DE69111273T2 - Planetenreibrollengetriebe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Treibrollengetreiebe, das ueber zwei Planetengetriebeanordnungen ein hohes Uebersetzungsverhaeltnis erzielt.
• Getriebe mit solch hohen Uebersetzungsverhaeltnissen werden zum Beispiel fuer die Umwandlung der Drehbewegung eines Hochgeschwindigkeitsmotors auf niedrige Geschwindigkeiten mit hohem Drehmoment benoetigt. Unterschiedliche Maschinen benutzen jedoch unterschiedliche Geschwindigkeiten und Drehmomente, sodass fuer unterschiedliche Anwendungsgebiete unterschiedliche Getriebe mit unterschiedlichen Planetenraedern und unterschiedlichen Treibringen benoetigt werden.
• Die die Bewegung uebertragenden Treibflaechen solcher Getriebe muessen miteinander mit solchen Kraeften in Eingriff gehalten werden, dass sie die entsprechenden Drehmomente uebertragen koennen. Wie jedoch das Drehmoment in einem Getriebe sich von Stufe zu Stufe aendert, aendern sich auch die benoetigten Eingriffskraefte. Man koennte nun natuerlich fuer alle Treibflaechen die maximal noetigen Eingriffskraefte vorsehen, aber dann wuerden alle Treibflaechen dauernd der hoechsten Belastung unterliegen, was nicht nur ihre Lebensdauer sondern auch den Wirkungsgrad des Getriebes verringern und ausserdem die Benutzung von relativ teuren Materialien fuer die Treibflaechenteile noetig machen wuerde.
• In der Anordnung gemaess US Patent 4,060,010 sind z.B. sind die Treibradeingriffskraefte fuer alle Stufen gleich, obwohl das Drehmoment am Antriebswellenende des Getriebes betraechtlich niedriger ist als am Abtriebswellenende des Getriebes.
• Dasselbe trifft auf die in US Patent No. 3,490,31 gezeigte Anordnung zu, in der fuer beide Planetengetriebeanordnungen eine einzige Nockenanordnung gezeigt ist, die fuer beide Planetengetriebeanordnungen die selben Eingriffskraefte erzeugt.
• Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zweistufiges Planetenradgetriebe zu schaffen, bei dem die Treibflaechen im wesentlichen nur den fuer die Uebertragung des entsprechenden Drehmomentes noetigen Eingriffskraeften ausgesetzt sind und bei dem mit den gleichen Getriebegehaeuse und Treibringanordnungen Planeten- und Sonnenraeder fuer unterschiedliche Uebersetzungsverhaeltnisse benutzt werden koennen, sodass das Getriebe leicht auf andere Uebersetzungsverhaeltnisse umgaendert werden kann oder mit einem einzigen Gehaeuse und nur ein paar verschiedenen Teilen Getriebe mit einer Vielzahl unterschiedlicher Uebersetzungsverhaeltnisse bereit gestellt werden koennen.
• Zur Loesung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Treibradgetriebe gemaess Anspruch 1 vor.
• Mit einer derartigen Anordnung sind die Treibflaechen nicht unnoetig grossen Eingriffskraeften ausgesetzt und Anordnungen mit unterschiedlichen Uebersetzungsverhaeltnissen und entsprechend unterschiedlichen Winkeln koennen mit einer Getriebebauart oder sogar mit dem gleichen Gehaeuse und dem gleichen Treibring Verwendung finden.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausfuehrungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 das Getriebe im Querschnitt und
• Fig. 2 ein Ausfuehrungsbeispiel mit konzentrischen Antriebs- und Abtriebswellen zeigen.
• Wie in Fig. 1 gezeigt besteht das Getriebe aus einem Gehaeuse 1 mit einem Deckel 2, das die Getriebeanordnung aufnimmt. In der Gehaeeuseendwand 5 und im Deckel 2 sind koaxiale Antriebs- und Abtriebswellen 3 und 4 ueber Waelzlager 6 und 7 gelagert.
• Die Antriebswelle 3 weist an ihrem inneren Ende ein Sonnenrad 8 auf, das das Innenrad einer ersten Planetentreibradgetriebeanordnung 9 bildet mit einem im Gehaeuse 1 im Abstand von dem Sonnenrad 8 gelagerten ersten Treibring 10 und einem ersten Satz von im Zwischenraum zwischen dem Treibring 10 und dem Sonnenrad 8 angeordneten und mit beiden im Eingriff stehenden Planetentreibraedern 11. Die Treibraeder 11 sind drehbar auf einem ersten Planetenradlagerglied 12 befestigt, das Teil eines Planetenradlagerglieds 13 ist, auf dem die Treibraeder 11 mit einem vorgegebenen Winkel α bezueglich der Achse der Antriebswelle 3 gelagert sind. Das Planetenradlagerglied 13 weist ferner eine Treibradanordnung 14 auf, die das Sonnenrad eines zweiten Planetentreibradgetriebes 15 mit einem im Abstand von dem Sonnenrad 14 im Gehaeuse angeordneten zweiten Treibring 16 und einem zweiten Satz von im Zwischenraum zwischen dem Sonnenrad 14 und dem Treibring 16 angeordneten und mit diesen in Eingriff stehenden Planetentreibraedern 17. Die Planetentreibraeder 17 sind drehbar auf einem zweiten Planetentreibradlagerglied 18 so montiert, dass sie bezueglich der Achse der Abtriebswelle 4 einen vorgegebenen Winkel β aufweisen. Das zweite Planetentreiradlagerglied 18 ist Teil der Abtriebswelle 4 oder ist darauf montiert. Das zweite Sonnenrad 14 ist leicht konisch ausgebildet, sodass seine Treibflaeche einen Konus bildet, dessen Spitze auf den Schnittpunkten der Achsen der Planetentreibraeder 17 und der Achse der Abtriebswelle 4 liegt. Das Sonnenrad 8 der ersten Planetegetriebeanordnung ist in Fig. 1 mit einer zylindrischen Treibflaeche gezeigt, wobei die Spitzen der durch die konischen Treibflaechen der Treibrollen 11 definierten Konen auf der von der Sonnenradtreibflaeche definierten Zylinderflaeche zu liegen kommen.
• Beide Treibringe 10 und 16 haben innere Treibflaechen 19 und 20, die in Achsrichtung gekruemmt sind, sodasss die Planetentreibraeder 11 und 17 mit ihnen unabhaengig von der Winkelneigung α oder β der Planetentreibraeder entlang einer Kreislinie im Eingriff stehen. Die Treibflaechen 19 und 20 sind in den Zeichnungen symmetrisch gezeigt; sie muessen vom innersten Punkt jedoch nur so weit reichen, dass die Planetenradtreibflaechen mit dem groessten in Verbindung mit einer bestimmten Getriebekonstruktion verwendeten Treibflaechenwinkel α oder β sich an die Treibringflaechen anpassen koennen. Vorzugsweise sind die Treibringe 10, 16 jedoch mit symmetrischen Treibflaechen versehen wie dies in den Zeichnungen gezeigt ist, da die Ringe dann umgedreht werden koennen, wenn sie auf einer Seite abgenutzt sind. Einer der Treibringe d. h. Treibring 10 ist fest im Gehaeuse montiert, sodass er nicht drehbar ist, waehrend der andere d. h. Ring 16 drehbar montiert ist und mit eine axialen Nockenanordnung 21 versehen ist, durch die der Ring 16 in Achsrichtung mit einer von dem ueber die Treibraeder 17 auf den Ring 16 wirkenden Reaktionsmoment abhaengigen Kraft gegen den Ring 10 gedrueckt wird, wodurch die Planetentreibraeder in festen Eingriff mit den entsprechenden Sonnenraedern und Treibringen gebracht werden. Zwischen den Treibringen 10 und 16 sind Federn 22 angeordnet, um eine Rueckfuehrung des Treibrings 16 sicherzustellen, wenn die Reaktionsmomentkraefte nachlassen. Ein Abstandsring oder eine Anzahl von Ringen 23 sind zwischen dem Treibring 10 und dem Gehaeuse 10 angeordnet, wobei die Ringe so gewaehlt sind, dass die Treibflaechen immer mit einer bestimmten Mindestkraft miteinander im Eingriff stehen.
• Die Planetentreibraeder 24 sind drehbar auf Stutzen 24 gelagert, die mit einem Ihrer Enden im Lagerglied 18 montiert sind und an ihren anderen Enden ueber einen Verbindungsring 25 miteinsander verbunden sind, der die durch die Nockenanordnung 23 erzeugten axialen Druckkraefte ueber ein Axialdrucklager 26 auf das Getriebezwischenglied 13 uebertraegt. Axialdrucklager 27 und 28 sind fuer die Uebertragung von axialen Eingriffskraeften auch zwischen den Treibraedern 17 und dem Verbindungsring 25 und zwischen den Treibraedern 11 und ihren Lagergliedern 12 vorgesehen.
• Das Antriebswellensonnenrad ist wie in Fig. 1 gezeigt im wesentlichen zylindrisch, weil zylindrische Koerper leicht herzustellen sind und weil infolge der relativ hohen Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle das Drehmoment und infolgedessen die noetigen Treibflaecheneingriffskraefte relativ niedrig sind. Leichter Schlupf auf den Treibflaechen ist deshalb nicht schaedlich insbesondere wenn die Treibflaechen der Treibrollen 11 leicht gekruemmt sind, wie das wegen des niedrigen zu uebertragenden Drehmomentes moeglich ist.
• Die leichte Kruemmung der Treibraeder und die Winkel α und β fuer ihre Achsneigungen sind so gewaehlt, dass angemessene Eingriffskraefte erzeugt werden. Ein groesserer Winkel α erzeugt zum Beispiel in der Planetengetriebeanordnung 9 kleinere Eingriffskraefte als in der Planetengetriebeanordnung 15 erzeugt werden, deren Winkel β kleiner ist, da die durch die Treibringe ausgeuebten Axialkraefte fuer beide Planetengetriebeanordnungen die gleichen sind.
• Die Groesse der relativen Eingriffskraefte kann nach Wunsch in Abhaengigkeit vom gewuenschten Uebersetzungsverhaeltnis gewaehlt werden. Unterschiedliche Planeten- und Sonnenradgroessen koennen in demselben Gehaeusetyp verwendet werden, indem einfach unterschiedliche Planetentreibraeder- und Sonnenraederanordnungen benutzt werden. Die relativ teuere Gehaeuse mit den Treibringen 10 und 16 kann das gleiche bleiben. Die verschiedensten geeigneten Planetentreibraeder mit Verschiedenen Neigungswinkeln und in verschiedenen Groessen koennen im selben Gehauesetyp eingebaut werden.
• Wie ausgefuehrt koennen mit der erfindungsgemaessen Anordnung mit einem einzigen Gehaeuse und einer relativ kleinen Anzahl von verschiedenen inneren Getriebeteilen unterschiedliche Getriebe gebaut werden. In Abhaengigkeit von der Wahl der Groessen fuer die Planetentreibraeder und die Sonnenraeder kann eine Vielzahl von Getrieben mit unterschiedlichen Uebersetzungsverhaeltnissen bereitgestellt werden. So koennen z.B. mit Teilen fuer vier Uebersetzungsverhaeltnisse von 4, 6, 9 und 12 je nach Kombination Getriebe mit Uebersetzungsverhaeltnissen von 14, 24, 36, 48, 54, 72, 81 und 108 hergestellt werden.
• Fig. 2 zeigt ein Ausfuehrungbeispiel, das aehnlich dem von Fig. 1 ist, wobei deshalb die gleichen Bezugszeichen benutzt werden, wo dies angebracht ist. Wie gezeigt ist jedoch die Antriebswelle 3' konzentrisch in der Abtriebswelle 4' angeordnet und reicht durch eine zentale Oeffnung 30 im Getriebezwischenteil 13' hindurch und traegt an ihrem Ende eine Sonnenrad 8', das im vorliegenden Fall fuer einen schlupffreien bewegungsuebertragenden Eingriff mit den Planetentreibraedern 11 leicht konisch ausgebildet ist. Die Welle 3' ist in der Abtriebswelle ueber ein Lager 31 gelagert, das auch die durch die Neigung der Planetenraeder 11 und der Treibflaeche des Sonnenrades 8' erzeugten axialen Komponenten der Eingriffskraefte aufnehmen kann.
• Wie zuvor erwaehnt sind die Neigungswinkel α und β fuer die Planetentreibraeder 11 und 25 so gewaehlt, dass die durch deren Eingriff mit den Treibringen 10 und 16 erzeugten Eingriffskraefte dem an den verschiedenen Eingriffsstellen zu uebertragenden Drehmoment angemessen sind. Zum Beispiel ist der Neigungswinkel α der Treibraeder 11 groesser als der Neigungswinkel β der Treiraeder 25, da das ueber die Treibraeder 11 zu uebertragende Drehmoment kleiner als das ueber die Treibraeder 25 zu uebertragende Drehmoment ist.
• Um die richtigen Winkel schnell bestimmen zu koennen, wurde ein computerprogramm entwickelt, das mit vorgegebenen Grundkonstruktionsangaben wie z,B. Uebersetzungsverhaeltnis und maximalem Antriebs- und Abtriebsdrehmoment die Getriebekonstruktionseinzelheiten liefert.
• In einem Treibradgetriebe, das in einem Gehaeuse (1) zwei Planetengetriebeanordnungen (9,15) aufweist mit Planetentreibraedern (11,17), die im Zwischenraum von voneinander beabstandeten auf Lagergliedern (13,18) gelagerten konzentrischen Sonneneraedern (8,14) und Treibringen (10,16) angeordnet sind, wobei ein Lagerglied (13), auf dem die Planetenraeder (11) der einen Planetengetriebeanoednung (9) montiert sind, das Sonnenrad (14) der anderen Planetengetriebeanordnung (15) traegt und das andere (18) mit der Getriebeabtriebswelle (4) verbunden ist, waehrend die Antriebswelle das Sonnenrad (8) der einen Planetengetriebeanordnung (9) traegt, sind die Planetenraeder (11,17) geneigt angeordnet und die Treibringe (10,16) sind axial gekruemmt und gegeneinander gedrueckt, um ihre Treibflaechen in Eingriff mit den Planetentreibraedern (11,17) zu bringen, die mit vorgegebenen Neigungswinkeln (α,β) angeordnet sind, die so gewaehlt sind, dass die Eingriffskraefte mit den Sonnenraedern (8,14) und den Treibringen (10,16) den von ihnen zu uebertragenden Drehmomenten entsprechen.

Claims (8)

1. Ein Treibrollengetriebe bestehend aus einem Gehaeuse (1), zwei hintereinander im Gehaeuse (1) angeordneten Planetengetriebeanordnungen (9,15), mit je einem Sonnenrad (8,14), einem Treibring (10,16) mit einer vom Sonnenrad (8,14) beabstandeten Treibringlaufflaeche (19,20) und im Zwischenraum zwischen dem Sonnenrad (8,14) und dem Treibring (10,16) angeordneten und mit diesen im Eingriff stehenden Planetentreibraedern (11,17) und einem Planetentreibraederlagerteil (13,18), auf dem die Planetentreibraeder (11,17) drehbar gelagert sind, einer Antriebswelle (3), die das Sonnenrad (8) einer der Planetengetriebeanordnungen (9) bildet oder mit einem solchen verbunden ist und einer mit dem Planetentreibraederlagerteil (18) der einen Planetengetriebeanordnung (15) verbundenen Abtriebswelle (4), wobei das Planetentreibraederlagerteil (13) der einen (9) der Planetengetriebeanordnungen (9,15) mit dem Sonnenrad (14) der anderen Planetengetriebeanordnung (15) drehfest verbunden ist, und wobei Mittel (21) vorgesehen sind, durch die Treibringe (10,16) gegen einander gedrueckt werden koennen und einer der Treibringe (10) drehfest im Gehaeuse (1) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21) zum Gegeneinanderdruecken der Treibringe (10,16) so ausgebildet sind, dass sie den anderen Treibring (16) in Richtung auf den einen Treibring (10) und in Eingriff mit den Planetentreibraedern (11,17) mit einer Kraft druecken, die von dem durch das Getriebe uebertragenen Drehmoment abhaengt, und dass die Laufflaechen (19,20) der Treibringe (10,16) in Achsrichtung gekruemmt sind und die Planetentreibraeder (11,17) so gelagert sind, dass ihre Achsen geneigt sind und die Getriebeachse in getrennten Punkten ausserhalb des Treibradgetriebes und in spitzen Winkeln (α,β) schneiden, die so gewaehlt sind, dass radiale Eingriffskraefte fuer die Planetentreibraeder (11,17) mit den entsprechenden Sonnenraedern (8,14) und Treibringen (10,16) erzeugt werden, die genuegen, um die unterschiedlichen Drehmomente durch die zwei Planetengetriebeanordnungen (9,15) uebertragen zu koennen.

2. Ein Treibradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Treibring (10) im Gehaeuse (1) fest angeordnet ist und der andere Treibring (16) mit einer axialen Nockenanordnung (21) versehen ist, ueber die dieser in Richtung auf den einen Treibring (10) und in Eingriff mit den Planetentreibraedern (11,17) bewegt werden kann, wobei die Eingriffskraft von dem durch das Getriebe uebertragenen Drehmoment abhaengt.

3. Ein Treibradgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Federn (22) zwichen den Treibringen (10,16) angeordnet sind, um sicherzustellen, dass deren Eingriff mit den Treibraedern (11,17) reduziert wird, wenn das durch das Getriebe uebertragene Drehmoment abnimmt.

4. Ein Treibradgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflaechen des Sonnenrades (14) und der Planetentreibraeder (17) wenigstens der anderen Planetengetriebeanordnung (15) konisch sind und die axialen Tangenten der Treibraeder- und Sonnenradlaufflaechen (14) sich auf der Getriebeachse schneiden.

5. Ein Treibradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflaechen des Sonnenrades (8) und der Planetentreibraeder (11) der einen Planetengetriebeanordnung (9) konisch sind und die axialen Tangenten ihrer Laufflaechen sich auf der Getriebeachse schneiden.

6. Ein Treibradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflaeche des Sonnenrades (8) der einen Planetengetriebeanordnung (9) im wesentlichen gerade zylindrisch ist und die Laufflaechen der Planetentreibraeder (11) der einen Planetengetriebeanordnung (9) konisch sind und die axialen Tangenten der Planetentreibraeder (11) die Achsen der entsprechenden Raeder (11) auf der Zylinderumfangsflaeche des zylindrischen Sonnenrades (8) schneiden.

7. Ein Treibrollengetriebe nach einem der Ansprueche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetentreibraeder (17) auf dem anderen (18) der Lagerteile (13,18) ueber Wellenstutzen (24) gelagert sind, die durch die Treibraeder (17) hindurchreichen und an ihren freien Enden ueber einen Verbindungsring (25) miteinander verbunden sind und dass ein Axialdrucklager (26) zwischen dem Verbindungsring (25) und dem Lagerteil (13) der einen Planetengetriebeanordnung (9) angeordnet ist, ueber das die axialen Eingriffskraefte uebertragen werden koennen.

8. Ein Treibrollengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Axialdrucklager (28) zwischen den Planetentreibraedern (11) und dem Lagerteil (13) der einen Planetengetriebeanordnung (9) vorgesehen sind.