DE19542779A1 - Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit einem mit einer Antriebswelle drehfest verbundenen Sonnenrad, zumindest einem sich auf dem Sonnenrad abwälzenden Planetenrad mit einem zum Sonnenrad koaxialen Planetenradträger, auf welchem das Planetenrad drehbar gelagert ist, sowie mit einem zum Sonnenrad koaxialen Hohlrad, in welchem sich das Planetenrad abwälzt.

Derartige Getriebe sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Sie haben den Vorteil einer kompakten Bauweise und erlauben große Übersetzungen. Dennoch kann es vorkommen, daß die mit dem Getriebe erzielbaren Übersetzungen nicht ausreichen oder der bei großen Übersetzungsverhältnissen des Getriebes erforderliche Bauraum bei der jeweiligen Anwendung nicht zur Verfügung steht. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Getriebe der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß es einerseits größere Übersetzungsverhältnisse als herkömmliche Getriebe ermöglicht und andererseits über vergleichsweise geringe Abmessungen verfügt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Innenverzahnungsring drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist und ein elastischer Verzahnungsring mit einer Außenverzahnung vorgesehen ist, der mit dem Innenverzahnungsring kämmt und eine geringfügig kleinere Zähnezahl als der Innenverzahnungsring aufweist, und daß der Planetenträger zumindest eine exzentrische Stützeinrichtung aufweist, über welche sich der Planetenradträger in radialer Richtung verdrehbar an der Innenseite des Verzahnungsringes abstützt, wobei jeweils der mit dem Innenverzahnungsring in Eingriff sich befindliche Verzahnungsabschnitt des Verzahnungsringes in radialer Richtung des Planetenradträgers zwischen dem Stützeinrichtung und dem Innenverzahnungsring angeordnet ist, und daß eine Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, über welche der Verzahnungsring mit einer Abtriebswelle kuppelbar ist.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß sich ein äußerst kompaktbauendes Getriebe mit großen Übersetzungen verwirklichen läßt. Beim Betrieb des Getriebes wird über das Sonnenrad, das Planetenrad und das Hohlrad der Planetenradträger angetrieben, welcher sich über die Stützeinrichtung am Verzahnungsring abstützt. Bei einer Umdrehung des Planetenradträgers dreht sich der Verzahnungsring relativ zum Innenverzahnungsring um die Differenz der Zähnezahl zwischen dem Innenverzahnungsring und der Außenverzahnung des Verzahnungsringes. Über die Kupplungseinrichtung kann die Drehbewegung des Verzahnungsringes auf die Abtriebswelle übertragen werden. Durch den Verzahnungsring läßt sich eine große Übersetzung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle realisieren.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, kann die Stützeinrichtung des Planetenradträgers zumindest zwei radial einander gegenüberliegende Stützelemente aufweisen, über deren jeweils radial am weitesten vorstehende Endabschnitte sich der Planetenradträger am Verzahnungsring in radialer Richtung abstützt. Durch die beiden einander gegenüberliegenden Stützelemente kann der Planetenradträger gegenüber dem Innenverzahnungsring zentriert werden. Auch läßt sich die Stabilität des Getriebes dadurch erhöhen. Auf diese Weise lassen sich zwei Eingriffsstellen zwischen Verzahnungsring und Innenverzahnungsring realisieren, wodurch sich die Betriebssicherheit der Getriebe erhöhen läßt.

Als vorteilhaft kann es sich zudem erweisen, wenn die Endabschnitte der Stützelemente in Umfangsrichtung des Verzahnungsringes abgerundet sind und der Verzahnungsring eine im nichtmontierten Zustand zylindrische, zur Außenverzahnung konzentrische Gleitfläche aufweist, auf welcher die Endabschnitte der Stützelemente beim Betrieb des Getriebes abgleiten, wobei der Krümmungsradius der Endabschnitte im wesentlichen gleich oder kleiner dem Krümmungsradius des Verzahnungsringes ist, läßt sich eine besonders funktionssichere und einfach herzustellende Getriebeanordnung erzielen.

Ein Vorteil kann es zudem sein, wenn die beiden Stützelemente einstückig ausgebildet sind und einen im Querschnitt im wesentlichen ellipsenförmiges Stützelement bilden, welches einstückig mit dem Planetenradträger ausgebildet ist und dessen Mantelflächenumfang im wesentlichen dem Umfang der Gleitfläche des Verzahnungsringes entspricht. Durch die integrale Gestaltung des Planetenradträgers und des Stützelementes lassen sich einerseits die Produktionskosten senken, andererseits kann der Verzahnungsring mit seiner Gleitfläche vollständig am Mantelflächenumfang des Stützelementes anliegen, wodurch sich der Verzahnungsring besser führen läßt.

Um eine sichere Kraftübertragung zwischen dem Verzahnungsring und der Antriebswelle zu gewährleisten, kann die Kupplungseinrichtung als Klauenkupplung ausgebildet sein, wobei sowohl am Verzahnungsring als auch mit der Antriebswelle drehfest verbundene Klauen vorgesehen sind, die jeweils in Umfangsrichtung ineinander greifen.

Um eine noch höhere Übersetzung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle zu erzielen, kann es sich als günstig erweisen, wenn die Planetenräder zweistufig ausgebildet sind, mit einer ersten Planetenradverzahnung mit einer zweiten Planetenradverzahnung, die drehfest mit der ersten Planetenradverzahnung verbunden ist, wobei der Umfang der ersten Planetenradverzahnung kleiner als der Umfang der zweiten Planetenradverzahnung ist und sich die erste Planetenradverzahnung mit dem Sonnenrad und die zweite Planetenradverzahnung mit dem Hohlrad im Eingriff befindet.

Darüber hinaus kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Planetenräder auf am Planetenträger angebrachten Achszapfen drehbar gelagert sind, wobei sich die Achszapfen durch die Planetenräder hindurch erstrecken und ein Führungskörper vorgesehen ist, der mit dem Planetenradträger drehfest verbunden ist und Öffnungen zur Aufnahme der Achszapfen aufweist. Dadurch läßt sich die Stabilität des Planetenradträgers erhöhen.

Um eine zusätzliche Erhöhung der Übersetzung gegenüber herkömmlichen Getrieben zu erzielen, kann die Zähnezahl des Innenverzahnungsring deutlich größer als die Zähnezahl des Hohlrades sein.

Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Innendurchmesser des Innenverzahnungsringes im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Hohlrades ist.

Als vorteilhaft kann es sich dabei erweisen, wenn die Zähnezahl der Außenverzahnung um zwei Zähne geringer als die Zähnezahl des Innenverzahnungsringes ist. Durch diesen geringen Unterschied in der Zähnezahl, läßt sich eine besonders hohe Übersetzung erzielen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, können das Hohlrad und der Innenverzahnungsring integrale Teile eines Getriebegehäuses sein. Damit läßt sich sowohl ein stabiles, als auch kompaktes Getriebe realisieren.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann es sich als Vorteil erweisen, das Getriebe vollständig aus Kunststoff zu fertigen. Dadurch lassen sich die Herstellungskosten und das Gewicht des Getriebes deutlich senken. Insbesondere kleine Getriebe lassen sich auf diese Weise realisieren. Die zur Kunststoffverarbeitung bekannten Methoden, wie z. B. Spritzgießen eignen sich darüber hinaus hervorragend zur Massenfertigung von Getrieben.

Als vorteilhaft kann es sich dabei erweisen, wenn das Sonnenrad, die Planetenräder, der Führungskörper und das Stützelement aus POM (Polyoxymethylen) gefertigt ist. Dieses Material eignet sich insbesondere aufgrund seiner Verschleißfähigkeit und ist daher auch hohen Beanspruchungen gewachsen.

Darüber hinaus kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Verzahnungsring aus weichlegiertem PA (Polyamid) gefertigt ist. Dadurch kann der Verzahnungsring elastisch bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit hergestellt werden.

Ferner kann das Hohlrad bzw. das Gehäuse aus LCP (Flüssigkristallpolymer) gefertigt sein. Auch dieser Werkstoff zeichnet sich durch gute Verarbeitungseigenschaften und eine hohe Festigkeit aus.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Das erfindungsgemäße Getriebe in einer geschnittenen Seitenansicht;

Fig. 2 Das Getriebe in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie I-I aus Fig. 1;

Fig. 3 Das Getriebe aus Fig. 1 in einer geschnittenen Ansicht entlang der Linie II-II aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Getriebe in einer geschnittenen Seitenansicht. Aus Fig. 1 sind ersichtlich eine Antriebswelle 2, ein mit der Antriebswelle 2 drehfest verbundenes Sonnenrad 3, eines von drei zweistufigen Planetenräder 4, die jeweils eine erste Planetenradverzahnung 5 und eine zweite Planetenradverzahnung 6 aufweisen, wobei sich die erste Planetenradverzahnung 5 mit dem ebenfalls verzahnten Sonnenrad 3 und die zweite Planetenradverzahnung 6 mit einem ebenfalls verzahnten Hohlrad 7 kämmend in Eingriff befindet, sowie ein Planetenradträger 8, der Achszapfen 9 aufweist, auf denen jeweils die Planetenräder 4 drehbar gelagert sind, wobei sich die Achszapfen 9 durch Bohrungen 10 in den Planetenrädern 4 hindurch erstrecken. Die drei Planetenräder 4 sind gleichmäßig über den Umfang des Planetenradträgers verteilt. Alternativ können auch zwei oder vier Planetenräder vorgesehen sein.

Drehfest mit dem Planetenradträger 8 ist ein Führungskörper 11 vorgesehen, der über Steckzapfen 12 mit dem Planetenradträger 8 verbunden ist, wobei die Steckzapfen 12 in stirnseitigen Ausnehmungen 13 des Planetenradträgers 8 aufgenommen sind. Der Führungskörper 11 weist darüber hinaus Öffnungen 14 auf, in welchen die überstehenden Achszapfen 9 aufgenommen sind. Zusätzlich verfügt der Führungskörper 11 über einen Durchgang 15, durch welchen sich die Antriebswelle 2 erstreckt, bzw. durch welchen das Sonnenrad 3 zur Montage des Getriebes 1 mit den Planetenrädern 4 in Eingriff gebracht werden kann. Weiterhin sind Durchbrüche 16 vorgesehen, durch welche sich die Planetenräder 4 erstrecken, der Art, daß sie in Eingriff mit dem Hohlrad 7 bringbar sind.

Koaxial zum Hohlrad 7 ist ein Innenverzahnungsring 17 vorgesehen. Sowohl das Hohlrad 7 als auch der Innenverzahnungsring 17 sind dabei Bestandteil eines gemeinsamen Gehäuses 18 des Getriebes 1. Dadurch, daß der Innenverzahnungsring 17 und das Hohlrad 7 Bestandteil des Gehäuses 18 sind, sind der Innenverzahnungsring 17 und das Hohlrad 7 drehfest gegeneinander verbunden. Der Innendurchmesser des Innenverzahnungsringes 17 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlrades 7, wobei jedoch die Zähnezahl des Innenverzahnungsringes 17 deutlich größer als die Zähnezahl des Hohlrades 7 ist.

In dem Innenverzahnungsring 17 kämmt ein elastischer Verzahnungsring 19, der eine Außenverzahnung 20 und eine Gleitfläche 21 aufweist. Die Zähnezahl der Außenverzahnung 20 des Verzahnungsringes 19 ist um zwei Zähne geringer als die Zähnezahl der Innenverzahnungsringes 17. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich wird, befinden sich zwei Verzahnungsabschnitte 22 der Außenverzahnung 20 des Verzahnungsringes 19 mit dem Innenverzahnungsring 17 in Eingriff.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, verfügt der Planetenradträger 8 über eine Stützeinrichtung 23, welche aus einem im Querschnitt aus Fig. 2 ersichtlichen elliptischen Stützelement 24 besteht, das eine Umfangsmantelfläche 25 aufweist. Durch die elliptische Form der Stützelemente 24 entstehen radial am weitesten vorstehend Endabschnitte 24′. Die Umfangsmantelfläche 25 erstreckt sich koaxial zur Gleitfläche 21 des Verzahnungsringes 19, wobei der Umfang der Mantelfläche 25 im wesentlichen gleich dem Innenumfang der Gleitfläche 21 ist, wodurch der Verzahnungsring 19 mit seiner Gleitfläche 21 im wesentlichen vollständig auf der Mantelfläche 25 aufliegt. Der Verzahnungsring 19 ist gegenüber der Mantelfläche 25 entlang seiner Gleitfläche 21 verschieblich, bzw. das Stützelement 24 ist verdrehbar in der Gleitfläche 21 des Verzahnungsringes 19 aufgenommen. Durch die elliptische Gestaltung des Stützelementes 24 befindet sich jeweils die beiden Verzahnungsabschnitte 22 in Eingriff mit dem Innenverzahnungsring 17.

Stirnseitig am Verzahnungsring 19 sind Klauen 26 zu sehen, die sich in Umfangsrichtung des Verzahnungsringes 19 mit Klauen 27 in Eingriff befinden, die radial auf einem Flansch 28 einer Abtriebswelle 29 angebracht sind. Die Klauen 26 und 27 bilden eine Kupplungseinrichtung. Der Flansch 28 ist einstückig mit der Antriebswelle 29 ausgeführt, wobei die Antriebswelle durch Freihand- Bruchlinien 30 teilweise geschnitten dargestellt ist. Die Abtriebswelle 29 ist wiederum in einer Lagerung 31 im Gehäuse 18 drehbar gelagert und verfügt über einen Vierkant 32 zum Abgreifen des durch die Abtriebswelle übertragenen Drehmomentes.

Das Getriebe 1 besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Insbesondere bestehen dabei das Sonnenrad 3, die Planetenräder 4, der Führungskörper 11 und das Stützelement 24 aus POM (Polyoxymethylen). Der Verzahnungsring 19 besteht aus weichlegiertem PA (Polyamid). Das Hohlrad 7, bzw. das Gehäuse 18 besteht aus LCP (Flüssigkristallpolymer). Sowohl die Antriebswelle 2 als auch die Abtriebswelle 29, der Innenverzahnungsring 17 und das Hohlrad 7 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Achszapfen 9 verlaufen parallel zur Antriebswelle 2.

In anderen Ausführungsformen ist es auch denkbar, die Stützeinrichtung durch Rollen zu bilden, deren Drehachse parallel zur Antriebswelle 2 verläuft und die auf der Gleitfläche 21 anstelle der Endabschnitte des Stützelementes 24 abrollen. Dadurch ließe sich der innere Reibungswiderstand des Getriebes 1 senken.

Im folgenden wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert:
Zum Betreiben des Getriebes 1, ist z. B. das Gehäuse 18 in einer nichtdargestellten Vorrichtung fest installiert.

Durch einen nichtdargestellten Antrieb wird die Antriebswelle 2 und somit das Sonnenrad 3 angetrieben. Über die Planetenräder 4 und das Hohlrad 7 wird der Planetenradträger 8, der koaxial zur Antriebswelle 2 angeordnet ist, um seine Achse gedreht. Dabei findet eine Verschiebung zwischen dem Stützelement 24 entlang seiner Mantelfläche 25 gegenüber der Gleitfläche 21 des Verzahnungsringes 19 statt. Dadurch kämmt die Außenverzahnung des elastischen Verzahnungsringes 19 in dem Innenverzahnungsring 17, wobei jeweils der in radialer Richtung zwischen dem Endabschnitt des Stützelementes 24 und dem Innenverzahnungsring 17 angeordnete Verzahnungsabschnitt 22 der Außenverzahnung 20 sich mit dem Innenverzahnungsring 17 in Eingriff befindet. Da die Zähnezahl der Außenverzahnung 20 um zwei Zähne niedriger als die Zähnezahl des Innenverzahnungsringes 17 ist, führt der Verzahnungsring 19 eine Drehbewegung relativ zum Innenverzahnungsring 17 aus. Über die Klauen 26 und 27 wird diese Drehbewegung des Verzahnungsringes 19 auf den Flansch 28 und somit die Abtriebswelle 29 übertragen.

Mit dieser Getriebeanordnung läßt sich ein äußerst kompaktes Getriebe verwirklichen, das eine hohe Übersetzung zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 29 zuläßt.

Dadurch, daß das Getriebe 1 aus Kunststoff gefertigt ist, lassen sich zudem die Herstellungskosten drastisch senken.

Claims (15)

1. Getriebe mit einem mit einer Antriebswelle (2) drehfest verbundenen Sonnenrad (3), zumindest einem sich am Sonnenrad (3) abwälzenden Planetenrad (4) und einem zum Sonnenrad (3) koaxialen Planetenradträger (8), auf welchem das Planentenrad (4) drehbar gelagert ist, sowie mit einem zum Sonnenrad (3) koaxialen Hohlrad (7), in welchem sich das Planetenrad (4) abwälzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenverzahnungsring (17) drehfest mit dem Hohlrad (7) verbunden ist und ein elastischer Verzahnungsring (19) mit einer Außenverzahnung (20) vorgesehen ist, die mit dem Innenverzahnungsring (17) kämmt und eine geringfügig kleinere Zähnezahl als der Innenverzahnungsring (17) aufweist, und daß der Planetenradträger (8) zumindest eine exzentrische Stützeinrichtung (23) aufweist, über welche sich der Planetenradträger (8) in radialer Richtung verdrehbar an der Innenseite des Verzahnungsringes (19) abstützt, wobei jeweils der mit dem Innenverzahnungsring in Eingriff sich befindliche Verzahnungsabschnitt (22) des Verzahnungsringes (19) in radialer Richtung des Planetenradträgers (8) zwischen der Stützeinrichtung (23) und dem Innenverzahnungsring (17) angeordnet ist, und daß eine Kupplungseinrichtung (26,27) vorgesehen ist, über welche der Verzahnungsring (19) mit einer Abtriebswelle (29) kuppelbar ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützeinrichtung (23) des Planetenradträgers (8) zumindest zwei radial einander gegenüberliegende Stützelemente (24) aufweist, über deren jeweils radial am weitestens vorstehenden Endabschnitte (24′) sich der Planetenradträger (8) am Verzahnungsring in radialer Richtung abstützt.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte der Stützelemente (24) in Umfangsrichtung des Verzahnungsringes abgerundet sind und der Verzahnungsring eine im nichtmontierten Zustand zylindrische, zur Außenverzahnung konzentrische Gleitfläche (21) aufweist, auf welcher die Endabschnitte der Stützelemente (24) beim Betrieb des Getriebes (1) abgleiten, wobei der Krümmungsradius die Endabschnitte im wesentlichen gleich oder kleiner dem Krümmungsradius der Gleitfläche (21) ist.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stützelemente (24) einstückig ausgebildet sind und einen im Querschnitt im wesentlichen ellipsenförmiges Stützelement bilden, welches einstückig mit dem Planetenradträger ausgebildet ist und dessen Mantelflächenumfang im wesentlichen dem Umfang der Gleitfläche des Verzahnungsringes (19) entspricht.

5. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung als Klauenkupplung ausgebildet ist, wobei sowohl am Verzahnungsring (19) als auch mit der Abtriebswelle (29) drehfest verbundene Klauen (26, 27) vorgesehen sind, die jeweils in Umfangsrichtung ineinander greifen.

6. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (4) zweistufig ausgebildet sind, mit einer ersten Planetenradverzahnung (5) und einer zweiten Planetenradverzahnung (6), die drehfest mit der ersten Planetenradverzahnung (5) verbunden ist, wobei der Umfang der ersten Planetenradverzahnung kleiner als der Umfang der zweiten Planetenradverzahnung ist und sich die erste Planetenradverzahnung mit dem Sonnenrad (3) und die zweite Planetenradverzahnung mit dem Hohlrad (7) in Eingriff befindet.

7. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (4) auf den Planetenradträger (8) angebrachten Achszapfen (9) drehbar gelagert sind, wobei sich die Achszapfen (9) durch die Planetenräder hindurch erstrecken und ein Führungskörper (11) vorgesehen ist, der mit dem Planetenradträger (8) drehfest verbunden ist und Öffnungen (14) zur Aufnahme der Achszapfen aufweist.

8. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl des Innenverzahnungsringes (17) deutlich größer als die Zähnezahl des Hohlrades (7) ist.

9. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des Innenverzahnungsringes im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Hohlrades ist.

10. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähnezahl der Außenverzahnung um zwei Zähne geringer als die Zähnezahl des Innenverzahnungsringes ist.

11. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) und der Innenverzahnungsring (17) integrale Teile eines Getriebegehäuses (18) sind.

12. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (1) vollständig aus Kunststoff gefertigt ist.

13. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (3), die Planetenräder (4), der Führungskörper (11) und das Stützelement (24) aus POM (Polyoxymethylen) gefertigt sind.

14. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsring (19) aus weichlegiertem PA (Polyamid) gefertigt ist.

15. Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) bzw. das Gehäuse (18) aus LCP (Flüssigkristallpolymer) gefertigt ist.