DE19850889B4

DE19850889B4 - Verfahren zur Fertigung einer formschlüssigen Verbindung bei einem Planetengetriebe und ein Planetengetriebe

Info

Publication number: DE19850889B4
Application number: DE1998150889
Authority: DE
Inventors: Peter Weber; Richard Ostermeier
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2018-11-06
Also published as: DE19850889A1

Abstract

Verfahren zur Fertigung einer formschlüssigen Verbindung des Sonnenrades mit einer Kupplung bei einem Planetengetriebe,
wobei das Planetengetriebe Planetenräder, mindestens ein Sonnenrad mit Führungszapfen und eine Kupplung zum Anschluß oder zum Anmontieren eines Elektromotors, insbesondere dessen Motorwelle, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei der Fertigung des Planetengetriebes das Sonnenrad in die Kupplung und deren Material derart eingepreßt wird, daß die formschlüssige Verbindung spielfrei ist,
wobei bei der Fertigung die Kupplung eine Innenverzahnung erhält und das Sonnenrad eine entsprechende Außenverzahnung erhält,
und daß die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades zum Eingriff von Planetenrädern des Planetengetriebes und zur formschlüssigen Verbindung mit der Kupplung verwendbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer formschlüssigen Verbindung bei einem Planetengetriebe und ein Planetengetriebe.
Planetengetriebe werden in verschiedenen Bereichen der Industrie eingesetzt, häufig zusammen mit Elektromotoren. Das Drehmoment eines Elektromotors ist oft zu klein und die Drehzahl zu hoch für die jeweilige technische Anforderung. Deshalb wird vom Elektromotor ein Planetengetriebe angetrieben, das wegen seines hohen Übersetzungsverhältnisses ein genügend großes Drehmoment und eine niedrigere Drehzahl erzeugt.

Aus der DE 42 41 550 A1 ist ein Planetengetriebe mit Kupplung zum Anbau an einen Elektromotor bekannt.

Insbesondere bei Robotern finden Planetengetriebe zunehmend Verwendung. In zunehmendem Maße werden überlastfähige und spielärmere Planetengetriebe gefordert.

Zwischen der das Planetengetriebe antreibenden Motorwelle und dem angetriebenen Sonnenrad ist eine Kupplung vorhanden.

Es sind Fertigungsverfahren für formschlüssige Verbindungen des Sonnenrades mit der Kupplung bekannt. Dabei besitzt das Sonnenrad einen Bereich mit einer gerändelten oder verzahnten Form. Die Kupplung besitzt die entsprechende, also inverse, Hohl-Rändelung oder Hohlverzahnung.

Bei der Fertigung eines solchen Planetengetriebes wird zwischen den gerändelten oder verzahnten Bereich der Kupplung und des Sonnenrades Klebstoff eingebracht. Auf diese Art und Weise ist eine kostspielige, fertigungsaufwendige formschlüssige Verbindung von Sonnenrad und Kupplung zu erreichen.

Jedoch kann bei Lastwechseln und Überlaststößen der Klebstoff die großen mechanischen Belastungen nicht durchhalten und verliert seine mechanische Stützfunktion. Außerdem ist er je nach Wahl der chemischen Zusammensetzung elastisch. Eine Spielfreiheit kann auf diese Weise nicht hergestellt und dauerhaft garantiert werden.

Aus der DE-OS 15 06 505 ist eine Welle-Naben-Verbindung bekannt, bei der allerdings die gesamte Verzahnung für die Verbindung genutzt wird.

Aus der DE-GM 72 13 391 wird zwar die Arbeitsverzahnung gleichzeitig zur Herstellung einer Welle-Naben-Verbindung verwendet. Allerdings geht es dort um ein Klebeverfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung einer formschlüssigen Verbindung von Sonnenrad und Kupplung für ein Planetengetriebe und ein Planetengetriebe anzugeben, die spielfrei ist und die vorgenannten Nachteile meidet.

Die Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren zur Fertigung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und bei einem Planetengetriebe nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren nach Anspruch 1 sind, dass bei der Fertigung des Planetengetriebes das Sonnenrad in die Kupplung und deren Material derart eingepreßt wird, daß die formschlüssige Verbindung spielfrei ist,
wobei bei der Fertigung die Kupplung eine Innenverzahnung erhält und das Sonnenrad eine entsprechende Außenverzahnung erhält,
und daß die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades zum Eingriff von Planetenrädern des Planetengetriebes und zur formschlüssigen Verbindung mit der Kupplung verwendbar ist.

Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Planetengetriebe nach Anspruch 10 sind, dass die formschlüssige Verbindung des Sonnenrades mit der Kupplung spielfrei ist,
wobei die Kupplung eine Innenverzahnung aufweist und das Sonnenrad eine entsprechende Außenverzahnung aufweist,
und dass die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades zum Eingriff von Planetenrädern des Planetengetriebes und zur formschlüssigen Verbindung mit der Kupplung verwendbar ist.

Der wesentliche Vorteil ist dabei, daß die Fertigung in einfacher und kostengünstiger Weise erfolgt und die Spielfreiheit auch bei Lastwechseln und Überlastungen dauerhaft garantiert werden kann.

Erfindungsgemäß ist die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades verwendbar für die Verbindung mit der Kupplung. Von Vorteil ist dabei, daß die Zahnbreite der Verzahnung des Sonnenrades nur verlängert werden muß. Dies reduziert den Fertigungsaufwand erheblich. Bei der Fertigung wird nur der Hub der Verzahnungsmaschine etwas verlängert. Die Arbeitsverzahnung wird bei der Auslegung des Planetengetriebes, also der Auslegung seiner Planetenräder, seines Hohlrades und Sonnenrades, zusammen ausgelegt. Somit ist auch die Innenverzahnung der Kupplung abhängig von der Auslegung des Planetengetriebes.

Erfindungsgemäß weist das Sonnenrad eine Außenverzahnung und die Kupplung eine Innenverzahnung auf. Bei der Fertigung kann dann das Sonnenrad eingepreßt werden in die Kupplungsverzahnung. Von Vorteil ist dabei die Formschlüssigkeit der Verbindung, die auch hohen Überlastungen standhält.

In einer Weiterbildung werden die Verzahnungen als Evolventenverzahnungen ausgeführt. Von Vorteil ist dabei die Verwendbarkeit von Evolventenverzahnungsmaschinen, die leicht verfügbar sind.

In einer Weiterbildung sind die Verzahnungen des Sonnenrades und der Kupplung derart ausgeführt, daß sie die gleichen Kenndaten haben, wie Modul, Zähnezahl und Eingriffswinkel. Von Vorteil ist dabei, daß die Außenverzahnung und die Hohlverzahnung ineinander passen. Sie sind sozusagen Negativ-Abdrücke voneinander. Der Zahn der Außenverzahnung des Sonnenrades paßt in die Lücke der Innenverzahnung der Kupplung. Insbesondere sind sie Geradverzahnungen, so daß während des Einpressens keine Drehung durchgeführt werden muß.

In einer Weiterbildung besitzen die Zähne der Außenverzahnung ein Zahnweitenaufmaß. D.h., sie sind etwas dicker ausgeführt als die mathematisch ideal in die Hohlverzahnung passende Form. Von Vorteil ist dabei, daß nach dem Einpressen eine äußerst dichte, schlüssige und somit auch spielfreie Verbindung herstellbar ist. Durch die auftretenden Spannungen und Kraftflüsse im Material ist eine große Standzeit der Verbindung auch im Falle von häufigen Lastwechseln und Überlastungen garantiert. Außerdem ist eine der Elastizität und Torsion des Materials des Sonnenrades und der Kupplung entsprechende hohe Verdrehsteifigkeit verfügbar.

In einer Weiterbildung wird das Sonnenrad in die Kupplung mit hoher Preßkraft eingefügt, wobei die Preßkraft auch vom vorgenannten Zahnweitenaufmaß abhängt. Von Vorteil ist dabei, daß bei zunehmender aufzuwendender Preßkraft auch eine zunehmende Verkleinerung der Spielfreiheit gegeben ist. Ohne Preßkraft und ohne Zahnweitenaufmaß gibt es hingegen immer einige kleine Lücken im Mikrobereich, die ein gewisses Spiel ermöglichen.

In einer Weiterbildung wird das Pressen derart durchgeführt, daß Metallspäne auftreten. Die Kupplung besitzt zum Auffangen dieser Späne mindestens einen Spanraum. Von Vorteil ist dabei, daß beim Abraspeln der Metallspäne im Mikrobereich an der Oberfläche der Verzahnungen fast ideale Flächen sich gegenüberstehen und somit Lücken im Mikrobereich vermindert werden. Dies verbessert die vorgenannten Eigenschaften, wie Spielfreiheit, Verdrehsteifigkeit und auch die Wiederholgenauigkeit.

Die vorgenannten Weiterbildungen betreffen in entsprechender Weise auch die Weiterbildungen und Ausführungsformen des Planetengetriebes mit den entsprechenden vorgenannten Vorteilen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer weiteren Ausführungsform des Planetengetriebes wird Klebstoff auf den Führungszapfen aufgebracht. Von Vorteil ist dabei, daß somit die axiale Spielfreiheit bewerkstelligbar ist. Das Sonnenrad besitzt an seinem motorseitigen Ende den zylindrischen Führungszapfen. Dieser steckt im Hohlzylinder der Kupplung. Durch den Klebstoff wird der Führungszapfen fixiert und das axiale Spiel somit verhindert. Ein weiterer Vorteil ist dabei die öldichte Abdichtung der Verbindung von Sonnenrad und Kupplung.

Die Erfindung wird anhand einer Figur näher erläutert.
Die Motorwelle 1 treibt das Planetengetriebe an und ist mit der motorseitigen Kupplung 2 verbunden. Die Kupplung besitzt eine Innenverzahnung 3 und einen Spanraum 7. Die Innenverzahnung 3 der Kupplung greift in die Außenverzahnung 4 des Sonnenrades 5, 6. Das Sonnenrad 5, 6 ist einem Einsteckritzel ähnlich ausgeführt. Es besitzt an seinem Ende einen Bereich ohne Verzahnung, der eine glatte zylindrische Form 6 aufweist. Dieser zylindrische Führungszapfen 6 fixiert die Achse des Sonnenrades und verhindert seitliches Ausschlagen dieser Achse.
Das Drehmoment wird im wesentlichen im Bereich der Verzahnung 3 von der Kupplung 2 auf das Sonnenrad 5 übertragen. Die Arbeitsverzahnung 4 gibt das Drehmoment an die Planetenräder weiter.
Die Arbeitsverzahnung 4 und die Außenverzahnung des Sonnenrades im Bereich 3 sind in der gleichen Weise ausgeführt. Die Verzahnung 3, 4 ist eine Evolventenverzahnung gemäß DIN 3960 und DIN 3998. Die Balligkeiten, wie Flankenlinienkorrekturen, und Kopfkorrekturen, wie Kopfrücknahme, und Fußkorrekturen, wie Fußrundungen, sind nur in einer durch die Evolventenverzahnungsmaschine erreichbaren Genauigkeit fertigbar.
Das Gleiche gilt für die Innenverzahnung oder Hohlverzahnung 3 der Kupplung 2. Diese Hohlverzahnung 3 ist entsprechend der Außenverzahnung der Arbeitsverzahnung 4 des Sonnerades 5 ausgelegt. Jedoch ist die Zahnweite mit einem relativen Abmaß, bzw. die Zahnweite der Außenverzahnung mit einem relativen Aufmaß versehen. D.h., daß der Grundlückenhalbwinkel der Verzahnung des Sonnenrades relativ zur mathematisch ideal in die Innenverzahnung passenden Auslegung etwas größer ist. Als Alternative gilt die logische Umkehrung für die Innenverzahnung.
Ohne dieses Aufmaß oder Abmaß ist das Sonnenrad 5 im Idealfall ohne Kraftaufwand in die Kupplung 2 einführbar. Dabei liegen die Zahnflächen der Außenverzahnung 3 direkt an den Zahnflächen der Zähne der Hohlverzahnung 3 an.
Da jedoch dieses Aufmaß oder Abmaß vorhanden ist, muß mit Kraftaufwand das Sonnenrad 5 in die Kupplung 2 eingeführt werden. Dabei wird Material abgetragen und es treten Späne auf. Diese können sich im Spanraum 7 sammeln.
Nach dem Einpreßen des Sonnenrades 5 in die Kupplung 2 liegt eine spielfrei, überlastfähige, verdrehsteife und formschlüssige Verbindung zur Drehmomentübertragung von der Kupplung 2 auf das Sonnenrad 5 auch bei großer Schalthäufigkeit vor. Diese Verbindung ermöglicht somit eine hohe Wiederholgenauigkeit bei Anwendungen des erfindungsgemäßen Planetengetriebes wie beispielsweise Robotor-Bewegungen.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen ergeben sich für den Fachmann in einfacher Weise, beispielsweise kann die Erfindung auch bei mehrstufigen Planetengetrieben angewendet werden.

1: Motorwelle
2: Kupplung
3: Spanraum
4: Verzahnung
5: Sonnenrad
6: Führungszapfen

Claims

Verfahren zur Fertigung einer formschlüssigen Verbindung des Sonnenrades mit einer Kupplung bei einem Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe Planetenräder, mindestens ein Sonnenrad mit Führungszapfen und eine Kupplung zum Anschluß oder zum Anmontieren eines Elektromotors, insbesondere dessen Motorwelle, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Fertigung des Planetengetriebes das Sonnenrad in die Kupplung und deren Material derart eingepreßt wird, daß die formschlüssige Verbindung spielfrei ist, wobei bei der Fertigung die Kupplung eine Innenverzahnung erhält und das Sonnenrad eine entsprechende Außenverzahnung erhält, und daß die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades zum Eingriff von Planetenrädern des Planetengetriebes und zur formschlüssigen Verbindung mit der Kupplung verwendbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad beim Pressen auch als materialabtragendes, spanabhebendes Werkzeug verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen Evolventenverzahnungen mit oder ohne Korrekturen, wie Flankenlinienkorrekturen, Balligkeiten, Kopfkorrekturen, Fußkorrekturen oder dergleichen, sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Evolventenverzahnungen des Sonnenrades und der Kupplung im wesentlichen die gleichen Module, Zähnezahlen und Eingriffswinkel aufweisen und den Schrägungswinkel Null besitzen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Evolventenverzahnung des Sonnenrades eine größere Zahnweite, also ein größeres Zahnweitenaufmaß oder einen größeren Grundlückenhalbwinkel der Evolvente, im Gegensatz zur entsprechenden Hohlverzahnung derart aufweist, daß die Zähne des Sonnenrades dicker sind als die entsprechenden Lücken der Hohlverzahnung der Kupplung.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung der Kupplung und die entsprechende Außenverzahnung des Sonnenrades derart dimensioniert sind, daß sie nur unter Anwendung einer von Null verschiedenen Preßkraft ineinander gefügt werden können.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß beim Einpreßen des Sonnenrades in die Kupplung Metallspäne auftreten und diese sich in einem Spanraum der Kupplung ansammeln.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß beim Fertigen der formschlüssigen Verbindung Klebstoff zur Verbindung der Kupplung mit dem Führungszapfen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß beim Fertigen der formschlüssigen Verbindung die Kupplung mit dem Führungszapfen verschweißt wird.
Planetengetriebe, das mindestens ein Sonnenrad und eine Kupplung zum Anschluß oder zum Anmontieren eines Elektromotors, insbesondere dessen Motorwelle, umfaßt, wobei das Planetengetriebe eine formschlüssige Verbindung des Sonnenrades mit der Kupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung des Sonnenrades mit der Kupplung spielfrei ist, wobei die Kupplung eine Innenverzahnung aufweist und das Sonnenrad eine entsprechende Außenverzahnung aufweist, und dass die Arbeitsverzahnung des Sonnenrades zum Eingriff von Planetenrädern des Planetengetriebes und zur formschlüssigen Verbindung mit der Kupplung verwendbar ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad beim Pressen auch als materialabtragendes, spanabhebendes Werkzeug verwendet wird.
Planetengetriebe nach Anspruch 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen Evolventenverzahnungen mit oder ohne Korrekturen, wie Flankenlinienkorrekturen, Balligkeiten, Kopfkorrekturen, Fußkorrekturen oder dergleichen, sind.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Evolventenverzahnungen des Sonnenrades und der Kupplung im wesentlichen die gleichen Module, Zähnezahlen und Eingriffswinkel aufweisen und den Schrägungswinkel Null besitzen.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenverzahnung der Kupplung und die entsprechende Außenverzahnung des Sonnenrades derart dimensioniert sind, daß sie nur unter Anwendung einer von Null verschiedenen Preßkraft ineinander gefügt werden können.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Evolventenverzahnung des Sonnenrades eine größere Zahnweite, also ein größeres Zahnweitenaufmaß oder einen größeren Grundlückenhalbwinkel der Evolvente, im Gegensatz zur entsprechenden Hohlverzahnung derart aufweist, daß die Zähne des Sonnenrades dicker sind als die entsprechenden Lücken der Hohlverzahnung der Kupplung.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 15 dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung des Planetengetriebes mindestens einen Spanraum aufweist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 16 dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung Klebstoff zur Verbindung der Kupplung mit dem Führungszapfen aufweist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 17 dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung mindestens einen Sicherungsring zur Verbindung der Kupplung mit dem Führungszapfen aufweist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 10 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung zwischen Kupplung und Führungszapfen des Sonnenrades aufweist.