DE19530953C2 - Planetengetriebe mit ungleichmäßig in Umfangsrichtung der Zentralachse angeordneten Planetenrädern - Google Patents

Abstract

Bei einem Planetengetriebe sind fünf Planetenräder ungleichmäßig über den Umfang verteilt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit ungleichmäßig angeordneten Planetenrädern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Durch Gradu, M. u. K. Langenbeck: "Planetengetriebe mit ungleichmäßig auf dem Umfang angeordneten Planetenrädern", veröffentlicht in "Antriebstechnik", Bd. 34 (Juni 1995) Nr. 6, Sn. 62-65 sind die geometrischen Verhältnisse und Bedingungen für eine gute Lastverteilung mit geringen Lastüberhöhungsfaktoren sowohl bei Planetengetrieben, bei denen drei, vier oder fünf Planetenräder gleichmäßig auf den Umfang verteilt sind, und bei denen der Phasenversatz zwischen den Zahneingriffen am Hohlrad und am Sonnenrad gleich Null ist, als auch bei Planetengetrieben mit ungleichmäßig angeordneten Planetenrädern nach dem Oberbegriff des Patentanspruches bekannt.

Danach sind, um gleichmäßig angeordnete Planetenräder einbauen zu können, bestimmte Montierbarkeitskriterien zu erfüllen. Der theoretisch kleinstmögliche Einbauwinkel (ohne Rücksicht auf den Kopfkreisdurchmesser des Planetenrades) zweier Planetenräder ergibt sich zu

mit Z_Z und Z_H die Zähnezahlen des Sonnenrades bzw. des Hohlrades.

Für die weiteren möglichen Einbauwinkel gilt:

δ = n.δ_min, n ∈ N (2)

Bei gleichmäßiger Verteilung von p Planetenrädern über 360° ergibt sich:

Mit (1) und (3) folgt

Symmetrischer Eingriff ist bei einem Planetengetriebe gegeben, wenn ganzzahlige Teilbarkeit der Summe der Zähnezahlen des Sonnenrades und des Hohlrades durch die Anzahl der Planetenräder p vorliegt. Der Phasenversatz zwischen den Zahneingriffen am Hohlrad und am Sonnenrad ist gleich Null, deshalb tritt an den inneren (So/Pl) und an den äußeren (Pl/Ho) Zahneingriffen der Eingriffsimpuls gleichzeitig ein. Die zusätzliche Bedingung betreffend die Zähnezahlen stellt eine neue Restriktion für die Erreichung der erwünschten Übersetzung dar.

Der symmetrische Eingriff repräsentiert eine Alternative bei den bekannten Gestaltungen vom Counterphasing Typ (US-Patent 3 241 392) mit Zahneingriffen, die durch gleiche Intervalle, bezogen auf die Eingriffsteilung, getrennt sind.

Geräuschuntersuchungen haben eine deutliche globale Geräuschemissionsminderung bei einem Planetengetriebe mit fünf Planetenrädern und symmetrischem Eingriff gezeigt. Der gleichphasige Eingriff bewirkt eine Verminderung der Exzenterbewegung des Sonnenrades um die Zentralachse und führt also zu einem Lagestabilisierungseffekt des inneren Zentralrades. Auf der anderen Seite, die Zähne am Hohlrad und am Sonnenrad kommen zum genau gleichen Zeitpunkt in den Eingriff und intensivieren das Geräuschniveau im System, ein Umstand, der bei Counterphasing nicht gegeben ist.

Unabhängig hiervon ist es aus der Firmenschrift BHS Getriebetechnik: "Das sind BHS-Stoeckicht-Planetengetriebe" Mai 1972, bekannt, für den Lastausgleich - d. h. alle Planetenräder übertragen gleiche Leistung - das ungelagerte Sonnenrad und Außenrad in Doppelzahnkupplungen aufzuhängen, so daß sich diese Zahnräder selbsttätig auf gleiche Zahnkräfte einstellen können. Lt. dieser Firmenschrift sollen die Vorteile des Planetengetriebes gegenüber dem achsversetzten Stirnradgetriebe im wesentlichen auf dem baulichen Merkmal beruhen, wonach um ein Sonnenrad mehrere Planetenräder angeordnet sind, die sich im Außenrad abwälzen. Das soll die gleichachsige Bauart ergeben und eine Übertragung der Leistung an mehr als einer Stelle: Leistungsverzweigung. Die größere Zahl von Zahneingriffsstellen soll kleine Zahnräder ergeben - damit kleine Getriebe, zugleich niedrige Zahngeschwindigkeiten - damit geringere dynamische Zahnkräfte und niedrigen Geräuschpegel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Planetengetriebe derart zu gestalten, daß die Bedingungen bezüglich Übersetzungsgenauigkeit, Lastausgleich, Baugröße, Lebensdauer, Schwingungsverhalten und geringer Geräuschniveauentwicklung optimal erfüllt werden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches in vorteilhafter Weise gelöst.

Bei dem Planetengetriebe nach der Erfindung sind zwei radial verschiebliche Zentralglieder (Sonnenrad und/oder Planetenträger und/oder Hohlrad) verwendet und mehrere Planetenräder ungleichmäßig am Umfang verteilt, so daß die Verteilungswinkel zwischen zwei Planetenrädern nur zwei mögliche Werte, δ₁ und/oder δ₂, in einer, wenn realisierbar, abwechselnden Anordnung, beide ganzzahlige Vielfache vom theoretisch kleinsten Einbauwinkel δ_min und naheliegend der gleichmäßigen Verteilungswinkel δ, annehmen können, wobei der Phasenversatz zwischen den Zahneingriffen am Hohlrad und am Sonnenrad sehr gering gehalten ist (< 10%).

Bei ungleichmäßiger Verteilung von p Planetenrädern über 360° ist n nicht ganzzahlig (n ∉ N). Es existieren dann aber n₁, n₂ ∈ N; n₁ ≠ n₂ derart, daß:

δ₁ = n₁.δ_min (5)

δ₂ = n₂.δ_min (6)

und

360° = u.δ₁ + v.δ₂ (7)

mit: u + v = p u, v ∈ N (8)

Der Ansatz

n₁ = Int(n) (9)

n₂ = Int(n) + 1 (Int = ganzzahliger Wert) (10)

führt auf

|n₁ - n₂| = 1 ↔ (11)

|n₁ - n₂| = min (min = kleinster Wert) (12)

Man versucht auch, vorteilhaft für die Lastverteilung, daß:

|u - v| = min (13)

Die Gleichungen (1) und (7) ergeben

360° = δ_min.(Z_Z + Z_H) (14)

und

360° = u.δ₁ + v.δ₂ ↔ 360° = u.n₁.δ_min + v . n₂.δ_min (15)

Aus (14), (15) folgt

Z_Z + Z_H = u.n₁ + v.n₂ (16)

Mit (11) und (12) erhält man die kleinste Ungleichmäßigkeit bei der Winkelanordnung der Planetenräder und die Gleichungen (9) und (10) repräsentieren den Ausgangspunkt der Erfindung für eine iterative Berechnung der Werte δ₁ und δ₂ für die Verteilungswinkel und der entsprechenden Phasenverschiebungen. Die Parameter u, v, n₁ und n₂ werden gemäß der Erfindung so lange in einem iterativen Rechenverfahren verändert, mit der Erfüllung der Gleichung (16), bis sich ein sehr geringer Phasenversatz (< 10%) zwischen den Zahneingriffen am Hohlrad und am Sonnenrad einstellt.

Der Einsatz von fünf Planetenrädern und die nachgiebige Auf­ hängung von zwei Zentralgliedern ergibt einen Gesamtfrei­ heitsgrad des Planetensatzes, der eine gute Lastverteilung durch die Realisierung der entsprechenden Ausgleichsbewegungen er­ laubt. Bekannte Vorteile gegenüber dem Einsatz von drei oder vier Planetenrädern sind die Vergrößerung der Übertragungs­ fähigkeit bei gleichem Bauvolumen oder die Reduzierung des Bauvolumens bei gleichem Leistungsdurchsatz. Bei den Aus­ führungen mit fünf Planetenrädern ist der Einfluß der Un­ gleichmäßigkeit in der Winkelanordnung der Planetenräder am Umfang auf die statische Lastverteilung kleiner als bei denen mit drei oder vier Planetenrädern.

Weiterhin wird vorgeschlagen, fünf Planetenräder zu verwenden auf Grund der sehr effizienten Wirkungsweise hinsichtlich der Verringerung der Schwingungsamplituden des Hohlrades bei den ersten Schwingungsformen (Ovalisierung, Dreieck, Viereck), die mit großer Wahrscheinlichkeit in dem üblichen Betriebsfrequenzbereich auftreten, und die bei dem Einsatz von drei oder vier Planetenrädern stärker angeregt werden. Die Fünfeck-Schwingungsform wird, dank der Unsymmetrie in der Planetenanordnung, auch weniger angeregt.

Durch die Erfindung lassen sich beispielsweise fünf Planetenräder am Umfang anordnen, unabhängig von den Zähnezahlen des Sonnenrades und des Hohlrades, und daher kann die erwünschte Übersetzung mit großer Genauigkeit erreicht werden. Die erfindungsgemäße iterative Änderung der Winkelverteilung der Planetenräder ermöglicht die Realisierung der kleinsten Phasenverschiebungen zwischen den Zahneingriffen. Auf diese Weise sind gleichzeitig die Vorteile der Anordnung mit symmetrischem Eingriff und der Anordnung vom Counterphasing Typ erfasst. Die Unwucht, verursacht von der ungleichmäßigen Winkelverteilung der Planetenräder am Umfang, kann durch übliche Auswuchtmaßnahmen beseitigt werden (z. B. mit Schlitzen mit unterschiedlichen Größen wie in den Fig. 1 und 2). Die obengenannten Anordnungslösungen gemäß der Erfindung bieten beide eine für die Fertigung günstige Symmetrieachse des Planetensatzes in der Querschnittsebene trotz der ungleichmäßigen Winkelverteilung.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsformen. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 ein Planetengetriebe nach der Erfindung mit fünf Planetenrädern in der Winkelanordnung: 360° = 3.δ₁ + 2.δ₂

Fig. 2 ein Planetengetriebe nach der Erfindung mit fünf Planetenrädern in der Winkelanordnung: 360° = 1.δ₁ + 4.δ₂.

Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Planetengetriebe bestehen im wesentlichen aus fünf Planetenrädern P1 . . . P5, einem Sonnenrad Z, einem Hohlrad H und einem Planetenträger S. In Fig. 1 sind die Planetenräder in der Winkelanordnung 360° = 3.δ₁ + 2.δ₂ am Umfang verteilt. Die Hauptdaten eines solchen Ausführungsbeispiels, mit den entsprechenden niedrigen Phasenverschiebungen zwischen den Zahneingriffen sind in der Tabelle 1 gezeigt.

Diese Hauptdaten erlauben auch eine Winkelanordnung vom Typ 360° = 1.δ₁ + 4.δ₂, mit der Einhaltung der Bedingung bezüglich der Phasenverschiebungen. Eine solche Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt. Ein weiteres Planetengetriebe, bei dem man diesen Typ der Planetenanordnung realisieren kann, hat die Hauptdaten aus der Tabelle 2.

Tabelle 1

Tabelle 2

Anwendungsmöglichkeit

Anwendung bei den Planetensätzen der automatischen Kraftfahrzeuggetriebe und an den Außenplanetenachsen von Reisebussen.

Grundsätzlich ist eine Anwendung auch bei anderen Industrieplanetengetrieben möglich.

Claims (1)

1. Planetengetriebe, bei dem zwei der Zentralglieder nachgiebig aufgehängt sowie die Planetenräder unter zwei verschiedenen Verteilungswinkeln ungleichmäßig in Umfangsrichtung der Zentralachse angeordnet und die Verteilungswinkel nur geringfügig verschieden von dem virtuellen Verteilungswinkel für eine gleichmäßige Anordnung sowie nach der Bedingung Z_Z + Z_H = u × n₁ + v × n₂ ausgelegt sind, wobei gilt
   Z_Z = Zähnezahl des Sonnenrades
   Z_H = Zähnezahl des Hohlrades
   u + v = p
   p = Anzahl der Planetenräder
   u, v ∈ N
   360° = u × δ₁ + v × δ₂
   δ₁, δ₂ = Verteilungswinkel
   n₁, n₂ ∈ N n₁ ≠ n₂
   δ₁ = n₁ × δ_min; δ₂ = n₂ × δ_min
   δ_min = (360°) : (Z_Z + Z_H),
   dadurch gekennzeichnet,
   daß der durch iterative Änderung der Parameter n₁, n₂, u und v festlegbare Phasenversatz der Zahneingriffe der Planetenräder am Sonnenrad und am Hohlrad, gemessen auf der Eingriffslinie, kleiner als 10% der Eingriffsstrecke ist.