DE10161942A1

DE10161942A1 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE10161942A1
Application number: DE2001161942
Authority: DE
Inventors: Thomas Hirn; Adelbert Lauffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit zwei zueinander koaxialen Hohlrädern unterschiedlicher Zahnzahl, nämlich einem gehäusefesten Stützrad (Verzahnung 2a) und einem mit einer Abtriebswelle verbundenen Abtriebsrad (Verzahnung 3a), wobei jedes dieser Hohlräder jeweils mit einem Planetenrad (Verzahnungen 4a, 5a) einer Mehrzahl von Planetenradpaaren (4/5) kämmt. Erfindungsgemäß sind die Verzahnungen (4a, 5a) der Planetenräder der Planetenradpaare (4/5) um einen jeweils individuell vorbestimmten Winkel (V) zueinander versetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, das wenigstens zwei an einem gemeinsamen Planetenträger drehbar gelagerte Planetenradpaare und zwei zueinander im Wesentlichen koaxial angeordnete Hohlräder, nämlich ein gehäusefestes Stützrad und ein mit einer Abtriebswelle verbundenes Abtriebsrad umfasst, wobei sich die Zahnzahlen der beiden Hohlräder um eine vorbestimmte ganze Zahl (ΔZ) unterscheiden, und wobei eines der Planetenräder jedes Planetenradpaars mit dem Stützrad kämmt, während das jeweils andere Planetenrad dieses Planetenradpaars mit dem Abtriebsrad kämmt.

Derartige Getriebe sind unter der Bezeichnung "Wolfrom-Getriebe" im Stand der Technik bekannt. Charakteristisch für diese Wolfrom-Getriebe ist, dass die Differenz der Zahnzahlen von Stützrad und Abtriebsrad ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Planetenradpaare ist. Im günstigsten Fall entspricht die Zahndifferenz von Stützrad und Abtriebsrad exakt der Zahl der Planetenradpaare.

Nun ist man bei Getrieben allgemein bestrebt, mit diesen ein möglichst hohes maximal übertragbares Drehmoment zu erzielen. Dabei gilt grundsätzlich, dass das maximal übertragbare Drehmoment mit der Anzahl der Planetenradpaare steigt. Allerdings steht bei vorgegebenem Durchmesser von Stützrad und Abtriebsrad nur begrenzter Bauraum für die Anordnung der Planetenräder zur Verfügung, so dass diese mit zunehmender Anzahl der Planetenradpaare immer kleiner ausgebildet werden müssen. Darüber hinaus muss mit steigender Anzahl der Planetenradpaare auch die Anzahl der Zähne der Innenverzahnungen von Stützrad und Abtriebsrad zunehmen, um trotz der vorstehend genannten Beziehung zwischen der Anzahl der Planetenradpaare und der Zahndifferenz von Stützrad und Abtriebsrad keine Einbußen an Untersetzungungsverhältnis des Getriebes zu erleiden. Eine Verzahnung mit kleineren Zähnen kann aber auch nur entsprechend weniger Drehmoment übertragen. Dem maximal übertragbaren Drehmoment ist daher bei vorgegebenem Untersetzungsverhältnis und vorgegebenem Durchmesser von Stützrad und Abtriebsrad bei Wolfrom-Getrieben eine Grenze gesetzt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bei vergleichbarem Durchmesser von Stützrad und Abtriebsrad sowie vergleichbarem Untersetzungsverhältnis ein größeres Drehmomentübertragungsvermögen aufweist als das entsprechende Wolfrom-Getriebe.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Plantenengetriebe der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem die Verzahnungen der beiden Planetenräder eines betrachteten Planetenradpaars um einen Winkel zueinander versetzt sind, welcher der Formel gehorcht:

V = (d/ZP) × ΔZ + V₀

wobei
V den Versatzwinkel der Verzahnungen der beiden Planetenräder des betrachteten Planetenradpaars in Grad,
d den auf die Achse des Stützrads bezogenen Winkelabstand der Achse des betrachteten Planetenradpaars zur Achse eines Referenz-Planetenradpaars in Grad,
ZP die Anzahl der Zähne des betrachteten Planetenradpaars,
DZ den Absolutwert der Differenz der Zahnzahlen von Stützrad und Abtriebsrad, und
V₀ den Versatzwinkel der Verzahnungen der beiden Planetenräder des Referenz-Planetenradpaars in Grad,
bezeichnet, und wobei Planetengetriebe vom Schutz ausgenommen sind, bei denen die durch die Anzahl der Planetenradpaare geteilte Differenz der Zahnzahlen von Stützrad und Abtriebsrad eine ganze Zahl ergibt (Wolfrom- Getriebe).

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Versatz der Verzahnungen der beiden Planetenräder jedes der Planetenradpaare kann die Zahndifferenz zwischen Stützrad und Abtriebsrad kleiner gewählt werden als die Anzahl der Planetenradpaare. Im Idealfall kann unabhängig von der Anzahl der Planetenradpaare mit einer Zahndifferenz von einem einzigen Zahn zwischen den Verzahnungen von Stützrad und Antriebsrad gearbeitet werden. Diese geringe Zahndifferenz ermöglicht es zum einen, hohe Untersetzungsverhältnisse zu erzielen, und zum anderen, Verzahnungen mit relativ großen Zähnen einzusetzen, was sich wiederum günstig auf das maximal übertragbare Drehmoment auswirkt. Insbesondere erlaubt es die erfindungsgemäße Maßnahme, die Anzahl der Planetenradpaare und die Zahndifferenz zwischen Stützrad und Abtriebsrad unabhängig voneinander zu wählen, das heißt, das maximal übertragbare Drehmoment vom Untersetzungsverhältnis des Getriebes zu entkoppeln. Die Möglichkeit, die erfindungsgemäßen Planetengetriebe relativ grobzahnig ausbilden zu können, hat darüber hinaus den Vorteil, dass auch Planetenräder mit kleinem Durchmesser aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt werden können.

Wolfrom-Getriebe können als "entartete" Ausführungsformen erfindungsgemäßer Planetengetriebe angesehen werden, bei welchen der Winkelversatz zwischen den Planetenrädern jedes Planetenradpaars jeweils der Zahnteilung dieses Planetenrads entspricht, und die Planetenradpaare somit versatzfrei ausgebildet sein können. Daher wurden Wolfrom-Getriebe per Disclaimer vom Schutz ausgenommen.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Antriebswelle alternativ entweder mit dem Planetenträger oder mit einem Sonnenritzel verbunden sein, welches mit jeweils mit einem der Planetenräder jedes Planetenradpaars kämmt. Der Einsatz eines Sonnenritzels ermöglicht dabei das Vorsehen einer weiteren Untersetzungsstufe zwischen dem Sonnenritzel und den mit diesem kämmenden Planetenrädern.

Ein herstellungstechnischer Nachteil der erfindungsgemäßen Getriebe gegenüber den herkömmlichen Wolfrom-Getriebe ist darin zu sehen, dass die Planetenradpaare nicht alle identisch ausgebildet sein können. Dieser Nachteil wird aber durch die Erhöhung des maximal übertragbaren Drehmoments und die Entkopplung der Wahl des maximal übertragbaren Drehmoments von der Wahl des Untersetzungsverhältnisses des Getriebes mehr als wettgemacht. Zur Vereinfachung der Herstellung und Montage der erfindungsgemäßen Planetengetriebe werden darüber hinaus die Maßnahmen gemäß den Ansprüchen 4 bis 7 vorgeschlagen.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des grundlegenden Aufbaus eines Planetengetriebes der gattungsgemäßen Art; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Winkelversatzes eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes.
Das in Fig. 1 dargestellte Planetengetriebe weist fünf verschiedene Arten von Getrieberädern auf, nämlich ein Sonnenritzel 1, ein als Hohlrad ausgebildetes Stützrad 2, ein ebenfalls als Hohlrad ausgebildetes Abtriebsrad 3, mit dem Stützrad 2 in Eingriff stehende Planetenräder 4 und mit dem Abtriebsrad 3 in Eingriff stehende Planetenräder 5. Dabei bilden jeweils ein Planetenrad 4 und ein Planetenrad 5 ein Planetenradpaar 4/5. Die Planetenräder 4 und 5 sind starr miteinander verbunden und gemeinsam drehbar auf einem Lagerzapfen 6 eines Planetenträgers 7/8 gelagert. Das Sonnenritzel 1 ist drehfest mit einer Antriebswelle 9 verbunden, die mittels eines Wälzlagers 10 in einer Gehäusewand 11 frei drehbar gelagert ist.
Das Stützrad 2 ist als zur Getriebeachse 12 im Wesentlichen konzentrisch angeordnetes Sonnenrad an der Innenseite einer abgestuften Umfangswand 13 des Getriebegehäuses 14 als deren Bestandteil angeordnet. Das Abtriebsrad 3 ist ebenfalls als zur Getriebeachse 12 im Wesentlichen konzentrisches Sonnenrad ausgebildet und über eine Stirnwand 15 mit einer Abtriebswelle 16 verbunden. Die Planetenradpaare 4/5 können alternativ auch aus einem einstückigen Gußteil gefertigt sein, das zwei Verzahnungen 4a und 5a aufweist, die mit den Verzahnungen 2a des Stützrads 2 und 3a des Abtriebsrads 3 kämmen.
In Fig. 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe mit sechs Planetenradpaaren 4/5 ₁ bis 4/5 ₆ dargestellt. Dabei sind die Verzahnungen 4a der Planetenräder 4, die mit der Verzahnung 2a des Stützrads 2 kämmen, mit dünnen Strichen dargestellt, während die Verzahnungen 5a der Planetenräder 5, die mit der Verzahnung 3a des Abtriebsrads 3 kämmen, mit dickem Strich dargestellt sind. Bezogen auf die Getriebeachse 12 sind die Planetenradpaare 4/5 in einem Winkelabstand von jeweils 60° angeordnet. Jedes der Planetenräder 4 bzw. 5 verfügt über 15 Zähne, was einen Zahnteilungswinkel von 24° zur Folge hat.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die Planetenräder 4 und 5 des Planetenradpaars 4/5, ohne Winkelveratz zueinander angeordnet. Daher müssen die Planetenräder 4, 5 des ihm diametral gegenüberliegenden Planetenradpaars 4/5 ₄ einen Winkelversatz von einer halben Zahnteilung, d. h. von 12°, aufweisen, um problemlos mit den Verzahnungen 2a und 3a kämmen zu können. Ganz allgemein gilt für den Winkelversatz der Planetenräder 4, 5 eines betrachteten Planetenradpaars 4/5 die folgende Formel:

V = (d/ZP) × ΔZ + V₀
Dabei bezeichnet
V den Versatzwinkel der Verzahnungen der beiden Planetenräder des betrachteten Planetenradpaars in Grad,
d den auf die Achse des Stützrads bezogenen Winkelabstand der Achse des betrachteten Planetenradpaars zur Achse eines Referenz-Planetenradpaars in Grad,
ZP die Anzahl der Zähne des betrachteten Planetenradpaars,
ΔZ den Absolutwert der Differenz der Zahnzahlen von Stützrad und Abtriebsrad, und
V₀ den Versatzwinkel der Verzahnungen der beiden Planetenräder des Referenz-Planetenradpaars in Grad.
Betrachtet man beispielsweise das Planetenradpaar 4/5 ₅ und nimmt das Planetenradpaar 4/5 ₃ als Referenz-Planetenradpaar, so gilt d = 120°; ΔZ = 1; ZP = 15 und V₀ = 8°, woraus sich ein Versatzwinkel für das Planetenradpaar 4/5 ₅ von V = 16° errechnet.
Üblicherweise wird man bei der Berechnung der Versatzwinkel für die einzelnen Plantetenradpaare von dem versatzlosen Planetenradpaar 4/5 ₁ ausgehen. Die Wahl des Planetenradpaars 4/5 ₃ als Referenz-Planetenradpaar sollte lediglich verdeutlichen, dass die vorstehende Formel für jede beliebige Paarung von Planetenradpaaren Gültigkeit besitzt. Selbstverständlich kann der so errechnete Wert des Versatzwinkels den Zahnteilungswinkel überschreiten. Dies ist im vorliegenden Beispiel etwa dann der Fall, wenn man den Versatzwinkel für das Planetenradpaar 4/5 ₂ errechnet und von dem Planetenradpaar 4/5 ₆ als Referenz-Planetenradpaar ausgeht. Von dem so errechneten Versatzwinkel mus dann lediglich einmal der Zahnteilungswinkel (im vorliegenden Fall 24°) der Planetenräder 4, 5 abgezogen werden (modulo Zahnteilungswinkel).
Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Plantetenräder 4, 5 jeweils die gleiche Zähnezahl aufweisen, ist es grundsätzlich auch möglich, Planetenräder 4, 5 mit jeweils unterschiedlichen Zähnezahlen zu verwenden. Der Anzahl von Planetenradpaaren ist lediglich durch den zur Verfügung stehenden Bauraum Grenzen gesetzt.
Bei der Montage des erfindungsgemäßen Planetengetriebes ist auf die richtige Anordnung der Planetenradpaare zu achten. Dabei ist es eine Erleichterung, wenn der Planetenträger 7/8 zunächst durch Montage eines Planetenradpaars 4/5 in eine feste Position gebracht wird und anschließend die anderen Planetenradpaare bei festgehaltenem Planetenträger jeweils auf die Lagerzapfen 6 aufgesetzt und dabei gleichzeitig mit dem Stützrad 2 in Eingriff gebracht werden. Welche Zähne dabei mit dem Stützrad 2 in Eingriff kommen, ist gleichgültig. Nach dieser Vormontage kann auf jeden Fall das Abtriebsrad 3 mit den Planetenrädern 5 gleichzeitig in Eingriff gebracht werden. Eine weitere Erleichterung der Montage wird dadurch erreicht, dass auf den Planetenradpaaren 4/5 Markierungen angebracht sind, die ihre Reihenfolge bzw. jeweilige Winkelposition angeben.

Claims

1. Planetengetriebe umfassend
wenigstens zwei an einem gemeinsamen Planetenträger (7/8) drehbar gelagerte Planetenradpaare (4/5),
zwei zueinander im Wesentlichen koaxial angeordnete Hohlräder, nämlich ein gehäusefestes Stützrad (2) und ein mit einer Abtriebswelle (16) verbundenes Abtriebsrad (3),
wobei sich die Zahnzahlen der beiden Hohlräder (2, 3) um eine vorbestimmte ganze Zahl (AZ) unterscheiden, und
wobei eines (4) der Planetenräder (4, 5) jedes Planetenradpaars (4/5) mit dem Stützrad kämmt, während das jeweils andere Planetenrad (5) dieses Planetenradpaars (4/5) mit dem Abtriebsrad (3) kämmt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (4a, 5a) der beiden Planetenräder (4, 5) eines betrachteten Planetenradpaars (4/5) um einen Winkel (V) zueinander versetzt sind, welcher der Formel gehorcht:

V = (d/ZP) × ΔZ + V₀

wobei
V den Versatzwinkel der Verzahnungen (4a, 5a) der beiden Planetenräder (4, 5) des betrachteten Planetenradpaars (4/5) in Grad,
d den auf die Achse (12) des Stützrads (2) bezogenen Winkelabstand der Achse des betrachteten Planetenradpaars (4/5) zur Achse eines Referenz-Planetenradpaars in Grad,
ZP die Anzahl der Zähne des betrachteten Planetenradpaars (4/5),
ΔZ den Absolutwert der Differenz der Zahnzahlen von Stützrad (2) und Abtriebsrad (3), und
V₀ den Versatzwinkel der Verzahnungen (4a, 5a) der beiden Planetenräder (4, 5) des Referenz-Planetenradpaars in Grad,
bezeichnet, und
wobei Planetengetriebe vom Schutz ausgenommen sind, bei denen die durch die Anzahl der Planetenradpaare geteilte Differenz der Zahnzahlen von Stützrad und Abtriebsrad eine ganze Zahl ergibt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (7/8) mit einer Antriebswelle verbunden ist.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenritzel (1) vorgesehen ist, welches zum einen mit jeweils einem (4) der Planetenräder (4, 5) jedes Planetenradpaars (4/5) kämmt und zum anderen mit einer Antriebswelle (9) verbunden ist.

4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (4a, 5a) der beiden Planetenräder (4, 5) wenigstens eines Planetenradpaars (4/5 ₁) zueinander nicht versetzt sind.

5. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Planetenradpaar (4/5) als Stufenplanetenrad ausgebildet ist.

6. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Planetenradpaar (4/5) als einstückiges Gussteil gefertigt ist.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradpaare (4/5) mit ihre Position auf dem Planetenträger (7/8) angebenden Markierungen versehen sind.