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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung richtet sich auf ein Umlaufrädergetriebe, insbesondere in der Ausgestaltung eines Achsgetriebes zur Aufteilung der seitens einer Antriebseinrichtung bereitgestellten und über einen Leistungseingang zugeführten Antriebsleistung auf einen ersten und einen zweiten Leistungsausgang, wobei innerhalb des Umlaufrädergetriebes eine Übersetzung erfolgt, so dass der Leistungsabgriff an den beiden Leistungsausgängen auf einem gegenüber der Antriebsdrehzahl am Leistungseingang reduzierten Ausgangsdrehzahlniveau erfolgt.
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Aus
US 5,845,732 A ist ein Umlaufrädergetriebe der vorgenannten Art bekannt. Die Leistungsverzweigung innerhalb des Getriebes wird hier durch eine erste Planetenstufe bewerkstelligt die ein Sonnenrad, einen mit Planeten bestückten Planetenträger und ein Hohlrad umfasst. Die seitens eines Motors bereitgestellte Antriebsleistung wird über das insoweit als Leistungseingang fungierende Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet, die Leistungsverzweigung erfolgt auf den Planetenträger sowie das Hohlrad. Der Planetenträger ist hierbei mit einer ersten Ausgangswelle gekoppelt. Das Hohlrad ist mit dem Sonnenrad der zweiten Planetenstufe gekoppelt. Die zweite Planetenstufe umfasst ein stationäres Hohlrad sowie einen mit Doppelplaneten bestückten Planetenträger. Dieser Planetenträger ist mit einer zweiten Ausgangswelle gekoppelt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Umlaufrädergetriebe, insbesondere in Form eines Achsgetriebes zu schaffen, das sich durch einen kompakten und kostengünstig realisierbaren, sowie auch hinsichtlich seines mechanischen Betriebsverhaltens vorteilhaften Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Umlaufrädergetriebe zur Verzweigung der an einem Leistungseingang anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang, mit:
- – einer ersten Planetengetriebestufe die ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetensatz, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst, und
- – einer zweiten Planetenstufe die ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetensatz, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst, wobei
- – das erste Hohlrad als Leistungseingang fungiert und das erste Sonnenrad mit dem zweiten Sonnenrad drehfest gekoppelt ist,
- – der zweite Planetenträger stationär festgelegt ist,
- – der erste Planetenträger den ersten Leistungsausgang darstellt, und
- – das zweite Hohlrad den zweiten Leistungsausgang darstellt.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Achsdifferential zu schaffen, das neben einer symmetrischen Leistungsverzweigung eine günstige Gesamtübersetzung bei einem hohen mechanischen Systemwirkungsgrad bietet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Umlaufrädergetriebe derart gestaltet, dass der erste Leistungsausgang eine erste Abtriebswelle aufweist, die gleichachsig zu einer den zweiten Leistungsausgang darstellenden zweiten Abtriebswelle angeordnet ist. Die beiden Abtriebswellen sind vorzugsweise auf einander abgewandten Seiten aus dem Getriebegehäuse herausgeführt.
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Die Leistungszufuhr zu dem ersten Hohlrad erfolgt vorzugsweise über ein unmittelbar auf dem ersten Hohlrad sitzendes Antriebsrad das als Kettenrad, Tellerrad oder Stirnrad oder auch als Laufscheibe eines Zugmitteltriebs ausgeführt ist. Dieses Antriebsrad ist vorzugsweise entweder integral mit dem ersten Hohlrad ausgebildet, oder auf dieses in Form eines Kranzes aufgesetzt oder an das erste Hohlrad angeflanscht. Die Axialposition der Verzahnung des Antriebsrades entspricht vorzugsweise auch der Axialposition der Verzahnungsebene des ersten Planetensatzes.
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Der zweite Leistungsausgang umfasst vorzugsweise eine zweite Abtriebswelle die drehfest an das zweite Hohlrad angebunden ist. Über diese zweite Abtriebswelle kann ein Lagerzapfen bereitgestellt werden, über welchen das zweite Hohlrad radial gelagert werden kann. Das zweite Hohlrad kann zudem auch im Getriebegehäuse, oder an dem stationär festgelegten zweiten Planetenträger gelagert werden. Es ist möglich, das Getriebe insgesamt so zu gestalten, dass die beiden Hohlräder entweder baugleich ausgeführt sind, oder zumindest im Radialschnitt gleichartige Innenverzahnungen aufweisen, so dass bei der Fertigung der beiden Hohlräder auf Ausgangskomponenten zurückgegriffen werden kann, die zumindest bis zur Ausbildung der Innenverzahnung noch abmessungsidentisch sind wodurch bei der Fertigung der Zahnräder eine gewisse Reduktion der Ausgangswerkstückvarianten, zumindest auf unterer Bearbeitungsebene noch gegeben ist.
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Die erste Planetenstufe fungiert als echtes Umlaufrädergetriebe das über den ersten Planetensatz eine Leistungsverzweigung auf das erste Sonnenrad und auf den ersten Planetenträger bewerkstelligt. Die zweite Planetenstufe fungiert aufgrund der Festlegung des zweiten Planetenträgers an sich als Stirnrad-Wendegetriebe mit einer Übersetzungswirkung „ins Langsame“.
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Die erste Planetengetriebestufe und die zweite Planetengetriebestufe können derart gestaltet werden, dass die beiden Sonnenräder, die Planetenräder der beiden Planetenradsätze und ggf. auch die beiden Hohlräder als zumindest hinsichtlich der entsprechenden Zahngeometrien und Teilkreisdurchmesser baugleiche Komponenten gefertigt werden können. Die erste Planetengetriebestufe und die zweite Planetengetriebestufe weisen vorzugsweise unterschiedliche Standübersetzungen auf.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den ersten Planetensatz als sog. Stufenplanetensatz auszubilden. Die Planetenräder des ersten Planetensatzes bilden dabei einen ersten Stirnradkranz und einen zweiten, hinsichtlich seines Teilkreisdurchmessers größeren Stirnradkranz. Der jeweils hinsichtlich seines Teilkreisdurchmessers kleinere Stirnradkranz des jeweiligen Stufenplaneten steht dann mit dem ersten Sonnenrad des ersten Planetensatzes und der hinsichtlich seines Durchmessers größere Stirnradkranz mit dem ersten Hohlrad des ersten Planetensatzes in Eingriff.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Schemadarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines als Achsdifferentialgetriebe ausgeführten erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes, zur Veranschaulichung der operativen Verknüpfung der Getriebekomponenten;
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2 eine Schemadarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines als Achsdifferentialgetriebe ausgeführten erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes, wobei hier die Planeten des ersten Planetensatzes als sog. Stufenplaneten ausgeführt sind.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt in Form einer Schemadarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes das hier als Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug ausgeführt ist. Dieses erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe dient der Verzweigung der an einem Leistungseingang I anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang O1, O2. Das Umlaufrädergetriebe umfasst eine erste Planetengetriebestufe S1 die ein erstes Sonnenrad 1, einen ersten Planetensatz P, ersten einen ersten Planetenträger C1 und ein erstes Hohlrad 2 umfasst.
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Das Umlaufrädergetriebe umfasst weiterhin eine zweite Planetenstufe S2 die ein zweites Sonnenrad 1´, einen zweiten Planetensatz P´, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Hohlrad 2´ umfasst. Das erste Hohlrad 2 fungiert als Leistungseingang. Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Sonnenrad 1 mit dem zweiten Sonnenrad 1´ drehfest gekoppelt ist und der zweite Planetenträger C2 stationär festgelegt ist. Zudem treibt der erste Planetenträger C1 den ersten Leistungsausgang O1 und das zweite Hohlrad 2´ treibt direkt den zweiten Leistungsausgang O2.
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Der erste Leistungsausgang O1 umfasst eine erste Abtriebswelle OS1, die gleichachsig zur zweiten Abtriebswelle OS2 angeordnet ist. Letztere ist wie bereits ausgeführt drehfest an das zweite Hohlrad 2´ angebunden, ggf. mit diesem zu einer in sich starren Struktur vereinigt. Die erste Planetengetriebestufe S1 und die zweite Planetengetriebestufe S2 sind weitgehend unter Rückgriffnahme auf baugleiche Ausgangs-Komponenten gefertigt.
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Alternativ zu der hier gezeigten Ausführungsform der beiden Planetengetriebestufen S1, S2 mit unterschiedlichen Standübersetzungsverhältnissen ist es auch möglich, diese beiden Planetengetriebestufen S1, S2 derart auszubilden, dass diese zumindest annähernd gleiche Standübersetzungen liefern. Insgesamt sind die Standübersetzungen vorzugsweise so abgestimmt, dass sich an den Ausgangswellen OS1, OS2 gleiche Drehmomente ergeben.
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Das hier gezeigte Umlaufrädergetriebe ist als Achsgetriebe für ein Kraftfahrzeug ausgelegt. Die beiden Abtriebswellen OS1, OS2 führen zu einem linken, bzw. einem rechten Antriebsrad einer Fahrzeugachse. Das Umlaufrädergetriebe kann insbesondere auch als Verteilergetriebe bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, zur Aufteilung der Antriebsleistung auf eine vordere und eine hintere Fahrzeugachse.
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Der Antrieb des ersten Hohlrades 2 erfolgt über ein Eingangsrad 5. Das Eingangsrad 5 ist hier als Kettenrad ausgeführt und wird über eine Antriebskette 6 angetrieben die als solche eine kinematische Verbindung zwischen dem hier gezeigten Umlaufrädergetriebe und einem nicht näher gezeigten vorgelagerten Getriebe, insbesondere einem Schaltgetriebe, oder auch einem elektrischen Antriebssystem herstellt. Das Achsgetriebe kann seitlich an ein Schaltgetriebe angesetzt sein. Das Achsgetriebe kann auch als Hinterachsdifferential ausgeführt sein, wobei der Antrieb des ersten Hohlrades dann vorzugsweise über ein auf diesem koaxial sitzendes Tellerrad erfolgt das Teil eines Winkelgetriebes bildet.
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Die Planeten P1 des ersten Planetensatzes P greifen in das erste Sonnerad 1 ein. Diese ersten Planeten P1 sind auf dem ersten Planetenträger C1 gelagert. Der erste Planetenträger C1 ist drehbar gelagert und dabei starr, d.h. drehfest mit der ersten Ausgangswelle OS1 gekoppelt. Die ersten Planeten P1 wälzen in dem ersten Hohlrad 2 ab. Das erste Hohlrad 2 stellt den Leistungseingang dar und wird über das auf dem ersten Hohlrad 2 sitzende Kettenrad, bzw. die in dieses Kettenrad 5 eingreifende Kette 6 angetrieben.
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Das zweite Sonnenrad 1´ greift in die zweiten Planeten P1´ der zweiten Getriebestufe S2 ein. Diese zweiten Planeten P1´ sind an einem Planetenträger C2 gelagert. Dieser Planetenträger C2 ist im Getriebegehäuse drehfest gesichert. Die zweiten Planeten P1´ greifen von innen her in das zweite Hohlrad 2´ ein. Dieses zweite Hohlrad 2´ ist im Getriebegehäuse drehbar gelagert und drehfest mit der zweiten Abtriebswelle OS2 gekoppelt.
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Die erste Getriebestufe S1 fungiert als Verzweigungsgetriebe und stellt ein echtes Umlaufrädergetriebe dar. Die zweite Getriebestufe S2 fungiert als Wendegetriebe und ist in diesem Falle an sich eine Stirnradstufe mit einer der Anzahl der Planeten P1´ entsprechenden Zahl an parallelen Kraftübertragungswegen zwischen dem zweiten Sonnerad 1´und dem zweiten Hohlrad 2´. Kinematisch betrachtet fungiert die zweite Getriebestufe S2 als einfaches Stirnradgetriebe das die hinsichtlich der Ausgangsdrehmomente ungleiche Verzweigungswirkung der ersten Getriebestufe S1 kompensiert.
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Die Axialpositionen des als Kettenrad oder ggf. auch als Stirn- oder Tellerrad ausgeführten Antriebsrades 5 und die Axialposition des ersten Hohlrades 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich eine koaxial ineinander geschachtelte Anordnung ergibt. Das erste Hohlrad 2 sitzt also im wesentlichen auf dem gleichen Axialniveau wie das dieses treibende Antriebsrad 5 und damit sitzt der erste Planetensatz P nicht nur innerhalb des Hohlrades 2, sondern auch innerhalb des Antriebsrades 5. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte axiale Bauraumersparnis. Das Antriebsrad 5 kann integral mit dem Hohlrad 2 ausgebildet sein, oder auch auf dieses aufgesetzt oder anderweitig drehfest an dieses angebaut sein. Das Hohlrad 2 kann über eine Wälzlagerung im Getriebegehäuse gelagert sein. Alternativ hierzu, oder in Kombination mit dieser Maßnahme ist es auch möglich, das Hohlrad 2 als glockenartige Struktur auszubilden und die Verbindungswelle 7 zwischen dem ersten Sonnerad 1 und dem zweiten Sonnerad 1´ in dem Nabenbereich des ersten Hohlrades 2 zu lagern. Diese Verbindungswelle 7 und die beiden Abtriebswellen OS1, OS2 können über geeignete Lagereinrichtungen, wiederum aneinander gelagert und damit zueinander zentriert sein.
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Wie aus der in die Darstellung beispielhaft eingebundenen Tabelle ersichtlich, können die beiden Getriebestufen hinsichtlich ihrer Standübersetzungen so ausgelegt sein, dass diese unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Das Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebestufe ist dabei einerseits negativ und zudem betragsmäßig kleiner als das Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe S2. Insgesamt ist die Auslegung jedoch so getroffen, dass sich auf die Ausgangswellen OS1, OS2 eine symmetrische Momentenaufteilung ergibt. Insgesamt wird das Getriebe vorzugsweise so ausgelegt, dass sich nur eine relativ geringe Achsübersetzung insbesondere im Bereich von 1,6 bis 3 ergibt. Insbesondere Ausführungsformen mit höheren Achsübersetzungen eignen sich in besonderem Maße als Achsgetriebe für elektromechanische Antriebe. Der entsprechende Elektromotor kann dabei koaxial zur Hauptachse des erfindungsgemäßen Getriebes, d.h. gleichachsig zur Umlaufachse des ersten Hohlrades angeordnet sein.
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Wird die Standübersetzung des Überlagerungsgetriebes zu –2,00 (–3,00) und die des Wendegetriebes zu –3,00 (–4,00) gewählt, so ergibt sich eine Gesamtübersetzung von +3,00 (+2,66). Das Überlagerungsgetriebe kann innerhalb des Kettenrades 5, bzw. des Antriebsstirnrades angeordnet werden, was zu einer kurzen axialen Baulänge führt.
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In 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines als Achsgetriebe ausgelegten erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes dargestellt. 2 zeigt hierbei wiederum eine Prinzipskizze der Erfindung. Das Antriebsdrehmoment wird über den Kettentrieb 6 auf das Eingangsrad 5 und damit zum wälzenden Differential übertragen. Die als Überlagerungsgetriebe ausgeführte erste Getriebestufe S1 des wälzenden Differentials dient der Leistungsteilung. Die am ersten Hohlrad 2 anliegende Antriebsleistung wird über den Planetensatz P auf den Planetenträger C1 und das erste Sonnenrad 1 verzweigt. Da das erste Sonnenrad 1 und der erste Planetenträger C1 des Überlagerungsgetriebes S1 unterschiedliche Drehmomente führen, bedarf es eines durch die zweite Getriebestufe S2 realisierten weiteren Wendegetriebes, um letztlich gleiche Drehmomente an den Abtriebswellen OS1, OS2 zu erzeugen. Die Standübersetzungen der beiden Planetengetriebestufen S1, S2 sind daher voneinander abhängig.
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Im Gegensatz zum Aufbau nach 1 weist die Planetengetriebestufe S1 nunmehr gestuft ausgeführte Planetenräder P auf. Jedes Planetenrad P umfasst jeweils einen hinsichtlich seines Durchmessers kleineren Stirnradkranz P1 und einen hinsichtlich seines Teilkreisdurchmessers größeren Stirnradkranz P2, wobei der hinsichtlich seines Teilkreisdurchmessers kleinere Stirnradkranz P1 des jeweiligen Stufenplaneten P mit dem, dem Planetensatz S1 zugeordneten Sonnenrad 1 in Eingriff steht, und der hinsichtlich seines Durchmessers größere Stirnradkranz P2, mit dem ihm zugeordneten Hohlrad 2 in Eingriff steht.
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Die Stufung der Planeten P, ist zwar im Hinblick auf die Gesamtübersetzung nicht nötig, jedoch wird die Teilübersetzung zwischen Planet und Sonne bzw. zwischen Planet und Hohlrad derart geändert dass kleinere Planetenrelativdrehzahlen auftreten. Hierdurch werden gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 die Planetenrelativdrehzahlen gesenkt. Somit wird ein erweiterter Betriebsbereich bzgl. der Höchstgeschwindigkeit erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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