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Stirnräderplanetengetriebe Die Erfindung betrifft ein gerad- oder
einfachschrägverzahntes Stirnräderplanetengetriebe mit mindestens zwei Planetenrädern,
bei welchen beide Zentralräder mit den ihre Drehmomente aufnehmenden Teilen gelenkig
oder elastisch angeordnet sind und eines der Räder in Bezug auf den sein Drehmoment
aufnehmenden Teil axial geführt ist, wahrend die axiale Lage der übrigen Zahnräder
durch mit den Zahnrädern verbundene Druckringe bestimmt ist.
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Es sind bereits Planetengetriebe dieser Art bekannt (DBP 1 165 370,,
bei denen mindestens eines der gerad-oder einfachschrägverzahnten Zentralräder zwecks
glei cher Verteilung der Leistung auf alle Planetenräder gelenkig oder elastisch
mit dem sein Drehmoment aufnehmenden Teil verbunden ist. Des weiteren ist bei derartigen
bekannten Planetengetrieben nur ein Zentralref axial festgelegt, während die axiale
Lage der übrigen
Zahnräder durch fest mit den Rädern verbundene,
meinandergreif ende verzahnungsartige Druckringe bestimmt ist, welche außerdem bei
Planetengetrieben mit einfach schrägverzahnten Rädern den Ausgleich der freien axialen
Zahnkraftkomponenten vornehmen sollen, um dadurch ein Kippen der Planetenräder zu
verhindern.
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Die bekannten Planetengetriebe dieser Art weisen jedoch Nachteile
auf. So sind die bei diesen Getrieben verwendeten Konstruktionsmerkmale nicht in
der Lage, eine gleichmäßige Verteilung der Zahnlast über die Zahnbreite herbeizuführen,
wenn beispielsweise Verzahnungs- und Einbaufehler, Verwindung des Ritzels unter
Drehmomentbelastung oder unterschiedliche Wärme deznungen die Erreichung eines gleichmäßigen
Zahnkontaktes über die Zahnbreite behindern. Als Bolgen eines einseitigen Zahntragens
sind vorzeitiger Verschleiß der Zahnflanken und Zahnbruch zu nennen.
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Durch die bekannte einseitige Anordnung der ineinandergreifenden verzahnungsartigen
Druckringe geht sowohl der Raum für die Anordnung dieser Druckringe als auch der
Raum zwischen den Druckringen und der Gerad- oder Schrägverzahnung für die Ubertragung
der Leistung verloren und führt außerdem zu ve rhältnismäßig breiten Planetenrädern,
demgemäß auch zu langen Planetenradlagerbolzen, wodurch infolge der größeren Bolzendurchbiegung
die Anfälligkeit für Lagerschäden zunimmt.
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Die in der Mitte der Zahnbreite angreifenden Umfangskräfte belasten
zudem das Planetenradlager außermittig, was zu kleinen Auswinklungen der Achse des
Planetenrades im Rahmen des Lagerspiels führt. Dieser Umstand wirkt sich ungünstig
auf das Tragbild der Zahneingriffe aus. Die durch Axialkräfte hervorgerufenen Reibungskräfte
bei den Druckringen vermögen etwa nur 3X der Getriebeleiste zu übertragen und sind
praktisch nicht imstande,
diese nachteilige Auswinkelung zu verhindern.
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Die bekannte Maßnahme der gelenkigen oder elastischen Aufhängung eines
oder beider Zentralräder zur Erreichung einer gleichen Verteilung der Leistung auf
alle Planetenräder ist in der Regel jedoch nur beim Vorhandensein von drei Planetenrädern
wirksam, weil die Lage des selbsteinstellenden Zentralrades durch drei Punkte bestimmt
wird. Bei der Anordnung von mehr als drei Planeten bedarf es folglich weiterer Maßnahmen,
um zu einem ausreichend guten Lastausgleich zu gelangen.
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Eine bekannte (DBP 858 185) und besonders einfache Lösung ist die
Gestaltung eines der Zentralräder in der Art, daß die durch die Zahnkräfte bedingte
elastische Zentralrad-Verformung so bemessen wird, daß diese in der Lage ist, die
durch auftretende Zahn- oder Einbaufehler bedingte Störung der gleichen Beistungsaufteilung
auf alle Planetenräder zu verhindern. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Qerschnitt
des selbsteinstellenden Zentralrades, besogen auf die Verzahnungsmittelachse, symmetrisch
ausgebildet wird. Will man diese Lehre bei den bekannten Planetengetrieben mit einseitig
angeordneten Druckringen anwenden, sö treten dabei Schwierigkeiten auf, da durch
die unsymmetrische Ausbildung der Räder eine einseitige Versteifung auf der Druckringseite
vorhanden ist, die zu unterschiedlichen Deformationen längs der Zahnbreite führt
und dadurch das Tragbild der Zahneingriffe verschlechtert. Auf jeden Fall ist es
bei einer unsymmetrischen Ausbildung der Zahnräder der bekannten Planetengetriebe
äußerst schwer und umständlich, zu einer gleichmäßigen Deformation entlang der Zahnbreite,
insbesondere bei dem äußeren Zentralrad, ZU gelangen, um dadurch einen ausreichend
guten Lastausgleich, auch bei mehr als drei Planetenrädern, zu erreichen.
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Es sind außerdem Stirnrad-Planetengetriebe bekannt CDAS 1 240 712),
deren Konstruktionsmerkmale sowohl eine gleiche Aufteilung der Leistung auf die
Planetenräder als auch eine gleichmäßige Belastung der Zahnflanken über die Zahnbreite
ermöglichen sollen.
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So wird vorgeschlagen, mindestens den Zahnkranz jedes Planetenrades
mit seiner Achse im Winkel zu der Achse des Getriebes beweglich abzustützen, die
Ausschaltung der Einwirkung der freien axialen Zahnkraftkomponente auf die Selbsteinstellung
des Planetenradzahnkranzes durch neben den Zahnkränzen der Planetenräder einerseits
und der Zentralräder andererseits einander axial gegenüberstehende kegel färmi ge
Ringflächen vorzunehmen und schließlich das innere Zentralrad durch Antrieb über
eine Doppelgelenkkupplung sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung und im
Winkel zu der Achse des Getriebes frei schwimmend anzuordnen.
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Derartige maßnahmen sind j edoch im allgemeinen kompliziert und empfindlich.
ßie ergeben in allen Fällen einen beträchtlichen zusätzlichen Bauaufwand. Die Eaßnahme
der Anordnung der Federelemente zwischen Nabe und Zahnkranz bei den Planetenrädern
ist außerdem, wegen des dafür notwendigen Raumbedarfes, nicht überall anwendbar.
So beispielsweise nicht bei Planetengetrieben mit kleinen tbersetzungaverhältnissen
und demgemäß relativ kleinen Planetenrädern. Bei diesen Getrieben erlaubt es der
Lagerbolzen, welcher ausreichend groß und biegungssteif auszuführen ist, rad'mäßig
nicht, eine Unterteilung der Planetenräder in Nabe und Zahnkranz vorzunehmen und
diese durch Federelemente winklebeweglich zu verbinden.
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Außerdem ist es für die Herstellung der Laufverzahnung bei dem inneren
Zentralrad erforderlich, die seitlichen
Druckringe abnehmbar an
diesem zu befestigen. Bei dem Planetengetriebe der bekannten Art, welches vorzugsweise
mit größeren Übersetsungen auszuführen ist, verhindert jedoch die aus Festigkeitsgründen
neben der Laufverzahnung anzuordnende Eupplungsverzahnung eine abnehmbare Befestigung
des Druckringes an dieser Seite.
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Ein weiterer, besonders großer Nachteil kommt bei allen diesen bekannten
Bauarten dadurch zustande, daß es bei Verwendung einfach schrägverzahnter Räder
und bei Anordnung von mehr als einem Planetenrad nicht immer möglich ist, alle freien
axialen ZShnkraftkomponenten unmittelbar neben ihren Zahneingriffen an den kegelförmigen
Bingflächen auszugleichen, was im Folgenden erläutert werden soll.
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Bei der Herstellung der Planetenräder oder ihrer Zahnkränze ist es
nicht oder nur mit großen Fertigungsaufwand zu vermeiden, daß die axialen Abstände
der kegelförmigen Ringflächen bei allen für ein Getriebe vorgesehenen Planetenrädern
oder bei deren Zahnkränzen- untereinander vergleichen - nicht genau gleich sind.
Da die Ausschaltung der freien axialen Zahnkraftkomponenten bei den Zahneingriffen
der Planetenräder mit den beiden Zentralrädern aber an diagonal gegenüber liegenden
Stellen der kegelförmigen Ringflächen der Planetenräder oder ihrer Zahnkränze stattfindet
und die axiale Ausrichtung dieser Bauteile unter der Last durch den Druckring des
treibenden Zentralrades erfolgt, wird es vorkommen, daß bei ungleichen Abständen
der Ringflächen nicht alle Planetenräder oder deren Zahnkränze auch mit dem Druckring
des anderen Zentralrades zur Anlage kommen, es sei denn, sie würden eine Schtenkbewegung
ausführen. Eine derartige Schwenkbewegung würde
aber einen ungünstigen
Einfluß auf das Tragbild der Zahneingriffe ausüben. Sie hätte eine ungleichmäßige
Verteilung der Last über die Zahnbreite zur Folge.
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Gerade dieses soll aber, beispielsweise durch die winkelbewegliche
Abstützung der Zahnkränze der Planetenräder bei der letztgenannten bekannten Bauart,
verhindert werden.
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Ein Ausgleich der axialen Zahnkraftkomponenten ist demzufolge an den
Stellen, wo keine Druckringaulege zustande kommt, nicht möglich, ohne daß nachteilige
Wirkungen auf die ragbilder der Verzahnungen und der Planetenradlager in Kauf genommen
werden wissen.
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Nicht ausgeglichene axiale Zahnkräfte fuhren aber zu einer Zusatzbelastung
an den Stellen, wo ein Ausgleich stattfindet, darüber hinaus zu einer Belastung
derjenigen Bauteile, welche die axiale Führung des gesamten Radsatzes bewerkstelligen.
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Die Erfindung hat sich demzufolge die Aufgabe gestellt, ein Planetengetriebe
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das bei kleinem Bauaufwand und niedrigen
Herstellungskosten ein Höchstmaß an Betriebssicherheit und gutem Laufverhalten gewährleistet,
wobei eine gleichmäßige Leistungsverteilung und Lastverteilung erreicht werden sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich
bekannter Weise beidseitig der symmetrisch ausgebildeten Zentralräder ein Druckring
angeordnet ist und daß zumindest bei einem Zentralrad der bzw. die Druckringe radial
bewegbar sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann beidseitig der Zentralräder
je ein radial beweglicher Druckring angeordnet sein. Hierbei können nach einem anderen
erfindungsgemäßen Merkmal die Planetenräder und Druckringe an sich bekannte Berührungsflächen
aufweisen, deren Neigung die radiale Verschiebung der Druckringe unter Radialkraft
gewährleistet.
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Diese Druckringe können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung
über Distanzelemente an den Zentralrädern befestigt sein, wobei weiterhin die äußere
Begrenzung der Distanzelemente eine Scheibe aus üblichem Lagerwerk stoff ist.
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Nach einem anderen erfindungsgemäßen Merkmal können die Druckringe
an den Zentralrädern über Spreizringe befestigt sein.
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Bei dem Getriebe nach der Erfindung kann außerdem nach einem weiteren
Merkmal das äußere Zentralrad zur gleichmäßigen Lastverteilung auf die Planetenräder
und über die Zahnbreite elastisch verformbar sein.
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Ein derartiges erfinduS;gemäß ausgebildetes Getriebe weist die folgenden,
die Betriebssicherheit, das Lauf-und Geräuschverhalten und die Herstellungskosten
äußerst günstig beeinflussenden Vorteile auf: Sowohl das innere als auch das äußere
Zentralrad ist in der Lage, sich selbsttätig auf gleiche Leistungsverteilung bei
den Zahneingriffen aller Planetenräder einzustellen.
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Dadurch, daß der Querschnitt des äußeren Zentralrades so bemessen
wird, daß unter den radialen Zahnkräften eine ausreichend große elastische Verformung
möglich ist,
wird einerseits bei drei Planetenrädern die Herbeiführung
einer gleichen Leistungsverteilung auf alle Planeten zusätzlich noch begünstigt,
andererseits bei mehr als drei Planetenrädern diese erst dadurch ermögliche Kommt
es bei den Rädern eines erfindungsgemäß ausgebildeten Getriebes zu einem einseitigen
Tragen der Zahnflanken, beispielsweise an einem Zahnende, so erlaubt die elastische
Verformbarkeit des äußeren Zentralrades ein konisches Aufweiten dieses Rades an
der Stelle der Lastkonzentration und es kommt dadurch zu einer Flankenanpassung
über die ganze Zahnbreite und damit auch zu einer gleichmäßigen Verteilung der Zahnlast.
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Alle Räder des Radsatzes können sich in axialer Richtung nach dem
einen festgelegten Zentralrad ausrichten, indem die Druckringe nicht nur die axialen
Zahnkräfte, sondern auch die von diesen herrührenden, auf die Planetenräder wirkenden
Kippkräfte in besonders vorteilhafter Weise - die abstützenden Kräfte werden kleiner
- aufnehmen, so daß ein Schrägstellen der Achse der Planetenräder und damit eine
ungünstige Beeinflussung auf die Zahneingriffe vermieden wird.
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Dadurch, daß die Druckringe am äußeren Zentralrad so befestigt sind,
daß sie radiale Relatlybewegungen zu dem äußeren Zentralrad ausführen können, kommen
die nur schwer vermeidbaren, fertigungsbedingten Unterschiede in den axialen Abständen
der kegelförmigen Ringflächen der Planetenräder - untereinander verglichen - auf
den Ausgleich der axialen Zahnkraftkomponenten nicht nachteilig zur Wirkung.
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Ein weiterer Vorteil ist die.volle Ausnützung der gesamten Planetenradbreite
für die Leistungsübertragung, so daß der Platzbedarf des Getriebes geringer, oder
die von ihm übertragbare Leistung größer wird. Die Dçxchbiegung des Planetenradlagerbolzens
wird ebenfalls verringert, da sich einmal infolge des geringeren Planetenradgewichtes
kleinere Fliehkräfte ergeben und zum anderen die Biegelänge des Lagerbolzens kleiner
wird. Eine kleinere Lagerbolzendurchbiegung führt aber zu einer höheren Betriebssicherheit
bei der Planetenradlagerung.
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Alle Räder des Rad satzes sind - bezogen auf die Verainungsmittelachse
- symmetrisch ausgebildet. Die richtige Bemessung des Querschnittes des äußeren
Zentralrades, hinsichtlich einer ausreichenden Verformbarkeit, bereitet dadurch
keinerlei Schwierigkeiten.
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Durch die symmetrische Gestaltung des Planetenrades wird erreicht,
daß dieKresultierende Lagerkraft in der Mitte des Planetenradlagers angreift, wodurch
jeae Auswinklung des Rades vermieden wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind
die auf einander abrollenden Flächen der Druckringe, der Stirnseiten der Planetenradzähne
und der daran unmittelbar anschließenden Ringflächen unterhalb ihrer Fußkreise in
an sich bekannte Weise kegelformig abgeschrägt. Weiterhin kann es von Vorteil sein,
wenn die Erzeugende der einen der beiden aufeinander abrollenden Rinächen eine Gerade
ist, wogegen die andere Ringfläche in an sich bekannter Weise ballig ausgebildet
ist.
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Dadurch, daß die Druckringe der beiden Zentralräder an den Stirnseiten
der Planetenradzähne zum Anliegen kommen und infolgedessen von der Zahneingriffsschmierung
herrührendes Schmieröl durch die Zahnlücken der Planetenradzihne direkt an die Druckringanlagefläche
gelangen kann, ergeben sich günstige Schmierungsverhältnisse.
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Diese Verhältnisse können nach einer vorteilhaften Weiterbildung der
Erfindung noch weiter dadurch verbessert werden, daß die Kanten der Stirnflächen
der Planetenradzähne abgerundet sind.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindung gegenstandes
werden die beiden Druckringe bei dem inneren Zentralrad abnehmbar mittels Spreizringen,
mit gerader oder konischer Stirnseite, befestigt.
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Weitere Verbesserungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind anhand der beiliegenden Abbildungen erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Stirnräder-Planeteng
etri ebe im Läng sschni tt; Fig. 2 eine Auflicht der Einzelheit I der Fig.1 in vergrößertem
Maßstabe mit Schnitt II - II durch einen Zahn des Planetenrades; Fig. 3 einen Schnitt
II - II in Big. 2, Fig. 4 die vereinfachte Darstellung der Ansicht auf ein inneres
Zentralrad mit Geradverzahnung sowie darüber und darunter angeordneten Planetenrädern.
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Fig. 5 die vergrößerte Ansicht in Pfeilrichtung x der Fig. 1 auf die
Zahnlücke der Verzahnung des äußeren Zentralrades und auf den Gegenzahn der Planetenradverzahnung
bei abgenommenem Druckring; Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie III - III in Big.
5; Fig. 7 die vergrößerte Ansicht ähnlich der Eig. 6, jedoch mit konisch deformiertem
äußeren Zentralrad und dem Schnitt IV - IV; Fig. 8 einen Schnitt nach Linie IV -
IV in Fig. 7; Fig. 9 die vereinfachte Darstellung eines Radsatzes mit zwei Planetenrädern
und starr angenommener Befestigung der Druckringe an beiden Zentralrädern; Fig.10
die Darstellung des Radsatzes nach Fig. 9, jedoch mit radial beweglicher Befestigung
der Druckringe an das äußere Zentralrad; Fig.11 den vergrößerten Schnitt durch ein
inneres Zentralrad mit Druckringbefestigung durch Spreizringe.
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In dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 1 sind alle Teile des Getriebes
in einem Gehäuse 1 angeordnet, dadurch die beiden Deckel 2 und 3 abgeschlossen ist.
Eine langsam laufende Welle 4 ist in einem Lager 5 des Gehäusedjeckels 2 radial
und axial geführt.
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Das äußere Zentralrad des Planetenradgetriebes ist mit 6 bezeichnet
und über eine doppelte Zahnkupplung 7 mit dem'sein Drehmoment auSnehmenten Teil,
im vorliegenden Falle also mit dem Gehäusedeckel 3, verbunden. Das äußere Zentralrad
6 kämmt mit einer Mehrzahl von Planeten- oder
Umlaufrädern 8, die
auf Planetenradlagerbolzen 9 lose drehbar gelagert sind. Diese Planetenradlagerbolzen
9 sind in einem fest mit der langsam laufenden Welle 4 verbunden Steg oder Planetenradträger
10 befestigt.
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Die Planetenräder 8 kämmen wiederum mit einem inneren Zentralrad oder
Sonnenrad 11, das in radialer Richtung ungelagert und mit dem sein Drehmoment aufnehmenden
Teil, nämlich der schnellaufenden Welle 12 über eine doppelte, mit Geradverzahnung
ausgestattete Zahnkupplung 13 verbunden ist.
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Beie Hälften 14, 15 der doppelten Zahnkupplung 7 sind so ausgebildet,
daß sie Verwinklungen und auch gleichzeitig kleine axiale Verschiebungen zulassen.
Zu diesem Zweck sind beispielsweise die Verzahnungen der Zahnkupplungen mit etwas
Spiel auszuführen. Statt dessen kann auch eine abgeschrägte oder ballige Zahnform
vorgesehen werden. Außerdem müssen sich die Zähne der beiden Zahnkepplungen in geringem
Maße in axialer Richtung verschieben können. Zur Begrenzung der Längsbewegung der
Zähne der beiden Zahnkupplungen sind Anschlagvorrichtungen vorgesehen. Sie bestehen
im Ausführungsbeispiel aus Federringen 16, die in entsprechende Umfangsrillen einge
egt sind, und dienen so zur axialen Festlegung des äußeren Zentralrades 6.
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Die doppelte Zahnkupplung 13 ist ähnlich ausgebildet wie die doppelte
Zahnkupplung 7, nur mit dem Unterschied, daß die rechte Zahnkupplungshälfte 21 axial
festgelegt ist, während die linke Zahnkupplungshälfte 22 eine Axialverschiebung
zwischen der Kupplungshülse 13 und dem inneren Zentralrad 11 zuläßt.
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Die Zahnräder 6, 8 und 11 sind entweder mit einer Geradverzahnung
oder mit einer einfachen Schrägverzahnung versehen. An beiden Seiten des äußeren
Zentralrades 6 und des inneren Zentralrades 11 sind Druckringe 17, 18 bzw. 19, 20
vorgesehen, die die Aufgabe haben, die axiale Lage der Räder 6, 8 und 11 zueinander
festzulegen und darüber hinaus, bei der Verwendung von Schrägverzahnung, die freien
axialen Zahnkraftkomponenten in bekannter Weise vollkommen auszugleichen. Die Selbsteinstellung
aller Räder in radialer Richtung unter dem Einfluß der jeweils einwirkenden Zahnkräfte
wird durch diese Druckringe nicht behindert. Alle Druckringe sind als selbständige
Werkstücke angefertigt und abnehmbar mit den Zentralrädern 6, 11 verbunden.
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Big.2u.3Srläutero die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Befestigung
der Druckringe 17, 18 an dem äußeren Zentralrad 6, sowie die genaue Ausbildung der
kegelförmigen Ringflächen bei den Druckringen und an den Stirnseiten der Planetenräder
8.
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Die Befestigung der Druckringe 17, 18 erfolgt mittels der Schrauben
23 und der Scheiben 24. Die Distanzhülsen 25 bestimmen den Abstand der Scheiben
24 zu den Stirnseiten des äußeren Zentralrades 6. Die Größe dieses Abstandes ist
zu der Dicke der Druckringe 17, 18 so abgestimmt, daß letztere kleine axiale und
radiale Relativverschiebungen gegenüber dem äußeren Zentralrad ausführen können.
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Diese Relativverschiebungen werden durch Radialkomponenten Pr ausgelöst,
welche durch Kräftezerlegung aus den - von den Zahndrücken herrührenden - Axialkräften
Pas
an den Berührungsstellen der kegelförmigen Ringflächen der
Planetenräder mit den Druckringen, zustande kommen.
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Um die Reibungswiderstände und den Verschleiß möglichst klein zu halten,
ist es zweckmäßig, beispielsweise die Scheiben 24 aus Bronze oder einem ähnlichen
Lagerwerkstoff herzustellen. Die nicht starre Befestigung der Druckringe 17, 18
an dem äußeren Zentralrad 6 behindert zu dem nicht die radiale Elastizität dieses
Rades, durch welche - in vorteilhafter Weise - eine gleichmäßige Lastverteilung
auf alle Planetenräder und über die gesamte Zahnbreite erreicht wird.
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Die Beruhrung der kegelförmigen Ringfläche 26 der Druckringe 17, 18
erfolgt mit den Planetenrädern 8 an den abgeschrägten Stirnseiten 27 der Planetenradzähne
28, unter Zuhilfenahme einer nicht unterbrochenen Ringfläche 29 unterhalb des Fußkreises
30.
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Diese Ringfläche bildet zusammen mit der Zahnstirnseite eine, zu der
Druckringfläche 26 korrespondierende, kegelförmige Fläche, die am Zahnkopf vorteilhafterweise
leicht ballig, wie bei 27 gezeigt, zurückgenommen ist. Außerdem sind die Kanten
der Stirnseiten 27 der Planetenradzähne 28, wie in Fig. 3 bei 31 dargestellt, abgerundet,
um die Bildung eines Ölfilms zwischen den Druckringen 17, 18 und den Zahnstirnseiten
27 zu erleichtern.
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Die auf das Planetenrad 8 mit dem Teilkreisdurchmesser do wirkende
Axialkraft Pa bildet ein Kippmoment M von der Größe M=Pa x d Die durch dieses Kippmoment
hervorgerufenen radialen Abstützkräfte verhalten sich größenmäßig verkehrtproportional
zu dem Abstand der Ab stützpunkte auf den
Druckringen. Da bei gleichem
Kippmoment M dieser Abstand sehr groß ist, sind die radialen Abstützkräfte entsprechend
klein.
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Kleinere Abstützkräfte führen aber bei den beweglich angeordneten
Druckringen 17, 18 zu einer Verkleinerung der Biegebeanspruchung in diesen Teilen.
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Fig. 4 - 8 dienen zur Erläuterung der Erzielung einer gleichmäßigen
Lastverteilgag über die gesamte Zahnbreite.
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Geht man davon aus, daß das innere Zentralrad 11, gem.
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der Fig. 4 eine Verwindung beispielsweise durch das Hindurchleiten
eines Drehmomentes erfährt, so wird ebenfalls der Zahn 35 einer, der einfacheren
Darstellung wegen hier vorgesehenen, Geradverzahnung des inneren Zentralrades 11
entsprechend dem Drhrichtungspfeil 36 um den Betrag fx gegenüber seiner ursprünglichen
Flankenrichtung verwunden.
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Das über dem inneren Zentralrad 11 angeordnete Planetenrad 8 wird
sich nun, durch die im Rahmen des Lagerspieles bei dem Planetenradlager mögliche
Auswinkelung, dieser veränderten Flankenrichtung durch ein Kippen nach links anpassen.
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Der Einfachheit halber wird angenommen, daß sich ein zweites Planetenrad
8" - gegenüber dem oberen Plantenrad 8 um 180° versetzt - unmittelbar unter dem
inneren Zentralrad 11 befindet. Um eine Flankenanpassung dieses Rades an den ebenfalls
verwundenen Zahn 37 des inneren Zentralrades 11 zu erreichen, wird das Planetenrad
8" eine Kippbewegung um seinen Lagerbolzen, in diesem Fall aber nach rechts, ausführen.
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Betrachtet man nun den Zahneingriff des in der Fig. 4 nicht dargestellten
äußeren Zentralrades 6 - Fig. 1 -mit dem des Planetenrades 8 und 8X, so kommt es,
wegen der Schräglage der Planetenräder, bei diesen Zahneingriffen zu einer Konzentration
der Zahnlast am Zahnende. Eine Abhilfe dieser einseitigen Lastverteilung durch die
gelenkige oder elastische Aufhängung des äußeren Zentralrades 6 in der doppelten
Zahnkupplung 7 - Fig. 1 - ist in ausreichendem Maße jedoch nicht möglich, da das
äußere Zentragrad 6 zur Erreichung einer gleichmäßigen Lastverteilung an den betrachteten
Zahneingriffen im vorliegenden Beispiel einmal eine Kippbewegung nach links, zum
anderenmal eine solche gleichzeitig nach rechts aus zum führen in der Lage sein
müßte.
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Eine wirksame Maßnahme, um bei allen Zahneingriffen des beschriebenen
Planetengetriebes eine gleichmäßige Lastverteilung über die Zahnbreite zu garantieren,
bringt dagegen die Erfindung. Figuren 5 bis 8 stellen stark vergrößerte Ansichten
in Pfeilrichtung X der Fig. 1 auf eine Zahnlücke des äußeren Zentralrades 8 dar,
wobei anstelle der tatsächlichen Zahnform das Bezugsstangenprofil abgebildet ist.
Figur 6 zeigt den Moment des Auftretens der einseitigen Lastkonzentration im Bereich
K, infolge Schräglage des Planetenrades 8 um den Betrag fx gegenüber der Flankenrichtung
des äußeren Zentralrades 6.
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Wird nun das äußere Zentralrad 6 durch die in diesem Bereich K angreifende
radiale Gesamtzahnkraft Pr um den Betrag fy entsprechend der Figur 7 an dieser Stelle
der Zahnbreite aufgeweitet, so ermöglicht diese konische Deformation des äußeren
Zentralrades 6 dem Planetenrad 8 einen Drehweg, der, wenn die Beziehung f = fy sindOCo
erfüllt wird, zu einer gleichmäßigen Blankenanlage und damit auch zu einer gleichmäßigen
Lastverteilung über die ganze Zahnbreite führt. Von besonderem Vorteil ist
dabei
der symmetrische Querschnitt des äußeren Zentralrades 6 und die nicht zu einer Versteifung
der Elastizität an den Verzahnungsenden dieses Rades führende radial bewegliche
Befestigung der Druckringe 17 und 18.
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Die Figuren 9 und 10 dienen zur Erläuterung der Erzielung eines vollkommenen
Ausgleiches der freien axialen Zahnkraftkomponenten unmittelbar neben ihren Zahneingriffen.
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Die beiden Figuren zeigen in vereinfachter Darstellung die Radsätze
von einfach schrägverzahnten Stirnräder-Planetengetrieben, bestehend aus dem inneren
und äußeren Zentralrad 11, 6 und nur je wei Planetenrädern 8, 8'.
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An den Stirnseiten der Zentralräder 11, 6 sind Druckringe 19, 20 und
17, 18 angeordnet, wobei angenommen wird, daß die Druckringe der Fig. 9 sowohl beim
inneren als zuch beim äußeren Zentralrad fest mit diesen verbunden sind, während
sie bei der Figur 10 dagegen nur beim inneren Zentralrad fest, beim äußeren radial
beweglich befestigt sind.
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Beginnt das innere Zentralrad 11 der Figur 9 sich zu drehen und Leistung
an die Planetenräder 8 und 8' abzugeben, so entstehen im Zahneingriff, durch den
Zahndruck und die Schrägverzahnung auf die Räder 11 und 8 bzw. 11 und 8', entgegengesetzt
wirkende,gleichgroße axiale Kraftkomponenten Pa. Bei entsprechender Abstimmung der
Drehrichtung zur Zahnschrägenrichtung werden durch diese Schubkräfte Pa die beiden
Planetenräder 8 und 8' zur Anlage an den linken Druckring 19 gebracht, was zur Folge
hat, daß sich an beiden Berührungsstellen die Kraftkomponenten
Pa
ausgleichen. Die linken Stirnseiten der Planetenräder 8 und 8' befinden sich nun
in einer gemeinsamen Ebene X - X, senkrecht zur Getriebeachse.
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Aus fertigungstechnischen Gründen ist es nicht oder nur sehr schwer
zu erreichen, daß der Abstand der kegeligen Ringflächen bei allen Planetenrädern
genau gleichgroß ist. So ist beispielsweise in den Biguren 9 und 10 b--b'.
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Dadurch kommt es nach Fig. 9 bei den beiden äußeren Zahneingriffen
nur zu einem Ausgleich der dort ebenfalls vorhandenen Äxialkomponenten Pa bei dem
Planetenrad 8, Pfeil Y, da das untere Planetenrad 8'.nicht zur Anlage an den Druckring
18, Pfeil Z gebracht werden kann, ohne daß dieses - zusammen mit dem äußeren Zentralrad
6 - zu Schwenkbewegungen gezwungen wird.
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Dieses Kippen der Räder würde sich aber nachteilig auf die Tragbilder
der Verzahnungen und der Planetenradlager auswirken; es ist demnach zu vermeiden.
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Ein Ausgleich der axialen Kraftkomponenten Pa auch bei dem Planetenrad
8' - ohne Kippen der Räder - ist jedoch dann möglich, wenn der Druckring 18 radial
beweglich mit dem äußeren Zentralrad 6 verbunden wird. Die Figur 10 zeigt, wie durch
eine Verschiebung des Druckringes 18 nach oben auch an der Stelle Z eine Berührung
mit dem Planetenrad 8' und damit ein Kräfteausgleich zustande kommt. Ausgelöst wird
die Verschiebung durch die vorerst nur allein an dem Druckring 18 angreifende radiale
Komponente Pr (Figur 2) bei der Stelle Y. Der Druckring 18 wird sich demnach so
weit relativ zu Einstellbewegungen des äußeren Zentralrades 6 verschieben, bis alle
freien axialkomponenten Pa ausgeglichen sind und damit auch Kräftegleichgewicht
bei den radialen Komponenten r' welche den Druckring 18 verschieben wollen, herrscht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Befestigung der Druckringe 19,
20 bei dem inneren Zentralrad 11 ist in Figur 11 dargestellt. Sie ist vor allem
dann von Vorteil, wenn das innere Zentralrad 11 bei größeren Getriebeübersetzungen
einen verhältnismäßig kleinen Teilkreisdurchmesser D erhält und die Kupplungsverzahnung
38 demzufolge aus Festigkeitsgründen neben der Laufverzahnung angeordnet werden
muß. Eine Befestigung des Druckringes 20, beispielsweise durch Anschrauben, wie
in der Fig. 1 der Druckring 19, ist dann nicht möglich.
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Außerdem kann es notwendig sein, den Teilkreisdurchmesser d der Kupplungsverzahnung
38 größer als den der Laufverzahnung D zu wählen, um bei Einhaltung der zulässigen
Zahnpressung keine zu breite Verzahnung 38 zu erhalten, welche die Gelenkigkeit
der Zahnkupplung nachteilig verkleinern wurde.
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Die Ausbildung des Druckringes 20 nach der Figur 1 ist dann ebenfalls
nicht möglich.
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Nach Fig. 11 werden die gleichartig ausgebildeten Druckringe 19, 20
durch Spreizring 39 an einem Verschieben zu den Verzahnungsenden hin gehindert.
Um auch ein Verschieben der Druckringe in Umfangsrichtung zu unterbinden, sind diese
mit leichtem Schrumpfsitz auf dem Außendurchmesser der Laufverzahnung aufgebracht.
Die mit kegeliger Anlagefläche ausgebildeten Spreizringe 4G, welche eine Alternativausführung
darstellen, unterstützen die DrOhbehinderung noch weiter, indem sie durch Kräftezerlegung
an den Kegelflächen eine stärkere radiale Anpressung der Spreizringe an die Druckringe
und das Zentralrad herbeiführen.
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Der Erfindungsgegenstand eignet sich sowohl für Planetengetriebe mit
umlaufendem Planetenträger als auch für Standgetriebe, und zwar in ein- oder mehrstufiger
Bauart.