DE4030489A1 - Planetengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einer Lagerbasis, einem um eine Drehachse rotierend antreibba­ ren Eingangs-Hohlrad, einem dazu gleichachsigen Ausgangs-Son­ nenrad und wenigstens drei in Umfangsrichtung verteil­ ten, mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, an der Lagerbasis abgestützten Planetenrädern.

Reduzierende, d. h. drehzahluntersetzende Planetengetrie­ be, sind in der Regel mehrstufig, wenn höhere Unter­ setzungsverhältnisse erreicht werden sollen. Das mit einer Stufe erreichbare Untersetzungsverhältnis ist vergleichsweise gering, da die Planetenräder üblicherwei­ se auf Achsen eines Planetenradträgers drehbar gelagert sind und deshalb ein vergleichsweise großer Teilkreis­ durchmesser der Planetenräder vorgesehen werden muß. Dies gilt insbesondere, wenn für die Erhöhung des Getriebe- Wirkungsgrads die Planetenräder über Wälzlager gelagert werden. Darüber hinaus ist der Herstellungsaufwand der Hohlradverzahnung herkömmlicher Planeten-Reduziergetriebe vergleichsweise aufwendig, wenn hohe Anforderungen an den Getriebe-Wirkungsgrad gestellt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein untersetzendes Plane­ tengetriebe anzugeben, das trotz einfacher Bauart einen hohen Wirkungsgrad bei hohem Untersetzungsverhältnis hat.

Ausgehend von dem eingangs erläuterten Planetengetriebe wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß axial beiderseits des Sonnenrads fest mit der Lagerbasis verbundene, mit gleichen Wälzkreisdurchmessern außen verzahnte Stützräder gleichachsig zum Sonnenrad angeord­ net sind und daß das Sonnenrad einen vom Wälzkreisdurch­ messer der Stützräder verschiedenen Wälzkreisdurchmesser hat und die Planetenräder beiderseits des Sonnenrads mit den Stützrädern kämmen.

Bei einem solchen Planetengetriebe stützen sich die Planetenräder symmetrisch zum Hohlrad an den Stützrädern ab und benötigen damit keine eigene Lagerachse. Der Durchmesser der Planetenräder kann damit vergleichsweise klein gehalten werden und auch beträchtlich kleiner als der Wälzkreisdurchmesser des Sonnenrads gemacht werden. Anstelle einiger weniger Planetenräder, die für die zu übertragende Leistung bemessen werden müssen, kann eine große Anzahl Planetenräder am Umfang des Sonnenrads verteilt und eine hohe Leistungsverzweigung erreicht werden. Zugleich läßt sich ein hohes Untersetzungsverhält­ nis von beispielsweise 1 : 50 und mehr erreichen, wenn der Wälzkreisdurchmesser der Stützräder sich nur wenig vom Wälzkreisdurchmesser des Sonnenrads unterscheidet. Insbe­ sondere können die Wälzkreisdurchmesser der Stützräder größer gewählt werden als der Wälzkreisdurchmesser des Sonnenrads, so daß eine hohe Untersetzung in einer ein­ zigen Getriebestufe erreicht wird. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, daß die komplizierter herzustellende Innen­ verzahnung des Hohlrads nur mit vergleichsweise kleinen Zahnkräften belastet wird, während hohe Zahnkräfte auf die einfacher herstellbare Sonnenradverzahnung wirken. Dies wirkt sich ferner günstig auf den Getriebewirkungs­ grad aus, da selbst dann hohe Wirkungsgrade erzielbar sind, wenn an die Fertigungsqualität der Hohlradverzah­ nung keine übermäßigen Anforderungen gestellt werden.

Die Planetenräder können als Stufenräder ausgebildet sein und beiderseits einer mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden ersten Verzahnungsstufe zweite Verzahnungsstu­ fen aufweisen, die jeweils gleichen Wälzkreisdurchmesser haben und mit den Stützrädern kämmen. Bei solchen Plane­ tenrädern können die Wälzkreise gleich den Teilkreisen gewählt werden. Um jedoch die Herstellung der Planetenrä­ der zu vereinfachen, ist in einer zweckmäßigen Ausgestal­ tung vorgesehen, daß die mit dem Hohlrad, dem Sonnenrad und den beiden Stützrädern kämmenden Verzahnungsbereiche der Planetenräder einheitlich gleiche Verzahnung, insbe­ sondere Evolventenverzahnung haben und daß die Verzahnung des Sonnenrads und der Stützräder zur Erzeugung unter­ schiedlicher Wälzkreise profilverschobene Verzahnungen haben. Auf diese Weise lassen sich trotz einheitlicher Teilkreise von Sonnenrad und Stützrädern unterschiedliche Wälzkreise erzielen, obwohl die Planetenräder einfache, gleichmäßig verzahnte Zahnräder sind. Die Unterschiede der durch Profilverschiebung erzeugbaren Durchmesserun­ terschiede der Wälzkreise sind ausreichend für die mit dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe anzustrebenden ho­ hen Untersetzungsverhältnisse.

Bei den Planetenrädern handelt es sich zweckmäßigerweise um achsenlose, einteilige Zahnräder, die mit ihren Stirnflächen an Führungselementen, beispielsweise Gleit­ ringen oder dergleichen, axial geführt werden. Die Füh­ rungselemente können an Führungswangen der Lagerbasis des Getriebes oder der Stützräder vorgesehen sein, sind aber insbesondere an Führungswangen des Hohlrads, die die Planetenräder zwischen sich einschließen, angeordnet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Hohlrad axial beiderseits der Planetenräder Führungswangen auf, die die Stützräder auf den voneinander axial abgewandten Seiten radial überlappen und das Hohlrad relativ zur Lagerbasis axial führen. Auch die Führungswangen des Hohlrads können über Gleitringe an der Lagerbasis, insbe­ sondere jedoch an den voneinander wegweisenden Außensei­ ten der Stützräder axial geführt sein. Für die radiale Führung des Hohlrads ist zweckmäßigerweise an wenigstens einem Stützrad ein vom Sonnenrad weg nach außen abstehen­ der Lageransatz vorgesehen, an dem die Führungswange vorzugsweise mittels eines Wälzlagers drehbar gelagert ist. Aufgrund der vergleichsweise großen Anzahl Planeten­ räder wirken die Planetenräder ähnlich den Rollen eines Rollenlagers, so daß in einer bevorzugten Variante das Hohlrad auch unmittelbar über die Planetenräder an den Stützrädern gelagert ist. Entsprechendes gilt für die Lagerung des Sonnenrads an den Stützrädern, so daß das Planetengetriebe im Einzelfall auch ohne zusätzliche Wälzlager aufgebaut werden kann. Zum Ausgleich von Verzah­ nungsspiel der Planetenräder ist das Hohlrad zweckmäßiger­ weise mit radialer Vorspannung eingebaut.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung bilden das Hohlrad und seine Führungswangen eine geschlossene Ringkammer, wobei die Führungswangen durch Dichtringe zu den Stützrä­ dern und die Stützringe durch Dichtringe zum Sonnenrad hin abgedichtet sind. Das Planetengetriebe bildet somit eine für sich abgedichtete Baueinheit, in der die Ring­ kammer zur Aufnahme von Schmiermittel ausgenutzt werden kann.

Die Lagerbasis, die beispielsweise die Form eines Getrie­ begehäuses haben kann, verbindet die beiden Stützräder zu einer Einheit fest miteinander. Das Sonnenrad, das wie­ derum beispielsweise über Gleitringe an den Stützrädern axial geführt sein kann, kann eine mit einer Innen-Keil­ verzahnung versehene Nabe zum Aufsetzen auf eine Abtriebs­ welle umfassen. Ein solches Planetengetriebe läßt sich beispielsweise mit einem Antriebsmotor zu einer Einheit vereinigen und beispielsweise als Steckantrieb bei Kran­ fahrwerken oder dergleichen einsetzen. Für die Antriebs­ verbindung des Hohlrads ist dieses zweckmäßigerweise mit einer Außenverzahnung insbesondere für einen Zahnriemen versehen. Auf diese Weise wird der Konstruktionsteileauf­ wand noch weiter vermindert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen Axiallängsschnitt durch eine Hälfte eines Planeten-Reduziergetriebes;

Fig. 2 einen Axialquerschnitt durch einen Quadranten des Planetengetriebes, gesehen entlang einer Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Axiallängsschnitt durch eine Hälfte einer Variante eines Planeten-Reduziergetriebes und

Fig. 4 einen Axiallängsschnitt durch eine weitere Variante eines Planeten-Reduziergetriebes in Teil­ darstellung.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Planeten-Reduzier­ getriebe umfaßt ein als Lagerbasis dienendes Gehäuse 1, in welchem gleichachsig zu einer Drehachse 3 ein Hohlrad 5 und ein Sonnenrad 7 relativ zueinander drehbar angeord­ net sind. Mit einer Innenverzahnung 9 des Hohlrads 5 und einer Außenverzahnung 11 des Sonnenrads 7 kämmt eine Vielzahl zueinander und zur Drehachse 3 achsparalleler Planetenräder 13. Die Planetenräder 13 sind als Stufenrä­ der ausgebildet, die axial beiderseits einer ersten mit den Verzahnungen 9, 11 kämmenden Verzahnungsstufe 15 zweite Verzahnungsstufen 17 haben, die mit Außenverzah­ nungen 19 von axial beiderseits des Sonnenrads 7 angeord­ neten Stützrädern 21 kämmen. Die axial äußeren Verzah­ nungsstufen 17 der Planetenräder 9 haben gleichen Teil­ kreisdurchmesser, der kleiner ist als der Teilkreisdurch­ messer der mittleren Verzahnungsstufe 15. Ebenso sind die Teilkreisdurchmesser der Verzahnungen 19 der beiden Stützräder 21 gleich. Der Teilkreisdurchmesser der Stütz­ räder 21 ist ein Mehrfaches größer als die Teilkreisdurch­ messer der Planetenräder 13.

Das Hohlrad 5 bildet das Eingangsteil des Planetengetrie­ bes und ist an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung 23 für einen Antriebszahnriemen 25 versehen. Das Hohlrad 5 ist axial beiderseits mit kreisscheibenförmigen Führungs­ wangen 27 versehen, die an ihrem Innenumfang über Wälzla­ ger 29 an Lageransätzen 31 der Stützräder 21 radial geführt sind. Die Lageransätze 31 stehen vom Sonnenrad 7 axial weg gerichtet ab und halten die Stützräder 21 an dem Gehäuse 1. Das Sonnenrad 7 hat eine Nabe 33, die mit einer Innen-Keilverzahnung 35 auf eine komplementär verzahnte Abtriebswelle 37 drehfest aufgesteckt ist. In den Lageransätzen 31 der Stützräder 21 sitzende Wälzlager 39 führen die Nabe 33 axial beiderseits des Sonnenrads 7 in radialer Richtung.

In axialer Richtung führen zwischen den Führungswangen 27 und den gehäusefesten Stützrädern 21 angeordnete Gleit­ ringe 41 das Hohlrad 5 relativ zum Gehäuse 1. Weitere Gleitringe 43 sind zwischen dem Sonnenrad 7 und den Stützrädern 21 angeordnet und fixieren das Sonnenrad 7 axial relativ zum Gehäuse 1. Die einteilig ausgebildeten Planetenräder 13 sind achsenlos radial an den Verzahnun­ gen 9, 11, 19 abgestützt und werden durch Gleitringe 45 zwischen ihren Stirnflächen und den Führungswangen 27 des Hohlrads 5 axial geführt.

Die Führungswangen 27 und das Hohlrad 5 begrenzen einen Ringraum, der durch Dichtringe 47 am Innenumfang der Führungswangen 27 zu den Lageransätzen 31 hin abgedichtet ist. Weitere Dichtringe 49 dichten die Lageransätze 31 zur Nabe 33 des Sonnenrads 7 ab. Der Ringraum innerhalb des Hohlrads 5 kann deshalb abgedichtet einen Schmiermit­ telvorrat aufnehmen.

Da die Teilkreisdurchmesser der Verzahnungsstufen 17 nur wenig kleiner sind als der Teilkreisdurchmesser der Verzahnungsstufe 15 und der Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads 7 ein Mehrfaches dieser Teilkreisdurchmesser beträgt, hat das erläuterte Planetengetriebe ein ver­ gleichsweise großes Untersetzungsverhältnis von 50 und mehr. Zweckmäßigerweise sind mehr als 10 Planetenräder 13 vorgesehen.

Im folgenden sollen Varianten des Planeten-Reduziergetrie­ bes erläutert werden. Gleichwirkende Komponenten sind hierbei mit den Bezugszahlen der Fig. 1 und 2 bezeich­ net und zur Unterscheidung mit einem Buchstaben versehen. Zur Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise wird auf die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

Fig. 3 zeigt eine Variante des Planeten-Reduziergetriebes, welches sich von dem Getriebe der Fig. 1 in erster Linie dadurch unterscheidet, daß die hohe Zahl an Planetenrä­ dern nach Art eines Kugellagers für die radiale Abstüt­ zung des Hohlrads und des Sonnenrads an den Stützrädern ausgenutzt wird, was den Konstruktionsteileaufwand be­ trächtlich verringert.

Im Unterschied zum Planetengetriebe der Fig. 1 und 2 sind beim Planetengetriebe der Fig. 3 die Wälzlager 29, 39 weggelassen, und das Sonnenrad 7a stützt sich ausschließ­ lich über seine Verzahnung 11a und die Planetenräder 13a an den Stützrädern 21a in radialer Richtung ab. Ebenso ist das Hohlrad 5a ausschließlich über seine Verzahnung 9a und die Planetenräder 13a an den Stützrädern 21a radial abgestützt. Das Hohlrad 5a ist mit radialer Vor­ spannung eingebaut, um so Zahnspiel der Planetenräder 13a ausgleichen zu können. Im übrigen entspricht das Plane­ tengetriebe dem Planetengetriebe der Fig. 1 und 2.

Fig. 4 zeigt eine Variante des Planeten-Reduziergetriebes, deren Verzahnungsprinzip auch bei den Getrieben der Fig. 1 bis 3 verwendbar ist. Das Planeten-Reduzierge­ triebe der Fig. 4 umfaßt Planetenräder 13b, die an ihrem Außenumfang eine gleichmäßige Evolventenverzahnung 51, im wesentlichen über ihre gesamte axiale Länge haben. Die Planetenräder 13b kämmen einerseits mit der Evolventen- Innenverzahnung 9b des Hohlrads 5b und andererseits mit der Evolventenverzahnung 11b des Sonnenrads 7b sowie den Evolventenverzahnungen 19b der beiden Stützräder 21b. Die Evolventenverzahnungen 11b, 19b haben gleichen Teilkreis­ druchmesser, sind jedoch zur Erzeugung unterschiedlicher Wälzkreisdurchmesser profilverschoben. Die Profilverschie­ bung ist so gewählt, daß die Wälzkreisdurchmesser der Evolventenverzahnungen 19b der Stützräder 21b gleich sind, darüber hinaus jedoch größer als der Wälzkreis­ durchmesser der Evolventenverzahnung 11b des Sonnenrads 7b sind. Gegebenenfalls kann zur Anpassung auch die Evolventenverzahnung 9b des Hohlrads 5b profilverschoben sein. Es versteht sich, daß im Einzelfall die Profilver­ schiebung entweder nur des Sonnenrads 7b oder nur der Stützräder 11b ausreichend ist. Vorteil profilverschobe­ ner Verzahnungen ist, daß einfacher herstellbare, im wesentlich zylindrische Planetenräder verwendet werden können. Die in Fig. 4 im übrigen nicht dargestellte Lagerung der Räder des Planetengetriebes relativ zueinan­ der kann entsprechend den Fig. 1 bis 3 gestaltet sein.

Claims (15)

1. Planetengetriebe mit einer Lagerbasis (1), einem um eine Drehachse (3) rotierend antreibbaren Eingangs- Hohlrad (5) einem dazu gleichachsigen Ausgangs-Sonnen­ rad (7) und wenigstens drei in Umfangsrichtung verteil­ ten, mit dem Hohlrad (5) und dem Sonnenrad (7) kämmen­ den, an der Lagerbasis (1) abgestützten Planetenrädern (13), dadurch gekennzeichnet, daß axial beiderseits des Sonnenrads (7) fest mit der Lagerbasis (1) verbundene, mit gleichen Wälzkreisdurch­ messer außenverzahnte Stützräder (21) gleichachsig zum Sonnenrad (7) angeordnet sind und daß das Sonnenrad (7) einen von Wälzkreisdurchmesser der Stützräder (21) verschiedenen Wälzkreisdurchmesser hat und die Planetenräder (13) beider­ seits des Sonnenrads (7) mit beiden Stützrädern (21) kämmen.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Hohlrad (5b), dem Sonnenrad (7b) und den beiden Stützrädern (21b) kämmenden Verzahnungsbereiche (51) der Planetenräder (13b) gleiche Verzahnung, insbesondere Evolventenverzahnung haben und daß die Vezahnung des Sonnenrads (7b) und/oder der Stützräder (21b) zur Erzeugung unterschiedlicher Wälzkreisdurchmesser profilverschobene Verzahnungen (11b, 19b) haben.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (13; 13a) als Stufenräder ausgebildet sind und beiderseits einer mit dem Hohlrad (5; 5a) und dem Sonnenrad (7; 7a) kämmenden ersten Verzahnungsstufe (15; 15a) zweite Verzahnungsstufen (13; 13a) aufweisen, die jeweils gleichen Wälzkreisdurchmesser haben und mit den Stützrädern (21; 21a) kämmen.

4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzkreisdurchmesser des Sonnenrads (7) kleiner ist als der Wälzkreisdurchmesser der Stützräder (21).

5. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (13) als achsen­ lose, einteilige Zahnräder ausgebildet sind, die mit ihren Stirnflächen an Führungselementen (45) axial geführt sind.

6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Planetenräder (13) an Führungswangen (27) des Hohlrads (5) axial geführt sind.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5) axial beiderseits der Planetenräder (13) Führungswangen (27) aufweist, die die Stützräder (21) auf deren voneinan­ der axial abgewandten Seiten radial überlappen und das Hohlrad (5) relativ zur Lagerbasis (1) axial führen.

8. Planetengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungswangen (27) über Gleitringe (45) an den Stützrädern (21) axial geführt sind.

9. Planetengetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Stützräder (21) einen vom Sonnenrad (7) weg nach außen abstehen­ den Lageransatz (31) aufweist und daß die den Lageran­ satz (31) benachbarte Führungswange (27) des Hohlrads (5) an dem Lageransatz (31) radial geführt ist.

10. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5) und seine Führungswangen (27) eine geschlossene Ringkammer bilden und daß die Führungswangen (27) durch Dichtrin­ ge (47) zu den Stützrädern (21) und die Stützräder (21) durch Dichtringe (49) zum Sonnenrad (7) hin abgedichtet sind.

11. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbasis (1) die beiden Stützräder (21) zu einer Einheit fest miteinan­ der verbindet und daß das Sonnenrad (7) an den Stütz­ rädern (21) insbesondere über Gleitringe (43) axial geführt ist.

12. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5a) mit radialer Vorspannung an den Planetenrädern (13a) anliegt.

13. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5a) und/oder das Sonnenrad (7a) ausschließlich über die Planeten­ räder (13a) an den Stützrädern (21a) bzw. der Lager­ basis (1a) radial abgestützt ist.

14. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (5) eine Antriebs-Außenverzahnung (23) insbesondere für einen Zahnriemen (25) aufweist.

15. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbasis als das Hohlrad umschließendes Gehäuse ausgebildet ist und das Sonnenrad eine mit einer Innen-Keilverzahnung versehene Nabe zum Aufsetzen auf eine Abtriebswelle aufweist.