DE102013216411B4 - Transmission for a positioning actuator - Google Patents
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Abstract
Getriebe für einen Stellaktuator, das Getriebe wenigstens umfassend eine Antriebswelle (1), eine Abtriebswelle (2), einen ersten Planetenradsatz (PR1), einen zweiten Planetenradsatz (PR2) und einen dritten Planetenradsatz (PR3) wobei die Antriebswelle (1) mit Sonnenrad (S1) des ersten Planetenradsatzes (PR1) verbunden ist, wobei der erste Planetenradsatz (PR1), der zweite Planetenradsatz (PR2) und der dritte Planetenradsatz (PR3) koaxial zu der Antriebswelle (1) angeordnet sind, und ein Planetenträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (PR1) mit einem Gehäuse (G) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (PR2) mit der Abtriebswelle (2) verbunden ist, dass der drittePlanetenradsatz (PR3) einen ersten Planetenträger (PT3.1) und einen zweiten Planetenträger (PT3.2) aufweist, und ein Hohlrad (H2) des zweiten Planetenradsatzes (PR2) über eine vierte Welle (4) mit dem ersten Planetenträger (PT3.1) des dritten Planetenradsatzes (PR3) und dem zweiten Planetenträger (PT3.2) des dritten Planetenradsatzes (PR3)verbunden ist und dass ein zweites Hohlrad (H3.2) des drittenPlanetenradsatzes (PR3) mit der Abtriebswelle (2) verbunden ist.Transmission for a positioning actuator, the transmission at least comprising an input shaft (1), an output shaft (2), a first planetary gear set (PR1), a second planetary gear set (PR2) and a third planetary gear set (PR3), the input shaft (1) having a sun gear ( S1) of the first planetary gear set (PR1), the first planetary gear set (PR1), the second planetary gear set (PR2) and the third planetary gear set (PR3) being arranged coaxially with the input shaft (1), and a planet carrier (PT1) of the first Planetary gear set (PR1) is coupled to a housing (G), characterized in that a planet carrier (PT2) of the second planetary gear set (PR2) is connected to the output shaft (2), that the third planetary gear set (PR3) has a first planet carrier (PT3.1 ) and a second planetary carrier (PT3.2), and a ring gear (H2) of the second planetary gear set (PR2) via a fourth shaft (4) with the first planetary carrier (PT3.1) of the third planetary gear set (PR3) un d the second planet carrier (PT3.2) of the third planetary gear set (PR3) is connected and that a second ring gear (H3.2) of the third planetary gear set (PR3) is connected to the output shaft (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Stellaktuator, wie es beispielsweise in der Luftfahrt zur Verstellung eines Teils, beispielsweise einer Steuerfläche oder einer Hochauftriebsfläche eines Flugzeugs zur Anwendung kommt.The present invention relates to a transmission for a positioning actuator, as is used, for example, in aviation to adjust a part, for example a control surface or a high-lift surface of an aircraft.
Die
Insbesondere in der Luftfahrt müssen häufig Stellaufgaben von so genannten Stellaktuatoren bei hohen äußeren Lasten durchgeführt werden. Unter Stellaufgaben ist beispielsweise die Betätigung und Verstellung von Flugzeug-Steuerflächen, insbesondere von verstellbaren Flügelsegmenten zur Richtungsänderung bzw. zur Veränderung des Auftriebs des Flügels, zu verstehen. Gerade in der Luftfahrt sind dabei ein geringes Gewicht, ein geringer Bauraumbedarf und eine hohe Leistungsdichte bei einem hohen Wirkungsgrad von besonderer Bedeutung.In aviation in particular, so-called control actuators often have to perform control tasks with high external loads. Actuation tasks are to be understood, for example, as the actuation and adjustment of aircraft control surfaces, in particular of adjustable wing segments for changing the direction or for changing the lift of the wing. Especially in aviation, a low weight, a small installation space requirement and a high power density with a high degree of efficiency are of particular importance.
Das Dokument
Die
Außerdem offenbart
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebe für einen Stellaktuator vorzuschlagen, welcher eine hohe Übersetzung aufweist und gleichzeitig bei optimierten äußeren Abmessungen und Bauraumbedarf einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist.The invention is therefore based on the object of proposing a transmission for a positioning actuator which has a high transmission ratio and at the same time has a high overall efficiency with optimized external dimensions and space requirements.
Die Aufgabe wird mit einem Getriebe für einen Stellaktuator gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wobei das Getriebe wenigstens eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz und die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist.The object is achieved with a transmission for a positioning actuator according to
Ein Getriebe bezeichnet dabei eine Anordnung von Zahnrädern, wobei je nach Ausführung des Getriebes eine Drehrichtungsumkehr und/oder eine Drehzahländerung zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang erfolgt. Darüber hinaus kann durch ein Getriebe auch eine Übertragung einer Rotationsbewegung von einer ersten Welle auf eine zweite Welle erfolgen, auch wenn die erste Welle und die zweite Welle nicht koaxial zueinander angeordnet sind. In this context, a transmission designates an arrangement of gear wheels, wherein, depending on the design of the transmission, there is a reversal of direction of rotation and/or a change in speed between a transmission input and a transmission output. In addition, a transmission can also be used to transmit a rotational movement from a first shaft to a second shaft, even if the first shaft and the second shaft are not arranged coaxially with one another.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden.In the following, a shaft is not to be understood exclusively as a cylindrical, rotatably mounted machine element for the transmission of torque, but rather also as general connecting elements that connect individual components or elements to one another.
Unter miteinander verbunden ist zu verstehen, dass eine dauerhafte, feste Verbindung zwischen zwei Elementen besteht, wodurch beispielsweise permanent eine Rotationsbewegung von dem einen Bauteil auf das andere Bauteil übertragbar ist.Connected to one another is to be understood as meaning that there is a permanent, fixed connection between two elements, as a result of which, for example, a rotational movement can be permanently transmitted from one component to the other component.
Ein Planetenradsatz umfasst dabei bevorzugt ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An dem Planetenträger drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrades kämmen.A planetary gear set preferably includes a sun gear, a planet carrier and a ring gear. Planetary gears are rotatably mounted on the planetary carrier and mesh with the toothing of the sun gear and/or with the toothing of the ring gear.
Nachfolgend beschreibt ein Minus-Planetenradsatz einen Einzel-Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar lagerbar sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehenden Planetenträger rotiert. Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes erreicht wird.Below, a negative planetary gear set describes a single planetary gear set with a planet carrier on which the planet gears can be rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, with the toothing of at least one of the planetary gears being connected to both the toothing of the sun gear and the toothing of the Ring gear meshes, whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates with the planet carrier stationary. The use of planetary gear sets means that particularly compact transmissions can be implemented, which means that there is a great deal of freedom in the arrangement of the transmission.
Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger und die Planetenräder des Planetenradsatzes verstanden. Ein Plus-Planetenradsatz unterscheide sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad des Planetenradsatzes in die gleiche Drehrichtung rotieren.The elements of a planetary gear set are understood to mean, in particular, the sun gear, the ring gear, the planet carrier and the planetary gears of the planetary gear set. A plus planetary gear set differs from the minus planetary gear set just described in that the plus planetary gear set has inner and outer planet gears which are rotatably mounted on the planet carrier. The toothing of the inner planetary gears meshes with the toothing of the sun gear on the one hand and with the toothing of the outer planetary gears on the other hand. The toothing of the outer planet gears also meshes with the toothing of the ring gear. As a result, when the planet carrier is stationary, the ring gear and the sun gear of the planetary gear set rotate in the same direction of rotation.
Weiter sind der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz koaxial zu der Antriebswelle angeordnet, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse gekoppelt ist.Furthermore, the first planetary gear set, the second planetary gear set and the third planetary gear set are arranged coaxially to the drive shaft, with a planet carrier of the first planetary gear set being coupled to a housing.
Unter einem Gehäuse ist beispielsweise das Getriebegehäuse des Getriebes zu verstehen, jedoch soll bevorzugt zum Ausdruck gebracht werden, dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes durch die Verbindung mit dem Gehäuse drehfest in dem Getriebe angeordnet ist.A housing is to be understood, for example, as the transmission housing of the transmission, but it should preferably be expressed that the planet carrier of the first planetary gear set is arranged in the transmission in a rotationally fixed manner by being connected to the housing.
Unter einer koaxialen Anordnung des ersten Planetenradsatzes, des zweiten Planetenradsatzes und des dritten Planetenradsatzes ist hier vorliegend bevorzugt zu verstehen, dass jeweils der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz für sich rotationssymmetrisch zu einer durch einen Mittelpunkt des jeweiligen Planetenradsatzes verlaufende Rotationsachse symmetrisch aufgebaut sind und die jeweiligen Rotationsachsen der einzelnen Planetenradsätze koaxial zu der Antriebswelle angeordnet sind.A coaxial arrangement of the first planetary gear set, the second planetary gear set and the third planetary gear set is preferably understood here to mean that the first planetary gear set, the second planetary gear set and the third planetary gear set are each constructed symmetrically with respect to an axis of rotation running through a center point of the respective planetary gear set are and the respective axes of rotation of the individual planetary gear sets are arranged coaxially to the drive shaft.
Weiter bevorzugt ist ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über eine dritte Welle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden.More preferably, a ring gear of the first planetary gear set is connected to a sun gear of the second planetary gear set via a third shaft.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden.In addition, according to the invention, a planet carrier of the second planetary gear set is connected to the output shaft.
Darüber hinaus liegt bevorzugt eine Getriebeeingangsdrehzahl n1 an der Antriebswelle an und eine Getriebeausgangsdrehzahl n2 liegt an der Abtriebswelle an, wobei die Getriebeausgangsdrehzahl n2 kleiner als die Getriebeeingangsdrehzahl n1 ist.In addition, a transmission input speed n1 is preferably present at the input shaft and a transmission output speed n2 is present at the output shaft, with the transmission output speed n2 being lower than the transmission input speed n1.
Weiter bevorzugt erfolgt eine Drehrichtungsumkehr zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle.More preferably, the direction of rotation is reversed between the input shaft and the output shaft.
Dies bedeutet, dass die Drehrichtung der Antriebswelle entgegengesetzt der Drehrichtung der Abtriebswelle ist.This means that the direction of rotation of the input shaft is opposite to the direction of rotation of the output shaft.
Darüber hinaus weist der dritte Planetenradsatz erfindungsgemäß einen ersten Planetenträger und einen zweiten Planetenträger auf. Weiter erfindungsgemäß ist ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über eine vierte Welle mit dem ersten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes und dem zweiten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes verbunden.In addition, according to the invention, the third planetary gear set has a first planetary carrier and a second planetary carrier. According to the invention, a ring gear of the second planetary gear set is connected via a fourth shaft to the first planet carrier of the third planetary gear set and the second planet carrier of the third planetary gear set.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Planetenträger des dritten Planetenradsatzes zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes angeordnet.In a preferred embodiment, the first planet carrier of the third planetary gear set is arranged between the second planetary gear set and the second planet carrier of the third planetary gear set.
Weiter bevorzugt ist ein erstes Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse gekoppelt.More preferably, a first ring gear of the third planetary gear set is coupled to the housing.
Unter gekoppelt ist zu verstehen, dass die genannten Elemente miteinander verbunden sind. Dabei können die Elemente, wie hier das erste Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und das Gehäuse direkt miteinander verbunden sein. Jedoch ist auch denkbar, dass zwischen den beiden zu verbindenden Elementen ein weiteres Verbindungselement, beispielsweise ein Welle, angeordnet ist.Coupled means that the elements mentioned are connected to one another. The elements, such as the first ring gear of the third planetary gear set and the housing here, can be connected directly to one another. However, it is also conceivable that a further connecting element, for example a shaft, is arranged between the two elements to be connected.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein zweites Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden.In addition, according to the invention, a second ring gear of the third planetary gear set is connected to the output shaft.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet.In a further preferred embodiment, the third planetary gear set is designed as a plus planetary gear set.
Darüber hinaus ist bevorzugt ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verbunden.In addition, a ring gear of the third planetary gear set is preferably connected to the housing.
Wie bereits eingangs erwähnt, bedeutet die Verbindung mit dem Gehäuse, dass das damit verbundene Element drehfest angeordnet ist. Eine Rotation beispielsweise des Hohlrades des dritten Planetenradsatzes ist somit nicht möglich.As already mentioned at the outset, the connection to the housing means that the element connected thereto is arranged in a rotationally fixed manner. A rotation of the ring gear of the third planetary gear set, for example, is therefore not possible.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stellaktuator vorgeschlagen, welcher ein Getriebe der eingangs genannten Art aufweist.According to a further aspect of the present invention, a positioning actuator is proposed which has a gear mechanism of the type mentioned at the outset.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes; -
2 : eine schematische Ansicht eines erläuternden Beispiels des Getriebes.
-
1 : a schematic view of a preferred embodiment of the transmission according to the invention; -
2 : a schematic view of an explanatory example of the transmission.
Die Antriebswelle 1 ist mit einem Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 verbunden. Die Verzahnung des Sonnenrads S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 kämmt mit der Verzahnung der Planetenräder eines Planetenträgers PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1. Die Verzahnung der Planetenräder des Planetenträgers PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1 kämmt darüber hinaus weiter mit der Verzahnung eines Hohlrades H1 des ersten Planetenradsatz PR1. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1 ist mit einem Gehäuse G verbunden, wodurch dieser drehfest in dem Getriebe angeordnet ist.The
Das Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 ist weiter über eine dritte Welle 3 mit einem Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 verbunden. Die Verzahnung des Sonnenrads S2 kämmt dabei mit der Verzahnung der Planetenräder eines Planetenträgers PT2 des zweiten Planetenradsatzes PR2, wobei diese weiter mit der Verzahnung eines Hohlrades H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 kämmt. Der Planetenträger PT2 ist mit der Abtriebswelle 2 verbunden.The ring gear H1 of the first planetary gear set PR1 is further connected via a
Der dritte Planetenradsatz PR3 weist einen ersten Planetenträger PT3.1 und einen zweiten Planetenträger PT3.2 auf. Ebenfalls verfügt der dritte Planetenradsatz PR3 in Zuordnung zu den jeweiligen Planetenträgern PT3.1, PT3.2 über ein ersten Hohlrad H3.1 und ein zweites Hohlrad H3.2.The third planetary gear set PR3 has a first planetary carrier PT3.1 and a second planetary carrier PT3.2. Also has the third planetary gear set PR3 in assignment to the respective Gen planetary carriers PT3.1, PT3.2 via a first ring gear H3.1 and a second ring gear H3.2.
Das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 ist über eine vierte Welle 4 mit dem ersten Planetenträger PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 und darüber hinaus weiter mit dem zweiten Planetenträger PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 verbunden, wobei der erste Planetenträger PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 über die vierte Welle 4 ebenfalls mit dem zweiten Planetenträger PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 verbunden ist. Mit der Verzahnung der Planetenräder des ersten Planetenträgers PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 kämmt die Verzahnung des ersten Hohlrades H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3. Das erste Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist weiter mit dem Gehäuse G verbunden. Somit ist auch das erste Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 drehfest in dem Getriebe angeordnet. Die Verzahnungen der Planetenräder des zweiten Planetenträgers PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 kämmt mit der Verzahnung des zweiten Hohlrades H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3. Das zweite Hohlrad H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist weiter mit der Abtriebswelle 2 verbunden. Der ersten Planetenträger PT3.1 und das ersten Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 sind dabei räumlich zwischen dem zweiten Planetenradsatz PR2 und dem zweiten Planetenträger PT3.2 bzw. dem zweiten Hohlrad H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 angeordnet.The ring gear H2 of the second planetary gearset PR2 is connected via a
Der erste Planetenradsatz PR1 und der zweite Planetenradsatz PR2 sind jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgeführt, während der dritte Planetenradsatz PR3 als sogenannter Stufen-Planetenradsatz ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Planetenräder des dritten Planetenradsatzes PR3 auf einem gemeinsamen Planetenträger PT3.1, PT3.2 angeordnet sind. Er verfügt nicht über ein Sonnenrad. Zur Abstützung des ersten Planetenträgers PT3.1 und des zweiten Planetenträgers 3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist zur Erhöhung der Stabilität des Radsatzes bzw. zur Erhöhung der Funktionalität eine jeweilige Abstützung bzw. Lagerung des ersten Planetenträgers PT3.1 bzw. des zweiten Planetenträgers PT3.2 auf der Abtriebswelle 2 denkbar. Die Abstützung hat dabei dergestalt zu sein, dass beispielsweise durch eine Drehlagerung eine Übertragung einer Drehbewegung bzw. eines Drehmoments zwischen dem jeweiligen Planetenträger PT3.1, PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 auf die Abtriebswelle 2 und umgekehrt verhindert wird.The first planetary gear set PR1 and the second planetary gear set PR2 are each designed as a minus planetary gear set, while the third planetary gear set PR3 is designed as a so-called stepped planetary gear set. This means that the planet gears of the third planetary gear set PR3 are arranged on a common planet carrier PT3.1, PT3.2. It does not have a sun gear. To support the first planetary carrier PT3.1 and the second planetary carrier 3.2 of the third planetary gear set PR3, a respective support or bearing of the first planetary carrier PT3.1 or the second planetary carrier PT3.2 is to increase the stability of the wheel set or to increase the functionality conceivable on the
Im Gegensatz zu dem ersten Planetenradsatz PR1 und dem zweiten Planetenradsatz PR2 ist der dritte Planetenradsatz PR3' nicht als Minus-Planetenradsatz, sondern als Plus-Planetenradsatz ausgeführt. Der dritte Planetenradsatz PR3' weist ebenfalls einen ersten Planetenträger PT3.1' und einen zweiten Planetenträger PT3.2` auf. Im Gegensatz der in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebswelledrive shaft
- 22
- Abtriebswelleoutput shaft
- 33
- dritte Wellethird wave
- 44
- vierte Wellefourth wave
- GG
- GehäuseHousing
- H1H1
- Hohlrad PR1ring gear PR1
- H2H2
- Hohlrad PR2ring gear PR2
- H3, H3'H3, H3'
- Hohlrad PR3ring gear PR3
- PR1PR1
- erster Planetenradsatzfirst planetary gear set
- PR2PR2
- zweiter Planetenradsatzsecond planetary gear set
- PR3, PR3'PR3, PR3'
- dritter Planetenradsatzthird planetary gear set
- PT1PT1
- Planetenträger PR1Planet carrier PR1
- PT2PT2
- Planetenträger PR2Planet carrier PR2
- PT3.1PT3.1
- Planetenträger PR3Planet carrier PR3
- PT3.1'PT3.1'
- ersten Planetenträger PR3'first planet carrier PR3'
- PT3.2`PT3.2`
- zweiter Planetenträger PR3'second planet carrier PR3'
- S1S1
- Sonnenrad PR1Sun gear PR1
- S2S2
- Sonnenrad PR2Sun gear PR2
- S3S3
- Sonnenrad PR3Sun gear PR3
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