DE69308437T3

DE69308437T3 - Planeten-Untersetzungsgetrieb

Info

Publication number: DE69308437T3
Application number: DE69308437T
Authority: DE
Inventors: Eric Paul Lagarde
Original assignee: Somfy SA
Current assignee: Somfy SA
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: KR100312234B1; JP3559055B2; EP0588769B2; JPH06213286A; US5429558A; DE69308437T2; ATE149650T1; ES2050648T1; FR2695700B1; KR940007403A; EP0588769B1; FR2695700A1; DE69308437D1; EP0588769A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Planeten-Untersetzungsgetriebe mit wenigstens einer Stufe, bestehend aus einem Eingangs-Sonnenrad, aus Planetenrädern, die radial frei beweglich auf einem Planetenradträger montiert sind, der fest an einer Ausgangswelle angebracht ist, und aus einem festen Hohlrad.
Planeten-Untersetzungsgetriebe, die im allgemeinen zwei bis drei Stufen aufweisen, werden insbesondere in röhrenförmigen Motoren verwendet, die dazu bestimmt sind, Rollos, Rolläden oder Türen zu betätigen. Wegen des erforderlichen Spiels, das sie aufweisen, sind diese Untersetzungsgetriebe verhältnismässig laut.
Aus dem Patent GB 1 073 535 kennt man ein Planetengetriebe, in welchem die Planetenräder radial frei beweglich auf einem Planetenradträger montiert sind. Diese Konstruktion hat den Zweck, zu gewährleisten, dass die Planetenräder sich selber an den Zahnflanken des Hohlrades und des Sonnenrades justieren. Ein Getriebe desselben Typs wird auch in der Revue "EUREKA TRANSFERS TECHNOLOGY" Nr. 7 vom 11. Juni 1991, Seite 7, beschrieben. Die frei bewegliche Montage der Planetenräder dient hier dazu, eine optimale Verteilung der Belastung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad und eine ideale Ausrichtung der Zähne zu gewährleisten.
Aus dem Patent SU 174 481 kennt man ausserdem ein Planeten-Untersetzungsgetriebe, in welchem der Eingriffswinkel zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern kleiner ist als der Eingriffswinkel zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern, und zwar zum Zweck, die Belastung des Planetenradträgers zu begrenzen.
Diese verschiedenen Massnahmen bringen sicherlich Vorteile mit sich, sie verringern jedoch nicht das Geräusch. Andererseits ist die Belastbarkeit der Zähne dieser Untersetzungsgetriebe nicht optimiert.
Um das Geräusch zu verringern oder die Belastbarkeit der Planeten-Untersetzungsgetriebe zu erhöhen, ist es bekannt, die Ueberdeckung der in Eingriff befindlichen Elemente zu erhöhen, wobei das Betriebsspiel verringert wird. Diese Lösung hat den Nachteil, wegen der erforderlichen Qualität und Genauigkeit kostspielig zu sein. In der Tat müssen die Geometrie und die Abmessungen der Bestandteile sehr genau sein, da die Achsabstände in diesem Untersetzungsgetriebetyp klein sind und die Achsen auf voneinander unabhängigen Trägern liegen. Diese Technik hat schliesslich ihre Grenzen, da ein minimales Spiel zur Kompensation einer Wärmeausdehnung unerlässlich ist. Da ausserdem die Bestandteile des Untersetzungsgetriebes im allgemeinen durch Guss hergestellt werden, ist ein Spiel zur Aufnahme des Schrumpfens nach dem Giessvorgang erforderlich, welches nach einiger Zeit stattfindet. Um dem abzuhelfen, muss man eine Wärmebehandlung durchführen, die dazu bestimmt ist, das Schrumpfen zu beschleunigen. Ausserdem muss dem Umstand Rechnung getragen werden, dass es üblich geworden ist, derartige Untersetzungsgetriebe aus Kunststoff herzustellen, und man muss daher ein Quellen infolge von Feuchtigkeitsaufnahme berücksichtigen.
Zum gleichen Zweck ist es bekannt, Antriebe mit Schraubenverzahnung zu verwenden, die Nachteile derartiger Antriebe sind jedoch wohl bekannt. Das sind die Erzeugung einer axialen Komponente, welche aufgenommen werden muss, die Erzeugung von Reibungskräften, welche für den Wirkungsgrad nachteilig sind, und eine delikatere und kostspieligere Herstellung.
Die Erfindung bezweckt einerseits, das Geräusch zu verringern, und andererseits, die Belastbarkeit des Untersetzungsgetriebes durch einfache Mittel zu erhöhen, welche kostengünstig und leicht zu beherrschen sind.
In einem Untersetzungsgetriebe nach der Erfindung, wie es durch den Anspruch 1 definiert ist, liegen die Planetenräder natürlich am Sonnenrad oder am Hohlrad an, und die Ueberdeckungen zwischen den betreffenden Elementen haben einen maximalen Wert.
Da das Geräusch im wesentlichen zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern der ersten Stufe dieses Typs eines Untersetzungsgetriebes erzeugt wird, kann dieses Geräusch stark vermindert werden, indem man die radiale Resultierende in Richtung auf das Sonnenrad verringert.
Indem die radiale Resultierende auf das mechanisch schwächste Element gerichtet wird, erhöht man die Belastbarkeit des Untersetzungsgetriebes.
Es ist nicht nötig, auf eine grosse Herstellungsgenauigkeit zu achten, und die Betriebsspiele können insbesondere begrenzt werden, da die Planetenräder frei beweglich montiert sind. Es können Getriebe mit gerader Verzahnung verwendet werden. Derselbe Planetenradträger kann unterschiedliche Planetenräder aufnehmen, was es erlaubt, mehrere Untersetzungsverhältnisse zu realisieren, d. h. mehrere Untersetzungsgetriebe.
Wenn das Untersetzungsgetriebe mehrere Stufen hat, ist es im allgemeinen günstig, dass die radiale Resultierende für die erste Stufe auf das Sonnenrad gerichtet ist, da das Geräusch hauptsächlich von der ersten, mit erhöhter Geschwindigkeit drehenden Stufe herrührt, und für wenigstens die letzte Stufe auf das schwächste bzw. zerbrechlichste Element, Sonnenrad oder Hohlrad, gerichtet ist, da die Uebertragungsleistung des Drehmoments durch diejenige der letzten Stufe begrenzt ist. Diese Massnahme erlaubt es, gleichzeitig das Geräusch zu verringern und die Uebertragungsleistung des Untersetzungsgetriebes zu erhöhen.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat der Planetenradträger die Form einer kleinen Tonne mit zwei Flanken, deren gegenüberliegende Flächen von radialen Nuten durchquert werden, in denen die Achsen der Planetenräder frei verschiebbar sind. Ein derartiger Planetenradträger kann als Gussteil ohne Nachbearbeitung erhalten werden.
Die beigefügte Zeichnung zeigt beispielsweise eine Ausführungsform der Erfindung sowie eine Ausführungsvariante.
1 ist ein längs I-I nach 2 genommener Schnitt eines dreistufigen Planeten-Untersetzungsgetriebes, welches zu einem elektrischen röhrenförmigen Motor gehört.
2 ist ein Querschnitt gemäss II-II nach 1.
3 zeigt die Eingriffswinkel und die Druckkräfte in der ersten Stufe des Untersetzungsgetriebes.
4 zeigt die Eingriffswinkel und die Druckkräfte in der letzten Stufe des Untersezzungsgetriebes.
1 und 2 zeigen teilweise einen rohrenförmigen Motor mit einem Läufer 1, der in einem Ständer 2 drehbar ist, welcher im Innern eines zylindrischen Rohres 3 befestigt ist. In diesem Rohr 3 ist ausserdem ein Planeten-Untersetzungsgetriebe mit drei Stufen 4, 5, 6 montiert. Jede dieser Stufen hat ein Sonnenrad 7, um welches drei Planetenräder 8, 9, 10 drehen, die in einem Planetenradträger 11 montiert sind und sich mit einem rohrförmigen, den drei Stufen gemeinsamen Hohlrad 12 in Eingriff befinden. Dieses Hohlrad 12 ist am Rohr 3 befestigt. Das Sonnenrad 7 der ersten Etage 4 besteht aus einer Verlängerung des Läufers 1, während die Sonnenräder 7 der folgenden Stufen 5 und 6 Teil des Planetenradträgers 11 der vorangehenden Stufe sind. Der Planetenradträger 11 der dritten Stufe 6 hat eine Verlängerung 13, welche die Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes bildet.
Jeder Planetenradträger 11 hat die Form einer kleinen Tonne mit zwei kreisförmigen parallelen Scheiben 14 und 15, welche durch Abstandselemente 16, 17, 18 verbunden sind, die drei Hohlräume definieren, in denen die drei Planetenräder 8, 9, 10 untergebracht sind. Der Planetenradträger 11 hat eine kreisförmige Anlagefläche 19, die mit der Spitze der Zähne der Verzahnung des Hohlrads 12 zusammenwirkt, um den Planetenradträger näherungsweise im Hohlrad 12 während der Montage des Untersetzungsgetriebes zu zentrieren, so dass die Montage des Planetenradträgers im Hohlrad erleichtert wird.
Die Planetenräder 8, 9, 10, die vorzugsweise ebenso wie das Hohlrad 12 aus Kunststoff bestehen, sind jedes frei drehbar auf einer Achse 20 montiert, deren Enden 21 und 22 ebene parallele Seiten aufweisen, durch welche die Achse 20 in zwei radialen Nuten 23 und 24 gehalten wird, die in jedem der Schreiben 14 und 15 des Planetenradträgers vorgesehen sind; diese Nuten münden sowohl auf der Innenseite als auch auf der Aussenseite der Scheiben 14 und 15. Die Achsen 20 können sich frei in diesen Nuten verschieben, derart, dass die Planetenräder 8, 9, 10 radial frei beweglich in ihren Planetenradträgern montiert sind. Die Achsen 20 der Planetenräder werden jedoch an einer Drehung gehindert, derart, dass die Rotation der Planetenräder zwischen den Planetenrädern und ihren Achsen erfolgt.
Die Verzahnungen der miteinander in Eingriff befindlichen Elemente des Untersetzungsgetriebes, d. h. der Sonnenräder, der Planetenräder und des Hohlrades, sind profilverschoben derart, dass für jedes der Planetenräder die radiale Resultierende der zwischen dem Hohlrad 12 und dem Planetenrad einerseits und zwischen dem Planetenrad und dem Sonnenrad 7 andererseits ausgeübten Kräfte für die schneller drehende erste Stufe in Richtung auf das Sonnenrad gerichtet ist, und für die dritte Stufe in Richtung auf das mechanisch schwächste Element, im betrachteten Falle das Hohlrad 12, gerichtet ist. was die zweite Stufe anbelangt, könnte die Resultierende entweder auf das Sonnenrad oder auf das mechanisch schwächste Getriebeelement gerichtet sein, nämlich Sonnenrad oder Hohlrad, je nach dem die Priorität auf die Verringerung des Geräuschs oder auf die Steigerung der Belastbarkeit gerichtet ist; die Tatsache, dass man frei bewegliche Planetenräder und eine auf das Sonnenrad gerichtete Resultierende hat, bewirkt die Verringerung des Geräuschs des Untersetzungsgetriebes, während die auf das mechanisch schwächste Element gerichtete Resultierende eine Erhöhung der Belastbarkeit erlaubt, d. h. der Uebertragungsleistung des Untersetzungsgetriebes. Auf diese Weise werden die Planetenräder der ersten Stufe 4 natürlich gegen das Sonnenrad gedrückt. Da das Geräusch im wesentlichen zwischen dem Sonnenrad und den Planetenrädern der ersten Stufe, die schnell dreht, erzeugt wird, wird es durch die Unterdrückung des Spiels verringert.
Die Planetenräder der letzten Stufe 6 werden dagegen gegen das Hohlrad 12 gedrückt, und die Profilüberdeckungswinkel zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad haben einen maximalen Wert, was es erlaubt, die Uebertragungsleistung zu erhöhen, d. h. die Belastung auf der Ausgangswelle 13.
3 zeigt die Betriebsdruckwinkel bzw. Betriebseingriffswinkel a und die Kräfte P, welche durch den Betriebsdruck der ineinander greifenden Verzahnungen erzeugt werden, und zwar für die erste Stufe 4. Bezüglich der profilverschobenen Verzahnungen und des Betriebseingriffswinkels a wird beispielsweise verwiesen auf G. HENRIOT, TRAITE THEORIQUE ET PRATIQUE DES ENGRENAGES, und es wird daran erinnert, dass der Betriebseingriffswinkel a zunimmt, wenn die Summe der Verschiebung der in Eingriff befindlichen Elemente positiv ist, und abnimmt, wenn die Verschiebung negativ ist. Wie man in 3 sieht, bestimmt der Winkel a die Richtung der Betriebsdruckkräfte P1, P1', P'' zwischen den Planetenrädern und dem Hohlrad, sowie P2, P2' und P2'' zwischen den Planetenrädern und dem Sonnenrad.
Im Falle der 3 sind die Verzahnungen derart verschoben, dass für jedes der Planetenräder die radiale Komponente R1 der Kraft P1 grösser ist als die Komponente R2 der Kraft P2, d. h., dass die Resultierende von R1 und R2 auf das Sonnenrad 7 hin gerichtet ist. Ebenso ist R1' grösser als R2', und R1'' ist grösser als R2''.
Dieses Ergebnis wird selbstverständlich erhalten, indem alle Verzahnungen oder nur ein Teil dieser Verzahnungen verschoben werden.
4 veranschaulicht die Betriebseingriffswinkel und die radialen Komponenten in der letzten Stufe des Untersetzungsgetriebes. Es wird immer angenommen, dass das Hohlrad 12 das mechanisch schwächste Element darstellt. In diesem Falle ist R2 grösser als R1, R1' grösser als R2', R2'' grösser als R1'', derart, dass die frei beweglichen Planetenräder 8, 9, 10 gegen die Verzahnung des Hohlrades 12 gedrückt werden.
Gemäss einer Ausführungsvariante des Planetenradträgers könnte die Welle 20, anstatt axial durch die Nuten gehalten zu werden, die beiden Scheiben 14 und 15 des Planetenradträgers durch zwei radiale Schlitze hindurch durchqueren und axial mit Hilfe eines Sicherungsrings gehalten werden.
Die Erfindung ist auf ein Untersetzungsgetriebe anwendbar, welches eine einzige Stufe oder eine von drei verschiedene Stufenzahl aufweist. Im Falle eines einstufigen Untersetzungsgetriebes wird diese Stufe entweder als erste Stufe oder als letzte Stufe betrachtet, je nach dem, welches Ergebnis als vorrangig betrachtet wird.
Im Falle eines Untersetzungsgetriebes mit mehreren Stufen könnten die Zwischenstufen entweder als erste Stufe oder als letzte Stufe verwirklicht werden, je nach dem als vorrangig betrachteten Ergebnis.

Claims

Planeten-Untersetzungsgetriebe mit wenigstens einer Stufe, welche ein Eingangs-Sonnenrad (7), Planetenräder (8, 9, 10), die radial frei beweglich auf einem Planetenradträger (11) montiert sind, welcher fest an einer Ausgangswelle (13) angebracht ist, und ein festes Hohlrad (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen der im Eingriff miteinander befindlichen Elemente derart profilverschoben sind, dass der Betriebsdruckwinkel zwischen einem Planetenrad und dem festen Hohlrad für alle Planetenräder ein und derselben Stufe entweder kleiner als der Betriebsdruckwinkel zwischen diesem Planetenrad und dem Eingangssonnenrad oder grösser als der Betriebsdruckwinkel zwischen diesem Planetenrad und dem Eingangssonnenrad ist, derart, dass die radiale Resultierende der vom Sonnenrad auf ein Planetenrad ausgeübten Kraft und der vom festen Hohlrad auf dieses Planetenrad ausgeübten Reaktionskraft auf das Sonnenrad gerichtet ist, um das Geräusch des Untersetzungsgetriebes zu verringern, oder auf den mechanisch schwächsten Zahneingriff gerichtet ist, um die Belastungskapazität des Untersetzungsgetriebes zu erhöhen.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1, mit mehreren Stufen (4, 5, 6), von denen jede ein Sonnenrad und eine Gruppe von Planetenrädern (8, 9, 10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens der ersten Stufe die Verzahnungen der miteinander im Eingriff befindlichen Elemente derart profilverschoben sind, dass die erwähnte Resultierende auf das Sonnenrad gerichtet ist, und dass in wenigstens der letzten Stufe die Verzahnungen der im Eingriff miteinander befindlichen Elemente derart profilverschoben sind, dass die erwähnte Resultierende auf den mechanisch schwächsten Zahneingriff gerichtet ist.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (11) tonnenförmig ausgebildet ist und zwei Flansche (14, 15) aufweist, deren gegenüberliegende Seiten von radialen Nuten (23, 24) durchquert werden, in denen die Achsen (20) der Planetenräder frei verschiebbar sind.
Untersetzungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (20) der Planetenräder wenigstens an einem ihrer Enden Abflachungen (21) aufweisen, welche mit den Flanken der Nut (23) zusammenwirken, um zu verhindern, dass sich die Achsen mit den Planetenrädern drehen.
Untersetzungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenradträger zur Zentrierung im Hohlrad (12) eine zylindrische Lagerfläche aufweisen.