DE19757433A1 - Planetenzahnradgetriebe mit Mitteln für einen Spielausgleich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetenzahnradgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Ein absolut spielfrei arbeitendes Planetenzahnradgetriebe ist in der Praxis nicht oder zumindest nur äußerst schwierig realisierbar. Dies gilt insbesondere unter Berücksichtigung eines über die Lebensdauer eines Getriebes nicht vollständig vermeidbaren Verschleißes an den ineinander kämmenden Zahn­ radflächen.

Bei dem Einsatz eines Planetengetriebes als beispielsweise Positioniergetriebe soll eine Anfangs- und eine Endposition eines von dem Getriebe angetriebenen Positionierwerkzeuges äußerst genau angefahren werden können.

Insbesondere mit dieser Problematik beschäftigt sich die Er­ findung und zeigt hierfür mit einer Ausgestaltung eines gat­ tungsgemäßen Planetengetriebes nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 eine überraschend einfache, sicher funktionierende Lösung auf. Die exakte Positionierge­ nauigkeit bleibt auch bei einem sich während der Lebensdauer des Getriebes einstellenden Verschleiß an den Zahnradflanken unverändert erhalten.

Die Erfindung beruht auf folgendem Gedanken.

Um eine hohe Positioniergenauigkeit bei einem beispielsweise als Positioniergetriebe eingesetzten Planetenzahnradgetriebe zu erreichen, reicht es aus, daß ein etwa in dem Planetenge­ triebe vorhandenes Spiel zumindest keinen Einfluß auf die einzuhaltenden Endpositionen ausübt. In den Betriebsstellun­ gen des Getriebes zwischen den Endpositionen dürfen dagegen spielbedingte Positionsveränderungen auftreten. Dabei werden insbesondere spielbedingte Positionsveränderungen bei hohen in dem Getriebe auftretenden Drehmomenten akzeptiert. Solche hohen Drehmomente treten bei Positioniergetrieben insbeson­ dere bei hohen Beschleunigungen der zu positionierenden Ge­ genstände auf. Bei Getriebestillstand und in Betriebszustän­ den, in denen zu positionierende Gegenstände mit Geschwin­ digkeitsverzögerung bewegt werden, treten in dem Getriebe keine oder nur sehr geringe zu übertragende Drehmomente auf. Die Erfindung sieht daher Maßnahmen vor, deren Wirkung sich auf solche Betriebszustände mit geringen durch das Getriebe zu übertragenden Drehmomenten beschränken. Diese Maßnahmen bestehen in dem Vorsehen mindestens eines mit einem Plane­ tenrad zusammenwirkenden, achsgleich drehenden Zusatzzahnra­ des mit einer gegenüber dem Planetenrad geringeren Breite.

Dieses Zusatzzahnrad greift mit seinem Zahnprofil, das dem­ jenigen des Planetenrads entsprechen kann, ausschließlich entweder an dem Hohlrad oder dem Ritzel an. Zwischen dem Planetenrad und demjenigen Gegenzahnrad, in das das Zusatz­ zahnrad jeweils eingreift, ist das Zusatzzahnrad drehela­ stisch verspannt. Diese Verspannung führt dazu, daß immer dann, wenn das Verspannungsmoment größer ist als das von dem jeweils zugeordneten Planetenrad zu übertragende Drehmoment, das Planetenrad eine definierte Position gegenüber demjeni­ gen Gegenzahnrad einnimmt, in dem auch das Zusatzzahnrad kämmt. Die Position ist dadurch bestimmt, daß die von dem Planetenrad mit dem Gegenzahnrad in Eingriff stehenden Zähne an den jeweiligen Gegenzähnen an einer Flanke spielfrei an­ liegen. Diese Position erfährt nur dann eine Veränderung, wenn von den Planetenrädern ein Drehmoment zu übertragen ist, das entgegengesetzt und größer als das elastische Spannmoment ist. Solche hohen Drehmomente treten bei einem Positioniergetriebe allerdings lediglich in Betriebszustän­ den auf, die zwischen den Endpositionen des angetriebenen Positionierwerkzeuges liegen. In den Endpositionen überwiegt dagegen jeweils das Spannmoment. Die Höhe des Spannmomentes ist durch die das Verspannen bewirkende Federkraft bestimmt und daher frei wählbar.

Durch ein einziges erfindungsgemäßes Zusatzzahnrad kann eine Wirkung nur jeweils entweder allein zwischen den Planetenrä­ dern und dem Hohlrad oder den Planetenrädern und dem Ritzel erzeugt werden und zwar je nach dem, ob das Zusatzzahnrad mit seinem Zahnprofil an dem Hohlrad oder dem Ritzel an­ greift. Insoweit reicht allerdings bei einem Planetengetrie­ be mit mehreren Rädern bereits ein mit einem Zusatzzahnrad ausgerüstetes Planetenrad aus. Durch Vorsehen eines solchen Zusatzzahnrades an mehreren oder gar allen Planetenrädern wird die Wirkung verstärkt.

Mindestens zwei Zusatzzahnräder, die einem einzigen Plane­ tenrad zugeordnet sein können, müssen vorgesehen sein, um eine erfindungsgemäße Wirkung zwischen sowohl den Planeten­ rädern und dem Hohlrad als auch zwischen den Planetenrädern und dem Ritzel zu erreichen.

Bei mehreren eingesetzten Spannrädern können die einzelnen Verspannungsmomente gleich- oder gegensinnig ausgerichtet sein. Dies hat keinen Einfluß auf die Genauigkeit der Er­ zielbarkeit der Endpositionen. Unterschiede ergeben sich le­ diglich im Betriebsverhalten bei von den Planetenrädern zu übertragenden Drehmomenten, die oberhalb der vorgesehenen Spannmomente liegen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im Zusammenhang mit einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein mit einem Hohlrad und einem Ritzel im Eingriff befindliches, in einem Umlaufträger gelagertes Pla­ netenrad in einem Radialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Planetenrad nach der Linie II-II in Fig. 1 in verkleinertem Maßstab,

Fig. 3 die Verzahnung zwischen dem Planetenrad und dem Rit­ zel in einem Schnitt nach Linie III-III in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In der Fig. 1 sind die mit einem Planetenrad 1 zusammenwir­ kenden Teile eines Planetenzahnradgetriebes lediglich aus­ schnittsweise angedeutet.

Das Planetenrad 1 ist über Lagerrollen 2 drehbar auf einem in einem Umlaufträger 3 befestigten Planetenradbolzen 4 ge­ lagert. Der Umlaufträger 3 ist insgesamt mit mehreren Plane­ tenrädern 1 bestückt. Jedes Planetenrad 1 kämmt einerseits in einem in der Getriebeachse vorgesehenen Ritzel 5 und an­ dererseits in einem koaxial radial außerhalb des Ritzels 5 vorgesehenen Hohlrad 6 des Planetenzahnradgetriebes.

Auf beiden Stirnseiten eines Planetenrades 1 ist in diesem jeweils ein achsgleich mit dem Planetenrad 1 drehbares Zu­ satzzahnrad 7 bzw. 8 gelagert.

Das Planetenrad 1 ist dem Ritzel 5 sowie dem Hohlrad 6 je­ weils so zugeordnet, daß die Breite des Ritzels 5 einerseits und des Hohlrades 6 andererseits größer als die Breite des Planetenrades 1 ist. Die überschüssige Breite des Hohlrades 6 bzw. des Ritzels 5 ist dem Planetenrad 1 jeweils so zuge­ ordnet, daß sie lediglich auf einer Seite des Planetenrades 1 übersteht. Dabei überragt das Ritzel eine Stirnseite des Planetenrades 1, die derjenigen gegenüberliegt, an der die überschüssige Breite des Hohlrades 6 das Planetenrad 1 über­ ragt.

Die Zusatzzahnräder 7 und 8 besitzen eine mit dem Planeten­ rad 1 übereinstimmende Verzahnung. Durch die vorstehend be­ schriebene Zahnbreiten-Ausbildung und Zuordnung zwischen dem Planetenrad 1 einerseits und dem Hohlrad 6 bzw. dem Ritzel 5 andererseits ist es möglich, daß von den Zusatzzahnrädern 7, 8 eines allein mit dem Ritzel 5 und das andere allein mit dem Hohlrad 6 in einem verzahnten Eingriff steht. Dabei steht das Zusatzzahnrad 7 in einem verzahnten Eingriff mit dem Ritzel 5 und das Zusatzzahnrad 8 in einem verzahnten Eingriff mit dem Hohlrad 6. Das Zusatzzahnrad 7 kann somit als radial innen spannendes Zusatzzahnrad und das Zusatz­ zahnrad 8 als radial außen spannendes Zusatzzahnrad bezeich­ net werden.

Die Spannwirkung der Zusatzzahnräder 7 bzw. 8 wird wie folgt erreicht.

Die Zusatzzahnräder 7, 8 sind jeweils in Ringnuten 9 in den Stirnseiten des Planetenrades 1 um die Planetenradachse drehbar gelagert. Die Lagerung bzw. Zentrierung der Zusatz­ zahnräder 7, 8 erfolgt dabei jeweils von einem von den Zu­ satzzahnrädern ausgehenden Ringbund 10. Der Ringbund 10 ei­ nes Zusatzzahnrades 7 bzw. 8 ragt nur über eine geringe Tie­ fe in die jeweilige Ringnut 9. In dem verbleibenden Volumen der Ringnuten 9 sind Federn vorgesehen. Bei diesen Federn handelt es sich jeweils um eine Schraubenfeder 11. An den Umfangsenden sind die Schraubenfedern 11 einerseits über je­ weils einen Stift 12 mit dem Planetenrad 1 sowie mit einem Stift 13 mit dem Zusatzzahnrad 7 bzw. 8 verbunden. Bei den in Fig. 2 gezeigten Schraubenfedern 11 handelt es sich um auf Druck belastete Federn. An jeder Stirnseite des Plane­ tenrades 1 ist jeweils eine Schraubenfeder 11 vorgesehen. Die Federn 11 können auch Spann- oder Sicherungsringe sein. Eingesetzte Schraubenfedern können auf Zug oder Druck bela­ stet sein.

In Fig. 3 sind dargestellt die Stellungen des Planetenrades 1 und des Zusatzzahnrades 7 mit Bezug auf das Ritzel 5. Da­ bei ist erkennbar, daß der von dem Planetenrad 1 mit dem Ritzel 5 in Eingriff stehende Zahn auf seiner linken Flanke spielfrei an dem Gegenzahn des Ritzels 5 anliegt. In diese Position gedrückt wird das Planetenrad 1 durch das federbe­ aufschlagte innenspannende Zusatzzahnrad 7. Die Drehrich­ tung, in die das Planetenrad 1 gespannt ist (Spannrichtung des Planetenrades 1), wird in der Zeichnung durch den Pfeil SR angedeutet. Entgegengerichtet ist die durch die Kraft der Feder 11 erzeugte Drehrichtung des Zusatzzahnrades 7 (Spannrichtung des Zusatzzahnrades 7). Der Pfeil DR zeigt die Drehrichtung des Ritzels 5 an.

Dreht das Ritzel 5 in Richtung des in der Fig. 3 angegebenen Pfeiles, so liegt jeweils die in Drehrichtung des Ritzels 5 hinten liegende Flanke eines Ritzel-Zahnes an einem eingrei­ fenden Zahn des Planetenrades 1 an und zwar unabhängig von der Größe eines zu übertragenden Drehmomentes. Ist die Dreh­ richtung des Ritzels 5 umgekehrt, so verbleibt die in Fig. 3 gezeichnete Zuordnung zwischen des ineinandergreifenden Zah­ nes des Planetenrades 1 und des Ritzels 5 lediglich bei Be­ lastungszuständen des Getriebes, bei denen das Spannmoment des Zusatzzahnrades 7 größer als das von dem Planetenrad 1 zu übertragende Drehmoment ist. In einem Fall, in dem das zu übertragende Drehmoment größer als das Spannmoment ist, wird sich dieses Verhältnis bei Erreichen der Endposition, wenn dort das Arbeitsdrehmoment abnimmt, wieder umkehren, so daß zumindest in der Ruheendposition wieder die Zuordnung zwi­ schen Planetenrad 1 und Ritzel 5 entsprechend der Darstel­ lung in Fig. 3 gegeben ist.

Die Zusatzzahnräder 7 und 8 sind jeweils in der Form einer Scheibe ausgebildet. Dadurch können sie als axiale Widerla­ ger für die Lagerrollen 2 dienen, indem sie sich selbst axial an dem Umlaufträger 3 als Widerlager abstützen.

Bei einem Planetenzahnradgetriebe mit mehreren Planetenrä­ dern 1 können sämtliche Planetenräder in der Art nach Fig. 1 ausgebildet sein. Es reicht aber auch bereits, wenn ledig­ lich ein Planetenrad 1 derart gestaltet ist. Die Anzahl der insgesamt vorgesehenen Zusatzzahnräder 7, 8 bestimmt ledig­ lich den Grad der bei einem Planetenzahnradgetriebe erfin­ dungsgemäß möglichen Steifigkeitsverbesserung.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erwähnt, können die Federn 11 für die beiden Zusatzzahnräder 7 und 8 gleich- oder gegensinnig eingebaut sein. Auch dies verändert ledig­ lich die Art der erfindungsgemäßen Steifigkeitsbeeinflus­ sung.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung be­ steht darin, in einem durch die Spannmomente erreichbaren kleinen Momentenbereich eine mit Bezug auf erreichbare End­ positionen definierte Reststeifigkeit des Getriebes zu ge­ währleisten. Die Höhe der Reststeifigkeit ist durch die Grö­ ße, Anzahl und Richtungen der über eingesetzte Zusatzzahnrä­ der bewirkten Spannmomente beeinflußbar.

Claims (10)

1. Planetenzahnradgetriebe mit einem Hohlrad, einem Rit­ zel, einem Umlaufträger mit gleichzeitig in dem Hohlrad und dem Ritzel kämmenden Planetenrädern und Mitteln für einen Spielausgleich, gekennzeichnet durch die Merkmale,

• - mindestens einem der Planetenräder (1) ist mindestens ein achsgleich drehbares Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) zugeordnet,
• - das mindestens eine Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) ist gegenüber dem Planetenrad (1) drehelastisch verspannt,
• - das Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) besitzt eine gegenüber dem Planetenrad (1) geringere Breite,
• - das mindestens eine Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) kämmt aus­ schließlich in entweder dem Hohlrad (6) oder dem Ritzel (5).

2. Planetenzahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zusatzzahnräder (7, 8) vorgesehen sind, von denen eines (7) ausschließlich an dem Ritzel (5) und das andere (8) ausschließlich an dem Hohlrad (6) angreift.

3. Planetenzahnradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils einem Planetenrad (1) und einem Zusatz­ zahnrad (7 bzw. 8) mindestens eine diese beiden Zahnräder (1 und 7 bzw. 1 und 8) drehelastisch gegeneinander verspannende Feder (11) vorgesehen ist.

4. Planetenzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) in dem zugehöri­ gen Planetenrad (1) gelagert ist.

5. Planetenzahnradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) in einer Stirnseite des be­ treffenden Planetenrades (1) gelagert ist.

6. Planetenzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (11) in einer zu einer Stirnseite des Plane­ tenrades (1) offenen Ringnut (9) vorgesehen ist und daß das Zusatzzahnrad (7) bzw. (8) zentrisch in dieser Ringnut (9) gelagert ist.

7. Planetenzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzzahnrad (7 bzw. 8) mit einem in die Ringnut (9) des Planetenrades (1) eingreifenden Ringbund (10) verse­ hen ist.

8. Planetenzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) radial geschlitzte innen- oder außen­ spannende Spannringe oder gebogene Druck-/Zugfedern sind.

9. Planetenzahnradgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) an ihren freien Umfangsenden über je­ weils einen Stift (12 bzw. 13) mit einerseits einem Zusatz­ zahnrad (7 bzw. 8) und andererseits mit dem Planetenrad (1) verbunden sind.

10. Planetenzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Planetenräder über Lagerrollen auf den Planetenradbolzen rotieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzzahnräder (7, 8) axiale Widerlager in dem Um­ laufträger (3) besitzen und als axiale Widerlager für die Lagerrollen (2) des Planetenrades (1) dienen.