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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Planetengetriebe, welches zumindest ein erstes Hohlrad und ein zweites Hohlrad und einen ersten Doppelplaneten gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 aufweist.
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Planetengetriebe weisen üblicherweise mehrere Räder oder Zahnräder auf. Wenn die Verzahnungen der Räder eines solchen Planetengetriebes kämmen, gibt es oft ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen. Für Zahnräder, die nur in eine Rotationsrichtung laufen, hat dies keine weitere Relevanz, da die Verzahnungen der zwei kämmenden Räder einmal in Kontakt während des Anlaufens kommen und dann rotieren, während sie diesen Kontakt halten. Eine weitere zusätzliche Kontaktierung zwischen den Verzahnungen tritt während des weiteren Betriebs nicht auf.
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Wenn die Räder ihre Rotationsrichtung ändern, d. h. eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung durchführen und/oder eine oszillierende Bewegung zwischen den zwei Richtungen durchführen, kann das Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen ein ungleiches Bewegungsprofil der Räder verursachen. Dies kann zu einer unerwünschten Abnutzung der Räder führen.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen der Räder eines Planetengetriebes zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das Planetengetriebe weist zumindest ein erstes Hohlrad mit einer Schrägverzahnung und ein zweites Hohlrad mit einer Schrägverzahnung auf, wobei das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad dazu ausgebildet sind, in einer ersten Rotationsrichtung und einer zweiten entgegengesetzten Rotationsrichtung zu rotieren. Das Planetengetriebe weist des Weiteren einen ersten Doppelplaneten auf, der ein erstes Rad mit einer Schrägverzahnung, die mit der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads kämmt, und ein zweites Rad mit einer Schrägverzahnung hat, die mit der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads kämmt.
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Jede Schrägverzahnung der Hohlräder und der Doppelplaneten hat eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche, die entgegengesetzt zu der ersten Seitenfläche ist. Eine Oberflächennormale der ersten Seitenfläche ist in die erste Rotationsrichtung gerichtet und eine Oberflächennormale der zweiten Seitenfläche ist in die zweite Rotationsrichtung gerichtet.
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Um das Verzahnungsspiel zwischen den Schrägverzahnungen der Räder des ersten Doppelplaneten und der Hohlräder zu minimieren, wird ein erstes Kraft ausübendes Element bereitgestellt. Das erste Kraft ausübende Element übt eine erste Kraft in der ersten Richtung aus, sodass die ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Rads des ersten Doppelplaneten in Kontakt mit den zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads sind, und sodass die zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Rads des ersten Doppelplaneten in Kontakt mit den ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads sind. Aufgrund dieses Kontakts wird eine Vorspannung auf die Hohlräder in der ersten Rotationsrichtung bereitgestellt. Indem der erste Doppelplanet in die Richtung des ersten Hohlrads gedrückt wird, sind die Schrägverzahnungen des ersten Doppelplaneten in Kontakt mit den Schrägverzahnungen des ersten und des zweiten Hohlrads. Aufgrund der Vorspannung existiert ein Kontakt zwischen den Schrägverzahnungen der Hohlräder und den Schrägverzahnungen der Räder des Doppelplaneten bereits während des Anlaufens. Zusätzlich kann dieser Kontakt mittels des ersten Kraft ausübenden Elements während des Betriebs beibehalten werden, indem die Vorspannung aufrechterhalten wird, und somit kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Schrägverzahnungen vermieden werden.
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Das erste Rad und das zweite Rad des ersten Doppelplaneten sind bezüglich einander fixiert. Durch diese Fixierung ist es möglich, die erste Kraft gleichzeitig auf beide Räder des ersten Doppelplaneten auszuüben, sodass die ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Rads sowie die zweiten Seitenflächen des zweiten Rads des ersten Doppelplaneten in Kontakt mit den zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads bzw. den ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads sind.
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Eines der Hohlräder kann als ein Antrieb implementiert sein, der üblicherweise in einem Planetengetriebe verwendet wird, d. h. ein Element, das durch eine Welle angetrieben wird, wobei das andere Hohlrad als ein Abtrieb wirken kann. Da der erste Doppelplanet in Kontakt mit dem ersten Hohlrad mit dem ersten Rad ist und in Kontakt mit dem zweiten Hohlrad über das zweite Rad ist, wird die Bewegung des Hohlrads, das als Antrieb wirkt, auf das Hohlrads, das als Abtrieb wirkt, übertragen. Andere Kombinationen sind auch möglich. Beispielsweise kann ein Planetenträger vorgesehen sein, der als Antrieb wirkt. Zusätzlich kann das Planetengetriebe ein Sonnenrad aufweisen oder eines der Hohlräder kann als ein Sonnenrad wirken.
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Wenn nur ein Doppelplanet verwendet wird, können sich die zwei Hohlräder bezüglich einander bewegen. Um eine solche Bewegung zu vermeiden, kann das Planetengetriebe einen zweiten Doppelplaneten aufweisen, der ein erstes Rad mit einer Schrägverzahnung, die mit der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads kämmt, und ein zweites Rad mit einer Schrägverzahnung hat, die mit der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads kämmt, und kann ein zweites Kraft ausübendes Element aufweisen, das eine zweite Kraft in einer zweiten Richtung ausübt, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, sodass die zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Rads des zweiten Doppelplaneten in Kontakt mit den ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads sind, und dass die ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Rads des zweiten Doppelplaneten in Kontakt mit den zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads sind, wodurch eine Vorspannung auf die Hohlräder in der zweiten Rotationsrichtung bereitgestellt wird.
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Indem ein erster und ein zweiter Doppelplanet verwendet werden, kann die Stabilität in dem Planetengetriebe verbessert werden. Durch Verwendung des zweiten Doppelplaneten kann vermieden werden, dass sich der erste Doppelplanet bezüglich des ersten und des zweiten Hohlrads bewegt. Für diesen Zweck können der erste und der zweite Doppelplanet auch über einen Planetenträger gekoppelt sein. Der Planetenträger kann als ein Antrieb wirken, um eine Kraft von der Welle auf die Doppelplaneten und somit auf die Hohlräder zu übertragen.
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Das Verzahnungsspiel zwischen den zwei Hohlrädern und den Doppelplaneten wird aufgrund der Verwendung der vorgespannten Doppelplaneten vermieden. Aufgrund der Vorspannung des zweiten Doppelplaneten, die in der entgegengesetzten Richtung zu der Vorspannung des ersten Doppelplaneten ist, kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen vermieden und weiter verbessert werden. Zusätzlich kann die gleiche Verteilung der Kraft aufgrund der zwei Doppelplaneten die Hohlräder an Ort und Stelle halten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Planetengetriebe eine gerade Anzahl von Doppelplaneten auf, wobei eine erste Hälfte der Doppelplaneten in der ersten Rotationsrichtung vorgespannt ist, und wobei eine zweite Hälfte der Doppelplaneten in der zweiten Rotationsrichtung vorgespannt ist. Indem eine gerade Anzahl von Doppelplaneten vorgesehen ist, können die erste Kraft und die zweite Kraft gleichmäßig über die Anzahl der Doppelplaneten verteilt werden. Auch kann die Vorspannung in der ersten Rotationsrichtung und die Vorspannung in der zweiten Rotationsrichtung gleichmäßig verteilt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Hälfte und die zweite Hälfte der Doppelplaneten alternierend angeordnet. Dies kann die gleichmäßige Verteilung der ersten und der zweiten Kraft sowie der Vorspannung in der ersten Rotationsrichtung und der Vorspannung in der zweiten Rotationsrichtung weiter verbessern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste Kraft und die zweite Kraft höher als eine axiale Kraft, die durch das Kämmen der Schrägverzahnungen der Doppelplaneten und der Hohlräder während der Rotation ausgeübt wird. Durch eine solche Verteilung zwischen der ersten und der zweiten Kraft und den axialen Kräften kann ein elastisches Verhalten des Systems reduziert werden. Dies bedeutet, dass vermieden werden kann, dass sich die Doppelplaneten in der ersten und zweiten Richtung während des Betriebs des Planetengetriebes bewegen.
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In dem Planetengetriebe sind die erste Kraft und die zweite Kraft vorzugsweise gleich. Auch wenn eine ungerade Anzahl von Doppelplaneten verwendet wird, sind die Gesamtmenge der ersten Kraft und die Gesamtmenge der zweiten Kraft vorzugsweise gleich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Kraft ausübende Element ein Federelement, ein magnetisches Element und/oder ein hydraulisches Element sein. Auch irgendeine andere Art von Kraft ausübendem Element kann möglich sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Planetengetriebe des Weiteren zumindest ein Kraft ausübendes Beschränkungselement auf, um eine Bewegung der Doppelplaneten in eine Richtung zu erlauben, wobei insbesondere eine Bewegung in der anderen Richtung geblockt werden kann. Das Kraft ausübende Beschränkungselement kann verwendet werden, um es den Doppelplaneten zu erlauben, sich nur in der Richtung der ersten Kraft und der zweiten Kraft zu bewegen, wobei die andere Richtung geblockt ist.
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Das Verriegelungselement kann aus einem Rastmechanismus bestehen, der einen Kraft- oder Formschluss verwenden kann. Ein solcher Mechanismus kann auf prinzipiellen Lösungen wie selbsthemmenden Nocken oder asymmetrischen Zähnen basieren.
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Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Es sollte des Weiteren beachtet werden, dass ein Fachmann die dargestellten Merkmale einzeln betrachten oder verwenden oder die dargestellten Merkmale anderweitig als angegeben kombinieren kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung auszuweiten.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mittels Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren gezeigt sind. Die gezeigten Ausführungsformen sind nur exemplarisch und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang zu beschränken. Der Schutzumfang wird lediglich durch die angehängten Ansprüche definiert.
- 1 zeigt eine Draufsicht eines Planetengetriebes; und
- 2 zeigt eine Schnittansicht des Planetengetriebes von 1.
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Im Folgenden sind dieselben oder ähnlich wirkende Elemente mit denselben Bezugszeichen angegeben.
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1 zeigt ein Planetengetriebe 1, das ein erstes Hohlrad 2 und ein zweites Hohlrad 4 aufweist. Das Planetengetriebe 1 weist des Weiteren einen ersten Doppelplaneten 6, einen zweiten Doppelplaneten 8, einen dritten Doppelplaneten 10 und einen vierten Doppelplaneten 12 auf. Die Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 können mittels eines Planetenträgers (nicht gezeigt) gekoppelt werden, der zwischen den Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 angeordnet sein kann. Das Planetengetriebe 1 kann auch nur einen Doppelplaneten 6 oder irgendeine andere Anzahl von Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 aufweisen. Des Weiteren kann ein Sonnenrad (nicht gezeigt) zusätzlich zu oder als ein Ersatz für eines oder beide Hohlräder verwendet werden.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist das erste Hohlrad 2 größer als das zweite Hohlrad 4. Das erste Hohlrad 2 kann als ein Antrieb wirken und das zweite Hohlrad 4 kann als ein Abtrieb wirken. Andere Ausführungsformen sowie Proportionen der Hohlräder 2, 4 und der Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 sind auch möglich.
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Die Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 weisen jeweils zwei Räder 14, 16; 18, 20; 22, 24; 26, 28 auf. Die ersten Räder 14, 18, 22, 26 sind in Kontakt mit dem ersten Hohlrad 2 und die zweiten Räder 16, 20, 24, 28 sind in Kontakt mit dem zweiten Hohlrad 4. Aufgrund dieses Kontakts zwischen den Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 und den Hohlrädern 2, 4 wird eine Bewegung des ersten Hohlrads 2 in einer ersten Rotationsrichtung 30 oder einer zweiten Rotationsrichtung 32 auf das zweite Hohlrad 4 übertragen und umgekehrt. Die Rotationsrichtungen 30, 32 der Hohlräder 2, 4 sind durch Pfeile 30, 32 in den Figuren angegeben.
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2 zeigt Schnittansichten jedes Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 in Kombination mit den Hohlrädern 2, 4. Wie in 2 gesehen werden kann, haben die Hohlräder 2, 4 und die Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 jeweils eine Schrägverzahnung 34. Jede Schrägverzahnung 34 hat eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche, die entgegengesetzt zu der ersten Seitenfläche ist. Eine Oberflächennormale der ersten Seitenflächen ist in die erste Rotationsrichtung 30 des ersten und des zweiten Hohlrads 2, 4 gerichtet und eine Oberflächennormale der zweiten Seitenflächen ist in die zweite Rotationsrichtung 32 der Hohlräder 2, 4 gerichtet.
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Wenn die Räder (die Hohlräder 2, 4 und somit auch die Räder 14, 16; 18, 20; 22, 24; 26, 28 der Doppelplaneten 6, 8, 10, 12) ihre Rotationsrichtung 30, 32 ändern, d. h. eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung durchführen und/oder eine oszillierende Bewegung zwischen den zwei Rotationsrichtungen durchführen, kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen 34 ein ungleiches Bewegungsprofil der Räder verursachen.
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Um das Verzahnungsspiel zwischen den Schrägverzahnungen 34 der Räder 14, 16; 18, 20; 22, 24; 26, 28 der Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 und der Hohlräder 2, 4 zu minimieren, können ein oder mehrere Kraft ausübende Elemente 36, 38 vorgesehen sein. Ein erstes Kraft ausübendes Element 36 übt eine erste Kraft in einer ersten Richtung aus und ein zweites Kraft ausübendes Element 38 übt eine zweite Kraft in einer zweiten Richtung aus, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind senkrecht zu der ersten und der zweiten Rotationsrichtung 30, 32.
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In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform wird die erste Kraft auf den ersten und den vierten Doppelplaneten 6, 12 ausgeübt und die zweite Kraft wird auf den zweiten und den dritten Doppelplaneten 8, 10 ausgeübt. Aufgrund der ersten Kraft sind die ersten Seitenflächen der Schrägverzahnungen 34 der ersten Räder 14, 26 des ersten und des vierten Doppelplaneten 6, 12 in Kontakt mit den zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads 2. Zusätzlich sind die zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnungen 34 der zweiten Räder 16, 28 des ersten und des vierten Doppelplaneten 6, 12 in Kontakt mit den ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads 4. Aufgrund dieses Kontakts wird eine Vorspannung auf die Hohlräder 2, 4 in der ersten Rotationsrichtung 30 bereitgestellt.
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Zusätzlich sind aufgrund der zweiten Kraft die zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnungen 34 der ersten Räder 18, 22 des zweiten und des dritten Doppelplaneten 8, 10 in Kontakt mit den ersten Seitenflächen der Schrägverzahnung des ersten Hohlrads 2. Zusätzlich sind die ersten Seitenflächen der Schrägverzahnungen 34 der zweiten Räder 20, 24 des zweiten und des dritten Doppelplaneten 8, 10 in Kontakt mit den zweiten Seitenflächen der Schrägverzahnung des zweiten Hohlrads 4. Aufgrund dieses Kontakts wird eine Vorspannung auf die Hohlräder 2, 4 in der zweiten Rotationsrichtung 32 bereitgestellt.
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Indem der erste und der vierte Doppelplanet 6, 12 in die Richtung des ersten Hohlrads 2 gedrückt werden, sind die Schrägverzahnungen 34 des ersten und des vierten Doppelplaneten 6, 12 in Kontakt mit den Schrägverzahnungen des ersten und des zweiten Hohlrads 2, 4. Indem der zweite und der dritte Doppelplanet 8, 10 in die Richtung des zweiten Hohlrads 4 gedrückt werden, sind die Schrägverzahnungen 34 des zweiten und des dritten Doppelplaneten 8, 10 in Kontakt mit den Schrägverzahnungen des ersten und des zweiten Hohlrads 2, 4.
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Aufgrund dieser Vorspannung existiert ein Kontakt zwischen den Schrägverzahnungen 34 der Hohlräder 2, 4 und den Schrägverzahnungen 34 der Räder 14, 16; 18, 20; 22, 24; 26, 28 der Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 bereits während des Anlaufens. Zusätzlich kann dieser Kontakt mittels der Kraft ausübenden Elemente 36, 38 während des Betriebs beibehalten werden, indem die Vorspannung aufrechterhalten wird, und somit kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Schrägverzahnungen 34 vermieden werden.
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Die Kraft ausübenden Elemente 36, 38 können beispielsweise als Federn, magnetische Elemente, hydraulische Elemente oder irgendeine andere Art von Element implementiert werden, das in der Lage ist, eine Kraft auf die Doppelplaneten 6, 8, 10, 12 auszuüben. Vorzugsweise ist die Gesamtmenge der ersten Kraft, die durch die ersten Kraft ausübenden Elemente 36 ausgeübt wird, und die Gesamtmenge der zweiten Kraft, die durch die zweite Kraft ausübenden Elemente 38 ausgeübt wird, gleich.
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Aufgrund der Vorspannung der Doppelplaneten bezüglich der Hohlräder in der ersten und/oder der zweiten Rotationsrichtung kann ein Verzahnungsspiel zwischen den Verzahnungen der Doppelplaneten und der Hohlräder minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetengetriebe
- 2
- erstes Hohlrad
- 4
- zweites Hohlrad
- 6
- erster Doppelplanet
- 8
- zweiter Doppelplanet
- 10
- dritter Doppelplanet
- 12
- vierter Doppelplanet
- 14
- erstes Rad des ersten Doppelplaneten
- 16
- zweites Rad des ersten Doppelplaneten
- 18
- erstes Rad des zweiten Doppelplaneten
- 20
- zweites Rad des zweiten Doppelplaneten
- 22
- erstes Rad des dritten Doppelplaneten
- 24
- zweites Rad des dritten Doppelplaneten
- 26
- erstes Rad des vierten Doppelplaneten
- 28
- zweites Rad des vierten Doppelplaneten
- 30
- erste Rotationsrichtung
- 32
- zweite Rotationsrichtung
- 34
- Schrägverzahnung
- 36
- erstes Kraft ausübendes Element
- 38
- zweites Kraft ausübendes Element
