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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit wenigstens einem inneren Zentralrad, mindestens einem äußeren Zentralrad und zumindest einem Satz aus mindestens drei Planetenrädern, wobei die Zentralräder eine gemeinsame Zentralachse aufweisen, und wobei jedes der Planetenräder jeweils um eine mit radialem Abstand zur Zentralachse verlaufende eigene Rotationsachse drehbar und mit einer Außenverzahnung sowohl im Zahneingriff mit einer Außenverzahnung des inneren Zentralrades als auch im Zahneingriff mit einer inneren Verzahnung des äußeren Zentralrades steht, wobei der Satz zumindest aus mindestens einem ersten Planetenrad und aus wenigstens einem zweiten Planetenrad gebildet ist und dabei wenigstens ein erstes Planetenrad eine andere Verzahnungsgeometrie aufweist, als ein zweites Planetenrad.
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Hintergrund der Erfindung
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In
DE-AS-881001 ist ein Stirnrad-Planetengetriebe beschrieben. Das Planetengetriebe dieser Gattung ist mit zwei Zentralrädern versehen, die eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen, welche im Folgenden als Zentralachse bezeichnet wird. Des Weiteren ist das Stirnrad-Planetengetriebe mit einem Planetenträger versehen, an dem wenigstens ein Satz aus drei Planetenrädern, jedes der Planetenräder um eine eigene Rotationsachse rotierbar, gelagert ist. Die Rotationsachsen der Planetenräder verlaufen parallel mit radialem Abstand zur Zentralachse. Jedes der Planetenräder steht mit einer Außenverzahnung außen im Zahneingriff mit einer Innenverzahnung des einen der als Hohlrad ausgeführten Zentralräder und zugleich innen mit einer Außenverzahnung des als Sonnenrad ausgeführten anderen der Zentralräder.
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Der Planetenträger ist im Wesentlichen mit seiner Rotationsachse auf der Zentralachse zentriert, jedoch im Rahmen von Ausgleichsspielen begrenzt radial zur Zentralachse verlagerbar. Somit sind auch die Achsabstände zwischen der Zentralachse und den Rotationsachsen der Planetenräder im Rahmen der bewusst ausgeführten Ausgleichsspiele variabel. Die radialen Ausgleichsspiele sind durch Profilverschiebungen an dem äußeren Zentralrad bewusst herbeigeführt. Damit sollen Einstellkräfte zwischen den einzelnen Planetenrädern und ein Belastungsausgleich an allen Planetenrädern bewirkt werden. Ausgeglichen wird über das Zusammenwirken einer durch Profilverschiebung veränderten Innenverzahnung des Hohlrades mit einem Planetenrad, das als das "mit den relativ dicksten Zähnen" bezeichnet ist. Letzteres weist dementsprechend eine andere Verzahnungsgeometrie auf, als die übrigen Planetenräder.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung sieht vor, dass in dem Planetentrieb, vorzugsweise in einem Stirnrad-Planetentrieb, ein Satz Planetenräder verbaut ist, in dem sich wenigstens ein Planetenrad hinsichtlich der Anzahl der Zähne seiner Außenverzahnung von den anderen Planetenrädern des gleichen Satzes unterscheidet. Als Satz Planeten werden die Planeten des Planetentriebs bezeichnet, die alle gemeinsam mit dem gleichen inneren Zentralrad und dem gleichen äußeren Zentralrad des Planetentriebs im Zahneingriff stehen.
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Die Auslegung der Verzahnungsdaten von Planetengetrieben unterliegt nach allgemeiner Auffassung der Fachwelt aufgrund der Umlaufbedingungen und den Montierbarkeitskriterien Einschränkungen. Das betrifft auch die Zähnezahl. Das ist z.B. aus den Ausführungen in
Müller, „Die Umlaufgetriebe" zweite Auflage, Springer Verlag 1998, S. 232 zu entnehmen. Dazu ist in Müller auf S. 237 weiter ausgeführt, dass die Zähnezahlbedingungen für Planetengetriebe mit einfachen oder paarweise kämmenden einfachen Planeten mit N gleichmäßig am Umfang angeordneten Planeten(sätzen) mit g = ganze Zahl wie folgt lauten:
g steht für eine beliebige g = ganze Zahl, also alle natürlichen (positiven) Zahlen und deren (negative) Gegenzahlen.
zS ist die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung des Sonnenrades.
zH ist die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Hohlrades.
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Diese Bedingungen sind nach Müller dann erfüllt, „wenn jede Zähnezahl für sich durch N teilbar ist oder wenn beide Zähnezahlen nicht, wohl aber ihre Summe bzw. Differenz durch N teilbar sind.“
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In 3 ist ein einfacher Planetentrieb des Standes der Technik anhand eines einfachen Schemas beschrieben. 3 zeigt einen einfachen Planetentrieb, der aus einem Hohlrad H, aus N = 3 Planetenrädern P an einem Planetenträger PT und aus einem Sonnenrad SO gebildet ist. Die Planetenräder P stehen im Zahneingriff mit den Zähnen der Anzahl zS einer Verzahnung des Sonnenrads SO und mit den Zähnen der Anzahl zH des Hohlrads H. Die Planetenräder P sind mit gleichmäßiger Teilung T am Umfang um eine Zentralachse Z des Planetentriebs verteilt, wodurch sich aus T = 360° / N ein Teilungswinkel T = 120° zwischen den umfangsseitig benachbarten Teilungslinien T1, T2 und T2 sowie T3 oder zwischen T1 und T3 ergibt. Die Zentralachse Z verläuft in der Darstellung nach 2 senkrecht in die Bildebene hinein und ist Rotationsachse für das Hohlrad H und Symmetrieachse für das Sonnenrad SO und das Hohlrad H. Die Teilungslinien T1, T2 und T3 gehen in der Bildebene der 3 betrachtet strahlenförmig ab und schneiden die mit radialem Abstand zur Zentralachse Z angeordneten Rotationsachsen R der Planeten P.
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Die Erfindung sieht davon abweichend jedoch den Einsatz von Planeten mit unterschiedlichen Zähnezahlen in dem Planetengetriebe vor, so dass entgegen der bisherigen Auffassung der Fachwelt auch Planeten mit unterschiedlicher Zähnezahl bei gleichmäßiger Verteilung (siehe hierzu die nachfolgenden Ausführungen zur Teilung T) in Stirnrad-Planetengetrieben einsetzbar und damit derartige Planetengetrieben variabler zu gestalten sind. Die Erfindung kann auch auf Planetengetriebe mit Kegel- oder Kronenrädern anwgewendet werden.
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Es gelten folgende Bedingungen und Ausgestaltungen der Erfindung:
Der Modul mk der Planetenräder mit kleineren Zähnezahl zk ist gleich dem Modul mg der Planetenräder mit der größeren Zähnezahl zg. Der Modul, der auch Durchmesserteilung genannt wird, ist der Quotient aus Teilung P und Kreiszahl π, wobei unter der Teilung P der auf dem Bogen des Teilkreises gemessene Abstand von einem Zahn zum nächsten zu verstehen ist.
Ebenso ist die Teilung Pk der Planetenräder mit der kleineren Zähnezahl zk gleich der Teilung Pg mit der größeren Zähnezahl zg.
Pk = Pg -
Der Modul ist oft auch als Quotient aus Teilkreisdurchmesser d und Zähnezahl z definiert:
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Dagegen ist jedoch der Teilkreisdurchmesser dk der Planetenräder mit der kleineren Zähnezahl zk kleiner als der Teilkreisdurchmesser dg der Planetenräder mit der größeren Zähnezahl zg. dk < dg
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Achsabstand zwischen der Rotationsachse des ersten Planetenrades und der Zentralachse gleich einem zweiten Achsabstand der Rotationsachse des jeweiligen zweiten Planetenrades und der Zentralachse ist.
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Gleiche Achsabstände der Planetenräder zur Zentralachse in dem erfindungsgemäßen Planetentrieb werden durch Profilverschiebung erzielt. Dabei ist vorzugsweise das Profil der Verzahnung der Planetenräder mit der geringeren Zähnezahl positiv verschoben (positive Profilverschiebung) und das Profil der Verzahnung der Planetenräder negativ (negative Profilverschiebung). Es ist nicht ausgeschlossen, dass sowohl die Außenverzahnung des Sonnenrades als auch die Außenverzahnung des Hohlrades mit Profilverschiebung (wahlweise negativer oder positiver Profilverschiebung) verwirklicht sind. Durch Profilverschiebung ist die Form der Zahnflanke verändert. Bei einem Zahnrad mit Profilverschiebung wird gegenüber einem Zahnrad ohne Profilverschiebung ein anderer Teil derselben Evolvente als Zahnflanke genutzt.
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Der Profilverschiebungsfaktor x ist die Profilverschiebung dividiert durch den Modul m des Zahnrades. Da sowohl die Profilverschiebung als auch der Modul die Einheit mm haben, ist der Profilverschiebungsfaktor x einheitslos.
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Die Profilverschiebung entspricht einem Weg in Millimetern, den bei der Herstellung der Verzahnung ein zahnstangenförmiges Wälzfräswerkzeug ausgehend von den Werten für eine Nullverzahnung weniger tief oder tiefer zugestellt wird. Dabei entspricht die Null-Verzahnung dem Standard einer Evolventenverzahnung ohne Profilverschiebung, also mit einem Wert x = 0. Bei der Herstellung einer Außenverzahnung (z.B. bei der Herstellung eines Planetenrades oder Sonnenrades mit einer positiven Profilverschiebung) wird das Werkzeug und damit die Profilbezugslinie des Werkzeuges (Zahnstange) mit Sicht auf den Teilkreis der Verzahnung radial nach außen in Richtung Kopfkreis und bei einer Innenverzahnung (zum Beispiel bei der Herstellung eines Hohlrades) mit Sicht auf den Teilkreis der Verzahnung radial nach innen zur Rotationsachse des Zahnrades hin verschoben. Teilkreis und Wälzkreis der Verzahnung liegen im Gegensatz zu einer Null-Verzahnung nicht mehr zusammen.
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Um Unwuchten durch die umlaufenden Planetenräder zu vermeiden, sollte die Anzahl N der Planeten(sätze) in diesem Fall mindestens drei oder mehr, vorzugsweise vier sein. Die Planetenräder sind mit gleichmäßiger Teilung T = 360° / N umfangsseitig benachbart um die Zentralachse angeordnet. d.h., jede Rotationsachse des jeweiligen Planetenrades wird von jeweils einem von der Zentralachse ausgehenden Radialstrahl geschnitten. Die Winkel, die die unmittelbar zueinander benachbarten Radialstrahlen zwischen sich einschließen, sind in einer senkrecht von der Zentralachse durchstoßenen Radialebene alle gleich groß.
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Die Planetenräder wechseln in Umfangsrichtung um die Zentralachse einander ab. Auf ein erstes Planetenrad folgt in Umfangsrichtung ein zweites Planetenrad und das zweite Planetenrad ist zu einem erstes Planetenrad benachbart.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird mit Bezug auf 1 eine exemplarische Auslegung eines erfindungsgemäßen Stirnrad-Planetengetriebes beschrieben.
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1 zeigt schematisch vereinfacht in einer Seitenansicht ein Stirnrad-Planetengetriebe 1, das aus einem inneren Zentralrad 2, einem äußeren Zentralrad 3 und aus einem Satz Planetenrädern 4 sowie 5 gebildet ist, und das einen nicht dargestellten Planetenträger aufweisen kann. Die Zentralräder 2 und 3 weisen eine gemeinsame Zentralachse 6 auf, die in der Darstellung nach 1 zentrisch senkrecht in die Bildebene hinein verläuft. Jedes der jeweils zwei Planetenräder 4 und 5 ist um eine Rotationsachse 7 bzw. 8 rotierbar mit parallelem Achsabstand der Rotationsachse 7 oder 8 zur Zentralachse 6 beabstandet. Die Rotationsachsen 7 und 8 durchstoßen die mit 1 dargestellte Bildebene senkrecht. Die Rotationsachsen 7 liegen auf der Symmetrielinie S1 und die Rotationsachsen 8 auf der Symmetrielinie S2. Die Planetenräder 4 und 5 sind in wechselnder Reihenfolge mit einer Teilung T = 90° gleichmäßig umfangsseitig um die Zentralachse 6 verteilt. Die die Zentralachse 6 an einem Punkt schneidenden und sich dabei kreuzenden Symmetrielinien (Radialstrahlen) S1 und S2 schließen jeweils einen Winkel von 90° zwischen sich ein.
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Sowohl die ersten Planetenräder 4 als auch die zweiten Planetenräder 5 weisen eine Außenverzahnung 9 bzw. 10 auf. Die ersten Planetenräder 4 und die zweiten Planetenräder 5 stehen jeweils über ihre Außenverzahnung 9 bzw. 10 im Zahneingriff mit einer Außenverzahnung 11 des als Sonnenrad 12 ausgebildeten inneren Zentralrades 2 und mit einer Innenverzahnung 13 des als Hohlrad 14 ausgebildeten äußeren Zentralrades 3. Die Innenverzahnung 13 umgibt die Außenverzahnung 11 konzentrisch. Die Planetenräder 4 und 5 liegen gemeinsam in einer durch die Innenverzahnung 13 und Außenverzahnung 11 vorgegebenen Verzahnungsebene im Zahneingriff mit der Innenverzahnung 13 und Außenverzahnung 11.
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Die beiden ersten Planetenräder 4 unterscheiden sich jeweils hinsichtlich der Verzahnungsgeometrie von den zwei zweiten Planetenrädern 5 dadurch, dass die beiden ersten Planetenräder 4 jeweils eine Außenverzahnung 9 mit einer anderen Zähnezahl zk aufweisen als die Außenverzahnung 10 des jeweilige zweiten Planetenrades 5, welche eine sich von der Zähnezahl zk unterscheidende Zähnezahl zg aufweist. Im dargestellten Beispiel ist: zg = 25 > zk = 24.
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Die Innenverzahnung
13 des Hohlrades
14 weist eine Zähnezahl von zH = 72 auf und die Außenverzahnung
11 des Sonnenrades
12 eine Zähnezahl zS = 22. Daraus ergibt sich nach oben genannter Formel zu den Zähnezahlbedingungen für das Stirnrad-Planentengetriebe
1 mit insgesamt vier Planetenrädern
4 und
5 aus
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Im Gegenteil zu dem bekannten Stand der Technik ergibt sich als Ergebnis also mit 23,5 keine ganze Zahl. Zwar ist das Ergebnis aus zH / N = 72 / 4 = 18 eine ganze Zahl, jedoch nicht das Ergebnis aus zS / N = 22 / 4 = 5,5.
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Im Zahnkontakt der Planetenräder 4 und 5 mit dem Hohlrad 14 ergibt sich bezogen auf die Symmetrielinie S1 eine Abfolge "Zahnlücke-Zahnlücke-Zahnlücke-Zahnlücke" am Hohlrad 14, d.h., jeweils ein auf der Symmetrielinie S1 liegender Zahn 9a der Außenverzahnung 9 jedes ersten Planetenrades 4 greift in jeweils eine auch auf der Symmetrielinie S1 liegende Zahnlücke 13a der Innenverzahnung 13 des Hohlrades 14 ein und jeweils ein auf der Symmetrielinie S2 liegender Zahn 10a der Außenverzahnung 10 jedes der zweiten Planetenräder 5 greift jeweils in eine auch auf der Symmetrielinie S2 liegende Zahnlücke 13b der Innenverzahnung 13 des Hohlrades 14 ein.
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An dem Sonnenrad 12 ergibt sich hingegen im Zahnkontakt mit den Planetenrädern 4 und 5 eine Abfolge "Zahn-Zahnlücke-Zahn-Zahnlücke", d.h., beginnend aus Position 9 Uhr beginnt in Uhrzeigersinn betrachtet die Abfolge damit, dass eine auf der Symmetrielinie S1 liegende Zahnlücke 11b der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 12 ein auch auf der Symmetrielinie S1 liegender Zahn 9b der Außenverzahnung 9 eines der ersten Planetenräder 4 eingreift, dann ein auf der Symmetrielinie S2 liegender Zahn 11a der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 12 in eine ebenfalls auf der Symmetrielinie S2 liegende Zahnlücke 10b der Verzahnung 10 eines zweiten Planetenrades 5 eingreift, dann in Position 3 Uhr wieder in eine auf der Symmetrielinie S1 liegende Zahnlücke 11b der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 12 ein auch auf der Symmetrielinie S1 liegender Zahn 9b der Außenverzahnung 9 eines der ersten Planetenräder 4 eingreift, und dann schließlich auf Position 6 Uhr ein auf der Symmetrielinie S2 liegender Zahn 11c der Außenverzahnung 11 des Sonnenrades 12 in eine ebenfalls auf der Symmetrielinie S2 liegende Zahnlücke 10c eines weiteren zweiten Planetenrades 5 eingreift.
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Die 2a, 2b und 2c zeigen anhand eines Beispiels eines Planetenrades 16, das nicht maßstäblich und vollständig dargestellt ist, wie die Profilverschiebung an dessen Verzahnung gegenüber einer Null-Verzahnung verwirklicht sein kann.
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In 2a (Darstellung in der Mitte) ist exemplarisch in einer Reihenfolge in Umfangsrichtung ein Zahn 15a und eine Zahnlücke 15b und wieder ein Zahn 15a eines möglichen Standardprofils einer Null-Verzahnung 15 eines Planetenrades 16, also ohne Profilverschiebung dargestellt. d steht für den Teilkreisdurchmesser, dK für den Kopfkreisdurchmesser und dF für den Fußkreisdurchmesser.
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2b zeigt exemplarisch in einer Reihenfolge in Umfangsrichtung einen Zahn 9a und eine Zahnlücke 9d und wieder einen Zahn 9a der Außenverzahnung 9 des Planetenrades mit einem durch positive Profilverschiebung verwirklichten Zahnprofil. Es ist erkennbar, dass der Fußkreisdurchmesser dF9 und der Kopfkreisdurchmesser dK9 jeweils größer sind als dF und dK der Null-Verzahnung 15 und bei gleichem Teilkreisdurchmesser d dementsprechend radial nach außen von der Rotationsachse weg verschoben sind.
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2c zeigt exemplarisch in einer Reihenfolge in Umfangsrichtung einen Zahn 10a und eine Zahnlücke 10b und wieder einen Zahn der Außenverzahnung 10 des Planetenrades 16 mit einem durch negative Profilverschiebung verwirklichten Zahnprofil. Es ist ersichtlich, dass der Fußkreisdurchmesser dF10 und der Kopfkreisdurchmesser dK10 kleiner sind als dF und dK der Null-Verzahnung 15 und bei gleichem Teilkreisdurchmesser d dementsprechend radial nach innen in Richtung der Rotationsachse verschoben sind.
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Die Außenverzahnung des Planetenrades 16 kann als Verzahnung eines der Planetenräder 4 oder 5 wahlweise mit positiver oder negativer Profilverschiebung ausgeführt sein, wobei eines der Planetenräder 4 oder 5 die Verzahnung mit positiver und das andere der Planetenräder 4 die Verzahnung mit negativer Profilverschiebung aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnrad-Planetengetriebe
- 2
- inneres Zentralrad
- 3
- äußeres Zentralrad
- 4
- erstes Planetenrad
- 5
- zweites Planetenrad
- 6
- Zentralachse
- 7
- Rotationsachse
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Außenverzahnung
- 9a
- Zahn der Außenverzahnung
- 9b
- Zahn der Außenverzahnung
- 9c
- Zahn der Außenverzahnung
- 9d
- Zahnlücke der Außenverzahnung
- 10
- Außenverzahnung
- 10a
- Zahn der Außenverzahnung
- 10b
- Zahnlücke der Außenverzahnung
- 10c
- Zahnlücke der Außenverzahnung
- 11
- Außenverzahnung
- 11a
- Zahn der Außenverzahnung
- 11b
- Zahnlücke der Außenverzahnung
- 11c
- Zahn der Außenverzahnung
- 11d
- Zahnlücke der Außenverzahnung
- 12
- Sonnenrad
- 13
- Innenverzahnung
- 13a
- Zahnlücke der Innenverzahnung
- 13b
- Zahnlücke der Innenverzahnung
- 14
- Hohlrad
- 15
- Null-Verzahnung
- 15a
- Zahn der Null-Verzahnung
- 15b
- Zahnlücke der Nullverzahnung
- 16
- Planetenrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Müller, „Die Umlaufgetriebe“ zweite Auflage, Springer Verlag 1998, S. 232 [0005]
