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Stimräderplanetengetriebe Die Erfindung betrifft ein Stirnräderplanetengetriebe,
bei dem mindestens eines der Zentralräder mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil
gelenkig oder elastisch verbunden ist. Die Erfindung umfaßt dabei Planetengetriebe
mit geraden oder schrägen Verzahnungen.
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Es ist bei Planetenradgetrieben mit Gerad- oder Einfach-Schrägverzahnung
üblich und auch notwendig, den Planetenrädern seitliche Führungslager zu geben.
Dies gilt in besonderem Maß für einfach schrägverzahnte Planetenradgetriebe, da
bei diesen an jedem Planetenrad Kippkräfte auftreten, welche die Achse des Planetenrades
schräg zu stellen versuchen. Die erwähnten seitlichen Lagerungen können nun zwar
größere Schrägstellungen der Planetenradachsen verhindern, aber kleinere Auswinkelungen
im Rahmen dessen, was die Lagerspiele zulassen, bleiben unvermeidlich und beeinträchtigen
das Tragbild des Planetenlagers und der Zahneingriffe. Derartige Lagerungen von
Planetenrädern weisen jedoch noch einen weiteren, sehr unerwünschten Nachteil auf,
sie führen nämlich zu einer beträchtlichen Erhöhung der Lagerreibungsverluste. Bei
einem bekannten Getriebe ist eine Maßnahme vorgesehen, um einen Zahndruckausgleich
zu bewirken. Diese Maßnahme besteht darin, für das äußere Zentralrad keine Lagerung
vorzusehen und dieses Zentralrad mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil über
eine doppelte Zahnkupplung zu verbinden. Trotzdem sind für die Planetenräder seitliche
Lager erforderlich, und auch das innere Zentralrad muß in axialer Richtung festgelegt
werden. Als Folge ergeben sich, wie bereits oben all-gemein festgestellt,
größere Lagerreibungsverluste. Dasselbe gilt für alle derartigen Planetengetriebe.
Es ist also festzustellen, daß sich gerad- oder einfachschrägverzahnte Stirnräderplanetengetriebe
mit verhältnismäßig größeren Lagerreibungsverlusten abfinden müssen und einfach-schrägverzahnte
außerdem auch mit einer Beeinträchtigung der Zahneingriffsverhältnisse.
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Es ist bekannt, auch Pfeil- oder doppelschrägverzahnte Planetenradgetriebe
derart mit Zahndruckausgleich auszubilden. Auf die einzelnen Planetenräder wirken
hier keine Kippkräfte mehr, und es entfallen die seitlichen Führungslager, indem
ein einziges Rad des Getriebes in axialer Richtung festgelegt ist und so als Führungsrad
für die anderen Räder dient, deren axiale Lage ausschließlich durch den Verzahnungseingriff
festgelegt wird. Es hat sich gezeigt, daß derartige Pfeil- oder doppel-schrägverzahnte
Planetenradgetriebe äußerst leistungsfähig und darüber hinaus hinsichtlich der Lagerreibungsverluste
sehr vorteilhaft sind.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß der gleichzeitige Vorteil
des Zahndruckausgleiches und der geringen Lagerreibungsverluste bisher nur bei Planetenradgetrieben
mit Doppel-Schrägverzahnung möglich war. Planetenradgetriebe mit gerad-oder einfach-schrägverzahnten
Zähnen konnten zwar mit einem selbsttätigen Zahndruckausgleich versehen werden,
mußten sich aber mit einer verhältnismäßig großen Lagerreibung abfinden, um die
dort vorhandenen freien Kippkräfte aufzunehmen.
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Die der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe besteht darin, die großen
Vorteile der den genannten pfeilverzahnten Stirnräderplanetengetrieben eigenen Lagerung
und axialen Führung der Planetenräder auch solchen Planetengetrieben zuteil werden
zu lassen, welche nur gerade oder einfachschräge, der Kraftübertragung dienende
Zähne aufweisen. In Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Stirnräderplanetengetriebe
aus, bei dem mindestens eines der Zentralräder mit dem sein Drehmoment aufnehmenden
Teil gelenkig oder elastisch verbunden ist. Erfindungsgemäß ist nun nur eines der
Räder in bezug auf den sein Drehmoment aufnehmenden Teil axial geführt, und die
axiale Lage der übrigen Zahnräder ist durch ineinandergreifende verzahnungsartige
Druckringe festgelegt, welche fest mit den Rädern verbunden und sowohl neben den
Zahneingriffen zwischen den Planetenrädern und dem inneren Zentralrad wie auch neben
den Zahneingriffen zwischen den Planetenrädern und dem äußeren Zentralrad angeordnet
sind. Die genannten Druckringe sind also so angeordnet, daß sie auch auf die Planetenräder
wirkende Kippkräfte aufnehmen können. Wesentlich ist ferner, daß die Druckringe
verzahnungsartig ausgebildet sind, d. h., daß ein solcher Druckring als Ringzahn
bzw. als eine Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel von 90° gestaltet ist.
Die Druckringe sollen also die Eigenschaften einer entsprechenden
Verzahnung,
insbesondere hinsichtlich des Flankenspieles aufweisen, so daß sie also keine radiale
Führung bewirken, sondern infolge dieses vorhandenen Flankenspieles radiale Einstellbewegunge_i
(?er Zentralräder in bezug auf die Planetenräder ulc 5#;en. Die Druckringe sollen
also die typischen Eigenschaften einer Verzahnung, die aus im Winkel von 90° zur
Achse stehenden Ringzähnen besteht, aufweisen.
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Die Erfindung stellt somit einen Grenzfall dar, der zwischen einem
gerad- oder einfach-schrägverzahnten und einem pfeil- bzw. doppel-schrägverzahnten
Planetenradgetriebe liegt. Die Erfindung besteht dabei in einer überraschend günstigen
Kombination von Merkmalen, die zum Teil im einzelnen bei den beiden vorgenannten
Getrieben vorhanden sind. Mit einem gerad- oder einfach-schrägverzahnten Planetenradgetriebe
hat die Erfindung das Merkmal gemein, daß nur ein Zahnkranz, dessen Verzahnung gerade
oder schrägverzahnt ist, die Drehmomentübertragung bewirkt. Zu einem solchen Getriebe
kommt dann von dem doppel-schrägverzahnten Planetengetriebe das Merkmal, daß sich
alle Räder durch Verzahnungseingriff nach einem einzigen, in axialer Richtung festgelegten
Führungsrad ausrichten, indem auf diese Weise nicht nur die Axialkräfte, sondern
auch die Kippkräfte aufgenommen werden.
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Im Zusammenhang mit der Erfindung sei noch darauf hingewiesen, daß
Druckringe für die axiale Führung eines Rades, z. B. für die Räder von Schienenfahrzeugen,
bereits seit langem in der Technik bekannt sind. Auch ist es bereits bekannt, derartige
Druckringe bei einem Stirnrädergetriebe mit einseitiger Schraubenverzahnung einzusetzen.
Hiergegenüber besteht die Erfindung darin, solche Druckringe bei Stirnräderplanetengetrieben
in der offenbarten Weise vorteilhaft zu verwenden und sie in der für Arbeitsverzahnungen
typischen Weise als Zahnringe auszubilden.
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Ein älterer Vorschlag betrifft ein Umlaufrädergetriebe mit doppel-schrägverzahnten
Umlaufrädern, die in entsprechend ausgebildete Doppel-Schrägverzahnungen der beiden
Zentralräder eingreifen, wobei alle Zahnräder mit einer asymmetrischen Doppel-Schrägverzahnung
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. Gegenüber
dieser Lehre weist die Erfindung den Unterschied auf, bei derartigen Umlaufrädergetrieben
eine solche asymmetrische Doppel-Schrägverzahnung vorzusehen, bei der die eine Zahnschräge
den Schrägungswinkel von 90° zur Achse besitzt. Dies zeigt den auf dem Verzahnungscharakter
der Druckringe beruhenden Unterschied der Erfindung gegenüber den bekannten Stirnrädergetrieben,
bei denen zur Aufnahme des Axialschubes ein mit umlaufendes Druckglied in Gestalt
eines üblichen Druckringes vorgesehen ist.
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Die Erfindung kann noch dadurch verbessert werden, daß das äußere
Zentralrad sowohl gelenkig oder elastisch mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil
gekuppelt als auch in bezug auf diesen Teil axial geführt ist. Ferner ist in vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung mindestens eines der Zentralräder in der Weise geteilt,
daß die Verzahnung und der Druckring je einen Teil darstellen, wobei der Druckring
seinerseits ebenfalls geteilt ausgebildet sein kann.
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Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnung beschrieben. Da, wie im Vorstehenden dargelegt ist, die erfindungsgemäßen
Druckringe nach Art einer Ringverzahnung mit 90° zur Achse stehenden Ringzähnen
ausgebildet sind, sind die folgenden Ausführungsbeispiele als Planetenrädergetriebe
mit Doppel-Schräg- bzw. Pfeilverzahnung beschrieben, deren eine Verzahnungs-bzw.
Pfeilhäfte einen Schrägungswinkel von 90° aufweist, so daß sich ringartige Zähne
ergeben. In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 einen Längsschnitt, teilweise in
Ansicht; durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Planeten-oder Umlaufrädergetriebe
mit umlaufendem Planetenträger, F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß
ausgebildetes Planeten- oder Umlaufrädergetriebe mit feststehendem Planetenträger;
diese Art von Planetengetrieben wird häufig auch als Standgetriebe bezeichnet; F
i g. 3 und 4 zeigen besondere Ausführungsbeispiele für die Art der Ausbildung des
äußeren Zentralrades von erfindungsgemäßen Planetengetrieben.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein umlaufender Planetenträger bezeichnet, der
mittels zweier Lager 2 und 3 in einem Gehäuse 4 drehbar gelagert ist. In dem Planetenradträger
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 Kupplung 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 unsymmetrischer Pfeil- oder Doppel-Schrägverzahnung
versehen, und zwar ist die eine, breitere Pfeilhälfte 12 mit einer auch sonst
bei doppel-schrägverzahnten Getrieben üblichen Zahnschräge versehen, während die
andere den Schrägungswinkel 90° aufweist, so daß ihre Zähne ein Zahnstangenprofil
aufweisen. Bei dem in F i g. 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 F i g. 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 Falle 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 56, 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
F i g. 1 mit Doppel-Schrägverzahnung 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 den Schrägungswinkel 90° aufweist. Wie im Falle des Ausführungsbeispiels
nach F i g. 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 F i g. 1 wie in dem der F i g. 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 Zweck ist bei der Ausführungsform der F i g. 1 ein Zahnkranz 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 11 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 F i g. 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 56 greifen einerseits
in den Zahnkranz 36 und andererseits in den Zahnkranz 37 ein, indem wiederum die
axiale Lage des äußeren Zentralrades 21 mittels Federringen 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 F i g. 3 zeigt im einzelnen die Ausbildung .des äußeren Zentralrades
nach F i g. 1 bzw. 2 und insbesondere die Verbindung der beiden Radteile. Während
das Radteil 53 in bekannter Weise ausgebildet ist, ist das andere Radteil
42, 43 in der Längsebene, wie bei 54 angedeutet, geteilt ausgebildet, und wird sowohl
vom Radteil 53 her mit einem Zentrierbund 44, wie auch von einem Ring 45
her mit einem Zentnerbund 46 umfaßt; das Ganze wird mittels Schrauben 47 zusammengehalten.
Diese Art der Teilung der einen mit dem Schrägungswinkel 90° versehenen Radhälfte
gestattet das Getriebe in einfacher Weise zusammenzubauen. Der besseren Anschaulichkeit
wegen ist ein Umlaufrad 55 mit eingezeichnet.
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Eine andere Ausbildungsmöglichkeit der Radteilung ist in F i g. 4
dargestellt. Auch hier besteht das äußere Zentralrad aus zwei Teilen 48 und 49,
welche unmittelbar mittels Schrauben 50 verschraubt sind und den Gegenzahn 51 des
Planetenrades 52 von beiden Seiten umfassen. Hierbei ist die Verzahnung des Außenradteiles
48 über die ganze Breite des Rades durchgeführt, so daß die Zähne mit ihren seitlichen
Brustflächen am Gegenzahn 51 anliegen. In diesem Falle ist also eine die Montage
des Getriebes ermöglichende Teilung in der Querebene vorgesehen. Diese Ausbildung
ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Verzahnung mit dem Schrägungswinkel 90°
eingängig ausgebildet wird, wie hier dargestellt. Auch eignet sich diese hier gezeigte
Art der Teilung für den Fall, daß man, was aus Montagegründen der Fall sein kann,
das innere Zentralrad geteilt ausführen will. In diesem Falle wird zweckmäßigerweise
am inneren Zentralrad, in Richtung des Kraftflusses gesehen, die Verzahnung mit
dem 90°-Schrägungswinkel zuletzt kommen.
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Auf den Abildungen sind Planetengetriebe mit unsymmetrischer Pfeil-
oder Doppel-Schrägverzahnung dargestellt, bei denen der Schrägungswinkel der einen
Pfeilhälfte den Grenzwert 90° annimmt. Es kann aber gleichzeitig die andere Pfeilhälfte
den anderen Grenzwert für den Schrägungswinkel, nämlich 0°, annehmen, also als Geradverzahnung
ausgebildet sein. Solch eine Ausbildung der Erfindung kann z. B. dann von Vorteil
sein, wenn von der Innenradseite her ein Axialschub auf das Gehäuse (im Falle der
Anordnung nach F i g. 1) übertragen werden soll ohne Benutzung von Längs- oder Drucklagern.
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Diese beschriebene Ausbildung derjenigen Pfeilhälfte, welche den größeren
Schrägungswinkel aufweist, bringt dadurch, daß deren Schrägungswinkel mit dem Grenzwert
90° bemessen wird, den Vorteil, daß ihr Zahnprofil als Zahnstangenprofil dargestellt
werden kann. Das bedeutet, daß diese Verzahnung im Drehverfahren, beispielsweise
mittels eines Kammstahles, erzeugt werden kann, was eine wesentliche Verbilligung
der Herstellung bedeutet, weil weder teure Spezialmaschinen noch aufwendige Verzahnungswerkzeuge
dafür benötigt werden.