koaxialen, planetaren Wandlertyps, dessen bauliche Merkmale speziell so konstruiert sind, daß ein vollkommener Ausgleich in seinem Normalbetrieb als Wandler erreicht wird und daß außerdem eine Reihe sekundärer Probleme gelöst wird, die im folgenden noch näher beschrieben werden.

Bei koaxialen Plänetenwandlern ist es bekannt, daß eine Eingangswelle vorhanden ist, die in dessen praktischer Ausführungsform als Untersetzungsgetriebe die schnelle Welle ist, die in passender Weise durch Lager oder gleichartige Elemente unterstützt wird und die einige Exzenter enthält, auf denen sich - ebenfalls mittels einiger Lager oder anderer zwischengeordneter Antireibungseinrichtungen - die Planetenräder verschieben, die ihrerseits in entsprechender Weise mit der Innenseite des Gehäuses und mit der Innenseite eines Rades in Eingriff stehen, das einstückig mit der langsamen oder Ausgang swelle ausgeführt ist.

Mit diesem Wandlertyp werden große Untersetzungs-Vervielfachungen erreicht, und zwar aufgrund der Differentialarbeitsmöglichkeit der Räderpaare während des Betriebes.

In einem ersten übertragungsstadium wird eine Reduktion gemäß folgender Formel erreicht:

•L. *"™

^N2

Hierin bedeuten

r = die erreichte Reduktion (Untersetzung)

,_ N- = die Anzahl der Zähne des Rades mit der Innenverzahnung

N₂ = die Anzahl der Zähne des Rades mit Außenverzahnung.

Die Zweistufen-Reduktion, die durch die Differenz erzielt wird, ergibt sich durch die Formel:

Hierin bedeuten

W- = Geschwindigkeit der Eingangswelle,

W₀ = Geschwindigkeit der Ausgangswelle, 25

N- = Anzahl der Zähne des am Gehäuse befestigten

Rades,

N₀ = Anzahl der Zähne des Rades, das mit dem vorhergehenden im Eingriff ist,

N, = Anzahl der Zähne des Rades, das mit dem Rad 30

in Eingriff steht, das mit der Ausgangswelle

verbunden ist,

^Ν4 ⁼ ^^¹²^! ^ler Zähne des Ausgangsrades.

Wie aus der vorhergehenden Formel zusammengefaßt werden kann, wird sich, falls das Produkt N-^N, gleich dem Wert des Produktes N ^* N. gemacht ist, der zweite Term der Gleichung dem Wert 0 nähern, und infolgedessen wird die Reduktion oder Vervielfachung sehr hohe Werte erreichen.

Konbinationen von nicht-differentialen Rädern bringen selbstverständlich kleinere Reduktionen und Vervielfachungen mit sich.

Abgesehen von ihrer betrieblichen Wirksamkeit besitzen konventionelle Wandler nun Probleme, in denen zwei ganz wesentliche Aspekte enthalten sind:

Auf der einen Seite die starken axialen Belastungen, die in den Berührungspunkten der Scheitel bzw. Kronen erzeugt werden und denen durch Stützlager auf beiden Wellen entgegengewirkt werden muß.

Auf der anderen Seite erzeugt die Rotation der Exzentermassen starke unkompensierte Vibrationen. 25

Ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler zeichnet sich durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale aus.

Durch die Erfindung wird ein Wandler mit einem speziellen Aufbau vorgeschlagen, durch den die zuvor erwähnten Probleme vollkommen gelöst werden.

Gemäß der einfachsten Ausfuhrungsform der Erfindung befindet sich ein Paar Räder, das auf einem gemeinsamen Exzenter auf der Eingangswelle montiert ist und von denen das eine mit dem Gehäuse und das andere mit dem Ausgangsrad in Verbindung steht, in der Gruppierung von zwei anderen komplementären Rädern, die auf beiden Seiten der Einheit aus den beiden vorderen Rädern vorgesehen und auf entsprechenden Exzentern installiert sind, und zwar mit übereinstimmender Exzentrizität und gegenüberliegend zu der mit dem Exzenter, der mit dem anfänglichen Räderpaar übereinstimmt. Dieses komplementäre Räderpaar ist ferner verbunden durch Dreh- bzw. Halszapfen, die parallel zur tatsächlichen Drehachse verlaufen und die diese komplementären Räder versteifen und außerdem durch Löcher hindurchgeführt sind, die in die Anfangsräder eingearbeitet sind, und zwar mit ausreichender Größe, um die Querverschiebungen dieser Halszapfen zu gestatten, die von der unterschiedlichen Exzentrizität herrühren.

Nach dieser Anordnung sind zwei Räder hergestellt, um die innere Getriebeverzahnung des Gehäuses an zwei diametral entgegengesetzten Punkten zu berühren, während die beiden anderen Räder angeordnet sind, um die Verzahnug des mit der Ausgangswelle verbundenen Rades ebenfalls an zwei diametral gegenüberliegenden Punkten zu berühren, wodurch gleichzeitig der doppelte Aspekt von Problemen gelöst wird, die den herkömmlichen Drehmomentwandlern anhaften, indem nämlich den axialen Kräften entgegen-

— ss —

gewirkt wird und die Vibrationen auf diese Weise verschwinden.

Selbstverständlich kann die Erfindung auch in einer komplexeren Weise angewendet werden, um ein Gleichgewicht der axialen Belastungen durch die Verwendung von zwei Drei-Räder-Einheiten zu ermöglichen/ die auf Exzentern mit einem Winkel von 120° angeordnet sind, so daß die axialen Belastungen in Umfangsrichtung in drei mit gleichen Abständen voneinander angeordneten Punkten verteilt werden, wodurch auch die Vibrationen reduziert werden. In derselben Weise können die Belastungen auch in vier oder mehr gleichmäßig beabstandeten Punkten vom Umfang des Wandlers verteilt werden, mit der übereinstimmenden Zunahme in der Anzahl der Räder, die für den Eingang und Ausgang verwendet werden, wobei stets eine starre Verbindung zwischen jedem Paar komplementärer Räder aufrechterhalten wird.

Obwohl oben ausgesagt ist, daß die beiden Haupträder mit den Verzahnungen in dem Gehäuse und des Rades oder der Platte, das bzw. die mit der Ausgangswelle verbunden ist, in Eingriff stehen, besteht auch die Möglichkeit, daß dieses Verhältnis anstatt durch Getriebeverzahnungen mit einem epicycloiden, perimetrischen Profil für diese Räder und den Körper des Gehäuses sowie die mit der Ausgangswelle verbundene Platte erfolgt, mit freidrehenden perimetrischen Rollenausrichtungen.

-JB-

Wenn diese letzte Lösung angenommen wird, dann wird der durch die Eingangswelle auf die Kurbelwelle in jedem dieser Räder (durch die entsprechenden Exzenter) zugeführte Druck in zwei Abteilungen aufgeteilt, nämlich in die eine tangentiale, brauchbare Kraft, die die übertragung erzeugt, und in einevollkommen parasitäre, nutzlose radiale Komponente, die durch die Rollenwellen unterstützt wird, die unter Belastung nutzlos arbeiten.

In diesem Falle und gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung ist es vorgesehen, daß jede perimetrische Ausrichtung der Rollen durch einen Ring unterstützt wird, der am Umfang der entsprechenden Rollengruppe montiert ist und der frei dreht, wenn er durch letztere angetrieben wird, d.h. ein Ring ist für die Gruppe von Rollen, die mit dem Körper des Gehäuses verbunden ist, und ein zweiter Ring ist für die Gruppe von Rollen angeordnet, die im Umfang der einstückig mit der Ausgangswelle verbundenen Platte installiert sind.

Nach dieser Gruppierung werden die diametral entgegengesetzten Beanspruchungen ausgeglichen, wobei sie eine Nullkomponente ergeben.

Dieses Merkmal ist ebenfalls anwendbar bei einem einfachen Untersetzungswandler, der ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung liegt und in dem sich zwei Cycloidenräder mit denselben Charakteristiken befinden, die an beiden einstückig mit der Eingangswelle ausgeführten Exzentern schwenken, mit Exzentri-

zitäten derselben Größe und diametral gegenüberliegend, wobei beide Räder mit einer einzigen Gruppe von Rollen in Eingriff sind, deren Wellen mit dem Wandlergehäuse verbunden sind, während die übertragung auf die Ausgangswelle mit der Unterstützung einer zweiten Gruppe von Rollen erfolgt, die starr mit der einstückig mit der Ausgangswelle ausgeführten Platte verbunden sind und die sich innerhalb zylindrischer (Fenster-) öffnungen bewegen, die in den Rädern hergestellt sind. Die Gruppe von perimetrischen Rollen die mit dem am Wandlergehäuse angeordneten Rädernpaar übereinstimmen, wird durch einen umgebenden Ring unterstützt, der an ihrem Umfang abrollt und die radiale Komponente der Beanspruchungen absorbiert, denen der letztere ausgesetzt ist.

Die Merkmale der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, ohne daß sie dadurch begrenzt wird. In der Zeichnung zeigen 20

Fig.1 eine diametrale Querschnittsansicht eines

ausbalancierten Planeten-Drehmomentwandlers gemäß der. vorliegenden Erfindung;

Fig.2 eine Querschnittsansicht dieses Wandlers

gemäß der Schnittlinie A-B in Pig.1;

Fig.3 eine schematische Grundrißansicht sowie eine Profildarstellung der Exzenterradeinheit in ü tereinstimmung mit einer Aus

führungsvariante t bei der die axialen Belastungen auf drei mit gleichen Abständen

—si —

voneinander angeordneten Punkten vom Umfang

der Zusammenordnung verteilt sind, entgegengesetzt zu den beiden diametral gegenüberliegenden Punkten des Wandlers gemäß den Fig.1 und 2;

Fig.4, 5 und 6 Teil-Schnittansichten von drei Möglichkeiten des Eingriffs oder der Kupplung zwischen den verschiedenen Exzenterrädern und der Innenseite des Gehäuses und dem Rad,

das mit der Ausgangswelle verbunden ist,

Fig.7 eine diametrale Querschnittsansicht eines

aus cycloiden Rädern hergestellten Planeten-Drehmomentwandlers, der rsit Ringen versehen

ist, die die radiale Komponente der Beanspruchungen absorbieren, denen die Rollen im Falle der Fig.6 ausgesetzt werden;

Fig.8 eine Querschnittsansicht des in Fig.7 dargestellten Wandlers (Schnittlinie C-D);

Fig.9 eine.:diametrale Querschnittsansicht ähnlich

den Fig.1 und 7, jedoch in Übereinstimmung mit einem einfachen Reduktionswandler, der

ebenfalls mit Ringen gemäß den Fig. 7 und 8 versehen ist.

In dieser Zeichnung ist zu erkennen, wie der erfindungsgemäße Drehmomentwandler eine Eingangswelle 1 und eine Ausgangswelle 2 enthält, die koaxial innerhalb eines Gehäuses, das aus einem Körper 3 und

-γ-

einem Deckel 4 aufgebaut ist, mit Hilfe von Lagern 5 installiert sind. Die Eingangswelle 1 enthält einen Exzenter 6, auf dem durch Lager 7 zwei Räder 8 und 8' montiert sind, die wahlweise auch ein einziges Rad umfassen können, jedoch mit der Besonderheit, daß diese Räder 8 und 8' oder der eine oder der andere Sektor eines Rades 8 in entsprechender Weise mit einer Verzahnung 9 auf der Innenseite des Körpers 3 des Gehäuses sowie mit einen zweiten Verzahnung 10 auf der Innenseite eines Rades 11 in Eingriff sind, das versteift bzw. starr mit der Ausgangswelle 2 verbunden ist, wie aus Fig.1 ersehen werden kann.

Die Verzahnungen 9 und 10 sowie das Vorhandensein des Rades 8 können von dem verzahnten Gehäusetyp sein, wie er in Fig.4 veranschaulicht ist, oder vom cycloiden Typ, wie er in Fig.5 gezeigt ist, ferner

cycloidal mit rotierenden Rollen, wie in Fig.6, usw. 20

Bis hierher stimmt die Konstruktion des Drehmomentwandlers mit dem konventionellen Typ überein. Die Merkmale der Erfindung beruhen auf der Tatsache", daß auf jeder Seite des Exzenters 6 zwei weitere Exzenter 12, 13 angeordnet sind, und zwar mit übereinstimmenden, jedoch entgegengesetzten Exzentrizitäten zu der des Exzenters 6, wobei jedoch auf diesen Exzentern 12 und 13 zugehörige Räder 14 und 15 angoerdnet sind, die selbstverständlich von

^® einer entgegengesetzten Exzentrizität beeinflußt werden wie die der Eingangszwischenräder 8 und 8¹ und die an den entsprechenden gezahnten Sektoren

des Gehäusekörpers 3 und des mit der Ausgangswelle 2 verbundenen Rades 11 angreifen, die eine ununterbrochene Fortsetzung der Sektoren der Verzahnungen 9 und 10 sind (diametral gegenüberliegend, wo sich das Eingangszwischenrad bzw. die Eingangszwischenräder 8 befinden).

Da die komplementären Räder 12 und 13 vollkommen synchronisiert drehen müssen,sind sie durch Bolzen oder Dreh- bzw. Halszapfen 16 miteinander verbunden, die parallel zur tatsächlichen Eingangswelle 1 verlaufen und die Sehne des Zwischenrades bzw. der Zwischenräder 8 durch Löcher 17 durchqueren, die in letzteren vorhanden sind und deren Durch-

*⁵ messer beträchtlich größer ist als der der vorhandenen Halszapfen 16 (wie es im Querschnitt der Pig.2 zu erkennen ist), um relative Verschiebungen zwischen beiden Paaren von Rädern aufgrund ihrer unterschiedlichen Exzentrizität zu gestatten. Diese

²^ Halszapfen 16 können einen zylindrischen oder irgendeinen anderen Querschnitt besitzen, wie es sich mit den Löchern 17 ergibt, durch die sie hindurchreichen.

Auf diese Weise werden - wie oben erwähnt - axiale Belastungen gleichzeitig (simultan) in zwei diametral entgegengesetzten Punkten erzeugt, so daß auf diese Weise beiden Belastungen entgegengewirkt wird, wie auch gleichzeitig Vibrationen verschwinden, da die Exzentermassen beim Drehen ebenfalls kompensiert ^Q werden.

Hiermit wird das Wandlerdrehmoment vervielfacht durch eine Anzahl von Paaren operierender Räder (in diesem Falle zwei).

Wie ebenfalls oben erwähnt worden ist sowie gemäß der Veranschaulichung der Fig.3, kann die Anzahl der komplementären Räder auf drei oder mehr Paare erweitert werden. In Fig.3 sind mit der Bezugszahl 18 die Räder bezeichnet, die ein Paar bilden und einstückig miteinander sind, während mit 19 bezeichnet sind, die einem zweiten Paar entsprechen, und mit 20 sind die Räder bezeichnet, die zu einem dritten Paar gehören. Jedes Paar komplementärer Räder ist ebenfalls durch Halszapfen 21, 22 und 23 starr miteinander verbunden, die durch Löcher mit großem Durchmesser hindurchgesteckt sind, die in den Zwischenrädern hergestellt sind und in diesem Falle drei Punkte 24 bestimmen, die gleichmäßig im Wandlerumfang verteilt sind und in denen die axialen Belastungen sofort angewendet werden, wodurch deren Verteilung verbessert.wird. Die Verteilung der Exzentermassen wird ebenfalls verbessert, wobei die Vibrationen gleichmäßig weiter reduziert werden und das effektive Drehmoment des Wandlers mit drei vervielfacht wird.

Bei dem Wandler in Fig.7, der sich von dem in Fig.1 nur dadurch unterscheidet, daß die Haupt- bzw. Zwischenräder 8 und 8' und die Sekundärräder 14 und τ 5 Alternativanordnungen annehmen und daß diese Haupt- bzw. Zwischenräder ein Cycloidalprofil als Kupplungseinrichtung für die entsprechenden peri-

metrischen Gruppen von Rollen 9 und 10 aufweisen, die die Verzahnungen in Fig.1 ersetzen; ferner erscheinen Ringe 25 und 26, auf die ein weiteres Merkmal der Erfindung gerichtet ist, so daß jeder dieser Ringe die radiale Komponente R neutralisiert, die aus der Kraft F resultiert,- die den Rollen 9 und 10 durch die entsprechenden Cycloidalräder 8 und 9 zugeführt wird, wenn diese Kraft F zerlegt wird in die zuvor erwähnte radiale, parasitäre Komponente R und die tangentiale Komponente U, durch die die übertragung erzeugt wird, wie deutlich in dem Kräf teparallelograirun zu erkennen ist, das im Querschnitt der Fig.8 an eine der Rollen angezeichnet ist.

Entsprechend dem Zuvorgesagten drehen sich die Rollen gleichzeitig durch die Wirkung des entsprechenden cycloiden Rades, und die Ringe 25 und 26 drehen sich abrollend, gezogen von den entsprechenden Gruppen von Buchsen.

Dieses Merkmal ist ebenfalls anwendbar bei einem Untersetzungswandler, wie er in Fig.9 veranschaulicht ist und auf den sich die Erfindung ebenfalls bezieht. In diesem ist ebenfalls eine Eingangswelle 1 und eine Ausgangswelle 2 vorhanden, die koaxial innerhalb des Gehäuses aus Gehäusekörper und Deckel 4 mittels Lager 5 eingebaut sind.

in diesem Falle enthält die Eingangswelle 1 zwei Exzenter 6 und 6', auf denen durch Lager 7 zwei Cycloidenräder 8 und 8' angeordnet sind, deren Um-

Kl

fang - mit einem cycloidalen Profil - im Falle von zwei Rädern mit einem einzigen Satz von Rädern 9 verbunden ist, die ebenfalls aus einer Buchse hergestellt sind, die auf einem Schaft angeordnet sind und frei drehen, der in den Körper 3 eingesetzt ist, wie es deutlich aus Fig.9 zu ersehen ist.

Die kippende oder schwenkende Drehbewegung dieser Räder wird auf die Ausgangswelle 2 durch einen zweiten Satz von Buchsen 27 übertragen, die gleichartig ist mit den zuvor erwähnten und deren Schäfte mit der Platte 11 verbunden sind, die starr mit der Ausgangswelle verbunden ist, jedoch mit der Besonderheit, daß diese Buchsen in die zylindrisch geformten Fensteröffnungen 28 und 28' hineinragen, die in entsprechender Weise in die Räder 6 und 6' eingearbeitet sind.

Auch in diesem Falle wird die Gruppe von Rollen 9 unterstützt durch einen äußeren umgebenden Ring 25, auf den die radialen Komponenten der Beanspruchungen übertragen werden, die die Rollen 9 von den cycloiden Rädern 6 und 6¹ aufnehmen.

Claims

Drying. Dr. jar. VOLKMAR TETZNER van-Gogh-s^, 8000 MÜNCHEN 71 RECHTSANWALT und PATENTANWALT Telefon: m) 79mQ3 Telegramme: „Tetznerpatent Mündien'' Telex: 5 212 282 pate d Her 5637 Patentansprüche:

1.1 Planeten-Drehmomentwandler, enthaltend eine Eingangswelle, mit der ein Exzenter einstückig verbunden ist, auf dem Planetenräder angeordnet sind, die mit einem Gehäuse bzw. einem gezahnten Rad in Verbindung stehen, das mit einer Platte verbunden ist,die mit einer Ausgangswelle einstückig ausgeführt ist, die koaxial zur Eingangswelle verläuft,
dadurch gekennzeichnet,

daß auf der Eingangswelle wenigstens ein Paar komplementärer Exzenter angeordnet ist, von denen jeder eines Paares gegenüberliegend zum Gehäuseaufbau und zu dem Rad angeordnet ist, das mit der Ausgangswelle verbunden ist, so daß der Eingangsexzenter und das Paar komplementärer Exzenter zusammen mit der Eingangswelle eine. Art Kurbelwelle bilden, in der Weise, daß sowohl in dem zum Gehäuse gehörenden Verζahnungssektor als auch in dem zu dem einstückig mit der Ausgangswelle ausgeführten Rad gehörenden Verzahnungssektor eine entsprechende und übereinstimmende Anzahl von Planetenrädern ausgebildet ist, die die entsprechenden Verzahnungen dieser Elemente in zwei oder mehr gleichmäßig in ihrem Umfang verteilten Punkten angreifen.

_ 2 —

2. Planeten-Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu jedem Paar gehörenden Planetenräder, d.h. die auf Exzentern der Kurbelwelle mit identischer Exzentrizitat installierten Planetenräder einstückig mit

einander mittels Halszapfen jeden Querschnitts sowie dadurch verbunden sind, daß diese Halszapfen die zwischen geordneten Planetenräder durch darin vorgesehene Löcher durchqueren, die beträchtlich größer sind als die Halszapfen,

ebenfalls jede geeignete Formgebung aufweisen und die es den Halszapfen gestatten, aufgrund ihrer unterschiedlichen Exzentrizität gegeneinander frei zu schwenken.

3. Planeten-Drehmomentwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von nur zwei Exzenterpaaren das Paar berührender Planetenräder, das zwischen dem Paar von komplementären Planetenrädern angeordnet ist, einen einzigen Teil bildet und auf einem in gleicher Weise einstückigen Exzenter angeordnet ist, wobei dieses einzige Planetenrad zwei gezahnte Sektoren an seinem Umfang aufweist, die in entsprechender Weise mit den gezahnten Sektoren des Wandlergehäuses und des mit seiner Äusgangswelle verbundenen Rades in Eingriff steht.

4. Planeten-Drehmomentwandler nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Cycloidalräder verwendet werden, mit denen ent-

sprechende Gruppen von Rollen zusammenarbeiten, die mit dem Körper des Wandlergehäuses und der einstückig mit der Ausgangswelle ausgeführten Platte verbunden sind, wobei jede der Rollengruppen von einem umgebenden Ring unterstützt ist, der in Umfangsrichtung durch die vorhandene Drehbewegung der Rollen verschiebbar und ausgeführt ist, um die Radialkomponente der auf diese Rollen durch die cycloidalen Räder zugeführten Beanspruchungen zu absorbieren, wenn diese Bean

spruchungen in eine parasitäre Radialkomponente und in die nutzbare Tangentialkomponente unterteilt werden, die die Übertragung erzeugt.

5. Planeten-Drehmomentwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Cycloidenräder vorhanden sind, die dieselben Charakteristiken besitzen und mit der Eingangswelle durch entsprechende Exzenter gekuppelt sind, die denselben Exzentrizitätsgrad besitzen und diametral

gegenüberliegen, wobei beide Cycloidenräder mit einer einzigen Gruppe von perimetrischen Rollen verbunden ist, die mit dem Gehäusekörper in Verbindung stehen, und wobei diese Rollengruppe unterstützt wird durch einen frei drehenden, umgebenden Ring, der die genannte Radialkomponente der den Rollen beider Räder zugeführten Beanspruchungen aufnimmt, und daß die Ausgangswelle die Bewegung dieser Räder durch eine zweite Gruppe von Rollen aufnimmt, die an der einstückig mit

dieser Welle ausgeführten Platte angeordnet sind und sich, innerhalb von zylindrischen Fensteröff-

— 4 —

nungen bewegen, die betriebsfähig in den Cycloidenrädern hergestellt sind.