-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit mit einem über eine Abtriebswelle eines Antriebsmotors mit diesem verbundenen Planetengetriebe, das getriebeeingangsseitig eine Sonnenradwelle und mindestens zwei dieser nachgeschaltete Planetenstufen aufweist, die das gewandelte Drehmoment des Antriebsmotors auf ein Nabengehäuse mit mindestens einem integrierten Hohlrad übertragen, wobei das mindestens eine Hohlrad über mindestens zwei Lager an einem feststehenden Gehäuse gelagert ist und eine antriebsseitig mit dem Antriebsmotor wirkverbundene und abtriebsseitig mit der Sonnenradwelle wirkverbundene Getriebevorstufe über mindestens ein Lager im Gehäuse gelagert ist,
-
Das Anwendungsgebiet einer derartigen Antriebseinheit mit Antriebsmotor und Planetengetriebe erstreckt sich vornehmlich auf Fahr-, Winden- und Schwenkgetriebe sowie Stationärgetriebe aber auch Pitch- und Azimuthgetriebe für Windkraftanlagen.
-
In der Regel ist das Planetengetriebe bei Fahr- und Schwenkgetriebe zur Untersetzung der Drehzahl des Antriebsmotors vorgesehen. Die mindestens zwei Planetenstufen des Planetengetriebes übertragen das gewandelte Drehmoment auf ein einteiliges Hohlrad oder mehrere miteinander verbundene Hohlräder die in einem Nabengehäuse integriert sind. Die Ausbildung des Planetengetriebes und der im Nabengehäuse integrierten Hohlräder ist für das jeweils benötigte Drehmoment anzupassen. Daher werden die Verzahnungen der Hohlräder durch Stoßen oder Räumen individuell hergestellt. Die Vorteile dieser Antriebseinheit liegen insbesondere in der Kompaktheit der Anordnung. Der Nachteil ist in der hohen Teilevielfalt zu sehen. Die gestoßene oder geräumte Verzahnung der Hohlräder ändert sich je nach Übersetzung und verursacht eine komplett neue Hohlradvariante. Die kundenspezifische Differenzierung erfolgt bereits auf Rohteilebene zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Wertschöpfungskette. Dies führt einerseits zu hohen Kosten und beeinflusst darüber hinaus massiv die Lieferfähigkeit sowie die Liefertreue und das Logistikkonzept. Ein standardisiertes Planetengetriebe und ein Nabengehäuse mit standardisiertem Hohlrad stellt eine Weiterentwicklung dieser Antriebseinheit dar.
-
Aus der Druckschrift
EP 1 761 718 B1 geht ein schaltbarer hydrostatischer Kompaktantrieb mit mindestens einer Planetenstufe, bei der eine erste schaltbare Lamellenkupplung ein Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse verbindet und bei der eine zweite schaltbare Lamellenkupplung das Sonnenrad der Planetenstufen mit dem Hohlrad drehfest verbindet, hervor. Das Sonnenrad der Planetenstufe ist durch einen Hydromotor angetrieben und ein Planetensteg der Planetenstufe ist als Abtrieb vorgesehen. Zum Einsatz als Fahrantrieb oder Windenantrieb ist das außen angeordnete ortsfeste Gehäuse mit einem diesen gegenüber drehbar angeordneten und als Abtrieb dienenden Nabengehäuse versehen. Eine zwischen dem Gehäuse und dem Nabengehäuse angeordnete Kegelrollenlagerung nimmt die von außen auf das Getriebe einwirkenden Kräfte auf. Im Innenbereich des Gehäuses nimmt ein ringförmiger Lamellenträger radial außenseitig die Innenlamellen der ersten Lamellenkupplung auf und radial innenseitig gegenüberliegend die Außenlamellen der zweiten Lamellenkupplung sowie einen axial daneben angeordneten und in Axialrichtung am Lamellenträger wirkenden Federspeicher zum Schließen der zweiten Lamellenkupplung auf. Die Axialkraft des Federspeichers stützt sich bei geschlossener zweiter Lamellenkupplung auf einer Seite an diesen Lamellenträger ab, wobei sich ferner das Lamellenpaket wiederum am Lamellenträger abstützt. Dem Planetensteg der Planetenstufe ist mindestens eine weitere Planetenstufe zur Untersetzung der Getriebedrehzahl nachgeschaltet. Die dem Planetensteg nachgeschalteten Planetenstufen übertragen das gewandelte Drehmoment über jeweils ein Hohlrad auf das Nabengehäuse.
-
In einem ersten Gang ist das Lamellenpaket der ersten Lamellenkupplung durch einen Federspeicher zusammengepresst. Dadurch wird das Hohlrad mit dem drehfest verbundenen Lamellenträger über einen weiteren Lamellenträger mit dem Gehäuse verbunden. Die Eingangsdrehzahl wird vom Sonnenrad über das Planetenrad und dem Planetensteg mit einer Übersetzung i > 1 auf das Planetengetriebe übertragen. In einem zweiten Gang wird der Stufenkolben mit Druck beaufschlagt und löst die drehfeste Verbindung der Lamellenträger. Das Hohlrad kann gegenüber dem Gehäuse frei rotieren. In diesem Schaltzustand ist über die Verbindung von Sonnenrad und Hohlrad die Planetenstufe in sich blockiert und leitet die Eingangsdrehzahl mit der Übersetzung i=1 an die Planetenstufe weiter.
-
Diese Ausbildung der Antriebseinheit mit schaltbarer Getriebevorstufe erlaubt aufgrund der schaltbaren Getriebevorstufe ein standardisiertes Planetengetriebe und Nabengehäuse. Die schaltbare Getriebevorstufe ist jedoch relativ komplex ausgebildet und umfasst viele Bauteile, wodurch sie relativ teuer in der Herstellung ist. Zudem nimmt die Getriebevorstufe Bauraum in Anspruch und erhöht das Gewicht der gesamten Antriebseinheit.
-
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebseinheit mit Antriebsmotor und Planetengetriebe dahingehend zu optimieren, dass diese kompaktbauend sowie gewichtsparend ausgebildet ist, wobei der Vorteil eines standardisierten Planetengetriebes erhalten bleibt.
-
Die Aufgabe wird ausgehend von einer Antriebseinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
-
Erfindungsgemäß ist der Antriebsmotor exzentrisch an einer Stirnfläche des Gehäuses angeordnet, wobei die Abtriebswelle des Antriebsmotors abtriebsseitig mit einer außenverzahnten Stirnradwelle der Getriebevorstufe wirkverbunden ist, die wiederum abtriebsseitig mit einem innenverzahnten koaxial zur Sonnenradwelle angeordneten Stirnrad wirkverbunden ist. Mit anderen Worten umfasst die Getriebevorstufe lediglich die außenverzahnte Stirnradwelle und das damit zusammenwirkende innenverzahnte Stirnrad. Über die Verzahnung der Stirnradwelle und des Stirnrades kann die Übersetzung im Bereich größer 1 variiert werden. Das gewandelte Drehmoment wird über die Sonnenradwelle in das Planetengetriebe geleitet. Das Planetengetriebe und das mindestens eine im Nabengehäuse integrierte Hohlrad können somit aufgrund der Getriebevorstufe standardisiert werden. Ferner erlaubt die Getriebevorstufe eine Kompensation des Übersetzungslochs, das beim Wechsel vom 2-stufigen zum 3-stufigen Planetengetriebe entsteht, ohne den Bauraum zu vergrößern.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in dem Gehäuse eine Bremseinheit angeordnet, umfassend ein Gehäuse mit Außenlamellen, die mit an der Stirnradwelle angeordneten Innenlamellen zur Bremsung der Stirnradwelle zusammenwirken. Die Bremseinheit ist als Modul in dem Gehäuse vormontiert und kann direkt an das Gehäuse der Antriebseinheit axial zwischen Antriebsmotor und Getriebevorstufe angeordnet werden. Zur Bremsung der Stirnradwelle wird das Lamellenpaket, bestehend aus am Gehäuse ausgebildeten Außenlamellen und an der Stirnradwelle ausgebildeten Innenlamellen gestaucht. Das so entstehende Reibmoment bremst die Stirnradwelle.
-
Vorzugsweise ist das innenverzahnte Stirnrad über mindestens ein Wälzlager im Gehäuse gelagert. Das Wälzlager ist bevorzugt ein Nadellager. Es ist auch denkbar, dass das innenverzahnte Stirnrad über mindestens ein Gleitlager im Gehäuse gelagert ist. Vorzugsweise ist das Wälzlager oder das Gleitlager radial zwischen einer Außenumfangsfläche des Stirnrads und einer Innenumfangsfläche des Gehäuses auf Höhe der Innenverzahnung des Stirnrades, die mit der Außenverzahnung der Stirnradwelle kämmt, angeordnet. Das Wälzlager ist auf Höhe des Eingriffs der Sonnenradwelle an der Außenumfangsfläche des Stirnrads angeordnet und liegt an einer Innenumfangsfläche des Gehäuses an.
-
Des Weiteren bevorzugt ist, dass das innenverzahnte Stirnrad über zwei Wälzlager in O-Anordnung im Gehäuse gelagert ist. In diesem Fall könnte die Anordnung eines Nagellagers oder eines Gleitlagers entfallen, sodass das Stirnrad nur über die beiden Wälzlager gelagert wird.
-
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Antriebsmotor hydraulisch oder elektrisch betrieben ist.
-
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem innenverzahnten Stirnrad und der Sonnenradwelle ein Mitnehmerelement angeordnet. Das Mitnehmerelement kann sowohl radial als auch axial zwischen dem innenverzahnten Stirnrad und der Sonnenradwelle angeordnet sein. Dadurch lässt sich die Geometrie des Stirnrades vereinfachen.
-
Vorzugsweise ist das mindestens eine im Nabengehäuse integrierte Hohlrad durchgehend geräumt. Das Räumverfahren bietet im Vergleich zum Stoßverfahren den Vorteil einer stark verkürzten Herstellungszeit. Das Räumwerkzeug wird nämlich innerhalb weniger Sekunden durch das Nabengehäuse gezogen, wodurch die Verzahnung des Hohlrads erzeugt wird.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
-
2 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
-
3 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
-
4 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
-
Gemäß 1 weist die Antriebseinheit einen hydraulischen Antriebsmotor 2 auf, von dem eine Abtriebswelle 1 in Richtung Planetengetriebe 3 abgeht. Die Abtriebswelle 1 des Antriebsmotors 2 ist mit einer Stirnradwelle 11 wirkverbunden. Die Stirnradwelle 11 ist abtriebsseitig außen verzahnt und kämmt mit einem innenverzahnten Stirnrad 12. Die Stirnradwelle 11 und das Stirnrad 12 bilden zusammen die Getriebevorstufe 9. Der Getriebestufe 9 ist das Planetengetriebe 3 nachgeschaltet, welches getriebeeingangsseitig eine Sonnenradwelle 4 und zwei dieser nachgeschaltete Planetenstufen 5a, 5b aufweist. Die Sonnenradwelle 4 ist antriebsseitig mit dem Stirnrad 12 und abtriebsseitig mit der ersten Planetenstufe 5a wirkverbunden. Die erste Planetenstufe 5a weist mindestens drei Planeten 21a auf, von denen hier nur ein Planet 21a zu sehen ist. Die Planeten 21a sind über Planetenzapfen 24a fest mit dem Planetensteg 25 verbunden und rotieren zwischen Sonnenradwelle 4 und einem Hohlrad 10a. Der Planetensteg 25 ist mit dem Sonnenrad wirkverbunden, wodurch der Hauptteil des Drehmoments auf die zweite Planetenstufe 5b übertragen wird.
-
Die zweite Planetenstufe 5b weist mindestens drei Planeten 21b auf, von denen hier nur ein Planet 21b zu sehen ist. Die Planeten 21b sind über Planetenzapfen 24b fest mit dem Gehäuse 8 verbunden und übertragen einen Hauptteil des Drehmoments auf das Hohlrad 10a. Das Hohlrad 10a ist in einem Nabengehäuse 6 integriert, wobei das Nabengehäuse 6 eine hier nicht dargestellte Antriebseinheit der Maschine aufnimmt. Die Antriebseinheit kann beispielsweise eine Kette oder ein Rad sein. Ferner ist das Nabengehäuse 6 über zwei Lager 7a, 7b an dem feststehenden Gehäuse 8 gelagert. Zur Abdichtung des Planetengetriebes 3 befindet sich radial zwischen dem Nabengehäuse 6 und dem Gehäuse 8 ein Dichtungselement 22. Das Nabengehäuse 6 wird stirnseitige mit einem Deckel 23 abgeschlossen. Das Stirnrad 12 ist koaxial zur Sonnenradwelle 4 angeordnet und über das Nadellager 17 im Gehäuse 8 gelagert.
-
Gemäß 2 ist das Stirnrad 12 über ein Gleitlager 18 im Gehäuse 8 gelagert. Ferner ist in dem Gehäuse 8 eine Bremseinheit 13 angeordnet, umfassend ein Gehäuse 14 mit Außenlamellen 15. Die Stirnradwelle 11 weist einen Steg mit Innenlamellen 16 auf, die mit den Außenlamellen 15 im Gehäuse 14 der Bremseinheit 13 zusammenwirken, um die Stirnradwelle 11 abzubremsen. Zur Bremsung wird das Lamellenpaket zusammengestaucht, wodurch ein Reibmoment zwischen Außenlamellen 15 und Innenlamellen 16 erzeugt wird.
-
Gemäß 3 ist das Stirnrad 12 über ein Nadellager 17 und ein Wälzlager 19a im Gehäuse 8 gelagert.
-
Gemäß 4 ist zwischen dem Stirnrad 12 und der Sonnenradwelle 4 ein Mitnehmerelement 20 angeordnet. Das Mitnehmerelement 20 vereinfacht die Ausbildung des Stirnrads 12. Ferner ist das Mitnehmerelement 20 über zwei Wälzlager 19a, 19b im Gehäuse 8 gelagert. Die Wälzlager 19a, 19b weisen eine O-Anordnung auf. Das Nabengehäuse 6 weist zwei darin integrierte Hohlräder 10a, 10b auf, wobei das Hohlrad 10a mit der Planetenstufe 5a wirkverbunden ist und das Hohlrad 10b mit der Planetenstufe 5b wirkverbunden ist. Die Hohlräder 10a, 10b sind durchgehend geräumt. Ferner weist die Antriebseinheit einen elektrischen Antriebsmotor 2 auf.
-
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, anstelle eines zweistufigen Planetengetriebes 3 auch ein drei oder mehrstufiges Planetengetriebe 3 anzuordnen. Ferner können die jeweiligen Planetenstufen 5a, 5b je nach Anwendung auch vier oder mehr Planeten 21a, 21b aufweisen.
-
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Abtriebswelle
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Planetengetriebe
- 4
- Sonnenradwelle
- 5a, 5b
- Planetenstufe
- 6
- Nabengehäuse
- 7a, 7b
- Lager
- 8
- Gehäuse
- 9
- Getriebevorstufe
- 10a, 10b
- Hohlrad
- 11
- Stirnradwelle
- 12
- Stirnrad
- 13
- Bremseinheit
- 14
- Gehäuse
- 15
- Außenlamellen
- 16
- Innenlamellen
- 17
- Nadellager
- 18
- Gleitlager
- 19a, 19b
- Wälzlager
- 20
- Mitnehmerelement
- 21a, 21b
- Planet
- 22
- Dichtungselement
- 23
- Deckel
- 24a, 24b
- Planetenbolzen
- 25
- Planetensteg
- 26
- Sonnenrad
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
