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Die
Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung mit zwei identisch ausgebildeten
Planetengetrieben, die eine gemeinsame Antriebswelle aufweisen,
auf der axial zueinander beabstandet die Sonneräder zur Übertragung eines Drehmomentes
auf die axial zueinander beabstandeten Planetenräder angeordnet sind, wobei
die Planetenräder
in einer Innenverzahnung der jeweiligen Hohlräder umlaufen, die drehfest
gelagert sind. Eine solche Getriebeanordnung ist insbesondere für prothetische
Anwendungen geeignet, beispielsweise als Getriebe für Prothesenhände im Handgelenk,
in den Fingergelenken oder auch in anderen prothetischen oder orthetischen
Komponenten.
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Aus
dem Stand der Technik sind Planetengetriebe als Standardzahnradgetriebe
bekannt, bei denen in einem Hohlrad mit einer Innenverzahnung umlaufende
Planetenräder
angeordnet sind. Diese Planetenräder
greifen in ein Sonnerad ein, das zentral in dem Hohlrad gelagert
ist, bzw. dessen Drehachse durch den Mittelpunkt des Hohlrades hindurchgeht. Ein
Planetengetriebe zeichnet sich durch eine kompakte Bauform aus,
mit der eine relativ hohe Untersetzung erreicht werden kann. Die
Achsen verlaufen dabei parallel bzw. koaxial.
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Grundsätzlich ist
es auch möglich,
mehrere Planetengetriebe axial hintereinander zu koppeln, um mehrere Übersetzungsstufen
bereitstellen zu können.
Zum Gangwechsel werden dann Teile der Planetengetriebe gegen das
Gehäuse
abgebremst oder wieder losgelassen.
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Planetengetriebe
weisen in der Regel mehrere Planetenräder auf, so dass aufgrund der
relativ großen,
in Eingriff stehenden Zähnezahl
hohe Momente übertragen
werden können.
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Bei
einer drehfesten Lagerung eines Hohlrades und einer Kopplung der
Planetenräder
mit anderen Zahnrädern
und einem parallel angeordneten Abtriebsrads mit einer Innenverzahnung,
die eine geringere Zähnezahl
als das Hohlrad aufweist, kann eine sehr hohe Untersetzung an dem
Abtriebshohlrad erzielt werden. Ein solches Getriebe wird auch Wolfromgetriebe
genannt.
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Nachteilig
an den herkömmlichen
Wolfromgetrieben ist die Tatsache, dass ein hoher Verschleiß an den
Zahnkanten erfolgt und nur ein relativ geringes Moment aufgrund
der hohen eingeprägten
Kräfte innerhalb
der Planetenräder
und Übertragungsräder realisiert
werden können.
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Aufgrabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Getriebeanordnung bereitzustellen,
die eine hohe Momentenübertragung
und eine hohe Haltbarkeit bei gleichzeitiger hoher Untersetzung
ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
aufgeführt.
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Die
erfindungsgemäße Getriebeanordnung mit
zwei identisch ausgebildeten Planetengetrieben, die eine gemeinsame
Antriebswelle aufweisen, auf der axial zueinander beanstandet die
Sonnenräder zur Übertragung
eines Drehmomentes auf die axial zueinander beabstandeten Planetenräder angeordnet
sind, wobei die Planetenrä der
in einer Innenverzahnung der jeweiligen Hohlräder umlaufen, die drehfest
gelagert sind, sieht vor, dass die einander gegenüberliegenden
Planetenräder
miteinander über ein
Verbindungszahnrad gekoppelt sind, das auf der selben Achse der
Planetenräder
umläuft,
dessen Verzahnung zu der Verzahnung der außen angeordneten Planetenräder um einen
bestimmten Drehwinkel versetzt ist, und dass das Verbindungszahnrad
in einem Abtriebshohlrad umläuft,
das relativ zu den Hohlrädern
der Planetengetriebe verdrehbar gelagert ist und eine zu der Innenverzahnung
der Hohlräder der
Planetengetriebe geringere Zähnezahl
aufweist. Das Verbindungszahnrad bzw. die Verbindungszahnräder werden
nicht von einem Sonnerad angetrieben, vielmehr erfolgt das Übertragen
der Drehmomente der Sonneräder über die
beidseitig an dem Verbindungszahnrad angeordneten Planetenräder. Durch die
symmetrische Anordnung der Planetenräder an dem Verbindungszahnrad
erfolgt eine gleichmäßige, beidseitige
Momenteneinleitung, so dass kein Verkippen der Planetenräder oder
des Verbindungszahnrades relativ zu der Innenverzahnung der Hohlräder bzw.
des Abtriebshohlrades erfolgen kann. Dadurch wird die Belastung
der Zahnflanken verringert, da eine linienförmige Kraftübertragung an den Zahnflanken
erfolgt. Bei einer einseitigen Momenteneinleitung über nur
ein Planetengetriebe werden jeweils die äußeren Bereiche der Verzahnungen
belastet, so dass es zu einer punktförmigen Belastung der Zähne und damit
zu einem hohen Verschleiß kommt.
Darüber
hinaus treten Drehmomente innerhalb der Zähne auf, die das übertragbare
Moment und die Haltbarkeit limitieren. Bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung
handelt es sich somit um ein symmetrisch aufgebautes Wolfromgetriebe
mit beidseitigem Antrieb, wobei eine gemeinsame Antriebswelle vorgesehen ist.
Bevorzugt wird die Antriebswelle nur einseitig angetrieben und durch
das Abtriebshohlrad hindurchgeführt.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anzahl der Zähne des
Abtriebshohlrades um die Anzahl der Verbindungszahnräder kleiner
als die Zähnezahl
der Hohlräder
ist, so dass ein symmetrischer Zahnversatz benutzt werden kann.
Bevorzugt ist die Zähnezahl
des Abtriebshohlrades um eine Zahl geringer als die Zähnezahl
der flankierenden Planetenhohlräder,
um eine maximale Untersetzung zu erreichen.
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Der
Drehversatz der Verzahnung der Verbindungszahnräder zu der Verzahnung der Planetenräder entspricht
bevorzugt dem Quotienten aus Zahnabstand und Anzahl der Verbindungsräder multipliziert
mit der Zähnezahldifferenz
der Hohlräder,
um ein gleichmäßiges Abrollen
der Verbindungszahnräder
auf dem Abtriebshohlrad zu ermöglichen.
Das Modul der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades ist dabei von
dem Modul der Verzahnung der Hohlräder der Planetengetriebe verschieden,
da die unterschiedliche Zähnezahl
zu einem unterschiedlichen Teilkreisdurchmesser führt. Würde keine
Modulanpassung erfolgen, würde
die dies zu einem Klemmen des Getriebes oder zu einer ungenauen
Verstellung des Abtriebshohlrades führen.
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Um
eine ausreichende Steifigkeit der fixierten Hohlräder der
Planetengetriebe zu erreichen, sind diese als eine Hülse ausgebildet
und gemeinsam verzahnt. In die Innenverzahnung ist ein Durchtrittsschlitz
für das
Abtriebshohlrad bzw. Kopplungselemente des Abtriebshohlrades ausgebildet,
so dass beispielsweise prothetische Komponenten über einen gewissen Winkel verlagert
werden können.
Ein umlaufender Abtrieb kann dann nicht mehr erfolgen. Allerdings
kann über
eine Verzahnung eine kontinuierliche Verstellung erzielt werden.
Werden die Anschlusselemente direkt an dem Abtriebshohlrad montiert,
kann ohne weiteres ein Verstellbereich von +/– 90° realisiert werden, ohne dass
die Steifigkeit der Hülse
massiv beeinträchtigt
wird.
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Zur
Verbesserung der Laufruhe und zur Erleichterung der Montage sind
die Planetenräder
und die Verbindungszahnräder
auf einem gemeinsamen Planetenträger
gelagert. Die Planetenräder
und die Verbindungszahnräder
sind bevorzugt miteinander verschweißt, beispielsweise laserverschweißt, wobei die
Planetenräder
zunächst
gemeinsam hergestellt, axial getrennt und dann an die Verbindungszahnräder angeschweißt werden.
Grundsätzlich
ist es auch möglich,
die Planetenräder
und die Verbindungszahnräder
im Rahmen eines Urformverfahrens herzustellen, wobei der Drehversatz
der Verbindungszahnräder
relativ zu der Verzahnung der Planetenräder präzise ausgeführt werden muss, um einen dauerhaften
Betrieb zu ermöglichen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Planetenräder und
die Hohlräder
eine Geradverzahnung und die Verbindungszahnräder und das Abtriebshohlrad
eine Schrägverzahnung
aufweisen. Insbesondere bei einer geringen Zahndifferenz ist es
schwierig, das Modul des Abtriebshohlrades präzise zu fertigen. Mit einer
Ausbildung einer Schrägverzahnung
kann dieses kompensiert werden. Eine Geradverzahnung erlaubt das
Einschieben bzw. Aufschieben der Hohlräder auf die Planetenräder zur
Montage.
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Ebenfalls
sind die Sonneräder,
zumindest ein Sonnenrad, auf der Antriebswelle aufgeschoben und
dort drehfest gelagert.
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Die
Hohlräder
können
in einem Getriebegehäuse
integriert sein, wobei das Getriebegehäuse eine Aufnahme für einen
Antriebsmotor aufweisen kann.
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Um
eine ausreichende Stabilität
und eine gleichmäßige Momentenübertragung
zu gewährleisten,
ist die Breite der Verbindungszahnräder doppelt so groß wie die
Breite der Planetenräder
gewählt. Dadurch
ist insgesamt eine gleichmäßige Momentenübertragung
gewährleistet.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – eine Schnittdarstellung
durch die Getriebeanordnung;
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2 – eine perspektivische
Gesamtdarstellung der Getriebeanordnung mit Antrieb;
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3 – eine rückseitige
Ansicht der 2;
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4 – einen
Schnitt durch ein Abtriebshohlrad;
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5 – ein Schnitt
durch ein Hohlrad eines Planetengetriebes;
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6 – eine Einzeldarstellung
der Planetenräder
mit dem Abtriebshohlrad;
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7 – eine montierten
Getriebeanordnung ohne Antriebsmotor in einem Gehäuse;
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8 – eine Antriebswelle
in Einzeldarstellung;
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9 – eine Antriebswelle
mit montiertem Sonnenrad;
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10 – eine Anordnung
der Planeten- und Verbindungszahnräder um die Sonnenräder; sowie
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11 – eine schematische
Darstellung des Momentverlaufes.
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In
der 1 ist in einer Schnittdarstellung durch eine Antriebsachse 4 der
Aufbau einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 1 dargestellt. Die
Antriebswelle 4 wird über
ein Antriebsrad 2 und einen Zugmitteltrieb 3,
beispielsweise ein Keilriemen oder ein Zahnriemen, angetrieben.
Auf der Antriebswelle 4 sind Sonneräder 5, 5a angeordnet,
die axial zueinander beabstandet sind und das Drehmoment von dem
Ab triebsrad 2 auf Planetenräder 6 übertragen.
Die Sonnenräder 5, 5a greifen über eine
Verzahnung 56, 56a in die Planetenräder 6, 6a ein.
Die Planetenräder 6, 6a laufen
in einer Innenverzahnung 67, 67a feststehender
Hohlräder 7 um.
Die Hohlräder 7 bilden
Teil eines Gehäuses
der Getriebeanordnung.
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Sowohl
die Planetenräder 6, 6a als
auch die Sonnenräder 5, 5a sind
axial zueinander beabstandet. Die einander gegenüberliegenden Planetenräder 6, 6a sind
auf einer gemeinsamen Achse 8 gelagert, die in einem Planetenträger 9 geführt sind.
Vorliegend ist der Planetenträger 9 als
ein Ring ausgebildet.
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Zwischen
den axial zueinander beanstandeten Planetenrädern 6, 6a ist
ein Verbindungszahnrad 10 angeordnet, das drehfest mit
den Planetenrädern 6, 6a verbunden
ist. Das Verbindungszahnrad 10 kämmt ausschließlich mit
der Innenverzahnung eines Abtriebshohlrades 11, an dem
Anschlussmittel 12 für eine
anzutreibende Komponente, beispielsweise ein prothetisches Element
angeordnet bzw. befestigt sind.
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Die
Zähnezahl
der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades 11 ist kleiner
als die Zähnezahl
der Innenverzahnung der Hohlräder 7, 7a,
beispielsweise um einen Zahn geringer. Dadurch wir bei einer vollständigen Umdrehung
des Planetenträgers 9 das Abtriebshohlrad 11 um
einen Zahn relativ zu der Verzahnung 67, 67a der
Hohlräder 7, 7a verdreht.
Die Getriebeanordnung 1 stellt somit ein symmetrisches Wolfromgetriebe
dar, bei dem das Verbindungszahnrad 10 beidseitig mit einem
Drehmoment beaufschlagt wird. Die Verzahnung der Verbindungszahnräder 11 ist
bei einem Zahnunterschied von 1 der Innenverzahnungen um den Quotienten
der Verbindungszahnradzahl versetzt, bei sechs Verbindungszahnrädern 10 bzw.
Planentenrädern 6, 6a und
einem Zähnezahlunterschied
von 1 wäre
dies ein Drehversatz um 1/6 Zahn.
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Durch
die symmetrische Einleitung der Momente kann kein Verkippen der
Verbindungszahnräder 10 relativ
zu der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades 11 oder der
Planetenräder 6, 6a zu
der Innenverzahnung 67, 67a der Planetenhohlräder 7, 7a erfolgen,
so dass die komplette Zahnbreite der Zahnflanken lastübertragend
wirken kann. Keine eingeprägten
Kräfte
sind in der Getriebeanordnung 1 vorhanden.
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In
der 2 ist die montierte Getriebeanordnung in einem
Gehäuse 13 gezeigt.
In den Gehäuse 13 ist
ebenfalls ein Motor 14 angeordnet, der das Antriebsrad 2 über den
Keilriemen 3 antreibt. Alternativ zu einer Ausbildung des
Antriebes über
einen Keilriemen 3 kann dies auch über eine Zahnradantrieb oder dergleichen
erfolgen.
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Der 2 ist
zu entnehmen, dass das Gehäuse 13 einteilig
ausgebildet ist. Die Verzahnungen 67, 67a der
Hohlräder 7 sind
in dem Gehäuse 13 eingearbeitet.
In dem Gehäuse 13 ist
ein Durchtrittsschlitz 15 eingearbeitet, durch den die
Anschlussmittel 12 des Abtriebshohlrades 11 hindurchtreten,
so dass eine entsprechende Verschwenkung des Abtriebshohlrades 11 und
der Anschlussmittel 12 erfolgen kann. Durch die einteilige
Ausgestaltung des Gehäuses 13 ist
die erforderliche Steifigkeit der Innenverzahnung 67, 67a der
Hohlräder 7, 7a gewährleistet,
so dass eine präzise
Führung
der Planetenräder 6, 6a erfolgt.
Das Getriebe gemäß dieser
Ausgestaltung kann für
alle Anwendungen eingesetzt werden, bei denen der Abtrieb um weniger
als 360° rotieren muss.
Bei einem Abtrieb auf ein Zahnrad kann der Schlitz 15 entsprechend
kleiner ausgestaltet werden.
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In
der 3 ist eine rückseitige
Ansicht der 2 gezeigt, aus der zu erkennen
ist, dass der Planetenträger 9 als
ringförmiger
Körper
ausgebildet ist. Der Motor 14 ist in das Gehäuse 13 eingeschoben und
dort montiert.
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In
der 4 ist ein Schnitt durch das Abtriebshohlrad 11 senkrecht
zu der Antriebsachse 4 gezeigt. In der 4 ist
zu erkennen, dass die Verbindungszahnräder 10 nicht mit einem
Sonnerad kämmen,
sondern ausschließlich
auf der Innenverzahnung des Abtriebshohlrades 11 umlaufen.
Der Schlitz 15, der ungefähr 180 Umfangsgrad beträgt, ist in
der Schnittdarstellung ebenfalls zu erkennen.
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Die 5 zeigt
einen Schnitt senkrecht zu der Antriebsachse 4 durch ein
feststehendes Hohlrad 7. Das Sonnenrad 5 kämmt die
Planetenräder 6,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sechs Planetenräder 6,
die gleichzeitig auch mit der Innenverzahnung des feststehenden,
zusammen mit dem Gehäuse 13 ausgebildeten
Hohlrad 7 kämmt.
Das Sonnerad 5 ist über
Befestigungsstifte 16 an der Antriebswelle 4 gelagert.
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In
der 6 ist in einer perspektivischen Einzeldarstellung
der Abtrieb der Getriebeanordnung mit dem Abtriebshohlrad 11,
den Anschlussmitteln 12 und den Planetenrädern 6 gezeigt,
die mit dem Sonnenrad 5 kämmen, nicht jedoch mit dem
Abtriebshohlrad 11. Im montierten Zustand ist die Getriebeanordnung 1 zusammen
mit dem feststehenden Hohlrad 7 in der 7 ohne
Antrieb dargestellt.
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Damit
die Getriebeanordnung 1 zusammengebaut werden kann, muss
zumindest ein Sonnenrad 5, 5a nachträglich auf
die Antriebswelle 4 aufgebracht werden, da das Verbindungszahnrad 10 radial nach
innen einen größeren Durchmesser
als die Planetenräder 6, 6a hat.
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Die
Planetenräder 6, 6a und
das Verbindungszahnrad 10 weisen verschiedene Verzahnungen
auf, zumindest sind die Verzahnungen zueinander verdreht, so dass
sie nicht ohne weiteres mit den herkömmlichen Fertigungsverfahren
aus einem Teil gefertigt werden können. Somit ist zunächst vorgesehen,
dass die Planetenräder 6, 6a und
die Verbindungszahnräder 10 zunächst separat
gefertigt und dann nachträglich
miteinander verbunden werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, das
Bauteil aus den Planetenrädern 6, 6a und
dem Verbindungszahnrad 10 einstückig im Urformverfahren herzustellen.
Die sechs um die Sonnenräder 5, 5a gruppierten Baugruppen
aus den Planetenrädern 6, 6a und
den Verbindungsrädern 10 ist
in der 10 dargestellt. Die 8 und 9 zeigen
die Antriebswelle 4 mit dem einstückig mit der Welle 4 ausgebildeten
Sonnenrad 5 und dem nachträglich aufgesteckten Sonnenrad 5a,
das über
Formschlusselemente, beispielsweise Stiftverbindungen, an einem
entsprechenden Träger
der Antriebswelle 4 festgelegt werden kann.
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In
der 11 ist die Momentenverteilung der Getriebeanordnung 1 gezeigt.
Ein Moment, das über das
sich drehende Abtriebshohlrad 11 in die Getriebeanordnung
eingeleitet wird, verteilt sich symmetrisch über das Verbindungszahnrad 10 auf
die beiden Planetenräder 6, 6a,
die wiederum das Moment aufteilen und auf die festen Hohlräder 7, 7a,
die Teil des Gehäuses 13 sind,
ableiten. Der Abtrieb der Getriebe anordnung liegt in der Mitte,
so dass sich das übertragende
Moment symmetrisch auf die beiden feststehenden Hohlräder 7, 7a überträgt. Dadurch
wird ein Verkanten des Getriebes verhindert, so dass die eingeprägten Kräfte minimiert
werden.