DE2452895B2 - Getriebe mit trochoidenverzahnung - Google Patents

Description

In den Unteransprüchen sind zum Teil bekannte fZirpke »Zahnräder«) vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben; für sie wird Schutz nur im Zusammenhang mit der Lehre nach dem Hauptanspruch begehrt

Man kann diesen abgewandelten Kurvenverlauf auf einem Werkstück beispielsweise derart herstellen, daß ein Trochoiden-Kurvenzug mit einem bestimmten theoretischen Verlauf einem Werkzeug zugeordnet wird, welches zunächst die Erzeugung dieses theoretisehen Kurvenzuges durchführt Anschließend wird das Werkstück um seinen Mittelpunkt, welcher identisch ist mit dem Mittelpunkt des theoretischen Kurvenzuges, um einen bestimmten Phasenwinkel Δφ relativ gegenüber dem Werkzeug verdreht Nach der Drehung werden vom Werkzeug nur jeweils die Flanken bearbeitet, die in Verdrehrichtung gesehen vom TaI-zum Scheitelbereich aufsteigend verlaufen.

Folgt man dem von dem theoretischen Kurvenverlauf abgeleiteten Flankenverlauf vom Tal bis zum Scheitel, so ergeben sich im Bereich der Täler und Scheitel Übergänge, die einen diskontinuierlichen Verlauf aufweisen. Diese Übergänge kann man auf verschiedene Weise derart abtragen, daß sich ein kontinuierlicher Kurvenverlauf von jeder Flanke zur nächst benachbarten ergibt.

So kann man beispielsweise den Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen und/oder Talbereichen nach Maßgabe eines Kreisbogenabschnittes ausbilden. Der Kurvenverlauf in den Scheitel- und/oder Talbercichen kann aber auch die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes mit beidseitig anschließenden Geradenabschnitten aufweisen. Weiterhin lassen sich die Talbereiche derart ausbilden, daß der Kurvenverlauf dort die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes und beidseitig anschließenden Kreisbogenabschnitten mit entgegengesetzter Wölbungsrichtung und ggfs. abweichendem Radius aufweist. Schließlich kann der Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Geradenabschnittes mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten umfassen. Weiterhin kann im Scheitelbereich der Kurvenverlauf aus einem mittig gelegenem Kreisbogenabschnitt mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten mit abweichendem, insbesondere kleinerem Halbmesser gebildet sein.

Insgesamt ist die Herstellung eines Getriebeelements der in Frage stehenden Art erheblich erleichtert, Beeinträchtigungen des Eingriffes durch Herstellungstoleranzen und elastische Verformungen können völlig ausgeschaltet werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Beispiele im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 3 schematische Darstellungen von Ausschnitten aus einem Kurvenzug zur Verdeutlichung der Herstellung und der Eingriffsverhältnisse bei einer Kurvenausbildung bekannter Art;

Fig.2 und 4 schematische Darstellungen von Ausschnitten aus einem Kurvenzug zur Erläuterung der Gewinnung und Eingriffsverhältnisse bei einer Kurvenausbildung nach der Erfindung;

F i g. 5 bis 7 schematischt Darstellungen von Ausgestaltungen der Verbindung zwischen zwei Flankenabschnitten im Talbereich bei einer erlindungsgemäßen Kurvenausbildung;

Fig. 8 bis 11 schematische Darstellungen von Verhinrtiineen zwischen Flankenabschnitten im Scheitelbereich bei erfindungsgemäßer Kurvenausbildung.

In F i g. 1 stellt eine gestrichelte Linie 2 das theoretische Trochoiden- Kurvenprofil eines Planetengetiieberades 1 dar, das in einem Planeten-Untersetzungsgetriebe Anwendung findet Die Bezugsziffer 3 bezeichnet Rollen eines Zentralrades, die sich im Eingriff mit dem Planetenrad J befinden. Das bekannte Kurvenprofil, das durch eine durchgezogene Linie 2' veranschaulicht wird, ist innerhalb des theoretischen Profils 2 ausgebildet und von diesem Profil 2 in einer Entfernung δ in Normalrichtung beabstandet angeordnet wodurch das Umkehrspiel erreicht wird. Wie deutlich aus Fig. 1 ersichtlich, stellt das so erhaltene Kurvenprofil 2' nicht das theoretische Profil dar, so daß der optimale, völlige Eingriff zwischen den Rollen 3 und den Kurvenflanken des Planetenrades 1 nicht erzielt werden kann, was natürlich einen unvollständigen bzw. unregelmäßigen, nicht optimalen Eingriff zwischen den Rollen und dem Kurvenzugelement zur Folge hat

Gemäß der Erfindung wird — wie in F i g. 2 veranschaulicht — das theoretische Profil 2 (gestrichelt angegeben) um das Zentrum Odes Planetenrades 1 um jeweils einen Phasenwinkel ΔΨ in beiden Umlaufrichtungen — im Uhrzeiger- wie im Gegenuhrzeigersinn — gedreht, so daß man zwei theoretische Kurvenprofile 2" und 2'" erhält, die demnach um Δφ = 2 · ΔΨ phasenverschoben sind. Die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" sind theoretische Trochoiden-Kurvenprofile, die sich an Punkten in den Bereichen der Scheitel und Täler in spitzen Winkeln (unsteter Verlauf) überschneiden. Um einen gleichmäßigen getrieblichen Ablauf zu gewährleisten, werden die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" miteinander durch gleichmäßig verlaufende Kurvenlinien — in F i g. 2 durch eine gestrichelte Linie wiedergegeben — zwischen den benachbarten Scheiteln und Tälern verbunden. Somit besteht das derart gewonnene Kurvenprofil aus den Trochoidenabschnitten A mit Ausnahme der Scheitel- und Talbereiche — wie in F i g. 2 veranschaulicht — so daß ein vollständiger, nach den theoretischen Voraussetzungen optimaler Eingriff zwischen den Rollen und dem Planetenrad erreicht wird.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 3 und 4 werden die Vorteile des nach der Erfindung gestalteten Kurvenzuges gegenüber dem bekannten Kurvenprofil beschrieben. Die F i g. 3 und 4 zeigen die relative Bewegung zwischen dem Planetenrnd 1 und einer Rolle 3, wenn ersteres im Eingriff mit letzterer bewegt wird. In F i g. 3 sind die Verhältnisse nach dem bekannten Vorgehen veranschaulicht, während Fig.4 die erfindungsgemäß erreichbaren Eingriffsverhältnisse zeigt.

In F i g. 3 nähert sich die Rolle 3 nicht tangential dem ersten Berührungspunkt der Kurvenflanke des Planetenrades 1, so daß die Rolle 3 gegen die Flanke des Kurvenverlaufes des Planetenrades stößt. Die Rolle 3 steht nur über einen sehr begrenzten Bereich B (theoretisch erreicht die Rolle 3 nur eine Punktberührung) und damit unvollständig bzw. nicht theoretisch optimal im Eingriff mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1; danach weicht die Rolle 3 von der Kurvenflanke des Rades 1 in nicht-tangentialer Richtung zurück. Im anderen Falle des erfindungsgemäß ausgestalteten Beispiels nach Fig.4 nähert sich die Rolle 3 tangential dem Punkt der ersten Berührung mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1 an, und somit wird ein vollständiger bzw. nach den theoretischen Gegebenheiten optimaler Eingriff bzw. Kontakt mit der Kurvenflanke des Planetenrades 1 über einen weiten Bereich C erreicht.

Darüber hinaus trennt sich die Rolle 3 von der Kurvenflanke des Planetenrades in tangentialer Richtung. Auf diese Weise stellt das nach der Lehre der Erfindung gebildete Kurvenprofil einen optimalen Eingriff zwischen den Rollen des Zentralrades und den Flanken des Trochoiden-Planetenrades 1 sicher. Der Eingriffs- oder Kontaktbereich Ckann durch Verändern des Phasenwinkels ΔΨ optimal vorbestimmt werden.

Zur Sicherstellung des Umkehrspieles kann also nach der Lehre der Erfindung das Kurvenprofil derart abgewandelt werden, daß das tatsächlich ausgebildete Kurvenprofil im wesentlichen, im Bereich des Eingriffes mit den Rollen aus theoretischen Trochoiden besteht. Dadurch kann der Eingriff zwischen den Rollen 3 und den Kurvenflanken des Planetenrades t derart optimal erreicht werden, daß ein gleichmäßiger und ruhiger Betrieb gewährleistet wird. Vibrationen und Geräusche werden beträchtlich vermindert. Dieser vollständige, derart optimierte Eingriff zwischen den Rollen 3 und den Kurvenflanken des Planetenrades 1 kann über einen weiten Bereich hin sichergestellt werden; das Beriihrungsverhältnis kann beträchtlich gesteigert werden — die Anzahl von Rollen 3, die im Eingriff mit den Kurvenflanken des Planetenrades 1 stehen, wird entsprechend erhöht — die Pressung wird dadurch erheblich vermindert, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzungserscheinungen erhöht wird.

Wie vorstehend beschrieben, überschneiden sich die Kurvenprofile 2" und 2'" im Bereich ihrer Scheitel und Täler.

Diese kleinen Abschnitte der Kurvenprofile im Bereich der Tal- und Scheitelpunkte dienen grundsätzlich nicht dem Eingriff der Rollen 3 mit den Kurvenflanken des Planetenrades 1. Beläßt man diese Abschnitte, so kann ein gleichmäßiger getrieblicher Ablauf Schwierigkeiten bereiten bzw. nicht gewährleistet werden. Weiterhin wäre das Erzeugen — beispielsweise das Schleifen der Kurvenzüge — der spitz zulaufenden Enden schwierig. Daher werden erfindungsgemäß die Kurvenprofile 2" und 2'" gleichmäßig durch Kurven und/oder Geradenabschnitte im Bereich ihrer Tal- und Scheitelpunkte miteinander verbunden, wie dies im folgenden anhand von Beispielen beschrieben wird.

Nach Fig. 5 sind die Kurvenprofile 2" und 2'" gleichmäßig durch Geradenabschnitte 5 und einen Kreisbogenabschnitt 4 miteinander verbunden, so daß der im Talbereich verbliebene Übergang D zwischen zwei Kurvenprofilen 2" und 2'" beseitigt werden kann. In ähnlicher Weise sind in Fig.6 die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" lediglich durch einen Kreisbogenabschnitt 6 miteinander verbunden. In Fig. 7 sind die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" im Talbereich mittels zweier Kreisbogenabschnitte 7 und 8 unterschiedlicher Radien und Wölbungsrichtungen verbunden.

Durch ähnlich kontinuierlichen Übergang stehen die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" im Scheitelbereich miteinander in Verbindung:

In F i g. 8 sind die Kurvenprofile 2" und 2'" durch nur einen Kreisbogenabschnitt 9 gleichmäßig miteinander verbunden, wozu der Übergang £ im Scheitelbcreich abgetragen wird. In F i g. 9 sind die beiden Profile 2" und 2'" durch einen Geradenabschnitt 10 und zwei Kreisbogenabschnitte 11 kontinuierlich miteinander verbunden. In Fig. 10 sind sie durch zwei Geradenabschnitte 12 und einen Kreisbogenabschnitt 13 miteinander verbunden. In Fig. 11 dienen drei Kreisbogenabschnitte 14 und 15 dieser Verbindung, von denen die beiden äußeren einen anderen Radius aufweisen, als der mittlere.

Die geschilderte Vielfalt der Verbindungen läßt erkennen, daß noch weitere Möglichkeiten bestehen, um die beiden Kurvenprofile 2" und 2'" in ihren Scheitel- und Talbereichen ineinander übergehen zu lassen.

Die Formen der Kurvenlinien, die an den Scheiteln und Tälern in Anwendung kommen, hängen von der gewünschten Trochoidenlänge — durch A in F i g. 2 veranschaulicht — und dem Umkehrspiel, wie sie sich in der Normalrichtung zu den Scheiteln und Tälern auswirken, ab.

Da die Trochoiden-Kurvenprofile 2" und 2'" durch die gleichmäßig verlaufenden Kurvenlinien untereinander verbunden sind, kann das Bearbeiten des Kurvenzuges sehr erleichtert werden. Darüber hinaus kann das Umkehrspiel unter Rücksicht auf seine Normalkomponenten frei gewählt werden, damit eine Beeinträchtigung des Eingriffes aufgrund von HersteUungstoleranzen, elastischer Verformungen und dergleichen auf jeden Fall ausgeschaltet werden kann. Auf diese Weise können der Wirkungsgrad und die Lebensdauer eines Untersetzungsgetriebes erheblich erhöht werden.

Die Erfindung wurde insoweit nur im Zusammenhang mit einem Planetenrad eines Planeten-Untersetzungsgetriebes beschrieben, aber sie soll so verstanden werden, daß sie auch auf Zykloiden- bzw. Trochoidentriebe angewendet werden kann, wie sie beispielsweise in verschiedenen hydraulischen Pumpen und Motoren verwendet werden. Die erfindungsgemäße "Lehre läßt sich im übrigen auf alle Zykloiden-Kurvenzüge und die damit erstellten Arten von Getrieben und Trieben anwenden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Getriebe mit wenigstens einem Getriebeelement, das einen geschlossen umlaufenden, von einem theoretischen Verlauf abweichenden Trochoiden-Kurvenzugaufweist, dadurch gekennzeichne t, daß die Flanken (2", 2"') des Trochoiden-Kurvenzuges wenigstens über einen Großteil (A) ihre. Erstreckung hinweg gegenüber dem theoretischen Trochoiden-Kurvenverlauf (2) um jeweils einen Phasenwinkel {ΔΦ) in Umfangsrichtung um den Mittelpunkt (O) des Kurvenzuges verdreht in die Erhebungen des Kurvenzuges hinein verlagert ausgebildet sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Obergänge (D, E) zwischen den feweils benachbarten Flanken (2", 2'") in den Scheitel- und Talbereichen zu einem kontinuierlichen Kurvenverlauf abgetragen sind

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Scheitel-Und/oder Talbereichen die Form eines Kreisbogenabschnittes (6,9) aufweist (F i g. 6 und 8).

4. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Scheitellund/oder Talbereichen die Form eines mittig !gelegenen Kreisbogenabschnittes (4; 13) mit beidseitig anschließenden Geradenabschnitten (5; 12) aufweist (F i g. 5 und 10).

5. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Talbereichen die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes (7) und beidseitig anschließenden Kreisbogenabschnitten (8) mit entgegengesetzter Wölbungsrichtung und ggfs. abweichendem Radius aufweist (F ig. 7).

6. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Geradenabschnittes (10) mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten (11) aufweist (F i g. 9).

7. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf in den Scheitelbereichen die Form eines mittig gelegenen Kreisbogenabschnittes (14) mit beidseitig daran anschließenden Kreisbogenabschnitten (15) abweichenden, insbesondere kleineren Halbmessers aufweist (Fig. 11).

8. Verfahren zur Herstellung des Getriebeelementes des Getriebes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zu dem Getriebeelement zu bearbeitenden Werkstück mit Hilfe eines Werkzeuges, das einen Trochoiden-Kurvenzug mit einem bestimmten theoretischen Verlauf aufweist, dieser theoretische Trochoiden-Kurvenzug zunächst ausgebildet wird, worauf das Werkstück um seinen Mittelpunkt, der mit demjenigen des theoretischen Trochoiden-Kurvenzuges identisch ist, um einen bestimmten Winkel Δψ relativ gegenüber dem Werkzeug verdreht wird, in welcher Verdrehlage dann mit Hilfe des Werkzeuges nur jeweils die Flanken bearbeitet werden, die in Verdrehrichtung gesehen vom TaI-zum Scheitelbereich aufsteigend verlaufen, woraufhin die Übergänge zwischen den jeweils benachbarten Flanken in den Tal- und Scheitelbereichen zu einem stetigen Verlauf abgetragen werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit wenigstens einem Getriebeelement, das einen geschlossen umlaufenden, von einem theoretischen Verlauf abweichenden Trochoiden-Kurvenzug aufweist.
Ein solches Getriebeelement steht im allgemeinen mit zylindrischen Elementen, in der Regel Rollen, eines Zentralrades im Eingriff; unter dem theoretischen Verlauf eines Trochoiden-Kurvenzuges wird der Verlauf verstanden, der sich unter der theoretischen Vorstellung eines spielfreien Eingriffes zwischen Zentralrad und Planetenrad ergibt (DT-PS 4 64 992).

Um ein bestimmtes Umkehrspiel zur Verfugung zu stellen, wird der theoretische Trochoiden-Kurvenzug eines Getriebes der in Frage stehenden Art, beispielsweise eines Planetenrades in einem Planeten-Untersetzungsgetriebe, abgewandelt. Die Abwandlung dieses Profils wird bei bekannten Getrieben durch Abtragen eines theoretischen Trochoiden-Kurvenzuges erreicht, und zwar in Normalrichtung um einen bestimmten Abstand, der von der gewünschten Größe des Umkehrspieles abhängt. Die auf diese Weise gewonnenen, abgewandelten Kurvenzüge zeigen also nicht mehr den theoretischen Trochoiden-Kurvenverlauf, was zwangsläufig den Eingriff zwischen den Rollen des Zentralrades und den Flanken des Kurvenzuges des Planetenrades beeinträchtigt. Wie später noch genauer aufgezeigt werden wird, greifen die Rollen nur über einen sehr beschränkten Bereich der Flanke an dem Kurvenzug an, was gleichbedeutend mit der Tatsache ist, daß nur ein oder allenfalls zwei Rollen gleichzeitig in tragendem Eingriff mit dem Kurvenzug stehen; beim Einlaufen der Rollen in den Eingriffsbereich mit den Kurvenflanken treten Stöße auf, es ergibt sich ein entsprechend verschleißbehafteter, lautstarker Lauf des Getriebes.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen zur Vermeidung der vorerwähnten Nachteile der Eingriffsverhähnisse üwische>\ den zylindrischen Elementen des Zentralrades und den Flanken des Trochoiden-Kurven-Verlaufes des zugeordneten Getriebeelements verbessert werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Flanken des Trochoiden-Kurvenzuges wenigstens über einen Großteil ihrer Erstreckung hinweg gegenüber dem theoetischen Trochoiden-Kurvenverlauf um jeweils einen Phasenwinkel in Umfangsrichtung um den Mittelpunkt des Kurvenzuges verdreht in die Erhebungen des Kurvenzuges hinein verlagert ausgebildet werden.

Bei der erfindungsgemäß abgewandelten Kurve bleiben also die Zahnflanken in ihrer Gestaltung zumindest über einen bestimmten Bereich hinweg voll nach Maßgabe des theoretischen Verlaufs erhalten, sie sind lediglich hinsichtlich der theoretischen Ausgangskurve in Unifangsrichtung um einen bestimmter Phasenwinkel um den Mittelpunkt herum verdreht, unc zwar derart, daß jede Flanke von dem theoretischer Kurvenverlauf aus gesehen, in die zugehörige Erhebung hinein verlagert wird, die Erhebungen werden demnacl etwas schmaler. Man kann sich die abgewandelt» Trochoiden-Kurve auch derart vorstellen, daß zwe theoretische Trochoiden-Kurven gleichen Flankenver laufes in Umfangsrichtung gesehen phasenverschobei angeordnet sind, die Flanken dieser beiden theoreti sehen Trochoiden-Kurven bestimmen dann — zumin dest über einen Großteil ihres Verlaufes — den in di< Erhebungen hinein verschobenen Verlauf der Flankei des abgewandelten Kurvenverlaufes.