DE69008901T2

DE69008901T2 - Getriebevorrichtung.

Info

Publication number: DE69008901T2
Application number: DE1990608901
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Hattori
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-03-16
Also published as: EP0388207B1; EP0388207A3; DE69008901D1; EP0388207A2

Description

Diese Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zum Verringern oder Erhöhen von Drehzahlen und insbesondere eine einen Planetenrad- oder -getriebemechanismus verwendende Getriebeanordnung, bei welcher die eingangs- und ausgangsseitigen, Drehung übertragenden Elemente frei angeordnet und gelagert sind und die Schmierung des Inneren (der inneren Teile) sichergestellt ist.
Getriebeanordnungen werden zur Verringerung oder Erhöhung der Drehzahlen von Antriebskraftquellen, z.B. Motoren oder Brennkraftmaschinen, verwendet. Eine Art einer solchen Gebtriebeanordnung verwendet einen Planetenrad- oder -getriebemechanismus und kennzeichnet sich dadurch, daß sie miniaturisiert sein kann und ein großes (Drehzahl-)Untersetzungs- oder Übersetzungsverhältnis gewährleistet. Bei dieser herkömmlichen Anordnung ragen jedoch die Eingangs- und Ausgangswellen jeweils aus betreffenden Enden des Anordnungsgehäuses, d.h. dem Hauptkörper der Anordnung, heraus.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der herkömmlichen Getriebeanordnung unter Verwendung eines Planetenradmechanismus. Eine Eingangs- bzw. Antriebswelle 1 als Hochdrehzahlwelle durchsetzt eine Stirnwand eines zylindrischen Gehäuses, d.h. eines Anordnungs-Hauptkörpers 2, und ist darin gelagert. An der Eingangswelle 1 ist ein Sonnenrad 3 befetigt. An der Innenwand des Hauptkörpers 2 ist auch eine feste Innenverzahnung 5 befestigt, wobei zwischen letzterer und dem Sonnenrad 3 mehrere Planeten(zahn)räder 7 angeordnet sind, die von einem drehbaren Träger 6 so drehbar gehalten oder getragen werden, daß sie sowohl um die Mittelachse des Sonnenrads 3 umlaufen als auch um ihre eigenen Achsen rotieren können. Neben der festen Innenverzahnung 5 ist koaxial dazu ein(e) drehbare(s) Innenverzahnung oder Innenzahnrad 9 vorgesehen. Mit letzterer bzw. letzterem ist eine als Niedrigdrehzahlwelle dienende Ausgangsoder Abtriebswelle 11 verbunden, welche die andere Stirnwand des Hauptkörpers 2 durchsetzt und darin gelagert ist. Die Planetenräder 7 kämmen mit dem Sonnenrad 3, der festen Innenverzahnung 5 und der drehbaren Innenverzahnung 9. Der bei dieser Anordnung verwendete Zahnradmechanismus ist ein als Fergusonsches mechanisches Paradoxon bekannter Planetenradmechanismus, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein großes Untersetzungsverhältnis mit nur diesem einzigen Zahnradmechanismus erreicht wird.
Bei der Getriebeanordnung ist die Eingangswelle 1 mit einer Antriebskraftquelle, z.B. einen (Elektro-) Motor, verbunden, während die Ausgangswelle 11 mit einer Lastvorrichtung gekoppelt ist.
Eine Planetenrad-Getriebeanordnung dieser Art ist in der US-A-1 432 090 offenbart. Diese Anordnung umfaßt einen Hauptkörper, eine feste und eine drehbare Innenverzahnung, die jeweils auf einer gemeinsamen Achse montiert sind und jeweils verschiedene Zähnezahlen aufweisen, sowie sowohl mit der festen als auch mit der drehbaren Innenverzahnung in Eingriff stehende Planetenräder. Letztere sind durch einen Träger für Drehung gelagert und werden durch eine Hochdrehzahlwelle angetrieben, die aus dem einen Ende des Hauptkörpers herausragt und mit einer Antriebskraftquelle, z.B. einem Motor verbunden ist. Eine aus dem anderen Ende des Hauptkörpers herausragende Niedrigdrehzahlwelle überträgt die Drehung der drehbaren Innenverzahnung auf eine Last.
Da diese beiden bisherigen Anordnungen (jeweils) eine aus dem einen Ende des Hauptkörpers herausragende Hochdrehzahlwelle und eine aus dessen anderem Ende herausragende Niedrigdrehzahlwelle aufweisen, sind die Positionen, an denen ein Motor und eine Lastvorrichtung angeordnet sind, Beschränkungen unterworfen. Bei Verwendung der herkömmlichen Getriebeanordnung sind im allgemeinen der Motor, die Getriebeanordnung und die Last in Reihe angeordnet, was zu Problemen dahingehend führt, daß die Gesamtanordnung sperrig ist.
Bei diesen bisherigen Getriebeanordnungen sind ferner die Eingangs- und die Ausgangswelle jeweils wie Kraglieder nur am einen Ende gelagert. Dies ist im Fall der Einwirkung radialer Belastungen ungünstig. Da insbesondere auf die Ausgangswelle, d.h. in den meisten Fällen die Niedrigdrehzahlwelle, große radiale Belastungen ausgeübt werden, ist speziell die Lagerungsstruktur der Niedrigdrehzahlwelle mit einen baulichen Nachteil behaftet. Ferner wird aufgrund der Hochdrehzahldrehung der Planetenräder und des Trägers Schmiermittel durch die Flieh- oder Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und weiter durch einen Zwischenraum zwischen der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung getrieben, was zu einer ungünstigen unzureichenden Schmierung der Innenverzahnungen führt.
Ferner ist es dabei schwierig, eine dritte Welle für den Antrieb einer Vorrichtung, wie eines Kühlgebläses, zusätzlich zu den Eingangs- und Ausgangswellen bei dieser Getriebeanordnung vorzusehen.
Mit dieser Erfindung wird mithin eine Getriebeanordnung geschaffen, welche die geschilderten Nachteile aus schaltet und einen großen Konstruktionsfreiheitsgrad z.B. bezüglich der Anordnung der Wellen und der Wahl der Lagermittel gewährleistet und eine Innenschmierung sicherstellt.
Die Erfindung ist im Hinblick auf die Lösung der geschilderten Probleme geschaffen worden.
Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist deren Gegenstand eine Getriebeanordnung, umfassend: einen Hauptkörper, eine am Hauptkörper befestigte feste Innenverzahnung, eine koaxial und benachbart zur festen Innenverzahnung angeordnete drehbare Innenverzahnung, wobei die drehbare Innenverzahnung und die feste Innenverzahnung verschiedene Zähnezahlen aufweisen und die drehbare Innenverzahnung so gelagert ist, daß sie um eine Mittelachse derselben drehbar ist, welche Achse koaxial zu einer Mittelachse der festen Innenverzahnung liegt, mit der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung in Eingiff stehende Planetenräder
und einen hohlen Träger zum Halten der Planetenräder für Drehung bzw. Umlauf um die Mittelachse der festen Innenverzahnung, wobei ihre eigenen Achsen gelagert sind für Drehung um eine Mittelachse davon, die koaxial zu den Achsen der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung liegt,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß
eine hohle Hochdrehzahlwelle zum Übertragen der Drehung des Trägers vorgesehen ist, wobei die Hochdrehzahlwelle koaxial zum Träger angeordnet und mit diesem so gekoppelt ist, daß sie über eine Seite desselben hinausragt, und
eine Niedrigdrehzahlwelle zum Übertragen der Drehung der drehbaren Innenverzahnung koaxial zu dieser vorgesehen ist, derart, daß sie den hohlen Träger und die hohle Hochdrehzahlwelle durchsetzt und aus beiden Endabschnitten des Hauptkörpers herausragt, und daß
die Getriebeanordnung ferner eine zum Träger benachbart und koaxial angeordnete elektrische Rotationsmaschine umfaßt, welche einen an der Hochdrehzahlwelle angebrachten Rotor und einen am Hauptkörper angebrachten Stator aufweist.
Bei dieser Anordnung sind sowohl der Träger als auch die Hochdrehzahlwelle hohl. Die Niedrigdrehzahlwelle kann den hohlen Träger durchsetzen und aus beiden Enden des Hauptkörpers herausragen. Dies bietet den Vorteil, daß die Niedrigdrehzahlwelle an beiden Enden durch den bzw. im Hauptkörper gelagert und der Abstand zwischen den Lagern der Welle verkürzt ist, was bauliche Vorteile bietet.
Wenn ein Sonnenrad und eine Sonnenradwelle als dritte Welle im zentralen Abschnitt des Trägers angeordnet sind, kann durch die dritte Welle ein Gebläse o.dgl. angetrieben werden.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist deren Gegenstand eine Getriebeanordnung, umfassend: einen Hauptkörper, eine am Hauptkörper befestigte feste Innenverzahnung, eine koaxial und benachbart zur festen Innenverzahnung angeordnete drehbare Innenverzahnung, wobei die drehbare Innenverzahnung und die feste Innenverzahnung verschiedene Zähnezahlen aufweisen, mit der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung in Eingriff stehende Planeten(zahn)räder,
wobei die drehbare Innenverzahnung gelagert ist für Drehung um eine Mittelachse derselben, die koaxial zu einer Mittelachse der festen Innenverzahnung liegt,
einen hohlen Träger zum Halten der Planetenräder für Drehung bzw. Umlauf um die Mittelachse der festen Innenverzahnung, wobei ihre eigenen Achsen gelagert sind für die Drehung um eine Mittelachse davon, die koaxial zu den Achsen der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung liegt,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß ein in Umfangsrichtung fortlaufender (ununterbrochener) Raum zwischen den einander zugewandten Stirnflächen von fester Innenverzahnung und drehbarer Innenverzahnung gebildet ist,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß
flanschartige Hochdrehzahlübertragungselemente zum Übertragen der Drehung des Trägers vorgesehen sind und sich von einer Außenumfangsfläche des Trägers durch den Raum radial auswärts zu (einer Stelle) radial auswärts von fester Innenverzahnung und drehbarer Innenverzahnung erstrecken,
ein Niedrigdrehzahlübertragungselement zum Übertragen der Drehung der drehbaren Innenverzahnung vorgesehen ist und daß
die Getriebeanordnung ferner eine elektrische Rotationsmaschine umfaßt, die koaxial zur festen Innenverzahnung und zur drehbaren Innenverzahnung angeordnet ist und diese Innenverzahnungen umgibt, wobei die Rotationsmaschine einen an den Hochdrehzahlübertragungselementen angebrachten Rotor und einen am Hauptkörper angebrachten Stator aufweist.
Da die flanschartigen Elemente von den festen und drehbaren Innenverzahnungen nach außen verlaufen, kann ein Motor koaxial zum Zahnradmechanismus an dessen Außenseite angeordnet und mit den flanschartigen Elementen verbunden sein. Auf diese Weise kann die Gesamtgröße der Anordnung bei vergrößerten Durchmesser und erhöhtem Drehmoment des Motors verkleinert sein.
Vorzugsweise umfaßt die Anordnung auch drehbare Dichtungselemente, welche die feste Innenverzahnung und die drehbare Innenverzahnung umgeben und um Mittelachsen derselben koaxial zu den Mittelachsen von fester Innenverzahnung und drehbarer Innenverzahnung rotieren.
Die drehbaren Dichtungselemente verhindern ein Ausfließen von Schmiermittel über den Raum zwischen den festen und drehbaren Innenverzahnungen. Hierdurch werden eine Innenschmierung gewährleistet und eine freie Auslegung des Schmiersystems ermöglicht.
Vorteilhaft ist dabei, daß Innenumfangsflächen der drehbaren Dichtungselemente Außenumfangsflächen von fester Innenverzahnung und drehbarer Innenverzahnung mit einem kleinen Abstand dazu zur Vermeidung einer gegenseitigen Berührung zugewandt sind und die Innenumfangsflächen der drehbaren Dichtungselemente und/oder die Außenumfangsflächen der festen Innenverzahnung und der drehbaren Innenverzahnung mit Nuten versehen sind, von denen jede ein Ende, das an einer Kante an der Seite des zwischen fester Innenverzahnung und drehbarer Innenverzahnung gebildeten Raums offen ist bzw. mündet, aufweist und so schräggestellt ist, daß das eine Ende jeder Nut gegenüber dem anderen Ende der Nut an einer Stromabseite einer Drehrichtung der drehbaren Dichtungselemente angeordnet ist.
Bei dieser Anordnung bewirkt die Dichtungseinrichtung mit den drehbaren Dichtungselementen bzw. Drehdichtungselementen eine Abdichtung unter dem in den Nuten durch oder bei Drehung der Drehdichtungselemente erzeugten dynamischen Druck. Da die Drehdichtungselemente keine mechanische Berührung mit den Innenverzahnungen herstellen, tritt keine Reibung auf, wobei ein hoher Zuverlässigkeitsgrad ohne Leistungsverlust gewährleistet ist.
Im folgenden ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer herkömmlichen Getriebeanordnung,
Fig. 2 eine perspektivische Gesamtansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 3 eine Längsschnittansicht der Getriebeanordnung gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Vorderansicht des Trägers bei der Getriebeanordnung gemäß der ersten Ausführungsform nach Fig. 2,
Fig. 5 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Trägers bei der Getriebeanordnung gemäß der zweiten Auführungsform nach Fig. 5,
Fig. 7 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung,
Fig. 8 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 9 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 10 eine Länqsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 11 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 12 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung des Drehdichtungselements bei der Getriebeanordnung gemäß der achten Ausführungsform nach Fig. 12,
Fig. 14 eine in vergrößerten Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung des Drehdichtungselements gemäß Fig. 13 und
Fig. 15 eine Längsschnittansicht einer Getriebeanordnung gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung,
Die Ausführungsformen dieser Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen eine erste Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die Getriebeanordnung gemäß dieser Ausführungsform enthält einen Motor und weist eine Niedrigdrehzahlwelle auf, bei welcher die beiden Enden 29a und 29b aus den beiden (jeweiligen) Enden eines Hauptkörpers 20 der Anordnung herausragen.
Der Hauptkörper 20 bildet ein festes Gehäuse der Anordnung und umfaßt ein erstes Flanschelement 21, einen Hauptkörperteil 22, einen mittleren oder Zwischenabschnitt 23 und ein zweites Flanschelement 24. Das eine Scheibenform besitzende erste Flanschelement 21 bildet eine Stirnwand bzw. einen Stirndeckel des Hauptkörpers 20. Der Hauptkörperteil 22 ist zylindrisch und bildet eine Umfangswand des Hauptkörpers 20. Das zweite Flanschelement 24 besitzt die Form eines kurzen, bodenseitig geschlossenen Zylinders und bildet die andere Stirnwand bzw. den anderen Stirndeckel sowie einen Teil der Umfangswand des Hauptkörpers 20. Dabei sind Dichtungen zur Verhinderung des Austritts von Schmiermittel aus dem Hauptkörper und anderen Elementen vorgesehen.
An der Innenumfangsfläche ist ein ununterbrochen in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung bzw. Bund angeformt, an dessen Innenumfangsfläche eine feste Innenverzahnung 25 ausgebildet ist. Eine drehbare Innenverzahnung 26 ist konzentrisch benachbart zu einem Ende der festen Innenverzahnung 25 angeordnet. Die Zähnezahl der festen Innenverzahnung 25 unterscheidet sich geringfügig von derjenigen der drehbaren Innenverzahnung 26. Beispielsweise besitzen feste und drehbare Innenverzahnungen 25 bzw. 26 jeweils 57 Zähne bzw. 60 Zähne. Die drehbare Innenverzahnung 26 ist an der Niedrigdrehzahlseite durch einen Flansch 27 gehaltert, der an einer Niedrigdrehzahlwelle 29 befestigt ist. Letztere verläuft auf der Mittellinie des Hauptkörpers 20 und durchsetzt die zentralen Bereich der ersten und zweiten Flanschabschnitte bzw. -elemente 21 bzw. 24 des Hauptkörpers 20 in der Weise, daß die beiden Endabschnitte 29a und 29b aus den beiden Enden des Hauptkörpers 20 herausragen und dabei in Lagern 30 bzw. 31 drehbar gelagert sind. Die Lager 30 und 31 sind an bzw. in den ersten und zweiten Flanschelementen 21 bzw. 24 in der Weise fest montiert, daß sie in einem größtmöglichen Abstand voneinander angeordnet sind.
Im Hauptkörper 20 sind z.B. vier Planetenräder 40 angeordnet, die in der Umfangsrichtung auf gleiche Abstände verteilt sind und mit den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 in Eingriff stehen. Bei dieser Ausführungsform weist jedes Planetenrad 40 jeweils 21 Zähne auf.
Die Planetenräder 40 sind durch einen Träger 41 gehaltert bzw. gelagert, der koaxial zu den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 angeordnet ist, so daß diese Planetenräder um die Achsen der festen und drehbaren Innenverzahnungen 25, 26 umlaufen und um ihre eigenen Achsen rotieren. Der Träger 41 umfaßt einen ersten Trägerflansch 42 und einen zweiten Trägerflansch 43, welche Flansche an den jeweiligen Enden der Planetenräder 40 plaziert sind. Die Trägerflansche 42 und 43 sowie die Planetenräder 40 sind mit Hilfe von vier Schraubbolzen 44, die auch als Trag- bzw. Lagerachsen für die drehbare Lagerung der Planetenräder 40 über Lager 45 dienen, zu einer Einheit zusammengesetzt. Jeder Trägerflansch 42 und 43 ist in seinem zentralen Bereich mit einer kreisrunden Bohrung versehen, so daß der Träger 41 insgesamt hohl ist.
Eine hohle Hochdrehzahlwelle 52 ist materialeinheitlich mit dem ersten Trägerflansch 42 ausgebildet und geht axial von seinem mittleren Bereich ab. Der mittlere oder Zwischenabschnitt der Hochdrehzahlwelle 52 ist mit Hilfe von zwei Lagern 50 am bzw. im Hauptkörperteil 22 des Hauptkörpers 20 drehbar gelagert. Der zweite Trägerflansch 42 des Trägers 41 ist mittels eines Lagers 51 auf der Niedrigdrehzahlwelle 29 gelagert.
Die Niedrigdrehzahlwelle 29 durchsetzt den hohlen Träger 41 sowie die hohle Hochdrehzahlwelle 52 und agt über die beiden Stirnflächen des Hauptkörpers 20 auf oben beschriebene Weise hinaus.
Im Hauptkörperteil 22 des Hauptkörpers 20 ist eine Antriebskraftquelle, z.B. ein koaxial zur Hochdrehzahlwelle 52 angeordneter Elektro-Motor 53 untergebracht. Der Stator 57 des Motors 53 ist am Hauptkörperteil 22 befestigt, während sein Rotor 54 mittels einer Hülse 55 und eines Spannstücks 56 auf der Hochdrehzahlwelle 52 fest montiert ist.
Der Getriebe- bzw. Zahnradmechanismus des Untersetzungsgetriebes ist eine Art eines Planetenradmechanismus, der als mechanisches Fergusonsches Paradoxon bezeichnet wird. Wenn die Hochdrehzahlwelle 52 und der Träger 41 durch den Motor 53 in Drehung versetzt werden, laufen die Planetenräder 40 unter Drehung um ihre eigenen Achsen um die Achsen der festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 der Niedrigdrehzahlwelle 29 um. Die drehbare Innenverzahnung 26 rotiert dabei mit niedriger Drehzahl. Ihre Drehung wird über die Niedrigdrehzahlwelle 20 auf die externe Last übertragen. Bei dieser Ausführungsform beträgt das Untersetzungsverhältnis (die negative Übersetzung) des Zahnradmechanismus 20, wobei die Niedrigdrehzahlwelle 52 mit einer Drehzahl von 200/min rotiert, wenn die Hochdrehzahlwelle 52 mit einer Drehzahl von 4000/min angetrieben wird.
Da der Träger 41 unmittelbar durch die Hochdrehzahlwelle 52 angetrieben wird, wird kein Sonnenrad benötigt. Aufgrund der hohlen Ausgestaltung des Trägers 41 und der Hochdrehzahlwelle 52 kann sich die Niedrigdrehzahlwelle 52 durch diese Teile hindurch erstrecken und über die beiden Enden des Hauptkörpers hinausragen. Der Abstand zwischen den Lagern 30 (und 31) zur Lagerung der beiden Endabschnitte der Niedrigdrehzahlwelle 20 ist dabei ziemlich groß, wodurch eine vorteilhafte Lagerungsanordnung für die Niedrigdrehzahlwelle gewährleistet ist.
Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die Untersetzungsgetriebeanordnung enthält einen Elektro-Motor als Antriebskraftquelle. Zur Verkleinerung der Größe der gesamten Anordnung ist der Motor außenseitig des Zahnrad- oder Getriebemechanismus und koaxial zu diesem angeordnet. Da die Ausgestaltung der Hauptteile dieser Ausführungsform ähnlich ist wie bei der ersten Ausführungsform, sind die den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile der Anordnung gemäß Fig. 5 mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben.
Das Gehäuse, d.h. der Hauptkörper 20 der zweiten Ausführungsform weist einen vergleichsweise großen Durchmesser und eine kurze Zylinderform auf. Das Gehäuse besteht aus einem Flanschabschnitt 60 und einem Hauptkörperteil 61, die mit Hilfe gewöhnlicher Verbindungsmittel zu einem einheitlichen oder einstückigen Gebilde miteinander verbunden sind.
Im mittleren Bereich des Hauptkörpers 20 ist eine feste Innenverzahnung 25 vorgesehen, die eine kurze Zylinderform besitzt und am Flanschabschnitt 60 des Hauptkörpers befestigt ist. Eine drehbare Innenverzahnung 26 ist am einen Ende der festen Innenverzahnung 25 koaxial dazu mit einem dazwischen festgelegten Zwischenraum G angeordnet und wird von einem Flansch 27 an der Niedrigdrehzahlseite und einer Niedrigdrehzahlwelle 29 getragen. Die Niedrigdrehzahlwelle 29 ist mittels zweier Lager 30 und 31 am bzw. im Hauptkörperteil 61 des Hauptkörpers 20 drehbar gelagert. Im Hauptkörper sind (beispielsweise) drei Planetenräder 40 vorgesehen, die mit den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 in Eingriff stehen und dabei um die Achsen dieser Innenverzahnungen umlaufen und um ihre eigenen Achsen rotieren. Die Zähnezahlen der festen Innenverzahnung 25, der drehbaren Innenverzahnung 26 sowie der Planetenräder 40 sind bei dieser Ausführungsform die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Planetenräder 40 werden von einem Träger 41 getragen, der gemäß Fig. 6 eine kurze Zylinderform aufweist. Jedes Planetenrad 40 ist am Träger 41 mittels einer Tragachse 62 und eines Lagers 63 drehbar gehaltert bzw. gelagert. An den beiden Enden des Trägers 41 sind scheibenförmige Halteplatten 72 befestigt, durch welche die Lager 63 über Hülsen 74 gehalten (verspannt) werden. Der Träger 41 ist an den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 mit Hilfe von Lagern 70 und 71 drehbar gelagert. In der Umfangswand des Trägers 41 sind Öffnungen 64 ausgebildet, über welche Teile der Planetenräder 40 radial nach außen ragen und in die festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 eingreifen. Drei sektorförmige Flanschabschnitte 65 jeweils einer sektorförmigen, plattenartigen Gestalt ragen radial von der Umfangswand des Trägers 41 nach außen und dienen als Hochdrehzahlübertragungselemente für die Übertragung der Drehung des Trägers 41. Die Flanschabschnitte 65 ragen von den Außenumfangsflächen der festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 durch den dazwischen festgelegten Zwischenraum G hindurch nach außen.
Zwischen den Außenumfangsflächen von fester und drehbarer Innenverzahnung 25 bzw. 26 sowie der Innenumfangsfläche des Hauptkörpers 20 ist eine Antriebskraftquelle, z. B. ein Elektro-Motor 75, vorgesehen. Der Stator 80 des Motors 75 ist am Hauptkörperteil 61 des Hauptkörpers 20 befestigt, während der Rotor 76 des Motors 75 mit Hilfe ringförmiger Befestigungselemente 77 und 78 sowie Schraubbolzen 79 an den sektorförmigen Flanschabschnitten 65 angebracht ist.
Die Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform verlaufen die Hochdrehzahlübertragungselemente bzw. sektorförmigen Flanschabschnitte 65 durch den Zwischenraum G zwischen den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 zu deren Außenseite. Bei Verbindung mit den sektorförmigen Flanschabschnitten 65 ist der Motor 75 außenseitig des Zahnradmechanismus koaxial zu diesem angeordnet. Die Gesamtanordnung kann daher klein sein; außerdem kann dabei ein Motor eines großen Durchmessers und eines hohen Drehmoments benutzt werden.
Der Motor kann (auch) außerhalb des Hauptkörpers 20 vorgesehen sein. In diesem Fall ist ein ringförmiges Außenzahnrad an den sektorförmigen Flanschabschnitten anstelle des Rotors befestigt, wobei ein an der drehbaren Welle des äußeren Motors befestigtes Zahnrad mit dem Außenzahnrad in Eingriff steht.
Da die zweite Ausführungsform das dritte Merkmal dieser Erfindung nutzt, bei dem die sektorförmigen Flanschabschnitte an der Außenumfangsfläche des Trägers 41 so angeformt sind, daß sie von diesem (auswärts) abstehen, und der Träger über diese sektorförmigen Flanschabschnitte angetrieben oder mitgenommen wird, kann eine weitere Welle ungehindert im zentralen Bereich des Trägers 41 angeordnet werden oder sein. Obgleich gemäß Fig. 5 keine (derartige) Welle vorgesehen ist, können im zentralen Bereich des Trägers 41 verschiedene Wellen vorgesehen werden, um verschiedene Ausgestaltungen des Untersetzungsgetriebes, wie bei den im folgenden beschriebenen dritten bis fünften Ausführungsformen, zu konstruieren.
Fig. 7 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt oder Merkmal dieser Erfindung, welche Ausführungsform den gleichen Aufbau wie die zweite Ausführungsform, abgesehen von den im folgenden erläuterten Punkten, besitzt. In Fig. 7 sind den Teilen der zweiten Ausführungsform entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr beschrieben. Der hohl ausgebildete Träger 41 nimmt ein Sonnenrad 82 auf, mit dem die Planetenräder 40 in Eingriff stehen. Das Sonnenrad 82 ist auf einer Sonnenradwelle 84 befestigt, die mittels Lagern 83a und 83b am Träger 41 drehbar gelagert ist und über die von der Niedrigdrehzahlwelle 29 abgewandte Stirnseite des Hauptkörpers 20 nach außen ragt. Bei angetriebenem Träger wird die Sonnenradwelle 84 mit einem vom Übersetzungsverhältnis der Niedrigdrehzahlwelle 29 verschiedenen Übersetzungsverhältnis in Drehung versetzt.
Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, kann neben der Niedrigdrehzahlwelle 29 auch die Sonnenradwelle 84 benutzt werden, um mit einer anderen Last, z.B. einem Kühlgebläse, verbunden zu werden.
Fig. 8 veranschaulicht eine vierte Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Merkmal dieser Erfindung, welche Ausführungsform mit Ausnahme der nachstehend angegebenen Punkte die gleiche Ausgestaltung wie die dritte Ausführungsform aufweist. Die den Teilen der dritten Ausführungsform entsprechenden Teile gemäß Fig. 8 sind mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Dabei ist die Niedrigdrehzahlwelle 29 hohl ausgebildet, so daß die Sonnenradwelle 84 die Niedrigdrehzahlwelle 29 durchsetzen und über deren Vorderende hinausragen kann.
Bei dritter und vierter Ausführungsform kann anstelle der Sonnenradwelle 84 eine dritte drehbare Welle vorgesehen sein, die unmittelbar am Träger 41 befestigt sein kann. Dabei sind jedoch die Drehzahlen der dritten drehbaren Welle und des Trägers 41 naturgemäß gleich.
Fig. 9 veranschaulicht eine fünfte Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Merkmal der Erfindung, welche Ausführungsform mit Ausnahme der im folgenden angegebenen Punkte die gleiche Ausgestaltung aufweist wie die zweite Ausführungsform. Die den Teilen der zweiten Ausführungsform entsprechenden Teile gemäß Fig. 9 sind mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Der Träger 41 ist dabei hohl ausgebildet. Die mit der drehbaren Innenverzahnung 26 verbundene Niedrigdrehzahlwelle 29 ist in beiden Axialrichtungen verlängert, so daß sie durch den Träger 41 und den Flanschabschnitt des Hauptkörpers 20 verläuft und über die beiden Stirnflächen des Hauptkörpers 20 hinausragt. Die Niedrigdrehzahlwelle 29 ist mit Hilfe von Lagern 90 und 91, die in den Flanschabschnitt 60 und den Hauptkörperteil 61 des Hauptkörpers 20 eingebaut sind, drehbar gelagert. Diese Ausführungsform ist gemäß erstem und zweitem Merkmal dieser Erfindung ausgebildet. Die Anordnung der Lager für die Lagerung des Trägers 41, der Planetenräder 40, der Niedrigdrehzahlwelle 29 u.dgl. auf beiden Seiten des Trägers sowie des Getriebes gewährleistet eine zweckmäßige Lagerungsstruktur.
Fig. 10 zeigt die sechste Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Erfindung. Abgesehen von den im folgenden angegebenen Punkten, besitzt diese Ausführungsform eine ähnliche Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform. Die den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile gemäß Fig. 10 sind mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr im einzelnen beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist die Hochdrehzahlwelle 52 nicht unmittelbar mit dem Träger 41 verbunden, sondern durch den zentralen Bereich des Trägers 41 hindurch verlängert bzw. geführt, wobei ein mit den Planetenrädern 40 in Eingriff stehendes Sonnenrad 93 auf dem verlängerten Abschnitt der Hochdrehzahlwelle montiert ist. Die Hochdrehzahlwelle 52 ist hohl geformt, so daß sie von der Niedrigdrehzahlwelle 29 derart durchsetzbar ist, daß die beiden Endabschnitte 29a und 29b der Niedrigdrehzahlwelle 29 über die jeweiligen Enden des Hauptkörpers 20 hinaus vorstehen. Die Planetenräder 40 und der Träger 41 werden über das Sonnenrad 63 angetrieben.
Fig. 11 veranschaulicht eine siebte Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt bzw. Merkmal der vorliegenden Erfindung. Diese Erfindung bzw. Ausführungsform besitzt, abgesehen von den nachstehend angegebenen Punkten, die gleiche Ausgestaltung wie die erste Ausführungsform. Die den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile dieser Erfindung bzw. Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und nicht mehr erläutert. Die Planetenräder bestehen aus ersten Planetenrädern 40a als eine Gruppe und zweiten Planetenrädern 40b als eine andere Gruppe. Jedes Paar der ersten und zweiten Planetenräder 40a bzw. 40b ist über je ein Lager 43 auf einer jeweiligen Tragachse 44 gelagert. Die ersten Planetenräder 40a kämmen mit der festen Innenverzahnung 25, während die zweiten Planetenräder 40b mit der drehbaren Innenverzahnung 26 derart in Eingriff stehen, daß die Zahnräder bzw. Verzahnungen 40a, 40b, 25 und 26 sowie die jeweilige Achse 44 einen Differentialplanetengetriebemechanismus bilden. Wie bei dieser Ausführungsform gezeigt, ist das zweite Merkmal dieser Erfindung auf eine einen allgemeinen Planetenradmechanismus verwendende Getriebeanordnung anwendbar.
Die Fig. 12 bis 14 veranschaulichen die achte Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt bzw. Merkmal dieser Erfindung, welche Ausführungsform mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Teile zahlreiche Merkmale mit der zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 gemeinsam hat.
Da die Planetenräder und der Träger, wie beschrieben, bei allen Ausführungsformen mit hoher Drehzahl rotieren, wird das im Getriebe- bzw. Zahnradmechanismus enthaltene Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft nach außen geschleudert. Insbesondere bei zweiter bis fünfter Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 9, bei denen die sektorförmigen Flanschabschnitte von der Außenumfangsfläche des Trägers abstehen und durch den Zwischenraum zwischen fester und drehbarer Innenverzahnung nach außen verlaufen, fließt das im Getriebemechanismus befindliche Schmiermittel durch den genannten Zwischenraum in den Raum hinein, in welchem der Motor angeordnet ist. Infolgedessen tritt im Getriebemechanismus ein Schmiermittelmangel auf, was eine mangelhafte Schmierung zur Folge hat.
Zur Ausschaltung dieses Problems sind bei der achten Ausführungsform ringförmige drehbare Dichtungselemente bzw. Drehdichtungselemente 101 und 102 an den Innenumfangsflächen der ringförmigen festen Elemente 77 bzw. 78 zur Mitdrehung mit diesen befestigt. Die Innenumfangsflächen der Drehdichtungselemente 101 und 102 sind den Außenumfangsflächen der festen Innenverzahnung 25 bzw. der drehbaren Innenverzahnung 26 zugewandt, und zwar berührungsfrei, jedoch mit einem engen Abstand dazu. In den Innenumfangsflächen der Drehdichtungselemente 101 und 102 sind jeweils zahlreiche Nuten 103 schräg zur Umfangsrichtung dieser Elemente ausgebildet. Das eine Ende 103a jeder Nut 103 mündet am Randabschnitt des Drehdichtungselements 101 (102) an der Seite des Zwischenraums G zwischen den festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26, während das andere Ende 103b jeder Nut 103 am anderen Randabschnitt des Drehdichtungselements 101 (102) mündet bzw. offen ist. Die Nuten 103 sind so schräggestellt, daß das genannte eine Ende 103a jeder Nut 103 gegenüber dem anderen Ende 103b der gleichen Nut 103 an der Stromabseite der Drehrichtung R der Drehdichtungselemente 101 und 102 liegt.
Bei der achten Ausführungsform rotieren die Drehdichtungselemente 101 und 102 zusammen mit dem Rotor 76. Es sei angenommen, daß das Schmiermittel, das unter der Zentrifugalkraft zu einer Strömung in den Zwischenraum G gezwungen wird, in den bzw. aus den Nuten 103 herausströmt. Da die Nuten 103, wie oben beschrieben, schräggestellt sind, wird das in diesen Nuten 103 fließende Schmiermittel in der Umfangsrichtung stärker beschleunigt. Wenn der im Zwischenraum G herrschende Druck um den durch die Geschwindigkeitserhöhung erzeugten dynamischen Druck höher wäre als der von der Zentrifugalkraft herrührende Druck, würde das Schmiermittel in den Nuten 103 strömen. Da jedoch der im Zwischenraum G herrschende Druck der Zentrifugalkraft gleich ist, fließt das Schmiermittel in den Nuten 103 nicht. Auf diese Weise verhindert die aus den Drehdichtungselementen 101 und 102 bestehende Dichtungsanordnung das Ausfließen des Schmiermittels aus dem Zwischenraum G aufgrund des dem dynamischen Druck entsprechenden Wirkdrucks. Das Schmiermittel verbleibt somit im Getriebe- bzw. Zahnradmechanismus, um diesen zu schmieren. Folglich tritt in diesem Getriebe- oder Zahnradmechanismus keine ungenügende Schmierung auf. Diese Dichtungsanordnung arbeitet berührungsfrei, so daß sie weder verschleißt noch einen Antriebskraftverlust herbeiführt.
Anstatt in den Innenumfangsflächen der Drehdichtungselemente ausgebildet zu sein, können die Nuten 103 auch in den Außenumfangsflächen der festen und drehbaren Innenverzahnungen 25 bzw. 26 geformt sein. Weiterhin können die Nuten in den Innenumfangsflächen der Drehdichtungselemente und auch in den Außenumfangsflächen der festen und drehbaren Innenverzahnungen ausgebildet sein.
Die Dichtungsanordnung ist nicht nur auf die achte Ausführungsform, sondern auch auf die in Fig. 15 gezeigte neunte Ausführungsform anwendbar, welche die gleiche Ausgestaltung wie die fünfte Auführungsform nach Fig. 9, zuzüglich der Dichtungsanordnung, aufweist. Selbstverständlich ist die Dichtungsanordnung auch auf andere Ausführungsformen sowie eine allgemeine Getriebeanordnung unter Verwendung eines Planetenradmechanismus anwendbar.
Vorstehend sind anhand der obigen Ausführungsformen Untersetzungsgetriebeanordnungen erläutert worden. Wenn jedoch Eingangs- und Ausgangsseiten vertauscht werden, können diese Anordnungen auch als Übersetzungsgetriebeanordnungen verwendet werden. Die vorliegende Erfindung ist somit auf eine allgemeine Getriebeanordnung anwendbar, die zur Verringerung oder Erhöhung der Drehzahl dient.

Claims

1. Getriebeanordnung, umfassend: einen Hauptkörper (20), eine am Hauptkörper befestigte feste Innenverzahnung (25), eine koaxial und benachbart zur festen Innenverzahnung (25) angeordnete drehbare Innenverzahnung (26), wobei die drehbare Innenverzahnung (26) und die feste Innenverzahnung (25) verschiedene Zähnezahlen aufweisen und die drehbare Innenverzahnung (26) so gelagert ist, daß sie um eine Mittelachse derselben drehbar ist, welche Achse koaxial zu einer Mittelachse der festen Innenverzahnung (25) liegt, mit der festen Innenverzahnung (25) und der drehbaren Innenverzahnung (26) in Eingriff stehende Planeten(zahn)räder (40)

und einen hohlen Träger (41) zum Halten der Planetenräder (40) für Drehung bzw. Umlauf um die Mittelachse der festen Innenverzahnung (25), wobei ihre eigenen Achsen gelagert sind für Drehung um eine Mittelachse davon, die koaxial zu den Achsen der festen Innenverzahnung (25) und der drehbaren Innenverzahnung (26) liegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine hohle Hochdrehzahlwelle (52) zum Übertragen der Drehung des Trägers (41) vorgesehen ist, wobei die Hochdrehzahlwelle (52) koaxial zum Träger (41) angeordnet und mit diesem so gekoppelt ist, daß sie über eine Seite desselben hinausragt, und

eine Niedrigdrehzahlwelle (29) zum Übertragen der Drehung der drehbaren Innenverzahnung (26) koaxial zu dieser vorgesehen ist, derart, daß sie den hohlen Träger (41) und die hohle Hochdrehzahlwelle (52) durchsetzt und aus beiden Endabschnitten des Hauptkörpers (20) herausragt, und daß die Getriebeanordnung ferner eine zum Träger (41) benachbart und koaxial angeordnete elektrische Rotationsmaschine (53) umfaßt, welche einen an der Hochdrehzahlwelle angebrachten Rotor (54) und einen am Hauptkörper (20) angebrachten Stator (57) aufweist.

2. Getriebeanordnung, umfassend: einen Hauptkörper (20), eine am Hauptkörper befestigte feste Innenverzahnung (25), eine koaxial und benachbart zur festen Innenverzahnung (25) angeordnete drehbare Innenverzahnung (26), wobei die drehbare Innenverzahnung (26) und die feste Innenverzahnung (25) verschiedene Zähnezahlen aufweisen, mit der festen Innenverzahnung (25) und der drehbaren Innenverzahnung (26) in Eingriff stehende Planeten(zahn)räder (40),

wobei die drehbare Innenverzahnung (26) gelagert ist für Drehung um eine Mittelachse derselben, die koaxial zu einer Mittelachse der festen Innenverzahnung (25) liegt,

einen hohlen Träger (41) zum Halten der Planetenräder (40) für Drehung bzw. Umlauf um die Mittelachse der festen Innenverzahnung (25), wobei ihre eigenen Achsen gelagert sind für Drehung um eine Mittelachse davon, die koaxial zu den Achsen der festen Innenverzahnung (25) und der drehbaren Innenverzahnung (26) liegt,

wobei die Anordnung so getroffen ist, daß ein in Umfangsrichtung fortlaufender (ununterbrochener) Raum (G) zwischen den einander zugewandten Stirnflächen von fester Innenverzahnung (25) und drehbarer Innenverzahnung (26) gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

flanschartige Hochdrehzahlübertragungselemente (65) zum Übertragen der Drehung des Trägers (41) vorgesehen sind und sich von einer Außenumfangsfläche des Trägers (41) durch den Raum (G) radial auswärts zu (einer Stelle) radial auswärts von fester Innenverzahnung (25) und drehbarer Innenverzahnung (26) erstrecken,

ein Niedrigdrehzahlübertragungselement (29) zum Übertragen der Drehung der drehbaren Innenverzahnung (26) vorgesehen ist und daß

die Getriebeanordnung ferner eine elektrische Rotationsmaschine (75) umfaßt, die koaxial zur festen Innenverzahnung (25) und zur drehbaren Innenverzahnung (26) angeordnet ist und diese Innenverzahnungen umgibt, wobei die Rotationsmaschine einen an den Hochdrehzahlübertragungselementen (65) angebrachten Rotor (76) und einen am Hauptkörper angebrachten Stator (80) aufweist.

3. Getriebeanordnung nach Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch drehbare Dichtungselemente (101, 102), welche die feste Innenverzahnung (25) und die drehbare Innenverzahnung (26) umgeben und um Mittelachsen derselben koaxial zu den Mittelachsen von fester Innenverzahnung (25) und drehbarer Innenverzahnung (26) rotieren.

4. Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Innenumfangsflächen der drehbaren Dichtungselemente (101, 102) Außenumfangsflächen von fester Innenverzahnung (25) und drehbarer Innenverzahnung (26) mit einem kleinen Abstand dazu zur Vermeidung einer gegenseitigen Berührung zugewandt sind, (und) die Innenumfangsflächen der drehbaren Dichtungselemente (101, 102) und/oder die Außenumfangsflächen der festen Innenverzahnung (25) und der drehbaren Innenverzahnung (26) mit Nuten (103) versehen sind, von denen jede ein Ende (103a), das an einer Kante an der Seite des zwischen fester Innenverzahnung (25) und drehbarer Innenverzahnung (26) gebildeten Raums (G) offen ist bzw. mündet, aufweist und so schräggestellt ist, daß das eine Ende (103a) jeder Nut (103) gegenüber dem anderen Ende (103b) der Nut (103) an einer Stromabseite einer Drehrichtung der drehbaren Dichtungselemente (101, 102) angeordnet ist.