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WO2008040281A1 - Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer übersetzung - Google Patents

Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer übersetzung Download PDF

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Publication number
WO2008040281A1
WO2008040281A1 PCT/DE2007/001609 DE2007001609W WO2008040281A1 WO 2008040281 A1 WO2008040281 A1 WO 2008040281A1 DE 2007001609 W DE2007001609 W DE 2007001609W WO 2008040281 A1 WO2008040281 A1 WO 2008040281A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
planetary
sun
gears
gear
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2007/001609
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Triller
Martin Vornehm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Original Assignee
LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG, LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH filed Critical LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG
Priority to DE112007002121T priority Critical patent/DE112007002121A5/de
Publication of WO2008040281A1 publication Critical patent/WO2008040281A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/48—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members with members having orbital motion
    • F16H15/50—Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/506—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which two members of non-uniform effective diameter directly co-operate with one another

Definitions

  • the invention relates to a planetary gear with continuously variable transmission.
  • Transmissions with continuously variable transmission which are also called variator, are usually designed as a belt transmission in which the force is transmitted via traction means such as wide V-belts, disk chains or thrust belts, or as a friction gear such as toroidal or conical ring gear.
  • a peculiarity of the friction gear is that the planet gears must be stored, tilted and pressed on separately provided components.
  • An object of the invention is to provide a planetary gear continuously variable transmission with a simple structure.
  • a planetary gear with continuously variable translation is provided, the two at mutual axial distance about the same axis of rotation at different speeds rotatable sun gears with Finmantelvidin a coaxially arranged to the sun gears ring gear with a radially inner inner peripheral surface and planetary gears with planetary surfaces in frictional contact with the inner circumferential surface and the Sonnenmantelvid are, wherein the Sonnenmantel vom, the planetary lateral surfaces and the inner peripheral surface are shaped such that at an axial displacement of the ring gear relative to the sun gears and associated tilting of the axes of rotation of the planet gears relative to the axis of rotation of the sun gears, the translations change in opposite directions between the ring gear and each of the sun gears.
  • the planetary gear according to the invention is simple in construction and low wear or maintenance. Characterized in that each planetary surface is in frictional engagement with the two sun gears on different sides of a plane perpendicular to the axis of rotation of the associated planetary center plane and in at least one point with the inner peripheral surface of the ring gear in frictional contact, and the planetary mantle surfaces are shaped such that the planetary gears are held axially by the Reibberamung with the sun gears and the ring gear, a planet carrier is not mandatory.
  • a sun gear is rigidly connected to a shaft and the other sun gear is rotatably mounted on the shaft and biased in the direction of a sun gear, whereby the necessary for a friction contact pressure is supported.
  • the planetary lateral surfaces can taper to the end faces of the planet gears and the sun shell surfaces can taper towards the mutually facing end faces of the sun gears.
  • the planetary lateral surfaces can taper in the direction away from the end faces of the planetary gears and the sun shell surfaces can taper to the opposite end faces of the sun gears.
  • the planetary mantle surfaces between two lateral surfaces areas for a Reibberamung, each with a sun shell surface arranged mean lateral surface area for a Reibberamung with the inner peripheral surface of the ring gear, whereby the contact force necessary for the friction contact acts uniformly on the planetary gears.
  • the middle lateral surface area is formed as a circumferential groove and the convex contour formed inner peripheral surface of the ring gear with each edge of the groove is in frictional contact, tilting of the planet gears for changing the ratio between the drive and output is particularly simplified.
  • the planetary gears in the tilted state of the planetary gears intersect a line through the two points of Reibberamung the inner peripheral surface of the ring gear with the flanks of the groove, the axes of rotation of the planetary gears and the axis of rotation of the sun gears in one point, whereby the axis of rotation of the planetary gears undergoes a precession in oblique position.
  • the planetary gears are held by a separator in substantially the same circumferential distance from each other, the planetary gear is stabilized.
  • the planetary gear advantageously has a device for axially displacing the ring gear relative to the sun gears.
  • the sun shell surfaces, the planetary lateral surfaces and the inner peripheral surface are shaped such that the distance between the sun gears does not change or only minimally increases upon tilting of the axis of rotation of the planet gears relative to the axis of rotation of the sun gears.
  • the necessary for a friction transmission contact pressure is supported.
  • the planetary gear has a tendency to automatically return to the ratio one, in which the axes of rotation are parallel to each other.
  • the contours of the sun shell surfaces, the planetary shell surfaces and the inner peripheral surface are shaped such that when torque is transmitted from one sun gear to the other, the planetary gears a the contact pressure between the surfaces in frictional reinforcing Tiltmoment acts, whereby the necessary for a friction contact pressure without the addition of components such as hydraulic pressure piston is generated.
  • Suitable materials include not only conventional steels but also special steels, tool steels or ceramic materials, as well as composite materials from which at least some of the components or their upper or effective surfaces can exist. In general, all materials with increased hardness and / or wear resistance are advantageous.
  • FIG. 1 shows a side view of a planetary gear according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view, not to scale, of the planetary gear of FIG. 1 along the line A-A;
  • Fig. 3 is an enlarged view of a planetary gear of the planetary gear of Fig. 1;
  • Fig. 4 shows schematically the two sun gears, the ring gear and a planetary gear of the planetary gear drive of Figure 1, wherein the planet gear is tilted.
  • Fig. 5 shows schematically the two sun gears, the ring gear and a planetary gear of the planetary gear drive of Figure 1, wherein the planet gear is tilted.
  • Fig. 6 shows schematically a sun gear, a part of the ring gear and a planetary gear of the plane tengetriebes of Figure 1, wherein the planet gear is tilted.
  • Fig. 7 shows schematically another possible embodiment of the essential components of the planetary gear, wherein the planet gear is tilted
  • Fig. 8 shows schematically another possible embodiment of the essential components of the planetary gear, wherein the planet gear is tilted
  • Fig. 9 shows schematically another possible embodiment of the essential components of the planetary gear, wherein the planetary gear is tilted.
  • a planetary gear 10 with continuously variable transmission two sun gears 12a, 12b, three planet gears 14 and a ring gear 16.
  • the sun gears 12a, 12b taper towards their mutually facing end sides, so that their sun shell surfaces 18a, 18b are circular-frustoconical.
  • the contour line of the sun shell surfaces 18a, 18b is rectilinear in the illustrated example.
  • the sun gears 12a, 12b are arranged axially spaced on a shaft 20 with a rotation axis 22.
  • a sun gear 12 a is axially displaceable relative to the shaft 20 and rotatable relative to the shaft 20 by means of a bearing 24, for example a ball bearing.
  • the other sun gear 12b is rigidly connected to the shaft 20.
  • the side of the planetary gear 10 with the sun gear 12a rotatable relative to the shaft 20 is, for example, the drive side.
  • the side of the planetary gear 10 with the sun gear 12b, which is rigidly connected to the shaft 20, is the output side.
  • a spring 26 is supported between the sun gear 12a and a lug 28 of the shaft 20 and elastically biases the sun gear 12a in the axial direction to the sun gear 12b.
  • the planet gears 14 each have an axis of rotation 30 and taper, starting from a central region towards their end faces, so that their planetary lateral surfaces 32 are substantially circular frustum-shaped. In the example shown, the contour lines of the planetary lateral surfaces 32 are convexly curved.
  • the planet gears 14 have between the planetary lateral surfaces 32 on a circumferential groove 34 with rounded edges 36.
  • the planetary gears 14 are arranged coaxially with the shaft 20 and each with one of its planetary lateral surfaces 32 in frictional contact with one of the sun shell surfaces 18a, 18b.
  • the planetary gear 10 has a rotatably mounted on the shaft 20 star-shaped separator element 38 which is formed with lugs 40, the wheels in spaces between the planet 14 and project into the groove 34, so that the planet gears 14 are held at the same circumferential distance from each other ,
  • the ring gear 16 advantageously has an annular shape and is formed on its inner peripheral surface 42 with a convex, convex, arcuate bead.
  • the ring gear 16 is arranged concentrically with the shaft 20.
  • the inner circumferential surface 42 is in frictional contact with each flank 36 of the groove 34.
  • the planet gears 14 are held by the Reibberamung the planetary surface 32 with the sun shell surfaces 18 a, 18 b and the inner peripheral surface 42 axially.
  • the planetary surface 32, the groove 34 and the inner peripheral surface 42 are advantageously shaped so that in the tilted state, the axes of rotation 30, the axis of rotation 22 and lines the two points of frictional contact of the inner circumferential surface 42 with the flanks 36 of the groove 34 intersect at one point (see Fig. 4). This leads to a well-defined precession of the planet gears 14.
  • a displacement device 44 which is shown only in Fig. 2, arranged around the ring gear 16.
  • the displacement device 44 is formed similar to a clutch operation and will therefore not be explained in detail.
  • Fig. 3 shows for better understanding a planetary gear, as used in the planetary gear of FIGS. 1 and 2, in an enlarged view.
  • rsi is the distance between the axis of rotation 20 and the point of Reibberamung the sun shell surface 18a with the planetary surface 32;
  • rs2 is the distance between the axis of rotation 20 and the point of frictional contact of the sun shell surface 18b with the planetary surface 32;
  • rpi is the distance between the axis of rotation 30 and the point of frictional contact of the planetary surface 32 with the sun shell surface 18a;
  • rp2 is the distance between the axis of rotation 30 and the point of frictional contact of the planetary lateral surface 32 with the sunshield surface 18b;
  • nsi is the speed of the sun gear 12a
  • ns2 is the rotational speed of the sun gear 12b
  • np is the rotational speed of the planet gears 14;
  • ⁇ S is the axial distance of the sun gears 12a, 12b from each other.
  • the planet gears 14 With an axial displacement of the ring gear 16 relative to the sun gears 12a, 12b, the planet gears 14 are taken along the flanks 36 of the grooves 34 and the axes of rotation 30 of the planet wheels 14 tilted relative to the axis of rotation 20 of the sun gears 12a, 12b. If, as can be seen in FIG. 4, the axis of rotation 30 is tilted towards the sun gear 12a, then rsi> r ⁇ 2 and rpi ⁇ rp2, i. nsi ⁇ ns2- If the axis of rotation 30 is tilted towards the sun gear 12b, the above-mentioned relationships change correspondingly inversely. The translation between nsi and ns2 thus changes according to the axial displacement. In this case, the translations between the ring gear 16 and each of the sun gears 12a, 12b change in opposite directions.
  • the conical surface areas may be formed such that the distance .DELTA.S (FIG. 5) between the end faces of the sun gears 12a, 12b when tilting the axes of rotation 30 of the planet gears 14, i. with an adjustment of the translation, remains constant. A contact pressure between the sun gears 12a, 12b, the planetary gears 14 and the ring gear 16 is ensured by the spring 26.
  • the contact pressure increases with increasing torque transmitted by the planetary gear 10, ie the planetary gear 10 is in some way self-pressing.
  • the spring 26 could be omitted in this case, when the sun gears 12a, 12b are held axially relative to each other.
  • the planetary gear according to the invention can be varied in many ways:
  • the sun gears can be different in size.
  • the contours of the lateral surfaces can be concave, convex or rectilinear in mutual agreement.
  • the inner peripheral surface of the ring gear may be in frictional contact with the planetary peripheral surfaces at only one point.
  • a planet, whose webs penetrate the planetary gears can be arranged so that at this another gear can be tapped.
  • the spring 26 may be replaced by other biasing means.
  • FIGS. 7 to 9 Further possible embodiments of the planetary gear are shown in FIGS. 7 to 9.
  • Fig. 7 shows an embodiment in which the sun gears 12a, 12b are formed and arranged similarly to Figs.
  • the planet gears 14 have a similar shape as the planet gears 14 in Figs. 1-4, but are formed without a groove.
  • the ring gear 16 has on its inner circumferential surface 42 two convex inner circumferential surfaces forming a total of the flanks of a groove, which are each in frictional contact with one of the planetary lateral surfaces 32.
  • Fig. 8 shows another embodiment in which the sun gears 12a, 12b are formed and arranged similarly to Figs. 1-4.
  • the planet gears 14 taper towards their end faces, so that the planetary lateral surfaces 32 are substantially circular and have convexly curved contours. In a central region, the planetary lateral surfaces 32 have a smaller radius of curvature than at the side regions.
  • the Ring gear 16 has on its inner peripheral surface 42 has a substantially concave cross-section, the radius of curvature advantageously slightly larger than the radius of curvature of the central region of the planetary surface 32, so that the inner peripheral surface 42 contacts the central region of the planetary surface 32 at one point.
  • the planetary skirt surfaces 32 may alternatively comprise two parallel circumferential beads near the central region such that the inner peripheral surface 42 contacts the planetary lateral surfaces 32 at two points.
  • FIG. 9 shows a further embodiment in which the axially narrow-shaped sun shell surfaces 18a, 18b are circular-frustoconical and have concavely curved contours.
  • the sun gears 12a, 12b are arranged on their own, mutually equiaxial waves 46 so that the tapered end face facing away from the respective other sun gear 12a, 12b.
  • the planetary lateral surfaces 32 are formed without embnut or-bead and have a concave contour.
  • the inner circumferential surface 42 of the ring gear 16 is formed with two concave side portions, which are connected via a straight, axially parallel portion. Each concave side region of the inner circumferential surface 42 is in frictional contact with the conical surfaces of the planetary gears 14.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Friction Gearing (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung mit zwei in gegenseitigem axialen Abstand um dieselbe Drehachse mit unterschiedlicher Drehzahl drehbaren Sonnenrädern mit Sonnenmantelflächen, einem gleichachsig zu den Sonnenrädern angeordnetem Hohlrad mit einer radial inneren Innenumfangsfläche und Planetenrädern mit Planetenmantelflächen, die in Reibberührung mit der Innenumfangsfläche und den Sonnenmantelflächen sind, wobei die Sonnenmantelflächen, die Planetenmantelflächen und die Innenumfangsfläche derart geformt sind, dass sich bei einer axialen Verschiebung des Hohlrades relativ zu den Sonnenrädern und damit einhergehenden Verkippung der Drehachsen der Planetenräder relativ zu der Drehachse der Sonnenräder die Übersetzungen zwischen dem Hohlrad und jedem der Sonnenräder gegensinnig ändern.

Description

Planetenqetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung
Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung.
Getriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung, die auch Variator genannt werden, sind üblicherweise als Umschlingungsgetriebe, bei denen die Kraft über Zugmittel wie beispielsweise breite Keilriemen, Lamellenketten oder Schubgliederbänder übertragen wird, oder als Reibgetriebe wie beispielsweise Toroidgetriebe oder Kegelringgetriebe ausgebildet.
Eine Eigenart der Reibgetriebe ist, dass die Planetenräder über gesondert dafür vorgesehene Bauteile gelagert, gekippt und angepresst werden müssen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung mit einfachem Aufbau anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Planetengetriebe gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Mit der Erfindung wird ein Planetengetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung geschaffen, das zwei in gegenseitigem axialen Abstand um dieselbe Drehachse mit unterschiedlicher Drehzahl drehbare Sonnenräder mit Sonnenmantelflächen, ein gleichachsig zu den Sonnenrädern angeordnetes Hohlrad mit einer radial inneren Innenumfangsfläche und Planetenräder mit Planetenmantelflächen, die in Reibberührung mit der Innenumfangsfläche und den Sonnenmantelflächen sind, enthält, wobei die Sonnenmantelflächen, die Planetenmantelflächen und die Innenumfangsfläche derart geformt sind, dass sich bei einer axialen Verschiebung des Hohlrades relativ zu den Sonnenrädern und damit einhergehenden Verkippung der Drehachsen der Planetenräder relativ zu der Drehachse der Sonnenräder die Übersetzungen zwischen dem Hohlrad und jedem der Sonnenräder gegensinnig ändern. Das erfindungsgemäße Planetengetriebe ist in seinem Aufbau einfach und verschleiß- bzw. wartungsarm. Dadurch, dass jede Planetenmantelfläche mit den beiden Sonnenrädern an verschiedenen Seiten einer auf der Drehachse des zugehörigen Planetenrades senkrecht stehenden Mittelebene in Reibberührung ist und an wenigstens einer Stelle mit der Innenumfangsfläche des Hohlrades in Reibberührung ist, und die Planeten mantelflächen derart geformt sind, dass die Planetenräder durch die Reibberührung mit den Sonnenrädern und dem Hohlrad axial gehalten sind, ist ein Planetenträger nicht zwingend erforderlich.
Vorteilhafterweise ist ein Sonnenrad starr mit einer Welle verbunden und das andere Sonnenrad auf der Welle drehbar gelagert und in Richtung auf das eine Sonnenrad vorgespannt, wodurch die für ein Reibgetriebe notwendige Anpressung unterstützt wird.
Vorteilhafterweise können sich die Planetenmantelflächen zu den Stirnseiten der Planetenräder verjüngen und die Sonnenmantelflächen können sich zu den einander zugewandten Stirnseiten der Sonnenräder hin verjüngen.
Alternativ können sich die Planetenmantelflächen in von den Stirnseiten der Planetenräder abgewandter Richtung verjüngen und die Sonnenmantelflächen können sich zu den voneinander abgewandten Stirnseiten der Sonnenräder verjüngen.
Vorteilhafterweise weisen die Planeten mantelflächen einen zwischen zwei Mantelflächen bereichen für eine Reibberührung mit jeweils einer Sonnenmantelfläche angeordneten mittleren Mantelflächenbereich für eine Reibberührung mit der Innenumfangsfläche des Hohlrades auf, wodurch die für die Reibberührung notwendige Anpresskraft gleichmäßig auf die Planetenräder wirkt.
Dadurch, dass der mittlere Mantelflächen bereich als umlaufende Nut ausgebildet ist und die mit konvexer Kontur ausgebildete Innenumfangsfläche des Hohlrades mit jeder Flanke der Nut in Reibberührung ist, ist ein Verkippen der Planetenräder zum Ändern der Übersetzung zwischen Antrieb und Abtrieb besonders vereinfacht.
Vorteilhafterweise schneiden sich in gekipptem Zustand der Planetenräder eine Linie durch die beiden Punkte der Reibberührung der Innenumfangsfläche des Hohlrades mit den Flanken der Nut, die Drehachsen der Planetenräder und die Drehachse der Sonnenräder in einem Punkt, wodurch die Drehachse der Planetenräder bei Schrägstellung eine Präzession erfährt. Dadurch, dass die Planetenräder durch ein Separatorelement in im Wesentlichen gleichen Umfangsabstand zueinander gehalten werden, wird das Planetengetriebe stabilisiert.
Für eine Übersetzungsverstellung weist das Planetengetriebe vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zum axialen Verschieben des Hohlrades relativ zu den Sonnenrädern auf.
Vorteilhafterweise sind die Sonnenmantelflächen, die Planetenmantelflächen und die Innen- umfangsfläche derart geformt, dass der Abstand zwischen den Sonnenrädern bei einem Verkippen der Drehachse der Planetenräder relativ zu der Drehachse der Sonnenräder sich nicht verändert bzw. nur minimal zunimmt. Dadurch wird die für ein Reibgetriebe notwendige Anpressung unterstützt. Bei einer geringfügigen Zunahme des Abstands hat das Planetengetriebe die Tendenz selbsttätig zu der Übersetzung eins zurückzukehren, bei der die Drehachsen parallel zueinander sind.
Vorteilhafterweise sind die Konturen der Sonnenmantelflächen, der Planetenmantelflächen und der Innenumfangsfläche derart geformt, dass bei Drehmomentübertragung von einem Sonnenrad auf das andere die Planetenräder ein die Anpressung zwischen den in Reibberührung stehenden Flächen verstärkendes Tiltmoment wirkt, wodurch die für ein Reibgetriebe notwendige Anpressung ohne Hinzunahme von Bauteilen wie beispielsweise hydraulischen Anpresskolben erzeugt wird.
Geeignete Werkstoffe sind neben konventionellen Stählen auch Spezialstähle, Werkzeugstähle oder keramische Werkstoffe, sowie Verbundwerkstoffe, aus denen zumindest einzelne der Bauteile oder deren Ober- oder Wirkflächen bestehen können. Generell sind alle Werkstoffe mit erhöhter Härte und/oder Verschleißfestigkeit vorteilhaft.
Ebenfalls mögliche Abwandlungen dieses Prinzips beinhalten einen kinematischen Tausch der Sonnen- und Hohlradfunktion, so dass das Getriebe zwei voneinander getrennte Hohlräder und lediglich ein Sonnenrad aufweist, während die weitere Struktur und Funktion vergleichbar bleibt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Figuren, von denen zeigen:
Fig.1 eine Seitenansicht eines Planetengetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform; - A -
Fig. 2 eine nicht maßstabsgetreue Schnittansicht des Planetengetriebes aus Fig. 1 entlang der Linie A-A;
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Planetenrades des Planetengetriebes aus Fig. 1 ;
Fig. 4 schematisch die zwei Sonnenräder, das Hohlrad und ein Planetenrad des Planetenge triebes aus Fig. 1 , wobei das Planetenrad gekippt ist;
Fig. 5 schematisch die zwei Sonnenräder, das Hohlrad und ein Planetenrad des Planetenge triebes aus Fig. 1 , wobei das Planetenrad gekippt ist;
Fig. 6 schematisch ein Sonnenrad, einen Teil des Hohlrades und ein Planetenrad des Plane tengetriebes aus Fig. 1 , wobei das Planetenrad gekippt ist;
Fig. 7 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der wesentlichen Bauteile des Planetengetriebes, wobei das Planetenrad gekippt ist;
Fig. 8 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der wesentlichen Bauteile des Planetengetriebes, wobei das Planetenrad gekippt ist; und
Fig. 9 schematisch eine weitere mögliche Ausführungsform der wesentlichen Bauteile des Planetengetriebes, wobei das Planetenrad gekippt ist.
In Fig. 1 und 2 weist ein Planetengetriebe 10 mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung zwei Sonnenräder 12a, 12b, drei Planetenräder 14 und ein Hohlrad 16 auf. Die Sonnenräder 12a, 12b verjüngen sich zu ihren einander zugewandten Stirnseiten hin, so dass ihre Sonnenmantelflächen 18a, 18b kreiskegelstumpfförmig sind. Die Konturlinie der Sonnenmantelflächen 18a, 18b ist in dem dargestellten Beispiel geradlinig. Die Sonnenräder 12a, 12b sind axial beabstandet auf einer Welle 20 mit einer Drehachse 22 angeordnet. Ein Sonnenrad 12a ist axial zu der Welle 20 verschiebbar und mittels eines Lagers 24, beispielsweise eines Kugellagers, relativ zu der Welle 20 drehbar. Das andere Sonnenrad 12b ist starr mit der Welle 20 verbunden. Die Seite des Planetengetriebes 10 mit dem relativ zu der Welle 20 drehbaren Sonnerad 12a ist beispielsweise die Antriebsseite. Die Seite des Planetengetriebes 10 mit dem Sonnenrad 12b, das mit der Welle 20 starr verbunden ist, ist die Abtriebsseite. Eine Feder 26 stützt sich zwischen Sonnenrad 12a und einem Ansatz 28 der Welle 20 ab und spannt das Sonnenrad 12a in axialer Richtung zu dem Sonnenrad 12b elastisch vor.
Die Planetenräder 14 weisen jeweils eine Drehachse 30 auf und verjüngen sich ausgehend von einem mittleren Bereich zu ihren Stirnseiten hin, so dass ihre Planetenmantelflächen 32 im Wesentlichen kreiskegelstumpfförmig sind. Im dargestellten Beispiel sind die Konturlinien der Planetenmantelflächen 32 konvex gekrümmt. Die Planetenräder 14 weisen zwischen den Planetenmantelflächen 32 eine umlaufende Nut 34 mit abgerundeten Flanken 36 auf. Die Planetenräder 14 sind koaxial zu der Welle 20 angeordnet und mit je einer ihrer Planetenmantelflächen 32 in Reibberührung mit jeweils einer der Sonnenmantelflächen 18a, 18b.
Weiter weist das Planetengetriebe 10 ein auf der Welle 20 drehbar angeordnetes sternförmiges Separatorelement 38 auf, das mit Ansätzen 40 ausgebildet ist, die in Zwischenräume zwischen den Planeten rädern 14 und in die Nut 34 ragen, so dass die Planetenräder 14 in gleichem Umfangsabstand zueinander gehalten sind.
Das Hohlrad 16 weist vorteilhafter Weise eine kreisringförmige Form auf und ist an seiner Innenumfangsfläche 42 mit einem im Querschnitt konvexen, spitzbogenförmigen Wulst ausgebildet. Das Hohlrad 16 ist konzentrisch zu der Welle 20 angeordnet. Die Innenumfangsfläche 42 ist mit jeder Flanke 36 der Nut 34 in Reibberührung.
Die Planetenräder 14 sind durch die Reibberührung der Planetenmantelflächen 32 mit den Sonnenmantelflächen 18a, 18b und der Innenumfangsfläche 42 axial gehalten. Bei einer axialen Verschiebung des Hohlrades 16 relativ zu der Welle 20 verkippen die Planetenräder 14, wobei die Planetenmantelflächen 32, die Nut 34 und die Innenumfangsfläche 42 vorteilhafter Weise derart geformt sind, dass sich in gekipptem Zustand die Drehachsen 30, die Drehachse 22 und Linien durch die zwei Punkte der Reibberührung der Innenumfangsfläche 42 mit den Flanken 36 der Nut 34 in einem Punkt schneiden (s. Fig. 4). Dies führt zu einer wohldefinierten Präzession der Planetenräder 14.
Zum Verschieben des Hohlrades 16 relativ zu der Welle 20 ist eine Verschiebevorrichtung 44, die nur in Fig. 2 dargestellt ist, um das Hohlrad 16 angeordnet. In diesem Beispiel ist die Verschiebevorrichtung 44 ähnlich einer Kupplungsbetätigung ausgebildet und wird daher nicht näher erläutert. Fig. 3 zeigt zum besseren Verständnis ein Planetenrad, wie es in dem Planetengetriebe aus Fig. 1 und 2 verwendet ist, in einer vergrößerten Darstellung.
Die Funktionsweise des Planetengetriebes wird im Folgenden anhand der Fig. 1-6 erklärt.
Für die Beschreibung der Funktionsweise werden folgende Definitionen zugrunde gelegt:
rsi ist der Abstand zwischen der Drehachse 20 und dem Punkt der Reibberührung der Sonnenmantelfläche 18a mit der Planetenmantelfläche 32;
rs2 ist der Abstand zwischen der Drehachse 20 und dem Punkt der Reibberührung der Sonnenmantelfläche 18b mit der Planetenmantelfläche 32;
rpi ist der Abstand zwischen der Drehachse 30 und dem Punkt der Reibberührung der Planetenmantelfläche 32 mit der Sonnenmantelfläche 18a;
rp2 ist der Abstand zwischen der Drehachse 30 und dem Punkt der Reibberührung der Planetenmantelfläche 32 mit der Sonnenmantelfläche 18b;
nsi ist die Drehzahl des Sonnenrades 12a;
ns2 ist die Drehzahl des Sonnenrades 12b;
np ist die Drehzahl der Planetenräder 14; und
ΔS ist der axiale Abstand der Sonnenräder 12a, 12b zueinander.
Allgemein gilt für eine Drehmomentübertragung bei dem Planetengetriebe 10:
nsi x rsi = np X rPi und ns2 x rs2 = np x rp2 Bei der Beschreibung der Funktionsweise wird mit einem ungekippten Zustand der Planetenräder 14 begonnen. In diesem Zustand gilt bei symmetrischer Bauweise des Planetengetriebes 10:
|"S1 = rs2 ; rpi = rp2 und daher nsi = ns2-
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb ist dann i = 1.
Bei einer axialen Verschiebung des Hohlrades 16 relativ zu den Sonnenrädern 12a, 12b werden die Planetenräder 14 an den Flanken 36 der Nuten 34 mitgenommen und die Drehachsen 30 der Planetenräder 14 relativ zu der Drehachse 20 der Sonnenräder 12a, 12b gekippt. Wird die Drehachse 30, wie in Fig. 4 zu sehen ist, zu dem Sonnenrad 12a hin gekippt, so gilt rsi > r§2 und rpi < rp2, d.h. nsi < ns2- Wird die Drehachse 30 zu dem Sonnenrad 12b hin gekippt, so ändern sich die eben genannten Beziehungen entsprechend umgekehrt. Die Übersetzung zwischen nsi und ns2 ändert sich somit entsprechend der axialen Verschiebung. Dabei ändern sich die Übersetzungen zwischen dem Hohlrad 16 und jedem der Sonnenräder 12a, 12b gegensinnig.
Die Kegelmantelflächen können derart ausgebildet sein, dass der Abstand ΔS (Fig. 5) zwischen den Stirnseiten der Sonnenräder 12a, 12b bei einem Verkippen der Drehachsen 30 der Planetenräder 14, d.h. bei einer Verstellung der Übersetzung, konstant bleibt. Eine Anpressung zwischen den Sonnenrädern 12a, 12b, den Planetenrädern 14 und dem Hohlrad 16 wird durch die Feder 26 gewährleistet.
Vorteilhafterweise sind die Kegelmantelflächen derart ausgebildet, das der Abstand ΔS bei einer Verkippung der Drehachsen 30 aus deren Parallelität mit der Drehachse 22 etwas zunimmt. Damit wird erreicht, dass das Planetengetriebe 10 selbsttätig in seine Neutralstellung (i = 1) zurückkehrt und bei maximaler Über- und Untersetzung maximale Anpresskräfte vorliegen.
Bei einer Drehmomentübertragung zwischen Antrieb und Abtrieb wird, wie in Fig. 6 zu sehen ist, auf Grund der Reibberührungen der Planetenräder 14 mit den Sonnenrädern 12 und dem Hohlrad 16 ein Tiltmoment T erzeugt, das die Planetenräder 14 um eine Achse senkrecht zu ' ihren Drehachsen 30 dreht. Die Konturen der Sonnenmantelflächen 18a, 18b, der Planetenmantelflächen 32 und der Innenumfangsfläche 42 sind so geformt, dass das Tiltmoment T die Planetenräder 14 auch radial nach innen drückt und die Anpressung zwischen den Sonnenmantelflächen 18a, 18b, den Planetenmantelflächen 32 und der Innenumfangsfläche 42 verstärkt. Dies führt dazu, dass die Anpressung mit zunehmendem, von dem Planetengetriebe 10 übertragenem Drehmoment zunimmt, d.h. das Planetengetriebe 10 ist in gewisser Weise selbstanpressend. Die Feder 26 könnte in diesem Fall entfallen, wenn die Sonnenräder 12a, 12b axial relativ zueinander gehalten sind.
Das erfindungsgemäße Planetengetriebe kann vielfältig abgeändert werden:
Die Sonnenräder können unterschiedlich groß sein. Die Konturen der Mantelflächen können in gegenseitiger Abstimmung konkav, konvex oder geradlinig sein.
Die Innenumfangsfläche des Hohlrades kann an nur einem Punkt in Reibberührung mit den Planetenmantelflächen sein.
Ein Planetenradträger, dessen Stege die Planetenräder durchdringen, kann angeordnet werden, so dass an diesem ein weiterer Gang abgreifbar ist.
Die Feder 26 kann durch andere Vorspannmittel ersetzt werden.
Weitere mögliche Ausführungsformen des Planetengetriebes sind in den Fig. 7 bis 9 dargestellt.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Sonnenräder 12a, 12b ähnlich wie in den Fig. 1- 4 ausgebildet und angeordnet sind. Die Planetenräder 14 weisen eine ähnliche Form wie die Planetenräder 14 in den Fig. 1-4 auf, sind jedoch ohne Nut ausgebildet. Das Hohlrad 16 weist an seiner Innenumfangsfläche 42 zwei konvexe, insgesamt die Flanken einer Nut bildende In- nenumfangsflächen auf, die jeweils mit einer der Planetenmantelflächen 32 in Reibberührung sind.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Sonnenräder 12a, 12b ähnlich wie in den Fig. 1-4 ausgebildet und angeordnet sind. Die Planetenräder 14 verjüngen sich zu ihren Stirnseiten hin, so dass die Planetenmantelflächen 32 im Wesentlichen kreiskegelförmig sind und konvex gekrümmte Konturen aufweisen. In einem mittleren Bereich weisen die Planetenmantelflächen 32 einen kleineren Krümmungsradius als an den Seitenbereichen auf. Das Hohlrad 16 weist an seiner Innenumfangsfläche 42 einen im Wesentlichen konkaven Querschnitt auf, dessen Krümmungsradius vorteilhafter weise etwas größer als der Krümmungsradius des mittleren Bereichs der Planetenmantelflächen 32 ist, so dass die Innenumfangsfläche 42 den mittleren Bereich der Planetenmantelflächen 32 an einem Punkt berührt.
Die Planetenmantelflächen 32 können alternativ zwei parallele, umlaufende Wülste in der Nähe des mittleren Bereichs aufweisen, so dass die Innenumfangsfläche 42 die Planetenmantelflächen 32 an zwei Punkten berührt.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die axial schmal ausgebildeten Sonnenmantelflächen 18a, 18b kreiskegelstumpfförmig sind und konkav gekrümmte Konturen aufweisen. Die Sonnenräder 12a, 12b sind auf eigenen, zueinander gleichachsigen Wellen 46 so angeordnet, dass die verjüngte Stirnseite von dem jeweils anderen Sonnenrad 12a, 12b abgewandt ist. Die Planetenmantelflächen 32 sind ohne Zwischennut oder-wulst ausgebildet und weisen eine konkave Kontur auf. Die Innenumfangsfläche 42 des Hohlrades 16 ist mit zwei konkaven Seitenbereichen ausgebildet, die über einen geradlinigen, achsparallelen Bereich verbunden sind. Jeder konkave Seitenbereich der Innenumfangsfläche 42 ist mit den Kegelmantelflächen der Planetenräder 14 in Reibberührung.
Alle Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen können in zweckmäßiger Weise miteinander kombiniert und weiter abgeändert werden, solange der Grundgedanke der Erfindung gemäß Anspruch 1 realisiert ist.
Bezuαszeichenliste
10 Planetengetriebe
12a Sonnenrad
12b Sonnenrad
14 Planetenrad
16 Hohlrad
18a Sonnenmantelfläche
18b Sonnenmantelfläche
20 Welle
22 Drehachse
24 Lager
26 Feder
28 Ansatz
30 Drehachse
32 Planetenmantelfläche
34 Nut
36 Flanke
38 Separator
40 Ansatz
42 Innenumfangsfläche
44 Verschiebevorrichtung
46 Welle
T Tiltmoment rsi Abstand zwischen der Drehachse 20 und dem Punkt der Reibberührung der Sonnenmantelfläche 18a mit der Planetenmantelfläche 32 rs2 Abstand zwischen der Drehachse 20 und dem Punkt der Reibberührung der Sonnenmantelfläche 18b mit der Planetenmantelfläche 32 rpi Abstand zwischen der Drehachse 30 und dem Punkt der Reibberührung der Planetenmantelfläche 32 mit der Sonnenmantelfläche 18a rp2 Abstand zwischen der Drehachse 30 und dem Punkt der Reibberührung der Planetenmantelfläche 32 mit der Sonnenmantelfläche 18b nsi Drehzahl des Sonnenrades 12a ns2 Drehzahl des Sonnenrades 12b
ΔS axialer Abstand der Sonnenräder 12a, 12b zueinander

Claims

Patentansprüche
1. Planetengetriebe (10) mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung, mit zwei in gegenseitigen, axialen Abstand um dieselbe Drehachse (22) mit unterschiedlicher Drehzahl drehbaren Sonnenrädern (12a, 12b) mit Sonnenmantelflächen (18a, 18b), einem gleichachsig zu den Sonnenrädern (12a, 12b) angeordnetem Hohlrad (16) mit einer radial inneren Innenumfangsfläche (42) und
Planetenrädern (14) mit Planetenmantelflächen (32), die in Reibberührung mit der Innenumfangsfläche (42) und den Sonnenmantelflächen (18a, 18b) sind, wobei die Sonnenmantelflächen (18a, 18b), die Planetenmantelflächen (32) und die Innenumfangsfläche (42) derart geformt sind, dass sich bei einer axialen Verschiebung des Hohlrades (16) relativ zu den Sonnenrädern und damit einhergehenden Verkippung der Drehachsen (30) der Planetenräder (14) relativ zu der Drehachse (22) der Sonnenräder (12a, 12b) die Übersetzungen zwischen dem Hohlrad (16) und jedem der Sonnenräder (12a, 12b) gegensinnig ändern.
2. Planetengetriebe (10) nach Anspruch 1 , wobei jede Planeten mantelfläche (32) mit den beiden Sonnenrädern (12a, 12b) an verschiedenen Seiten einer auf der Drehachse (30) des zugehörigen Planetenrades (14) senkrecht stehenden Mittelebene in Reibberührung und an wenigstens einer Stelle mit der Innenumfangsfläche (42) des Hohlrades (16) in Reibberührung ist, und die Planetenmantelflächen (32) derart geformt sind, dass die Planetenräder (14) durch die Reibberührung mit den Sonnenrädern (12a, 12b) und dem Hohlrad (16) axial gehalten sind.
3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das eine Sonnenrad (12b) starr mit einer Welle (20) verbunden ist und das andere Sonnenrad (12a) auf der Welle (20) drehbar gelagert und in Richtung auf das eine Sonnenrad (12b) vorgespannt ist.
4. Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planetenmantelflächen (32) sich zu den Stirnseiten der Planetenräder (14) verjüngen und die Sonnenmantelflächen (18a, 18b) sich zu den einander zugewandten Stirnseiten der Sonnenräder (12a, 12b) hin verjüngen.
5. Planetengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Planetenmantelflächen (32) sich in von den Stirnseiten der Planetenräder (14) abgewandter Richtung verjüngen und die Sonnenmantelflächen (18a, 18b) sich zu den voneinander abgewandten Stirnseiten der Sonnenräder (12a, 12b) verjüngen.
6. Planetengetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Planetenmantelflächen (32) einen zwischen zwei Mantelflächenbereichen für eine Reibberührung mit jeweils einer Sonnenmantelfläche (18a, 18b) angeordneten mittleren Mantelflächenbereich für eine Reibberührung mit der Innenumfangsfläche (42) des Hohlrades (16) aufweisen.
7. Planetengetriebe (10) nach Anspruch 6, wobei der mittlere Mantelflächenbereich als umlaufende Nut (34) ausgebildet ist.
8. Planetengetriebe (10) nach Anspruch 7, wobei die mit konvexer Kontur ausgebildete Innenumfangsfläche (42) des Hohlrades (16) mit jeder Flanke (36) der Nut (34) in Reibberührung ist.
9. Planetengetriebe (10) nach Anspruch 8, wobei in gekipptem Zustand der Planetenräder (14) sich eine Linie durch die beiden Punkten der Reibberührung der Innenumfangsfläche (42) des Hohlrades (16) mit den Flanken (36) der Nut (34), die Drehachsen (30) der Planetenräder (14) und die Drehachse (22) der Sonnenräder (12a, 12b) in einem Punkt schneiden.
10. Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Planetenräder (14) durch ein Separatorelement (38) in im Wesentlichen gleichem Umfangsab- stand zueinander gehalten werden.
11. Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend eine Vorrichtung (44) zum axialen Verschieben des Hohlrades (16) relativ zu den Sonnenrädern.
12. Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonnenmantelflächen (18a, 18b), die Planetenmantelflächen (32) und die Innenumfangsfläche (42) derart geformt sind, dass der Abstand zwischen den Sonnenrädern (12a, 12b) bei einem Verkippen der Drehachse (30) der Planetenräder (14) relativ zu der Drehachse (22) der Sonnenräder (12a, 12b) zunimmt.
13. Planetengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konturen der Sonnenmantelflächen (18a, 18b), der Planetenmantelflächen (32) und der Innenum- fangsfläche (42) derart geformt sind, dass bei Drehmomentübertragung von einem Sonnenrad (12a, 12b) auf das andere auf die Planetenräder (14) ein die Anpressung zwischen den in Reibberührung stehenden Flächen verstärkendes Tiltmoment (T) wirkt.
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