AT11827U1 - Planeten-drehzahlreduktor - Google Patents

Abstract

Der Planeten-Drehzahlreduktor, gebildet aus einem zentralen verzahnten Antriebsrad (1), einem festem Kronrad (6) mit einer Innenverzahnung und mindestens einem angetriebenen, auf der Innenverzahnung des festen Kronenrades (6) abrollenden Satelliten (2), der mittels eines Mitnehmers (4) mit der Abtriebswelle (8) verbunden ist, wobei zwischen dem zentralen Zahnrad (1) und dem angetriebenen Satellit (2) zwei in Eingriff stehende Übertragungssatelliten (3) angeordnet sind, welche auf dem Bolzen (5) des Mitnehmers (4) drehbar gelagert sind, wobei einer davon mit dem zentralen Zahnrad (1) und der zweite mit dem angetriebenen Satellit (2) in Eingriff steht, wobei die Teilkreise des zentralen Zahnrades (1), der Übertragungssatelliten (3) und des angetriebenen Satelliten (2) die gleichen Durchmesser haben, und deren Mitten liegen in einer Linie.

Description

österreichisches Patentamt AT 11 827 U1 2011-05-15

Beschreibung

PLANETEN-DREHZAHLREDUKTOR BEREICH DER TECHNIK

[0001] Die technische Lösung betrifft den Planeten-Drehzahlreduktor, bei dem zwischen dem zentralen Antriebs-Zahnrad und dem festen Kronenrad mit Innenverzahnung mindestens zwei Satelliten umlaufen, welche auf einem mit der angetriebenen (Ausgangs-)Welle verbundenen Mitnehmer aufgelegt sind.

BISHERIGER STAND DER TECHNIK

[0002] Es ist ein Planeten-Drehzahlreduktor bekannt, gebildet aus einem zentralen Antriebs-Zahnrad (verbunden mit der Antriebs-, bzw. Eingangswelle) und aus einem festen Zahn-Kronen-Rad (Kranz) mit Innenverzahnung. Zwischen dem zentralen und Kronenrad befindet sich ein Kreisring, dessen Breite gleich wie der Durchmesser der zugleich auf dem Zentral- und Kronenrad abrollenden Satteliten ist. Es handelt sich um getriebene Satelliten, in der Regel mit einem Mitnehmer verbunden, an den die angetriebene (Ausgangs-)Welle des Reduktors angeschlossen ist. Dieser bekannte Reduktor stellt eine bewährte Konstruktion für Drehzahlreduktion dar, mit linearem Durchlauf des Verhältnisses zwischen dem Drehmoment und Drehzahl, d.h. das Drehmoment wird sooft erhöht, wie oft die Drehzahl reduziert wird.

[0003] Aus der veröffentlichten CZ-Anmeldung PV 609-93 „Planetengetriebe" ist der bekannte Planetenreduktor der Drehzahl mit der Möglichkeit eines Reversebetriebes bekannt, bei dem das oben beschriebene klassische Planetengetriebe im Prinzip zweimal hintereinander aufgelagert ist, d.h. mit zwei Zentralrädern auf der Antriebswelle und mit einem, ein Kronenrad bildenden Doppelkranz, das in diesem Fall drehbar aufgelagert ist, wobei die ersten zwei Satelliten mit dem Schrank verbunden sind, und die anderen zwei Satelliten erst mittels des Mitnehmers mit der Ausgangswelle verbunden sind. Der Zweck der Lösung ist die Reduktion der Einbaumasse der Getriebe bei großen Übertragungen ins Langsame, das Drehmoment wird jedoch im Vergleich mit klassischem Getriebe nicht erhöht.

[0004] Aus der Patentschrift US 4.856.376 ist ein Getriebe für Fahrräder bekannt, gebildet aus einem zentralen Antriebs-Zahnrad (dies ist mit der Welle der Pedale verbunden), ferner mit eingelegten Radsätzen, welche immer aus einem kleinen und großen Zahnrad auf gemeinsamer Achse gebildet sind, welche jedoch keine Satteliten-Räder sind, d.h. sie umlaufen nicht um ein Zentralrad, aber deren Achsen sind mit einem Schrank verbunden, und auf das Ende des Kronenkranzes mit einer Innenverzahnung, der mit den eingelegten Radsätzen und mit der Außenverzahnung anzieht, eine Fahrradkette aufgesetzt ist. Die beschriebene Lösung ist für Fahrräder einsetzbar, doch zur Übertragung von größeren Kräften und Drehmomente ist es nicht geeignet.

[0005] Die Aufgabe der technischen Lösung ist Bildung eines Planeten-Drehzahlreduktors, dessen Übertragung mit einem höheren Drehmoment charakteristisch wäre und der konstruktiv für einen breiten Einsatzbereich universal wäre. Es ist auch wünschenswert, dass sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangswellen des Reduktors den gleichen Drehsinn haben und dass der Reduktor eine Möglichkeit des Reversebetriebes hat, d.h. dass er sowohl als rechtsdrehend, als auch linksdrehend arbeitet.

PRINZIP DER TECHNISCHEN LÖSUNG

[0006] Diese Aufgabe ist mit der Schaffung eines Planeten-Drehzahlreduktors gelöst, bei dem zwischen dem zentralen Zahnrad und jedem angetriebenen Satelliten zwei mitanziehenden Übertragungssatteliten angeordnet sind, drehbar aufgelagert auf den Stiften des Mitnehmers, wovon der eine mit dem zentralen Zahnrad und der andere dem angetriebenen Satellit anzieht, wobei die Teil-Kreislinien des zentralen Zahnrades, der Übertragungssatteliten und des ange- 1/8 österreichisches Patentamt AT 11 827 U1 2011-05-15 triebenen Satelliten identische Durchmesser haben und deren Mitten in einer geraden Linie liegen.

[0007] Die eingelegten Übertragungssatteliten behalten den gleichen Drehsinn sowohl der angetriebenen, als auch der Antriebswelle. Der angetriebene Satellit wirkt auf dem längeren Arm und vergrößert das Ausgangs-Drehmoment.

[0008] In einer günstigen Ausführung der technischen Lösung ist der angetriebene Satellit drehbar auf einem Bolzen des Mitnehmers aufgelagert, genauso wie die Übertragungssatelliten, und der Mitnehmer ist mit der angetriebenen Welle verbunden, ähnlich wie es bei den bekannten Planeten-Drehzahl-Reduktoren ist. In dieser Ausführung ist beim Reduktor nach der technischen Lösung das Übertragungsverhältnis durch den Durchmesser des Mitnehmers gegeben.

[0009] In einer anderen günstigen Ausführung der technischen Lösung ist der angetriebene Satellit mittels einer Verbindungswelle - die im Mitnehmer drehbar aufgelagert ist und durch ihn geht - mit dem zusammen mit dem Antriebsrad anziehenden Trieb verbunden (das Antriebsrad ist mit der angetriebenen Welle verbunden). In dieser Ausführung kann der Reduktor mit einer zusätzlichen Übertragung nachgerüstet werden, deren Übertragungsverhältnis vom Durchmesser des angetriebenen Satelliten, Durchmesser des Triebs und Durchmesser des angetriebenen Rades abhängt.

[0010] Betreffend Satellitenmitnehmer, so hat der Mitnehmer in der ersten günstigen Ausführung zwei bis fünf symmetrisch angeordnete Arme, wovon jedem der Arme zwei Übertragungssatelliten und ein angetriebener Satellit zugeordnet sind.

[0011] In einer anderen günstigen Ausführung, welche für größere Satelliten-Mengen und so für Übertragung von höheren Drehmomenten geeignet ist, hat der Mitnehmer mit Vorteil eine kreisförmige Form.

[0012] Die Vorteile des Planeten-Drehzahlreduktors nach der technischen Lösung bestehen besonders darin, dass bei dem gleichen Verhältnis der Eingangs- sowie Ausgangsdrehzahl es eine Übertragung eines höheren Drehmomentes als bei den bisher verwendeten Reduktoren ermöglicht. Der Reduktor kann rechtsdrehend, als auch linksdrehend arbeiten, wobei er bei der angetriebenen als auch Antriebswelle den gleichen Drehsinn hat. Die Erhöhung des Ausgangsdrehmomentes ermöglicht die Dimensionierung der Übertragungen so, damit die Reduktion der notwendigen zugenommenen Leistung des Antriebsmotors, bzw. Reduktion des Kraftstoffverbrauches erreicht werden kann. Der Planeten-Drehzahlreduktor nach dieser technischen Lösung ist universal für einen Antrieb von jeglichen Verkehrsmitteln, energetischen Anlagen, Seilbahnen, Winden etc., verwendbar. Der beste Bereich für die Verwendung ist die Aviatik, wo man es als Reduktor bei Turbo-Propellermotoren und als Antrieb der Hubschrauber-Rotoren nutzen kann. Ein besonderer Nutzungsbereich stellen elektrische Antriebe der Rollstühle dar, wo die Verwendung des genannten Drehzahlreduktors die Reichweite des Rollstuhles auf eine Aufladung wesentlich vergrößert.

ÜBERSICHT DER FIGUREN AUF DEN ZEICHNUNGEN

[0013] Die technische Lösung wird mittels der Zeichnungen näher erklärt. Fig. Nr. 1 stellt einen Schnitt durch den Planeten-Drehzahlreduktor mit einem mit der angetriebenen Welle verbundenen 2-Arm-Mitnehmer dar, Fig. Nr. 2 stellt eine axiale Ansicht auf das Innere des Reduktors nach der Abbildung Nr. 1 aus der Seite der angetriebenen Welle dar, Fig. Nr. 3 stellt einen Schnitt durch den Planeten-Drehzahlreduktor mit einem kreisförmigen Mitnehmer und einer mit Antriebsrad versehenen angetriebenen Welle dar, wobei das Antriebsrad durch die mit den angetriebenen Satelliten verbundenen Trieben angetrieben wird.

BEISPIELE DER TECHNISCHEN LÖSUNG

[0014] Es wird verstanden, dass die im Weiteren beschriebenen und dargestellten Beispiele der Umsetzung der technischen Lösung nur für Illustration dargestellt sind, nicht als Begrenzung der Beispiele der Ausführung der technischen Lösung auf die angegebenen Beispiele. Fachleu- 2/8 österreichisches Patentamt AT 11 827 U1 2011-05-15 te, die sich im Stand der Technik auskennen, werden unter Verwendung von routinenmäßigen Experimenten eine kleinere oder größere Menge von Äquivalenten zu spezifischen Umsetzungen der technischen Lösung finden, oder feststellen können, welche hier detailliert beschrieben sind. Auch diese Äquivalente werden im Umfang der folgenden Schutzansprüche eingeschlossen sein.

[0015] In einer Ausführung, dargestellt auf Fig. 1. und Fig. 2. ist der Planeten-Drehzahlreduktor mit einer auf einem Lager 9 aufgelagerten Antriebswelle 7 angetrieben, an das Lager 9 ist das zentrale Antriebsrad 1 mit Stirnverzahnung angeschlossen. Auf der anderen Seite tritt aus dem Reduktor die Abtriebswelle 8, aufgelagert im Lager 10, an das der 2-Arm-Mitnehmer 4 angebracht ist, der sich zusammen mit der Abtriebswelle 8 dreht. In der Mitte des Mitnehmers 4 ist der Bolzen des Zahnrades 1 zentral aufgelagert, so dass der Mitnehmer 4 und das zentrale Zahnrad 1 sich unabhängig und mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen können. Bei der Auflagerung kann es sich entweder um eine Gleit- oder Wälzlagerung handeln. Auf jedem der Arme 15 des Mitnehmers 4 sind auf Bolzen 5 zwei Übertragungssatelliten 3 und ein angetriebener Satellit 2 mit Stirnverzahnung drehbar aufgelagert, der (Satellit 2) auf der Innenverzahnung des festen Kronenrades 6 abrollt. Die Durchmesser d des zentralen verzahnten Antriebsrades 1, d, der Übertragungssatelliten 3, d, des angetriebenen Satelliten sind identisch, d.h. d = di = d2 (bzw. es handelt sich um Durchmesser der Teilkreise deren Verzahnung(-en)). In der gleichen Drehrichtung dreht sich auch die Antriebswelle 7, das zentrale Zahnrad 1, der zweite Übertragungssatellit 3 und der Mitnehmer 4 mit der Abtriebswelle 8. Die Anzahl der Arme 15 des Mitnehmers 4 hängt von der Größe des übertragenen Drehmomentes ab und liegt in der Regel zwischen 2 und5.

[0016] Der zugeführte Eingangs-Drehmoment TmvstUp am zentralen verzahnten Antriebsrad 1 wirkt mit der Kraft F = Tmvstup: 0,5 d. Über die Übertragungssatelliten 3 wird die Kraft auf den angetriebenen Satellit 2 übertragen, dessen Verzahnung gleichzeitig mit dem zweiten der Übertragungssatelliten 3 anzieht und auf der gegenüberliegenden Seite mit der Innenverzahnung des festen Kronenrades 6. Am Bolzen 5 des angetriebenen Satelliten wird eine radiale Kraft Frad = 2F abgeleitet, welche in der Vervielfachung mit dem Arm der Kraft R, des Mitnehmers 4 den Ausgangs-Drehmoment Tmvyst ergibt. Die Ermittlung des Ausgangs-Drehmomentes Tmvyst des Mitnehmers 4 wird nach der folgenden Beziehung durchgeführt.

[0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] [0028] (T mvyst T m Ausgang TmvstUp TlTlEingang)

Tnrivyst. ~ Tmvstup i [kcjm], 2 Rs 0,5 d i = das Übertragungsverhältnis.

Die Ausgangs-Drehzahl nv des Mitnehmers 4 wird folgend festgelegt: oD nVyst. = nvstuP: (— + 1) [ot./min], od tedy nvyst = ^stup ^ [ot./min], nyyst — nAusgang nystup — nEingang

ot./min = RPM

Beim Planeten-Drehzahlreduktor nach der technischen Lösung in diesem Beispiel der Ausführung wird der Ausgangs-Drehmoment Tmvyst gegenüber Tmvstup 12x erhöht, während die 3/8

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Ausgangsdrehzahl nvyst gegenüber ην5ίυρ 8x reduziert wird. Das Verhältnis 12 : 8 - 1,5 : 1 ist höher als beim klassischen Planetenreduktor, wo das angeführte Verhältnis 1 :1 beträgt.

[0029] In der zweiten Ausführung, bestimmt für Übertragung von niedrigeren Drehmomenten, und dargestellt auf der Abbildung 3, ist die Anordnung des Planeten-Drehzahlreduktors ähnlich, mit dem Unterschied, dass die Abtriebswelle 8 nicht mit dem Mitnehmer 4 verbunden ist, sondern mit dem angetriebenen Rad 13, das den mit der Verbindungswelle 14 verbundenen Trieb 12 antreibt, wobei die Verbindungswelle 14 frei durch den Mitnehmer 4 geht, mit dem angetriebenen Trieb 2. Der Mitnehmer 4 hat sein eigenes Lager 11 für eine drehbare Auflagerung, und ist aus einer Scheibe gebildet, auf der fünf Triebe 12 symmetrisch angeordnet sind, von denen jeder mit dem zuständigen angetriebenen - angetrieben durch die zuständigen Übertragungssatelliten 3 vom zentralem verzahnten Antriebsrad 1 aus - Satellit 2 verbunden ist. Die Auflagerung der Übertragungssatelliten 3 ist gleich wie im ersten Ausführungsbeispiel. Durch die Wahl des Durchmessers der Triebe 12, der angetriebenen Satelliten 2 und des angetrieben Rades 13 wird die Größe der Kräfte am Halbmesser des Triebes 12 (Durchmesser d,) beeinflusst, als auch am Halbmesser des angetriebenen Rades 13 (Durchmesser Di). Sind die Durchmesser d2 des angetriebenen Satelliten 2 und d3 des Triebes 12 identisch, dann ist die radiale Kraft Fr am Trieb 12 gleich wie die Kraft F am zentralen Zahnrad 1. Der Ausgangsdrehmoment Tmvyst auf der Abtriebswelle 8 wird als Tmvyst = Fr 0,5 Di bestimmt, wo D, der Durchmesser des angetriebenen Rades 13 ist.

[0030] Ist der Durchmesser d3 des Triebes 12 größer als Durchmesser d2 des angetriebenen Satelliten 2, dann wird die Kraft Fr nach der folgenden Beziehung ermittelt: [0031] Fr=(F d2):(0,5 d3 + 0,5 d2) [0032] Die Ausgangsdrehzahl nv der Abtriebswelle 8 wird nach folgender Beziehung ermittelt: [0033] nvyst = nunas 2RS + d3 · x ä [RPM]

D

[0034] wo nunas die Drehzahl des Mitnehmers 4 ist und der Ausdruck x = (--1) die Anzahl der d2

Umdrehungen des angetriebenen Satelliten 2 (und zugleich die Anzahl der Umdrehungen des Triebes 12) bei einer Umdrehung (d.h. 360°) des Mitnehmers 4 und acht Umdrehungen des zentralen Zahnrades 1 angibt.

[0035] Der Planeten-Drehzahlreduktor kann in diesem Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Übertragungen versehen werden, einschl. eines Schnelllaufes, und zwar mit der Auswahl des Durchmessers d3 des Triebes 12 und des Durchmessers Di des angetriebenen Rades 13.

[0036] Manche Beispiele der zusätzlichen Übertragungen sind unten angeführt: [0037] Beispiel 1 [0038] 0 D-i : 0 d3 = 5:1 [0039] Tmvyst Tmvstup 5 [0040] nvyst — nvstup : 3,333 [0041] Beispiel 2 [0042] oD{. 0d3 = 3:1 [0043] Tmvyst - Tmvstup 3,6 [0044] nvyst— nvstuP · 2,4 [0045] Beispiel 3 [0046] 0Dt: 0d3 = 2:1 4/8

Claims (5)

1. österreichisches Patentamt AT 11 827 U1 2011-05-15 [0047] Tmvyst Tmvstup 2,6 [0048] nvyst— rivstup 1,777 [0049] Beispiel 4 [0050] 0 Di : 0d3= 1:1 [0051] TnflVyst TrDvstup 1,5 [0052] nvyst— nvstup [0053] Beispiel 5 [0054] 0 0 d3 = 1:2 [0055] Tmvyst Tmvstup 0,8 [0056] nVyst = Nvstup 1,875 Industrielle Nutzung [0057] Der Planeten-Drehzahlreduktor nach der technischen Lösung kann man im Verkehr nutzen, insbesondere in der Flugzeugindustrie, zum Beispiel als Reduktor bei Turbo-Propeller-Motoren und zum Antrieb von Hubschrauberrotoren, und ferner universell in der Industrie all dort, wo ein höherer Drehmoment und zugleich Reduktion der Antriebsdrehzahl zu erreichen sind. Ansprüche 1. Der Planeten-Drehzahlreduktor, gebildet aus einem zentralen verzahnten Antriebsrad (1), einem festem Kronrad (6) mit einer Innenverzahnung und mindestens einem angetriebenen, auf der Innenverzahnung des festen Kronenrades (6) abrollenden Satelliten (2), der mittels eines Mitnehmers (4) mit der Abtriebswelle (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zentralen Zahnrad (1) und dem angetriebenen Satellit (2) zwei in Eingriff stehende Übertragungssatelliten (3) angeordnet sind, welche auf dem Bolzen (5) des Mitnehmers (4) drehbar gelagert sind, wobei einer davon mit dem zentralen Zahnrad (1) und der zweite mit dem angetriebenen Satellit (2) in Eingriff steht, wobei die Teilkreise des zentralen Zahnrades (1), der Übertragungssatelliten (3) und des angetriebenen Satelliten (2) die gleichen Durchmesser haben, und deren Mitten liegen in einer Linie.
2. 2. Der Planeten-Drehzahlreduktor nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Satellit (2) auf dem Bolzen (5) des Mitnehmers (4) drehbar gelagert ist, und dass der Mitnehmer (4) mit der Abtriebswelle (8) verbunden ist.
3. 3. Der Planeten-Drehzahlreduktor nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der angetriebene Satellit (2) mittels der - im Mitnehmer (4) drehbar gelagerten und durch den Mitnehmer durchgehenden - angetriebenen Welle (14) mit dem Trieb (12) verbunden ist, der Trieb steht mit dem angetriebenen Rad (13) in Eingriff, das mit der Abtriebswelle (8) verbunden ist.
4. 4. Der Planeten-Drehzahlreduktor nach dem Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4) zwei bis fünf symmetrisch angeordnete Arme (15) hat, wobei jedem Arm zwei Übertragungssatelliten (3) und ein angetriebener Satellit (2) zugeordnet sind.
5. 5. Der Planeten-Drehzahlreduktor nach dem Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4) eine Kreisform hat. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 5/8