DE102023100033A1 - planetary gear - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe (7) umfassend eine erste Getriebestufe (19) und eine zweite Getriebestufe (20), die ein schrägverzahntes erstes bzw. zweites Sonnenrad (22, 28), ein schrägverzahntes erstes bzw. zweites Hohlrad (23, 29) und mehrere schrägverzahnte erste bzw. zweite Planetenräder (24, 30) umfasst, wobei die Schrägverzahnungen (25 bis 27) der ersten Getriebestufe (19) einen ersten Schrägungswinkel (34) aufweisen, der entgegensetzt zu einem zweiten Schrägungswinkel (35) der Schrägverzahnungen (31 bis 33) der zweiten Getriebestufe (20) ausgebildet ist, die ersten und zweiten Planetenräder (24, 30) auf einem gemeinsamen Planetenträger (36) angeordnet sind, und das erste und das zweite Sonnenrad (22, 28) auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, und wobei die ersten Planetenräder (24) in Umfangsrichtung (40) relativ zu den zweiten Planetenräder (30) verdrehbar sind. The invention relates to a planetary gear (7) comprising a first gear stage (19) and a second gear stage (20), which comprises a helical first and second sun wheel (22, 28), a helical first and second ring gear (23, 29) and a plurality of helical first and second planet wheels (24, 30), the helical gears (25 to 27) of the first gear stage (19) having a first helix angle (34). , which is opposite to a second helix angle (35) of the helical gearing (31 to 33) of the second gear stage (20), the first and second planet gears (24, 30) are arranged on a common planet carrier (36), and the first and second sun gear (22, 28) are arranged on a common shaft, and the first planet gears (24) can be rotated relative to the second planet gears (30) in the circumferential direction (40).
Description
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe umfassend eine erste Getriebestufe und eine zweite Getriebestufe, die in der Axialrichtung neben der ersten Getriebestufe angeordnet ist, wobei die erste Getriebestufe ein schrägverzahntes erstes Sonnenrad, ein schrägverzahntes erstes Hohlrad und mehrere schrägverzahnte erste Planetenräder, die mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad in kämmenden Eingriff stehen, umfasst, die zweite Getriebestufe ein schrägverzahntes zweites Sonnenrad, ein schrägverzahntes zweites Hohlrad und mehrere schrägverzahnte zweite Planetenräder, die mit dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad in kämmenden Eingriff stehen, umfasst, die Schrägverzahnungen der ersten Getriebestufe einen ersten Schrägungswinkel aufweisen, der entgegensetzt zu einem zweiten Schrägungswinkel der Schrägverzahnungen der zweiten Getriebestufe ausgebildet ist, die ersten und zweiten Planetenräder auf einem gemeinsamen Planetenträger angeordnet sind, und das erste und das zweite Sonnenrad auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, und vorzugsweise das erste und das zweite Hohlrad feststehend angeordnet sind.The invention relates to a planetary gear comprising a first gear stage and a second gear stage, which is arranged next to the first gear stage in the axial direction, wherein the first gear stage comprises a helical first sun gear, a helical first ring gear and a plurality of helical first planetary gears which mesh with the first sun gear and the first ring gear, the second gear stage comprises a helical second sun gear, a helical second ring gear and a plurality of helical second planetary gears which are connected to the second sun gear and the second ring gear are in meshing engagement, comprises, the helical gears of the first gear stage have a first helix angle which is opposite to a second helix angle of the helical gears of the second gear stage, the first and second planet gears are arranged on a common planet carrier, and the first and the second sun gear are arranged on a common shaft, and preferably the first and the second ring gear are arranged fixed.
Weiter betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung umfassend ein Axialkraftelement und ein Planetengetriebe, wobei das Axialkraftelement eine Axialkraft auf das Planetengetriebe ausübt.The invention further relates to a drive device comprising an axial force element and a planetary gear, the axial force element exerting an axial force on the planetary gear.
Zudem betrifft die Erfindung ein Exoskelett umfassend ein Gelenk, das mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist oder dieses aufweist.In addition, the invention relates to an exoskeleton comprising a joint that is connected to or has a drive device.
Bekanntlich ist zwischen kämmenden Zahnrädern normalerweise ein Spiel, das sogenannte Zahnflankenspiel, ausgebildet. In vielen technischen Anwendungen ist dieses nicht störend bzw. verschleißbedingt sogar erwünscht. Es gibt auch anderen technische Anwendungen, bei denen ein Zahnflankenspiel störend ist, weil damit Bewegungen zeitverzögert weitergegeben werden bzw. Drehmomente zeitverzögert übertragen werden. Beispielsweise wäre es wünschenswert bei einem sogenannten Exoskelett eine unmittelbare Drehmomentübertragung in Gelenken zu ermöglichen.As is known, a game, the so-called backlash, is normally formed between meshing gears. In many technical applications, this is not a problem or is even desirable due to wear. There are also other technical applications in which backlash is disruptive because movements are transmitted with a time delay or torques are transmitted with a time delay. For example, it would be desirable in a so-called exoskeleton to enable direct torque transmission in joints.
Im Stand der Technik zu Getrieben wurden unter anderem schon Planetengetriebe mit mehreren Stufen schrägverzahnter Zahnräder beschrieben.In the prior art of gears, planetary gears with several stages of helical gears have already been described, among other things.
So beschreibt beispielsweise die
Schrägverzahnte Planetengetriebe mit jeweils zwei Zahnrädern mit entgegengesetzter Schrägverzahnung sind auch aus der
Weiter ist aus dem Stand der Technik zu Getrieben bekannt, ein Planetengetriebe mit einer Axialflussmaschine zu kombinieren. Beispielsweise beschreibt die
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Drehmomentübertragung eines Getriebes an sich und insbesondere auch in einem Exoskelett zu verbessern.The present invention is based on the object of improving the torque transmission of a transmission per se and in particular also in an exoskeleton.
Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Planetengetriebe dadurch gelöst, dass die ersten Planetenräder in Umfangsrichtung relativ zu den zweiten Planetenräder verdrehbar sind.The object is achieved with the planetary gear mentioned at the outset in that the first planetary gears can be rotated in the circumferential direction relative to the second planetary gears.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Antriebsvorrichtung gelöst, bei der das Planetengetriebe erfindungsgemäß ausgebildet ist.Furthermore, the object of the invention is achieved with the drive device mentioned at the outset, in which the planetary gear is designed according to the invention.
Zudem wird die Aufgabe der Erfindung mit dem eingangs genannten Exoskelett gelöst, das mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattet ist.In addition, the object of the invention is achieved with the exoskeleton mentioned at the outset the drive device according to the invention is equipped.
Von Vorteil ist dabei, dass durch die Verdrehbarkeit der Planetenräder bei Anliegen einer Axialkraft an der Eingangswelle des Planetengetriebes dieses spielfrei betrieben werden kann. Je nach Größe des Schrägungswinkels und der Axialkraft kann der Punkt des Durchlaufs des Drehflankenspiels verändert werden. Unter der Normalbedingungen wird dieser Punkt nicht erreicht. Somit ist das Getriebe als spielfrei anzusehen. Bei konstanter Drehzahl der Sonnenräder und mit wechselndem Abtriebs Moment von z.B. ±150 Nm (je nach Auslegung des Getriebes) kommt es zu keinem Durchlaufen des Drehflankenspiels. Das an der Eingangswelle des Planetengetriebes anliegende Drehmoment kann also unmittelbar, d.h. ohne Verzögerung aufgrund eines Drehflankenspiels, auf die Ausgangswelle des Planetengetriebes übertragen werden.The advantage here is that due to the rotatability of the planet gears when an axial force is applied to the input shaft of the planetary gear, the latter can be operated without play. Depending on the size of the helix angle and the axial force, the point of passage of the rotary backlash can be changed. This point is not reached under normal conditions. The gear can therefore be regarded as free of play. With a constant speed of the sun gears and with changing output torque of e.g. ±150 Nm (depending on the design of the gearbox), there is no running through of the backlash. The torque applied to the input shaft of the planetary gear can therefore be transmitted directly, i.e. without delay due to backlash, to the output shaft of the planetary gear.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments vorgesehen sein, dass der Absolutwert des ersten Schrägungswinkel und/oder des zweiten Schrägungswinkels ausgewählt ist aus einem Bereich von 1° bis 45°.According to an embodiment variant of the invention, in order to increase the transmissible torque, it can be provided that the absolute value of the first helix angle and/or the second helix angle is selected from a range of 1° to 45°.
Bevorzugt kann nach weiteren Ausführungsvarianten vorgesehen sein, dass der Absolutwert des ersten Schrägungswinkels um maximal ± 0,5° vom Absolutwert des zweiten Schrägungswinkels abweicht, bzw. dass der erste Schrägungswinkel genau gegengleich zum zweiten Schrägungswinkel ausgebildet ist. Es kann damit bei einem Richtungswechsel des Drehmoments und/oder der Drehzahl die Lastverteilung innerhalb der beiden Planetengetriebestufen verbessert werden.According to further embodiment variants, provision can preferably be made for the absolute value of the first helix angle to deviate by a maximum of ±0.5° from the absolute value of the second helix angle, or for the first helix angle to be exactly the opposite of the second helix angle. It can be improved with a change of direction of the torque and / or the speed, the load distribution within the two planetary gear stages.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erste Sonnenrad und/oder das zweite Sonnenrad in der Axialrichtung verschiebbar angeordnet ist/sind. Es kann damit erreicht werden, dass bei einem Antrieb des Planetenträgers (mit einem zu großen Drehmoment, z.B. mit einem Drehmoment von größer 150 Nm), ein Flankenwechsel im Planetengetriebe erfolgt, das Drehflankenspiel durchlaufen und eine Axialbewegung des Sonnenrades/der Sonnenräder mit der Eingangswelle (Motorwelle) des Planetengetriebes erfolgt. Mit dieser Ausführungsvariante kann also dem Planetengetriebe eine höhere Ausfallsicherheit verliehen werden. Die Gesamtaxialbewegung kann durch das maximale Summendrehflankenspiel des Planetengetriebes bestimmt werden. Auf das Summendrehflankenspiel kann auch über die relative Position der beiden Hohlräder zueinander Einfluss genommen werden.According to a further embodiment variant of the invention, it can be provided that the first sun wheel and/or the second sun wheel is/are arranged to be displaceable in the axial direction. This means that when the planet carrier is driven (with too much torque, e.g. with a torque of more than 150 Nm), there is a flank change in the planetary gear, the rotational backlash is run through and an axial movement of the sun gear(s) takes place with the input shaft (motor shaft) of the planetary gear. With this embodiment variant, the planetary gear can be given greater reliability. The total axial movement can be determined by the maximum cumulative backlash of the planetary gear. The total rotational backlash can also be influenced by the relative position of the two ring gears to one another.
Nach weiteren Ausführungsvarianten kann vorgesehen sein, dass eine Breite der ersten Getriebestufe in der Axialrichtung gleich groß oder ungleich groß ist, zu einer Breite der zweiten Getriebestufe in der Axialrichtung. Das Planetengetriebe kann damit hinsichtlich der Festigkeiten und des Gewichts der Getriebestufen besser an die jeweilige Anwendung angepasst werden.According to further embodiment variants, it can be provided that a width of the first gear stage in the axial direction is the same or different than a width of the second gear stage in the axial direction. The planetary gear can thus be better adapted to the respective application with regard to the strength and the weight of the gear stages.
Innerhalb einer Stufe kann gemäß bevorzugter Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass Breiten der Verzahnungen des ersten Sonnenrads, des ersten Hohlrades und der ersten Planetenräder um maximal ± 5 % abweichen, insbesondere gleich groß sind und/oder dass Breiten der Verzahnungen des zweiten Sonnenrads, des zweiten Hohlrades und der zweiten Planetenräder um maximal ± 5 % abweichen, insbesondere gleich groß sind. Es kann damit die Ausbildung der Spielfreiheit des Planetengetriebes verbessert werden.According to preferred embodiment variants of the invention, it can be provided within a stage that the widths of the toothing of the first sun gear, the first ring gear and the first planetary gears deviate by a maximum of ±5%, in particular are the same and/or that the widths of the toothing of the second sun gear, the second ring gear and the second planetary gears differ by a maximum of ±5%, in particular are the same. It can thus be improved the formation of backlash of the planetary gear.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest eines von den ersten Planetenrädern und den zweiten Planetenrädern ausschließlich mit einem Radiallager gelagert ist, womit der Verschleiß innerhalb des Planetengetriebes reduziert werden kann. In der Anwendung des Planetengetriebes in einer Axialflussmaschine kann damit der Vorteil erreicht werden, dass die Axialflussmaschine kein Axiallager am Rotor benötigt, womit der Wirkungsgrad der Axialflussmaschine verbessert werden kann. Die Axialkraft kann dabei im Planetengetriebe aufgenommen werden.According to another embodiment variant of the invention, it can be provided that at least one of the first planetary gears and the second planetary gears is mounted exclusively with a radial bearing, with which the wear within the planetary gear can be reduced. In the application of the planetary gear in an axial flow machine, the advantage can thus be achieved that the axial flow machine does not require an axial bearing on the rotor, with the result that the efficiency of the axial flow machine can be improved. The axial force can be absorbed in the planetary gear.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Axialkraftelement ein Federelement oder eine Axialflussmaschine ist, womit die Antriebsvorrichtung mit an dem Planetengetriebe permanent anliegender Axialkraft ausgebildet werden kann. Das Planentengetriebe kann damit permanent vorgespannt (also spielfrei) vorliegen, womit das Anliegen eines Eingangsdrehmoments unmittelbar in ein Ausgangsdrehmoment übertragen wird.According to one embodiment variant of the drive device, it can be provided that the axial force element is a spring element or an axial flow machine, with which the drive device can be designed with an axial force that is permanently applied to the planetary gear. The planetary gear can thus be permanently prestressed (that is, free of play), so that the application of an input torque is directly transferred to an output torque.
Zur Reduktion der Baugröße der Antriebsvorrichtung kann nach weiteren Ausführungsvarianten der Erfindung vorgesehen sein, dass das Axialkraftelement und das Planetengetriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und/oder dass die Axialflussmaschine eine Welle aufweist, auf der ein Rotor der Axialflussmaschine angeordnet ist, und das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad des Planetengetriebes auf dieser Welle der Axialflussmaschine angeordnet sind.To reduce the overall size of the drive device, according to further embodiment variants of the invention, it can be provided that the axial force element and the planetary gear are arranged in a common housing and/or that the axial flux machine has a shaft on which a rotor of the axial flux machine is arranged, and the first sun wheel and the second sun wheel of the planetary gear are arranged on this shaft of the axial flux machine.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.For a better understanding of the invention, it is explained in more detail with reference to the following figures.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
-
1 ein Exoskelett; -
2 eine Ausführungsvariante eine Antriebsvorrichtung in Seitenansicht geschnitten; -
3 ein Planetengetriebe in Schrägansicht; -
4 ein Planetengetriebe in Seitenansicht, teilweise geschnitten; -
5 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Planetengetriebes; -
6 eine Draufsicht auf eine Sonnenradpaar; -
7 eine Ausführungsvariante einer Antriebsvorrichtung.
-
1 an exoskeleton; -
2 a variant embodiment of a drive device in side view; -
3 a planetary gear in oblique view; -
4 a planetary gear in side view, partially sectioned; -
5 a schematic representation of the operation of the planetary gear; -
6 a plan view of a sun gear pair; -
7 an embodiment variant of a drive device.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.As an introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numbers or the same component designations, it being possible for the disclosures contained throughout the description to be applied to the same parts with the same reference numbers or the same component designations. The position information selected in the description, such as top, bottom, side, etc., is related to the figure directly described and shown and these position information are to be transferred to the new position in the event of a change of position.
In
Ein Exoskelett (auch als Außenskelett bezeichenbar) im Sinne der Erfindung ist eine (mechanische) Stützstruktur, die u.a. Meschen (bzw. allgemein Organismen, also beispielsweise auch Tiere) bei der Verrichtung von Tätigkeiten bzw. Bewegungen unterstützen bzw. diese verstärken. Das Einsatzgebiet von Exoskeletten ist sehr weitreichend und umfasst neben medizinischen auch militärischen Einsatzmöglichkeiten sowie Einsatzmöglichkeiten bei der Verrichtung von Arbeiten, wie z.B. das Heben von schweren Lasten.An exoskeleton (also referred to as an outer skeleton) within the meaning of the invention is a (mechanical) support structure which, among other things, supports or strengthens people (or organisms in general, i.e. also animals) in performing activities or movements. The field of application of exoskeletons is very extensive and includes not only medical but also military applications as well as applications in the performance of work, such as lifting heavy loads.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in
Zudem sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auch für andere Zwecke verwendet werden kann, insbesondere in Anwendungen, für die eine unmittelbare, also nicht zeitverzögerte, Übertragung von Drehbewegungen bzw. Drehmomenten wünschenswert ist, wie beispielsweise in Aktuatoren, Anwendungen im Bereich der Robotik generell, Präzisionsgetriebe, Positioniervorrichtungen, etc. Die Erfindung ist also nicht auf Exoskelette 1 beschränkt.It should also be pointed out that the invention can also be used for other purposes, particularly in applications for which a direct, i.e. not time-delayed, transmission of rotary movements or torques is desirable, such as in actuators, applications in the field of robotics in general, precision gears, positioning devices, etc. The invention is therefore not limited to
Das Exoskelett 1 umfasst eine Stützstruktur 2 bzw. besteht daraus. Die Stützstruktur umfasst ein oder mehrere Profilelemente 3. Zumindest einzelne oder alle Profilelemente sind über ein Gelenk 4 mit einem der weiteren Profilelemente 3 der Stützstruktur 2 verbunden, sodass beispielsweise die Bewegung eines Armes teilweise nachgeahmt werden kann. Das Gelenk 4 oder die Gelenke 4 (es können im Rahmen der Erfindung ein gelenk 4 oder mehrere Gelenke 4 strukturell gleich aufgebaut sein) ist mit einer Antriebsvorrichtung 5 verbunden oder weist eine Antriebsvorrichtung 5 auf. Eine Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung 5 ist in
Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst ein Axialkraftelement 6 und ein Planentengetriebe 7 bzw. besteht daraus. Das Axialkraftelement 6 ist mit dem Planentengetriebe 7 wirkungsverbunden, sodass es eine Axialkraft 8 auf das Planetengetriebe 7 ausübt, wie dies in
In der in
Bevorzugt ist in der Axialrichtung 9 dem Rotor 12 nachfolgend das Planetengetriebe 7 angeordnet, sodass also der Rotor 12 zwischen dem Planetengetriebe 7 und dem Stator 10 angeordnet ist. Ein Abstand 14 zwischen dem Rotor 12 und dem Planetengetriebe 7 kann beispielsweise zwischen 0,5 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 5 mm, betragen.The
Der zumindest eine Stator 10 und der zumindest eine Rotor 12 sind bevorzugt in einem Gehäuse 15 angeordnet, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren Lagerelementen 16, wie beispielsweise Kugellager bzw. generell Wälzlager oder Gleitlager, drehgelagert ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung 5 ist auch das Planetengetriebe 7 in dem Gehäuse 15 des Axialkraftelementes 6 angeordnet, also in der in
Der Rotor 12 bzw. die Rotoren 12 ist/sind auf einer Welle 17 drehfest angeordnet, sodass sich der Rotor 12 oder die Rotoren 12 unter dem Einfluss der magnetischen Wechselpole der elektromagnetischen Wicklung 11 drehen können. Die Welle 17 ist mit zwei oder mehreren Lagerelementen 18 (beispielsweise Kugellager bzw. generell Wälzlager oder Gleitlager) drehbar gelagert angeordnet. Die Lagerelemente 18 können im Gehäuse 15 abgestützt angeordnet sein. Durch die Drehbewegung des zumindest einen Rotors 12 wird die Welle 17 angetrieben. Diese Drehbewegung bewirkt in weiterer Folge den Antrieb des Planetengetriebes 7.The
Das Planetengetriebe 7 ist besser aus den
Das Planetengetriebe 7 ist als sogenanntes zweistufiges Getriebe ausgeführt und umfasst eine erste Getriebestufe 19 und eine zweite Getriebestufe 20. Die zweite Getriebestufe 20 ist in der Axialrichtung 9 neben der ersten Getriebestufe 19 angeordnet. Ein Abstand 21 zwischen der ersten und der zweiten Getriebestufe 19, 20 kann zwischen 0,2 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 5 mm, betragen.The
Die erste Getriebestufe 19 umfasst ein erstes Sonnenrad 22, ein erstes Hohlrad 23 und mehrere erste, vorzugsweise symmetrisch angeordnete, Planetenräder 24. In der konkret dargestellten Ausführungsvariante sind drei erste Planetenräder 24 vorgesehen. Es können aber auch weniger oder mehr als drei erste Planetenräder 24 vorgesehen werden, beispielsweise nur zwei oder vier oder fünf, etc.The
Das erste Sonnenrad 22 ist das radial innerste Zahnrad und ist von den ersten Planetenrädern 24 umgeben. Die ersten Planetenräder 24 sind von dem ersten Hohlrad 23 umgeben, wie dies aus den
Das erste Sonnenrad 22 weist an einer äußeren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 25 auf. Die ersten Planentenräder 24 weisen jeweils an einer äußeren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 26 auf. Das erste Hohlrad 23 weist an einer inneren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 27 auf. Damit steht das erste Sonnenrad 22 über die Schrägverzahnung 25 in kämmenden Eingriff mit den Schrägverzahnungen 26 der ersten Planetenräder 24. Die Schrägverzahnungen 26 der ersten Planetenräder 24 stehen in kämmenden Eingriff mit der Schrägverzahnung 27 des ersten Hohlrades 23. Die Schrägverzahnungen 26 der ersten Planetenräder 24 sind gegengleich, insbesondere genau gegengleich, verlaufend ausgebildet, wie die Schrägverzahnungen 26, 28 des ersten Sonnenrades 22 und des ersten Hohlrades 23.The
Die zweite Getriebestufe 20 umfasst ein zweites Sonnenrad 28, ein zweites Hohlrad 29 und mehrere zweite, vorzugsweise symmetrisch angeordnete, Planetenräder 30. In der konkret dargestellten Ausführungsvariante sind drei zweite Planetenräder 30 vorgesehen. Es können aber auch weniger oder mehr als drei zweite Planetenräder 30 vorgesehen werden, beispielsweise nur zwei oder vier oder fünf, etc.The
Das zweite Sonnenrad 28 ist das radial innerste Zahnrad und ist von den zweiten Planetenrädern 30 umgeben. Die zweiten Planetenräder 30 sind von dem zweiten Hohlrad 29 umgeben, wie dies aus den
Das zweite Sonnenrad 28 weist an einer äußeren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 31 auf. Die zweiten Planentenräder 30 weisen jeweils an einer äußeren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 32 auf. Das zweite Hohlrad 29 weist an einer inneren Mantelfläche eine Schrägverzahnung 33 auf. Damit steht das zweite Sonnenrad 28 über die Schrägverzahnung 31 in kämmenden Eingriff mit den Schrägverzahnungen 32 der zweiten Planetenräder 30. Die Schrägverzahnungen 32 der zweiten Planetenräder 30 stehen in kämmenden Eingriff mit der Schrägverzahnung 33 des zweiten Hohlrades 29. Die Schrägverzahnungen 33 der zweiten Planetenräder 30 sind gegengleich, insbesondere genau gegengleich, verlaufend ausgebildet, wie die Schrägverzahnungen 31, 33 des zweiten Sonnenrades 28 und des zweiten Hohlrades 29.The
Die (alle) Schrägverzahnungen 25 - 27 der ersten Getriebestufe 19 weisen einen ersten Schrägungswinkel 34 auf, der entgegensetzt zu einem zweiten Schrägungswinkel 35 der (aller) Schrägverzahnungen32 - 34 der zweiten Getriebestufe 20 ausgebildet ist. Es ist damit gemeint, dass das erste und das zweite Sonnenrad 22, 28 einen ersten bzw. zweiten Schrägungswinkel 34, 35 aufweisen, die entgegensetzt sind, die ersten und die zweiten Planetenräder 24, 30 einen ersten bzw. zweiten Schrägungswinkel 34, 35 aufweisen, die entgegensetzt sind, und die ersten und zweiten Hohlräder 23, 29 einen ersten bzw. zweiten Schrägungswinkel 34, 35 aufweisen, die entgegensetzt sind. Somit bilden jeweils zusammengehörende Zahnräder der ersten und der zweiten Getriebestufe 19, 20 eine Pfeilverzahnung aus, also beispielsweise das erste Sonnenrad 22 mit dem zweiten Sonnenrad 28.The (all) helical gears 25 - 27 of the
Der Absolutwert des ersten Schrägungswinkel 34 und/oder des zweiten Schrägungswinkels 35 kann ausgewählt ist aus einem Bereich von 1° bis 45°. In der bevorzugten Ausführungsvariante ist der Absolutwert des ersten Schrägungswinkel 34 und/oder des zweiten Schrägungswinkels 35 ausgewählt ist aus einem Bereich von 5° bis 30°.The absolute value of the
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Planetengetriebes 7 kann vorgesehen sein, dass der Absolutwert des ersten Schrägungswinkels 34 um maximal ± 0,5°, insbesondere um maximal ± 0,1°, vom Absolutwert des zweiten Schrägungswinkels 35 abweicht. Besonders bevorzugt ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Planetengetriebes der erste Schrägungswinkel 34 genau gegengleich zum zweiten Schrägungswinkel 35 ausgebildet.According to a preferred embodiment variant of the
Die ersten und zweiten Planetenräder 24, 30 sind auf einem gemeinsamen Planetenträger 36 angeordnet. An dem Planetenträger 36 sind Planetenachsen 37 angeordnet. Der Anzahl an Planetenachsen 37 entspricht der Anzahl an Paaren aus ersten und zweiten Planetenrädern 24, 30, sodass also pro Planetenachse 37 ein erstes Planetenrad 24 und ein zweites Planetenrad 30 angeordnet ist, die zusammen wieder eine Pfeilverzahnung ausbilden.The first and
Wie besser aus
Das erste und das zweite Sonnenrad 22, 28 sind auf einer gemeinsamen Welle drehfest angeordnet. Insbesondere kann dies die Welle 17 der Axialflussmaschine sein, sodass der zumindest eine Rotor 12 (siehe
Weiter sind das erste und das zweite Hohlrad 23, 20 vorzugsweise feststehend angeordnet. Insbesondere können das erste und das zweite Hohlrad 23, 20 im Gehäuse 15 der Axialflussmaschine oder in einem davon gesondert vorgesehenen Getriebegehäuse fixiert angeordnet sein.Next, the first and the
Es ist nun vorgesehen, dass die ersten Planetenräder 24 in einer Umfangsrichtung 40 relativ zu den zweiten Planetenräder 30 verdrehbar sind. Es wird damit bei Anliegen einer Axialkraft an dem Planetengetriebe 7 eine im Betrieb spielfreie Ausführung des Planetengetriebes 7 erreicht, wie dies bereits voranstehend ausgeführt wurde. Die Spielfreiheit kann insbesondere auch bei einer Umkehr der Drehrichtung (Bewegungsrichtung des Gelenks 4 des Exoskeletts 1, siehe
Betreffend die Ausbildung Spielfreiheit sei auf die
Die Zähne (in
Zum Unterschied dazu ermöglicht die relative Verdrehbarkeit der ersten zu den zweiten Planetenräder 24, 30 die spielfreie (gleichzeitige) Anlage der Zähne der Schrägverzahnungen 33 der zweiten Planentenräder 30 auf den jeweils anderen Zahnflanken der Schrägverzahnung 31 des zweiten Sonnenrades 28 und der Schrägverzahnung 33 des zweiten Hohlrades 29. Mit anderen Worten stehen gleichzeitig im Betrieb die Schrägverzahnungen 25 - 27 der ersten Getriebestufe 19 miteinander und die die Schrägverzahnungen 31 - 33 der zweiten Getriebestufe 20 miteinander im kämmenden Eingriff.In contrast to this, the relative rotatability of the first to the second
Zur Verdeutlichung der Spielfreiheit sei auch auf die
Die relative Verdrehung der ersten zu den zweiten Planetenräder 24, 30 erfolgt bei Anliegen eine Axialkraft an dem Planentengetriebe 7, womit die Schrägverzahnungen 25 - 27 und 31 - 33 der ersten und zweiten Getriebestufe 19, 20 (selbständig) verspannt werden.The relative rotation of the first to the second planet gears 24, 30 occurs when an axial force is applied to the
Von Vorteil ist dabei auch, dass das erste Sonnenrad 22, das sich auf der gemeinsamen Welle mit dem zweiten Sonnenrad 28 befindet, nicht so stark verspannt bzw. belastet wird, da das zweite Sonnenrad 28 unterstützend für das erste Sonnenrad 22 wirkt.It is also advantageous that the
Das Planetengetriebe 7 kann bis zu einem vordefinierbaren Wert an übertragbarem maximalen Drehmoment, beispielswiese bis 150 Nm, spielfrei eingestellt werden, sodass bei Überschreiten dieses Wertes die Spielfreiheit verloren geht. Es kann damit eine Sicherheit für das Planetengetriebe 7 gegen Überlastung erreicht werden. Die Höhe des maximalen Drehmoments kann über die Größe der Schrägungswinkel 34, 35 und/oder über die Zahnform eingestellt werden. Beispielsweise kann mit kleiner werdendem Schrägungswinkel 34, 35 das spielfreie Maximalmoment bei konstanter Axialkraft erhöht werden. Mit größer werdenden Wälzkreisdurchmesser (also der Veränderung der Zahnform) des ersten Sonnenrades 22 und/oder des zweiten Sonnenrades 28 kann ebenfalls das spielfreie Maximalmoment bei konstanter Axialkraft erhöht werden.The
Nach einer Ausführungsvariante des Planetengetriebes 7 kann zur Vereinfachung des Einbaus des Planetengetriebes 7 vorgesehen sein, dass während des Einbaus das erste Hohlrad 23 und das zweite Hohlrad 29 in Umfangsrichtung relativ zueinander verdrehbar sind.According to one embodiment of the
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Planetengetriebes 7 kann auch vorgesehen sein, dass das erste Sonnenrad 22 und/oder das zweite Sonnenrad 28 in der Axialrichtung 9 verschiebbar angeordnet ist/sind. Erreicht wird dies durch eine schwimmende Lagerung, d.h. durch eine fehlende Festlagerung der Sonnenradwelle.According to another embodiment variant of the
Eine Breite 42 der ersten Getriebestufe 29 in der Axialrichtung 9 kann gleich groß oder unterschiedlich zu einer Breite 43 der zweiten Getriebestufe 20 in der Axialrichtung 9 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Breite 42 der ersten Getriebestufe 19 zwischen 5 mm und 30 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 15 mm, betragen. Die Breite 43 der zweiten Getriebestufe 20 kann zwischen 5 mm und 15 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 15 mm, betragen. Durch das Vorsehen von ungleichen Breiten 42, 43 der Getriebestufen 19, 20 können ungleich hohe Momente am Antrieb berücksichtigt werden.A
Wie aus den
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die Lagerelemente 38 der ersten Planetenräder 24 und/oder die Lagerelemente 39 der zweiten Planetenräder 30 ausschließlich der radialen Abstützung dieser Zahnräder dienen, also keine Axiallager vorgesehen sind.It can further be provided that the bearing
Wie bereits voranstehend ausgeführt, kann das Axialkraftelement 6 auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Federelement 44, wie dies in
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.The exemplary embodiments show or describe possible embodiment variants, it being noted at this point that combinations of the individual embodiment variants with one another are also possible.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente in den Figuren nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt sind.Finally, for the sake of order, it should be pointed out that, for a better understanding of the structure, elements in the figures are not necessarily shown to scale.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Exoskelettexoskeleton
- 22
- Stützstruktursupport structure
- 33
- Profilelementprofile element
- 44
- Gelenkjoint
- 55
- Antriebsvorrichtungdrive device
- 66
- Axialkraftelementaxial force element
- 77
- Planetengetriebeplanetary gear
- 88th
- Axialkraftaxial force
- 99
- Axialrichtungaxial direction
- 1010
- Statorstator
- 1111
- Wicklungwinding
- 1212
- Rotorrotor
- 1313
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 1414
- AbstandDistance
- 1515
- GehäuseHousing
- 1616
- Lagerelementbearing element
- 1717
- WelleWave
- 1818
- Lagerelementbearing element
- 1919
- Getriebestufegear stage
- 2020
- Getriebestufegear stage
- 2121
- AbstandDistance
- 2222
- Sonnenradsun gear
- 2323
- Hohlradring gear
- 2424
- Planetenradplanet wheel
- 2525
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 2626
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 2727
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 2828
- Sonnenradsun gear
- 2929
- Hohlradring gear
- 3030
- Planetenradplanet wheel
- 3131
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 3232
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 3333
- Schrägverzahnunghelical gearing
- 3434
- Schrägungswinkelhelix angle
- 3535
- Schrägungswinkelhelix angle
- 3636
- Planententrägerplanet carrier
- 3737
- Planetenachseplanet axis
- 3838
- Lagerelementbearing element
- 3939
- Lagerelementbearing element
- 4040
- Umfangsrichtungcircumferential direction
- 4141
- Drehrichtungdirection of rotation
- 4242
- BreiteBroad
- 4343
- BreiteBroad
- 4444
- Federelementspring element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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