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Die Erfindung betrifft ein Planetenradgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei das Planetenradgetriebe dazu ausgebildet ist, ein seitens der Eingangswelle in das Planetenradgetriebe eingekoppeltes Antriebsdrehmoment wahlweise auf ein erstes oder zweites, gegenüber dem Eingangsdrehmoment jeweils erhöhtes Ausgangsdrehmoment zu wandeln.
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Ein solches Planetenradgetriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 200 723 B3 bekannt. Dabei wird ein Drehmoment einer Eingangswelle in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Eingangswelle in ein erstes oder zweites Abtriebsmoment gewandelt, wobei das erste und das zweite Abtriebsmoment gleichgerichtet, jedoch unterschiedlich hoch sind. Aufgrund der unterschiedlichen Drehrichtung der Eingangswelle sind Freiläufe vorgesehen, welche bei einer Ansteuerung in einer ersten Drehrichtung mitdrehen, jedoch in einer zweiten, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung kein Antriebsmoment übertragen. Aufgrund der Konstruktion mit zwei Sonnenrädern und zwei zusätzlichen Freiläufen ist die in der
DE 10 2014 200 723 B3 vorgeschlagene Konstruktion jedoch vergleichsweise aufwendig und teuer.
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Aus der
DE 10 2014 200 720 B3 ist ein weiteres solches Planetenradgetriebe bekannt, welches in Abhängigkeit der Drehrichtung der Eingangswelle ein Drehmoment in ein erstes oder ein zweites Drehmoment der Abtriebswelle wandelt, wobei das erste und das zweite Drehmoment der Abtriebswelle unterschiedlich hoch, jedoch gleichgerichtet sind. Anstelle eines zweiten Sonnenrades sind hier zwei Hohlräder vorgesehen, wodurch sich ein alternativer, jedoch ebenfalls vergleichsweise aufwendiger und teurer Aufbau des Planetenradgetriebes ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst einfaches Planetenradgetriebe vorzuschlagen, welches zwei gleichgerichtete, jedoch unterschiedlich hohe Abtriebsmomente bereitstellen kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Planetenradgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle gelöst, wobei die Eingangswelle mit einem ersten Sonnenrad verbunden ist, wobei die Ausgangswelle mit einem zweiten Sonnenrad verbunden ist, wobei das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad mit mindestens einem Planetenrad in Eingriff stehen, wobei das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad um eine gemeinsame Getriebeachse umlaufen, sowie mit einem zur Getriebeachse konzentrisch angeordneten Hohlrad und einem Gehäuse, wobei in einer ersten Übersetzungsstufe des Planetengetriebes eine Drehbewegung der Eingangswelle in eine gleichgerichtete Drehbewegung der Ausgangswelle übersetzt wird, welche gegenüber der Eingangswelle eine reduzierte Drehzahl aufweist, und wobei in einer zweiten Übersetzungsstufe des Planetengetriebes eine Drehbewegung der Eingangswelle in eine gleichgerichtete Drehbewegung der Ausgangswelle übersetzt wird, welche gegenüber der Eingangswelle eine reduzierte und gegenüber der ersten Übersetzungsstufe erhöhte Drehzahl aufweist. Dadurch kann ein kompaktes und in seinem Aufbau robustes Planetenradgetriebe dargestellt werden, bei dem ein Drehmoment der Eingangswelle in ein erhöhtes und im Drehsinn gleichgerichtetes Drehmoment der Ausgangswelle gewandelt wird, wobei das Drehmoment der Ausgangswelle in zwei Übersetzungsstufen schaltbar ist, um beispielsweise in der ersten Übersetzungsstufe ein besonders hohes Anfahrdrehmoment und in der zweiten Übersetzungsstufe ein Betriebsdrehmoment darzustellen. Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Getriebe genau zwei Übersetzungsstufen auf, um einen möglichst einfachen, bauraumsparenden und kostengünstigen Aufbau des Planetenradgetriebes zu ermöglichen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Planetenradgetriebes möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Planetenrad als gestuftes Planetenrad ausgeführt ist, wobei eine erste Stufe des gestuften Planetenrads mit dem ersten Sonnenrad und eine zweite Stufe des gestuften Planetenrads mit dem zweiten Sonnenrad in Eingriff steht. Durch ein gestuftes Planetenrad kann die Anzahl an Einzelteilen des Planetenradgetriebes reduziert werden. Dazu werden nicht nur weniger Planetenräder benötigt, sondern auch die Anzahl der Lagerelemente kann im Gleichklang mit der reduzierten Anzahl von Planetenrädern reduziert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Planetenradgetriebe ein Schaltelement aufweist, mit welchem ein Wechsel zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der zweiten Übersetzungsstufe schaltbar ist. Aufgrund der Tatsache, dass nur zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse realisiert werden, kann ein im Vergleich zu Mehrganggetrieben sehr einfaches Schaltelement verwendet werden, wodurch die Komplexität und die Kosten des Planetenradgetriebes niedrig gehalten werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Planetenrad, insbesondere das gestufte Planetenrad, drehbar auf einem Steg des Planetenradgetriebes gelagert. Durch eine Lagerung des gestuften Planetenrads auf dem Steg ist eine bauraumsparende Lagerung möglich. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn mindestens drei Stege und mindestens drei gestufte Planetenräder vorgesehen sind, welche vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des ersten Sonnenrads verteilt angeordnet sind.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in einer ersten Schaltstellung des Schaltelements der Steg drehfest mit dem Gehäuse des Planetenradgetriebes verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelements das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse des Planetenradgetriebes verbunden ist. Dadurch ist ein einfaches Umschalten zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der zweiten Übersetzungsstufe des Planetenradgetriebes möglich. Dabei ist/sind in der ersten Übersetzungsstufe der Steg oder die Stege drehfest mit dem Gehäuse des Planetenradgetriebes verbunden, während das Hohlrad frei im Gehäuse drehen kann. In der zweiten Übersetzungsstufe ist das Hohlrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden, während keine Fixierung des Steges oder der Stege erfolgt, sodass der Steg oder die Stege ungehemmt mitdrehen können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Planetenradgetriebes ist vorgesehen, dass die Eingangswelle mit einem Elektromotor verbindbar und durch diesen antreibbar ist, insbesondere, dass die Eingangswelle mit dem Elektromotor verbunden ist und durch den Elektromotor angetrieben wird. Das vorgeschlagene Planetenradgetriebe ist insbesondere für den Einsatz an einem Elektromotor vorgesehen, wobei die (im Vergleich zur Abtriebswelle) hohe Drehzahl und das vergleichsweise geringe Drehmoment in eine deutlich geringere Drehzahl und ein deutlich erhöhtes Drehmoment übersetzt werden können. Das erhöhte Drehmoment der Abtriebswelle kann dann beispielsweise zum Antrieb eines Nebenaggregats eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eine Öl- oder Kühlmittelpumpe, eines Starters, eines Klimakompressors oder weiterer Nebenaggregate genutzt werden. Dabei ist insbesondere eine Verwendung zum Antrieb eines Starters vorgesehen, wobei die erste Übersetzungsstufe ausgelegt ist, um einen kalten Verbrennungsmotor zu starten, und die zweite Übersetzungsstufe ausgelegt ist, um einen bereits betriebswarmen Verbrennungsmotor neu zu starten.
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In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Stufe des gestuften Planetenrads einen Durchmesser D1 und die Zweite Stufe des gestuften Planetenrads einen Durchmesser D2 aufweist, wobei der erste Durchmesser D1 größer als der zweite Durchmesser D2 ist. Durch einen größeren Durchmesser D1 der ersten Stufe und einen kleineren Durchmesser D2 der zweiten Stufe kann das zweite Sonnenrad größer als das erste Sonnenrad ausgeführt werden, wodurch das Übersetzungsverhältnis vergrößert wird.
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Bevorzugt ist dabei, wenn die erste Stufe des gestuften Planetenrads mit dem Hohlrad in Eingriff steht. Da die größere Stufe des gestuften Planetenrades in radialer Richtung die Bauraumanforderungen bestimmt, ist ein Hohlrad in dieser Verzahnungsebene sinnvoll, um die Kräfte des Planetenradgetriebes, insbesondere der Planetenräder, aufzunehmen.
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Besonders bevorzugt ist, wenn das erste Sonnenrad, die erste Stufe des gestuften Planetenrads und das Hohlrad in einer ersten Verzahnungsebene angeordnet sind. Durch die Anordnung des Hohlrads in der gleichen Verzahnungsebene mit dem ersten Sonnenrad können Querkräfte im Planetenradgetriebe gering gehalten werden. Prinzipiell ist auch eine Abstützung des gestuften Planetenrads über die zweite Stufe des gestuften Planetenrads in einem Hohlrad möglich, wodurch sich der Bauraumbedarf in radialer Richtung weiter reduzieren lässt, jedoch kann dies zu zusätzlichen Kräften auf den Steg und das gestufte Planetenrad führen, wodurch sich die Lebensdauer des Planetenradgetriebes verringern kann.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass das gestufte Planetenrad mittels eines Nadellagers auf dem Steg gelagert ist. Um den Bauraumbedarf gering zu halten, ist eine Lagerung des gestuften Planetenrads mittels Nadellager auf dem Steg vorteilhaft.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:
- 1 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes, bei dem die erste Übersetzungsstufe geschaltet ist;
- 2 eine weitere Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes, bei dem die zweite Übersetzungsstufe geschaltet ist.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Planetenradgetriebes 1 dargestellt. Das Planetenradgetriebe 1 umfasst ein erstes Sonnenrad 4, welches mit einer Eingangswelle 2 des Planetenradgetriebes 1 verbunden ist. Die Eingangswelle 2 wird auch als Antriebswelle 2 bezeichnet. Das Planetenradgetriebe 1 umfasst ferner ein zweites Sonnenrad 5, welches mit einer Ausgangswelle 3 des Planetenradgetriebes 1 verbunden ist, welche auch als Abtriebswelle 3 bezeichnet wird. Die Eingangswelle 2 bzw. Antriebswelle 2 ist mit einem Elektromotor 14 verbunden, welcher die Eingangswelle 2 antreibt. Das erste Sonnenrad 4 und das zweite Sonnenrad 5 sind auf einer gemeinsamen Getriebeachse 6 angeordnet und auf dieser Getriebeachse 6 drehbar gelagert. Auf der Getriebeachse 6 ist ferner ein Hohlrad 8 drehbar gelagert, wobei das erste Sonnenrad 4, das zweite Sonnenrad 5 und das Hohlrad 8 konzentrisch zueinander angeordnet sind. Das erste Sonnenrad 4 steht in einer ersten Verzahnungsebene 15 mit einem Planetenrad 7 in Eingriff. Das Planetenrad 7 ist als gestuftes Planetenrad 17 ausgeführt und weist eine erste Stufe 11 mit einem ersten Durchmesser D1 und eine zweite Stufe 12 mit einem zweiten Durchmesser D2 auf, wobei der erste Durchmesser D1 größer als der zweite Durchmesser D2 ist. Das Planetenrad 7, 17 ist mittels eines Nadellagers 18 auf einem Steg 9 drehbar gelagert, wobei vorzugsweise drei oder mehr Planetenräder 7, 17 gleichmäßig über den Umfang des Planetenradgetriebes 1 angeordnet sind und jeweils mit dem ersten Sonnenrad 4 in Eingriff stehen. Das Planetenrad 7, insbesondere eine erste Stufe 11 des gestuften Planetenrads 17 steht mit dem Hohlrad 8 des Planetenradgetriebes 1 in Eingriff. Das Planetenrad 7, insbesondere eine zweite Stufe 12 des gestuften Planetenrads 17, steht in einer zweiten Verzahnungsebene 16 mit dem zweiten Sonnenrad 5 in Eingriff, wobei das Planetenrad 7, insbesondere die zweite Stufe 12 des gestuften Planetenrads 17 das zweite Sonnenrad 5 und somit die Ausgangswelle 3 antreibt. Das Planetenradgetriebe 1 weist ferner ein Gehäuse 10 und ein Schaltelement 13 auf, über welches je nach Übersetzungswunsch wahlweise der Steg 9 oder das Hohlrad 8 drehfest mit dem Gehäuse 10 des Planetenradgetriebes 1 verbunden werden können.
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In einer ersten Übersetzungsstufe I des Planetenradgetriebes 1 wird die Eingangswelle 2 von dem Elektromotor 14 angetrieben, wodurch sich die Eingangswelle 2 und das mit der Eingangswelle 2 verbundene erste Sonnenrad 4 in eine erste Drehrichtung drehen. Die Kraftübertragung über diese erste Übersetzungsstufe ist in 1 dargestellt. In der ersten Übersetzungsstufe I ist der Steg 9 über das Schaltelement 13 drehfest mit dem Gehäuse 10 verbunden. Dabei wird das gestufte Planetenrad 17 durch das erste Sonnenrad 4 gedreht und nimmt seinerseits das Hohlrad 8 mit, welches frei drehbar auf der Getriebeachse 6 gelagert ist. Die zweite Stufe 12 des gestuften Planetenrads 17 treibt das zweite Sonnenrad 5 an, welches sich mit reduzierter Geschwindigkeit und gegenüber dem Eingangsdrehmoment an der Eingangswelle 2 erhöhtem Drehmoment in die gleiche erste Drehrichtung wie das erste Sonnenrad 4 bzw. die Eingangswelle 2 dreht.
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In einer zweiten Übersetzungsstufe II des Planetenradgetriebes 1 wird die Eingangswelle 2 ebenfalls von dem Elektromotor 14 angetrieben, wodurch sich die Eingangswelle 2 und das mit der Eingangswelle 2 verbundene erste Sonnenrad 4 in die erste Drehrichtung drehen. Die Kraftübertragung über diese zweite Übersetzungsstufe II ist in 2 dargestellt. In dieser zweiten Übersetzungsstufe II ist das Hohlrad 8 drehfest mit dem Gehäuse 10 des Planetenradgetriebes 1 verbunden, während der Steg 9 nicht fixiert ist. Dadurch rollen die von dem ersten Sonnenrad 4 angetriebenen, gestuften Planeten 17 des Planetenradgetriebes 1 in dem Hohlrad 8 ab, wodurch sich bei gleicher Drehzahl der Eingangswelle 2 gegenüber der ersten Übersetzungsstufe I eine höhere Drehzahl der gestuften Planeten 17 und ein verringertes Drehmoment ergibt. Die zweite Stufe 12 der gestuften Planeten 17 steht weiterhin mit dem zweiten Sonnenrad 5 in Eingriff, welches sich ebenfalls mit im Vergleich zur ersten Übersetzungsstufe I erhöhter Drehzahl, jedoch reduziertem Abtriebsmoment in die gleiche Drehrichtung wie die Eingangswelle 2 bzw. das erste Sonnenrad 4 dreht. Auf diese Weise kann ein kompaktes und kostengünstiges Zweigang-Getriebe realisiert werden, bei dem die Ausgangswelle 3 in beiden Gängen jeweils gleichgerichtet mit der Eingangswelle 2 dreht, jedoch eine hohe Eingangsdrehzahl in eine reduzierte Drehzahl mit einem entsprechend erhöhten Drehmoment übersetzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Planetenradgetriebe
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Ausgangswelle
- 4
- erstes Sonnenrad
- 5
- zweites Sonnenrad
- 6
- Getriebeachse
- 7
- Planetenrad
- 8
- Hohlrad
- 9
- Steg
- 10
- Gehäuse
- 11
- Erste Stufe
- 12
- Zweite Stufe
- 13
- Schaltelement
- 14
- Elektromotor
- 15
- erste Verzahnungsebene
- 16
- zweite Verzahnungsebene
- 17
- Gestuftes Planetenrad
- 18
- Nadellager
- I
- erste Übersetzungsstufe
- II
- zweite Übersetzungsstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014200723 B3 [0002]
- DE 102014200720 B3 [0003]
