DE4224917A1 - Planeten-reibungs-wechselgetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planeten-Reibungs- Wechselgetriebe, das Planetenrollelemente aufweist, die durch die Umdrehung eines Sonnenrades gedreht werden und eine Ausgangsdrehung mit einer Drehzahl zur Verfügung stel­ len, die durch die Umdrehung der Planetenrollelemente redu­ ziert ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel eines herkömmlich ausgebildeten Planeten-Reibungs-Wechselgetriebes. Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt durch das Getriebe, während Fig. 5 einen Querschnitt durch dasselbe zeigt. Diese Darstellungen zeigen einen Motor 1, ein unteres Gehäuse 2′, ein oberes Ge­ häuse 3′, eine Motorwelle 4, ein Sonnenrad (Rolle) 5, das an der Motorwelle 4 befestigt ist, Stahlkugeln 6, bei denen es sich um Planetenrollelemente handelt, Außenringe 7a′ und 7b′, ein elastisches Element 8, das das Sonnenrad 5, die Stahlkugeln 6 und die Außenringe 7a′ und 7b′ unter einem vorgegebenen Druck in Kontakt miteinander preßt, um eine Vorbelastung aufzubringen. Ein Halter 9 hält die Stahlku­ geln 6 auf einem vorgegebenen Abstand. Der Halter 9 ist an einer Ausgangswelle 10 befestigt.

Die Außenringe 7a′ und 7b′ sind koaxial zum Sonnenrad 5 an­ geordnet. Die Stahlkugeln 6 befinden sich zwischen der äuße­ ren Umfangsfläche des Sonnenrades 5 und der inneren Umfangs­ fläche eines jeden Außenrings 7a und 7b′ und werden durch den Halter 9 etwa in gleichen Abständen voneinander gehal­ ten. Der Halter 9 ist fest mit der Ausgangswelle 10 verbun­ den und wird durch ein Ausgangswellenlagerteil 3a drehbar gelagert. Die Außenringe 7a′ und 7b′, die Stahlkugeln 6 und das Sonnenrad 5 werden durch das elastische Element 8 unter einem vorgegebenen Druck in Preßkontakt gehalten.

Wenn sich das Sonnenrad 5 dreht, drehen sich die Stahlku­ geln 6 zusammen mit dem Halter 9, wobei jede Stahlkugel 6 abrollt, da die Außenringe 7a′ und 7b′, die Stahlkugeln 6 und das Sonnenrad 5 unter dem vorgegebenen Druck in Kontakt miteinander stehen. Folglich dreht sich die Ausgangswelle 10 mit einer reduzierten Drehzahl, die der Umdrehungszahl der Stahlkugeln 6 entspricht.

Es war in der Praxis üblich, ein Wechselgetriebe dieser Art in der folgenden Weise auszubilden: Der Durchmesser der in­ neren Umfangsfläche des unteren Gehäuses 2′ wurde derart festgelegt, daß die Außenringe 7a′ und 7b′ Positionen er­ hielten, in denen sie koaxial zum Sonnenrad 5 angeordnet wa­ ren. Dann wurden die Außenringe 7a′ und 7b′ positioniert und montiert, indem sie unter Druck in das untere Gehäuse 2′ eingepaßt wurden. Eine derartige Anordnung benötigt einen hohen Genauigkeitsgrad in bezug auf den Innendurchmesser und Außendurchmesser der Außenringe 7a′ und 7b′ und den Durch­ messer des Innenumfangs des unteren Gehäuses 2′. Diese Teile müssen somit mit einem hohen Dimensionsgenauigkeitsgrad be­ arbeitet werden. Hierdurch steigen jedoch die Kosten an. Zu­ sätzlich zu diesem Nachteil besteht ein weiterer Nachteil eines derartigen herkömmlichen Wechselgetriebes in folgen­ dem: Wenn eine Exzentrizität zwischen dem Sonnenrad 5 und den Außenringen 7a′ und 7b′ auftritt, ergeben sich ein un­ symmetrischer Kontakt der Stahlkugeln 6, Vibrationen sowie eine Abnahme des Wirkungsgrades. Des weiteren rollen die Stahlkugeln 6 auf den inneren Umfangsflächen der Außenringe 7a′ und 7b′ mit einer hohen Geschwindigkeit ab, während sich das Wechselgetriebe im Betrieb befindet. Da die Außenringe 7a′ und 7b′ mit den Gehäusen 2′ und 3′ in direktem Kontakt stehen, werden die durch die Rollbewegung der Stahlkugeln 6 verursachten Vibrationen über die Außenringe 7a′ und 7b′ auf die Außenseite des Wechselgetriebes übertragen, so daß Vibrationen und Geräusche entstehen.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Schaffung eines Plane­ ten-Reibungs-Wechselgetriebes der angegebenen Art, das eine Vielzahl von Planetenrollelementen aufweist, die in Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche eines Sonnenrades und den in­ neren Umfangsflächen von Außenringen derart angeordnet sind, daß sie durch eine Drehung des Sonnenrades eine derartige Ausgangsdrehung erhalten, daß sie relativ zu den Außenringen umlaufen, wobei die Außenringe so gelagert und angeordnet sind, daß sie in Radialrichtung beweglich sind, so daß eine Selbstausrichtung der Außenringe erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt, der ein erfindungsgemäß ausgebildetes Planeten-Reibungs-Wechselge­ triebe zeigt;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 ge­ zeigte Ausführungsform;

Fig. 3 einen Querschnitt, der die Betriebsweise die­ ser Ausführungsform zeigt;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt, der ein herkömmlich ausgebildetes Planeten-Reibungs-Wechselge­ triebe zeigt;

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Getriebe der Fig.  4; und

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine andere Aus­ führungsform eines erfindungsgemäß ausgebilde­ ten Wechselgetriebes.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung in Ver­ bindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, die die erfin­ dungsgemäßen Merkmale zeigen. Fig. 1 ist ein Vertikal­ schnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform. Fig. 2 ist ein Querschnitt durch dieselbe Ausführungsform. Gezeigt sind ein Motor 1, ein unteres Gehäuse 2, ein oberes Gehäuse 3, das ein einstückig damit ausgebildetes Lagerteil 3a auf­ weist, eine Motorwelle 4, ein Sonnenrad (Rolle) 5, das an der Motorwelle 4 befestigt ist, Stahlkugeln 6, bei denen es sich um Planetenrollelemente handelt (bei dieser Aus­ führungsform sind drei Stahlkugeln 6a, 6b und 6c vorge­ sehen), Außenringe 7a und 7b, elastische Elemente 8a und 8b, die beispielsweise aus Silikongummi bestehen, ein Halter 9, der die Stahlkugeln 6 in Position hält, eine Ausgangswelle 10, die einstückig mit dem Halter 9 ausgebildet ist, und ein Ritzel 11, das an der Ausgangswelle 10 befestigt ist und eine verzögerte Ausgangsdrehung liefert. Ein Paar der Außen­ ringe 7a und 7b ist nahezu koaxial zum Sonnenrad 5 angeord­ net. Die Außenringe 7a und 7b besitzen Stirnflächen 7a-1 und 7b-1, die eine konische Form besitzen, um einen Rollkontakt mit den Stahlkugeln 6 herzustellen, und die mit ausgeschnit­ tenen Teilen 7a-2 und 7b-2 versehen sind, um die elastischen Elemente 8a und 8b zu halten, die die gesamten Umfangs­ flächen der Außenringe 7a und 7b gegenüber dem oberen und unteren Gehäuse 3 und 2 bedecken. Die konischen Flächen 7a-1 und 7b-1 der Außenringe 7a und 7b liegen einander gegenüber. Eine Vielzahl (drei bei dieser Ausführungsform) von Stahlku­ geln 6 ist zwischen der äußeren Umfangsfläche des Sonnenra­ des 5 und den inneren konischen Umfangsflächen 7a-1 und 7b-1 der Außenringe 7a und 7b angeordnet. Diese Stahlkugeln 6 werden vom Halter 9 etwa auf gleichem Abstand gehalten. Der Halter 9 ist mit einer Vielzahl von Schenkelteilen 9a ver­ sehen, um die Stahlkugeln 6 mit geeignetem Spiel derart zu halten, daß die Kugeln 6 frei abrollen können. Der Halter 9 und die Ausgangswelle 10 sind einstückig geformt, beispiels­ weise aus Kunststoff, und werden durch das Lagerteil 3a des oberen Gehäuses 3 drehbar gelagert. Die Ausgangswelle 10 be­ sitzt ein Ritzel 11, das an ihrem vorderen Endteil befestigt ist. Das Spiel der Ausgangswelle 10 in Schubrichtung wird begrenzt, wenn das Ritzel 11 gegen das Lagerteil 3a in Schubrichtung stößt. Die Außenringe 7a und 7b sind durch die elastischen Elemente 8a und 8b derart gelagert, daß sie mit dem oberen und unteren Gehäuse 3 und 2 nicht in direkten Kontakt treten. Die elastischen Elemente 8a und 8b sind so­ mit so angeordnet, daß sie die Außenringe 7a und 7b, die Vielzahl der Stahlkugeln und das Sonnenrad 5 unter einem vorgegebenen Druck in Kontakt miteinander halten. Wenn die Stahlkugeln 6 abrollen, werden die Außenringe 7a und 7b durch Reibkräfte zwischen den Außenringen und den elastischen Elementen 8a und 8b und zwischen den elastischen Elementen 8a und 8b und dem oberen und unteren Gehäuse 3 und 2 an einer Drehung gehindert. Das untere Gehäuse 2 ist mit Hilfe von Montageschrauben 12 am Motor 1 befestigt. Der äußere Umfangsteil des unteren Gehäuses 2 und der innere Umfangsteil des äußeren Gehäuses 3 sind mit einem Innen- und Außengewinde versehen, die miteinander kämmen. Das obere Gehäuse 3 ist somit mit dem unteren Gehäuse 2 verschraubt und daran befestigt. Zwischen der inneren Umfangsfläche 2a des unteren Gehäuses 2 und den äußeren Umfangsflächen 7a-3 und 7b-3 der Außenringe 7a und 7b ist Spiel vorhanden. Spiel ist ebenfalls zwischen der inneren Umfangsfläche 2a des unteren Gehäuses 2 und den elastischen Elementen 8a und 8b vorhanden. Die Außenringe 7a und 7b sind somit so angeord­ net, daß sie in einer Radialrichtung über ein gewisses Aus­ maß verschiebbar sind.

Die Funktionsweise des in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Planeten-Reibungs-Wechselgetriebes ist wie folgt: Wenn sich die Motorwelle 4 dreht, rollt die Vielzahl der Stahlkugeln 6 über die konischen Flächen der Außenringe 7a und 7b zusammen mit dem Halter 9 ab, wobei sie sich drehen, da die Außenringe 7a und 7b, die Stahlkugeln 6 und das Sonnenrad 5 durch die elastischen Elemente 8a und 8b un­ ter dem vorgegebenen Druck in Kontakt miteinander gehalten werden. Folglich dreht sich die Ausgangswelle 10 mit einer Drehzahl, die der Umdrehungszahl der Vielzahl der Stahlku­ geln 6 entspricht.

Als nächstes wird eine Anordnung dieser Ausführungsform zur Selbstausrichtung der Außenringe 7a und 7b in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben. Die Außenringe 7a und 7b werden nur durch die elastischen Elemente 8a und 8b gelagert und werden in Radialrichtung nicht behindert. Daher ist im montierten Zustand des Wechselgetriebes die koaxiale Beziehung der Außenringe 7a und 7b zum Sonnenrad 5 (Koinzidenz ihrer Mit­ telpunkte) nicht sichergestellt. Im Falle eines unsymme­ trischen Kontaktes, beispielsweise aufgrund einer Exzentri­ zität, werden die Außenringe 7a und 7b exzentrisch. Dann wird eine auf die Stahlkugel 6a, die näher am Sonnenrad 5 angeordnet ist, ausgeübte Druckkraft P1 größer als auf die Stahlkugeln 6b und 6c, die weiter weg vom Sonnenrad 5 ange­ ordnet sind, ausgeübte Druckkräfte P2 und P3. Als Reaktion auf diese Druckkraft P1 wird eine auf die Außenringe 7a und 7b ausgeübte Auswärtskraft in der Richtung sehr groß, in der sich die Außenringe 7a und 7b exzentrisch mehr annähern. Wenn sich das Planeten-Reibungs-Wechselgetriebe bei diesem Zustand in Betrieb befindet, wird die Kraft in wiederholter Weise in dieser Richtung ausgeübt. Diese Kraft bewegt die Außenringe 7a und 7b in Radialrichtung, so daß die Außen­ ringe 7a und 7b automatisch in die Positionen gebracht wer­ den, in denen sie koaxial zum Sonnenrad 5 angeordnet sind.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform findet für die elastischen Elemente 8a und 8b ein Gummimaterial Verwen­ dung. Das elastische Element 8a und 8b kann jedoch durch Wellenscheiben 18a und 18b ersetzt werden, die federähnliche Eigenschaften besitzen und als elastische Elemente dienen können, wie in Fig. 6 gezeigt, die eine weitere Aus­ führungsform der Erfindung betrifft. Wie man Fig. 6 ent­ nehmen kann, ist die Wellenscheibe 18a, die als eines der elastischen Elemente verwendet wird, so angeordnet, daß sie den Außenring 7a relativ zum oberen Gehäuse 3 in Richtung auf den mittleren Teil der Vorrichtung (in Fig. 86 unten) drückt. Die andere Wellenscheibe 18b ist so angeordnet, daß sie den Außenring 7b relativ zum unteren Gehäuse 2 in Richtung auf den mittleren Teil der Vorrichtung drückt (in Fig. 6 nach oben). Auch bei dieser Ausführungsform wird eine reduzierte Ausgangsdrehzahl durch die Abrollbewegung der Stahlkugel 6 in der gleichen Weise wie bei der vor­ stehend beschriebenen Ausführungsform erzielt. Des weiteren ist jede Wellenscheibe 18a und 18b so angeordnet, daß sie relativ zur inneren Umfangsfläche 2a des unteren Gehäuses 2 Spiel aufweist. Wenn daher Exzentrizität auftritt, ist diese Ausführungsform ebenfalls in der Lage, eine Selbstaus­ richtung in wirksamer Weise durchzuführen.

Wie vorstehend beschrieben, ist selbst bei einer Exzentrizi­ tät oder einer Abweichung von einer perfekten Ausrichtung des Sonnenrades und der Außenringe im montierten Zustand jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des Wechselgetriebes in der Lage, die Außenringe in optimale Po­ sitionen zu verschieben, wo die auf die Planetenrollelemente ausgeübten Druckkräfte gleich groß werden, wenn das Wechsel­ getriebe in Betrieb genommen wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung muß somit keine Bearbeitung der Außenringe und der Außenringmontageteile mit hoher Präzision durchgeführt wer­ den, und die Bearbeitung und die Montage der Teile dieser Ausführungsform wird erleichtert. Die Erfindung führt daher zu einer Kostenreduktion bei einem solchen Planeten-Rei­ bungs-Wechselgetriebe. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Vibrationen und Geräusche der Außen­ ringe, die aus der Abrollbewegung der Planetenrollelemente resultieren, von den elastischen Elementen ohne Übertragung auf die Außenseite absorbiert werden. Die Vibrationen und Geräusche des Getriebes können somit herabgesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird somit ein Planeten-Reibungs-Wechselge­ triebe vorgeschlagen, das die folgenden Bestandteile umfaßt:
ein Sonnenrad, das sich in Abhängigkeit von einer Antriebs­ drehung dreht, einen Außenring, Planetenrollelemente, die mit einer äußeren Umfangsfläche des Sonnenrades und einer inneren Umfangsfläche des Außenringes in Kontakt stehen, ein Gehäuseelement, das das Sonnenrad, den Außenring und die Planetenrollelemente aufnimmt, und ein elastisches Element, das den Außenring derart unter Druck setzt und lagert, daß er in Radialrichtung relativ zum Gehäuseelement bewegbar ist. Durch die Drehung des Sonnenrades führen die Planeten­ rollelemente Umdrehungen durch und erzeugen eine Ausgangs­ drehung mit reduzierter Drehzahl.

Claims (11)

1. Planeten-Reibungs-Wechselgetriebe, gekennzeichnet durch:

• a) ein Sonnenrad (5), das sich in Abhängigkeit von einer Antriebsdrehung dreht;
• b) einen Außenring (7a, 7b);
• c) eine Vielzahl von Planetenrollelementen (6a, 6b, 6c), die mit einer äußeren Umfangsfläche des Son­ nenrades (5) und einer inneren Umfangsfläche des Außenringes (7a, 7b) in Kontakt stehen;
• d) ein Gehäuseelement (2, 3), das das Sonnenrad (5), den Außenring (7a, 7b) und die Vielzahl der Plane­ tenrollelemente (6a, 6b, 6c) aufnimmt; und
• e) ein elastisches Element (8a, 8b), das den Außen­ ring (7a, 7b) derart unter Druck setzt und lagert, daß dieser in einer Radialrichtung relativ zum Ge­ häuseelement (2, 3) beweglich ist, wobei die Drehung des Sonnenrades (5) eine Umdrehung der Vielzahl der Planetenrollelemente zur Erzeugung ei­ ner Ausgangsdrehung mit reduzierter Drehzahl bewirkt.

2. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vielzahl der Planetenrollelemente (6a, 6b, 6c) Kugeln umfaßt und daß die innere Umfangs­ fläche des Außenringes (7a, 7b), die mit den Kugeln in Kontakt steht, konisch ausgebildet ist, so daß eine elastische Druckkraft in Schubrichtung des elastischen Elementes (8a, 8b) in eine Druckkraft des Außenringes (7a, 7b) auf die Kugeln umgewandelt wird.

3. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenring (7a, 7b) in Schubrichtung in zwei Teile aufgeteilt ist und daß das elastische Element (8a, 8b) so angeordnet ist, daß es die beiden Teile des Außenringes unabhängig voneinander unter Druck setzt und lagert.

4. Wechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenring (7a, 7b) in Schubrichtung in zwei Teile aufgeteilt ist und daß das elastische Element (8a, 8b) so angeordnet ist, daß es die beiden Teile des Außenringes unabhängig voneinander unter Druck setzt und lagert.

5. Wechselgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es des weiteren ein Über­ tragungselement (9) umfaßt, das die Umdrehung der Viel­ zahl der Planetenrollelemente (6a, 6b, 6c) nach außen abgibt und eine Vielzahl von Abschnitten zwischen ent­ sprechenden benachbarten Paaren der Planetenrollele­ mente derart aufweist, daß das Übertragungselement (9) durch die Umdrehung der Vielzahl der Planetenrollele­ mente gedreht wird.

6. Wechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuseelement (3) ein Lagerteil (3a) aufweist, das das Übertragungselement drehbar lagert.

7. Wechselgetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element (8a, 8b) ein Gummimaterial umfaßt.

8. Wechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das elastische Element ein Federmaterial umfaßt.

9. Planeten-Reibungs-Wechselgetriebe, gekennzeichnet durch:

• a) ein Sonnenrad (5), das durch eine Antriebsquelle gedreht wird;
• b) ein erstes Element mit einem Innenumfang, der einen größeren Durchmesser aufweist als ein Außenumfang des Sonnenrades (5);
• c) eine Vielzahl von Planetenrollelementen (6a, 6b, 6c), die zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Sonnenrades (5) und einer inneren Umfangsfläche des ersten Elementes und in Kontakt mit der äuße­ ren Umfangsfläche und der inneren Umfangsfläche angeordnet sind und durch die Drehung des Sonnen­ rades zu einer Umdrehung um dasselbe veranlaßt werden;
• d) ein zweites Element, das durch die Umdrehung der Vielzahl der Planetenrollelemente gedreht wird; und
• e) ein elastisches Element (8a, 8b), das das erste Element derart lagert, daß dieses in einer Radial­ richtung bewegbar ist, und das das erste Element gegen die Vielzahl der Rollelemente preßt.

10. Wechselgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vielzahl der Planetenrollelemente (6a, 6b, 6c) Kugeln aufweist und daß die innere Um­ fangsfläche des ersten Elementes konisch ausgebildet ist, so daß eine elastische Druckkraft in Schubrichtung des elastischen Elementes (8a, 8b) in eine Druckkraft des ersten Elementes auf die Kugeln umgewandelt wird.

11. Wechselgetriebe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, das es Gehäuseeinrichtungen (3a, 3b) auf­ weist, die das erste Element durch das elastische Ele­ ment (8a, 8b) lagern und als Lager für das zweite Ele­ ment dienen, so daß sich das zweite Element drehen kann.