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Umlaufrädergetriebe mit doppelschrägverzahnten Umlaufrädern Die Erfindung
betrifft ein Urnlaufrädergetriebe mit doppelschrägverzahnten Umlaufrädern, die in
entsprechend ausgebildete Doppelschrägverzahnungen der beiden Zentralräder eingreifen.
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Es sind bereits Umlaufrädergetriebe dieser Art bekannt, bei denen
mindestens eines der doppelschrägverzahnten Zentralräder zwecks gleichmäßiger Verteilung
der Last auf die Umlaufräder gelenkig oder elastisch mit dem sein Drehmoment aufnehmenden
Teil gekuppelt ist, die einen Zahnschräghälften aller Räder in eingebautem Zustande
fest mit ihren anderen Zahnschräghälften verbunden sind und nur ein Rad axial festgelegt
ist.
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Die bekannten Umlaufrädergetriebe dieser Art vermochten sich nicht
zu bewähren, da sich die fest miteinander verbundenen Zahnschräghälften desjenigen
Zentralrades, das gelenkig oder elastisch mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil
gekuppelt war, in der Selbsteinstellung auf gleichmäßige Last behinderten und demgemäß
eine Selbsteinstellung auf gleichmäßige Last - wenn überhaupt - nur unvollkommen
möglich war.
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Zur Behebung dieses Mangels sind auch Umlaufrädergetriebe mit Doppelschrägverzahnung
bekannt, bei denen mindestens eines der Zentralräder in der Weise unterteilt ist,
daß sich zwei schrägverzahnte Räder mit gegeneinandergerichteten Zahnschrägen ergeben;
diese Verzahnungshälften der Pfeilverzahnung sind dann gelenkig oder elastisch miteinander
und mit dem das Drehmoment dieses Zentralrades aufnehmenden Teil verbunden. Auf
diese Weise ergibt sich zwar eine einwandfreie Selbsteinstellung auf gleichmäßige
Last, da sich die beiden Zentralradhälften in ihrer Selbsteinstellung nicht mehr
zu beeinträchtigen vermögen, und man kann auf diese Weise ohne Schwierigkeiten selbst
große Leistungen mit hohen Übersetzungsverhältnissen übertragen. Die Unterteilung
des Zentralrades und die voneinander unabhängige gelenkige oder elastische Anlenkung
der Zentralradhälften an den ihr Drehmoment aufnehmenden Teil führen jedoch zu einer
verhältnismäßig großen Anzahl von Verzahnungen, welche die Herstellungskosten und
den Bauaufwand erhöhen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Umlaufrädergetriebe
mit doppelschrägverzahnten Umlaufrädern der beschriebenen Art zu schaffen, das einen
selbsttätigen Lastausgleich auf einfachere und weniger aufwendige Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß alle Zahnräder
mit einer asymmetrischen Doppelschrägverzahnung versehen sind und die eine Zahnschräge
aller Räder einen derart wesentlich größeren Schrägungswinkel als die andere Zahnschräge
aufweist, daß die auf die Zahnschräge mit kleinerem Schrägungswinkel wirkenden Umfangskräfte
mindestens das Zweifache der auf die Zahnschräge mit größerem Schrägungswinkel wirkenden
Umfangskräfte entsprechend dem umgekehrten Verhältnis der Tangenswerte der beiden
Schrägungswinkel sind.
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Die Umfangslast wird also auf die beiden Pfeilhälften derart ungleich
verteilt, daß die Pfeilhälfte mit dem kleineren Schrägungswinkel mindestens das
Zweifache des Lastanteils erhält, der auf die andere Pfeilhälfte entfällt. Dadurch
erhöht sich beträchtlich die axiale Stellkraft, und es verringern sich die beim
Auftreten von Fehlern entstehenden Zusatzbelastungen. Außerdem vermindert sich der
axiale Stellweg, der beim Auftreten von irgendwelchen Fehlern erforderlich ist,
um das Rad in eine Richtung zu bewegen, die dem auftretenden Fehler entgegenwirkt.
Schließlich ergibt sich dadurch, daß die eine Pfeilhälfte mit dem kleineren Schrägungswinkel
im Vergleich zu derjenigen mit dem größeren Schrägungswinkel mindestens das Zweifache
der Umfangskraft überträgt und demgemäß dominiert, eine einwandfreie radiale Ausgleichswirkung
und eine eindeutige radiale Selbsteinstellung desjenigen Zentralrades, das gelenkig
oder elastisch mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil gekuppelt ist. Es ist also
auf diese Weise ein Umlaufrädergetriebe geschaffen, das sich mit äußerst einfachen
Mitteln wirkungsvoll und schnell auf gleiche Lastverteilung einzustellen vermag.
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Doppelschrägverzahnte Getriebe, bei denen verschieden große Schrägungswinkel
für die beiden Pfeilhälften vorgeschlagen worden sind, sind an sich
bekannt.
Das Verhältnis der Tangenswerte der Schrägungswinkel der bekannten Getriebe oder
die Winkel selbst sind jedoch zu klein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu gewährleisten,
so daß diese bekannten Getriebe nicht in der Lage waren, die Lehre für ein erfindungsgemäß
ausgebildetes Planetenrädergetriebe zu vermitteln oder nahezulegen.
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Es kann sich außerdem empfehlen, die mit dem größeren Schrägungwinkel
versehene Zahnschräge auf der Seite der das gesamte äußere Drehmoment aufnehmenden
Kupplung der inneren Zentralräder anzuordnen. Auf diese Weise wird der nachteilige
Einfluß der Verdrillung des kleinen Ritzels wesentlich vermindert, was sich insbesondere
bei Getrieben mit höheren Untersetzungsverhältnissen günstig auswirkt.
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Der kleinere Schrägamgswinkel wird zweckmäßigerweise derart gewählt,
daß er in der Größenordnung der Zahnschrägen der bekannten doppelschrägverzahnten
Getriebe mit gleicher Zahnschräge liegt. Es ergibt sich dann für den größeren Schrägungswinkel
ein Wert, der größer als 45° ist, was sich deswegen günstig auswirkt, weil oberhalb
von 45° die Axialkräfte entsprechend dem Tangenswert des jeweiligen Schrägungswinkels
die Umfangskräfte überwiegen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Schrägungswinkel
derart gewählt, daß die Umfangskräfte, die auf die Zahnschräge von kleinerem Schrägungswinkel
wirken, etwa das Vierfache der Umfangskräfte sind, die auf die Zahnschräge von größerem
Schrägungswinkel wirken.
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Es empfiehlt sich weiter, die Zahnbreite der mit größerem Schrägungswinkel
versehenen Zahnschräghälften kleiner auszuführen als die Zahnbreite der Zahnschrägenhälften
mit dem größeren Schrägungswinkel. Das empfiehlt sich schon deswegen, weil auf diese
Weise, ohne die Zahnbeanspruchung zu erhöhen, die Abmessungen der Räder und damit
des Getriebes verkleinert werden können.
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Die Erfindung ist genauer an Hand der Abbildung erläutert, in der
schematisch zwei Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Es stellt dar Fig.
1 einen Axialschnitt, teilweise in Ansicht, durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Planeten- , oder Umlaufrädergetriebe mit umlaufendem Planetenträger, Fig. 2 einen
Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Planeten- oder Umlaufrädergetriebe
mit fest stehendem Planetenträger; diese Art ; von Planetenradgetrieben wird auch
als Standgetriebe bezeichnet.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein umlaufender Planetenträger bezeichnet, der
mittels zweier Lager 2 und 3 in einem Gehäuse 4 drehbar gelagert ist. In dem Pla-
; netenradträger 1, dessen axiale Lage mittels des Lagers 3 festgelegt ist, sind
auf Lagerbolzen 5 Umlaufräder 6 drehbar gelagert, von denen eines teilweise im Schnitt
dargestellt ist. Die Umlaufräder 6 stehen einerseits im Zahneingriff mit dem inneren
Zentralrad 7, welches in an sich bekannter Weise ungelagert und mit der Welle 8
mittels einer gelenkigen Kupplung 9 drehfest, aber sonst gelenkig verbunden ist.
Andererseits stehen die Umlaufräder 6 im Zahneingriff mit dem äußeren -Zentralrad
10, welches seinerseits mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil, in diesem Falle
mit dem Gehäuse 4, drehfest, aber gelenkig verbunden ist, und zwar im Falle dieses
Beispiels mittels einer doppelten Zahnkupplung 11. Auch die gelenkige Kuppiung 9
ist hier in an sich bekannter und bewährter Weise als doppelte Zahnkupplung dargestellt,
welche auch axiale Verschiebungen des inneren Zentralrades 7 zuläßt. Die Zahnräder
dieses Umlaufrädergetriebes sind mit Pfeil-oder Doppelschrägverzahnung versehen,
und zwar ist die eine, breitere Pfeilhälfte 12 mit einer auch sonst bei doppelschrägverzahnten
Getrieben üblichen Zahnschräge versehen, während die andere, weniger breite Pfeilhälfte
13 mit einem wesentlich größeren Schrägungswinkel versehen ist. Bei dem in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Umlaufräder 6 und das innere Zentralrad
7 einteilig ausgebildet, Während das äußere Zentralrad 10 nach den beiden Pfeilhälften
geteilt ist, wobei die Pfeilhälfte 14 mit der Pfeilhälfte 12 der Umlaufräder 6,
die andere Pfeilhälfte 15 mit der Pfeilhälfte 13 der Umlaufräder 6 im Eingriff steht.
Die beiden Hälften des äußeren Zentralrades 10 werden nach erfolgtem Zusammenbau
des Getriebes zu einer Einheit verbunden.
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Gemäß Fig. 2 ist der Planetenträger 16 fest mit dem Gehäuse 17 verbunden.
In dem Planetenträger 16 sind in bekannter Weise die Planeten- oder Zwischenräder
18 auf Lagerbolzen 19 drehbar gelagert. Sie stehen einerseits im Zahneingriff mit
dem inneren Zentralrad 20, andererseits mit dem äußeren Zentralrad 21. Das innere
Zentralrad 20 ist in bekannter Weise ungelagert ausgebildet und ist mit dem mit
ihm in Verbindung stehenden Teil, in diesem Fall mit der Welle 22, drehfest, aber
gelenkig verbunden; diese gelenkige Verbindung wird im vorliegenden Beispiel mittels
einer doppelten Zahnkupplung 23 bewerkstelligt, welche auch axiale Verschiebungen
des inneren Zentralrades 20 zuläßt. Das äußere Zentralrad 21 ist mit dem sein Drehmoment
aufnehmenden Teil, in diesem Falle mit der Welle 24, mittels einer doppelten Zahnkupplung
42, gelenkig verbunden. Die Welle 24 ist mittels zweier Lager 25 und 26 gelagert,
indem die axiale Lage der Welle 24 mittels des Lagers 25 festgelegt ist. Die Zahnräder
18, 20 und 21 sind wie im Beispiel der Fig. 1 mit Doppelschrägverzahnung versehen,
welche in den beiden Pfeilhälften verschieden große Schrägungswinkel aufweist, und
zwar ist die eine, breitere Pfeilhälfte 27 mit einem auch sonst bei Pfeilverzahnungen
üblichen Schrägungswinkel versehen, während die andere, weniger breite Pfeilhälfte
28 einen wesentlich größeren Schrägungswinkel aufweist. Wie im Falle des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 1 sind die Zwischenräder 18 und das innere Zentralrad 20 ungeteilt ausgebildet,
während das äußere Zentralrad 21 nach den beiden Pfeilhälften geteilt ausgebildet,
jedoch mittels Schrauben 29 zu einer Einheit verbunden ist.
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Sowohl in dem Beispiel der Fig. 1 wie in dem der Fig. 2 sind die Planeten-
oder Zwischenräder 6 bzw. 18 mit seitlichem Spiel gelagert, so daß sie axiale Einstellbewegungen
ausführen können. Die axiale Führung des Rädersatzes geschieht in beiden Beispielen
dadurch, daß die Verbindung des äußeren Zentralrades 10 bzw. 21. mit dem sein Drehmoment
aufnehmenden Teil 4 bzw. 24 mit axialer Führung ausgebildet ist. Zu diesem Zwecke
ist bei der Ausführungsform der Fig. 1 ein Zahnkreuz 34 fest mit dem Gehäuse 4 verbunden.
Die Zahnkupplung 11 ist mit zwei Zahnkränzen versehen, von denen der eine in die
Zähne eines Kupplungszahnkranzes eingreift,
der auf der Pfeilhälfte
14 vorgesehen ist, während der andere in die Zähne des Kupplungszahnkranzes 34 greift.
Federringe 30, 31, 32, 33, die in entsprechende Nuten der Kupplungszahnkränze der
Zahnkupplung 1.1 eingreifen, legen die axiale Lage der Pfeilhälfte 14 und damit
des äußeren Zentralrades 10 fest.
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In entsprechender Weise ist bei der Ausführungsform der Fig. 2 die
Welle 24 mit einer Scheibe 35 versehen, deren Außenumfang einen Kupplungszahnkranz
36 besitzt. Das äußere Zentralrad 21 wiederum, und zwar im Ausführungsbeispiel der
Teil mit dem kleineren Zahnschrägungswinkel, ist mit einem Kupplungszahnkranz 37
versehen. Die beiden Zahnkupplungskränze der Zahnkupplung 25 greifen einerseits
in den Zahnkranz 36 und andererseits in den Zahnkranz 37 ein, indem wiederum die
axiale Lage des äußeren Zentralrades 21 mittels Federringe 38, 39, 40, 41 festgelegt
ist. Natürlich kann die axiale Führung des Rädersatzes auch von einem der übrigen
Teile desselben erfolgen, beispielsweise vom inneren Zentralrad 7 bzw. 20 oder von
einem der Planeten-oder Zwischenräder 6 bzw. 18 aus.
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Die Doppelschrägverzahnung mit verschieden großen Schrägungswinkeln,
auch unsymmetrische Pfeilverzahnung genannt, zeichnet sich durch folgende Eigenschaften
aus: 1. Der Hauptanteil der Umfangslast wird von der breiteren, mit dem kleineren
Schrägungswinkel versehenen Pfeilhälfte übernommen, wodurch sich die beim Auftreten
von Fehlern entstehenden Zusatzbelastungen verringern; 2. die axialen Führungs-
und Einstellungskräfte sind wesentlich größer als bei der symmetrischen Pfeilverzahnung;
3. die Verdrillungsverhältnisse sind wesentlich günstiger als bei der symmetrischen
Pfeilverzahnung. Die Anwendung der unsymmetrischen Pfeilverzahnung bringt nun für
ein Planetengetriebe der angegebenen Art weitere Vorteile, wie sich aus der nachstehenden
Beschreibung ergibt.
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Für die Erläuterung dieser Vorteile sei angenommen, daß ein großer
Unterschied der Schrägungswinkel in den beiden Pfeilhälften gewählt wird, welcher
beispielsweise eine Verteilung der Umfangslasten im Verhältnis 4 : 1 ergibt, d.
h., die Pfeilhälfte mit dem kleineren Schrägungswinkel würde dann 800/a, die mit
dem großen Schrägungswinkel versehene 20% der Umfangslast übernehmen.
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Bei demjenigen Zentralrad, das gelenkig oder elastisch mit dem sein
Drehmoment aufnehmenden Teil gekuppelt ist (erfindungsgemäß ist mindestens ein Zentralrad
auf diese Weise gelagert), vermögen sich deshalb nicht mehr die gleichwertigen (weil
; symmetrischen) Pfeilhälften gegenseitig zu stören; vielmehr ergibt sich eine einwandfreie,
radiale Ausgleichswirkung und eine eindeutige radiale Selbsteinstellung dieses Zentralrades.
Die axialen Einstellkräfte liegen höher als bei der symmetrischen Pfeilverzahnung,
im betrachteten Ausführungsbeispiel 60 0l0; in entsprechender Weise verringern sich
die axialen Einstellwege. Beim Auftreten eines Plusfehlers in der Zahnhälfte mit
dem kleineren Schrägungswinkel, wenn also vorübergehend diese Zahnhälfte die Gesamtlast
übertragen muß, beträgt die Zusatzbelastung bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel
nur mehr 250.'o der Nennbelastung. Im umgekehrten Falle, nämlich bei Auftreten eines
Minusfehlers auf der Seite mit dem kleineren Schrägungswinke] und eines Plusfehlers
auf der Seite mit dem größeren Schrägungswinkel, wird sich dieser Fehler - wenn
überhaupt - nur in ganz geringem Maße auswirken; denn die auf der mit dem größeren
Schrägungswinkel versehenen Seite auftretenden großen Axialkräfte werden nicht nur
sehr wirksam die Gleichgewichtslage am längsverschieblichen Zahnrad wiederherstellen,
sondern die an den Zahnflanken der mit großem Schrägungswinkel versehenen Verzahnung
auftretenden elastischen Verformungen werden, als Folge des großen Schrägungswinkels,
ein noch größeres Nachgeben in Umfangsrichtung gestatten, so daß es zu einer dynamischen
Mehrbelastung der mit dem größeren Schrägungswinkel versehenen Verzahnung nur in
sehr geringem Umfange kommen kann.
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Diese Wirkungen zusammen führen zu einem einwandfreien selbsttätigen
Lastausgleich, so daß auf eine Teilung mindestens des einen Zentralrades zu dem
Zweck der Erzielung eines getrennten Lastausgleichs für jedes Pfeilhälftensystem
verzichtet werden kann. Falls man außerdem, wie sich allgemein empfehlen wird, die
Zahnbreite der mit größerem Schrägungswinkel versehenen Zahnschräghälften kleiner
ausführt als die Zahnbreite der Zahnschräghälften mit dem größeren Schrägungswinkel,
ergeben sich, wie oben ausgeführt, geringere Radabmessungen und damit Radmassen,
was zusätzlich die Ausgleichswirkung verbessert.
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Die so gegebene Möglichkeit des Verzichtes auf die getrennte Einstellmöglichkeit
in den beiden Pfeilhälftensystemen bedeutet eine wesentliche Vereinfachung und daher
auch Verbilligung in der Konstruktion und Herstellung der äußeren Zentralräder.
Während bisher zur Erreichung eines einwandfreien Lastausgleichs eine gelenkige
Verbindung der beiden getrennt hergestellten Hälften des äußeren Zentralrades notwendig
war, kann diese nunmehr durch eine einfache Verschraubung ersetzt werden.
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Die Anwendung der unsymmetrischen Doppelschräg- oder Pfeilverzahnung
auf die Planetengetriebe bringt auch Vorteile im Hinblick auf die Verdrillung des
inneren Zentralrades. Bei Planetengetrieben werden, besonders bei größeren Übersetzungsverhältnissen,
die Durchmesser der inneren Zentralräder sehr klein; dies ist bedingt hauptsächlich
durch die mehrfachen Radeingriffe, die gegenüber dem einfachen Radeingriff eine
Vervielfachung des übertragbaren Drehmoments und damit der Verdrillung ergeben.
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Bei der symmetrischen Pfeilverzahnung überträgt jede Pfeilhälfte die
Hälfte des Drehmoments und ist der Verdrillung durch dieses hälftige Drehmoment
unterworfen. Jedoch wird die in der Richtung des Kraftflusses erste Pfeilhälfte
zusätzlich durch die durch sie hindurchgehende Drehmomentenhälfte der zweiten Pfeilhälfte
verdrillt. Die Folge ist eine besonders hohe Verdrillung der ersten Pfeilhälfte
und ein großer Unterschied in den Verdrillungen der beiden Pfeilhälften, durch den
Kompensationsmaßnahmen sehr erschwert werden.
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Die unsymmetrische Pfeilverzahnung hat in bezug auf die Verdrillung
wesentlich günstigere Verhältnisse. Das rührt daher, daß die mit dem großen Schrägungswinkel
versehene Pfeilhälfte eine geringere Breite haben kann und daß sich, wegen der großen
Zahnschräge, die Verdrillung als Umfangsmaß nicht
voll auswirkt,
sondern nur in der Projektion auf die Normale zur Zahnflanke. Sieht man die Anordnung
im Getriebe so vor, daß, in der Richtung des Kraftflusses gesehen, zuerst die Pfeilhälfte
mit dem großen Schrägungswinkel kommt, dann hat man es in der Hand, die Verdrillungen
in den, beiden Pfeilhälften weitgehend aufeinander abzustimmen.