DE19600191A1

DE19600191A1 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE19600191A1
Application number: DE19600191A
Authority: DE
Inventors: Masataka Hashimoto; Hong You Wang
Original assignee: Teijin Seiki Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 1995-01-06
Filing date: 1996-01-04
Publication date: 1996-07-11
Also published as: JP3481335B2; GB2296751A; US5695425A; GB9526563D0; JPH08189548A; GB2296751B

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1.

Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Planetengetriebe mit einem Innenzahnrad, das eine Anzahl von Innenzähnen mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, und einem Außenzahnrad, das eine Anzahl von Außen zähnen besitzt, die in gleitendem und kämmendem Kontakt mit den Innen zähnen stehen und wellenförmig ausgebildet sind.

Derartige Planetengetriebe weisen eine hohe Stabilität auf, da jeweils eine Anzahl von Innen- und Außenzahnrädern in gleitendem und kämmendem Eingriff miteinander steht, so daß diese Art von Planetengetrieben in großem Umfang in Reduktionsgetrieben, etwa für Robotermechanismen, Antriebsme chanismen für Werkzeugmaschinen oder Antriebsmechanismen für Bauma schinen verwendet werden.

Die Innenzähne des Innenzahnrades weisen üblicherweise einen halbkreis förmigen Querschnitt auf, so daß es ermöglicht wird, zylindrische Stifte zur Herstellung der Innenzähne zu verwenden und damit die Produktion des In nenzahnrades zu erleichtern und zugleich den Reibungswiderstand zwischen Innen- und Außenzähnen durch drehbare Lagerung der Innenzähne zu ver ringern.

Ein entsprechendes bekanntes Planetengetriebe umfaßt ein Innenzahnrad mit einer Mittelachse und einer Anzahl von Innenzähnen und ein Außenzahn rad innerhalb des Innenzahnrades, das eine Anzahl von Außenzähnen auf weist, die in gleitendem und kämmendem Eingriff mit den Innenzähnen des Innenzahnrades stehen. Das Außenzahnrad weist eine Mittelachse auf, die ge genüber der Mittelachse des Innenzahnrades versetzt ist, und wird durch ein Gehäuseteil über eine Anzahl von Kurbelwellen derart gelagert, daß das Au ßenzahnrad um die Mittelachse des Innenzahnrades umläuft, während die Mittelachse des Außenzahnrades eine Kreisbahn um die Mittelachse des In nenzahnrades mit dem Abstand des erwähnten Versatzes beschreibt. Die Kur belwellen weisen zentrale Drehachsen und Kurbelbereiche auf, auf denen das Außenzahnrad drehbar abgestützt ist, so daß bei Drehung der Kurbelwellen um deren Achse das Außenzahnrad in einer Umlaufbahn umläuft und zugleich um die Mittelachse des Außenzahnrades gedreht wird. Die Drehung und die Umlaufbewegung des Außenzahnrades bewirken, daß das Innenzahnrad und das Gehäuseteil mit relativ langsamer Drehzahl gedreht werden kann. Die An zahl der Außenzähne auf dem Außenzahnrad ist kleiner, im allgemeinen um i kleiner als die Zähnezahl der Innenzähne auf dem inneren Umfangsbereich des Innenzahnrades. Das bedeutet, daß das Reduktionsverhältnis des Plane tengetriebes 1/n beträgt, wenn "n" die Anzahl der Innenzähne des Innen zahnrades repräsentiert, so daß das Innenzahnrad durch die Kurbelwellen in gleitender und kämmender Eingriffsberührung mit dem Außenzahnrad um seine Achse mit dem erwähnten Reduktionsverhältnis 1/n gedreht wird.

Bei einem Planetengetriebe dieser Art weisen die Außenzähne eine Wellen form auf, die einer vorgegebenen Trochoide folgt. Das Zahnrad, das auf der Grundlage einer Trochoiden hergestellt ist, soll im folgenden als epitrochoi des Zahnprofil bezeichnet werden, während eine Profilkurve allgemein als Zahnprofilkurve benannt wird.

Ein Planetengetriebe der zuvor dargestellten Art ist beispielsweise den japa nischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 4-69299 und 4-282047 zu entneh men.

Diese herkömmlichen Planetengetriebe werden jedoch betrieben, während die Außenzähne des Außenzahnrades mit den Innenzähnen des Innenzahnra des unter einem Druckwinkel kämmen, der relativ groß ist und in der Nähe von 90° im Vorsprungsbereich und Rücksprungsbereich der Außenzähne des Außenzahnrades liegt. Das hat zur Folge, daß eine große Zahnbelastung in Normalrichtung in bezug auf die Oberfläche der Außenzähne des Außenzahn rades auftritt, während der Druckwinkel groß ist, obgleich Bereiche der Au ßenzähne des Außenzahnrad es ein gewisses Spiel erfordern. Dies führt zu nachteiligen Effekten einschließlich einem relativ großen Widerstand, der auf die Innen- und Außenzahnräder ausgeübt wird, so daß der Anlaufwirkungs grad des Planetengetriebes eingeschränkt wird. Nachteilig ist weiter, daß die Innen- und Außenzähne des Innen- und Außenzahnrades miteinander mit re lativ großem Eingriffsdruck kämmen, so daß Wärme erzeugt wird, so daß nicht nur die Belastbarkeit der Innen- und Außenzähne des Innen- und Au ßenzahnrades gering ist, sondern die Oberflächen der Zähne beschädigt wer den können. Das Außenzahnrad besitzt einen großen Druckwinkel um den Vorsprungsbereich der einzelnen Außenzähne und den Eingriffspunkt eines Innenzahnes in Abstand von einem Teilungs- oder Neigungspunkt, der durch das Innen- und Außenzahnrad bestimmt wird. Das führt zu einer großen Gleitgeschwindigkeit und großen Widerstandsverlusten, so daß der Übertra gungswirkungsgrad der Zahnräder beeinträchtigt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Planetengetriebe zu schaffen, das ein Außenzahnrad mit ausgeglichener Belastbarkeit im ge samten Umfangsbereich aufweist.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Planetengetriebe zu schaffen, das Innen- und Außenzahnräder aufweist, die miteinander in wirksamer Wei se kämmen, einen hohen Übertragungswirkungsgrad gewährleisten und eine geringe Flächenbelastung der Zähne verursachen. Die Widerstandsverluste sollen gering sein. Drehmomentschwankungen und Schwingungen aufgrund von Herstellungsungenauigkeiten sollen unterdrückt werden, und der Tot gang zwischen den Zahnflächen des Innen- und Außenzahnrades soll redu ziert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich im einzelnen aus den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß umfaßt ein Planetengetriebe ein Innenzahnrad mit einer Mittelachse und einem inneren Umfangsbereich mit einer Anzahl von Innen zähnen mit halbkreisförmigem Querschnitt, und ein Außenzahnrad innerhalb des Innenzahnrades, das einen äußeren Umfangsbereich mit einer Anzahl von Außenzähnen aufweist, die eine Wellenform besitzen. Die Innenzähne sind im Umfang gleichförmig und in gleichen Abständen verteilt. Sie weisen Mittel achsen auf, die sich parallel zur Mittelachse des Innenzahnrades erstrecken. Die Anzahl der Außenzähne unterscheidet sich von der Zahl der Innenzähne des Innenzahnrades. Das Außenzahnrad besitzt eine Mittelachse, die gegenü ber der Mittelachse des Innenzahnrades versetzt ist, und das Außenzahnrad läuft um die Mittelachse des Innenzahnrades um, während es in gleitendem und kämmendem Eingriff mit den Innenzähnen des Innenzahnrades gehal ten wird. Dabei bewegt sich die Mittelachse des Außenzahnrades auf einer Umlaufbahn um die Mittelachse des Innenrades mit einem Abstand, der dem erwähnten Versatz entspricht. Die Außenzähne des Außenzahnrades weisen Zahnprofile auf, die Rücksprungsbereiche und Vorsprungsbereiche sowie zwei Zahneingriffsbereiche einschließen, die die Rücksprungs- und Vor sprungsbereiche verbinden. Die Zahneingriffsbereiche des Zahnprofils bilden eine epitrochoide Zahnfläche, die sich auf einer theoretischen Epitrochoide erstreckt, deren Mittelpunkt mit der Mittelachse des Außenzahnrades zu sammentrifft. Die epitrochoiden Zahnflächen des Außenzahnrades werden in gleitendem und kämmendem Kontakt mit den Innenzähnen des Innenzahn rades gehalten, und die Rücksprungsbereiche der theoretischen Epitrochoi de sind gegenüber der theoretischen Kurve nach innen in Bezug auf den Mit telpunkt des Außenzahnrades versetzt. Entsprechendes gilt für die Vor sprungsbereiche.

Die Rücksprungsfläche des Rücksprungsbereichs kann einen Abstand gegen über der theoretischen Epitrochoide aufweisen, der sein Maximum um Mit telpunkt der Rücksprungsfläche besitzt. Die Vorsprungsfläche des Vor sprungsbereichs weist ebenfalls einen Abstand gegenüber der theoretischen Epitrochoide auf, dessen Maximum im Mittelbereich der Vorsprungsfläche liegt.

Die Innenzähne des Innenzahnrades weisen vorzugsweise einen ersten ausge richteten Innenzahn, einen zweiten ausgerichteten Innenzahn sowie eine er ste und zweite Gruppe von nicht-ausgerichteten Innenzähnen auf. Im einzel nen besitzt der erste ausgerichtete Innenzahn eine Mittelachse und eine Zahneingriffsfläche, die in der Nähe des Mittelpunktes der Rücksprungsflä che des Rücksprungsbereichs gehalten wird, wenn der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche des Rücksprungsbereichs ausgerichtet ist mit der Mittel achse des ersten ausgerichteten Innenzahnes des Innenzahnrades und der Mittelachse des Innenzahnrades. Der zweite ausgerichtete Innenzahn liegt im Abstand von dem Vorsprungsbereich eines der Außenzähne des Außenzahnra des, wenn der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche des Rücksprungsbereichs ausgerichtet ist mit der Mittelachse des ersten ausgerichteten Innenzahns des Innenzahnrades und der Mittelachse dieses Innenzahnrades, wie es be reits zuvor angegeben wurde. In diesem Falle ist die erste Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne summetrisch in bezug auf den ersten ausgerichte ten Innenzahn angeordnet, und die Zahneingriffsflächen befinden sich in Druckkontakt mit den epitrochoiden Zahnflächen der Außenzähne des Au ßenzahnrades, wenn, wie erwähnt, der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche des Rücksprungsbereiches ausgerichtet ist mit der Mittelachse des ersten ausgerichteten Innenzahns und der Mittelachse des Innenzahnrads. Die zwei te Gruppe der nicht-ausgerichteten Innenzähne ist symmetrisch in bezug auf den ersten ausgerichteten Innenzahn angeordnet und liegt im Abstand zu den Vorsprungsbereichen der Außenzähne des Außenzahnrades, wenn, wie er wähnt, der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche des Rücksprungsbereichs ausgerichtet ist mit der Mittelachse des ersten ausgerichteten Innenzahnes des Innenzahnrades und der Mittelachse des Innenzahnrades.

Jeder der epitrochoiden Zahnflächen der Außenzähne des Außenzahnrades können eine Tangentiallinie und eine Wirkungslinie senkrecht zur Tangenti allinie aufweisen. Innen- und Außenzähne der Innen- und Außenzahnräder stehen miteinander in Eingriff an einem Oberflächenpunkt, an dem die Wir kungslinie die Tangentiallinie schneidet. Der innere Umfangsbereich des In nenzahnrades weist eine Umfangslinie auf, die die Mittelachsen der Innen zähne des Innenzahnrades aufnimmt, und eine Tangentiallinie senkrecht zu der radialen Richtung des Innenzahnrades. Die Wirkungslinie der Außenzäh ne des Außenzahnrades und die Tangentiallinie der Innenzähne des Innen zahnrades definieren einen Druckwinkel, der variabel ist zwischen einem er sten maximalen Druckwinkel, bei dem die Innen- und Außenzähne mit dem Eingriff beginnen, und einem zweiten maximalen Druckwinkel, bei dem die Innen- und Außenzähne den Eingriff beenden. Dieser Druckwinkel liegt vor zugsweise zwischen 50 und 80°.

Das Innen- und Außenzahnrad kann einen Zahnprofilfaktor mit einem Wert unterhalb von 0,1 oder sogar einem negativen Wert aufweisen.

Das Innenzahnrad weist einen inneren Umfangsbereich auf, der mit einer An zahl von Nuten versehen ist, die einen halbkreisförmigen Querschnitt aufwei sen, sowie eine Mittelachse, die sich parallel zu der Mittelachse des Zahnra des erstreckt. In diesen Nuten liegen stift- oder rollenförmige Innenzähne, deren eine Hälfte in die Nuten eintaucht. Die zylindrischen Rollen oder Stifte sind drehbar in den Nuten gelagert, so daß sie beim gleitenden Kontakt mit den Zähnen des Außenzahnrades gedreht werden können.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Teilschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform ei nes erfindungsgemäßen Planetengetriebes und zeigt die Ge samtanordnung;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittdarstellung eines Zahnprofils ei nes der äußeren Zähne eines außen verzahnten Zahnrades als Teil der ersten Ausführungsform des Planetengetriebes;

Fig. 3 zeigt die Kurve eines Idealzahnprofils zur Verwendung zur Bil dung des Zahneingriffsbereichs jedes äußeren Zahnes des außen verzahnten Zahnrades als Teil der ersten Ausführungsform des Planetengetriebes;

Fig. 4 ist eine erläuternde Darstellung der gesamten Außenzähne der ersten Ausführungsform und zeigt abgeschnittene Bereiche je des der äußeren Zähne;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Teildarstellung einer zweiten Ausführungs form des Planetengetriebes gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Änderung der Druckwin kel, bezogen auf den Zahnprofilkoeffizienten;

Fig. 7 ist eine Teilschnittdarstellung ähnlich Fig. 1, zeigt jedoch eine dritte Ausführungsform des Planetengetriebes gemaß der Erfin dung;

Fig. 8 ist eine Teilschnittdarstellung des Zahnprofils jedes der äuße ren Zähne des Außenzahnrades der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Planetengetriebes;

Fig. 9 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 3 und zeigt eine ideale Zahn profilkurve zur Bildung des Zahneingriffsbereiches jedes der Au ßenzähne des Außenzahnrads der dritten Ausführungsform; und

Fig. 10 ist eine Teilschnittdarstellung ähnlich Fig. 1 und zeigt eine vier te Ausführungsform des Planetengetriebes gemäß der vorliegen den Erfindung.

Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe ein In nenzahnrad 10 und ein Außenzahnrad 20. Das Innenzahnrad 10 weist eine Mittelachse O₁₀ und einen inneren Umfangsflächenbereich 11 auf, auf dem eine Anzahl von Innenzähnen 12 ausgebildet ist, die jeweils im Querschnitt halbkreisförmig mit einem Radius r_c ausgebildet sind. Die Innenzähne 12 des Innenzahnrades 10 sind auf dem Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet und weisen Mittelachsen 12c auf, die parallel zu der Mittelachse O₁₀ des In nenrades 10 verlaufen.

In Fig. 1 wird der Innenflächenbereich 11 des Innenzahnrades 10 gebildet durch einen Ring 13 mit einer Anzahl von Nuten 13a und einer Anzahl von zylindrischen Stiften 14, deren äußere Hälfte 14a in den Nuten 13a des Rin ges 13 liegt, sowie zwei nicht gezeigte Stützglieder, die an dem Ring 13 an gebracht sind und die Stifte 14 in den Nuten 13a des Ringes 13 festlegt. Jede der Nuten 13a des Ringes 13 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt mit ei nem vorgegebenen Radius, der im wesentlichen dem Radius r_c der Stifte 14 entspricht, und die Mittelachse der Nuten erstreckt sich parallel zur Mittel achse O₁₀ des Innenzahnrades 10. Die Stifte 14 werden jeweils durch den Ring 13 und die Stützglieder so gehalten, daß sie um ihre jeweiligen Achsen, das heißt die Mittelachsen 12c der einzelnen Innenzähne 12 drehbar sind.

Das Planetengetriebe umfaßt weiterhin eine Anzahl von nicht gezeigten Kur belwellen, durch die das Außenzahnrad 20 so abgestützt wird, daß die Mittel achse O₂₀ um einen Betrag e₀ gegenüber der Mittelachse O₁₀ des Innen zahnrades 10 versetzt ist. Das Außenzahnrad 20 weist eine Anzahl von abge setzten Durchgangsbohrungen auf, in denen die Kurbelwellen drehbar über Lager in gleichen Abständen zueinander und gegenüber der Mittelachse des Außenzahnrades 20 abgestützt sind. Im einzelnen hat jede Kurbelwelle ein zentralen Drehachsenbereich, der durch ein Gehäuseteil drehbar abgestützt ist und mit einer äußeren Antriebseinrichtung in Verbindung steht. Ein Kur belbereich liegt in dem abgesetzten Durchgangsbohrungsbereich des Außen zahnrades 20. Das Außenzahnrad 20, das auf diese Weise durch die Kurbel wellen abgestützt wird, ist um die Mittelachse O₁₀ des Innenzahnrades 10 drehbar, so daß die Mittelachse O₂₀ des Außenzahnrades 20 auf einer Um laufbahn bewegt wird, die die Mittelachse O₁₀ des Innenzahnrades 10 im Ab stand umgibt, der gleich dem Betrag des Versatzes e₀ ist.

Das Außenzahnrad 20 weist einen äußeren Umfangsbereich 21 auf, der mit einer Anzahl von Außenzähnen 22 in Wellenform versehen ist. Die Zahl der Außenzähne 22 ist im allgemeinen um 1 oder 2 geringer als die Zahl der In nenzähne 12 entsprechend dem gewünschten Reduktionsverhältnis des Pla netengetriebes.

Bei den Ausführungsformen des Planetengetriebes, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben werden, ist die Anzahl der Außenzähne auf dem Au ßenzahnrad nur um 1 kleine als die Anzahl der Innenzähne auf dem inneren Umfangsbereich des Innenzahnrades. Das Reduktionsverhältnis der Innen- und Außenzahnräder 10 und 20 beträgt beispielsweise 1/n. Dabei ist "n" die Anzahl der Innenzähne 12 des Innenzahnrades 10. Das Innenzahnrad 10 wird gedreht durch das umlaufende Außenzahnrad 20, das in gleitendem Eingriff steht mit dem Innenzahnrad 10, wenn das Außenzahnrad 20 um die Mittel achse O₁₀ des Innenzahnrades 10 mit Hilfe der zuvor erwähnten Kurbelwel len umfaßt. Während der Drehbewegung des Außenzahnrades 20 werden die Außenzähne 22 des Außenzahnrades 20 in gleitender und kämmender Be rührung mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 gehalten, und jeder der zylindrischen Stifte 14 wird in bezug auf den Ring 13 des Innenzahnra des 10 gedreht und in Gleiteingriff mit den Zähnen 22 des Außenzahnrades 20 gehalten. Das Planetengetriebe kann eine Ausgangswelle aufweisen, durch die die Kurbelwellen drehbar gehalten werden und die drehbar durch das zu vor erwähnte Gehäuseteil gelagert ist.

Die Außenzähne 22 des Außenzahnrades 20 weisen Zahnprofile auf, die zwei Zahneingriffsbereiche 25, nämlich einen Rücksprungsbereich 26 und einen Vorsprungsbereich 27 umfassen. Jeder der Zahneingriffsbereiche 22a ist an seiner Rücksprungsseite mit dem Rücksprungsbereich 26 und an seiner Vor sprungsseite mit dem Vorsprungsbereich 27 verbunden.

In Fig. 2 haben die Zahneingriffsbereiche 25 der Zahnprofile der Außenzähne 22 epitrochoidale Zahnflächen Fa, die sich entlang einer theoretischen epi trochoiden Kurve La erstrecken, die einen Mittelpunkt aufweist, die mit der Mittelachse O₂₀ des Außenzahnrades 20 zusammentrifft. Die theoretische epitrochoide Kurve La wird definiert als Kurve, die durch einen Punkt auf ei ner kreisförmigen Scheibe gezogen wird, die einen bestimmten Radius "r" hat und um einen Basiskreis herumrollt. Der Basiskreis hat einen Radius "R", der größer als der Radius "r" der kreisförmigen Scheibe ist. Die epitrochoi den Zahnflächen La der Außenzähne 22 des Außenzahnrades 20 werden in gleitender und kämmender Berührung mit den Innenzähnen 12 des Innen zahnrades 10 gehalten.

Andererseits weist der Rücksprungsbereich 22 eine Rücksprungsfläche Fb auf, der im Abstand liegt zu der theoretischen epitrochoiden Kurve La. Die Rücksprungstiefe 28 nimmt nach und nach zu vom Rücksprungsende des Zahneingriffbereichs 25 in Richtung des Zentrums der Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbereichs 26, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Aus ähnlichen Gründen weist der Vorsprungsbereich 27 eine Vorsprungsfläche Fc auf, die im Ab stand zu der theoretischen epitrochoiden Kurve La liegt. Die Vorsprungstiefe 29 nimmt nach und nach zu vom Ende des Vorsprungsbereichs des Zahnein griffsbereichs 25 in Richtung des Zentrums der Vorsprungsfläche Fc des Vorsprungsbereichs 27.

Während zuvor angegebenen worden ist, daß der Rücksprungsbereich und der Vorsprungsbereich 26, 27 eine wachsende Rücksprungs- bzw. Vor sprungstiefe 28, 29 aufweisen, ist diese Zunahme der Rücksprungstiefe nicht wesentlich. Vielmehr kann diese Tiefe 28, 29 erfindungsgemäß eine beliebige Form haben. Ebenso kann die Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbe reichs 26 einen Abstand gegenüber der epitrochoiden Kurve La aufweisen, dessen maximale Tiefe im Zentrum der Rücksprungsfläche Fb liegt, während die Vorsprungsfläche Fc des Vorsprungsbereichs 27 von der epitrochoiden Kurve La einen Maximalabstand im Zentrum des Vorsprungsbereichs 27 auf weisen kann.

In Fig. 1 umfassen die Innenzähne 12 des Innenzahnrades 10 einen ersten, ausgerichteten Innenzahn 12F mit einer Zahneingriffsfläche 12a und einer Mittelachse 12c und einen zweiten ausgerichteten Zahn 12S, der vom Vor sprungsbereich 27 eines der Außenzähne 22 des Außenzahnrades entfernt liegt, wenn der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbe reichs 26 mit der Mittelachse 12c des ersten ausgerichteten Innenzahnes 12F des Innenzahnrades 10 und der Mittelachse O₁₀ des Innenzahnrades 10 ausgerichtet ist. Die Zahneingriffsfläche 12 des ersten ausgerichteten Innen zahnes 12F wird in der größten Nähe zu dem Mittelpunkt C1 der Rück sprungsfläche Fb des Rücksprungsbereichs 26 der Umfangsflächen der Au ßenzähne 22 gehalten, wenn der Mittelpunkt C1 der Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbereichs 26 mit der Mittelachse 12c des ersten ausgerichte ten Innenzahnes 12F des Innenzahnrades 10 und dem Mittelpunkt O₁₀ des Innenzahnrades 10 ausgerichtet ist.

Der Innenzahn 12 des Innenzahnrades 10 umfaßt weiterhin eine erste Grup pe von nicht ausgerichteten Innenzähnen 12NA, die symmetrisch in bezug auf den ersten ausgerichteten Innenzahn 12F angeordnet sind und Zahnein griffsflächen 12d aufweisen, und eine zweite Gruppe von nicht ausgerichteten Innenzähnen 12NB, die symmetrisch in bezug auf die ersten und zweiten aus gerichteten inneren Zähne 12F, 12S angeordnet sind. Die Zahneingriffsflä chen der nicht ausgerichteten inneren Zähne 12NA werden in Druckkontakt mit den Zahneingriffsflächen Fa der Zahneingriffsbereiche 25 der äußeren Zähne 22 gehalten, wenn der Mittelpunkt C1 der Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbereichs 26 mit der Mittelachse 12c des ersten ausgerichteten inneren Zahnes 12F des Innenzahnrades 10 und der Mittelachse O₁₀ des In nenzahnrades 10 ausgerichtet ist. Zur Erhaltung des Druckkontakts zwischen den Zahneingriffsflächen 12d der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA und den Zahneingriffsflächen Fa der Zahneingriffsbereiche 25 kann jeder der Stifte 14, die Teile des Innenzahnrades 10 bilden, einen Radius r_c haben, der größer als der theoretische Radius r_c′ ist, durch den die theoretische epitrochoide Kurve La definiert ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Zahnprofil des Außenzahnes 22 kann eine Zahneingriffsfläche Fa aufweisen, die nach außen versetzt ist und sich damit entlang der theoretischen Epitrochoidkurve La mit einem Profilversatz unterhalb von 10 µm erstrecken. Die Anzahl der er sten Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA ändert sich mit der Form jeder der Zahneingriffsflächen Fa der Zahneingriffsbereiche 25. Die zweite Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NB liegt jeweils im Abstand von den Vorsprungsbereichen 27 der Außenzähne 22 des Außen zahnrades 20, wenn der Mittelpunkt C1 der Rücksprungsflächen Fb der Rücksprungsbereiche ausgerichtet ist mit der Mittelachse 12c des ersten ausgerichteten Innenzahnes 12F des Innenzahnrades 10 und der Mittelachse O₁₀ des Innenzahnrades 10. Es besteht kein Abstand zwischen der Zahnein griffsfläche Fa jedes der Außenzähne 22 und jedes der Zähne der ersten Gruppe der nicht ausgerichteten Zähne 12NA, obgleich ein Unterschied be stehen kann in bezug auf den Kontaktdruck zwischen der ersten Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12A, beispielsweise aufgrund tolerierbarer Zahnprofil-Ungenauigkeiten des Außenzahnrades 20.

Jede der Zahneingriffsflächen Fa der Außenzähne 22 des Außenzahnrades 20 besitzt eine Tangentiallinie L1 und eine Wirkungslinie L2 senkrecht zu der Tangentiallinie. Die Wirkungslinie L2 ist definiert durch einen Neigungspunkt P0 und die jeweilige Mittelachse 12c des Innenzahnes. Die Innen- und Au ßenzähne 12, 22 des Innen- und Außenzahnrades 10, 20 treten miteinander in Eingriff an einem Oberflächenpunkt P1, an dem die Wirkungslinie L2 die Tangentiallinie L1 schneidet.

Der innere Umfangsbereich 11 des Innenzahnrades 10 besitzt eine Umfangs linie 11a, auf der sich die Mittelachsen 12c der Innenzähne 12 befinden, und eine Tangentiallinie L3 senkrecht zur Radialrichtung des Innenzahnrades 10. Die Wirkungslinie L2 des Außenzahnes 22 des Außenzahnrades 20 und die Tangentiallinie L3 des inneren Umfangsbereichs 11 des Innenzahnrades 10 definieren einen variablen Druckwinkel α, der zwischen einem ersten maxi malen Druckwinkel, bei dem Innen- und Außenzähne 12, 22 des Innen- und Außenzahnrades 10, 20 mit dem Eingriff beginnen, und einem zweiten maxi malen Druckwinkel veränderlich ist, bei dem die Innen- und Außenzähne 12, 22 des Innen- und Außenzahnrades 10, 20 voneinander getrennt werden. Erfindungsgemäß liegt der Druckwinkel Q vorzugsweise im Bereich von 50 bis 80°. Sofern der Druckwinkel α bei 50° liegt, ist die erste Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA auf jeder Seite innerhalb eines stumpfwinkligen Bereiches von etwa 100° angeordnet. Sofern der Druckwin kel α auf 80° gesetzt wird, ist die erste Gruppe der nicht ausgerichteten In nenzähne 12NA jeder Seite innerhalb eines spitzwinkligen Bereiches ange ordnet.

Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, besitzt jeder Zahneingriffsbereich 25 ein Zahnprofil, das bestimmt ist durch Kreise mit einem Mittepunkt (x_c, y_c) auf der dargestellten gestrichelten Linie und einem Radius r_c. während die Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche 26 und 27 der Außenzähne 22 Zahn flächen Fb und Fc aufweisen, die jeweils bestimmt ist durch eine durchgezo gen dargestellten Linie innerhalb der theoretischen Epitrochoid-Kurve La, wie in Fig. 4 gestrichelt gezeigt ist. Jeder der Zahneingriffsflächen Fa der Zahneingriffsbereiche 25 weist eine Position P_MD eines maximalen Druck winkels angrenzend an die Rücksprungsfläche Fb des Rücksprungsbereichs 26 und eine Position P_MA eines maximalen Druckwinkels angrenzend an die Vorsprungsfläche Fa des Vorsprungsbereichs 27 auf, so daß die Zahneingriffs fläche Fa des Zahneingriffsbereichs 25 in Druckkontakt gebracht wird mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 zwischen der maximalen Druck winkelposition P_MD angrenzend an den Rücksprungsbereich 26 und der ma ximalen Druckwinkelposition P_MA angrenzend an den Vorsprungsbereich bei einem Druckwinkel α unterhalb des maximalen Druckwinkels. Der maximale Druckwinkel α wird auf einen bestimmten Wert von beispielsweise 60° fest gelegt, der im Bereich vom 50 bis 80° liegt. Der maximale Druckwinkel α an grenzend an die Vorsprungs- und Rücksprungsbereiche kann auf abweichen de Werte festgelegt werden.

In Fig. 4 soll angenommen werden, daß der Abweichungsbereich der Rück sprungs- und Vorsprungsbereiche 26, 27 bei einem Maximalwert δmax in der Mitte zwischen den maximalen Druckwinkelpositionen P_MD und P_MD′, die benachbart sind, oder in der Mitte zwischen den maximalen Druckwinkelpo sitionen P_MA und P_MA′, die zueinander benachbart sind, bestimmt wird. Der Abweichungsbereich δ soll den Wert Null annehmen in den Positionen P_MD und P_MD′ des maximalen Druckwinkels und in den Positionen P_MA und P_MA′ des maximalen Druckwinkels. Der maximale Abweichungsbetrag δmax ent spricht der Addition der exzentrischen Toleranzen der Innen- und Außen zahnräder 10, 20, die gemessen sind auf den engen und losen Seiten beim Eingriff der Innen- und Außenzähne 12, 44, oder etwas größer als die Addi tion der exzentrischen Toleranzen der Innen- und Außenzähne 10, 20. Dieser Abweichungsbetrag bedeutet, daß die Außenzähne 22 in keinem Falle in Druckeingriff mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 in den Rück sprungs- und Vorsprungsbereichen 26 und 27 gelangen.

Die Zahnkoordinaten (X, Y) der Außenzähne 22 gemäß Fig. 1 wird repräsen tiert durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen (1a) und (1b). Dabei ist der Teilkreisradius, der durch die Mittelachsen 12c der Innenzähne 12 hin durchgeht, mit Rb. Das Reduktionsverhältnis zwischen der Drehzahl der Kur belwelle und der Drehung des Außenzahnrades 20 in bezug auf das Innen zahnrad 10 beträgt 1/(- Z_I + 1), und die Zähnezahldifferenz zwischen dem In nenzahnrad 10 und dem Außenzahnrad 20 wird mit n_d angesetzt.

X = Xo + rc · cos β (1a)

Y = Yo + rc · sin β (1b).

In diesen Gleichungen bedeuten

Die Zähnezahl des Innenzahnrades 10 ist n_d × Z_I, und die Zähnezahl des Au ßenzahnrades 20 ist n_d × Zd. Wenn sich der Winkel Φ im Bereich von 0 bis 180° ändert, wird die Zahnprofilkurve jedes Außenzahnrades 22 entwickelt von ihrem Rücksprungsbereich 26, der dem Winkel Φ = 0° entspricht, zu ih rem Vorsprungsbereich 27, der dem Winkel Φ = 180° entspricht. Die oben erwähnte Differenz in der Zähnezahl sollte normalerweise bei 1 oder 2 lie gen.

Die Zahnflächen Fb und Fc der Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche 26 und 27 der Außenzähne 22 können wahlweise gestaltet werden, wenn die Zahnflächen Fb und Fc innerhalb der theoretischen Epitrochoide La liegen und nicht in Eingriff mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 ge bracht sind. Die Rücksprungs- und Vorsprungsflächen Fb, Fc der Rück sprungs- und Vorsprungsbereiche 26 und 27 können teilweise in Berührung mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 bei einem Druck gebracht werden, der so ansteigt, daß kein Drehmoment zwischen den Innen- und Au ßenzähnen 12, 22 der Innen- und Außenzahnräder 10, 20 übertragen wird.

Die Funktionsweise des Planetengetriebes soll anschließend beschrieben werden.

Zunächst wird das Außenzahnrad 20 durch die Antriebseinrichtung angetrie ben, so daß es um die Mittelachse O₁₀ des Innenzahnrades 10 in der Kreis bahn umläuft. Dabei wird die erste Gruppe der nicht ausgerichteten Innen zähne 12NA des Innenzahnrades 10 durch die Außenzähne 22 des Außen zahnrades 20 beaufschlagt, und jeder Zahneingriffsbereich 25 der Außenzäh ne 22 wird in Druckberührung mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 bei einem Druckwinkel α gebracht. Der Eingriffsdruckwinkel α kann stets unterhalb des vorgegebenen maximalen Druckwinkels gehalten werden, bei spielsweise bei einem Winkel von 60°, da die epitrochoide Zahnfläche Fa je des Zahneingriffsbereichs 25 mit dem Druckeingriff mit den Innenzähnen 12 einer maximalen Druckwinkelposition P_MA beginnt und sich von den inneren Zähnen 12 bei einer maximalen Druckwinkelposition P_MD trennt.

Das Außenzahnrad 20 wird sodann in einer vorgegebenen Position auf der Umlaufbahn angehalten. Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt kein Drehmoment auf das Innenzahnrad 10 oder das Außenzahnrad 20 ausgeübt wird, ist die er ste Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA nach wie vor dem Druck der Außenzähne 22 des Außenzahnrades 20 ausgesetzt.

Es ist daher erkennbar, daß die Eingriffsbereiche 25 der Außenzähne 22 in Druckeingriff mit der ersten Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA gebracht wird, obgleich kein Drehmoment auf das Innen- oder Außen zahnrad 10, 20 ausgeübt wird, daß jedoch die Rücksprungs- und Vorsprungs bereiche 26, 27 der Außenzähne 22 stets außerhalb des Druckeingriffs mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 liegen.

Das führt dazu, daß kein übermäßiger Eingriffsdruck auf die Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche 26, 27 und kein übermäßiger Reibungswiderstand zwischen den Innen- und Außenzähnen 12, 22 ausgeübt wird. Dadurch kön nen die Nachteile überwunden werden, die bei herkömmlichen Planetenge trieben bestehen und die die Belastbarkeit der Vorrichtung insgesamt beein trächtigen über die Belastbarkeit der Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche begrenzen. Außerdem besteht kein Totgang zwischen der ersten Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA des Innenzahnrades 10 und den Au ßenzähnen 22 des Außenzahnrades 20, so daß es ermöglicht wird, eine genau reduzierte Drehzahl abzugeben, wenn das Außenzahnrad 20 innerhalb des In nenzahnrades 10 umläuft, und die relative Rotationsposition des Außenzahn rades 20 in bezug auf das Innenzahnrad 10 genau und positiv aufrechtzuerhal ten.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe unterscheidet sich daher von dem herkömmlichen Planetengetriebe, bei dem die Innenzähne des Innenzahnra des und die Außenzähne des Außenzahnrades einen vorgegebenen Abstand aufweisen und ein Spiel zwischen den Zahnflächen der Innen- und Außen zahnräder besteht, wenn das Ausgangsteil nicht unter Last steht.

Aufgrund der Tatsache, daß der Abweichungsbetrag des Rücksprungsbereichs 26 oder des Vorsprungsbereichs 27 gegenüber der theoretischen Epitrochoi de des Zahnprofils einen Maximalwert δmax in der Mitte zwischen den maxi malen Druckwinkelpositionen P_MD und P_MD′ und in der Mitte zwischen den benachbarten maximalen Druckwinkelpositionen P_MA und P_MA′ aufweist, während der Abweichungsbetrag den Wert Null in jeder der maximalen Druckwinkelpositionen P_MD, P_MD′, P_MA und P_MA′ aufweist, besitzt das ge samte Zahnprofil der Außenzähne 22 eine ausgeglichene Belastbarkeit. Das bedeutet, daß der Eingriff zwischen den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades und den Außenzähnen 22 des Außenzahnrades insgesamt verbessert wird.

Im übrigen ist es sehr einfach, das Zahnprofil des Außenzahnrades herzustel len und teilweise, ausgehend von der ursprünglichen epitrochoiden Form, ab zuschneiden, und die maximalen Druckwinkelpositionen P_MD, P_MD′ und P_MA P_MA′ können in einfacher Weise an den gegenüberliegenden Enden der Zahneingriffsbereiche 25 angeordnet werden. Folglich ist es möglich, die Oberflächenbelastung und die Reibungsverluste zu verringern und eine Ver schlechterung des Wirkungsgrades des Planetengetriebes zu verhindern. Selbst wenn der Zahneingriffsbereich 25 des Außenzahnes 22 so gestaltet ist, daß der Totgang zwischen den Innen- und Außenzähnen 12, 22 verringert wird, besteht keine übermäßige Flächenbelastung zwischen den Rück sprungs- und Vorsprungsbereichen 26 und 27, so daß die Möglichkeit be steht, Schwankungen des Drehmoments und Vibrationen aufgrund von Her stellungsungenauigkeiten zu reduzieren und den Totgang zwischen den In nen- und Außenzähnen 12, 22 zu verringern.

Fig. 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform des Planetengetriebes ge mäß der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im Hinblick auf das Zahnprofil der Außenzähne. Fig. 5 zeigt den unterschiedlichen Zahneingriffsbereich 35 der Außenzähne, der mit ab weichenden Bezugsziffern bezeichnet ist, während andere Teile, die mit den jenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, unter Verwendung der Bezugsziffern der ersten Ausführungsform beschrieben werden sollen.

In Fig. 5 besitzt das Außenzahnrad 30 einen äußeren Umfangsbereich 31 mit einer Anzahl von Außenzähnen 32. Die Zähnezahl der Außenzähne 32 des Au ßenzahnrades 30 ist etwas anders, beispielsweise etwas kleiner als die Zäh nezahl der Innenzähne 12 des Innenzahnrades 10, wie aus einem Beispiel verständlich werden wird, bei dem die Zähnezahl N32 der Außenzähne 32 des Außenzahnrades 30 auf 19 und die Zähnezahl N12 der Innenzähne 12 des Innenzahnrades 10 aus 20 festgesetzt worden sind.

Jeder der Außenzähne 32 des Außenzahnrades 30 wird gebildet durch einen Zahneingriffsbereich 35, der sich entlang einer theoretischen Epitrochoide La erstreckt und der in Druckeingriff tritt mit einem der ersten Gruppe der nicht ausgerichteten Innenzähne 12NA des Innenzahnrades 10, einen Rück sprungsbereich 36 mit einer Zahnfläche Fb, die nach innen gegenüber der theoretischen Epitrochoide versetzt ist und einen Vorsprungsbereich 37 mit einer Zahnfläche Fc, die nach innen gegenüber einer theoretischen Epitro choide La des Zahneingriffsbereichs 35 der Zähne 32 versetzt ist.

Der Zahneingriffsbereich 35 jedes der Außenzähne 32 weist ein epitrocho ides Zahnprofil mit einem Zahnprofilfaktor X_T (= 1 - Z_I × a/Rb), der auf einen Wert von unter 0,1, beispielsweise auf 0,05 gesetzt wird. Der Rücksprungs- und Vorsprungsbereich 36 und 37 der Außenzähne 32 werden, wie in Fig. 5 gezeigt ist zur Bildung der Zahnflächen Fb und Fc abgeschnitten, so daß die Zahnflächen nach innen in bezug auf die theoretische Epitrochoide La des Zahneingriffsbereichs 35 des Außenzahnes versetzt sind, wie die durchgezo genen Linien zeigen. In diesem Falle wird der Druckwinkel α repräsentiert durch eine durchgezogene Linie, die in Fig. 6 gezeigt ist und die entspre chend einem Winkel Φ veränderlich ist. Die abgeschnittene Fläche soll ein Maximum annehmen in der Mitte zwischen maximalen Druckwinkelpositio nen P_MD und P_MD′ oder in der Mitte zwischen den benachbarten Druckwin kelpositionen P_MA und P_MA′, während die abgeschnittene Fläche den Wert Null annehmen soll bei den Positionen P_MD und P_MD′ sowie P_MA und P_MA′ des maximalen Druckwinkels. Die maximale Abschnittsfläche ist gleich der Summe der exzentrischen Toleranten des Innen- und Außenzahnrades 10,30 oder etwas größer als die Summe dieser exzentrischen Toleranzen. Diese ab geschnittene Fläche bedeutet, daß die Außenzähne 31 in keinem Falle in Druckkontakt geraten mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 im Bereich der Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche 36 und 37. Der Radius r_c des bogenförmigen Zahnprofils der Innenzähne 12 wird beispielsweise auf 6 mm festgesetzt.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die vorliegende Ausfüh rungsform des Planetengetriebes einen Zahneingriffsbereich 35 aufweist, der in Druckeingriff mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 gebracht wird, bei dem jedoch Rücksprungs- und Vorsprungsbereiche 36 und 37 an den Innenzähnen vorgesehen sind, die außerhalb des Druckkontakts mit den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 bleiben. Dies führt dazu, daß kein übermäßiger Eingriffsdruck in den Rücksprungs- und Vorsprungsbereichen 36 und 37 und kein übermäßiger Reibungswiderstand zwischen den Innen- und Außenzähnen 12 und 32 wirken. Dadurch werden die Nachteile her kömmlicher Planetengetriebe überwunden.

Aufgrund der Tatsache, daß die abgeschnittenen Bereich einen Maximalwert in der Mitte zwischen den benachbarten Druckwinkelpositionen P_MD und P_MD′ und in der Mitte zwischen den maximalen, benachbarten Druckwinkel positionen P_MA und P_MA′ aufweist, während der abgeschnittene Bereich auf Null gesetzt wird in den jeweiligen maximalen Druckwinkelpositionen, P_MD, P_MD′, P_MA und P_MA′, so daß das gesamte Zahnprofil der Außenzähne 32 in seiner Belastbarkeit ausgeglichen werden kann. Der Eingriff zwischen den Innenzähnen 12 des Innenzahnrades 10 und den Außenzähnen 32 des Au ßenzahnrades 30 wird daher erheblich verbessert.

Da der Zahneingriffsbereich 35 jedes Außenzahnes 32 entsprechend einem theoretischen Epitrochoiden-Profil ausgebildet ist, das einen Zahnfaktor X_T (= 1 - Z_I × a/Rb) aufweist, der auf einen Wert unter 0,1 gesetzt ist, wird die Differenz zwischen dem Krümmungsradius des Zahneingriffsbereichs 35 des Außenzahnes 32 und dem Zahnflächenradius r_c des Innenzahnrades 12 des In nenzahnrades 10 reduziert, so daß der Krümmungsradius des Zahneingriffs bereichs 35 erhöht wird, während der maximale Druckwinkel abnimmt. Die Zahneingriffsspannung, das heißt, die Hertz-Spannung an einem beliebigen Punkt innerhalb des Zahneingriffsbereichs 35 des Außenzahnes 32 kann er heblich verringert werden, so daß es möglich wird, die Belastbarkeit der Zahnfläche jedes Außenzahnes 32 zu erhöhen. Der Zahnprofilfaktor X_T wird auch bei der vorliegenden Ausführungsform auf 0,05 gesetzt, so daß die Bela stung der Innen- und Außenzähne, die miteinander kämmen, verringert wird, während die Hertz′sche Spannung unter der Hälfte der Hertz′schen Spannung liegt, die bei herkömmlichen Zahnprofilen mit einem Zahnprofil faktor X_T von 0,15 bis 0,5 erzeugt wird. Das bedeutet, daß die Belastbarkeit des Zahneingriffsbereichs 35 der Zähne 32 verdoppelt werden kann gegen über der Belastbarkeit des Zahneingriffsbereichs herkömmlicher Zähne. Da durch wird es ermöglicht, die Belastbarkeit und den Wirkungsgrad des Plane tengetriebes insgesamt erheblich zu verbessern.

Fig. 7 bis 9 zeigen eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pla netengetriebes.

In Fig. 7 ist mit der Bezugsziffer 40 ein ringförmiges Innenzahnrad bezeich net, das am inneren Umfangsbereich eines ringförmigen Körpers 41 ausgebil det ist und eine Anzahl von Innenzähnen mit bogenförmigen Zahnprofil auf weist. Jeder der Innenzähne 42 wird gebildet durch einen zylindrischen Stift 44, der in einer bogenförmigen Nut 41a in dem ringförmigen Körper 41 liegt. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet ein Außenzahnrad, das eine Anzahl von Außenzähnen 52 aufweist, die mit den Innenzähnen 42 des Innenzahnrades 40 kämmen und wellenförmig ausgebildet sind. Die Außenzähne 52 des Au ßenzahnrades 50 sind in einer Zähnezahl vorgesehen, die etwas kleiner als die Zähnezahl der Innenzähne 42 des Innenzahnrades 40 ist. Das Außenzahn rad 50 wird abgestützt durch eine Anzahl von Kurbelwellen, wie es in ähnli cher Weise bei dem Außenzahnrad 20 der ersten Ausführungsform der Fall ist. Die Kurbelwellen bewirken, daß das Außenzahnrad 50 innerhalb des In nenzahnrades 40 mit vorgegebenen Versatz e₀ umläuft, der dem Abstand zwischen der Mittelachse O₄₀ des Innenzahnrades 40 und der Drehachse O₅₀ des Außenzahnrades 50 entspricht. Die Arbeitsweise der dritten Ausfüh rungsform ist ähnlich wie diejenige der ersten Ausführungsform, so daß die Differenz der Zähnezahl zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 40 und 50 bewirkt, daß das Innen- oder Außenzahnrad 40 oder 50, das heißt das beweg liche Zahnrad, mit niedriger Drehzahl in bezug auf das andere, das heißt das feststehende Zahnrad, gedreht wird.

Andererseits zeigt Fig. 8, daß jeder der Zähne 52 des Außenzahnrades 50 ei nen Zahneingriffsbereich 55 aufweist, der in Druckeingriff mit den Innenzäh nen 42 des Innenzahnrades 40 gebracht wird, sowie einen Rücksprungsbe reich mit einer Zahnfläche Fb, die innerhalb einer theoretischen Epitrocho ide La des Zahneingriffsbereichs 55 des Außenzahnes 51 liegt, und einen Vorsprungsbereich 57 mit einer Zahnfläche Fc, die innerhalb der theoreti schen Epitrochoide La des Zahneingriffsbereichs 55 des Außenzahns 51 liegt.

Der Zahneingriffsbereich 55 jedes Außenzahnes 52 weist ein Zahnprofil in der Form einer Epitrochoiden auf, mit einem Zahnprofilfaktor X_T, der einen negativen Wert aufweist beispielsweise -0,15. Sofern der Zahnprofilfaktor X_T einen negativen Wert annimmt, weist das Profil der theoretischen Epitrocho ide, das in Fig. 9 gezeigt ist, zwei unterschiedliche Kurven auf, die aus einer inneren Einhüllenden La1 in der Nähe des Vorsprungsbereichs 57 und einer äußeren Einhüllenden La2 in der Nähe des Rücksprungsbereichs 56 besteht. Genauer gesagt ist die Zahnprofilkurve von dem Punkt Pa, an dem sich die in nere Einhüllende La1 und die äußere Einhüllende La2 schneiden, bis zum Punkt Pc der inneren Einhüllenden La1 die gleiche wie bei dem herkömmli chen Zahnprofil. Die Zahnkoordinate (X, Y) der äußeren Einhüllenden La2 in der Nähe des Rücksprungsbereichs 56 wird repräsentiert durch die Zahn profilkurve gemäß der anschließend angegebenen Gleichungen (2a, 2b). Da bei ist der Teilkreisradius, der durch die Mittelachsen 42c der Innenzähne 42 hindurchgeht, mit Rb bezeichnet. Das Reduktionsverhältnis zwischen der Kurbelwellendrehung und der Drehung des Außenzahnrades 50 beträgt 1/(- Z_I + 1), und die Zähnezahldifferenz zwischen dem Innenzahnrad 40 und dem Außenzahnrad 50 ist mit n_d bezeichnet:

X = Xo + rc · cos β (2a)

Y = Yo + rc sin β (2b)

In diesen Gleichungen bedeuten

Die vorliegende Ausführungsform ist so ausgebildet, daß jedes der Zahnprofi le, das in Fig. 8 in durchgezogenen Linien gezeigt ist, auf der Basis eines idea len Zahnprofils gebildet wird, das durch die beiden dargestellten Ortskurven repräsentiert wird. Die Zahnflächen Fa der Eingriffsbereiche 55 der Zähne 52 sind entsprechend der idealen Kurve La1 und La2 ausgebildet, die in Fig. 8 gestrichelt gezeigt ist, während die Zahnflächen Fb und Fc des Rück sprungsbereichs 56 und des Vorsprungsbereichs 57 innerhalb der idealen Profilkurve La1 und La2 in Richtung der Drehachse O₅₀ des Außenzahnrades 50 liegen. Der Verbindungsbereich im Bereich des Verbindungspunktes Pa des idealen Zahnprofils der Zahnfläche Fa des Zahneingriffsbereichs 55 jedes Zahnes 52 und der Zahnfläche Fc des Vorsprungsbereichs 57 ist mit einem vorgegebenen Radius r_a gekrümmt, so daß der Innenzahn 42 des Innenzahn rades 40 glatt mit dem Außenzahn 52 des Außenzahnrades 50 kämmen kann.

Bei der auf diese Weise ausgebildeten Ausführungsform kann die Hertz′sche Spannung in dem Zahneingriffsbereich 55 jedes Außenzahnes 52 außeror dentlich reduziert werden, und zwar aus dem selben Grund wie bei der zwei ten Ausführungsform, und die gesamte Zahnflächenbelastung kann im Zusam menhang mit der Verkleinerung des Druckwinkels verringert werden. Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Gleitgeschwindigkeit am Ein griffspunkt des Innen- und Außenzahnes reduziert. Das ermöglicht es, nicht nur die Belastbarkeit, sondern auch den Übertragungswirkungsgrad des Pla netengetriebes stark zu verbessern. Durch eine Computer-Simulation ist im Zusammenhang mit der Erfindung festgestellt worden, daß der Leistungs übertragungs-Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Planetengetriebes um et wa 10% gegenüber einem herkömmlichen Getriebe verbessert werden kann. Wenn das Antriebsdrehmoment des Planetengetriebes gemäß der vorliegen den Erfindung demjenigen eines herkömmlichen Planetengetriebes ent spricht, während sich beide im Leerlaufbetrieb befinden, kann der Totgang zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad um 20% verringert werden, so daß die Schwingungscharakteristik verbessert und ein gleichmä ßiger und glatter Eingriff von Innen- und Außenzahnrad gewährleistet wer den kann.

Bei einem herkömmlichen Zahnradgetriebe mit einem Zahnprofil in der Form einer Epitrochoide müssen Stifte oder Rollen vorgesehen sein, die um ihre eigene Achse in bezug auf das Innenzahnrad drehbar sind, damit einer gewisser Wirkungsgrad gewährleistet ist, während das erfindungsgemäße Planetengetriebe derartige Stifte oder Rollen der herkömmlichen Getriebe nicht erforderlich macht.

Fig. 10 zeigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Planeten getriebes, das als Beispiel eines Getriebes ohne drehbare Stifte oder Rollen ausgebildet ist.

Diese Ausführungsform des Planetengetriebes besteht aus einem ringförmi gen Körper 61 und einem Innenzahnrad 60, das an dem ringförmigen Körper ausgebildet ist und eine Anzahl von Innenzähnen 62 aufweist. Das Innenzahn rad 60 kämmt mit einem Außenzahnrad 70, das eine Anzahl von Außenzäh nen 72 aufweist. Das Außenzahnrad 70 kann in einer Weise konstruiert sein, die dem Außenzahnrad einer der ersten bis dritten Ausführungsformen ähn lich ist, also beispielsweise entsprechen der dritten Ausführungsform. Die In nenfläche 61b zwischen dem Innenzahnrad 62 und dem ringförmigen Körper 61 liegt in einem vorgegebenen Abstand gegenüber der Außenfläche 72a des Außenzahnrades 70. Die Endbereiche der Innenzähne sollten mit einem ge wissen Krümmungsradius gekrümmt sein.

Wie oben ausgeführt wurde, ist das erfindungsgemäße Planetengetriebe so ausgebilde, daß Rücksprungsbereiche und Vorsprungsbereiche jedes Zahnes des Außenzahnrades nicht mit den Innenzähnen des Innenzahnrads in Ein griff treten, so daß es ermöglicht wird, in den Rücksprungs- und Vorsprungs bereichen eine Erhöhung des Zahnflächendruckes sowie eine Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen den Innen- und Außenzähnen zu verhindern. Das ermöglicht es, die Belastbarkeit des Zahneingriffsbereichs jedes Außen zahnes zu erhöhen und den Eingriff zwischen Innen- und Außenzähnen ins gesamt zu verbessern. Folglich wird bei dem erfindungsgemaße Planetenge triebe verhindert, daß der Wirkungsgrad aufgrund einer Erhöhung der Zahn belastung und der Reibungsverluste in den Zahnrädern zunimmt. Im übrigen werden Drehmomentschwankungen und Reibungen aufgrund von Herstel lungsungenauigkeiten der Innen- und Außenzahnräder vermieden, und der Totgang zwischen den Innen- und Außenzähnen kann auf ein Minimum ge bracht werden. Der Zahneingriffsbereich der Außenzähne tritt mit den In nenzähnen des Innenzahnrades mit einem Druckwinkel in Eingriff, der un terhalb des maximalen Druckwinkels liegt, so daß die beiden Enden des Zahneingriffsbereich des Außenzahnrades bestimmt werden können. Dadurch wird die Herstellung und die Abarbeitung der Zahnprofile des Außenzahnra des erleichtert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Planetengetriebe mit dem Außen zahnrad versehen, das einen Zahnprofilfaktor von unter 0,1 aufweist, so daß die Differenz des Krümmungsradius des Rücksprungsbereichs des Außenzah nes und dem Zahnflächenradius des Innenzahnes verringert und der Druck winkel reduziert werden kann. Dadurch wird die Hertz′sche Spannung ver ringert, und die Belastbarkeit und der Wirkungsgrad werden auch dann ver bessert, wenn nur eine kleine Anzahl von Innen- und Außenzähnen vorgese hen ist. In dem Falle, daß das Planetengetriebe mit einem Außenzahnrad ver sehen ist, das einen negativen Zahnprofilkoeffizienten aufweist, wird die Dif ferenz zwischen dem Krümmungsradius des Rücksprungsbereichs des Au ßenzahnes und dem Zahnflächenradius des Innenzahnes reduziert. Daher wird die Hertz′sche Spannung reduziert, und die Belastbarkeit und der Wir kungsgrad werden auch bei einer kleinen Zähnezahl verbessert.

Claims

1. Planetengetriebe mit

- einem Innenzahnrad (10) mit einer Mittelachse (O₁₀) und einem inne ren Umfangsbereich (11) mit einer Anzahl von Innenzähnen (12) mit halbkreisförmigen Querschnitt, welche Innenzähne (12) im Umfang in gleichen Abständen verteilt sind und Mittelachsen (12c) aufweisen, die sich parallel zu der Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10) er strecken;
- einem Außenzahnrad (20) innerhalb des Innenzahnrades (10), das einen äußeren Umfangsbereich (21) mit einer Anzahl von Außenzähnen (22) aufweist, die jeweils wellenförmig ausgebildet sind, wobei die Zahl der Außenzähne (22) entsprechend dem Reduktionsverhältnis zwischen dem Innenzahnrad und dem Außenzahnrad (10, 20) von der Zähnezahl des In nenzahnrades (12) abweicht;
- welches Außenzahnrad (20) eine Mittelachse (O₂₀) aufweist, die um ei nen Betrag (e₀) gegenüber der Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10) versetzt ist, und welches Außenzahnrad (20) um die Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10) umläuft, während die Außenzähne (22) des Außenzahnrades (20) in gleitender und kämmender Berührung mit den Innenzähnen (12) des Innenzahnrades (10) gehalten werden und die Mittelachse (O₂₀) des Außenzahnrades (20) sich auf einer Umlaufbahn bewegt, die die Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10) im Abstand des Versatzes (e₀) auf einer Umlaufbahn umgibt;
- welche Außenzähne (22) des Außenzahnrades (20) Zahnprofile aufweisen, die Rücksprungsbereiche und Vorsprungsbereiche (26, 27) sowie zwei Zahneingriffsbereiche (25) einschließen, die die Rücksprungsbereiche (26) und die Vorsprungsbereiche (27) verbinden,
- welche Zahneingriffsbereiche (25) des Zahnprofils eine epitrochoide Zahnfläche (Fa) bilden, die sich auf einer theoretischen Epitrochoide (La) erstreckt, deren Mittelpunkt mit der Mittelachse (O₂₀) des Außenzahn rades zusammentrifft, welche epitrochoiden Zahnflächen (Fa) der Außen zähne (22) des Außenzahnrades (20) In gleitendem und kämmenden Eingriff mit den Innenzähnen (12) des Innenzahnrades (10) stehen;
dadurch gekennzeichnet,
- daß die Rücksprungsbereiche (26) des theoretischen Zahnprofils eine Rücksprungsfläche (Fb) aufweisen, die näher an der Mittelachse (O₂₀) des Außenzahnrades (20) liegt als die theoretische Epitrochoide (La); und
- daß die Vorsprungsbereiche (27) des theoretischen Zahnprofils eine Vor sprungsfläche (Fc) aufweisen, die näher an der Mittelachse (O₂₀) des Au ßenzahnrades (20) liegt als die theoretische Epitrochoide (La).

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die In nenzähne (12) des Innenzahnrades (10) einen ersten ausgerichteten Innen zahn (12F), der eine Mittelachse (12c) und eine Zahneingriffsfläche (12a) aufweist, die in enger Verbindung mit dem Mittelpunkt (C1) der Rück sprungsfläche (Fb) des Rücksprungsbereichs (26) gehalten wird, wenn der Mittelpunkt (C1) der Rücksprungsfläche (Fb) des Rücksprungsbereichs (26) ausgerichtet ist mit der Mittelachse (12c) des ersten ausgerichteten Innen zahnes (12F) des Innenzahnrades (10) und der Mittelachse (O₁₀) des Innen zahnrades (10), einen zweiten ausgerichteten Innenzahn (12S) im Abstand von dem Vorsprungsbereich (27) eines Außenzahnes (22) des Außenzahnra des (20), sofern der Mittelpunkt (C1) der Rücksprungsfläche (Fb) des Rück sprungsbereichs (26) ausgerichtet ist mit der Mittelachse (12c) des ersten ausgerichteten Zahnes (12F) des Innenzahnrades (10) und der Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10), eine erste Gruppe von nicht ausgerichtete Innenzähnen (12NA), die symmetrisch in bezug auf den ersten ausgerichte ten Innenzahn (12F) und Zahneingriffsflächen (12d) aufweist, die in Druck kontakt mit den epitrochoiden Zahnflächen (Fa) der Außenzähne (22) des Außenzahnrades (20) stehen, wenn der Mittelpunkt (C1) der Rücksprungsflä che (Fb) des Rücksprungsbereichs (26) ausgerichtet ist mit der Mittelachse (12c) des ersten ausgerichteten Innenzahnes (12F) des Innenzahnrades (10) mit der Mittelachse (O₂₀) des Innenzahnrades (10), und eine zweite Gruppe von nicht ausgerichtete Innenzähnen (12NB) umfaßt, die symmetrisch ange ordnet sind in bezug auf das erste ausgerichtete Innenzahnrad (12F) und Außenzahnrades (20), wenn der Mittelpunkt der Rücksprungsfläche (Fb) des Rückspruchsbereichs (26) ausgerichtet ist mit der Mitteachse (12c) des er sten ausgerichteten Innenzahnes (12F) des Innenzahnrades (10) und der Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10).

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die epi trochoiden Zahnflächen (Fa) der Außenzähne (22) des Außenzahnrades (20) eine Tangentiallinie (L1) und eine Wirkungslinie (L2) senkrecht zu der Tan gentiallinie aufweisen, daß die Innen- und Außenzähne (12, 22) des Innen- und Außenzahnrades (10, 20) miteinander an einem Oberflächenpunkt (P1) in Eingriff stehen, an dem die Wirkungslinie (L2) die Tangentiallinie (L1) schneidet, daß der innere Umfangsbereich (11) des Innenzahnrades (10) ei ne Umfangslinie (11a), die die Mittelachsen (12c) der Innenzähne (12) des Innenzahnrades (10) aufnimmt, und eine Tangentiallinie (L3) senkrecht zu der Radialrichtung des Innenzahnrades (10) umfaßt, wobei die Wirkungslinie (L2) jedes Außenzahnes (22) des Außenzahnrades (20) und die Tangentialli nie (L3) jedes Innenzahnes (12) einen Druckwinkel bilden, der variabel ist zwischen einem ersten maximalen Druckwinkel, bei dem die Innen- und Au ßenzähne (12, 22) der Innen- und Außenzahnräder (12, 22) mit dem Eingriff beginnen, und einem zweiten maximalen Druckwinkel, bei dem die Innen- und Außenzähne (12, 22) des Innen- und Außenzahnrades (10, 20) sich von einander lösen, welcher Druckwinkel zwischen 50 und 80° liegt.

4. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Au ßenzahnrad (20) einen Zahnprofilfaktor (X_T) von unter 0,1 aufweist.

5. Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnprofilfaktor (X_T) des Außenzahnrades (20) einen negativen Wert auf weist.

6. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das In nenzahnrad (10) einen Umfangsbereich (11) aufweist, der mit einer Anzahl von Nuten (13a) mit halbkreisförmigen Querschnitt versehen ist, die eine Mittelachse parallel zur Mittelachse (O₁₀) des Innenzahnrades (10) aufwei sen, und daß in den Nuten die Innenzähne (12) des Innenzahnrades (10) in der Form von zylindrischen Stiften (14) liegen, deren untere Hälfte innerhalb der Nuten (13a) liegt und die um ihre eigene Achse drehbar sind, welche zy lindrischen Stifte (14) in bezug auf das Innenzahnrad (13) durch jeden der Außenzähne (22) des Außenzahnrades (20) beim gleitenden Eingriff drehbar sind.

7. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksprungsfläche (Fb) des Rücksprungsbereichs (26) gegenüber der theore tischen Epitrochoide (La) einen maximalen Abstand im Mittelpunkt (C1) der Rücksprungsfläche (Fb) aufweist, und daß die Vorsprungsfläche (Fc) des Vor sprungsbereichs (27) gegenüber der theoretischen Epitrochoide (La) einen maximalen Abstand im Mittelpunkt der Rücksprungsfläche (Fc) aufweist.

8. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksprungsfläche (Fb) des Rücksprungsbereichs (26) einen Abstand gegen über der theoretischen Epitrochoide (La) aufweist, der nach und nach von den seitlichen Enden des Rücksprungsbereichs des Zahneingriffsbereichs in Richtung der Mitte (C1) der Rücksprungsfläche (Fb) des Rücksprungsbe reichs (26) zunimmt, und daß die Vorsprungsfläche des Vorsprungsbereichs (27) von der theoretischen Epitrochoide (La) einen zunehmenden Abstand aufweist, der sich von den seitlichen Enden der Vorsprungsfläche in Rich tung der Mitte der Vorsprungsfläche (Fc) des Vorsprungsbereichs (27) er höht.