Spielfreies Miniplanetengetriebe

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1 Seite 1 von 6 Spielfreies Miniplanetengetriebe Hans-Erich Maul Allgemeines und Anwendungen: Im allgemeinen Maschinenbau und anderen Gebieten der Technik werden Planetengetriebe eingesetzt. Planetengetriebe haben Vorteile gegenüber anderen Getrieben. Planetengetriebe sollten möglichst spielfrei sein um am Abtrieb genau positionieren zu können wenn vom Antrieb des Planetengetriebes eine Position angefahren wird. Weil das Spiel im Planetengetriebe an mehreren Stellen innen und außen zwischen den Planeten und dem Hohlrad und zwischen den Planeten und dem Sonnenrad auftritt ist es besonders schwierig spielfreie Planetengetriebe herzustellen. Je kleiner ein Planetengetriebe ist umso schwieriger und umso genauer und damit teurer ist es spielarm oder spielfrei zu bauen. Hier wird ein Beispiel gezeigt wie sehr kleine Planetengetriebe trotz großer Miniatusierung spielfrei gefertigt werden können. Allgemeines zum Getriebespiel: Es gibt grundsätzlich zwei Prinzipien das Spiel in Verzahnungen zu beseitigen. Prinzip 1: Die Fertigung wird mit so geringem Spiel wie möglich hergestellt. Dann bleibt im Getriebe ein Restspiel. Es ist Spielarm. Prinzip 2: Die Fertigung ist spielbehaftet und das Getriebe federnd ausgeführt und verspannt damit das Spiel ausgeglichen wird. Hier wird Prinzip 2 gewählt und beschrieben. Ein bekanntes Prinzip das Spiel am Hohlrad und am Sonnenrad gleichzeitig auszugleichen ist das Verdrehen der gekreuzten Planetenachse im Mittelpunkt der Planeten senkrecht zur Mittelachse des Planetengetriebes. Bild 1. Bei kleinen und sehr kleinen Planetengetrieben ist es nicht mehr möglich Gelenke mit Zapfen und Welle zur Verdrehung der Planetenachse zu gestalten. Die Belastungsfähigkeit der Zapfen fällt mit dem Durchmesser mit der dritten Potenz. Die Zapfen werden zu schwach. Das neue Prinzip: Ein Planetenträger mit z.b. drei Planeten wird so gestaltet, dass zwei Gelenke die durch Verjüngungen des Planetenträgers dargestellt sind, als Festkörpergelenk wirken. Auf einer Achse liegen die Festkörpergelenke die tangential durch den Mittelpunkt des Planeten geht. (Bild 2) Diese Achse liegt in der Ebene senkrecht zur Mittelachse des Planetengetriebes. Damit eine Verdrehung der Gelenke möglich ist sind im Planetenträger trennende Aussparungen eingebracht. (Bild 3). Es entsteht ein die Planetenachse tragender U-förmiger Körper der an den Verjüngungen mit dem Planetenträger stoffschlüssig verbunden ist. In einer versetzt zur Drehachsenebene liegenden Ebene wird eine kreisförmige Aussparung gestaltet. In dieser kreisförmigen Aussparung wird ein Spannring mit geringfügig kleinerem Durchmesser aus elastischem Material (z.b.: Gummi oder Federstahl) angebracht. Dabei verdreht dieser Spannring mit einer radial wirkenden Kraftkomponente, mit Hebelarm auf die Drehachse wirkend, die parallel zur Mittelachse des Getriebes stehende Planetenachse. Bild 4+5. Durch diese Verdrehung wird das Spiel im Getriebe

2 Seite 2 von 6 gleichzeitig am Hohlrad und am Sonnenrad beseitigt. Die Montage: Eine so verspannte Planetenstufe lässt sich schwer montieren weil die Planetenzahnräder nach außen federn. Damit trotzdem die Montage möglich ist muss die Planetenstufe im Hohlrad geführt eingebracht werden. Dazu dient ein zentrisch durch eine Bohrung in der Achse des Planetenträgers eingebrachte Bohrung mit einem Montagestift. Bild 6. Der Montagestift kann durch den Planetenträger am Abtrieb und durch das Sonnenrad hindurchgeführt werden. Dann ist es leicht durch ein drehendes Einführen in das Hohlzahnrad die Planetenstufe zu montieren ohne dass die Planetenzahnräder vom Planetenträger herabrutschen. Bild 7. Damit die in mehreren Planetenstufen aneinander liegenden Planetenzahnräder nicht ineinander verhaken wird zwischen den Stufen eine Zwischenscheibe eingelegt. Die Dimensionierung: Die erste Dimensionierung der Festkörpergelenke kann mit einem selbst entwickelten Berechnungsmodul erfolgen und mittels FEM perfektioniert werden. Bild 8 zeigt das Ergebnis der FEM Analyse. Die Statik des Planetenträgers zeigt, dass das System für große Kräfte dimensioniert werden kann und trotzdem genug Elastizität besitzt um die Verformungen zu machen! Die Fertigung der Planetenträger: Die Fertigung der komplexen Formen der Planetenträger kann im MIM-Verfahren oder im Feingussverfahren erfolgen ohne oder fast ohne Nacharbeit. Dadurch können sehr preiswert spielfreie Miniplanetengetriebe hergestellt werden. Die Vorspannung: Auf diese Art können mehrstufige Planetengetriebe spielfrei verspannt gebaut werden die mit einem definierten Drehmoment vorgespannt sind. Die Vorspannung des Spannringes bestimmt das Reibmoment und das Vorspannungsmoment des Planetengetriebes. Oft genügt es das Spiel nur in der Abtriebsstufe zu beseitigen da in den Vorstufen das Spiel im Untersetzungsverhältnis der Stufe reduziert wird. Es sind erste Prototypen dieser Getriebe gebaut worden die absolut Spielfrei sind und ein relativ kleines Reibmoment haben. Auf unserer Homepage können Sie alle Filme dieser Getriebe sehen. Die Spielfreien Miniplanetengetriebe sind zum Patent angemeldet. Wir suchen Lizenznehmer für eine Serienfertigung dieser Getriebe. Wir bitten um Anfragen!

3 Seite 3 von 6 Bild 1: Planetenträger mit Planetenzahnrädern und dem dargestelltem Spiel. Bild 3: Planetenträger mit den Festkörpergelenken und den Aussparungen. Bild 2: Planetenträger mit der Drehachse der Festkörpergelenke.

4 Seite 4 von 6 Bild 4: Planetenträger mit der angreifenden Kraft zum Verdrehen der Planetenachse. Bild 5: Planetenstufe mit der Kräftezerlegung durch den Spannring.

5 Seite 5 von 6 Bild 6: Schnitt durch ein zweistufiges Planetengetriebe mit dem Montagestift. Bild 7: Zweistufiges Planetengetriebe ohne Hohlzahnrad dargestellt mit Montagestift.

6 Seite 6 von 6 Bild 8: Bild der Verschiebungen einer FEM Analyse der Planetenstufe mit den angreifenden Kraftvektoren.