DE4111661A1

DE4111661A1 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE4111661A1
Application number: DE19914111661
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Griesser
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Werner Riester & Co KG Armaturen- und Maschin GmbH
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1992-10-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein Planetengetriebe dieser Art ist aus der EP 03 16 713 A2 bekannt.

Durch die Erfindung soll die Belastbarkeit, Lebensdauer und Wirkungsgrad verbessert werden, bei einfacher Konstruktion.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. Darin zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Planetengetriebe nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Planetengetriebes nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Axialschnitt einer nochmals weiteren Ausführungsform eines Planetengetriebes nach der Erfindung,

Fig. 4 schematisch ein Viertel des Umfanges der Zahnkränze, wobei die Eingriffszone der Zahnkränze von "Hohlrad und Flexrad außen" oben gezeigt ist und die Eingriffszone der Zahnkränze von "Stirnrad und Flexrad innen" links gezeigt ist,

Fig. 5 einen schematischen Axialschnitt des Planetengetriebes von Fig. 1 mit den darin herrschenden Kräften,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der am Umfang der Verzahnungen herrschenden Kräfte,

Fig. 7 schematisch den Doppelexzenter der Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 4 mit seinen Mittelpunkten M1 bis M4, seinen Radien R1 bis R4, seinen Nocken-Kreisbögen K1 und K3 sowie seinen letztere verbindenden Verbindungs-Kreis bögen K2 und K4,

Fig. 8 ein Kurvendiagramm, aus welchem ersichtlich ist, daß sich die Kopfkreise der miteinander in Eingriff befindlichen Verzahnungen (Hohlrad und Flexrad außen; Flexrad innen und Stirnrad) unter dem Winkel S_max schneiden, unter dem der größte Flankenabstand a_max auftritt,

Fig. 9 gerade Zahnflanken der Verzahnungen, und

Fig. 10 gemäß der Erfindung bevorzugte gerundete Zahnflanken der Verzahnungen.

1. Allgemeines

Bei der Erfindung handelt es sich um ein zwangsläufiges Koppelgetriebe. Es ist in Fig. 1 bis 3 schematisch im Schnitt dargestellt.

Ein Doppelexzenter 2, dessen genaue Form nachfolgend noch beschrieben wird, verformt einen außen und innen verzahnten, radial flexiblen (biegsamen) Ring (Flexrad genannt) 4 zu einem Oval. Das Flexrad 4 ist durch ebenfalls dem Doppelexzenter 2 entsprechend verformte Wälzlager 6, 8 gegenüber dem Doppelexzenter 2 drehbar. Durch das ovale Flexrad 4 entstehen entsprechend Fig. 4 am Umfang vier Eingriffszonen 14, 16, 18, 20, je zwei mit Hohlrad 10 und Stirnrad 12. Die Hohlradeingriffszonen 14, 16 liegen sich gegenüber. Die Stirnradeingriffszonen 18, 20 liegen sich ebenfalls gegenüber, sind aber zu den Hohlradeingriffszonen um 90° versetzt (Fig. 4).

2. Funktion

Die Getriebeuntersetzung ergibt sich aus den bestehenden Zähnezahldifferenzen der Verzahnungen. Dabei hat die Flexradaußenverzahnung 22 zwei oder vier Zähne weniger als die Verzahnung 24 des Hohlrades 10. Ebenfalls hat die äußere Verzahnung 26 des Stirnrades 12 zwei oder vier Zähne weniger wie die Flexradinnenverzahnung 28. Die beiden äußeren 22, 24 bzw. die beiden inneren 26, 28 Verzahnungen stellen die beiden zu einem Koppelgetriebe miteinander verbundenen Überlagerungsgetriebe dar.

Bei einer Umdrehung des Doppelexzenters 2 werden alle äußeren Flexradzähne 22 in die Zahnlücken der inneren Verzahnung 24 des Hohlrades 10 gedrückt. Die Zähnezahldifferenz verursacht eine Relativbewegung zueinander. Ebenso werden alle inneren Flexradzähne 28 in die Zahnlücken der Verzahnung 26 des Stirnrades 12 gedrückt. Die Zähnezahldifferenz verursacht nun ebenso eine Relativbewegung des Stirnrades 12. Die Summe der beiden Relativbewegungen erfährt das jeweilige Abtriebsrad (Hohlrad 10 oder Stirnrad 12).

Für die Funktion des Getriebes sind die beiden äußeren 22, 24 (Hohlrad 10, Flexrad 4 außen 22) und die beiden inneren 26, 28 (Stirnrad 12, Flexrad 4, innen 28) Verzahnungen voneinander unabhängig (so z. B. in Zähnezahl, Zähnezahldifferenz und Modul).

Die Flexradaußenverzahnung 22 hat 0,2 oder 4 Zähne weniger als das Hohlrad 10 und Stirnrad 12 hat 0,2 oder 4 Zähne weniger als die Flexradinnenverzahnung 28. Es sind alle Kombinationen aus diesen Zähnezahldifferenzen möglich, außer daß alle Verzahnungen gleiche Zähnezahl haben.

3. Kraftübertragung

Die Kraft- bzw. Momentenübertragung von Stirnrad 12 zum Hohlrad 10 erfolgt in Umfangsrichtung durch das Flexrad 4, das die um 90° versetzten Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 verbindet.

Die Form und Lage des Flexrades 4 unter Belastung ergibt sich aus der Nockenform des Doppelexzenters 2 und den auftretenden Kräften (Fig. 5 und 6). Die Radialkräfte (F_rH, F_r, F_rS) aus den Verzahnungen wirken der durch die Nocke 2 vorgegebenen Form entgegen. Durch die um 90° versetzten Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 und den Umfangskräften F_U erfährt das Flexrad 4 in den Zwischenbereichen zwischen den Eingriffszonen 14, 16, 18, 20 eine Dehnung bzw. Stauchung. Dadurch, daß Stirnrad 12 und Doppelexzenter 2 axial nebeneinander angeordnet sind, tritt zusammen mit den vorher genannten Kräften und Verformungen (Biegung) auch noch eine Verwindung des Flexrades 4 auf.

4. Konstruktive Besonderheiten Ausführungsform nach Fig. 1

Das Stirnrad 12 und der Doppelexzenter 2 sind axial hintereinander angeordnet. Das Flexrad 4 erstreckt sich über die Breite von Stirnrad 12 und Doppelexzenter 2. Das Hohlrad 10 erstreckt sich nur über die Breite des Doppelexzenters 2. Die Lager 6 und 8 befinden sich radial zwischen Doppelexzenter 2 und Hohlrad 10. Das Hohlrad 10 und das Stirnrad 12 haben eine kreiszylindrische Querschnittsform. Der Doppelexzenter 2 und die Lager 6 und 8 haben eine im wesentlichen ovale Form und bilden zwei um 180° zueinander entgegengesetzte Hocken. Der Innenzahnkranz 28 erstreckt sich axial nur über die Breite des Stirnrades 12.

Ausführungsform nach Fig. 2

Wie Fig. 1, jedoch erstreckt sich das Hohlrad 10 nur über die Breite des Stirnrades 12.

Ausführungsform nach Fig. 3

Wie Fig. 1, jedoch erstreckt sich der Innenzahnkranz 28 des Flexrades 4 axial über das Stirnrad 12 und auch über die Lager 6 und 8.

Um Eingriffsstörungen mit der Flexradaußenverzahnung 22 zu vermeiden bzw. zu verringern, darf sich das Hohlrad 10 nicht über die ganze Breite des Flexrades 4, sondern sich nur über den Bereich des Stirnrades 12 oder des Doppelexzenters 2 erstrecken (Fig. 1, Fig. 2).

Das Flexrad 4 wird durch die Kraftübertragung wechselweise auf Zug oder Druck und etwas auf Torsion beansprucht. Die Antriebsnocke bzw. der Doppelexzenter 2 belastet es auf Biegung. Biege- und Zug/Druckspannungen sind in bezug auf die Ringdicke entgegengesetzt. D.h. es gibt eine optimale Flexraddicke für die jeweilige Konstruktion.

Der Abstand der Fußkreise von Außen- und Innenverzahnung ist so groß, daß gleiche Zähnezahlen und eine Anordnung Kopf auf Kopf bzw. Kopf auf Lücke von Außen- zu Innenverzahnung keine wesentliche Verbesserung bringt und damit vernachlässigt werden kann. Um der Biegung aus den Verzahnungsradialkräften entgegenzuwirken soll die Flexradaußenverzahnung sich zu einem gewissen Teil über Stirnrad- und Exzenterbereich erstrecken.

Falls noch höhere Steifigkeit nötig ist, kann sich auch die Innenverzahnung zu einem gewissen Teil über Stirnrad- und Exzenterbereich erstrecken. Was jedoch den Sitz auf dem Lageraußenring etwas verschlechtert (Fig. 3).

5. Doppelexzenter

Die zuvor genannten Eingriffszonen des Flexrades 4 mit Hohlrad 10 und Stirnrad 12 werden mit einem Doppelexzenter 2 erreicht, der Lager 6, 8 und Flexrad 4 verformt.

Die Umgangsform des Doppelexzenters 2 besteht aus vier Kreisbögen, die tangential aneinander anschließen, wobei die jeweils gegenüberliegenden den gleichen Radius R haben. Die Mittelpunkte M liegen wie in Fig. 7 dargestellt auf den Hauptachsen des Doppelexzenters 2. Die Abstände der Mittelpunkte M auf den Hauptachsen vom Zentrum 7 sind nahezu gleich. Damit wird erreicht, daß die Krümmungsänderungen des Flexrades 4 betragsmäßig gleich sind.

6. Eingriffsverhältnisse

Fig. 4 zeigt die Eingriffsverhältnisse in einem Viertel des Umfangs. Die jeweiligen Eingriffe erstrecken sich über einen großen Winkelbereich.

Die maßgeblichen Zahnflankenabstände a der sich im Eingriff befindlichen Zähne verhalten sich über ein Viertel des Umfangs wie in Fig. 8 dargestellt. Größe der Abstände bzw. Lage des Maximums ist abhängig von den Radien R, die vom Doppelexzenter 2 vorgegeben werden.

Um beim Ineingriffgehen der Verzahnungen unter Belastungen optimale Verhältnisse zu schaffen, sollte der Schnittpunkt der Kopfkreise unter dem Winkel S_max erfolgen, an dem das Abstandsmaximum auftritt. Erreicht wird dies durch entsprechende Radius- und Mittelpunktsvorgabe für den Exzenter und durch Zahnkopfkürzungen.

7. Verzahnung

Da die Zahnflanken aneinander gleiten und über den Eingriffsbereich unterschiedliche Neigungswinkel zueinander haben, werden gekrümmte Zahnflanken verwendet (Fig. 10).

Somit wird vermieden, daß die scharfen Kopfkanten tragen und bei der Gleitbewegung der Schmierfilm zerstört wird.

Die Flankenform kann dabei eine Evolvente, Evolvente mit Kopfkantenrücknahme, oder eine stärker gekrümmte Sonderflanke sein.

Gemäß der Erfindung sollen vorzugsweise keine geraden (ebene) Zahnflanken nach Fig. 10 verwendet werden, weil die Zähne der Verzahnungen 22, 24, 26, 28 radial ineinander geschoben werden und dann bei geraden Zahnflanken Zahnkopf-Stöße und Schabwirkungen entstehen würden. Durch die Form des Exzenters 2 und der Zähne nach Fig. 9 wird gemäß der Erfindung sichergestellt, daß die Zahnkopfkanten beim Ineinandergreifen der Zähne einen Umfangsabstand voneinander haben, so daß keine Zahneingriffsstörungen, z. B. Zahnkopfstöße, entstehen.

Claims

1. Planetengetriebe mit einem zentralen zylindrischen Stirnrad (12) mit Außenverzahnung (26), einem zylindrischen Hohlrad (10) mit Innenverzahnung (24), einem Exzenter (2), und mit einem flexiblen Ring (Flexrad 4) mit einem äußeren Zahnkranz (24) und einem inneren Zahnkranz (29), der vom rotierenden Exzenter (2) radial verformt wird, dadurch gekennzeichnet daß das Hohlrad (10) sich nicht über die ganze Breite des Flexrades (4) erstreckt, sondern sich je nach Ausführung nur über das Stirnrad (12) oder den Exzenter (2) erstreckt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (2) zwei um 180° zueinander versetzte Exzenternocken bildet und die Umfangsform dieses Doppelexzenters (4) aus vier Kreisbögen besteht, die tangential ineinander übergehen, und daß die jeweils gegenüberliegenden Kreissegmente den gleichen Radius haben (Fig. 7).

3. Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelpunkte (M) der Kreissegmente auf den beiden Hauptachsen des Exzenters (2) liegen und vom Zentrum (Z) alle den gleichen Abstand haben (Fig. 7).

4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kopfkreise der miteinander im Eingriff befindlichen Verzahnungen (Hohlrad 10/Flexrad 4 außen bzw. Flexrad 4 innen/Stirnrad 12) unter dem Winkel S_max schneiden, unter dem der größte Flankenabstand a_max auftritt (Fig. 8).

5. Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfkreisschnittpunkt unter dem Winkel S_max durch entsprechende Radius und Mittelpunktsauswahl der Exzenterkreisbögen und zusätzlich durch Zahnkürzungen erreicht wird.

6. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsänderungen des Flexrades (4), vorgegeben durch den Exzenter (2), um den gesamten Umfang betragsmäßig gleich sind.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken gekrümmt sind und bei Notwendigkeit die Kopfkanten zusätzlich stärker abgerundet sind (Fig. 9).