DE10144803B4

DE10144803B4 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE10144803B4
Application number: DE2001144803
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Ing. Schulz; Tino Dipl.-Ing. Kirschner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: SE0202637L; DE10144803A1; JP2003106383A; SE524927C2; JP4286509B2; SE0202637D0

Abstract

Planetengetriebe mit einem von einem Antriebsmotor antreibbaren Sonnenrad (4), mit genau einem in einem Gehäuse (8, 10) angeordneten Hohlrad (12), einer Gruppe von ersten Planeten (16) und einer Gruppe von zweiten Planeten (18), wobei alle Planeten in einem gemeinsamen, den Abtrieb bildenden Planetenträger (14) gelagert sind, die Anzahl der zweiten Planeten (18) der halben Anzahl der ersten Planeten (16) entspricht, die zweiten Planeten (18) als Stufenplaneten mit kleinen und großen Stufenrädern (22, 20) ausgebildet sind, die großen Stufenräder (20) der Stufenplaneten mit dem Sonnenrad (4) in Eingriff stehen, die kleinen Stufenräder (22) der Stufenplaneten gleichzeitig mit einem Paar von benachbarten ersten Planeten (16) und die ersten Planeten (16) mit dem Hohlrad (12) in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (14) auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite eine Öffnung aufweist, durch welche hindurch die großen Stufenräder (20) der Stufenplaneten bei der Montage axial einführbar sind, dass die ersten Planeten...

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Ein gattungsgemäßes Getriebe ist in der DE 197 20 255 A1 offenbart. Es zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad, geringes Verdrehspiel, hohe Übertragungstreue und eine geringe Geräuschentwicklung aus. Es sind hohe Übersetzungen bei einer hohen Leistungsdichte und einer sehr kurzen, axialen Baulänge möglich. Das in der DE 197 20 255 A1 gezeigte Getriebe ist jedoch relativ aufwendig in der Herstellung und Montage, da insbesondere der Planetenträger und das Gehäuse aufwendig gestaltet sind und während der Montage viele Bauteile in ihrem Spiel einzustellen sind.

Die DE 195 44 197 A1 offenbart ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger eine durchgehende zentrale Bohrung aufweist, durch welche die Planetenräder bei der Montage eingeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit hoher Übersetzung, kurzer axialer Baulänge und geringem Verdrehspiel anzugeben, das außerdem kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Unteransprüche gegeben.

Der Planetenträger weist auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite eine Öffnung auf, durch welche hindurch die großen Stufenräder der Stufenplaneten bei der Montage axial einführbar sind. Dies ermöglicht eine weniger aufwendige Ausgestaltung des Planetenträgers. Der Planetenträger wird nur von einer Seite bestückt und kann daher auf der anderen Seite eine geschlossene Stirnfläche aufweisen.

Die Öffnung im Planetenträger ist vorteilhafterweise als zentrale Bohrung ausgebildet, deren Durchmesser größer ist als der Kopfkreisdurchmesser der großen Stufenräder der Stufenplaneten. Vorteilhafterweise sind im Planetenträger Aufnahmebereiche für die großen Stufenräder der Stufenplaneten vorgesehen, welche zu der zentralen Öffnung hin offen sind. So können die einzelnen Stufenplaneten, nachdem sie nacheinander durch die zentrale Öffnung eingeführt worden sind, radial nach außen in die Aufnahmebereiche in ihre Betriebsposition gebracht werden. Um die Öffnung herum kann ein geschlossener Ring vorhanden sein, der die Steifigkeit des Planetenträgers wesentlich erhöht.

Außerdem sind die ersten Planeten und die Stufenplaneten vollständig radial innerhalb des Fußkreises des Hohlrads angeordnet, wodurch eine sehr einfache Montageabfolge ermöglicht wird. Bei dieser wird zunächst der Planetenträger vollständig mit den Stufenplaneten und Planetenrädern bestückt, um danach als vormontierte Baugruppe in das Gehäuse eingeführt zu werden. Das Gehäuse weist hierzu in vorteilhafter Weise auf der dem Antriebsmotor abgewandten Stirnseite eine Öffnung auf, durch welche hindurch der mit dem Planeten vormontierte Planetenträger einführbar ist, so dass der Planetenträger das Getriebe auf derjenigen Seite, von welcher er in das Getriebegehäuse eingeführt wurde, nach außen abschließt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse ein zylindermantelförmiges Teil auf, dem das Hohlrad zugeordnet bzw. in welches das Hohlrad eingear beitet ist. Auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite ist dieses zylindermantelförmige Teil durch einen Gehäusedeckel verschlossen. Das Gehäuse ist also auf einer Seite durch eine Stirnseite des Planetenträgers und auf der anderen Seite durch den Gehäusedeckel verschlossen. Hierdurch wird das Getriebe auf beiden Seiten für einen Lagereinbau zugänglich, so dass der Planetenträger durch zwei Lager in dem zylindermantelförmigen Gehäuseteil gelagert werden kann, wobei die Verzahnungsebenen der Planeten axial zwischen den beiden Lagern angeordnet sind. Es wird also eine breite Lagerbasis geschaffen, so dass am Planetenträger, der den Abtrieb bildet, hohe Quer- und Kipplasten aufgenommen werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Gehäusedeckel einen nach innen weisenden, zentralen Vorsprung auf, welcher zumindest teilweise den selben axialen Bauraum einnimmt wie die Planeten, wobei in dem Vorsprung ein Sonnenradlager und/oder ein Wellendichtring angeordnet ist. Hierdurch wird der freie Bauraum im Bereich der zentralen Öffnung des Planetenträgers optimal genutzt. Das an dieser Stelle vorgesehene Sonnenradlager bzw. der Wellendichtring weisen einen geringen Durchmesser auf, so dass trotz der hohen Drehzahlen des Sonnenrads nur relativ geringe Gleit- bzw. Wälzgeschwindigkeiten auftreten und nur wenig Reibungsverlust entsteht.

Sofern höhere Übersetzungen gefordert sind, eignet sich dieser Bauraum im Bereich innerhalb des vom Planetenträger umschlossenen, einseitig offenen Hohlraums auch für eine Vorübersetzungsstufe, welche trieblich zwischen dem Sonnenrad und dem Antriebsmotor vorgesehen ist. Ein Getriebe mit sehr hoher Übersetzung und kompakter Bauweise ist durch eine Ausgestaltung gegeben, bei welcher das Sonnenrad drehstarr an einem Planetenträger der Vorübersetzungsstufe gekoppelt ist, auf welchem Planeten der Vorübersetzungsstufe angeordnet sind, die in ständigem Zahneingriff mit einem dem Planetenträger der Hauptübersetzungsstufe zugeordneten Hohlrad und einem vom Antriebsmotor antreibbaren zentralen Antriebsritzel sind.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen werden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes;
2 einen Schnitt durch die Verzahnungsebene der großen Stufenräder der Stufenplaneten;
3 einen Schnitt durch die Verzahnungsebene der kleinen Stufenräder der Stufenplaneten;
4a bis 4d Montagephasen der Stufenräder im Planetenträger und
5 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes mit einer Vorübersetzungsstufe.
In 1 ist mit 2 eine Antriebswelle bezeichnet, die eine Aufnahme für eine Abtriebswelle des nicht dargestellten Antriebsmotors aufweist. Das Sonnenrad 4 ist mittels einer Mitnahmeverzahnung 6 drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden. Das Gehäuse des Getriebes besteht aus einem zy lindermantelförmigen Teil 8 und einem motorseitigen Gehäusedeckel 10. In dem zylindermantelförmigen Gehäuseteil 8 ist ein Hohlrad 12 eingearbeitet. Auf dem Planetenträger 14, der den Abtrieb bildet, ist eine Gruppe von ersten Planeten 16 und eine Gruppe von zweiten Planeten 18, die als Stufenplaneten ausgebildet sind, gelagert.
Der in 1 gezeigte Längsschnitt verläuft entlang der in 3 mit I bezeichneten Linie. Während zwei sich gegenüberliegende Stufenplaneten 18 mit ihren großen Stufenrädern 20 jeweils mit dem Sonnenrad 4 in Eingriff stehen (2), stehen die kleinen Stufenräder 22 der Stufenplaneten 18 jeweils mit einem Paar von benachbarten ersten Planeten 16, von denen in 1 nur einer gezeigt ist, in Eingriff. Die Stufenplaneten 18 sind mit ihren großen Stufenrädern 20 vom Antriebsmotor abgewandt angeordnet. Die Verzahnungsebene des Sonnenrads 4 mit den großen Stufenrädern 20 der Stufenplaneten 18 liegt auf der vom Antriebsmotor abgewandten Seite der Verzahnungsebene des Hohlrads 12. Der Radialwellendichtring 42 dichtet das Getriebegehäuse nach außen ab. Die ersten Planeten 16 stehen außerdem mit dem Hohlrad 12 in Eingriff (3).
Bei dem Getriebe wird die Eingangsleistung sowohl am Sonnenrad 4 als auch an jedem kleinen Stufenrad 22 der Stufenplaneten 18 auf jeweils zwei Zahneingriffe verteilt, so dass mit entsprechend der Übersetzung ansteigendem, zu übertragenden Drehmoment immer mehr Verzahnungen an der Drehmomentübertragung beteiligt sind. Sowohl das Sonnenrad 4 als auch die kleinen Stufenräder 22 der Stufenplaneten 18 sind in geringem Maße radial beweglich gelagert, so dass sie in den Zahneingriffen mit den großen Stufenrädern 20 bzw. den ersten Planeten 16 jeweils ihre radiale Position selbst finden. Die kleinen Stufenräder der Stufenplaneten sind also praktisch fliegend in den Zahneingriffen mit den ersten Planeten gelagert. Hierdurch wird eine sehr gleichmäßige Lastverteilung auf die einzelnen Verzahnungen gewährleistet.
Erfindungsgemäß weist der Planetenträger 14 auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite innerhalb eines umlaufenden Rings 24 eine als zentrale Bohrung ausgebildete Öffnung auf, durch welche hindurch die großen Stufenräder 20 passen, so dass die Stufenplaneten 18 bei der Montage von dieser Seite des Planetenträgers her einführbar sind. Hierdurch ist es möglich, den Planetenträger 14 auf der Abtriebsseite mit einer geschlossenen Seite zu versehen, die das Getriebe nach außen abschließt.
Ferner sind die ersten Planeten 16, die eine durchgehende Verzahnung aufweisen, und die Stufenplaneten 18 vollständig radial innerhalb des Fußkreises des Hohlrads 12 angeordnet, wodurch ein einfacher Montageablauf gewährleistet wird. Zunächst wird der Planetenträger 14 mit den Stufenplaneten 18 und dem Planeten 16 bestückt, um dann als vormontierte Einheit in das Gehäuse 8, 10 eingeführt zu werden. Hierzu weist das Gehäuse auf der dem Abtriebsmotor abgewandten Stirnseite eine Öffnung auf.
Das Getriebe ist auf der einen Seite durch den Planetenträger 14 und auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite durch den Gehäusedeckel 10 verschlossen. Dieser Aufbau ermöglicht es, beidseits der Verzahnungsebenen der ersten und zweiten Planeten 16, 18 jeweils ein Planetenträgerlager 26, 28 zwischen Planetenträger 14 und dem zylindermantelförmigen Gehäuseteil 8 vorzusehen. Die Lager 26, 28 sind als Kegelrollenlager ausgebildet und in O-Lageranordnung eingebaut, so dass eine große Lagerbasis entsteht und am Planetenträger 14, der den Abtrieb bildet, hohe Quer- und Kipplasten aufgenommen werden können.
Der Gehäusedeckel 10 weist einen nach innen weisenden, zentralen Vorsprung 30 auf, der mehrfach abgestuft ist. Er reicht bis in den axialen Bauraum hinein, der von den Planeten eingenommen wird, und trägt ein Sonnenradlager 32 sowie einen Wellendichtring 34.
Die Stufenplaneten 18 sind einseitig durch Planetenlager 36 gelagert, die auf Planetenbolzen 38 sitzen. Das Planetenlager 36 ist als Nadellager ausgebildet und axial im Verzahnungsbereich des großen Stufenrads 20 angeordnet. Diese einseitige Lagerung bewirkt eine gewisse Kippbeweglichkeit des Stufenplaneten, so daß das kleine Stufenrad 22 in geringem Maße radial beweglich ist und sich zwischen den Verzahnungen des Paars der benachbarten Planeten 16 radial einstellen kann. Bei der Montage wird zunächst der Stufenplanet 18 durch die antriebsmotorseitige zentrale Bohrung im Planetenträger hindurch in seine Betriebsposition gebracht. In einem zweiten Schritt wird von außen durch eine durchgehende Bohrung 40 im Planetenträger 14 hindurch der Planetenbolzen 38 eingebracht. Die Planetenbolzen 38 sind in den Planetenträger 14 eingepreßt, so dass sie diesen nach außen dicht abschließen.
Die 4a bis 4d zeigen vier aufeinanderfolgende Montagephasen der Stufenräder 18 in Planetenträgern 14. Nachdem ein erstes Stufenrad durch die Öffnung im Planetenträger hindurch und dann radial nach außen (in 4a unten) gebracht ist, wird das zweite Stufenrad durch die Öff nung hindurch in den Planetenträger 14 eingebracht. Wie in 4b dargestellt, wird der zuerst eingebrachte Stufenplanet nach außen verkippt, so dass der zweite Stufenplanet ebenfalls in seine Betriebsposition gebracht werden kann, wie in den 4c, 4d dargestellt ist. Erst wenn die Stufenplaneten in ihrer Betriebsposition sind, werden die Planetenbolzen 38 durch die Stirnseite des Planetenträgers 14 hindurch eingepreßt (1). Durch diese Montageabfolge wird eine sehr gute Bauraumausnutzung erzielt.
In der in 5 gezeigten Ausführungsform sind für entsprechende Positionen die selben Bezugsziffern wie in 1 benutzt. In dem vom Planetenträger umschlossenen, einseitig offenen Hohlraum 44 ist trieblich zwischen dem Sonnenrad 4 und der dem nicht gezeigten Antriebsmotor zugeordneten Eingangswelle 2 eine Vorübersetzungsstufe vorgesehen. Diese weist einen Planetenträger 46 auf, der drehstarr mit dem Sonnenrad 4 gekoppelt ist und auf dem mehrere Planeten 47 der Vorübersetzungsstufe angeordnet sind. Die Planeten 47 sind in ständigem Zahneingriff mit einem Hohlrad 48, welches drehfest mit dem Planetenträger 14 der Hauptübersetzungsstufe verbunden ist und mit einem zentralen Antriebsritzel 50, das mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Die integrierte Vorübersetzungsstufe 46, 47, 50 ermöglicht eine sehr hohe Gesamtübersetzung bei einer kompakten Bauform.

2: Antriebswelle
4: Sonnenrad
6: Mitnahmeverzahnung
8: Gehäuseteil
10: Gehäusedeckel
12: Hohlrad
14: Planetenträger
16: Planet
18: Stufenplanet
20: großes Stufenrad
22: kleines Stufenrad
24: Ring
26: Lager
28: Lager
30: Vorsprung
32: Sonnenradlager
34: Wellendichtring
36: Lager
38: Planetenbolzen
40: Bohrung
42: Wellendichtring
44: Hohlraum
46: Planetenträger
47: Planet
48: Hohlrad
50: Ritzel

Claims

Planetengetriebe mit einem von einem Antriebsmotor antreibbaren Sonnenrad (4), mit genau einem in einem Gehäuse (8, 10) angeordneten Hohlrad (12), einer Gruppe von ersten Planeten (16) und einer Gruppe von zweiten Planeten (18), wobei alle Planeten in einem gemeinsamen, den Abtrieb bildenden Planetenträger (14) gelagert sind, die Anzahl der zweiten Planeten (18) der halben Anzahl der ersten Planeten (16) entspricht, die zweiten Planeten (18) als Stufenplaneten mit kleinen und großen Stufenrädern (22, 20) ausgebildet sind, die großen Stufenräder (20) der Stufenplaneten mit dem Sonnenrad (4) in Eingriff stehen, die kleinen Stufenräder (22) der Stufenplaneten gleichzeitig mit einem Paar von benachbarten ersten Planeten (16) und die ersten Planeten (16) mit dem Hohlrad (12) in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (14) auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite eine Öffnung aufweist, durch welche hindurch die großen Stufenräder (20) der Stufenplaneten bei der Montage axial einführbar sind, dass die ersten Planeten (16) und die Stufenplaneten (18) vollständig radial innerhalb des Fußkreises des Hohlrads (12) angeordnet sind und das Gehäuse auf der dem Antriebsmotor abgewandten Stirnseite eine Öffnung aufweist, durch welche hindurch der mit den Planeten (16, 18) vormontierte Planetenträger (14) einführbar ist und dass der Planetenträger (14) das Getriebe auf der dem Antriebsmotor abgewandten Seite nach außen abschließt.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein zylinderförmiges Teil (8) umfasst, dem das Hohlrad (12) zugeordnet ist und das auf der dem Antriebsmotor zugewandten Seite durch einen Gehäusedeckel (10) verschlossen ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (10) einen nach innen weisenden, zentralen Vorsprung (30) aufweist, welcher zumindest teilweise den selben axialen Bauraum einnimmt wie die Planeten (16, 18), wobei in dem Vorsprung ein Sonnenradlager (32) und/oder ein Wellendichtring (34) angeordnet ist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinen Stufenräder (22) der Stufenplaneten (18) fliegend in den Zahneingriffen mit den ersten Planeten (16) gelagert sind.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stufenplanet durch ein im Bereich des großen Stufenrads (12) angeordnetes Lager (36) im Planetenträger (14) gelagert ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das große Stufenrad (20) jedes Stufenplaneten (18) eine Bohrung zur Aufnahme des Lagers (36) aufweist und dass das Lager (36) auf einem Planetenbolzen (38) sitzt, welcher durch eine durchgehende Bohrung (40) in der Stirnseite des Planetenträgers (14) eingebracht ist.
Planetengetriebe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass trieblich zwischen dem Sonnenrad (4) und dem Antriebsmotor eine Vorübersetzungsstufe vorgesehen ist, welche zumindest teilweise innerhalb des vom Planetenträger (14) umschlossenen, einseitig offenen Hohlraums (44) angeordnet ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (4) drehstarr an einem Planetenträger (46) der Vorübersetzungsstufe gekoppelt ist, auf dem Planeten (47) der Vorübersetzungsstufe angeordnet sind, die in ständigem Zahneingriff mit einem dem Planetenträger (14) der Hauptübersetzungsstufe zugeordneten Hohlrad (48) und einem vom Antriebsmotor antreibbaren zentralen Antriebsritzel (50) sind.