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Die Erfindung betrifft einen Stufenplaneten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch.
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Stufenplaneten dienen dazu, die Gesamtübersetzung eines Getriebes zu erhöhen. Ein Stufenplanet bietet den Vorteil, dass das Volumen eines Getriebes im Vergleich zu alternativen Lösungen mit vergleichbarer Gesamtübersetzung geringer ist.
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Bei einem Planetengetriebe mit Stufenplaneten sind die Stufenplaneten drehbar in einem Planetenträger gelagert. Ein erstes Stufenrad jedes Stufenplaneten kämmt mit einem Hohlrad. Entsprechend kämmt ein zweites Stufenrad jedes Stufenplaneten mit einem Sonnenrad.
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Fertigungstoleranzen können bei Stufenplaneten zu Problemen führen. So kann es passieren, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen eins der Stufenräder des Stufenplaneten geringer belastet wird bzw. lastfrei bleibt.
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Um Fertigungstoleranzen auszugleichen, sind aus dem Stand der Technik radial bewegliche Sonnenräder bekannt. Deren radiale Beweglichkeit ist allerdings durch das Zahnflankenspiel zwischen dem Sonnenrad und den mit dem Sonnenrad kämmenden Planetenrädern limitiert. Sobald das Zahnflankenspiel aufgrund einer radialen Verschiebung des Sonnenrads Null beträgt, kommt es zu einem doppelten Flankenkontakt. Dies bedeutet, dass auch die rückwärtigen Flanken der in Eingriff befindlichen Zähne mit ihrem Gegenpart in Kontakt kommen. Die Folge ist eine ungleichmäßige Verteilung der zu übertragenen Last auf die einzelnen Planetenräder.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte Lösung verfügbar zu machen. Insbesondere soll eine gleichmäßige Lastverteilung von Stufenplaneten auch bei größeren Fertigungstoleranzen erreicht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stufenplaneten nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Der Stufenplanet gehört zu einem Planetengetriebe, das neben dem Stufenplaneten ein Sonnenrad, einen Planetenträger, auch Steg genannt, und ein Hohlrad aufweist. Das Sonnenrad ist außenverzahnt, dass Hohlrad innenverzahnt. Genau zwei der drei Komponenten Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad sind um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert. Die dritte dieser drei Komponenten ist drehfest in einer ortsfesten Struktur, etwa einem Getriebegehäuse, fixiert.
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Bei dem Stufenplaneten handelt es sich um ein Planetenrad mit mindestens zwei drehfest miteinander verbundenen außenverzahnten Zahnrädern, die unterschiedliche Teilkreisdurchmesser aufweisen. Diese Zahnräder werden Stufenräder genannt.
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Planetenräder zeichnen sich allgemein dadurch aus, dass sie drehbar in einem Planetenträger gelagert sind und mit einem Sonnenrad und/oder einem Hohlrad kämmen. Im Falle des Stufenplaneten kämmt ein erstes Stufenrad mit dem Sonnenrad und ein zweites Stufenrad mit dem Hohlrad, oder das erste Stufenrad kämmt mit dem Hohlrad und das zweite Stufenrad kämmt mit dem Sonnenrad.
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Der erfindungsgemäße Stufenplanet weist ein erstes Stufenrad und ein zweites Stufenrad auf. Das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad sind mittels einer Passverzahnung, auch Steckverzahnung genannt, verbunden. Diese Verbindung ist mindestens drehfest bezüglich einer Drehachse des Stufenplaneten. Vorzugsweise ist die Verbindung des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads mittels der Passverzahnung darüber hinaus starr, d. h. unbeweglich, sodass die Passverzahnung keinerlei Relativbewegungen zwischen dem ersten Stufenrad und dem zweiten Stufenrad zulässt
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Eine Passverzahnung besteht aus einer Zahnwelle und einer Zahnnabe. Eine Zahnwelle ist eine mit einer Außenverzahnung versehene Welle. Entsprechend handelt es sich bei einer Zahnnabe um eine mit einer Innenverzahnung versehene Nabe. Die Außenverzahnung der Welle und die Innenverzahnung der Nabe sind ineinander gesteckt und greifen so ineinander, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle und der Nabe zustande kommt.
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Neben den beschriebenen Verzahnungen, welche die Passverzahnung bilden, weisen das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad darüber hinaus jeweils mindestens eine weitere Verzahnung, Arbeitsverzahnung genannt, auf. Die Arbeitsverzahnungen kämmen jeweils mit einer Arbeitsverzahnung eines weiteren Zahnrads.
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Vorliegend bildet entweder das erste Stufenrad die Zahnwelle und das zweite Stufenrad die Zahnnabe der Passverzahnung, oder das erste Stufenrad bildet die Zahnnabe und das zweite Stufenrad die Zahnwelle der Passverzahnung.
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Erfindungsgemäß ist die Passverzahnung schrägverzahnt. Dies bedeutet, dass die Zahnwelle und die Zahnnabe, welche die Passverzahnung bilden, schräg verzahnt sind.
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Eine Schrägverzahnung bezeichnet eine nicht zur Rotationsachse, vorliegend zur Rotationsachse des Stufenrads, parallele Anordnung von Zähnen. Die Zähne sind also gegenüber der Rotationsachse geneigt angeordnet. Die Rotationsachse und die Zähne verlaufen anti-parallel zueinander und sind um eine sogenannten Schrägungswinkel zueinander verdreht angeordnet. Die Flankenlinien der Zähne von Schrägverzahnungen bilden Schraubenlinien.
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Die erfindungsgemäße Schrägverzahnung ermöglicht es, das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad gemäß dem unten beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren relativ zueinander verdreht zu fixieren und so eine ausgeglichene Lastverteilung zu erzielen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Mittel zur variablen Festlegung einer axialen Position des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads relativ zueinander vorgesehen. Eine variable Festlegung der axialen Position ist gleichbedeutend damit, dass die Position, in der das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad relativ zueinander axial fixiert werden, aus einer Menge von mindestens zwei verschiedenen Positionen ausgewählt werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Menge um ein Intervall von Werten, die den axialen Abstand des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads zueinander beschreiben. Als Mittel zur Festlegung der axialen Position können beispielsweise Schrauben vorgesehen sein, die auf die oben genannte Welle aufgeschraubt werden, so dass die oben genannte Nabe axial zwischen den Schrauben fixiert wird.
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In darüber hinaus bevorzugten Weiterbildungen weisen das erste Stufenrad und/oder das zweite Stufenrad schrägverzahnte Arbeitsverzahnungen auf. Es handelt sich also bei dem ersten Stufenrad und/oder dem zweiten Stufenrad um schrägverzahnte Stirnräder.
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Bei der Übertragung von Drehmomenten mittels Schrägverzahnungen entstehen Axialkräfte, d. h. Kräfte, die parallel zu einer Drehachse des entsprechenden Zahnrads gerichtet sind. Ist das erste Stufenrad mit einer schrägverzahnten Arbeitsverzahnung weitergebildet, wirkt entsprechend in der Arbeitsverzahnung des ersten Stufenrads eine Axialkraft.
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Eine weitere Axialkraft wirkt in der Passverzahnung, mit der das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad verbunden sind. Vorzugsweise sind die Arbeitsverzahnungen des ersten Stufenrads und diese Passverzahnung so ausgerichtet, dass die genannten Axialkräfte sich gegenseitig aufheben, d. h. betragsgleich und einander entgegen gerichtet sind. Dazu sind die Schrägungswinkel der genannten Verzahnungen geeignet zu wählen.
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Ist das zweite Stufenrad mit einer schräg verzahnten Arbeitsverzahnung weitergebildet, ist entsprechend die Passverzahnung, mit der das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad verbunden sind, so ausgerichtet, dass die in der Arbeitsverzahnung des zweiten Stufenrads wirkende Axialkraft und die in der Passverzahnung wirkende Axialkraft sich gegenseitig aufheben, d. h. betragsgleich und einander entgegen gerichtet sind. Dazu sind die Schrägungswinkel der genannten Verzahnungen geeignet zu wählen.
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Zwei Stufenplaneten der oben beschriebenen Art sind bevorzugt Teil eines Getriebes, das darüber hinaus mindestens ein Hohlrad, mindestens einen Planetenträger und mindestens einen Sonnenrad aufweist. Die Stufenplaneten sind drehbar in dem Planetenträger gelagert. Das erste Stufenrad eines jeden der Stufenplaneten kämmt mit dem Hohlrad. Entsprechend kämmt das zweite Stufenrad eine jeden der Stufenplaneten mit dem Sonnenrad.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dazu, das Getriebe so zu justieren, dass ein zu übertragenes Drehmoment gleichmäßig auf alle Stufenplaneten verteilt wird. Die Verfahrensschritte werden vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Sofern sich aus der Beschreibung nichts anderes ergibt, sind beliebige davon abweichende Ausführungsreihenfolgen der Verfahrensschritte möglich.
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Das Hohlrad und das Sonnenrad werden zunächst koaxial zueinander ausgerichtet. Dies bedeutet, dass das Hohlrad und das Sonnenrad so ausgerichtet werden, dass eine Mittelachse des Hohlrads und eine Mittelachse des Sonnenrads übereinstimmen. Zur Ausrichtung des Hohlrads und des Sonnenrads wird etwa eine Hilfsstruktur verwendet, in die das Hohlrad und das Sonnenrad eingespannt werden.
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Um festzustellen, welcher Stufenplanet justiert werden muss, wird das Getriebe mit einem Drehmoment beaufschlagt. Insbesondere das Hohlrad, der Planetenträger und das Sonnenrad werden dabei mit dem Drehmoment beaufschlagt. Durch die koaxiale Ausrichtung des Hohlrads und des Sonnenrads wird verhindert, dass dabei durch eine radiale Verschiebung des Sonnenrads ein Lastausgleich stattfindet.
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Ein Lastausgleich wird stattdessen erreicht durch Ändern der axialen Position des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads mindestens eines der Stufenplaneten relativ zueinander. Da die Passverzahnung schrägverzahnt ist, ändert sich mit der axialen Position auch eine Winkellage des ersten Stufenrads und relativ zueinander. Die Änderung der axialen Position des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads relativ zueinander geht also einher mit einer Verdrehung des ersten Stufenrads und des zweiten Stufenrads relativ zueinander um die Drehachse des Stufenplaneten. Je nach Richtung der Positionsveränderung vergrößert oder verkleinert sich die Belastung des Stufenplaneten.
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Schließlich werden das erste Stufenrad und das zweite Stufenrad in der gewünschten axialen Position relativ zueinander fixiert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine Planetenstufe mit einem Stufenplaneten.
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Die in 1 dargestellte Planetenstufe 101 weist neben dem Stufenplaneten 103 einen Planetenträger 105 mit einem Planetenbolzen 107, ein Hohlrad 109 und ein Sonnenrad 111 auf. Der Planetenträger 105 ist drehbar in einem Getriebegehäuse 113 gelagert. Ebenso ist das Sonnenrad 111 drehbar gelagert. Das Hohlrad 119 hingegen ist drehfest in dem Getriebegehäuse 113 fixiert.
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Ein erstes Stufenrad 115 des Stufenplaneten 103 ist mittels zweier Lager 117 drehbar auf den Planetenbolzen 107 gelagert. Bei den Lagern 117 kann es sich um Wälzlager oder Gleitlager handeln. Bevorzugt werden als Lager 117 Kegelrollenlager verwendet. Durch die Lager 117 ist eine axiale Position des ersten Stufenrads 115 relativ zu dem Planetenbolzen 107 und damit auch zu dem Hohlrad 109 und dem Sonnenrad 111 festgelegt.
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Ein zweites Stufenrad 117 ist auf dem ersten Stufenrad 115 mittels einer schräg verzahnten Passverzahnung 119 fixiert. Zwei Schrauben 121 dienen dazu, die axiale Position des zweiten Stufenrads 117 relativ zu dem ersten Stufenrad 115 festzulegen. Durch Verdrehen der Schrauben 121 lässt sich die axiale Position des zweiten Stufenrads 117 relativ zu dem ersten Stufenrad variieren. Aufgrund der schräg verzahnt ausgeführten Passverzahnung 119 geht dies mit einer Verdrehung des zweiten Stufenrads 117 relativ zu dem ersten Stufenrad 115 einher. Auf diese Weise lässt sich in Abhängigkeit der Richtung der axialen Verschiebung des zweiten Stufenrads 117 relativ zu dem ersten Stufenrad 115 der Stufenplanet 103 zwischen dem Hohlrad 109 und dem Sonnenrad 111 verspannen oder eine bestehende Verspannung des Stufenplaneten 103 zwischen dem Hohlrad 109 und dem Sonnenrad 111 verringern.
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Damit die Schrauben 121 zugänglich sind, ist der Planetenträger 105 vorzugsweise zweistückig, mit einem ersten Stück und einem zweiten Stück, ausgeführt. Das erste Stück und das zweite Stück sind ausschließlich über die Planetenbolzen 107 miteinander verbunden. Dabei bildet das erste Stück eine erste, in 1 links dargestellte Wange und das zweite Stück eine zweite, in 1 rechts dargestellte Wange des Planetenträgers 105.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Planetenstufe
- 103
- Stufenplanet
- 105
- Planetenträger
- 107
- Planetenbolzen
- 109
- Hohlrad
- 111
- Sonnenrad
- 113
- Getriebegehäuse
- 115
- erstes Stufenrad
- 117
- zweites Stufenrad
- 119
- Passverzahnung
- 121
- Schrauben
