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Stirnräderplanetengetriebe Ein wesentlicher Vorteil der Planetengetriebe
gegenüber normalen Zahnradgetrieben ist ihr ruhiger Lauf, wenn entgegen den praktisch
nicht auszuschaltenden Ungenauigkeiten in der Zahnteilung und der Anordnung der
Planeten eine gleichmäßige Aufteilung des zu übertragenden Drehmoments auf die einzelnen
Planeten ermöglicht wird. Zur Erreichung dieses Zieles sind deshalb bereits viele
Vorschläge gemacht worden.
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So sind z. B. Getriebe mit um die Mitte oder annähernd um die Mitte
des Rädersystems pendelnden Sonnenrädern bekannt, wobei die pendelnde Verbindung
mittels kardanischer Aufhängung eines dieser Räder hergestellt wird.
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Weiterhin ist bereits bekannt, eine Einstellmöglichkeit der Planeten
dadurch zustande zu bringen, daß sowohl der Planetenträger als auch die Planeten
und eins der Sonnenräder mit Hilfe von kugeligen Lagerungen und Verwendung von Kardangelenken
radial beweglich angeordnet werden.
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Derartige Getriebe haben aber neben den erstrebten Vorteilen auch
Nachteile. Im ersten Falle wird bei Pendelung des Sonnenrades aus seiner Mittellage
heraus die Eingriffstiefe der Verzahnung geändert, wobei die Linienberührung der
Zahnflanken in Punktberührung übergeht. Im zweiten Falle verursachen die für die
Einstellmöglichkeit aufgewendeten Mittel, kugelige Planetenlagerung und Anordnung
von besonderen Kardangelenken, einen so beträchtlichen Mehraufwand, daß die Wirtschaftlichkeit
dadurch erheblich beeinträchtigt wird.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Stirnräderplanetengetriebe, bei dem
die Planeten selbsttätig so eingestellt werden, daß sämtliche Planeten gleichmäßig
belastet sind, ohne daß dabei die erwähnten Nachteile der genannten Bauarten vorhanden
sind.
Erfindungsgemäß erfolgt der Ausgleich der Kraftwirkung der
einzelnen Planeten durch Verschiebung der Planeten durch eine Ausgleichskraft auf
ihren Achsen, die auf dem Planetenträger in Umfangsrichtung schräg zur Hauptachse
angeordnet sind. Der Ausgleich kann erfindungsgemäß durch eine Scheibe erfolgen,
die unter der gemeinsamen Einwirkung sämtlicher Planeten um die Hauptachse schwenkt
und elastisch ausgebildet sein kann. Das Drehgelenk der Scheibe kann durch eine
feste Einspannung eines federnden Teils desselben ersetzt werden. Auf den schräg
zur Getriebehauptachse angeordneten Achsen der Planeten können die Planetenräder
so gelagert sein, daß sie gleichachsig mit diesen Achsen sind, wobei sie schräg
verzahnt sein müssen, oder so, daß auf den schräg auf dem Planetenträger befestigten
Achsen Buchsen axial verschiebbar angeordnet sind, deren äußere Lauffläche für -die
Planeten parallel zur Getriebehauptachseliegt.
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Der Kräfteausgleich erfolgt bei einem gemäß der Erfindung mit einer
Ausgleichscheibe ausgebildeten Getriebe in der Weise, daß der Axialschub der Planeten
auf die Scheibe übertragen wird, die an entsprechenden Stellen ihres Umfangs durch
den Axialschub der einzelnen Planeten belastet wird und sich mit ihrem Mittelpunkt
in der Drehachse des Planetenträgers derart abstützt, daß die Scheibe wie ein zweiarmiger
Hebel wirkt. Wenn der Axialschub eines Planeten zu groß wird und dartut das Gleichgewicht
der auf die Scheibe wirkenden Kräfte stört, so werden die übrigen Planeten durch
die als zweiarmiger Hebel wirkende Scheibe in die Verzahnung weiter hineingeschoben,
bis die Axialschübe aller Planetenräder wieder untereinander gleich sind.
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In Abb. r und 2 der Zeichnung ist die Anordnung der Ausgleichscheibe
in einem Beispiel schematisch dargestellt. In diesen Abbildungen bedeuten z Getriebegehäuse,
2 inneres Sonnenrad, 3 Planetenräder, .l äußeres Sonnenrad, 5 Planetenradträger,
6 Scheibe für Aufnahme des Axialschubes der Planetenräder, 7 Ausgleichscheibe, 8
Ring für Abstützung des Drehmoments im Gehäuse, 9 Stütznasen am Ring 8, welche
in entsprechenden Nuten des Gehäuses i verschiebbar sitzen, Io Nasen am Sonnenrad
4 für Übertragung des Drehmoments von Sonnenrad 4 auf den Ring 8, r i Nuten im Ring
8 für Aufnahme der Nuten i o.
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Entsteht ein Axialschub im Planetenrad 3, der größer ist als der Axialschub
der übrigen Planetenräder, so wird die Scheibe 7 als zweiarmiger Hebel um ihren
Abstützpunkt im Systemmittelpunkt des Planetenträgers 5 gedreht. Dadurch werden
die übrigen Planetenräder, die geringer belastet sind als das Planetenrad 3, weiter
in die Verzahnung hineingeschoben, was zur Folge hat, daß diese Planetenräder mehr
als bisher zur Kraftübertragung herangezogen werden, wodurch wie-" derum das Planetenrad
3 so weit entlastet wird, bis Gleichgewicht der Ausgleichscheibe 7 vorhanden ist,
d. h. die Axialschübe der vorhandenen Planetenräder untereinander gleich sind.
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Die Ausgleichscheibe 7 kann dabei als starrer Hebel oder aber auch
elastisch ausgeführt werden. Weiter besteht die Möglichkeit, den Ausgleich . nur
der Elastizität der Scheibe 7 zu überlassen, wobei die Scheibe am Planetenträger
5, und zwar in der Nähe des Drehpunktes, starr befestigt wird, derart, daß die Scheibe
als Biegungsfeder wirkt, mit Einspannung in der Nähe des Drehpunkts des Planetenträgers
5 und mit Belastung durch den Axialschub des Planetenrades an ihrem Ende. Dabei
spielt die Ausbildung der Ausgleichsfeder keine Rolle. Es sind z. B. Ausführungen
denkbar, bei denen auf jeder Planetenradachse eine Schraubenfeder sitzt, die auf
der einen Seite an dem Planetenradträger 5 und auf der anderen Seite an der Scheibe
6 anliegt.
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Der für diese Einrichtung notwendige Axialschub der Planetenräder
ist bei der bisher üblichen Gerad- oder Schrägverzahnung eines Stirnräderplanetengetriebes
nicht bzw. nur bedingt vorhanden. Man kann aber diesen Axialschub in jedem Falle
in beliebiger Größe durch entsprechende Anordnung der Verzahnung erzeugen. Wenn
man z. B. bei Planetengetrieben mit einem äußeren, inneren Sonnenrad und einfac"i
Planetenrädern jede der drei Radarten mit Schrägverzahnung von verschiedenem Neigungswinkel
oder aber eins der Sonnenräder mit Geradverzahnung und das andere Sonnenrad sowie
die Planetenräder mit Schrägverzahnung von verschiedenem Neigungswinkel derart ausführt,
daß durch die Eingriffsverhältnisse eine Schrägstellung der Drehachsen der Planetenräder
relativ zur Drehachse der Sonnenräder, und zwar in tangentialer Richtung, bedingt
ist, so werden die Planetenräder einen Axialschub durch das übertragene Drehmoment
erhalten. Bei Verschieben der Planetenräder in Richtung des Axialschubes wird das
Spiel der im Eingriff befindlichen Zahnflanken geändert infolge der Schrägstellung
der Planetenradachse zu den im Eingriff befindlichen Zahnflanken. Andererseits wird,
wenn Spiel zwischen den Zahnflanken in Drehrichtung vorhanden war, also keine Kraftübertragung
stattfand, durch Hineinschieben des Planetenrades in die Verzahnung der Sonnenräder
infolge der Schrägstellung
der Planetenradachsen das Zahnspiel
in Drehrichtung zu Null, womit der Ausgleich der Kräfte wiederhergestellt ist.
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In Abb.3 und q. ist als Beispiel schematisch eine solche Verzahnungsart
dargestellt. Des leichteren Verständnisses wegen wurde für die Darstellung der Sonderfall
gewählt, bei dem das äußere Sonnenrad Geradverzahnung hat. In diesen Abbildungen
bedeuten 2 inneres Sonnenrad, Schrägverzahnung mit Neigungswinkel a, Drehachse c;
3 Planeten-. räder, Schrägverzahnung mit Neigungswinkel ß und Drehachse b; ¢ äußeres
Sonnenrad, Geradverzahnung, Drehachse c.
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Aus der Abb.3 ist ersichtlich, daß bei Übertragung eines Drehmoments
die drei Planetenräder einen Axialschub erhalten, der die Planetenräder auf ihren
Achsen, also in Richtung b, zu verschieben sucht. Sind alle drei Axialschübe gleich,
so bleibt die in Abb. i dargestellte Scheibe 7 in Ruhe. Überwiegt der Axialschub
eines der drei Planetenräder, so wirkt die Scheibe 7 als zweiarmiger Hebel und drückt
die beiden anderen Planetenräder stärker in die Verzahnung, zwingt also diese, einen
größeren Anteil des Drehmoments aufzunehmen und damit das überlastete Planetenrad
zu entlasten. Diese Hebelbewegung der Scheibe 7 hält so lange an, bis alle drei'
Axialschübe wieder gleich sind.
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Es ist auch bei normaler Geradverzahnung sowie bei Schrägverzahnung
mit gleichem Neigungswinkel für alle Räder möglich, den für die Ausgleichsvorrichtung
notwendigen Axialschub in den Planetenrädern zu erzeugen. Es ist nur notwendig,
daß die Achsen der Planetenräder, die in fester Verbindung mit dem Planetenradstern
stehen, etwas schräg gegen die Systemachse angeordnet werden.
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In Abb. 5 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt, und
zwar die Lagerung nur eines Planetenrades. Auf die Planetenradachse 12 ist eine
Buchse 13 gesetzt, deren Bohrung die gleiche Neigung zu ihrem Außenzylinder
hat wie die Neigung der Planetenradachse zur Systemachse des Getriebes, nämlich
den Winkel ß. Das Planetenrad 3 läuft dann auf dem äußeren Umfang der Buchse. Seine
Drehachse ist c, sie liegt parallel zur Systemachse des ganzen Getriebes. Das Planetenrad
3 ist von der Buchse 13 durch seitliche Bunde Iq. so gehalten, daß ein Axialschub
im Planetenrad 3 eine Verschiebung der Buchse 13 auf der Achse 12 zur Folge
hat. Die Buchse 13 liegt andererseits an der in Abb. i dargestellten Ausgleichscheibe
7 an, so daß eine zu starke Belastung des Planetenrades 3 dieses und die Buchse
13
auf der Achse 12 axial, also in Richtung b, verschiebt. Durch diese Verschiebung
wird eine Bewegung der Scheibe 7 um ihren Abstützpunkt eingeleitet, welche die anderen
Planetenräder in die Verzahnung weiter hineindrückt: Durch geeignete Vorrichtungen
wird dafür gesorgt, daß eine Drehung der Buchse 13 um die Achse 12 nicht eintritt.
In Abb.5 ist diese Vorrichtung mit dem Sicherungsstift 15 und der Nut 16
angedeutet.
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Bei Planetenradgetrieben mit Doppelplanetenrädern, bei denen nur je
ein Sonnenrad mit einer Hälfte der Doppelplanetenräder im Eingriff steht, ist ein
Schrägstellen der Planetenradachsen zur Erzeugung eines Axialschubes nicht notwendig.
In diesem Falle kann man den Axialschub durch entsprechende Wahl der Schrägverzahnung
erhalten. Auch in diesem Falle dient die Scheibe 7,, die am Umfang mit den Axialschüben
belastet ist und sich im Systemmittelpunkt abstützt, als Ausgleich.
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Die dargestellten Einrichtungen sorgen für Ausgleich der Teilungsfehler
in der Verzahnung der Räder und der Planetenradachsen im Planetenträger. Um auch
Fehler auszugleichen, die sich in exzentrischer Lage der Drehachsen der Sonnenräder
und des Planetenradträgers zueinander auswirken, können in bekannter Weise noch
Einrichtungen vorgesehen werden, die selbsttätiges Zentrieren der Rotationsachsen
bewirken. In Abb. i und 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Dabei
ist angenommen worden, daß das äußere Sonnenrad q. die Möglichkeit haben soll, sich
selbsttätig zur Drehachse des Planetenradsternes 5 zu zentrieren, ohne daß die Abstützung
des Drehmoments im Gehäuse i dadurch beeinflußt wird; das äußere Sonnenrad q. hat
zu diesem Zweck in an sich bekannter Weise zwei seitliche Nasen i o, die um i8o°
gegeneinander versetzt sind. Diese sind geführt in entsprechenden Nuten i i des
Ringes B. Das Rad q. kann sich also durch Verschieben der Nasen i o in den Nuten
i i in Richtung der Nuten bewegen. Der Ring 8 hat, wie ebenfalls bekannt, um 9o°
zu den Nuten i i versetzt, zwei Nasen 9. Diese beiden Nasen liegen i8o° auseinander
und greifen in entsprechende Nuten des Gehäuses i ein. Der Ring 8 und damit auch
das -Rad q. kann sich mittels der Nasen 9 in den Nuten des Gehäuses verschieben,
und zwar in Richtung der Nuten. Mittels des Zwischenringes 8 ist also dem Rad q.
noch die Möglichkeit gegeben, sich nach allen Richtungen frei einzustellen, wobei
die Übertragung des Drehmoments durch die Nasen 9 und io erfolgt.