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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heben oder Senken einer Struktur, die vertikal verfahrbar an Stützen gelagert ist, wobei die Struktur motorisch angetriebene Ritzel aufweist, die in Eingriff stehen mit an den Stützen angeordneten Zahnstangen, wobei mehrere Ritzel über Verteil- und Ausgleichsgetriebe an einen gemeinsamen Antrieb angeschlossen sind, derart, dass sich die Antriebsleistung des Antriebes gleichmäßig auf die angeschlossenen Ritzel verteilt, und wobei die Verteil- und Ausgleichsgetriebe zumindest ein Planetenradgetriebe umfassen und der Antrieb der Ritzel durch unterschiedliche Ausgangswellen des Planetenradgetriebes erfolgt.
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Derartige Hubvorrichtungen werden bevorzugt bei Offshore-Plattformen und bei Errichterschiffen für Windkraftanlagen auf See eingesetzt, die jeweils mit vertikal verfahrbaren Stützen ausgestattet sind. Diese Stützen lassen sich auf den Meeresgrund absenken, so dass sich die Offshore-Plattform bzw. das Schiff aus dem Wasser heraus in eine gewünschte Arbeitsposition anheben lässt.
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Eine Hubvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen ist durch die
EP 1.848.655 A1 bekannt geworden. Dabei werden zwei Ritzel, die mit zwei an derselben Stütze angeordneten Zahnstangen in Eingriff stehen, von einem gemeinsamen Motor angetrieben, wobei die gleichmäßige Aufteilung der Antriebsleistung auf die beiden Ritzel durch ein spezielles Ausgleichsgetriebe realisiert wird. Dieses Ausgleichsgetriebe besteht im bekannten Fall aus einem Planetenraddifferential, dessen Sonnenrad mit dem motorischen Antrieb in Verbindung steht, während der Planetenträger an eines der beiden anzutreibenden Ritzel angeschlossen ist. Das andere Ritzel wird hingegen über ein zwischengeschaltetes Zahnrad von dem Hohlrad des Planetengetriebes angetrieben. Auf diese Weise bewirkt das Planetengetriebe, dass beide Ritzel mit der gleichen Antriebsleistung beaufschlagt werden und Unterschiede in der Zahnteilung oder in der Steifigkeit der einzelnen Antriebsstränge, Fertigungstoleranzen und andere Phänomene ausgeglichen werden.
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Allerdings erfolgt bei diesem bekannten Antrieb keine Trennung zwischen der Übersetzungsfunktion, der Verteilungsfunktion und der Ausgleichsfunktion. Insbesondere muss bei dieser Lösung in Kauf genommen werden, dass bei Ausfall eines der beiden einem Ritzel zugeordneten Antriebsstranges der gesamte Antrieb ausfällt. Dadurch können die verbleibenden Antriebe überlastet werden.
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Erschwerend kommt hinzu, dass ein derartiger Ausfall sich auch auf die Bremswirkung auswirkt, wenn die Bremse – wie meist üblich – auf der Antriebsseite angeordnet ist.
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Es ist deshalb in der noch nicht veröffentlichten
DE 10 2015 001 707 A1 vorgeschlagen worden, den Ritzeln jeweils ein Getriebe vorzuschalten und diese Getriebe zur Freisetzung jeweils einer Reaktionskraft ganz oder teilweise beweglich zu lagern und zwischen beiden Getrieben ein Koppelelement vorzusehen, derart, dass die genannten Reaktionskräfte gegensinnig aufeinander einwirken. Die an den vorgeschalteten Getrieben auftretenden Reaktionskräfte werden also nicht von einer starren Basis aufgenommen, sondern sie werden gegensinnig eingeleitet, so dass sich die beiden Getriebe gegenseitig aneinander abstützen und dadurch einen Ausgleich zwischen den beiden Antriebssträngen bewirken, in dem eine einseitige Überlastung synchron zu einer Mitbelastung des anderen Getriebes führt.
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Ausgehend von den beiden beschriebenen bekannten Konstruktionen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gewünschte gleichmäßige Aufteilung der Antriebsleistung durch eine kostengünstigere Getriebe-Konstruktion zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Planetenradgetriebe zwei koaxial hintereinander geschaltete Planetenstufen aufweist, die durch gemeinsame, koaxial durchlaufende Planetenradträger miteinander verbunden sind, wobei koaxial benachbarte Planetenräder drehfest miteinander verbunden sind.
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Die angestrebte gleichmäßige Aufteilung der Antriebsleistung auf mehrere Ritzel wird also ohne die in der
DE 10 2015 001 707 A1 beschriebene bewegliche Lagerung der Getriebe und ohne ihre gegensinnige Anlenkung an ein Koppelelement verwirklicht, wodurch sich erhebliche Kostenvorteile und gleichzeitig auch eine kompaktere Bauweise ergeben. Der Vorteil gegenüber der
EP 1 848 655 besteht darin, dass man eine höhere Übersetzung des Planetengetriebes erreicht und dadurch zusätzliche Stirnradstufen eingespart werden können; außerdem kann das Planetengetriebe wahlweise ohne Hohlräder oder ohne Sonnenräder ausgebildet sein.
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Der Antrieb der beiden, derselben Stütze zugeordneten Ritzel kann wahlweise von folgenden Ausgangswellen der Planetenstufen abgeleitet werden, nämlich entweder von einem Sonnenrad oder von einem Hohlrad oder von einem Planetenradträger.
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Erfolgt der Antrieb der Ritzel einerseits durch das Sonnenrad, andererseits durch den Planetenradträger, so wird zweckmäßig das Sonnenrad und der Planetenradträger der abtriebseitigen Planetenstufe herangezogen. Dabei kann zumindest bei der abtriebseitigen Planetenstufe auf ein äußeres Hohlrad verzichtet werden.
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Der Antrieb der antriebseitigen Planetenstufe kann zweckmäßig über ihr Sonnenrad erfolgen. Es liegt aber gleichermaßen im Rahmen der Erfindung, den Antrieb der antriebsseitigen Planetenstufe über ein äußeres Hohlrad einzuleiten.
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Erfolgt hingegen der Antrieb der beiden Ritzel durch den Planetenradträger einerseits und durch ein Hohlrad andererseits, so kann sowohl hinsichtlich des Planetenradträgers wie auch hinsichtlich des Hohlrades auf die abtriebseitige Planetenstufe zurückgegriffen werden. Zumindest die abtriebseitige Planetenstufe kann dabei ohne Sonnenrad ausgebildet sein.
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Der Antrieb der antriebsseitigen Planetenstufe erfolgt zweckmäßig über ihr Hohlrad.
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Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass beide Planetenstufen ein Sonnenrad aufweisen und dass das eine Sonnenrad das eine Ritzel, das andere Sonnenrad das andere Ritzel antreibt. Dabei kann zumindest die abtriebseitige Planetenstufe ohne Hohlrad ausgebildet werden.
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Der Antrieb der antriebsseitigen Planetenstufe erfolgt zweckmäßig über ihren Planetenradträger, ist aber auch auf andere Weise möglich.
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Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass beide Planetenstufen ein Hohlrad aufweisen und dass das eine Hohlrad das eine Ritzel, das andere Hohlrad das andere Ritzel antreibt. In diesem Fall kann zumindest bei der abtriebseitigen Planetenstufe auf das Sonnenrad verzichtet werden.
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Der Antrieb der antriebsseitigen Planetenstufe erfolgt hier zweckmäßig über ihren Planetenradträger, kann aber auch auf andere Weise erfolgen.
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Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass der Antrieb der Ritzel durch das Sonnenrad einerseits und durch das Hohlrad andererseits erfolgt. Dabei kann auf das Sonnenrad der abtriebseitigen Planetenstufe und auf das Hohlrad der antriebsseitigen Planetenstufe zurückgegriffen werden, sodass die eine Planetenstufe ohne Sonnenrad, die andere Planetenstufe ohne Hohlrad auskommt.
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Der Antrieb der antriebsseitigen Planetenstufe kann in diesem Fall über ihren Planetenradträger erfolgen.
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Die dargestellten Alternativen zeigen, dass die beiden Planetenstufen den gleichen Aufbau aufweisen können, also entweder mit Sonnenrad oder mit Hohlrad. Dies ist aber keineswegs zwingend, denn auch ungleiche Planetenstufen können kombiniert werden, also beispielsweise eine Planetenstufe, die ein Sonnenrad aufweist und eine damit kombinierte Planetenstufe, die ein Hohlrad aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung; dabei zeigt
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1 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer ersten Alternative;
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2 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer zweiten Alternative;
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3 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer dritten Alternative;
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4 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer vierten Alternative;
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5 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer fünften Alternative;
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6 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer sechsten Alternative und
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7 eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebes zweier Ritzel gemäß einer siebten Alternative.
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In allen genannten Figuren erkennt man am rechten Rand eine vertikal verlaufende Stütze S, die an ihren beiden gegenüberliegenden Flanken als Zahnstange 1 bzw. 2 ausgebildet ist. Zumindest drei derartige Stützen sind an der zur tragenden Struktur – sei es eine Plattform oder ein Schiffsrumpf – vertikal verfahrbar gelagert und stehen mit ihrem unteren Ende auf dem Meeresboden oder einer Schwimmboje. Im Ergebnis tragen diese Stützen also das gesamte Gewicht der genannten Struktur und sind dementsprechend massiv ausgeführt. Um die Höhenverstellbarkeit zu realisieren, steht die Struktur jeweils über zumindest zwei Ritzel 3 bzw. 4 mit den Zahnstangen 1 bzw. 2 jeder Stütze S in Eingriff.
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Beide Ritzel
3 und
4 haben einen gemeinsamen Antrieb in Form eines Motors
5 und dieser Motor
5 ist über ein Untersetzungsgetriebe
6 und ein Planetenradgetriebe an die Ritzel
3 bzw.
4 angeschlossen, wobei weitere Getriebestufen
8 bzw.
9, meist in Form von Untersetzungsstufen, zwischengeschaltet sein können. Insoweit wird voll inhaltlich auf die
EP 1 848 655 A1 Bezug genommen.
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Wesentlich ist nun die Ausbildung des Planetengetriebes mit einer antriebseitigen Planetenstufe 7a und einer abtriebseitigen Planetenstufe 7b: Die beiden Planetenstufen 7a und 7b sind koaxial miteinander kombiniert und bestehen in 1 jeweils aus einem Sonnenrad 17a bzw. 17b, auf dem drei Planetenräder 27a bzw. 27b umlaufen. Die Planetenräder 27a und 27b sind paarweise koaxial angeordnet und auf koaxial durchlaufenden Lagerbolzen 27 eines Planetenträgers 28 gelagert. Dabei sind koaxial benachbarte Planetenräder 27a und 27b drehfest miteinander verbunden. Sie rotieren also mit gleicher Drehzahl auf ihren zugeordneten Lagerbolzen 27. Auf diese Weise wird das in das Sonnenrad 17a eingeleitete Antriebsmoment übertragen auf das Sonnenrad 17b der abtriebseitigen Planetenstufe 7b einerseits und auf den Planetenträger 28 andererseits. Der Planetenträger 28 ist an eine koaxiale Hohlwelle 28a angeschlossen.
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Der Antrieb des Ritzels 3 erfolgt durch das Sonnenrad 17b der abtriebseitigen Planetenstufe 7b, das mit einer zentralen Welle 29 durch die Hohlwelle 28a hindurchläuft und über das Untersetzungsgetriebe 8 mit dem Ritzel 3 in Verbindung steht.
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Demgegenüber erfolgt der Antrieb des anderen Ritzels 4 durch den die beiden Planetenstufen durchquerenden Planetenradträger 28, indem dieser an eine Hohlwelle 28a angeschlossen und über ein Untersetzungsgetriebe 9 mit dem Ritzel 4 verbunden ist.
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Auf diese Weise wird die Antriebsleistung des Motors 5 gleichmäßig auf die Ritzel 3 und 4 übertragen, ohne dass fertigungsbedingte oder betriebsbedingte einseitige Mehrbelastungen eines Ritzels gegenüber dem anderen Ritzel auftreten können.
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Wie man sieht, arbeiten die beiden Planetenradgetriebe 7a und 7b ohne ein äußeres Hohlrad, sie sind dadurch kostengünstig herstellbar und bauen sehr kompakt.
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2 zeigt eine Alternativlösung, bei der die beiden Planetenstufen mit den Bezugszeichen 107a und 107b markiert sind. Wie man sieht, wirkt hier der Motor 5 nicht auf ein Sonnenrad, sondern auf ein Hohlrad 117a der ersten, antriebseitigen Planetenstufe 107a ein. In diesem Hohlrad kämmen wiederum drei Planetenräder 127a, die ebenso wie in 1 auf drei axialen Lagerbolzen 127 eines Planetenträgers 128 gelagert und drehfest mit koaxial benachbarten Planetenrädern 127b der abtriebseitigen Planetenstufe 107b verbunden sind.
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Ein weiterer Unterschied zu 1 besteht darin, dass der Planetenträger 128 nicht an eine Hohlwelle, sondern an eine zentrale Welle 129 angeschlossen ist, die ihrerseits über die Untersetzungsstufe 8 das Ritzel 3 antreibt.
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Demgegenüber erfolgt der Antrieb des anderen Ritzels 4 über das Hohlrad 117b der abtriebseitigen Planetenstufe 107b. Dazu ist das Hohlrad 117b an eine Hohlwelle 137 angeschlossen, die koaxial die Welle 129 übergreift und über die Untersetzungsstufe 9 das Ritzel 4 antreibt.
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Die Aufteilung der Antriebsleistung durch die Planetenstufen 107a und 107b gewährleistet auch hier eine gleichmäßige Drehmoment-Beaufschlagung der Ritzel 3 und 4 unter Ausschluss einseitiger Überlastung.
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Man sieht in 2, dass die beiden Planetenstufen 107a und 107b kein Sonnenrad benötigen; dementsprechend reduzieren sich auch hier die Herstellungskosten des Antriebs gegenüber einem vollständigen Planetenradgetriebe.
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3 zeigt eine dritte Alternative für die Ausbildung der Planetenstufen, die hier mit den Bezugszeichen 207a und 207b bezeichnet sind.
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Wesentlich dabei ist, dass der Motor 5 nicht auf ein Sonnenrad oder ein äußeres Hohlrad der antriebsseitigen Planetenstufe 207a, sondern stattdessen auf einen Planetenradträger 228 einwirkt. Dieser Planetenradträger hat wieder drei in Umfangsrichtung beabstandete Lagerbolzen 227, auf denen die Planetenräder 227a der ersten Planetenstufe wie auch die Planetenräder 227b der zweiten Planetenstufe drehbar gelagert sind. Auch hier sind koaxial benachbarte Planetenräder drehfest miteinander verbunden.
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Mit den Planetenrädern 227a der antriebsseitigen Planetenstufe steht ein Sonnenrad 217a in Eingriff. Dieses Sonnenrad treibt über eine zentrale Welle 229 das Ritzel 3 an.
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Demgegenüber stehen die Planetenräder 227b der zweiten Planetenstufe mit einem Sonnenrad 217b in Eingriff und dieses Sonnenrad treibt über eine Hohlwelle 237 und weitere Untersetzungsstufen 8 und 9 das Ritzel 4 an.
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Beide Planetenstufen 207a und 207 b benötigen keine äußeren Hohlräder. Eine vierte Alternative ist in 4 dargestellt. Dabei sind die beiden Planetenstufen mit 307a bzw. 307b bezeichnet. Der Antrieb der ersten Planetenstufe 307a erfolgt wie in 3 über den Planetenradträger, der hier mit dem Bezugszeichen 328 bezeichnet ist. An ihm sind ebenso wie in 3 die Planetenräder 327a und 327b für beide Planetenstufen verdrehbar gelagert. Ebenso sind auch hier koaxial benachbarte Planetenräder drehfest miteinander verbunden.
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Im Unterschied zu 3 kämmen die Planetenräder aber nicht mit zentralen Sonnenrädern, sondern stattdessen mit einem Hohlrad 317a der ersten Planetenstufe bzw. einem Hohlrad 317b der zweiten, also der abtriebseitigen Planetenstufe. Auf diese Weise wird das vom Motor 5 erzeugte Antriebsmoment aufgeteilt auf das äußere Hohlrad 317a der ersten Planetenstufe einerseits und auf das Hohlrad 317b der zweiten Planetenstufe andererseits. Folgerichtig treibt das Hohlrad 317a der ersten Planetenstufe 307a über weitere Untersetzungsstufen das Ritzel 4, wogegen das äußere Hohlrad 317b der zweiten Planetenstufe 307b das Ritzel 3 antreibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 kann in beiden Planetenstufen auf ein Sonnenrad verzichtet werden.
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5 zeigt eine fünfte Alternative. Dabei erfolgt der Antrieb der beiden Ritzel 3 und 4 durch das Sonnenrad 417b bzw. durch das Hohlrad 417a. Im Ausführungsbeispiel wird dabei das Sonnenrad 417b der zweiten Planetenstufe 407b und das Hohlrad 417a der ersten Planetenstufe 407a herangezogen.
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Der Antrieb seitens des Motors 5 erfolgt nach der üblichen Untersetzungsstufe 6 über den Planetenradträger 428. Er treibt einerseits das Hohlrad 417a der ersten Planetenstufe, andererseits das Sonnenrad 417b der zweiten Planetenstufe an.
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Die 6 und 7 zeigen insbesondere, dass die in den 1 und 2 dargestellten Antriebsvarianten für die beiden Ritzel 3 und 4 mit anderen Antrieben für die antriebseitige Planetenstufe kombiniert werden können.
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So erfolgt in 6 der Antrieb der beiden Ritzel 3 und 4 ähnlich wie in 1 einerseits über den Planetenradträger 528, dessen zentrale Welle 529 durchläuft zum Zahnrad 3, andererseits durch ein Sonnenrad 517b, das über eine die Welle 529 umgebende Hülse 528a über eine mehrstufige Verzahnung 509 das andere Ritzel 4 antreibt. Dabei wird jedoch im Unterschied zu 1 die antriebseitige Planetenstufe 507a nicht über ihr Sonnenrad, sondern stattdessen über ihr Hohlrad 517a vom Motor 5 angetrieben. Das Sonnenrad in der antriebseitigen Planetenstufe 517a kann daher entfallen und entsprechend kann in der zweiten Planetenstufe 507b das äußere Hohlrad entfallen.
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In 7 entspricht der Antriebsmechanismus für die Ritzel 3 und 4 dem in 3 dargestellten Mechanismus, indem die beiden Ritzel 3 und 4 einerseits von dem Hohlrad 617b der abtriebseitigen Planetenstufe 607b, andererseits von dem Planetenradträger 628 angetrieben werden. Im Unterschied zu 2 erfolgt der Antrieb der ersten Planetenstufe 607a jedoch nicht über ein äußeres Hohlrad, sondern stattdessen über ihr Sonnenrad 617a. Dieses Sonnenrad 617a treibt die auf ihm umlaufenden Planetenräder 627a, die ihrerseits über die drehfest mit ihnen verbundenen Planetenräder 627b das Hohlrad 617b wie auch den gemeinsamen Planetenradträger 628 antreiben.
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Die Bauformen gemäß den 5, 6 und 7 weisen im Unterschied zu den 1 bis 4 jeweils sowohl ein Sonnen- als auch ein Hohlrad auf, jedoch in unterschiedlichen Planetenstufen und nicht in einem vollständigen Planetengetriebe. Benachbarte koaxiale Planetenräder der beiden Planetenstufen sind auch hier drehfest miteinander verbunden und verdrehbar auf dem gemeinsamen Planetenradträger gelagert. Der Vorteil dieser Lösungen liegt in der größeren realisierbaren Übersetzung.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Aufteilung des Planetengetriebes in zwei Planetenstufen, deren axial nebeneinander angeordnete Planetenräder jeweils drehfest miteinander verbunden sind, eine Vielzahl von Antriebsvarianten für die Ritzel 3 und 4 wie auch für die Planetenstufen selbst bieten. Allen Varianten ist der Vorteil gemeinsam, dass nur ein Antrieb für beide Ritzel erforderlich ist und Unterschiede in der Zahnteilung oder in der Steifigkeit der einzelnen Antriebsstränge, Fertigungstoleranzen und vergleichbare Ungleichheiten vollkommen ausgeglichen werden.