Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Kreisschiebeplanetenradgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nahe» definierten Art.

Ein derartiges Kreisschiebeplanetenradgetriebe ist aus DE 195 18 160 A1 bekannt. Bei dem Kreisschiebeplanetenradgetriebe sind zum Antrieb der Planetenräder anstelle eines Sonnenrads Antriebsscheiben vorgesehen, die in Bezug auf die Planetenräder eine Kreisschiebung ausführen. Nachteilig wirkt sich bei dieser Ausgestaltung der komplizierte und bauraumintensive Aufbau aus. Zudem können bei Kreisschiebung der Antriebsscheiben durch einen ungenauen Eingriff dieser in die Planetenräder Geräusche, erhöhte Reibung und Betriebsstörungen auftreten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kreisschiebeplanetenradgetriebe der vorgenannten Art zu schaffen, das einen effektiven und sicheren Betrieb gewährleistet und einfach aufgebaut ist. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Es wird ein Kreisschiebeplanetenradgetriebe mit einer Zentralwelle, zumindest einem gehäusefest angeordneten Hohlrad, einem Satz Planetenräder im Eingriff mit dem Hohlrad und mehreren axial hintereinander angeordneten Antriebsscheiben zum Antrieb der Planetenräder vorgeschlagen: wobei die Antriebsscheiben zur Ausführung einer Kreisschiebebewegung exzentrisch auf der Zentralwelle gelagert sind. Dabei stehen die Antriebsscheiben jeweils bei Ausführung der Kreisschiebebewegung zu jedem Zeitpunkt mit zumindest zwei Planetenrädern in Eingriff. Die Antriebsscheiben bilden jeweils zum Eingriff mit drei Planetenrädern drei mit diesen korrespondierende konkave kreisbogenförmige Zahnsegmente mit Innenverzahnungen am Außenum- fang, die jeweils einen Öffnungswinkel aufweisen, der größer ist als 180°. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Antriebsscheiben jeweils zum Eingriff mit vier Planetenrädern vier mit diesen korrespondierende konkave kreisbogenförmige Zahnseg- mente mit Innenverzahnungen am Außenumfang bilden, die jeweils einen Ofmungswinkel aufweisen, der größer ist als 150°. Hierdurch wird gewahrleistet, dass die An- triebsscheiben zu jedem Zeitpunkt jeweils zwei Eingriffspunkte bezüglich der Planetenräder haben und somit vollständig in ihrer Bewegung bestimmt sind, wodurch eine exakte Führung der Antriebsscheiben an den Planetenrädern sichergestellt und zugleich ein einfacher Aufbau des Getriebes ermöglicht wird. Auf diese Weise werden Störungen vermieden und ein effektiver Betrieb des Kreisschiebeplanetenradgetriebes gewährleistet

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bilden die Antriebsscheiben jeweils zum Eingriff mit den Planetenrädern am Außenumfang konkave kreisbogenförmige Zahnsegmente mit einer Innenverzahnung. Bevorzugt weisen hierbei die Innenverzahnungen der in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zahnsegmente einen von der jeweiligen Position der Zahnsegmente abhängigen Zahnversatz um einen vorbestimmten Winkel zueinander auf. Durch den Zahnversatz wird ein exakter Zahneingriff zwischen den Planetenrädern und den Zahnsegmenten erreicht. Reibung, Verschleiß und eine Selbsthemmung im Kreisschiebeplanetenradgetriebe können so auf einfache Weise reduziert werden.

Bevorzugt ist dabei der Zahnversatz der Innenverzahnungen der in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Zahnsegmente durch einen von der jeweiligen Position der Zahnsegmente, der Zähnezahl des ersten Hohlrads, der Zähnezahl der Innenverzah- nung der Zahnsegmente, der Anzahl der Planetenräder und von der Obersetzung zwischen den Antriebsscheiben und dem erstem Hohlrad abhängigen Winkel bestimmt. Hierbei ist der Winkel vorzugsweise bestimmt durch

j j to fa») ( _ΑΛΪ ) ( ( )),

wobei j = 0, 1 , 2, .... P _Anz -1 die jeweilige Planetenradposttion bezeichnet. den Winkelzahnversatz des Zahnsegments am Ausgangspunkt, die Zähnezahl des ersten Hohlrads,

die Zahnezahl der Zahnsegmente bezogen auf ein gedachtes Hohlrad,

die Zähnezahl der Pianetenräder

und

P _Anz die Anzahl der Pianetenräder.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Antriebsscheiben jeweils an den Zahnsegmen- ten zum Eingriff mit den Planetenrädern einen vorbestimmten Öffnungswinke! aufweisen. Hierdurch wird die Anordnung der Antriebsscheiben im Eingriff mit den Planetenradern weiter optimiert. Dabei werden die im Eingriff wirkenden Kräfte, die Geräusche und die Selbsthemmung reduziert. Bevorzugt ist der Öffnungswinkel in Abhängigkeit von der Anzahl der Pianetenräder, der Länge der Eingriffslinie von ihrem Einlaufpunkt bis zu ihrem Wälzpunkt zwischen der Außenverzahnung der Pianetenräder und der Innenverzahnung der Zahnsegmente und in Abhängigkeit von Kopfkreis- und Wälzkreisdurchmesser der Innenverzahnung der Zahnsegmente bestimmt. Dabei gilt für den öffnungswinkel y vorzugsweise

W U

wobei P _Anz die Anzahl der Planetenräder bezeichnet,

AC die Eingriffslinie von ihrem Einlaufpunkt bis zu ihrem Wälzpunkt zwischen der Verzahnung der Planetenräder und der Innenverzahnung der Zahnsegmente,

den Kopfkreisdurchmesser der Innenverzahnung der Zahnsegmente und m den Wälzkreisdurchmesser der Innenverzahnung der Zahnsegmente.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestartung der Erfindung können die Antriebsscheiben am Außenumfang jeweils zum Eingriff mit drei Planetenrädern drei mit diesen kor- respondierende konkave kreisbogenförmige Zahnsegmente mit Innenverzahnungen bilden, die jeweils einen Öffnungswinkel aufweisen, der größer ist als 180°. Denkbar ist auch eine Anordnung mit vier Planetenrädem und zumindest zwei Antriebsscheiben, die jeweils vier Zahnsegmente zum Eingriff mit den Planetenrädern aufweisen. Dabei reduziert sich der Öffnungswinkel der Innenverzahnungen der Zahnsegmente entsprechend. Dieser ist aber vorzugsweise größer als 150°.

Zur Masse- bzw. Gewichtsreduzierung können die Antriebsscheiben jeweils am Au- ßenumfang in Umfangsrichtung zwischen den Zahnsegmenten Aussparungen aufweisen. Alternativ oder ergänzend können jeweils in einem radial mittleren Bereich zwischen Außenumfang und einer zentraler Aufnahmeöffhung radial innen Durchgangs- löcher vorgesehen sein. Die Antriebsscheiben sind vorzugsweise in Blech ausgeführt und durch Stanzen besonders einfach herstellbar.

Das erfindungsgemäße Kreisschiebeplanetenradgetriebe ist beispielsweise besonders vorteilhaft in Versteilantrieben mit hohen Übersetzungen und ohne Selbsthemmung einsetzbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmaie der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kreisschiebeplanetenradge- triebes. Figur 2 eine Schnittdarstellung des Kreisschiebeplanetenradgetnebes

Figur 3 eine Einzelansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsscheibe.

Figur 4 schematisch eine vergrößerte Teilansicht einer Antriebsscheibe im Eingriff mit einem Planetenrad.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen Figur 1 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Kreisschiebeplanetenradgetriebe, das in Figur 2 in einem Längsschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1 dargestellt ist Das Kreisschiebeplanetenradgetriebe weist zwei koaxial zu einer Zentralwelle 1 hintereinander angeordnete Hohlräder 2, 3 und einen Satz Planetenräder 4 auf, die auf einem Planetenradträger 5 gelagert sind, der seinerseits drehbar, hier auf der Zentralweile 1, zentral abgestützt ist. Die Planetenräder 4 stehen in Eingriff mit den Hohlrädern 2, 3 und sind zugleich durch sogenannte Antriebsscheiben 6, 7, 8 antreibbar. Diese sind axial hintereinander Ober zugeordnete Exzenter 9, 10, 11 auf der Zentralwelle 1 angeordnet. Die Antriebsscheiben 6, 7, 8 sind jeweils über eine Wälzlagerung radial auf den zugeordneten Exzentern 9, 10, 11 abgestutzt und zugleich auf diesen axial fixiert Alternativ können die Antriebsscheiben 6, 7, 8 auch radial gleitgelagert sein. Die Exzenter 9, 10, 11 sind mit der Zentralwelle 1 dreh- und axialfest verbunden. Bei Drehung der Zentralwelle 1 bewegen sich die Antriebsscheiben 6, 7, 8 auf zur Zentralwelle 1 exzentrischen Kreisbahnen. Sie führen hierbei eine sogenannte Kreis- schiebebewegung aus. Eine Rotation der Antriebsscheiben 6, 7, 8 um eine eigene Achse, insbesondere eine Rotation relativ zum Planetenradträger 5, wird dabei vermieden.

Ein erstes Hohlrad 2, das die Planetenräder 4 und die Antriebsscheiben 6, 7, 8 radial außen umschließt, ist dreh- bzw. gehäusefest angeordnet, während das zweite Hohlrad 3 koaxial zum ersten angeordnet drehbar gelagert ist. Dabei kämmen die Planetenräder 4 jeweils an einem ersten axialen Abschnitt ihrer Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung des ersten Hohlrads 2 und an einem zweiten axialen Abschnitt ihrer Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung des zweiten Hohlrads 3. Die Au- ßenverzahnung der Planetenräder 4 ist hierbei stufenlos axial durchgehend ausgeführt. Das zweite Hohlrad 3 dient zugleich als Abtrieb.

Die Antriebsscheiben 6, 7, 8 sind untereinander gleich ausgeführt und dienen dem Antrieb der Planetenräder 4. Sie weisen jeweils an ihrem Außenumfang eine der Anzahl der Planetenräder 4 entsprechende Anzahl von kreisbogenförmigen konkaven Zahnsegmenten 12 zum Eingriff mit jeweils einem korrespondierenden Planetenrad 4 auf. Dabei ist jedes Zahnsegment 12 einem Planetenrad 4 zugeordnet. Bei Drehung der Zentralwelle 1 gelangen die Antriebsscheiben 6, 7, 8 bei ihrer Kreisschiebebewegung jeweils an ihren Zahnsegmenten 12 wechselweise in Eingriff mit den jeweils zugeord- neten Planetenrädern 4 und schieben dabei diese jeweils an ihren Außenverzahnungen mindestens um einen Zahn weiter. Dabei steht jede Antriebsscheibe 6, 7, 8 zu jedem Zettpunkt ihrer Kreisschiebebewegung an zumindest zwei Zahnsegmenten 12 im Eingriff mit jeweils einem Planetenrad 4.

Das Kretsschiebeplanetenradgetriebe besteht aus zwei Getriebestufen. Dabei bilden die Antriebsscheiben 6, die Planetenräder 4 und das erste Hohlrad 2, 7, 8 die erste Getriebestufe. Daran angeschlossen ist die zweite Getriebestufe bestehend aus den Planetenrädem 4 im Eingriff mit dem zweiten Hohlrad 3. Die zweite Getriebestufe bil- det ein sogenanntes Plusgetriebe, bei dem das zweite Hohlrad 3 und der Planetenrad- träger s gleichsinnig drehen.

Eine erste Teilübersetzung i ₁ bezogen auf die erste Getriebestufe zwischen den Antriebsscheiben 6, 7, 8 und dem ersten Hohlrad 2 ist bestimmt durch die Zahnezahl Z _H1 der Innenverzahnung des ersten Hohlrads 2, der Zähnezahl z _P der Verzahnung der Planetenräder 4 und der Zähnezahl z _EX der Zahnsegmente 12 an den Antriebsscheiben 6, 7. 8. Dabei gilt

K /

Die Zähnezahl z _Ex bezieht sich auf die Innenverzahnung eines an den Zahnsegmenten 12 virtuell gebildeten Hohirads. Die erste Teilübersetzung h wird vorgegebener Zähnezahl Z _H1 des ersten Hohlrads 2 durch den Unterschied zwischen der Zähnezahl z _Ex der Zahnsegmente 12 und der Zähnezahl z _P der Planetenräder 4 bestimmt.

Eine zweite Teilübersetzung 12 bezogen auf die zweite Getriebestufe ist bestimmt durch die Zähnezahl Z _H1 der Innenverzahnung des ersten Hohlrads 1 , der Zähnezahl z _P der Außenverzahnung der Planetenräder 4 und der Zähnezahl Z _H2 der Innenverzahnung des zweiten Hohlrads 3. Hierbei gilt

Die erste Teilübersetzung h ist vorzugsweise größer als die zweite Teilübersetzung i ₂ :

gilt, wobei die Zähnezahl Z _H1 des ersten Hohirads 2 kleiner ist als die Zähnezahl Z _H2 des zweiten Hohirads 3: Außerdem weisen die Zahnezahlen Z _H1 , Z _H2 der Hohlräder 2, 3 einen grollen Unterschied auf. Dies wird durch entsprechende Profitverschiebung bzw. Bezugsprofile an den Innenverzahnungen der Hohlfader 2, 3 ermöglicht. Durch die Aufteilung der Teilübersetzungen mit i ₁ > i ₂ in den Getriebestufen mit einem möglichst gro&en Unter- schied der Zahnezahlen Z _H1 , Z _H2 der Hohlräder 2, 3 wird eine Selbsthemmung im Kreisschiebeplanetenradgetriebes sowohl bei Übersetzungen ins Schnelle als auch bei der Übersetzung ins Langsame vermieden oder nahezu vermieden. Zugleich wird eine große Gesamtübersetzung i zwischen der Zentralwelle 1 und dem zweiten Hohlrad 3 mit i = i ₁ x i ₂ > 200 erreicht. Dabei drehen Zentralwelle 1 und zweites Hohirad 3 gleichsinnig.

Das Kreisschiebeplanetenradgetriebe weist beispielhaft drei Planetenräder 4 und drei axial hintereinander angeordnete Antriebsscheiben 6, 7, 8 mit drei zugeordneten Exzentern 9, 10, 11 auf. Denkbar ist auch, in Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment und der Anzahl der Planetenräder 4 mehr oder weniger Antriebsscheiben β, 7, 8 bzw. Exzenter 0, 10, 11 anzuordnen. Beispielsweise können vier Planeten- rader 4 vorgesehen sein, die mit mindestens zwei Antriebsscheiben 6, 7, 8 in Eingriff stehen. Auf der Zentratwelle 1 sind die axial außen angeordneten Exzenter 8, 10 jeweils als separates Bauteil ausgeführt, während der zwischen den äußeren Exzentern 9, 11 mittig angeordnete Exzenter 10 einteilig mit der Zentralwelle 1 ausgebildet ist. Die Exzenter 9, 10, 11 sind auf der Zentralwelle 1 in Umfangsrichtung um 120° winkelversetzt zueinander angeordnet. Dadurch bewegen sich die Antriebsscheiben 8, 7, 8 ent- sprechend dem Winkelversatz der Exzenter 9, 10, 11 zueinander phasenverschoben. Zentralwelle 1 und Exzenter 9, 10, 11 bilden dabei eine sogenannte Exzenterwelle.

Der Planetenradträger 5 ist an parallelen Seitenwandabschnrtten drehbar auf der Zentralwelle 1 wälzgelagert. Zwischen den Seitenwandabschnrtten sind die drei Pia- netenräder 4 auf drei Bolzen gelagert, die an ihren Enden an den Seitenwandab- schnitten abgestützt sind. Die Seitenwandabschnitte bestehen jeweils aus drei Streben, die außen an freien Endabschnitten die Bolzen aufnehmen und sternförmig zentral zusammenlaufen, um dort ein Lagerauge zur Lagerung auf der Zentralwelle 1 zu bilden. Die Streben weisen jeweils eine Aussparung zur Masse- bzw. Gewichtsreduzierung auf.

Oas erste Hohlrad 2 ist radial auf dem zweiten Hohlrad 3 gelagert. Hierzu sind die Hohlräder 2, 3 an ihren einander zugewandten axialen Endabschnitten Überlappend angeordnet. Zur Aufnahme der Lagerung ist der Endabschnitt des ersten Hohlrads 2 an seinem Innendurchmesser an einem ersten Ringabsatz aufgewertet, während am Endabschnitt des zweiten Hohlrads 3 ein korrespondierender zweiter Ringabsatz mit eingezogenem Außendurchmesser vorgesehen ist Zwischen den Ringabsätzen ist eine Wälzlagerung axial und radial eingepasst. An seinem vom ersten Hohlrad 2 abgewandten Endabschnitt umschließt das zweite Hohlrad 3 einen Sertenwandabschnitt des Planetenradträgers 11 radial außen, Am ersten Hohlrad 2 wird die Innenverzahnung axial innen durch den ersten Ringabsatz begrenzt. Figur 3 zeigt die Ausgestaltung einer Antriebsscheibe 6, 7, 8, die an einer zentralen kreisrunden Aufnahmeöffnung 13 auf den Exzentern 9, 10, 11 der Zentralwelle 1 lagerbar ist. Der Mittelpunkt der Aufnahmeöffnung 13 bildet zugleich den Mittelpunkt einer gedachten Kreislinie 14, die die Antriebsscheibe am Außenumfang umfasst. Drei kreisbogenförmige Zahnsegmente 12 sind als konkave Ausbuchtungen am Außenum- fang mit einer Innenverzahnung zum Eingriff mit jeweils einem Planetenrad 4 vorgesehen. Die Zahnsegmente 12 sind auf Mittelachsen 15 um 120° zueinander versetzt angeordnet Die Mittelachsen 15 verlaufen durch die geometrischen Mittelpunkte der kreisbogenförmigen Zahnsegmente 12 und durch den Mittelpunkt der Antriebsscheibe 6, 7, 8. Sie bilden zugleich Symmetrieachsen, zu denen die Antriebsscheibe 6, 7, 8 achsensymmetrisch ausgebildet ist.

Zur Optimierung des Zahneingriffs zwischen Planetenrädern 4 und Zahnsegmenten 12 weisen die Innenverzahnungen letzterer einen Zahnversatz um einen vorbestirnm- ten Winkel δ _j zueinander auf. Der Winkel δ _j ist auf die Mittelachse 15 des jeweiligen Zahnsegments 12 bezogen. Er wird an in ümfangsrichtung der Antriebsscheiben 6, 7. 8 jeweils aufeinanderfolgenden Zahnsegmenten 12 ausgehend von einem Zahnsegment 12 an der Position j = 0 abhängig von der jeweiligen Position j bestimmt. Der Index j läuft von 0, 1. ... bis PA*» - 1 , wobei PA™ die Anzahl der Planetenräder 4 und δ _ο = 0° den Winkel der innenverzahnung des Zahnsegments 12 am Ausgangspunkt an der Planetenradposition j=0 bezeichnet Dabei sind an jeder Antriebsscheibe 6, 7, 8 die Innenverzahnungen der aufeinanderfolgenden Zahnsegmente 12 abhängig von der jeweiligen Position j des Zahnsegments 12, der Zahnezahl Z _H1 des ersten Hohlrads 2, der Zähnezahl z _Ex der Innenverzahnung der Zahnsegmente 12, der Anzahl n der Pla- netenräder 4 und abhängig von der ersten Teilübersetzung i ₁ um den Winkel δ _j versetzt ausgestaltet, der bestimmt ist durch

Im Ausführungsbeispiel beträgt der Zahnversatz des auf der Planetenradposition j = 0 angeordneten Zahnsegments 12 δ ₀ = 0°. Die in Wälzrichtung im Uhrzeigersinn auf den Planetenradpositionen j =1 und j=2 folgenden Zahnsegmente 12 weisen an ihren Innenverzahnungen gegenüber dem auf der Planetenradposition j=0 angeordneten Zahnsegments 12 hier beispielhaft einen Zahnversatz um den Winkel δ ₁ = 10° bzw, δ ₂ = 20° auf. Weiterhin sind die Zahnsegmente 12 mit einem vorbestimmten Öffhungs- oder Um- schtingungswinket y ausgebildet. Dieser legt die Kreisbogenlänge der Zahnsegmente 12 fest, an der sich die Planetenräder 4 im Eingriff mit den Zahnsegmenten 12 abwälzen können. Die Antriebsscheibe 6, 7, 8 verhält sich dabei an ihren Zahnsegmenten 12 jeweils wie ein gedachtes Hohlrad, das durch eine gestrichelte Kreislinie angedeu- tet ist. Die Zahnsegmente 12 bilden auf diese Weise jeweils ein Teiihohlrad bzw. einen Teilabschnitt eines gedachten Hohlrads. In Figur 4 ist schematisch ein vergrößerter Ausschnitt einer Antriebsscheibe 6, 7, 8 an einem Zahnsegment 12 im Eingriff mit einem Planetenrad 4 dargestellt Der Öffnungswinkel y bestimmt Länge und Dauer des Eingriffs der Planetenräder 4 mit der Antriebsscheibe 6, 7, 8 während des Um- laufs Er ist derart gestaltet, dass die Antriebsscheibe 6, 7, 8 zu jedem Zeitpunkt ihrer Kreisschiebebewegung an zumindest zwei Zahnsegmenten 12 jeweils mit einem Planetenrad 4 in Eingriff steht. Dadurch ist die Antriebsscheibe 6, 7, 8 zu jedem Zeitpunkt ihrer Bewegung bestimmt angeordnet. Hierzu ist der Öffnungswinkel y in Abhängigkeit von der Anzahl P _Anz der anzutreibenden Planetenräder 4, der Länge der Eingriffslinie AC von Einlaufpunkt A bis Wälzpunkt C zwischen der Außenverzahnung der Planetenräder 4 und der Innenverzahnung der Zahnsegmente 12, dem Kopfkreisdurchmesser und dem Wälzkreisdurchmesser c der Innenverzahnung der Zahnsegmente 12 ausgestattet (Figur 4). Dabei gilt Im Ausführungsbeispiel ist die Innenverzahnung der Zahnsegmente 12 mit einem Öffnungswinkel y von etwa 200° ausgeführt.

Zur Reduzierung der Masse bzw. des Gewichts der Antriebsscheibe 6, 7, 8 sind in Umfangsrichtung zwischen den Zahnsegmenten 12 am Außenumfang Aussparungen 16 (Figur 3)vorgesehen, die jeweils eine konkave bogenförmige Wölbung bilden. Zur weiteren Masse- bzw. Gewichtsreduzierung sind in einem radial mittleren Bereich zwischen den Aussparungen 16 radial außen und den Aufnahmeöffnungen 13 radial innen kreisrunde Durchganglöcher 17 ausgebildet.

1

1 Zentralwelle

2 Hohlrad

3 Hohlrad

4 Planetenrad

5 Planetenradträger

6 Antriebsscheibe

7 Antriebsscheibe

8 Antriebsscheibe

9 Exzenter

10 Exzenter

11 Exzenter

12 Zahnsegment

13 Aufnahmeöffnung

14 Kreislinie

15 Mittelachse

16 Aussparung

17 Durchgangsloch

δ Winkel

Υ Öffnungswinkel

AC Eingriffslänge

Α Einlaufpunkt

C Wälzpunkt

Kopfkreisdurchmesser w Wälzkreisdurchmesser