DE10110644A1 - Planetengetriebe - Google Patents

Abstract

Für einen möglichst geräuscharmen Lauf und zur Erzielung einer hohen Variabilität bei der Auswahl der Übersetzungsverhältnisse mit gleichzeitig erzielbaren extrem hohen Übersetzungsverhältnissen zeichnet sich ein Planetengetriebe durch folgende Merkmale aus: DOLLAR A - die Planeten stehen als Planetenräder ausgebildet in lediglich kraftschlüssigem Kontakt zu ihren Gegenlaufpartnern, DOLLAR A - die Mantelflächen der Planetenräder und deren Gegenlaufpartner sind komplementär zueinander konisch ausgebildet, DOLLAR A - die Planeten und deren Gegenlaufpartner sind axial gegeneinander gespannt. DOLLAR A Ein solches Planetengetriebe eignet sich insbesondere für eine Ausbildung als Wolfromgetriebe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe.

Derartige Getriebe sind bisher als Zahnradgetriebe ausgebil­ det. Mit Ihnen sind relativ hohe Übersetzungen möglich. Sol­ che Getriebe sind insbesondere bei hohen Drehzahlen nicht immer in einem wünschenswerten Maße geräuscharm. Aus verzah­ nungstechnischen Gründen können Übersetzungsverhältnisse nicht beliebig stufenlos eingestellt werden.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein gat­ tungsgemäßes Getriebe funktionell zu verbessern und zwar insbesondere mit Bezug auf eine geringe Geräuschentwicklung sowie auf eine hohe Variabilität bei der Auswahl unter­ schiedlicher Übersetzungsverhältnisse. Dabei sollen mit ei­ ner Spezialausführung als Wolfromgetriebe insbesondere ex­ trem hohe Übersetzungsverhältnisse möglich sein. Des weite­ ren sollen diese Getriebe auf eine konstruktiv einfache Wei­ se überlastgesichert sein.

Eine grundsätzliche Lösung dieses Problemkreises zeigt eine Ausgestaltung eines Planetengetriebes nach den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruchs 1 auf.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch zahnlose Kontaktflächen ein Reibradgetriebe in der Art an sich bekannter Planetenzahnradgetriebe einschließlich insbe­ sondere hohe Übersetzungsverhältnisse ermöglichender Wol­ fromgetriebe zu schaffen.

Um einen schlupffreien Betrieb zu erhalten, müssen die ein­ zelnen gegeneinander drehenden Getriebeelemente, das heißt die Gegenlaufpartner, unter einer das zu übertragende Drehmoment bestimmenden Anpreßkraft stehen bzw. entsprechend gegeneinander vorgespannt sein. Bei einem während längerer Betriebszeiten unvermeidbaren Materialverschleiß an den kon­ taktierenden Flächen der Gegenlaufpartner baut sich die Vor­ spannung zwangsläufig mit der Konsequenz ab, daß ein Schlupf eintreten kann. Um in einem solchen Fall ein Nachstellen, das heißt ein Wiederherstellen einer Vorspannung zu ermögli­ chen, können die Gegenlaufpartner über deren komplementär gegeneinander angepaßten, konischen Kontaktflächen nachge­ stellt werden. Bei einer durch axiale Federkraft bewirkten Verspannung der Gegenlaufpartner erfolgt ein solches Nach­ stellen selbsttätig.

Bei einer axialen Verspannung durch Federkraft kann die Fe­ derkraft auf ein maximal übertragbares Drehmoment ausgelegt werden. Bei einem Überschreiten eines entsprechend vorgege­ benen Drehmomentes ist auf einfache Weise eine Überlastsi­ cherung in der Art einer Rutschkupplung gegeben, indem die Gegenlaufpartner keine Drehbewegung mehr übertragen, sondern gegeneinander verrutschen.

Da der Verschleiß bei einem ins Langsame übersetzenden Wol­ fromgetriebe auf der Abtriebsseite durch die dort auftreten­ den höheren Kräfte größer als auf der Antriebsseite bei den beiden Bereichen der Planetenräder ist, kann in dem Bereich des Planetenrades, das auf der Abtriebsseite liegt, ein ge­ ringerer Konuswinkel als in dem zur Antriebsseite liegenden Planetenradbereich eingestellt werden. Beim Nachstellen wirkt sich dies positiv auf die Einhaltung eines unveränder­ ten Übersetzungsverhältnisses aus. Dies liegt daran, daß die konisch ausgebildeten, kontaktierenden Flächen der gegenein­ ander drehenden Bauelemente (Gegenlaufpartner) mit Bezug auf ein gleitfreies Abrollen theoretisch lediglich eine Linien­ berührung haben dürfen. Diese Linienberührung liegt zweckmä­ ßigerweise jeweils in der Mitte der Gesamtbreite miteinander kontaktierender Mantelflächen. Das Übersetzungsverhältnis wird damit grundsätzlich von den Durchmessern der Linienbe­ rührung aufweisenden Kontaktbereiche bestimmt. Bei Wolfrom­ getrieben, bei denen die Planetenräder jeweils zwei axial aneinandergrenzende unterschiedliche Bereiche aufweisen, be­ deutet dies, daß ein unterschiedlicher Verschleiß der beiden Planetenradbereiche, das heißt des antriebs- und abtriebsseitig liegenden Bereiches bei einem gleichen Konus­ winkel beider Bereiche bei einer gleichmäßigen Nachstellung in axialer Richtung zwangsläufig zu einer Veränderung des Übersetzungsverhältnisses führen würden. Durch einen gerin­ geren Konuswinkel in demjenigen Planetenradbereich, der ge­ genüber dem Bereich an dem anderen Ende des Planetenrades einen höheren Verschleiß aufweist, ist dies ein Ausgleich, das heißt ein Konstanthalten des Übersetzungsverhältnisses ist bei einem axialen Nachspannen des Wolfromgetriebes ge­ währleistet. Die für eine Nachstellung des Getriebes notwen­ digen Konuswinkel liegen zweckmäßigerweise in einer Größe von etwa 1 bis 5 Winkelgraden. Zur Erzielung eines extrem hohen Übersetzungsverhältnisses kann ein Unterschied in den maßgebenden Durchmesser der beiden Planetenradbereiche auf etwa 0,01 mm minimiert werden. Eine Grenze in Bezug auf eine Minimierung des Durchmesserverhältnisses liegt bei der Her­ stellbarkeit der Teile. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei einem Wolfromgetriebe praktisch ein unendlich großes Übersetzungsverhältnis möglich ist, sofern die betreffenden Teile mit absoluter Genauigkeit herstellbar sind.

Sämtliche gegeneinander drehenden Teile sind in erster Linie aus Metall und zweckmäßigerweise verschleißfesterhöhend oberflächenbehandelt oder beschichtet. Beschichtungen beste­ hen vorzugsweise aus Keramikmaterial bzw. keramikhaltigem Material. Grundsätzlich können selbstverständlich beliebige verschleißschützende und/oder reibwerterhöhende Schichten eingesetzt werden, sofern sie nur bestimmungsgemäß wirksam sind.

Sämtliche vorstehenden, im wesentlichen mit Bezug auf Wol­ fromgetriebe als eine Spezialausführung eines Planetenge­ triebes dargelegten Ausführungen gelten analog grundsätzlich für alle Arten von Planetengetrieben.

Erfindungsgemäß aufgebaute Getriebe können extrem klein ge­ baut werden. Bei einer Übersetzung von i = 100 ist bei­ spielsweise eine Getriebeausführung mit einem Getriebeaußen­ durchmesser von nur 5 mm möglich.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

In dieser zeigen

Fig. 1 eine Ansicht eines Wolfrom-Reibradgetriebes mit ei­ nem aufgebrochenen Bereich im Längsschnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Getriebes nach Fig. 1 in Richtung des dort angegebenen Pfeiles II,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Verschraubungsbereich längs der Linie III-III in Fig. 2 mit der Darstel­ lung einer alternativen Einrichtung zum axialen Vor­ spannen der Getrieberäder,

Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt durch ein einfaches, einstu­ figes Planetengetriebe.

In einem Getriebegehäuse, das aus einem Mittelteil 1 und an dieses jeweils axial anschließenden Antriebs- und Abtriebs­ flanschen 2 bzw. 3 besteht, ist in dem Antriebsflansch 2 ei­ ne Antriebswelle 4 und in dem Abtriebsflansch 3 eine Ab­ triebswelle 5 jeweils wälzgelagert.

Ein mit der Antriebswelle 4 fest verbundenes Sonnenrad 6 treibt in einem Planetenradträger 7 gelagerte Planetenräder 8 an. Diese Planetenräder 8 sind über Nadellager 9 auf je­ weils einem Planetenradbolzen 10 drehbar gelagert. Die Pla­ netenradbolzen 10 sind wiederum in dem Planetenradträger 7 fixiert. In axialer Richtung weisen die Planetenräder 8 ei­ nen ersten, der Antriebsseite zugewandten Bereich 11 und ei­ nen zweiten der Abtriebsseite zugewandten Bereich 12 auf.

Der erste Bereich 11 der Planetenräder 8 kontaktiert ein in dem Antriebsflansch 2 feststehend vorgesehenes Hohlrad 13, in dem die Planetenräder 8 mit ihrem jeweils ersten Bereich 11 abrollen können. Der Planetenradträger 7 ist in dem Ge­ triebe ausschließlich über die Planetenräder 8 gelagert.

Den jeweils zweiten Bereich 12 der Planetenräder 8 kontak­ tiert ein drehbares Hohlrad 14, das fest mit der Abtriebs­ welle 5 verbunden ist.

Die Durchmesser des zweiten Bereiches 12 der Planetenräder 8 sowie des zugeordneten drehbaren Hohlrades 14 sind geringfü­ gig kleiner ausgebildet als die betreffenden Durchmesser des ersten Bereiches 11 der Planetenräder 8 sowie der kontaktie­ renden Mantelfläche des zugeordneten festen Hohlrades 13. Als Durchmesserdifferenz kann beispielsweise ein Wert von zwischen etwa 0,01 und 0,02 mm für eine extrem hohe Überset­ zung im Bereich von etwa i = 100.000 gewählt werden.

Insbesondere zur Ermöglichung einer Nachstellung des Getrie­ bes bei einem sich zwischen den gegeneinander rotierenden Teilen einstellenden Verschleiß sind die Kontaktflächen der gegeneinander drehenden Bauteile geringfügig konisch ausge­ bildet. In dem ersten Bereich 11 der Planetenräder 8 kann beispielsweise ein Konuswinkel von 3° und in dem zweiten Be­ reich der Planetenräder ein Konuswinkel von 2° realisiert sein.

Da die Umfangsgeschwindigkeiten an den axialen Enden des er­ sten Bereiches 11 ebenso wie des zweiten Bereiches 12 unter­ schiedlich sind, sollte zur Vermeidung einer Reibung zwi­ schen den gegeneinander drehenden Bauteilen lediglich eine etwa linienförmige Kontaktierung im jeweils axialen Mittel­ bereich des ersten und zweiten Bereiches der Planetenräder 8 erfolgen.

Ein erstmaliges Einstellen und Verspannen der Getrieberäder (6, 8, 10, 13, 14) sowie späteres Nachstellen des Getriebes in axialer Richtung erlauben Einstell-Ringscheiben 15 bzw. Ringfolien, die axial zwischen dem Gehäuse-Mittelteil 1 und dem Antriebsflansch 2 eingefügt sind. Durch Verändern der Anzahl der Einstell-Ringscheiben 15 können die Planetenräder 8 unterschiedlich stark zwischen den beiden Hohlrädern 13 und 14 axial verspannt werden. Das axiale Nachstellen kann selbstverständlich auch durch beliebige andere Verstellmit­ tel erfolgen. Geeignet wären insoweit beispielsweise auch selbsthemmende Schrauben mit einem Links- und Rechtsgewinde zur Aufnahme insbesondere in einerseits dem Gehäuse- Mittelteil 1 und andererseits dem Antriebsflansch 2.

Eine alternative axiale Einstellung ist beispielsweise durch eine unter definierter Federkraft stehende Verbindung des Antriebsflansches 2 mit dem Gehäuse-Mittelteil 1 möglich. Eine solche Verbindung zeigt Fig. 3. Danach ist der An­ triebsflansch 2 über diesen durchgreifende Schrauben 19 ge­ genüber dem Gehäuse-Mittelteil 1 unter Zwischenschaltung je­ weils einer Schrauben-Feder 20 gespannt. Die Spannkraft der Feder 20 ist derart ausgelegt, dass die axiale gegenseitige Verspannung der Getrieberäder (6, 8, 10, 13, 14) zur Über­ tragung der an diesen Rädern wirksamen Drehmomente aus­ reicht. Durch eine solche Verspannung unter Federkraft ist ein kontinuierliches axiales Nachstellen bei einem sich an den Getrieberädern (6, 8, 10, 13, 14) einstellenden, be­ triebsbedingten geringen Verschleiß automatisch gegeben. Der bei einer solchen unter Federkraft stehenden Verbindung zwi­ schen dem Antriebsflansch 2 und dem Gehäuse-Mittelteil 1 ge­ gebene axiale Schiebesitz ist mit üblichen Dichtmitteln zur Dichtung des Getriebe-Innenraumes nach außen zu versehen. Auch der radiale Nachstellspalt zwischen Getriebe-Mittelteil 1 und Antriebsflansch 2 ist an seinem Außenumfang durch eine Dichtung 21 gegen Schmutzeinfall von außen gedichtet.

Durch den kleineren Konuswinkel des zweiten Bereiches 12 der Planetenräder 8 gegenüber dem ersten Bereich 11 verändert sich das Drehzahlverhältnis bei einem Nachstellen des Ge­ triebes auch dann nicht, wenn wegen der abtriebsseitig höhe­ ren Kräfte in dem zweiten Bereich 12 der Planetenräder 8 ein gegenüber den Kontaktflächen in dem ersten Bereich 11 erhöh­ ter Verschleiß auftritt. Durch einen solchen erhöhten Ver­ schleiß erfolgt zwar eine axial größere Verschiebung zwi­ schen den Planetenrädern 8 und dem drehbaren Hohlrad 14 als im ersten Bereich 11 der Planetenräder 8, jedoch vergrößert sich der mittlere Kontaktdurchmesser dadurch in dem zweiten Bereich 12 bei verschleißgerecht gewählter Konuswinkeldiffe­ renz in gleicher Weise wie derjenige in dem ersten Bereich 11 der Planetenräder 8.

In dem Getriebe kann ein bei Reibradantrieben an sich be­ kanntes Reiböl eingesetzt werden, um eine Verbesserung der kraftübertragenden Kontaktierung zwischen den einzelnen, sich drehenden Bauteilen zu erreichen. Dieses Reiböl muss zur Abwendung von Schädigungen der Wälzlager von diesen ferngehalten werden. Hierzu sind in dem Getriebe entspre­ chende Dichtungen 16 und 17 vorgesehen. Die Dichtungen 16 schützen die auf der An- und Abtriebswelle 4, 5 angebrachten Wälzlager, während die Dichtungen 17 die Nadellager 9 schüt­ zen.

Zwischen den Planetenrädern 8 und dem Planetenradträger 7 befinden sich an den Enden der Planetenräder 8 jeweils An­ laufscheiben 18.

Bei Verwendung eines bei Reibradantrieben an sich bekannten Reiböles können zwischen den Kontaktflächen der miteinander kontaktierenden, gegeneinander drehenden Bauteile auch nicht direkt oder zur unter geringer Vorspannung stehende Flächen­ bereiche an der Kraftübertragung zwischen den gegeneinander drehenden Teilen mit teilhaben.

Bei einem erfindungsgemäßen Getriebe, bei dem eine Feder die axiale Vorspannung der Gegenlaufpartner erzeugt, läßt sich auf einfache Weise eine Überlastsicherung des Getriebes er­ zielen. Hierzu reicht es aus, die Federvorspannung auf ein bestimmtes, maximal übertragbares Drehmoment auszulegen, so daß die Gegenlaufpartner bei Überschreiten dieses Drehmomen­ tes in der Art einer Rutschkupplung gegeneinander rutschen und damit keine Drehbewegungen mehr übertragen werden.

Eine Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf ein einfa­ ches, einstufiges Planetengetriebe zeigt die Fig. 4. Bei diesem Getriebe sind diejenigen Bauelemente, die mit denje­ nigen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Wolfromgetriebes übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen belegt.

Das Getriebe nach Fig. 4 ist wie folgt aufgebaut.

Eine in einem Antriebsflansch 2 des Getriebes wälzgelagerte Antriebswelle 4 treibt über ein mit ihr verbundenes Sonnen­ ritzel 6 in einem Planetenradträger 7 auf Planetenradbolzen 10 gelagerte Planetenräder 8 an. Die Planetenräder 8 sind auf den Planetenradbolzen 10 sowie axial gegenüber dem Pla­ netenradträger 7 über Nadellager 9 gelagert. Diese Nadella­ ger 9 sind nach außen über Dichtungen 17 gegenüber dem übri­ gen Innenraum des Getriebes gedichtet. Der Planetenradträger 7 ist fester Bestandteil einer in einem Abtriebsflansch des Getriebes wälzgelagerten Abtriebswelle 5. Die An- und Ab­ triebsflansche 2 und 3 schließen jeweils axial ein Mittel­ teil 1 des Getriebes dicht ab. Die Planetenräder 8 rollen in einem feststehenden Hohlrad 13 ab, das integrierter Bestand­ teil des Antriebsflansches 2 ist.

Die Gegenlaufpartner innerhalb des Getriebes, das heißt das Sonnenrad 6, die Planetenräder 8 und das feststehende Hohl­ rad 13 sind jeweils gegensinnig zueinander komplementär ko­ nisch bezüglich ihrer miteinander kontaktierenden Mantelflä­ chen ausgebildet. Axial gegeneinander verspannt sind die vorgenannten Gegenlaufpartner in der gleichen Weise wie bei dem Wolfromgetriebe nach den Fig. 2 und 3, das heißt insbe­ sondere unter axialer Federkraft.

Claims (9)

1. Planetengetriebe, gekennzeichnet durch die Merkmale

• - die Planeten stehen als Planetenräder (8) ausgebildet in lediglich kraftschlüssigem Kontakt zu ihren Gegenlauf­ partnern,
• - die Mantelflächen der Planetenräder (8) und deren Gegen­ laufpartner sind komplementär zueinander konisch ausge­ bildet,
• - die Planeten und deren Gegenlaufpartner sind axial ge­ geneinander gespannt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Verspannung durch Federkraft bewirkt ist.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander kontaktierenden Oberflächen der Plane­ tenräder (8) und deren Gegenlaufpartner starr ausgebildet sind.

4. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che in der Form eines Wolfromgetriebes, bei dem

- die Planetenräder (8) axial in zwei unterschiedliche Be­ reiche, nämlich einen ersten und einen zweiten Bereich (11 bzw. 12) aufgeteilt sind,

• - der axial erste Bereich (11) der Planetenräder (8) zwi­ schen einem feststehenden Hohlrad (13) und einem Sonnen­ rad (6) mit jeweils schlupffreien Kontakt zu diesen Rä­ dern (14, 6) rotiert,
• - der axial zweite Bereich (12) der Planetenräder (8) in einem drehbaren Hohlrad (14) mit schlupffreien Kontakt zu diesem abrollt,
• - das drehbare Hohlrad (19) bei rotierendem Sonnenrad (6) durch gegenüber den Planetenrädern (8) unterschiedliche geometrische Kontaktierungsverhältnisse des drehbaren und feststehenden Hohlrades in einem bestimmten Überset­ zungsverhältnis gegenüber der Drehzahl des Sonnenrades (6) rotiert,

gekennzeichnet durch die Merkmale,

• - die Mantelflächen der jeweils beiden Bereiche (11 bzw. 12) der Planetenräder (8) sind gegensinnig geneigt,
• - die kontaktierenden Mantelflächenbereiche der Planeten­ räder (8) sind jeweils in dem ersten und zweiten Bereich (11, 12) mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Bereich (11, 12) der Planetenräder (8) einen unterschiedlich großen Konuswinkel aufweisen.

6. Ins Langsame übersetzendes Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der jeweils der Abtriebsseite zugewand­ ten ersten bzw. zweiten Bereiche (11 bzw. 12) der Planeten­ räder (8) gegenüber denjenigen der der Antriebsseite zuge­ wandten Planetenrad-Bereiche (11 bzw. 12) kleiner ausgebil­ det ist.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel in einem Bereich zwischen 1 und 5 Win­ kelgrad liegen.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axial elastische Verspannung durch eine Federkraft zwischen dem Getriebegehäuse-Mittelteil (1) und dem An­ triebsflansch (2), die gegeneinander axial verschiebbar ge­ lagert sind, bewirkt wird.