DE4026886A1

DE4026886A1 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE4026886A1
Application number: DE19904026886
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Griesser; Johann Dipl Ing Schilcher
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Werner Riester & Co KG Armaturen- und Maschin GmbH
Priority date: 1990-08-25
Filing date: 1990-08-25
Publication date: 1992-02-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Normalerweise besteht ein Planetengetriebe aus den drei Elementen: einem Planetenträger (auch Steg genannt) mit mindestens einem Planetenrad, einem zentralen Stirnrad und einem beide Räder umgreifenden Hohlrad. Eines dieser drei Elemente (Planetenträger, zentrales Stirnrad, Hohlrad) dient als Antrieb, ein anderes als Abtrieb, und das dritte als Reaktionselement, welches resultierende Drehmomente zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb aufnimmt. Das Reaktionselement kann ein nicht-drehbares Element, beispielsweise ein Getriebegehäuse sein, es kann jedoch auch von einem externen Antrieb in der einen oder anderen Drehrichtung angetrieben werden und dadurch die Drehzahl des Abtriebes steuern. Normalerweise sind mehrere Planetenräder vorgesehen, mindestens zwei, sowohl zur Reduzierung der Belastung der einzelnen Zähne als auch zur Vermeidung einer Unwucht.

Die Erfindung betrifft eine besondere Art von Planetengetrieben, wie sie aus Bild 7 auf Seite 68 und Bild 8 auf Seite 69 der Zeitschrift "Konstruktion" 13. (1961) Heft 2 durch einen Aufsatz "Anordnung mehrerer Umlaufräder bei Planetengetrieben" von Herrn Bruno Meier bekannt ist. Diese Besonderheit besteht darin, daß entweder entsprechend Bild 7 das Hohlrad weggelassen und statt dessen ein zweites zentrales Stirnrad verwendet wird, dessen Zähne gleichzeitig in die gleichen Zähne der Planetenräder eingreifen wie die Zähne des einen zentralen Stirnrades, oder daß das zentrale Stirnrad weggelassen wird und statt dessen zwei Hohlräder verwendet werden, deren Zähne gleichzeitig in die gleichen Zähne der Planetenräder eingreifen. Wenn die Anzahl der Zähne von beiden zentralen Stirnrädern im Falle von Bild 7, oder die Anzahl der Zähne der Innenverzahnungen der beiden Hohlräder im Falle von Bild 8 gleich ist, dann verliert das Getriebe seine Getriebefunktion und wirkt als Zahnkupplung. Wenn jedoch das eine der beiden zentralen Stirnräder im einen Falle gemäß Bild 7 oder das eine der beiden Hohlräder im anderen Falle gemäß Bild 8 eine größere Anzahl von Zähnen hat als das andere Stirnrad oder Hohlrad, beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6 usw. Zähne Unterschied vorhanden sind, dann hat man ein Planetengetriebe mit einer sehr hohen Übersetzung oder Untersetzung von beispielsweise i=40. Die beiden zentralen Stirnräder oder beiden Hohlräder sind jeweils axial hintereinander angeordnet und ihre Verzahnungen haben gleich große Durchmesser. Damit ihre Zähne trotzdem gleichzeitig in die gleiche Zahnlücke oder in die gleichen Zahnlücken der Planetenräder eingreifen können, wird in der genannten Zeitschrift vorgeschlagen, die Verzahnung des einen zentralen Stirnrades mit einer positiven und die Verzahnung des anderen zentralen Stirnrades mit einer negativen Profilverschiebung im einen Falle zu versehen und das eine Hohlrad mit einer positiven und das andere Hohlrad mit einer negativen Profilverschiebung zu versehen im anderen Falle. Die genannte Veröffentlichung gibt als unterschiedliche Zähnezahlen nur die Werte 0, 2, 4, 6, also gerade Zahlen an. Im Rahmen vorliegender Erfindung wurde jedoch erkannt, daß auch ungeradzahlige ganzzahlige Zähnezahlunterschiede wie z. B. 1, 3, 5 und 7, möglich sind.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das Planetengetriebe dieser bekannten Art so auszubilden, daß bei gleicher Baugröße höhere Drehmomente übertragen werden können, oder bei gleich hoher Drehmomentübertragungsmöglichkeit die Baugröße verkleinert werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

In der genannten Zeitschrift wird das Problem der "virtuellen Zahnlücken" nicht angesprochen. Wenn zwei Zahnräder hintereinander angeordnet werden, deren Verzahnungen gleich ausgebildet sind, jedoch die eine Verzahnung einige Zähne mehr hat als die andere Verzahnung, dann verdecken in axialer Richtung gesehen die Zähne des einen Zahnrades an einigen Stellen die Lücken zwischen den Zähnen des anderen Zahnrades, während an anderen Stellen Zahn auf Zahn und Lücke auf Lücke stehen, so daß axial gesehen eine durchgehende Zahnlücke vorhanden ist, nämlich die genannte "virtuelle Zahnlücke". Damit in diese virtuelle Zahnlücke ein Zahn eines Planetenrades eingreifen kann, ohne zu klemmen, ist die genannte Profilverschiebung erforderlich. Bei einer Zähnezahldifferenz von 1 gibt es am gesamten Umfang der beiden zentralen Stirnräder im einen Fall oder der beiden Hohlräder im anderen Falle nur eine Position, wo sich die virtuellen Zahnlücken axial gesehen unmittelbar gegenüberliegen, so daß ein Zahn eines Planetenrades in beide Zahnlücken eingreifen kann. Bei einer Zähnezahldifferenz von 2 sind an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen der beiden zentralen Stirnräder im einen Fall bzw. der beiden Hohlräder im anderen Fall virtuelle Zahnlücken vorhanden, in welche Zähne von Planetenrädern eingreifen können. Bei einer Zähnezahldifferenz von 3 gibt es um den Umfang verteilt drei solche Stellen, bei einer Zähnezahldifferenz von 4 gibt es um den Umfang verteilt vier solche Stellen, usw. Durch die Profilverschiebung, welche gemäß der Erfindung ausgeführt ist, erreicht man über einen größeren Umfangsabschnitt virtuelle Zahnlücken, in welche Zähne von Planetenrädern gleichzeitig eingreifen können. Dadurch wird die Belastung auf mehrere Zähne verteilt. Dadurch kann das Getriebe nach der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik kleiner gebaut werden, um das gleich große Drehmoment zu übertragen. Oder es kann mit dem Getriebe nach der Erfindung ein höheres Drehmoment übertragen werden als mit den bekannten Getrieben, wenn die Zähne der einzelnen Zahnräder gleich hoch belastet werden wie beim Getriebe nach dem Stand der Technik.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe nach der Erfindung mit zwei innenverzahnten Hohlrädern,

Fig. 2 eine Stirnansicht in Richtung der Pfeile II von Fig. 1 gesehen, wobei die beiden Hohlräder des Planetengetriebes nur teilweise dargestellt sind,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes III von Fig. 2, welche den Eingriff von Zähnen der Außenverzahnung eines der beiden Planetenräder in die Zahnlücken der beiden innenverzahnten Hohlräder zeigt, an der Umfangsstelle der beiden Hohlräder, wo mindestens eine Zahnlücke der Verzahnung des einen Hohlrades sich mittig mit einer Zahnlücke der Verzahnung des anderen Hohlrades deckt,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes IV von Fig. 2, welche die Verzahnung der beiden Hohlräder an einer Stelle zeigt, welche mit Bezug auf die in Fig. 3 dargestellte Umfangsstelle um 90^o versetzt ist, wo ein Zahn der Verzahnung des einen Hohlrades mittig eine Zahnlücke des anderen Hohlrades überdeckt, in axialer Richtung gesehen,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine mögliche andere Ausführungsform eines Planetenrades, welches in Verbindung mit der Erfindung benutzt werden kann und dessen Zähne in zwei Zahnteile unterteilt sind, die in Axialrichtung mit Abstand nacheinander und fluchtend zueinander angeordnet sind, und welche beide in einem gleichen Arbeitsgang hergestellt wurden, so daß beide Zahnteile zusammen als ein Zahn zu betrachten sind,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Planetengetriebes nach der Erfindung, bei welchem anstelle von Hohlrädern zwei außenverzahnte zentrale Stirnräder vorgesehen sind, deren Zähne jeweils gleichzeitig in die gleichen Zähne von Planetenrädern eingreifen, wobei die Verzahnung des einen Stirnrades eine andere Zähneanzahl hat als die Verzahnung des anderen Stirnrades, und

Fig. 7 eine Stirnansicht in Richtung der Pfeile VII von Fig. 6 gesehen.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Planetengetriebe nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus zwei Hohlrädern 1 und 2, zwei diametral zu den Hohlrädern 1 und 2 angeordneten Planetenrädern 3, und einem Planetenträger 4. Der Planetenträger 4 ist zentrisch mit einer Welle 5 versehen, deren Drehachse 6 gleichzeitig die Hauptdrehachse des gesamten Planetengetriebes ist.

Die Planetenräder 3 sind mit einer Außenverzahnung 13 versehen, deren Zähne 14 in Zahnlücken 16 und 17 zwischen den Zähnen 18 und 19 von Innenverzahnungen 21 und 22 der beiden Hohlräder 1 und 2 eingreifen. Dabei greift in die gleiche Zahnlücke 15 zwischen zwei Zähnen 14 eines Planetenrades 3 jeweils ein Zahn 18 des einen Hohlrades 1 und ein Zahn 19 des anderen Hohlrades 2 ein. Dies ist nur dann möglich, wenn die Zähne 18 und 19 der beiden Hohlräder 1 und 2 im wesentlichen miteinander fluchten, wenn sie den Zahnlücken 15 der Planetenräder 3 gegenüberliegen.

Die Verzahnung 21 des einen Hohlrades 1 (oder 22 des anderen Hohlrades 2) hat mindestens einen Zahn 18 mehr als die Verzahnung 22 des anderen Hohlrades 2 (oder 21 des einen Hohlrades 1) Zähne 19 hat. Bei einer solchen Zähnezahldifferenz von z=1 gibt es nur eine Umfangsposition, wo eine Zahnlücke 16 des einen Hohlrades 1 mit einer Zahnlücke 17 des anderen Hohlrades 2 axial fluchtet, oder wo ein Zahn 18 des einen Hohlrades 1 mit einem Zahn 19 des anderen Hohlrades 2 axial fluchtet. Nur an einer Umfangsstelle, wo eine solche virtuelle Zahnlücke vorhanden ist, kann ein Zahn 14 eines Planetenrades 3 gleichzeitig sowohl in die Zahnlücke 16 des einen Hohlrades 1 als auch in die Zahnlücke 17 des anderen Hohlrades 2 eingreifen, oder die beiden miteinander fluchtenden Zähne 18 und 19 der beiden Hohlräder 1 und 2 in eine Zahnlücke 15 eines Planetenrades 3 eingreifen. Bei einer solchen Zähnezahldifferenz von z=1 kann also nur ein einziges Planetenrad 3 verwendet werden. Dies bedeutet, daß maximal so viel Planetenräder 3 verwendet werden können, wie die Zähnezahldifferenz "z" angibt. Bei der dargestellten Ausführungsform mit zwei Planetenrädern 3 muß also die Zähnezahldifferenz der beiden Hohlräder 1 und 2 mindestens z=2 sein. Es bedeutet ferner, daß die Zähnezahldifferenz z=3 sein muß, wenn man drei Planetenräder 3 verwenden möchte, usw. Insbesondere Fig. 3 zeigt die virtuellen Zahnlücken 16, 17 der beiden Hohlräder 1 und 2, in welche die Zähne 14 der Planetenräder 3 eingreifen. An der Umfangsstelle 26 der Zahnräder fluchtet jeweils ein Zahn 18 des einen Hohlrades 1 mit einem Zahn 19 des anderen Hohlrades 2, und beide Zähne 18 und 19 sind mit der gleichen Zahnlücke 15 des Planetenrades 3 in Eingriff. Bei einer Zähnezahldifferenz von z=2 der beiden Hohlräder treffen an einer um 90^o zu der Umfangsstelle 26 versetzten Umfangsstelle 28, wie Fig. 4 zeigt, eine Lücke 16 oder 17 eines der beiden Hohlräder 1 oder 2 auf einen mit ihr axial fluchtenden Zahn 19 oder 18 des anderen Hohlrades 2 oder 1. An dieser Umfangsstelle 28 können also keine Zähne 14 der Planetenräder 3 in die Zahnlücken 16 oder 17 der beiden Hohlräder 1 oder 2 eingreifen. Die Zähnezahldifferenz z entspricht somit jeweils der Anzahl der Zonen oder Umfangsstellen 26 mit virtuellen oder fluchtenden Lücken 16 und 17, und der in Umfangsrichtung jeweils dazwischenliegenden Umfangsstellen 28 oder Zonen, wo die beiden Hohlräder 1 und 2 Zahn-auf-Lücke 18 auf 17, 19 auf 16 zueinander stehen.

Gemäß der Erfindung wird folgender Effekt ausgenutzt, um eine optimale Verzahnungsanpassung und einen großen Überdeckungsbereich symmetrisch zu den Umfangsstellen 26 zu erzielen, innerhalb welchem viele Zähne 14 gleichzeitig in virtuelle Zahnlücken 16, 17 der beiden Hohlräder 1 und 2 eingreifen: Eine positive Profilverschiebung der Zähne 18 und 19 der Hohlräder 1 und 2 führt zu dünneren Zähnen und größeren Zahnlücken. Umgekehrt führt bei den als Stirnräder ausgebildeten Planetenrädern 3 eine negative Profilverschiebung der Zähne 14 zum gleichen Effekt. Unter Ausnutzung dieser Erscheinung sind die virtuellen Zahnlücken 16, 17, die durch die axial hintereinanderliegenden Hohlräder 1 und 2 entstehen, im Eingriffsbereich (im Bereich der Umfangsstelle 26) der Planetenräder 3 je so groß, daß kein Klemmen der Zähne verursacht wird. Die Zähne 14 der Planetenräder 3 können dadurch problemlos in die virtuellen Zahnlücken 16, 17 der beiden Hohlräder 1 und 2 eingreifen, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Somit greift eine Verzahnung 13, d. h. die Zähne 14 der Planetenräder 3 in beide Hohlräder 1 und 2 ein. Es sind keine abgestuften Planetenräder nötig.

Die Anordnung ist sehr steif und besteht zudem aus wenigen Teilen. Die Zähnezahldifferenz "z" von den beiden Hohlrädern 1 und 2 bezogen auf die Zähnezahl des Abtriebs- Hohlrades (z. B. 2) ergibt die Untersetzung i. Im Gegensatz zu den üblichen Planetengetrieben ist bei dem Planetengetriebe nach der Erfindung kein zentrales Sonnenrad radial innerhalb der Planetenräder 3 nötig. Wie bei jedem Planetengetriebe kann jedoch jedes beliebige der Elemente des erfindungsgemäßen Planetengetriebes als Antriebselement oder als Abtriebselement oder als Reaktionselement dienen, welches die resultierenden Drehmomente zwischen dem angetriebenen und dem abtreibenden Rad aufnimmt.

Fig. 5 zeigt im Axialschnitt ein Planetenrad 3/2, dessen Zähne 14 in Axialrichtung in zwei Zahnteile 14/1 und 14/2 unterteilt sind, die axial miteinander fluchten. Zwischen den beiden Zahnteilen 14/1 und 14/2 ist eine Lücke oder Nut 9, welche eine Scherung der Planetenradzähne 3 verhindert, die zu einem Kantentragen führen kann. Die entgegengesetzt gerichteten Umfangskräfte der beiden Hohlräder 1 und 2 erzeugen in den Planetenrädern 3 eine Torsion. Die Nut 9 verhindert eine Torsion der Zähne 14 der Planetenräder 3. Eine Torsion kann in den Planetenrädern 3 nur in ihrem rohrartigen Abschnitt in der Nut 9 zwischen den beiden Hohlrädern 1 und 2 übertragen werden. Die Nut 9 liegt zwischen den Verzahnungen 21, 22 der beiden Hohlräder 1 und 2. Damit beide Zahnteile 14/1 und 14/2 von jedem Zahn 14 auch tatsächlich zusammen wie ein einziger Zahn 14 wirken, müssen sie zur Vermeidung von unterschiedlichen Herstellungsungenauigkeiten zumindest in der Endbearbeitung im gleichen Arbeitsvorgang hergestellt werden.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte weitere Ausführungsform nach der Erfindung hat als wesentlichen Unterschied, daß keine Hohlräder vorgesehen sind, sondern statt dessen zwei axial hintereinander angeordnete zentrale Stirnräder 31 anstelle des Hohlrades 1, und 32 anstelle des Hohlrades 2. Die Zähne 14 der Verzahnungen 13 der Planetenräder 3 sind jeweils in gleicher Weise mit den Zahnlücken 16′ und 17′ zwischen den Zähnen 18′ und 19′ von Außenverzahnungen 21′ und 22′ der beiden zentralen Stirnräder 31 und 32 in Eingriff, wie sie analog mit den Zahnlücken der Hohlräder 1 und 2 von Fig. 1 bis 4 in Eingriff sind. Am Planetenträger 4 sind die Planetenräder 3 drehbar gelagert. Fig. 6 zeigt die Möglichkeit, das eine Stirnrad 31 als Antriebselement und den Planetenträger 4 als Abtriebselement, oder umgekehrt, zu verwenden, und gleichzeitig das andere Stirnrad 32 mit einem Getriebegehäuse 35 zu verbinden und dadurch zu blockieren. Die beiden Stirnräder 31 und 32 haben eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen, wobei die Zähnezahldifferenz wiederum 1, 2, 3, oder eine andere ganze Zahl sein kann, entsprechend der Zähnezahldifferenz "z" der Hohlräder 1 und 2 der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 ist gemäß der Erfindung das mit mehr Zähnen (Zähnezahl "z+x") versehene Hohlrad (1 oder 2) mit einer positiven Profilverschiebung an seinen Zähnen versehen, und das mit weniger Zähnen (Zähnezahl "z") versehene andere Hohlrad (2 oder 1) ist entweder ebenfalls mit einer positiven Profilverschiebung an seinen Zähnen oder mit keiner Profilverschiebung (Profilverschiebung=0) versehen. Die Planetenräder 3 können zusätzlich mit einer negativen Profilverschiebung versehen sein.

Im Falle der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist gemäß der Erfindung das mit mehr Zähnen (Zähnezahl "z+x") versehene zentrale Stirnrad (31 oder 32) mit einer negativen Profilverschiebung an seinen Zähnen versehen, und das mit weniger Zähnen (Zähnezahl "z") versehene zentrale Stirnrad (z. B. 32 oder 31) ist ebenfalls mit einer negativen Profilverschiebung an seinen Zähnen oder mit keiner Profilverschiebung (Profilverschiebung = 0) versehen. Die Planetenräder 3 können zusätzlich mit einer negativen Profilverschiebung versehen sein.

Durch diese Kombination von Profilverschiebungen gemäß der Erfindung wird ein größerer Überdeckungsgrad, d. h. ein größerer Bereich erzeugt, in welchem Zähne der Planetenräder in virtuelle Zahnlücken von beiden Hohlrädern oder von beiden zentralen Stirnrädern eingreifen können. Dadurch wird das zu übertragende Drehmoment auf mehr Zähne verteilt, als dies ohne die erfindungsgemäße Kombination von Profilverschiebungen möglich wäre. Dies ermöglicht es, entweder das Planetengetriebe kleiner zu bauen oder bei gleicher Größe für höhere Drehmomente zu verwenden.

Claims

1. Planetengetriebe mit einem Planetenträger (4), der mindestens ein verzahntes Planetenrad (3) trägt, und mit zwei Zentralrädern (1, 2; 31, 32), die entweder

a) als Hohlräder (1, 2) mit einer Innenverzahnung (21, 22) ausgebildet sind, welche in eine Außenverzahnung (13) der Planetenräder (3) eingreift, oder
b) als Stirnräder (31, 32) mit einer Außenverzahnung (21′, 22′) ausgebildet sind, die in die Außenverzahnung (13) der Planetenräder (3) eingreift,

wobei die Verzahnungen (21, 22; 21′, 22′) der beiden Zentralräder (1, 2; 31, 32) eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen (18, 19; 18′, 19′) haben und mit einer Profilverschiebung versehen sind, damit die Zähne (18, 19; 18′, 19′) der beiden Zentralräder (1, 2; 31, 32) trotz ihrer unterschiedlichen Zähneanzahl gleichzeitig mit den gleichen Zähnen (14) der Außenverzahnung (13) der Planetenräder (3) ausreichend kämmen können, dadurch gekennzeichnet,
daß im Fall a)
das mit mehr Zähnen (18 oder 19) versehene Hohlrad (1 oder 2) mit einer positiven Profilverschiebung an seinen Zähnen und das mit weniger Zähnen (19 oder 18) versehene Hohlrad (2 oder 1) ebenfalls mit einer positiven Profilverschiebung an seinen Zähnen oder mit keiner Profilverschiebung (Profilverschiebung=0) versehen ist, und
daß im Fall b)
das mit mehr Zähnen (18′, 19′) versehene zentrale Stirnrad (31 oder 32) mit einer negativen Profilverschiebung an seinen Zähnen und das mit weniger Zähnen (19′ oder 18′) versehene zentrale Stirnrad (32 oder 31) ebenfalls mit einer negativen Profilverschiebung an seinen Zähnen oder mit keiner Profilverschiebung (Profilverschiebung=0) versehen ist.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (13) der Planetenräder (3) mit einer negativen Profilverschiebung versehen sind.