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Stirnräder-Umlaufgetriebe Bei der Gestaltung von Stirnräder-Umlaufgetrieben,
die als Grundelement im wesentlichen ein inneres Zentralrad (Sonnenrad) und ein
äußeres Zentralrad (Hohlrad) sowie mehrere, vorzugsweise drei dazwischengeschaltete,
auf einem Planetenträger gelagerte Planetenräder aufweisen, besteht eine besondere
Schwierigkeit darin, eine gleichmäßige Lastverteilung auf diese Planetenräder zu
bewirken, da Teilungsfehler (Mittenfehler) der Bohrung des Planetenträgers und Verzahnungsfehler,
wie z. B. Teilungs- und Zahndicken oder Zahnformfehler, bei der Fertigung nicht
immer auszuschließen sind.
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Es sind bereits für solche Getriebe eine Reihe von Ausgleichsvorrichtungen
vorgeschlagen worden, die eine gleichmäßige Lastverteilung auf die Planetenräder
und auch auf die Zentralräder bewirken sollen. Bei einer Ausführung sind die Planetenräder
auf exzentrische Zapfen gelagert, welche drehbar sind. Dabei bewirkt der Zahndruck
eine Verdrehung dieser Lagerzapfen, welche ihrerseits durch Übertragungselemente,
wie Kurbelarme, auf die anderen Zapfen so weitergeleitet wird, daß deren Planetenräder
stärker zum Tragen kommen.
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Bei einer anderen Ausführung wird die axiale Zahnkraft von schräg
verzahnten Planetenrädern durch hydraulische Elemente aufgenommen, die den Ausgleich
zwischen diesen bewirken.
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Es ist auch bekannt, den Zahndruckausgleich zwischen den Planetenrädern
so zu erreichen, daß man das äußere oder innere Zentralrad bzw. beide frei einstellbar,
kardanisch gelagert oder gänzlich ungelagert anordnet und zur Kraftübertragung dieser
Teile doppelte Zahnkupplungen vorsieht. Diese so angeordneten, radial frei beweglichen
Zentralräder haben dadurch die Möglichkeit, sich von selbst so einzustellen, daß
eine gleichmäßige Lastaufnahme durch die Planetenräder erfolgt und die oben angeführten
Verzahnungs- und Teilungsfehler ausgeglichen werden.
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Weiterhin ist es auch bereits bekannt, bei solchen Umlaufgetrieben
die Planetenträger ohne radiale Lagerung anzuordnen, so daß sie sich frei beweglich
zwischen dem inneren und äußeren Zentralrad einstellen können. Eine Lastverteilung
auf die Planetenräder ist jedoch mit einer solchen Anordnung aus dem Grunde nicht
zu erreichen, weil sich bei den einzelnen Planetenrädern die radialen Komponenten
der Zahndrücke, hervorgerufen durch den Eingriff mit dem inneren und äußeren Planetenrad,
jeweils das Gleichgewicht halten, so daß keine freien Kräfte auftreten, welche eine
Verschiebung des Planetenträgers im Sinne eines Zahndruckausgleiches herbeiführen
könnten. Vielmehr hat dasjenige Planetenrad, welches z. B. die dickeren Zähne hat,
den Hauptanteil der Kraftübertragung zu übernehmen. In einem Sonderfall bei einem
Stirnrad-Differential-Untersetzungsgetriebe, bei welchem in einem radial frei beweglichen
Planetenträger drei Planetendoppelräder angeordnet sind, soll ein Zahndruckausgleich
dadurch ermöglicht werden, daß von diesen Doppelrädern das eine Rad nur einseitig,
nämlich nur mit einem äußeren Zentralrad im Eingriff steht, so daß hier nach innen
gerichtete, freie Radialkräfte auftreten können, welche eine gewisse Verstellung
des Planetenträgers im Sinne des Zahndruckausgleiches herbeizuführen in der Lage
sind.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß bei einem Stirnrad-Umlaufgetriebe
der Planetenträger radial frei beweglich angeordnet und die Verzahnung des äußeren
Zentralrades gegenüber der des inneren durch Anwendung der an sich bekannten Profilverschiebung
so ausgebildet ist, daß der Wälzeingriffswinkel zwischen den Planetenrädern und
dem äußeren Zentralrad unterschiedlich, insbesondere größer ist als der zwischen
den Planetenrädern und dem inneren Zentralrad.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß die zwischen dem äußeren Zentralrad
und den Planetenrädern auftretenden radialen Kraftkomponenten des Zahndruckes unterschiedlich
bzw. größer sind als die zwischen den Planetenrädern und dem inneren Zentralrad
auftretenden.
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Hierdurch werden am beweglichen Planetenträger sehr wirksame Einstellkräfte
hervorgerufen, die bei Überbelastung eines Planetenrades ein Ausweichen des Planetenträgers
und dadurch einen Belastungsausgleich zwischen den einzelnen Planetenrädern bewirken.
Auf einfachste Weise wird ein Ausgleich aller etwa vorhandenen Verzahnungsfehler
und vorkommenden Teilungsfehler der Bohrungen des Planetenträgers ermöglicht.
Im
Gegensatz zu den bekannten Konstruktionen, welche mit zwei Einstellelementen, z.
B. zwei beweglichen Zentralrädern oder beweglichen Planetenträgern und Planetendoppelrädern
arbeiten, wird der Zahndruckausgleich bei der vorliegenden Erfindung nur mit einem
Einstellelement, nämlich dem radial frei beweglichen Planetenträger allein erreicht,
ohne daß weiterhin ein zusätzlicher Bauaufwand erforderlich ist, wodurch eine wesentliche
Vereinfachung und Verbilligung dieser Getriebe erreicht wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebe ist es bezüglich der Wirkung an
sich gleichgültig, ob der Wälzeingriffswinkel der Planetenräder mit dem äußeren
Zentralrad größer gemacht wird als der Wälzeingriffswinkel der Planetenräder mit
dem inneren Zentralrad oder umgekehrt. Praktisch wird man jedoch die erstere Ausführung
bevorzugen, da dort infolge der günstigeren Überdeckungsverhältnisse der Zähne ein
größerer Spielraum für die Vergrößerung des Wälzeingriffswinkels zur Verfügung steht
als beim Zahneingriff zwischen den Planetenrädern und dem inneren Zentralrad.
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Die Abb. 1 und 2 zeigen die modellmäßig ermittelten Zahneingriffsverhältnisse
bei dem erfindungsgemäßen Stirnräder-Umlaufgetriebe, und zwar Abb. 1 die Zahneingriffsverhältnisse
vor dem Ausgleich, Abb. 2 die Zahneingriffsverhältnisse nach dem Ausgleich; in Abb.
3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Gesamtanordnung eines Zahnräder-Umlaufgetriebes
gemäß der Erfindung dargestellt.
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In den Abb. 1 und 2 sind mit a das äußere Zentralrad, mit b das innere
Zentralrad und mit cl und c2 die Planetenräder bezeichnet, welche in dem radial
frei beweglichen Planetenträger d drehbar gelagert sind. Der Wälzeingriffswinkel
av2 zwischen den Planetenrädern c1 und c2 und dem äußeren Zentralrad a ist durch
Profilverschiebung größer als der Wälzeingriffswinkel av1 zwischen den Planetenrädern
c1 und c2 und dem inneren Zentralrad b. Infolgedessen sind auch die im ersteren
Fall auftretenden Radialkomponenten des Zahndruckes größer als im zweiten Fall.
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In Abb. 1 ist angenommen, daß zunächst nur das Planetenrad c1 mit
den relativ dicksten Zähnen in kraftschlüssigem Eingriff mit den Zentralrädern a
und b steht. Es tritt außen eine Radialkomponente e auf, die erheblich größer ist
als die innen auftretende Radialkomponente f. Die nach innen wirkende freie Differenzkraft
e-f wirkt als Einstellkraft, welche den Planetenträger d so lange verschiebt, bis
auch die Planetenrädern c2 zum kraftschlüssigen Eingriff mit den Zentralrädern a
und b kommen und die gleiche Last aufnehmen (Abb. 2). Das ausgleichende Spiel der
Kräfte tritt so lange auf, bis die äußeren Radialkomponenten g und die inneren Radialkomponenten
h aller drei in kraftschlüssigem Eingriff stehenden Planetenräder jeweils untereinander
denselben Wert angenommen haben, also auch die nach innen wirkenden freien Differenzkräfte
g-h, welche die Einstellung dess Planetenträgers d bewirken, untereinander gleich
sind. Wie in Abb. 2 noch erkennbar ist, hat im Falle des Lastausgleiches der Planetenträger
d gegenüber den Achsen der Zentralräder eine Abweichung von i und k.
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Die gleiche Wirkung kann im übrigen gegebenenfalls auch dadurch erreicht
werden, wenn durch Profilverschiebung der Wälzeingriffswinkel av1 der Planetenräder
c1 und c2 mit dem inneren Zentralrad b größer gemacht wird als der Wälzeingriffswinkel
av2 zwischen den Planetenrädern c1 und c2 und dem äußeren Zentralrad a.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Abb.3 sitzt das innere Zentralrad 2 auf
der fest gelagerten Antriebswelle 1, während die Abtriebswelle 3 von dem ebenfalls
fest gelagerten äußeren Zentralrad 4 angetrieben wird. Mit den Zentralrädern 2 und
4 stehen drei Planetenräder 5 im Eingriff, welche im Planetenträger 6 drehbar gelagert
sind, der seinerseits nicht gelagert ist, sondern nur zur Übertragung von Drehkräften
über eine Doppelzahnkupplung 7 mit einem fest gelagerten Zahnrad 8 verbunden ist,
durch welches ein Drehmoment abgezweigt oder überlagert werden kann. Dadurch, daß
durch Anwendung von Profilverschiebung der Wälzeingriffswinkel av2 zwischen den
Planetenrädern 5 und dem äußeren Zentralrad 4 größer gehalten ist als der Wälzeingriffswinkel
a"1 zwischen den Planetenrädern 5 und dem inneren Zentralrad 2, überwiegen die zwischen
dem äußeren Zentralrad 4 und den Planetenrädern auftretenden radialen Kraftkomponenten
des Zahndruckes, welche den Planetenträger 6 so lange verstellen, bis alle Planetenräder
5 gleich hoch belastet sind.