-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung richtet sich auf ein hochübersetzendes Umlaufrädergetriebe das beispielsweise im Schwerlastbereich, bei Wankstabilisatoren im Kfz-Bereich oder auch bei Positionier- oder Servoantrieben zum Antrieb eines Spindel- oder Mutterelements, oder auch eines Gelenkes eines Handhabungssystems beispielsweise eines Roboterarmes, oder auch als Schwenkantrieb Anwendung finden kann.
-
Bei diesen hoch übersetzenden Umlaufrädergetrieben ist eine Ausführungsform bekannt, die allgemein als sog. Wolfromsatz bezeichnet wird. Ausführungsbeispiele hierzu sind in den Druckschriften
DE 10 2008 035 114 A1 ,
DE 10 2010 034 801 A1 sowie
DE 101 61 942 A1 beschrieben. Bei diesen bekannten Getriebekonstruktionen sind zwei Hohlräder vorgesehen, die über zwei Planeten miteinander gekoppelt sind. Die beiden Planeten sitzen in einem gemeinsamen Planetenträger und sind miteinander drehfest gekoppelt und weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf. Eines der beiden Hohlräder stellt die stationäre Komponente, das andere Hohlrad die bewegte Komponente, d.h. den Getriebeausgang dar. Die Leistungszufuhr erfolgt über ein Sonnenrad das entweder die in das stationäre Hohlrad eingreifenden Planeten, oder die in das angetriebene Hohlrad eingreifenden Planeten antreibt.
-
Aufgabe der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in der Art eines Wolfromsatzes aufgebautes, hoch übersetzendes Verbundgetriebe zu schaffen das sich durch einen hohen mechanischen Wirkungsgrad, durch eine hohe innere Strukturfestigkeit sowie durch einen kostengünstig realisierbaren Aufbau auszeichnet.
-
Erfindungsgemäße Lösung
-
Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Umlaufrädergetriebe, mit:
- – einer ersten Getriebestufe die ein erstes Hohlrad, erste Planeten und ein erstes Sonnenrad umfasst,
- – einer zweiten Getriebestufe die ein zweites Hohlrad, zweite Planeten und ein zweites Sonnerad umfasst, und
- – einem Planetenträger zur Lagerung der zweiten Planeten zum Umlauf um eine Getriebeachse,
- – wobei die ersten Planeten der ersten Getriebestufe stationär drehbar gelagert sind,
- – das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad miteinander drehfest gekoppelt sind und unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, und
- – der Planetenträger der zweiten Getriebestufe den Leistungsausgang dieser Getriebestufe darstellt.
-
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein hoch übersetzendes Getriebesystem zu schaffen, bei welchem sich eine günstige Belastung sowohl im Bereich der Zahnkontaktzonen als auch an der Lagerung der Planetenräder ergibt. Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe kann als Verbund aus zwei oder drei Standard-Planetensätzen gefertigt werden. In der Ausführungsform mit drei Planetensätzen bietet das Umlaufrädergetriebe eine Übersetzung von ca. 230 und zeichnet sich durch einen hohen mechanischen Wirkungsgrad und damit verbunden durch eine geringe Selbsthemmung bei Untersetzung aus. Es ist somit für viele Anwendungen insbesondere in Verbindung mit Aktoren, beispielsweise elektromechanischen oder hydrostatischen Motoren geeignet.
-
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht insgesamt die Schaffung eines Getriebeverbunds mit hoher Übersetzung, Wobei insbesondere für die Hohlräder und die Planetenräder die Zähnezahlen erfindungsgemäß so festgelegt werden, dass sich hoher Grad an baugleichen Bauteilen ergibt.
-
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe derart aufgebaut, dass das erste und das zweite Hohlrad gleiche Zähnezahlen aufweisen. Diese beiden Hohlräder können dabei auch als hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie sowie auch hinsichtlich ihrer axialen Bautiefe identische Bauteile ausgeführt werden. Insgesamt können die beiden Holräder so ausgeführt werden, dass diese miteinander verschraubte Ringscheiben darstellen. Die beiden Hohlräder können auch als Abschnitte einer einstückigen, axial ggf. durchgängig innenverzahnten Ringstruktur gefertigt sein.
-
Der spezielle, hohe Übersetzungseffekt wird erreicht, indem das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen. Die Zähnezahl wird dabei für jede Stufe so festgelegt, dass diese durch die Anzahl an Planeten je Stufe teilbar ist. Bei einer Ausführungsform mit zwei Planeten in der zweiten Stufe weist also das zweite Sonnenrad eine gerade Anzahl an Zähnen auf, die z.B. um zwei Zähne kleiner oder größer ist als die Zähnezahl des ersten Sonnenrades.
-
Wird die Zähnezahl des zweiten Sonnerades gegenüber der Zähnezahl des ersten Sonnenrades reduziert, ergibt sich eine Übersetzung ins Langsame unter Umkehrung des Drehsinns gegenüber dem Drehsinn der Sonnenräder. Wird die Zähnezahl erhöht, ergibt sich weiterhin eine Übersetzung ins Langsame, jedoch mit Beibehaltung des Drehsinns der Sonnenräder.
-
Alternativ zu der vorangehend genannten weitgehend baugleichen Ausführung der Verzahnungsgeometrien der beiden Hohlräder, bzw. der ersten und zweiten Planeten ist es auch möglich, hier unterschiedliche Geometrien vorzusehen, die insbesondere unter Rückgriffnahme auf positive/negative Profilverschiebung auf die speziellen Zähnezahlen abgestimmte optimale Verzahnungsverhältnisse bieten.
-
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das hoch übersetzende Getriebe so aufgebaut, dass der Antrieb der beiden miteinander drehfest gekoppelten Sonnenräder über ein Vorstufengetriebe erfolgt. Dieses Vorstufengetriebe ist dabei vorzugsweise wiederum als Umlaufrädergetriebe aufgebaut, dessen Getriebehauptachse koaxial zur Getriebehauptachse, d.h. der Sonneräderachse der beiden vorangehend beschriebenen hochübersetzenden Stufen verläuft. Dieses Vorstufengetriebe umfasst dann vorzugsweise ein Vorstufenhohlrad, Vorstufenplaneten, einen Vorstufenplanetenträger und ein Vorstufensonnenrad. Das Vorstufenhohlrad ist stationär festgelegt und vorzugsweise mit dem ebenfalls stationären Planetenträger der ersten Getriebestufe verschraubt. Das Vorstufensonnenrad stellt vorzugsweise den Leistungseingang der Vorstufe dar, und der Leistungsabgriff aus der Vorstufe erfolgt, indem der Vorstufenplanetenträger mit dem ersten und dem zweiten Sonnenrad drehfest gekoppelt ist.
-
Das Vorstufenhohlrad ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so ausgebildet, dass dieses und das benachbarte erste Hohlrad gleiche Zähnezahlen aufweisen. Insgesamt kann das erfindungsgemäße Getriebe so aufgebaut werden, dass das Vorstufenhohlrad, das erste Hohlrad und zudem auch noch das zweite Hohlrad identische Zähnezahlen aufweisen.
-
Zwischen dem Planetenträger und dem Hohlrad der ersten Stufe und/oder dem Hohlrad der zweiten Stufe kann eine Kopfkreislagerung realisiert sein, so dass Hohlrad und Planetenträger sich unmittelbar über die Kopfflächen bzw. Außenumfangsflächen aneinander radial stützen.
-
Obgleich die Vorstufe an sich deutlich geringeren Belastungen ausgesetzt ist als die zweite Stufe des Umlaufrädergetriebes ist es möglich, die Vorstufe und die zweite Stufe so auszubilden, dass diese beiden Stufen gleiche Verzahnungsgeometrien und dann das Vorstufensonnenrad und das zweite Sonnerad gleiche Zähnezahlen aufweisen.
-
Zudem kann das erfindungsgemäße Getriebe so aufgebaut werden, dass die beiden Planetenträger, d.h. der Planetenträger der Vorstufe und der Planetenträger der zweiten Planetenstufe baugleich ausgebildet sind.
-
Das Übersetzungsverhältnis der Vorstufe kann weiter erhöht werden, indem die Planeten der Vorstufe als sog. Stufenplaneten ausgebildet sind. In diesem Falle kämmt dann das Sonnenrad der Vorstufe mit dem hinsichtlich seines Kopfkreisdurchmessers größeren Abschnitt des Planeten und der hinsichtlich seines Kopfkreisdurchmessers kleinere Abschnitt des Planeten greift in das Hohlrad der Vorstufe ein.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
-
1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hoch übersetzenden Umlaufrädergetriebes mit einer vorgeschalteten Vorstufe und dabei mit insgesamt drei hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie identischen Hohlrädern, sowie drei hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie identischen Planetensätzen;
-
2 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hoch übersetzenden Umlaufrädergetriebes mit einer nachgeschalteten Laststufe und dabei wiederum mit insgesamt drei hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie identischen Hohlrädern, sowie drei hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie identischen Planetensätzen;
-
Ausführliche Beschreibung der Figuren
-
Die Darstellung nach 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes. Dieses umfasst eine erste Planetengetriebestufe G1 die ein erstes Hohlrad H1, erste Planeten P1 und ein erstes Sonnenrad S1 aufweist. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe eine zweite Planetengetriebestufe G2 die ein zweites Hohlrad H2, zweite Planeten P2 und ein zweites Sonnerad S2 umfasst. Die Planeten P1 der ersten Getriebestufe G1 sind an einem stationär festgelegten Planetenträger C1 drehbar gelagert. Die Planeten P2 der zweiten Planetengetriebestufen G2 sind an einem zweiten, um die Getriebeachse X drehbaren Planetenträger C2 drehbar. Das erste Sonnenrad S1 und das zweite Sonnenrad S2 sind miteinander drehfest gekoppelt.
-
Das erste und das zweite Hohlrad H1, H2 sind starr miteinander gekoppelt und hier derart ausgebildet, dass diese gleiche Zähnezahlen (konkret 72 Zähne) aufweisen. Das erste Sonnenrad S1 und das zweite Sonnenrad S2 weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf. Die ersten Planeten P1 und die zweiten Planenten P2 weisen gleiche Zähnezahlen auf und sind baugleich ausgeführt. Die ersten Planeten P1 sind auf stationär festgelegten Bolzen B1 und die zweiten Planeten P2 sind in dem zweiten Planetenträger C2 auf Bolzen B2 gelagert.
-
Der Antrieb der beiden miteinander drehfest gekoppelten Sonnenräder S1, S2 erfolgt über ein Vorstufengetriebe G3. Das Vorstufengetriebe G3 umfasst ein Vorstufenhohlrad H3, Vorstufenplaneten P3, einen Vorstufenplanetenträger C3 und ein Vorstufensonnenrad S3. Das Vorstufensonnenrad S3 stellt den Leistungseingang der Vorstufe G3 dar und der Vorstufenplanetenträger C3 stellt den Leistungsausgang des Vorstufengetriebes S3 dar und ist mit dem ersten und dem zweiten Sonnenrad S1, S2 drehfest gekoppelt.
-
Das Vorstufenhohlrad H3 und das erste Hohlrad H1 und das zweite Hohlrad H2 weisen gleiche Zähnezahlen auf. Auch das Vorstufensonnenrad S3 und das zweite Sonnerad S2 weisen gleiche Zähnezahlen auf.
-
Das Antriebsdrehmoment wird über das Sonnenrad S3 der Vorstufe G3 auf den Planetenträger C3 gewandelt Das Planetenträgermoment wird auf den Eingangswellenzapfen W12 des durch die beiden Getriebestufen G1, G2 gebildeten abgewandelten Wolfromsatzes übertragen. Der Eingangswellenzapfen W12 koppelt die beiden Sonnenräder S1, S2 welche erfindungsgemäß eine geringe Zähnezahldifferenz aufweisen. Das erste Hohlrad H1 und das zweite Hohlrad H2 sind drehfest gekoppelt. Der zweite Planetenträger C2 dient als Abtrieb. Bei der hier beispielhaft angegebenen Wahl der Zähnezahlen ergibt sich eine Übersetzung der Vorstufe von +4 und von +57,18 im alternativen Wolfrom-Satz, Die Gesamtübersetzung beträgt damit +228,72. Die Hohlräder H1, H2, H3 aller Stufen G1, G2, G3 sind identisch (!). Die Sonnen- und Planetenräder (S2, S3; P1, P2, P3) können größtenteils gleich ausgeführt werden (bis auf das Sonnenrad S1).
-
Wird für jeden Zahneingriff ein Wirkungsgrad von 99% angesetzt, so ergibt sich ein Gesamtwirkungsgrad von ca. 64,0% bei Übersetzung und von 43,2% bei Untersetzung. Die Erfindung schafft ein Getriebesystem das eine hohe Übersetzung bei relativ günstigem Wirkungsgrad bereitstellt. Durch die Verwendung geeigneter Zähnezahlen wird eine sehr hohe Gleichteileanzahl erreicht.
-
Die Sonnenräder S1, S2, S3 und jene diese tragenden Wellenzapfen W12, W3, sowie ggf. die Ausgangswelle W2 können axial durchbohrt ausgeführt sein, so dass durch das Getriebe eine zu dessen Getriebeachse X gleichachsige Welle oder Spindel hindurchgeführt werden kann. Über den als Leistungsausgang fungierenden zweiten Planetenträger C2 kann dann beispielsweise eine Stellmutter, z.B. eine Kugelumlaufmutter angetrieben werden. Als Leistungseingang in die Vorstufe S3 kann auch das Hohlrad H3 herangezogen werden.
-
Das erfindungsgemäße Getriebekonzept eignet sich wie bereits ausgeführt für großbauende Getriebe für Schwerlastapplikationen in gleicher Weise wie für kleinbauende Getriebesysteme bei Stell- und Positioniertrieben, sowie für Antriebssysteme. Ggf. können die beiden Getriebestufen G1, G2 sich auch hinsichtlich der Anzahl an Planeten P1, P2 je Stufe unterscheiden. So kann z.B. die erste Getriebestufe G1 mit vier Planeten P1 und die zweite Getriebestufe G2 mit drei Planeten P2 ausgeführt werden. An den Zahnrädern H1, H2, H3, P1, P2, P3, S1, S2, S3 kann die Verzahnungsgeometrie auch durch Profilverschiebung optimiert werden, der Abstand der Achsen der Planetenräder P1, P2 von der Getriebeachse kann dann auch unterschiedlich bemessen sein.
-
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hochübersetzenden Getriebesystems dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der hochübersetzenden, und aus zwei Getriebestufen G1, G2 gebildeten, modifizierten Wolfromstufe eine Laststufe G3 nachgeordnet. Für den Aufbau des aus den beiden Getriebestufen G1, G2 gebildeten Systems gelten die Ausführungen zu 1 sinngemäß. Die Laststufe G3 entspricht in ihrem Aufbau der Vorstufe G3 des Ausführungsbeispiels nach 1.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel stellt der Wellenzapfen W12 den Leistungseingang des Verbundgetriebesystems dar und treibt die beiden drehfest miteinander gekoppelten Sonnen S1, S2. Der Leistungsabgriff aus der zweiten Getriebestufe G2 erfolgt über deren Planetenträger C2. Dieser ist drehfest mit dem Sonnenrad S3 der Laststufe G3 gekoppelt. Das Hohlrad H3 der Laststufe G3 ist stationär festgelegt. Der Leistungsabgriff aus der Laststufe erfolgt über den dritten Planetenträger C3 der als solcher die Ausgangswelle W3 treibt.
-
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Hohlräder H1, H2, H3 im Radialschnitt gleiche Geometrien auf. Die Planeten P1, P2, P3 aller drei Stufen G1, G2, G3 sind hinsichtlich ihrer Radialschnittgeometrien identisch.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008035114 A1 [0002]
- DE 102010034801 A1 [0002]
- DE 10161942 A1 [0002]
