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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
WO 2012/079 751 A1 ist ein Übersetzungs- und Ausgleichsgetriebe bekannt, mit einer Eingangswelle und zwei koaxial zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswellen, wobei dieses Getriebe ein Gehäuse aufweist, in welchem ein wenigstens eine Planetenstufe umfassender Übersetzungsabschnitt und ein als Stirnraddifferential ausgebildeter Ausgleichsabschnitt angeordnet sind. Bei diesem Getriebe weist der Übersetzungsabschnitt zwei Planetenstufen auf, nämlich eine Eingangsstufe, deren Sonnenrad mit der Eingangswelle verbunden oder koppelbar ist, und eine Laststufe mit gehäusefestem Hohlrad, deren Sonnenrad mit dem Steg der Eingangsstufe verbunden ist und deren Steg wiederum mit dem Hohlrad der Eingangsstufe verbunden ist. Das Stirnraddifferential ist als ein Planetengetriebe mit positiver Standübersetzung ausgebildet, dessen Hohlrad mit dem Steg der Laststufe verbunden ist und dessen Steg und dessen Sonnenrad jeweils mit einer der Ausgangswellen verbunden sind.
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Aus
DE 10 2007 011 895 A1 ist ein Stirnraddifferenzial mit einem Planetentrieb bekannt, der einen ersten Planetenträger als Summenwelle und der zwei Differenzwellen aufweist, wobei an dem ersten Planetenträger zumindest ein erster Satz drehbarer Planetenräder, sowie ein zweiter Satz drehbarer Planetenräder gelagert sind und dabei Planetenräder des ersten Satzes in Planetenräder des zweiten Satzes eingreifen sowie Planetenräder des ersten Satzes mit der ersten Differenzwelle in Eingriff sind und Planetenräder des zweiten Satzes mit der zweiten Differenzwelle in Eingriff stehen und wobei das Stirnraddifferential mindestens einen zweiten Planetenträger mit zumindest einem dritten Satz drehbar gelagerter Planetenräder aufweist und dabei die Planetenträger axial nebeneinander auf einer gemeinsamen Drehachse angeordnet und relativ zueinander um die Drehachse drehbar sind.
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Aus
DE 10 2010 047 143 A1 ist ein Planetengetriebe bekannt, mit wenigstens zwei Planetenstufen von denen jede Planetenstufen jeweils aus mindestens einem Satz Planeten und einer Sonne gebildet ist, wobei in dem Planetentrieb Zahnräder so miteinander in Zahneingriffen stehen, dass in jedem der Zahneingriffe wenigstens ein erster Zahn an einer aus ersten Zähnen gebildeten ersten Verzahnung in eine Zahnlücke einer aus zweiten Zähnen gebildeten zweiten Verzahnung formschlüssig eingreift und dabei der erste Zahn mit einer ersten Zahnflanke zumindest eine zweite Zahnflanke eines die Zahnlücke an einer Seite begrenzenden zweiten Zahnes an der zweiten Verzahnung in mindestens einem Zahnkontakt berührt.
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Aus
DE 10 2013 210 312 A1 ist ein Umlaufrädergetriebe zur Verzweigung der an einem Leistungseingang anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang bekannt. Dieses Umlaufrädergetriebe umfasst eine erste Planetengetriebestufe die ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetensatz, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad beinhaltet, sowie eine zweite Planetenstufe die ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetensatz, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad beinhaltet. Erfindungsgemäß wird über die erste Planetengetriebestufe eine Leistungsverzweigung auf den ersten Leistungsausgang und auf die zweite Planetenstufe bewerkstelligt, und in einem kinematisch zwischen dem Leistungseingang des Umlaufrädergetriebes und dem Leistungseingangs der ersten Planetenstufe liegenden Bereich ist ein Vorübersetzungsgetriebe vorgesehen und das Übersetzungsverhältnis ist zwischen dem Leistungseingang des Umlaufrädergetriebes und der ersten Planetenstufe schaltbar veränderbar.
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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 kostengünstig realisierbaren, robusten und 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 mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein Achs- oder Zwischendifferential zu schaffen, das eine geforderte, insbesondere symmetrische Leistungsverzweigung und einen hohen mechanischen Systemwirkungsgrad bietet.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Umlaufrädergetriebe derart gestaltet, dass der Antrieb des ersten Sonnerades über einen Hohlwellenzapfen erfolgt durch welchen eine an den ersten Leitungsausgang angebundene erste Abtriebswelle koaxial hindurchgeführt ist. Das erste Sonnenrad kann hierbei über eine Lageranordnung, insbesondere eine Wälzlageranordnung auf der ersten Abtriebswelle gelagert sein.
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Die Leistungszufuhr zu dem ersten Sonnenrad erfolgt vorzugsweise über ein zum Sonnenrad axial versetztes, und zum ersten Sonnenrad achsgleiches Antriebsrad das als Kettenrad, Kegelrad oder Stirnrad oder auch als Laufscheibe eines Zugmitteltriebs ausgeführt ist. Dieses Antriebsrad ist vorzugsweise entweder integral mit dem ersten Sonnenrad ausgebildet, oder mit diesem über den genannten Hohlwellenzapfen oder Antriebswellenstutzen gekoppelt.
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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 der dritte Planetenträger radial gelagert werden kann. Das zweite Hohlrad ist vorzugsweise über eine Wälzlageranordnung im Getriebegehäuse, und/oder ebenfalls über eine Wälzlagerung an dem stationär festgelegten zweiten Planetenträger gelagert.
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Die erste Planetenstufe fungiert als echtes Umlaufrädergetriebe das eine Leistungsverzweigung auf das zweite Sonnenrad und auf das dritte Sonnenrad 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 diese identische Standübersetzungen aufweisen. Hierbei wird es in vorteilhafter Weise möglich, die beiden Sonnenräder, die Planetenräder der beiden Planetenradsätze und ggf. auch die beiden Hohlräder als zumindest hinsichtlich der entsprechenden Zahngeometrien und Teilkreisdurchmesser baugleiche Komponenten zu fertigen. Es ist jedoch auch möglich, die erste Planetengetriebestufe und die zweite Planetengetriebestufe derart zu gestalten, dass diese unterschiedliche Standübersetzungen aufweisen.
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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 des Ausführungsbeispiels nach 1 in Verbindung mit einer graphischen Darstellung der Leistungsverzweigung.
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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 anliegenden Antriebsleistung auf einen ersten und auf einen zweiten Leistungsausgang O1, O2. Das Umlaufrädergetriebe umfasst eine erste Planetengetriebestufe G1 die ein erstes Sonnenrad S1, einen ersten Planetensatz P1, ersten einen ersten Planetenträger C1 und ein erstes Hohlrad H1 umfasst.
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Das Umlaufrädergetriebe umfasst eine zweite Planetenstufe G2 die ein zweites Sonnenrad S2, einen zweiten Planetensatz P2, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Hohlrad H2 aufweist. Das Umlaufrädergetriebe umfasst zudem eine dritte Planetenstufe G3 die ein drittes Sonnenrad S3, einen dritten Planetensatz P3, einen dritten Planetenträger C3 und ein drittes Hohlrad H3 aufweist.
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Das erste Sonnenrad S1 fungiert als Leistungseingang. Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Planetenträger C1 mit dem zweiten Sonnenrad S2 drehfest gekoppelt ist und der zweite Planetenträger C2 stationär festgelegt ist. Zudem treibt das erste Hohlrad H1 das dritte Sonnenrad S3 an. Der dritte Planetenträger C3 treibt ersten Leistungsausgang O1 und das zweite Hohlrad H2 treibt direkt den zweiten Leistungsausgang O2.
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Der erste Leistungsausgang O1 umfasst eine erste Abtriebswelle OS1, die koaxial durch das erste Sonnenrad S1 hindurchgeführt ist. Der zweite Leistungsausgang O2 umfasst eine zweite Abtriebswelle OS2 die drehfest an das zweite Hohlrad H2 angebunden ist. Die erste Planetengetriebestufe S1 und die zweite Planetengetriebestufe S2 sind hier derart gestaltet, dass diese identische Standübersetzungen aufweisen. Dies ermöglicht es hier beide Planetengetriebestufen S1, S2 unter Rückgriffnahme auf baugleiche Komponenten zu fertigen.
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Alternativ zu der hier gezeigten Ausführungsform der beiden Planetengetriebestufen S1, S2 mit gleichen Standübersetzungsverhältnissen ist es jedoch auch möglich, diese beiden Planetengetriebestufen S1, S2 derart unterschiedlich auszubilden, dass diese unterschiedliche Standübersetzungen liefern.
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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. In letzterem Falle kann das Getriebesystem, soweit gefordert auch eine unsymmetrische Momentenaufteilung realisieren.
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Der Antrieb des ersten Sonnenrades S1 erfolgt über einen Hohlwellenzapfen 4. Dieser Hohlwellenzapfen 4 wird über ein Eingangsrad 5 angetrieben. Das Eingangsrad 5 ist hier als Kettenrad ausgeführt und wird über eine Antriebskette angetrieben die als solche eine kinematische Verbindung zwischen dem hier gezeigten Umlaufrädergetriebe und einem nicht näher gezeigten, vorgelagerten Getriebe, insbesondere einem Automatik- oder Schaltgetriebe, oder ggf. auch einem elektromechanischen Antrieb herstellt.
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Das erste Sonnerad S1 greift in die Planeten des ersten Planetensatzes P1 ein. Diese ersten Planeten sind auf dem ersten Planetenträger C1 gelagert. Der erste Planetenträger C1 ist starr, d. h. drehfest mit dem zweiten Sonnerad S2 gekoppelt. Die ersten Planeten wälzen in dem ersten Hohlrad H1 ab. Das erste Hohlrad H1 ist mit dem dritten Sonnerad S3 der dritten Getriebestufe S3 starr, d. h. drehfest gekoppelt.
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Das zweite Sonnenrad S2 greift in die zweiten Planeten der zweiten Getriebestufe S2 ein. Diese zweiten Planeten sind an einem zweiten Planetenträger C2 gelagert. Dieser Planetenträger C2 ist im Getriebegehäuse drehfest gesichert. Die zweiten Planeten greifen von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein. Dieses zweite Hohlrad H2 ist im Getriebegehäuse drehbar gelagert und wie bereits angesprochen, drehfest mit dem zweiten Leitungsausgang O2, OS2 gekoppelt.
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Die erste Getriebestufe S1 fungiert als Verzweigungsgetriebe und stellt ein echtes Umlaufrädergetriebe dar. Die zweite Getriebestufe S2 und die dritte Getriebestufe S3 bilden ein Wendegetriebe mit zwei separaten Wendestufen. Die zweite Getriebestufe S2 ist an sich aufgrund der Festlegung ihres Planetenträgers C2 eine Stirnradstufe mit einer der Anzahl der Planeten P2 entsprechenden Zahl an parallelen Kraftübertragungswegen zwischen dem zweiten Sonnerad S2 und dem zweiten Hohlrad H2. Kinematisch betrachtet fungiert die zweite Getriebestufe S2 als einfaches Stirnradgetriebe das die hinsichtlich der Ausgangsdrehmomente ungleiche Verzweigungswirkung der ersten Getriebestufe S1 zumindest teilweise kompensiert.
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Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe eignet sich insbesondere als Achsantrieb für Pkw's mit negativer Final-Drive-Übersetzung, sowie für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen in Verbindung mit elektrischen Antriebssystemen.
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In 2 ist die Leistungsverzweigung im Bereich der ersten Getriebestufe G1 und der Leistungsfluss in den beiden weiteren Stufen G2, G3 veranschaulicht. Das Antriebsdrehmoment wird auf das Eingangsrad 5 und damit zum wälzenden Differential übertragen. Die als Überlagerungsgetriebe ausgeführte erste Getriebestufe S1 des wälzenden Differentials dient der Leistungsteilung. Die Antriebsleistung des ersten Sonnenrades S1 wird auf den Planetenträger C1 und das erste Hohlrad H1 aufgeteilt. Da das erste Hohlrad H1 und der erste Planetenträger C1 des Überlagerungsgetriebes S1 unterschiedliche Drehmomente führen bedarf es eines durch die zweite und die dritte Getriebestufe G2, G3 realisierten weiteren Wendegetriebes, um letztlich gleiche Drehmomente an den Abtriebswellen OS1, OS2 zu erzeugen. Die Standübersetzungen der Planetengetriebestufen S1, S2 und S3 sind daher voneinander abhängig. Der erste Leistungsausgang O1. d. h. die erste Abtriebswelle OS1 wird über den dritten Planetenträger C3 der dritten Getriebestufe G3 angetrieben. Der zweite Leistungsausgang O2, d. h. die zweite Abtriebswelle OS2 wird über das zweite Hohlrad der zweiten Getriebestufe G2 angetrieben. Insgesamt sind die erste, die zweite und die dritte Getriebestufe so aufeinander abgestimmt, dass an beiden Leistungsausgängen O1, O2 gleiche Antriebsdrehmomente anliegen.
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Die Erfindung betrifft im Kern ein Differential in der Bauform als miteinander gekoppelte. wälzende Planetengetriebe (sog. wälzendes Differential) Die Einheit stellt eine Kombination aus Differential und Final-Drive-Übersetzungsstufe dar. Das Differential kann im Bereich des Achsantriebs verwendet werden, wenn eine zusätzliche Übersetzung gefordert ist.
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Die Erfindung umfasst die Weiterentwicklung bisheriger wälzender Differentiale zur Erzielung sehr hoher Gesamtübersetzungen. Hierzu werden insgesamt drei Getriebestufen G1, G2, G3 in der beschriebenen Weise kinematisch gekoppelt. Das Antriebsdrehmoment wirkt auf die Sonne S1 des Überlagerungsgetriebes G1 des wälzenden Differentials. Das Überlagerungsgetriebe G1 dient zur Leistungsteilung die Antriebsleistung der Sonne wird zu gleichen Teilen auf den Planetenträger C1 und das Hohlrad H1 aufgeteilt. Da das Hohlrad und der Planetenträger des Überlagerungsgetriebes zwar gleiche Leistungen jedoch unterschiedliche Drehmomente führen bedarf es eines weiteren Wendegetriebes (G2, G3) um letztlich gleiche Drehmomente an den Abtriebswellen OS1, OS2 zu erzeugen. Das Wendegetriebe der hier gezeigten Lösung weist Teilgetriebe G2, G3 auf welche das Planetenträger- und das Hohlraddrehmoment des Überlagerungsgetriebes G1 wandeln. Zur Erzielung gleicher Abtriebsmomente an den Rädern können alle Teilgetriebe G1, G2, G3 in diesem Aufbau mit gleichen Standübersetzungen ausgeführt sein. Hierbei ist die Standübersetzung frei wählbar. Mit einer Standübersetzung von –2 (–3) wird eine Gesamtübersetzung von –12 (–24) erreicht Die Gesamtübersetzung ist demnach vergleichsweise hoch. Der Leistungsfluss im Getriebe ist wie angesprochen in der Darstellung nach 2 veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Getriebe zeichnet sich insbesondere in der Ausführungsform mit gleichen Standübersetzungen der einzelnen Stufen G1, G2, G3 durch einen hohen Grad an baugleichen Teilen aus.
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Das erfindungsgemäße Getriebe eignet sich in besonderem Maße für den Einsatz bei Fahrzeugen mit Elektroantrieben, insbesondere Antrieben mit Drehfeldmotoren bei welchen das an der ersten Getriebestufe G1 anliegende Antriebsdrehmoment durch einen relativ hoch drehenden Rotor unter einem relativ niedrigen Drehmoment bereitgestellt wird. Jener Elektromotor kann gleichachsig zur Umlaufachse des ersten Sonnenrades S1, oder auch radial zu dieser versetzt angeordnet sein.
