DE1069975B - - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Umlaufrädergetriebe mit Umlaufrädern, welche zwei Verzahnungen von verschiedenem Teilkreisdurchmesser aufweisen, von denen sich die Verzahnung mit dem kleineren Durchmesser an einem innenverzahnten Zahnkranz abstützt. Dabei befaßt sie sich mit den Problemen, die durch nicht genaue Ausrichtung der Zähne der miteinander zusammenwirkenden Getrieberäder entstehen; insbesondere befaßt sich die Erfindung mit jenen Problemen, die auftreten, wenn die Zähne verhältnismäßig kleiner, mit einem innenverzahnten Zahnkranz im Eingriff stehender Ritzel zu denen des Zahnkranzes nicht richtig ausgerichtet sind.

Es ist bekannt, daß die nicht einwandfreie Ausrichtung der Zähne zur Folge hat, daß sich die Belastung der Zähne an einer bestimmten Stelle eines jeden Zahnes konzentriert. Es ist bereits versucht worden, diese nicht richtige Ausrichtung der Zähne dadurch zu kompensieren, daß die Zähne mit einer solchen Neigung hergestellt werden, daß sie auf ihrer ganzen ao Breite einander berühren. Das Maß der ungenauen Ausrichtung ändert sich aber mit den Schwankungen der auftretenden Belastung; die bekannte Maßnahme kann also nur bei einer ganz bestimmten Belastung wirksam sein.

Es ist praktisch unmöglich, eine nicht einwandfreie Ausrichtung der Zähne mit Hilfe von Maßnahmen zu korrigieren, die darauf hinauslaufen, die Zähne eines Zahnkranzes in tangentialer Richtung zu venvinden; dies vornehmlich also in allen Fällen, in denen ein Ritzel mit einem innenverzahnten Zahnkranz kämmt, wobei die Abbiegung der Zähne des Ritzels gegenüber den Zähnen des Zahnkranzes in tangentialer Richtung erfolgt, gleichgültig, ob dies auf ein Verbiegen der Ritzelachse oder ein schraubenförmiges Verwinden der Ritzelzähne zurückzuführen ist.

Es ist auch bereits ein Stirnräderplanetengetriebe mit Schrägverzahnung bekanntgeworden, bei welchem zum Zweck der gleichen oder annähernd gleichen Lastverteilung auf die Umlaufräder ein oder beide Zentralräder mit dem ihr Drehmoment aufnehmenden Teil durch in axialer Richtung federnde Elemente pendelnd verbunden sind. Hierbei wird die federnde Verbindung in axialer Richtung um so mehr durchgebogen, je höher das vom Getriebe übertragene Drehmoment ist. Durch dieses axiale Ausweichen des an der federnden Aushängung befestigten Sonnenrades ergibt sich aber nur eine Parallelverschiebung der schrägen Zahnflanken, die wohl eine gleichmäßige Verteilung der Belastung auf die einzelnen Umlaufräder ermöglicht, nicht aber einen Ausgleich der in tangentialer Richtung erfolgenden, durch das übertragene Drehmoment bewirkten Abbiegung der Ritzelzähne.

Umlaufrädergetriebe

Anmelder: D. Napier & Son Limited, London

Vertreter: Dipl.-Ing. Κ. Lengner, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 8. März 1955

Reginald Henry Douglas Chamberlin₁ London, ist als Erfinder genannt worden

Weiterhin ist auch ein Stirnradumlaufgetriebe mit einem Paar von nebeneinander angeordneten Zentralrädern verschiedenen Durchmessers bekannt, mit denen mehrere, im allgemeinen drei, je auf einer Welle angeordnete Planetenräderpaare kämmen, wobei mindestens eines der Zentralräder ungelagert und mit dem sein Drehmoment übertragenden Teil über eine doppelte Zahnkupplung verbunden ist. Durch die fliegende ungelagerte Anordnung des Zentralrades wird hierbei erreicht, daß bei Übertragung einer Leistung sich dieses Zentralrad auf Gleichgewicht der drei wirkenden Zahndrücke einstellt. Dies wirkt sich dahingehend aus, daß Verzahnungs- oder Teilungsfehler des Getriebes selbsttätig kompensiert werden, so daß der Getriebewirkungsgrad merklich ansteigt. Eine Kompensation der durch die Belastung bewirkten Abbiegung der Ritzelzähne in tangentialer Richtung erfolgt jedoch hierbei nicht.

Schließlich ist auch ein Stirnräderumlaufgetriebe mit drei oder mehr Umlaufrädern mit Zahndruckausgleich durch Selbsteinstellung oder annähernde Selbsteinstellung eines oder beider Zentralräder bekannt, bei dem das Trägheitsmoment des Querschnittes mindestens eines derselben so bemessen ist, daß seine elastische Verformung durch die radialen Zahnkräfte, bezogen auf das Zahnspiel, größer sind als die durch die auftretenden Fehler zu erwartenden Zahnspielunterschiede, wodurch ein Zahndruckausgleich herbeigeführt wird. Hier wird also das betreffende Zentralrad als elastischer Träger betrachtet, der so dimensioniert wird, daß sich ein Ausgleich von Zahnispielunterschieden ergibt. Bereits bei drei Umlaufrädern

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kommt dies in Betracht, besonders wichtig aber ist es für das gleichmäßige Tragen von mehr als drei Umlaufrädern. Ein Ausgleich der bei Belastung erfolgenden Abiegung der Ritzelzähne gegenüber den Zähnen des Zahnkranzes erfolgt hierbei jedoch nicht.

Ziel der Erfindung ist es, für eine selbsttätige Kompensierung einer nicht richtigen Ausrichtung zwischen den Zähnen eines Ritzels und den Zähnen eines innenverzahnten Zahnkranzes zu sorgen, wenn die gegenseitige Abbiegung in tangentialer Richtung erfolgt. Hierzu ist nach der Erfindung der innenverzahnte Zahnkranz radial verschiebbar angeordnet und an seiner der einen größeren Durchmesser aufweisenden Verzahnung der Umlaufräder zugewandten Seite in seinem Querschnitt durch eine Ringnut oder Stufe geschwächt, wobei er über seine Führung im Zahnkranzträger seitlich hinausragt, so daß er unter der Wirkung der Belastung an den Eingrifrstellen der Umlaufräder kegelförmig aufgeweitet wird. Auf diese Weise ist es möglich, über einen großen Bereich der zu übertragenden Belastungen jeder unrichtigen Ausrichtung der Zähne entgegenzuwirken.

Die Erfindung macht dabei von der Beschaffenheit der Zahnflanken des Zahnkranzes Gebrauch, die bei allen praktisch in Betracht kommenden Bauarten evolventenartig geformt sind und in allen Fällen in schrägen Ebenen liegen, die die Getriebeachse durchschneiden. Durch das Abbiegen der Zähne des Zahnkranzes nach außen wird in wirksamer Weise der Punkt bzw. die Linie tangential verlagert, in dem bzw. in der sich die gegenüberliegenden Enden der miteinander kämmenden Zähne des Ritzels und des Zahnkranzes berühren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist bei einem Umlaufrädergetriebe, bei dem der Zahnkranz gegen Drehverstellung gesichert ist und das Reaktionsglied eines Differentialgetriebes bildet, der Zahnkranz radiale Rippen auf, die in einer den Zahnkranz umgebenden ringförmigen hydraulischen Kammer liegen, welche ihrerseits mit ortsfesten radialen und zwischen den Zahnkranzrippen liegenden Rippen versehen ist, wobei Flüssigkeitsleitungen vorgesehen sind, mit denen den durch die Rippen gebildeten hydraulischen Druckkammern eine Druckflüssigkeit zugeführt werden kann, die den Zahnkranz in einer Stellung hält, in der er die notwendige Verformung erfahren kann. Dabei ist es zweckmäßig, jede der Rippen an ihrem Ende mit nachgiebigen Flügeln zu versehen.

An dieser Stelle sei bemerkt, daß es an sich bekannt ist, bei einem Getriebe dessen Zahnräder auf der einen Seite mit einem Ausschnitt zu versehen, so daß der Querschnitt des Zahnrades unsymmetrisch ist. Allerdings handelt es sich hierbei nicht um Umlaufrädergetriebe, wie sie Gegenstand der Erfindung sind. Die Erfindung wird dabei in der Kombination dieser an sich bekannten, einseitig angebrachten Ausschnitte mit dem die obenerwähnten Merkmale aufweisenden Umlaufrädergetriebe gesehen.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei Getrieben nach der britischen Patentschrift 733 800. Bei diesem älteren Getriebe ist ein epizyklisches Untersetzungsgetriebe mit Mitteln versehen, um eine schraubenförmige Verwindung des kleinen Sonnenritzels auszugleichen; dies wird dadurch erreicht, daß es den Achsen der Planetenwellen bei Belastung ermöglicht wird, sich zu verstellen, derart, daß die Achse jedes Planetenritzels eine Kippung erfährt und das Planetenritzel mit dem Sonnenritzel in einem Maße kämmt, das sich mit der zu übertragenden Last ändert:

auf diese Weise wird die richtige Ausrichtung der Zähne gewährleistet. Derartige epizyklische Getriebe weisen gelegentlich Planetenradanordnungen mit Doppelritzeln auf, um ein erhöhtes Übersetzungsverhältnis zu erzielen; hierbei kämmt das Planetenritzel mit kleinerem Durchmesser mit einem innenverzahnten Zahnkranz, der das Reaktionsglied bildet; bei derartigen Getrieben würde die Verstellung der Achse der Planetenanordnung zur Folge haben, daß die Zähne dieses kleineren Planetenritzels und die damit kämmenden Zähne des Zahnkranzes in unterschiedlicher Weise zueinander ausgerichtet sind. Wenn man es dem Zahnkranz ermöglicht, sich gemäß der vorliegenden Erfindung selbst zu verformen, so kann diese fehlerhafte Ausrichtung korrigiert werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines in der Zeichnung \'eranschaulichten Ausführungsbeispiels hervor.

Fig. 1 zeigt im Mittellängsschnitt ein epizyklisches Getriebe, das mit einem schwimmenden Zahnkranz gemäß der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab ein Planetenrad kleinen Durchmessers, das mit dem Zähnkranz zusammenwirkt, welcher von hydraulischen Kammern umgeben ist;

Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab einen Querschnitt durch den Zahnkranz und sein Lager;

Fig. 4 veranschaulicht in Stirnansicht, wie die Achsen der Planetenräder unter der Einwirkung der Last in tangentialer Richtung verstellt werden; die Verstellung ist der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt;

Fig. 5 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Stirnansicht des Zahnkranzes und veranschaulicht die Verformung dieses Zahnkranzes unter der Einwirkung der Last; auch diese Verformung ist der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt;

Fig. 6 und 7 zeigen Schnitte durch den Zahnkranz und veranschaulichen die Stellung der Getriebezähne einerseits ohne Last und andererseits unter Belastung; auch hier ist das Maß der Verstellung übertrieben veranschaulicht;

Fig. 8 zeigt den Zahnkranz und läßt die Verstellung bzw. Verlagerung des Berührungspunktes erkennen.

Bei dem Getriebe nach Fig. 1 ist ein Sonnenrad 10 auf einer Antriebsachseil befestigt; das Sonnenrad kämmt mit mehreren Planetenrädern 12 größeren Durchmessers, die mit ihren Achsen aus einem Stück bestehen. Jede dieser Planetenradachsen ist auf ihren beiden Enden in Lagern gelagert, die von einem Umlaufräderträger gehalten werden; der Umlauf räderträger besteht aus zwei im Abstand voneinander angeordneten Platten 13 und 14, die durch nachgiebige Stützen 15 miteinander verbunden sind. Die Platte 13 des Umlaufräderträgers ist mit der Abtriebswelle 16 verbunden. Am rückwärtigen Ende einer jeden Planetenradachse ist ein Ritzel 17 verhältnismäßig kleinen Durchmessers befestigt, das sich mit der Achse zusammen dreht; jedes dieser Ritzel kämmt mit einem innenverzahnten Zahnkranz 18.

Der Zahnkranz 18 wird schwimmend von dem Getriebegehäuse 19 getragen, und zwar ^mittels _einer Tieihe hydraulischer Kammern oder Taschen, die den Zahnkranz umgeben. Diese Taschen werden von radialen Rippen 20 gebildet, die vom Zahnkranz 18 aus nach außen ragen und an ihren äußeren Enden unter Federdruck stehende Flügel 21 od. dgl. aufweisen, welche mit der Innenwandung eines den Zahnkranz umgebenden Zahnkranzträgers 22 in Berührung kommen. ImAbstand zwischen den radialen Rippen 20

Claims (3)

sind, am Umfang verteilt, eine Reihe von festen radialen Rippen 23 vorgesehen, die an dem Zahnkranzträger 22 fest angeordnet sind; auch diese Rippen 23 sind an ihren inneren Enden mit unter Federdruck stehenden Flügeln 24 od. dgl. versehen, die mit der Außenfläche des Zahnkranzes 18 zusammenwirken. Die so gebildeten beiden Reihen einander abwechselnder hydraulischer Taschen sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie wahlweise mit einer Druckflüssigkeitsquelle verbunden oder entlastet werden können; zu diesem Zweck sind Leitungen 41, 42 vorgesehen, die mit Ringnuten 25, 26 des Zahnkranzträgers 22 in Verbindung stehen. Der Zustrom der Flüssigkeit zu den Taschen und der Druck in diesen Taschen wird automatisch durch Ventilschlitze 27, 28 (Fig. 3) gesteuert. Der Druck in den Taschen ist so gewählt, daß er eine Drehung des Zahnkranzes verhindert und daß er die notwendige Reaktionswirkung gegenüber dem auf den Zahnkranz übertragenen Drehmoment bildet, wenn das Getriebe belastet wird. Wie aus Fig. 4 zu erkennen ist, wird, wenn der Träger 13, 14 unter Last umläuft, die Reaktionswirkung auf die Zähne der Planetenräder 12 und 17 zur Folge haben, daß die Achsen der Planetenradwellen in tangentialer Richtung abgebogen werden; dies ist in der Figur in übertriebenem Maßstab veranschaulicht. Das Maß des Abbiegens hängt von dem durch das Getriebe zu übertragenden Drehmoment ab. Gleichzeitig übertragen die Planetenräder Kräfte auf den Zahnkranz, die beträchtlich nach außen gerichtete Radialkomponenten haben. Diese nach außen auf den Zahnkranz einwirkenden Kräfte haben die Tendenz, den Zahnkranz etwa in eine Dreiecksform zu verformen, wie dies in Fig. 5 veranschaulicht ist, da drei Planetenradanordnungen vorhanden sind. Infolge der Konstruktion des Zahnkranzes und der Art seiner Lagerung im Gehäuse 19 wird die vordere Seite 29 des Zahnkranzes mehr verformt als sein hinteres Ende 30; die Vorderseite des Zahnkranzes wird also die in Fig. 5 veranschaulichte Form anzunehmen bestrebt sein, während das hintere Ende bzw. die hintere Seite des Zahnkranzes im wesentlichen kreisförmig bleibt. Dies kann in verschiedener Weise erreicht werden; bei dem dargestellten Beispiel ist der Zahnkranz 18 bei 31 nahe seinem vorderen Ende eingeschnitten, so daß eine Ringnut oder eine Stufe gebildet wird. Die Querschnittsverringerung des Zahnkranzes an diesem vorderen Ende 29, das etwas über die eine Seite des Zahnkranzträgers 22 hinausragt, ermöglicht es, daß sich dieses vordere Ende leichter verformen kann. Infolge des unterschiedlichen Ausmaßes, um das sich das vordere und das hintere Querschnittsende des Zahnkranzes verformen kann, werden die Zähne im Bereich der Ecken 32 des Dreiecks, dort wo die Pianetenräder 17 mit dem Zahnkranz kämmen, nicht länger parallel zur Achse des Zahnkranzes verlaufen, wie dies in Fig. 6 veranschaulicht ist, sondern sie werden sich schräg stellen, wobei die vorderen Enden 29 sich nach außen verlagern, wie Fig. 7 zeigt. Die Verformung der Zähne des Zahnkranzes wird nicht genau linear erfolgen, d. h., sie werden, von der Seite gesehen, ein gekrümmtes Profil einnehmen. Diese Krümmung ist jedoch außerordentlich gering und für alle praktischen Verhältnisse kann davon ausgegangen werden, daß die Zähne des Zahnkranzes, die mit den Zähnen der Ritzel 17 kämmen, auf einer Kegelfläche liegen. Fig. 8 zeigt schaubildlich einen Teil des Zahnkranzes, der mit einem der Planetenräder kämmt. Es ist zu erkennen, daß die kegelförmige Verformung der Zähne des Zahnkranzes zur Folge hat, daß sie die Zähne des damit kämmenden Ritzels über die ganze Zahribreite auf einer geschlossenen Linie berühren. Diese Berührungslinie verläuft aber, wie bei 33 veranschaulicht ist, schräg zur normalen Berührungslinie 34, während die normale Berührungslinie parallel zur Achse des Rades verläuft, wenn das Getriebe unbelastet ist. Bei geeigneter Konstruktion des Zahnkranzes ist es möglich, seine Verformung in der Weise veränderlich zu machen, daß die miteinander kämmenden Zähne des Zahnkranzes und der Ritzel über einen weiten Drehmomentbereich im wesentlichen auf der vollen Breite der Zähne einander berühren. Mit den Mitteln der Erfindung ist es möglich, für einen weiten Bereich der zu übertragenden Drehmomente eine richtige Ausrichtung der Zähne zwischen den Ritzeln und dem Zahnkranz sicherzustellen. Auf diese Weise ist das höchstzulässige Drehmoment, das ohne fehlerhaften Eingriff der Zähne durch das Getriebe übertragen werden kann, ganz wesentlich erhöht. Patentansprüche:

1. Umlaufrädergetriebe mit Umlauf rädern, welche zwei Verzahnungen von verschiedenem Teilkreisdurchmesser aufweisen, von denen sich die Verzahnung mit dem kleineren Durchmesser an einem innenverzahnten Zahnkranz abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der innenverzahnte Zahnkranz (18) radial verschiebbar angeordnet ist, an seiner der einen größeren Durchmesser aufweisenden Verzahnung der Umlaufräder (12) zugewandten Seite in seinem Querschnitt durch eine Ringnut oder Stufe (31) geschwächt ist und über seine Führung im Zahnkranzträger (22) seitlich hinausragt (29), so daß er unter der Wirkung der Belastung an den Eingriffstellen der Umlaufräder kegelförmig aufgeweitet wird.

2. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1, bei dem der Zahnkranz gegen Drehverstellung gesichert ist und das Reaktionsglied des Umlaufrädergetriebes bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (18) radiale Rippen (20) aufweist, die in einer den Zahnkranz umgebenden ringförmigen hydraulischen Kammer liegen, welche ihrerseits mit ortsfesten radialen und zwischen den Zahnkranzrippen (20) liegenden Rippen (23) versehen ist, wobei Flüssigkeitsleitungen vorgesehen sind, mit denen den durch die Rippen (20 bzw. 23) gebildeten hydraulischen Druckkammern eine Druckflüssigkeit zugeführt werden kann, die den Zahnkranz in einer Stellung hält, in der er die notwendige Verformung erfahren kann.

3. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Rippen (20 bzw. 23) an ihrem Ende mit nachgiebigen Flügeln (21 bzw. 24) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 682 275, 821 302,
185:

britische Patentschriften Nr. 570 192, 733 800;
USA.-Patentschrift Nr. 2 590 305;
Hütte, Des Ingenieurs Taschenbuch, II. Band,
27. Auflage, Berlin, 1949, S. 83.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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