DE4410042A1 - Planetengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4.

Die Zahnräder von Getrieben bestehen in der Regel aus einem Material mit einer bestimmten Elastizität. Deshalb treten bei Schaltgetrieben unter Last an den Zähnen bestimmte elastische Verformungen bzw. Durchfederungen auf. Die Zahnflanken haben gewöhnlich eine Wölbung, die einer Evolvente entspricht. Wenn nun ein solches Evol­ ventenzahnrad bei der Übertragung der Drehbewegung die richtige Evolventenkrümmung nicht beibehält, kann es die Drehbewegung nicht glatt bzw. weich übertragen. Der Lauf des Zahnrads wird aufgrund der elastischen Verformung der Zähne unregelmäßig, so daß Vibrationen und Lärm entstehen und die Lebensdauer des Zahnrads verringert wird.

Nach der JP-63-180 766 A1 wird die Durchfederung der Zähne eines unter Last arbeitenden Zahnrads im voraus angenom­ men und vorkorrigiert, so daß die Drehbewegung beim Lastbetrieb glatt übertragen werden kann.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten, zum Stand der Technik gehörenden Planetengetriebe, das als Drehzahlunterset­ zungsgetriebe verwendet wird und von dem ein Sonnenzahn­ rad 1 und ein Planetenzahnrad 2 gezeigt sind, sollen die Zähne der Zahnräder ihre Form beibehalten, d. h. sie federn nicht durch, bzw. unterliegen keiner elastischen Verformung, was dem Zustand entspricht, daß keine Last an den Zahnrädern anliegt. Wenn die Drehbewegung von dem Sonnenzahnrad 1 auf das Planetenzahnrad 2 in Pfeilrich­ tung übertragen wird, greift das Sonnenzahnrad 1 an dem Planetenzahnrad 2 in einem Punkt a an und kommt gerade mit dem Planetenzahnrad 2 in einem Punkt b in Eingriff. Wenn keine Last anliegt, haben das Sonnenzahnrad 1 und das Planetenzahnrad 2 die gleiche Teilung für einen angrenzenden Zahn vertikal gemessen zur Zahnfläche der Zahnräder oder die gleiche Normalteilung Pn. Da sich die Normalteilung Pn bei der Drehung der Zahnräder nicht ändert, drehen sie sich glatt und d. h. im wesentlichen geräuschlos, reibungslos und erschütterungsfrei.

Unter Last, was in Fig. 5 gezeigt ist, greift das Sonnen­ zahnrad 1 an dem Planetenzahnrad 2 im Punkt a an, diesmal jedoch in dem Zustand einer starken Durchfederung, wobei der Zustand ohne Durchfederung, also ohne elastische Verformung, gestrichelt gezeigt ist. Im Eingriffszustand ist im Punkt a das Planetenrad 2 weniger durchgefedert, da sich der Punkt a nahe am Fuß seines Zahnes befindet. Geht man zur Vereinfachung davon aus, daß der Zahn des Planetenzahnrads 2 nicht durchfedert, hat die Zahnfläche des Zahns, die dem Eingriffszahn des Sonnenzahnrads 1 am nächsten liegt, von dem Eingriffszahn einen Abstand Pn, während die Zahnfläche des Zahns, die dem Eingriffszahn des Planetenzahnrads 2 am nächsten liegt, von dem Ein­ griffspunkt a den Abstand Pn hat. Als Folge stoßen die nächsten Zähne im Punkt b gegeneinander, wodurch Vibra­ tion und Lärm erzeugt werden.

Anhand von Fig. 6 wird nun das weitere Kämmen der Zähne miteinander untersucht. Obwohl bei diesem Zustand die Zähne in Punkt b vollständig in Eingriff stehen, haben sie ihren Eingriffszustand im Punkt a gerade beendet. Da die Zähne gerade vor diesem Zustand noch im Punkt a in Eingriff standen, wird die Last auf die beiden Punkte verteilt, wobei jeweils eine Hälfte der Gesamtlast in dem jeweiligen Punkt wirkt. In dem Augenblick, in dem der Eingriff der Zähne im Punkt a endet, wirkt die Last nur noch im Punkt b, wodurch der Zahn des Planetenzahnrads 2, dessen belasteter Punkt sich weit von seinem Fuß entfernt befindet, verglichen mit dem nicht durchfederten, durch eine gestrichelte Linie angezeigten Zustand, stark durch­ federt und verformt wird. Als Folge schlagen die Zähne im Punkt a gegeneinander, wo ihr Eingriff zu einem Ende kommt, was ebenfalls Vibration und Lärm erzeugt.

Andererseits kämmt das Planetenzahnrad 2 mit einem Innen­ zahnrad 5 in einem etwas verschiedenen Stadium. Diese Situation wird anhand von Fig. 7 erläutert. Nachdem der Zahn des Planetenzahnrads 2 vollständig mit dem Zahn des Innenzahnrads 5 in einem Punkt a in Eingriff stand, kommen die Zähne miteinander in einem Punkt b in Ein­ griff. Auch wenn sich der Punkt a bezogen auf den Fuß des Innenzahnrads 5 in einer hohen Position befindet, hat sein Fuß eine relativ große Zahndicke, so daß das Innen­ zahnrad 5 weniger durchfedert. Da andererseits sich der Punkt a an einer Stelle befindet, die nicht so hoch bezüglich des Fußes des Planetenzahnrads 2 ist, wird das Planetenzahnrad 2 ebenfalls weniger durchgebogen bzw. federt weniger durch. Die Formabweichung bzw. Durchfede­ rung der Zähne des Planetenzahnrads 2 und des Innenzahn­ rads 4 ist deshalb beträchtlich kleiner als im Falle des Eingriffs des Sonnenzahnrads 1 mit dem Planetenzahnrad 2.

Bei dem Planetengetriebe stehen also zur gleichen Zeit zwei Arten von Eingriffen an, nämlich der Eingriff des Sonnenzahnrads 1 mit dem Planetenzahnrad 2 und der Ein­ griff des Planetenzahnrads 2 mit dem Innenzahnrad 5. Wie erwähnt, federn die Zähne bei diesen beiden Eingriffs­ arten unterschiedlich durch.

Um die Drehbewegung im Lastzustand glatt, also geräusch­ los und vibrationsfrei, übertragen zu können, muß ein Zahnprofil für einen Optimalzustand korrigiert werden, indem die Durchfederung der Zähne, wie sie durch die beiden Eingriffsarten verursacht wird, in Betracht gezo­ gen wird. Trotzdem wird nach dem stand der Technik nur das Zahnprofil des Sonnenrads oder des Planetenrads durch Berücksichtigung der Durchfederung korrigiert, die sich durch den Eingriff des Sonnenzahnrads mit dem Planeten­ zahnrad ergibt. Darüberhinaus wird der gleiche Korrek­ turbetrag auf den gegenüberliegenden Flachen der Zähne bewirkt.

Bei dem beschriebenen Stand der Technik wird die Durch­ federung der Zähne aufgrund des Eingriffs des Planeten­ zahnrads mit dem Innenzahnrad vernachlässigt, da sie beträchtlich kleiner als die Durchfederung der Zähne ist, die sich durch den Eingriff des Sonnenzahnrads mit dem Planetenzahnrad ergibt. Da jedoch hohe Anforderungen bezüglich weiterer Vibrations- und Lärmreduzierungen anstehen, kann diese Durchfederung bzw. Formabweichung nicht ignoriert werden.

Es muß deshalb auch eine Korrektur des Zahnprofils des Innenzahnrads in Betracht gezogen werden, um die Durch­ federung der Zähne aufgrund des Eingriffs des Planeten­ zahnrads mit dem Innenzahnrad zu berücksichtigen. In diesem Fall muß dann aber das Zahnprofil des Innenzahn­ rads und des Planetenzahnrads korrigiert werden, was die Auslegung, Fertigung und Behandlung der Teile kompliziert macht. Das Innenzahnrad wird häufig durch ein Ritzel- Schneidwerkzeug spanabhebend bearbeitet, so daß eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen entsprechend einem Korrek­ turbetrag des Zahnprofils gefertigt werden muß, wodurch eine solche Korrektur praktisch unmöglich wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht des­ halb darin, das Planetengetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Aufprallvibration durch den Eingriff der Zahnräder zur Erzielung eines niedrigen Geräuschpegels reduziert wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Planetengetriebe der eingangs genannten Art mit den im Kennzeichen des Patent­ anspruchs 1 bzw. 4 angegebenen Merkmalen gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen Gegenstände der Ansprüche 2 und 3 sind.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe hat ein Sonnenzahn­ rad, Planetenzahnräder, die mit dem Sonnenzahnrad kämmen, und ein Innenzahnrad, das mit den Planetenzahnrädern kämmt. Jedes der Zahnräder hat ein Zahnprofil, das einer Evolvente entspricht. Die Zahnflächen auf einer Seite der Planetenzahnräder, die mit dem Sonnenzahnrad kämmen, und die Zahnflächen auf der anderen Seite der Planetenzahnrä­ der, die mit dem Innenzahnrad kämmen, sind jeweils um unterschiedliche Korrekturbeträge auf der Basis der Verformungsbeträge der Zähne der Planetenzahnräder kor­ rigiert, die durch den Eingriff mit dem Sonnenzahnrad und dem Innenzahnrad hervorgerufen werden, so daß die Drehbe­ wegung glatt, also ruhig und vibrationsfrei, übertragen werden kann, wenn die Zahnflächen der Planetenzahnräder, die mit dem Sonnenzahnrad kämmen, und die Zahnflächen der Planetenzahnräder, die mit dem Innenzahnrad kämmen, durch ihren Eingriff elastisch verformt werden.

Da das Zahnprofil der Zahnflächen auf einer Seite der Planetenzahnräder entsprechend der Durchfederung kor­ rigiert wird, die durch ihren Eingriff mit dem Sonnen­ zahnrad zustande kommt, und das Zahnprofil der Zahnflä­ chen auf der gegenüberliegenden Seite der Planetenzahnrä­ der entsprechend der Durchfederung korrigiert wird, die durch ihren Eingriff mit dem Innenzahnrad herbeigeführt wird, läßt sich eine optimale Korrektur des Zahnprofils bezüglich beider Arten von Eingriffen der Planetenzahnrä­ der mit dem Sonnenzahnrad und der Planetenzahnräder mit dem Innenzahnrad erreichen, die gleichzeitig in dem Planetengetriebe erfolgen. Dadurch kann die Drehbewegung zwischen dem Sonnenzahnrad und den Planetenzahnrädern und zwischen den Planetenzahnrädern und dem Innenzahnrad glatt übertragen und Stoßvibrationen unterdrückt werden, wodurch der Schwingungs- und Geräuschpegel des Getriebes verringert wird.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele nach der Erfindung und dem Stand der Technik näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1 die Korrektur des Zahnprofils gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Plane­ tengetriebes,

Fig. 2 die Korrektur des Zahnprofils eines Planetenge­ triebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 in einer Seitenansicht den Grundaufbau eines Planetengetriebes,

Fig. 4 den Eingriff eines Sonnenzahnrads und eines Planetenzahnrads eines zum stand der Technik gehörenden Planetengetriebes im lastfreien Zu­ stand,

Fig. 5 den Beginn des Eingriffs zwischen Sonnenzahnrad und Planetenzahnrad gemäß Fig. 4 unter Last,

Fig. 6 das Ende des Eingriffs zwischen Sonnenzahnrad und Planetenzahnrad gemäß Fig. 5 unter Last und

Fig. 7 den Eingriff zwischen einem Planetenzahnrad und einem Innenzahnrad bei einem Planetengetriebe nach dem Stand der Technik unter Last.

Gemäß Fig. 3 hat ein Planetengetriebe ein Sonnenzahnrad 1, das sich in der Getriebemitte befindet, und das bei der gezeigten Ausführungsform mit drei Planetenzahnrädern 2 kämmt, wobei jedoch auch zwei oder mehr als drei Plane­ tenzahnräder 2 vorgesehen werden können. Die Planeten­ zahnräder 2 kämmen mit einem Innenzahnrad 5 an ihren Umfängen und können sich jeweils um Zapfen 3 um ihre eigenen Achsen drehen. Die Zapfen 3 sind durch einen Träger 4 in gleichen oder nicht gleichen Abständen gehal­ ten, was von der Anzahl der Planetenzahnräder 2 abhängt.

Bei einem üblichen Planetengetriebe ist das Innenzahnrad 5 stationär. Wenn das Sonnenzahnrad 1 nur als Eingangs­ welle dient, wird das Planetengetriebe als Untersetzungs­ getriebe genutzt, bei dem der Umlauf der Planetenzahnrä­ der 3 oder die Drehbewegung des Trägers 4 auf eine Ab­ triebswelle übertragen wird. Wenn das Planetengetriebe als Übersetzungsgetriebe verwendet wird, dienen der Träger 4 als Eingangswelle und das Sonnenzahnrad 1 als Abtriebswelle.

Es kann auch ein Mechanismus eingesetzt werden, bei dem der Träger 4 stationär ist. Das bedeutet, daß die Plane­ tenzahnräder 2 sich nur um ihre Achsen drehen und keine Umlaufbewegung ausführen. Wenn in diesem Fall das Sonnen­ zahnrad 1 als Eingangswelle verwendet wird, drehen sich die damit kämmenden Planetenzahnräder 2 nur um ihre Achsen. Dadurch dreht sich das Innenzahnrad 5 in eine Richtung entgegengesetzt der des Sonnenzahnrads 1 und dient als Abtriebswelle, wodurch das Planetengetriebe als Untersetzungsgetriebe wirkt. Wenn umgekehrt das Innen­ zahnrad 5 als Eingangswelle verwendet wird, dreht sich das Sonnenzahnrad 1 in der Richtung, die zu der des Innenzahnrads 5 entgegengesetzt ist, so daß das Planeten­ getriebe als Übersetzungsgetriebe wirkt.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, kämmen die Zahnflächen auf einer Seite der Planetenzahnräder 2 mit den Zahnflächen des Sonnenzahnrads 1, während die Zahnflächen auf der gegenüberliegenden Seite der Planetenzahnräder 2 mit den Zahnflächen des Innenzahnrads 5 kämmen.

Gemäß Fig. 1 ist nun das Zahnprofil auf der einen Seite des Planetenzahnrads 2 entsprechend seiner Durchfederung korrigiert, die sich durch seinen Eingriff mit dem Son­ nenzahnrad 1 ergibt. Das Zahnprofil auf der gegenüber­ liegenden Seite des Zahnrads 2 ist entsprechend seiner Durchfederung korrigiert, die sich durch seinen Eingriff mit dem Innenzahnrad 5 ergibt.

In Fig. 1 ist X₁ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, X₂ ein Korrekturbetrag des Zahn­ profils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, X′₁ ein Korrekturbe­ trag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Plane­ tenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, X′₂ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahn­ flächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, h die Zahnhöhe, h₁ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil bis zum Fuß der Zahnflächen der Plane­ tenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, kor­ rigiert ist, h₂ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen, korrigiert ist, h′₁ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, korrigiert ist, und h₂ die Höhe des Punkts, von dem aus das Zahnprofil am Kopf der Zahn­ flächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, korrigiert ist. Das Zahnprofil jedes Planeten­ zahnrads 2 ist so korrigiert, daß es folgenden Beziehun­ gen genügt:

X₁ < X₁′ , X₂ < X₂′.

Bei dem Planetengetriebe dieser Ausführungsform ist das Zahnprofil der Zahnflächen auf der einen Seite jedes Planetenzahnrads 2 entsprechend seiner Durchfederung korrigiert, die durch den Eingriff mit dem Sonnenzahnrad 1 verursacht wird, während das Zahnprofil der Zahnflächen auf der gegenüberliegenden Seite jedes Planetenzahnrads 2 entsprechend seiner Durchfederung korrigiert ist, die durch seinen Eingriff mit dem Innenzahnrad 5 verursacht werden kann, daß sie für jede der beiden Arten von Ein­ griff, die zur gleichen Zeit in dem Planetengetriebe zwischen dem Sonnenzahnrad 1 und den Planetenzahnrädern 2 bzw. den Planetenzahnrädern 2 und dem Innenzahnrad 5 stattfinden, optimal ist, kann als Folge die Drehbewegung zwischen dem Sonnenzahnrad 1 und den Planetenzahnrädern 2 und zwischen den Planetenzahnrädern 2 und dem Innenzahn­ rad 5 glatt übertragen werden. Vibrationen infolge Auf­ prall treten nicht mehr auf, so daß insgesamt der Vibra­ tions- und Geräuschpegel abgesenkt werden.

Da es ausreicht, nur das Zahnprofil der Planetenzahnräder 2 zu korrigieren, sind die Auslegung, Fertigung und Behandlung der Teile leicht durchführbar.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird ein Korrekturbetrag des Zahnprofils der Zahnflächen der Planetenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, auf die Hälfte des Korrekturbetrags des Zahnprofils der Zahnflächen, der Planetenzahnräder 2, die mit dem Sonnen­ zahnrad 1 kämmen, eingestellt. Das heißt, daß folgenden Beziehungen genügt wird

X₁t = 0,5 X₁, X₂′ = 0,5 X₂.

Diese Beziehung ergibt sich aus der Berechnung des Kor­ rekturbetrags des Zahnprofils der Zahnflächen der Plane­ tenzahnräder 2, die mit dem Innenzahnrad 5 kämmen, für die verschiedenen Fälle zu 40 bis 60% des Korrekturbe­ trags des Zahnprofils der Zahnflächen der Planetenzahnrä­ der 2, die mit dem Sonnenzahnrad 1 kämmen. Der Grund da­ für ist, daß, wenn das Planetenzahnrad 2 mit dem Innen­ zahnrad 5 kämmt, sich ein Lastpunkt nahe am Fuß der Zähne des Planetenzahnrads 2 befindet. Die übrige Anordnung des Planetengetriebes entspricht der der ersten Ausführungs­ form.

Bei der zweiten Ausführungsform kann der Korrekturbetrag des Zahnprofils der Planetenzahnräder 2 aufgrund ihres Eingriffs mit dem Innenzahnrad 5 nur durch Berechnen des Korrekturbetrags des Zahnprofils der Planetenzahnräder 2 aufgrund ihres Eingriffs mit dem Sonnenzahnrad 1 bestimmt werden, so daß die Zahnprofilkorrekturbeträge bestimmt werden können, indem die Berechnung nur einmal durch­ geführt wird. Die zweite Ausführung bewirkt deshalb, daß Auslegung, Herstellung und Behandlung der Teile weiter vereinfacht werden können.

Claims (4)

1. Planetengetriebe mit einem Sonnenzahnrad (1), mit Planetenzahnrädern (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und mit einem Innenzahnrad (5), das mit den Planetenzahnrädern (2) kämmt, wobei jedes Zahn­ rad ein Zahnprofil hat, das einer Evolventenkurve entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahn­ flächen auf einer Seite der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und die Zahn­ flächen auf der anderen Seite der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, jeweils um unterschiedliche Korrekturbeträge auf der Basis der Verformungsbeträge der Zähne der Planetenzahnräder (2) korrigiert sind, die durch den Eingriff des Sonnenzahnrads (1) und des Innenzahnrads (5) ver­ ursacht werden, so daß die Drehbewegung glatt über­ tragen werden kann, wenn die Zahnflächen der Plane­ tenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und die Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, durch ihren Eingriff elastisch verformt werden.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Korrekturbetrag der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, kleiner ist als ein Korrekturbetrag der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein maximaler Abweichungsbetrag der korrigierten Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, von der Evol­ ventenkurve die Hälfte des Korrekturbetrags der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit Sonnenzahnrad (1) kämmen.

4. Planetengetriebe mit einem Sonnenzahnrad (1), mit Planetenzahnrädern (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und mit einem Innenzahnrad (5), das mit den Planetenzahnrädern (2) kämmt, wobei jedes Zahn­ rad ein Zahnprofil hat, das einer Evolventenkurve entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahn­ profil der Planetenzahnräder (5) so korrigiert wird, daß es der Beziehung genügt X₁ < X₁′, X₂ < X₂′wodurch die Drehbewegung glatt übertragen werden kann, wenn die Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen, und die Zahnflächen der Planetenzahnräder (2), die mit dem Innenzahnrad (5) kämmen, durch ihren Eingriff ela­ stisch verformt werden, wobei
X₁ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen,
X₂ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen,
X₁ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Fuß der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen und
X₂′ ein Korrekturbetrag des Zahnprofils am Kopf der Zahnflächen der Planetenzahnräder (2) ist, die mit dem Sonnenzahnrad (1) kämmen.