Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
mit geschalteten Planetenradgetrieben eine hohe Anzahl von Gängen zu
erzielen, ohne eine große
rotierende Masse zugrunde zu legen und Kompatibilität zu vorhandenen
Antriebslösungen
zu gewährleisten
unter Zugrundelegung einer vervielfachbaren Grundausführung.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein erstes Planetenradmodul mittels eines außen kegelförmigen oder
eine axiale Ringfläche
aufweisenden Planetenradträgers
und axialen Schaltmitteln mit dem zugehörigen Getriebegehäuse kuppelbar
oder entkuppelbar ist. Die Vorteile sind im gekuppelten Zustand über Kraftschluss,
wie bspw. Reibschluss oder Formschluss die Übersetzung über die Planetenräder zu bewirken
und im entkuppelten Zustand einen Leerlauf oder Durchtrieb zu erzeugen.
Dabei kann der Planetenradträger
mit dem Sonnenrad im Verhältnis
1 : 1 betrieben werden. Außerdem
ist dadurch die Grundlage für
weitere, aneinander anreihbare Stufen geschaffen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass
ein erstes Planetenradmodul mit einem ersten Planetenradträger wahlweise
mit dem Getriebegehäuse
oder einem Sonnenrad kuppelbar ist und dass ein zum ersten Planetenradmodul
konzentrisches, spiegelbildlich axial gegenüberliegendes, zweites Planetenradmodul
ebenfalls wahlweise mit dem Getriebegehäuse oder einem Sonnenrad des
benachbarten Planetenradmoduls kuppelbar ist. Dadurch erhält man konzentrisch
angeordnete Antriebs- und Abtriebswellen, die Kompatibilität zu vorhandenen
Antriebslösungen
ermöglichen.
Außerdem
wird ohne hohe rotierende Masse eine relativ hohe Anzahl von Gängen erzielt.
Die Anzahl der Gänge
kann durch Aneinanderreihen von weiteren kompakten Getriebestufen
erhöht
werden.
Nach weiteren Merkmalen wird vorgeschlagen,
dass ein Konusbremsring auf jeweils gleich konischen Außenumfängen des
Planetenradträgers
und ein Konusbrems-Teller innen in einem als Hohlrad ausgebildeten Planetenradmodul
gegenüberliegend
angeordnet sind. Diese Anordnung spart erheblich an Raum.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass
im Getriebegehäuse
und / oder in einer Gehäusewand
und / oder in einem Gehäusedeckel
sich axial gegenüberlie gend,
durch jeweils einen Planetenradträger beabstandet, eine Druckfeder
und achsgleiche Schaltmittel angeordnet sind. Der Vorteil besteht
in einer axialen Kupplungs- oder Entkupplungsbewegung eines Planetenradträgers, die
elektrisch ausgelöst
werden kann.
Nach anderen Merkmalen ist vorgesehen,
dass die Planetenradträger
am Außenumfang
einen Konusbremsring tragen, dem jeweils ein Konusbrems-Teller im
Gehäusedeckel
und / oder ein gehäuseseitiger
Kupplungsring gegenüberliegen.
Diese Bauweise arbeitet daher mit Reibschluss beim Kuppeln.
Eine weitere vorteilhafte Anordnung
der Bauteile, die mehrere Funktionen und Betriebsbedingungen erfüllt, wird
dadurch erzielt, dass das Sonnenrad, das als Hohlrad ausgebildet
ist, im Bereich der innen liegenden Innenverzahnung einen näherungsweise
glockenförmigen,
mit Schmiermittel gefüllten
Raum bildet, an den beidseitig Wälzlager
für eine
Antriebswelle, ein Antriebsritzel und die Planetenräder grenzen.
Es entsteht ein geschlossener, abgedichteter Raum, in dem die zu
schmierenden Bauteile dauergeschmiert sind.
Das Planetenradgetriebe kann derart
erweitert werden, dass die Abtriebswelle bzw. diese als Antriebswelle
der Einheit aus dem ersten und dem zweiten Planetenradmodul über die
Abtriebswelle an ein Kegelrad-Ausgleichsgetriebe angeschlossen ist.
Dadurch können
die einzelnen Wellen treibend oder stillstehend geschaltet werden.
Eine andere Verbesserung besteht
darin, dass ein Planetenkegelrad, bestehend aus einer Stimradverzahnung
und einer Kegelradverzahnung, gebildet ist. Der Vorteil ist, dass
an einer Eingangswelle ein symmetrischer Kraftfluss einfließen kann.
Antriebskräfte
können
gleitend von mehreren angeschlossenen weiteren Antrieben eingeleitet
werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung
besteht darin, dass der Gehäusedeckel
am Eingang der Antriebswelle eine Profilmulde für einen Anschluss eines weiteren
Getriebegehäuses
aufweist. Das mehrstufige Planetengetriebe nimmt auch bei einer
hohen Anzahl von Stufen keinen großen Anteil eines Antriebsstranges
ein und bleibt kompakt.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass
zum Kuppeln von Wellen mit hohen Drehmomenten in den Getriebegehäusen jeweils
zwei Planetenradmodule mit gleichen Übersetzungsverhältnissen
jeweils mit einem Hohlrad mit einem Planetenradträger und
Konusbrems-Teller mit Konusbremsring, einem inneren Planetenradträger, der
am Außenumfang
mittels Wälzlagern
in einer Gehäuseverlängerung
drehgelagert ist, angeordnet sind und dass die inneren Planetenradträger mittels
den Druckfedern und axial gegeneinander verstellbaren Kolben-Zylinder-Einheiten
anstellbar und mittels eines zwischen zwei Planetenradträgern angeordneten Konusbremsrings
und eines Konusbrems-Tellers
feststellbar oder lösbar
sind. Es wird dadurch auch eine raumsparende, kompakte Bauform erreicht.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 einen
axialen Längsschnitt
durch die Planetengetriebe als Grundbauform,
2 einen
axialen Längsschnitt
durch das Planetengetriebe mit angebautem Kegelrad-Ausgleichsgetriebe,
3 einen
axialen Längsschnitt
durch das Planetengetriebe wie 1,
jedoch mit einem Anschluss für
weitere Getriebestufen und 4 einen
axialen Längsschnitt
durch das Planetengetriebe zum Kuppeln von Wellen mit hohen Drehmomenten.
In einem Getriebegehäuse 1 mit
einer inneren Gehäusewand 1a und
einem äußeren Gehäusedeckel 1b befindet
sich jeweils ein erster Planetenradträger 2, ein Sonnenrad 3,
eine Antriebswelle 5 und ein Hohlrad 4. Die Antriebswelle 5 trägt ein Antriebsritzel 5a und
in einer Nut 5b eine Passfeder 23. Die Antriebswelle 5 ist im äußeren Gehäusedeckel 1b mittels
eines Wälzlagers 8b und
in der Mittenbohrung 3d des Sonnenrades 3 mittels
Wälzlagern 8b drehbar
gelagert. Dabei durchdringt die Antriebswelle 5 abgedichtet
den ersten Planetenradträger 2.
Im ersten Planetenradträger 2 sind
Gleitlagerbuchsen 8a, in denen die Planetenradwellen 7 mit Planetenrädern 16 drehbar
und axial verschiebbar gelagert sind. Das Sonnenrad 3 ist
mittels Wälzlagern 8b in
der inneren Gehäusewand 1a drehbar
gelagert. Das Wälzlager 8b kann
axiale Kräfte
aus zwei Richtungen aufnehmen. Das Sonnenrad 3 hat eine
Innenverzahnung 3c, in der die Planetenräder 16 kämmen. Der
Wellenstumpf 3b des Sonnenrades 3 trägt eine
Außenverzahnung 3a und
ist mit Wälzlagern 8b in
der Mittenbohrung 4a des Hohlrades 4 gelagert.
In der Außenverzahnung 3a kämmt das
Grundplanetenrad 6, das gleichzeitig in einem Richtungsplaneten rad 9 kämmt. Das
Grundplanetenrad 6 und das Richtungsplanetenrad 9 sind mit
Planetenradwellen 7 mittels den Gleitlagerbuchsen 8a im
zweiten Planetenradträger 15 drehbar
und axial verschiebbar gelagert. Das Hohlrad 4 ist mittels Wälzlagern 8b im
Getriebegehäuse 1 drehgelagert
und hat die genutete Mittenbohrung 4a zur Aufnahme einer
weiterführenden
Welle. Im ersten Planetenradträger 2 sind
die Planetenräder 16 jeweils
auf einer Planetenradwelle 7 gelagert. Der erste Planetenradträger 2 ist
am Außenumfang
konisch ausgebildet und trägt
einen Konusbremsring 18, der mit einem Konusbrems-Teller 19 des
gehäuseseitigen
Halteringes 20 zusammenwirkt. Mittels eines Radialdichtrings 10 wird
der glockenförmig
ausgebildete Zahnradraum 17 des Sonnenrades 3 zum
ersten Planetenradträger 2 hin
abgedichtet. Der erste Planetenradträger 2 wird an mehreren
Umfangsstellen jeweils über
Druckfedern 13 gegen die eingefahrenen Kolben der, auf
mehreren Umfangsstellen verteilten, einfach wirkenden Kolben-Zylinder-Einheit 11 mit
seinem Konusbrems-Teller 19 auf einen Konusbremsring 18 des
Sonnenrades 3 gedrückt.
Da der erste Planetenradträger 2 mittels
Wälzlagern 8b zwischen
den Druckfedern 13 und den einfach wirkenden Zylindern 11 eingespannt
ist, kann sich der erste Planetenradträger 2 über die
kraftschlüssige
Verbindung des Konusbrems-Tellers 19 mit dem Konusbremsring 18 zusammen
mit dem drehgelagerten Sonnenrad 3 drehen.
Der einfach wirkende Zylinder 11 stützt sich
an der inneren Gehäusewand 1a ab
und verschiebt den Planetenradträger 2 gegen
die Kraft der Druckfeder 13 axial. Dadurch wird die kraftschlüssige Verbindung
zum Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 gelöst und eine
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 2 und
dem Konusbrems-Teller 19 des Halteringes 20 hergestellt.
Der Haltering 20 ist auf einem Gleitring 21 ge lagert
und mittels der Passfeder 23, in deren beiden Seitenflächen Druckmessstreifen
(DMS) integriert sind, über
eine Gehäusenute
gehalten. Dadurch ist bei einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen
Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 2 und dem Konusbrems-Teller 19 des
Halteringes 20 der Planetenradträger 2 undrehbar mit
dem Gehäusedeckel 1b verbunden,
und über
die Planetenräder 16 kann
eine Übersetzung
erfolgen.
Aufgrund der Lagerung des Halteringes 20 auf
dem Gleitring 21 wird die Kraft des Reaktionsmomentes aus
der Übersetzung
mittels der Passfeder 23 mit beidseitigen DMS nahezu vollständig erfasst.
Durch die beidseitige DMS-Anordnung
an der Passfeder 23 kann ebenfalls erfasst werden, ob z.
B. ein Fahrzeug sich im Zugbetrieb oder sich im Schubbetrieb befindet.
Aus den erfassten Daten der Kräfte
des Reaktionsmomentes kann eine Diagnosefunktion für das Getriebe
bzw. für
den gesamten Antriebsstrang abgeleitet werden. Ebenso kann aus diesen
Daten ermittelt werden, welchen Traktionsbeiwert der Kontaktpunkt
zwischen Rad und Schiene oder Straße hat. Der zweite Planetenradträger 15 ist
am Außenumfang
ebenfalls konisch ausgebildet und trägt einen Konusbremsring 18,
der mit einem Konusbrems-Teller 19 eines gehäuseseitigen
Kupplungsringes 22 zusammenwirkt. Zusätzlich befindet sich in einer
Ausdrehung des zweiten Planetenradträgers 15 ein Konusbrems-Teller 19,
der mit einem Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 zusammenwirkt.
Mittels des Radialdichtringes 10 wird ebenfalls ein glockenförmig ausgebildeter
Zahnradraum des Sonnenrades 3 zum zweiten Planetenradträger 15 hin
abgedichtet.
Der zweite Planetenradträger 15 wird
an mehreren Umfangsstellen jeweils über die Druckfedern 13 gegen
die eingefahrenen Kolben der, auf mehrere Umfangsstellen verteilten,
einfach wirkenden Zylinder 11 mit seinem Konusbremsring 18 in
einen Konusbrems-Teller 19 des Kupplungsringes 22 gedrückt. Der
Kupplungsring 22 ist mittels einer Passfeder 23,
in deren beiden Seitenflächen
Druckmessstreifen (DMS) integriert sind, über die Gehäusenute 1c gehalten.
Dadurch ist bei einer kraftschlüssigen
Verbindung zwischen dem Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 15 und
dem Konusbrems-Teller 19 des Kupplungsringes 22 der
Planetenradträger 15 undrehbar
mit dem Getriebegehäuse 1 verbunden,
und über
die Grundplanetenräder 6 und die
Richtungsplanetenräder 9 kann
eine Übersetzung
erfolgen.
Die einfach wirkenden Zylinder 11 stützen sich
am Getriebegehäuse 1 ab
und verschieben axial den zweiten Planetenradträger 15 gegen die Kraft
der Druckfeder 13, die sich an der inneren Gehäusewand 1a abstützt. Dadurch
wird eine kraftschlüssige
Verbindung zum Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 hergestellt
und die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 15 und dem
Konusbrems-Teller 19 des Kupplungsringes 22 gelöst. Da der
zweite Planetenradträger 15 mittels
Wälzlagern 8b zwischen
den Druckfedern 13 und den einfach wirkenden Zylindern 11 eingespannt
ist, kann sich der zweite Planetenradträger 15 über die
kraftschlüssige
Verbindung des Konusbrems-Tellers 19 mit dem Konusbremsring 18 zusammen
mit dem drehgelagerten Sonnenrad 3 drehen.
Die beschriebene Funktion des zweiten
Planetenradträgers 15 ist
bezogen auf Hebezeug- und Fahrzeuganwendungen, bei denen durch den
Schaltvorgang der einfach wirkenden Zylinder 11 eine höhere Geschwindigkeit
erzielt wird und bei Schaltstörungen über die
Druckfedern 13 die langsamere Geschwindigkeit beibehalten
wird.
Anwendungsspezifisch kann durch das
Vertauschen der Position von Druckfedern 13 und einfach
wirkenden Zylindern 11 eine umgekehrte Schaltlogik erreicht
werden. Die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 und
des Konusbrems-Tellers 19 des Planetenradträgers 15 ist dann
in der Regel vorhanden, so dass ein Durchtrieb erfolgt und durch
den Schaltvorgang gelöst
und damit auf Übersetzung
umgeschaltet wird. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft bei
Schweranlauffunktionen von z.B. belasteten Förderbändern, Großlüftern, Steinbrechern, da dort
nur während
der Anlaufphase eine niedrige Drehzahl mit einem hohen Drehmoment
erforderlich ist.
In den erläuterten Figuren sind als Schaltmittel 32 Hydraulikzylinder
eingesetzt, die auf kraftschlüssig arbeitende
Konusbremsringe 18 und Konusbrems-Teller 19 wirken. Dieser Bremsentyp
greift erfahrungsgemäß sehr hart.
Ferner zeigen die Figuren eine Paarung Reibbelag / Reibbelag, um
möglichst
hohe Reibwerte zur Übertragung
von Kräften
zu erzielen.
Je nach gewünschtem Betriebsverhalten können auch
Flachbremsringe mit ihren entsprechenden Gegenstücken oder / und andere Materialpaarungen
(z.B. Stahl/Reibbelag) eingesetzt werden. In Fällen, in denen eine kraftschlüssige Verbindung
nicht praktikabel ist, weil die Schaltmittel von ihrer Dimension
her nicht einfach einbaubar sind, können anstelle der dargestellten
Konusbremsringe 18 und Konusbrems-Teller 19 auch
formschlüssige
Verbindungen, wie z. B. Klauenkupplungen, gewellte Kupplungsscheiben
oder Verzahnungen, eingesetzt werden. Abhängig von den erforderlichen
Schaltkräften
und dem jeweiligen Anwendungsfall ist der Einsatz von elektromagnetischen,
feder druckbelasteten Kupplungsbetätigungen, Pneumatikzylinder,
elektromotorische Stellantriebe (Gewindespindel-Mutter-Systeme),
elektrohydraulische Drücker,
mechanische Hebel mit (Teleskop-) Schiebestangen – Systemen
ebenfalls möglich.
Diese wirken dann entweder, wie dargestellt, im Gehäuseinneren
oder über
Gehäusefenster
von außen
mittels Schaltklauen, in denen Wälzlager 8b eingebaut
sind, auf den jeweiligen Planetenradträger 2, 15.
Ein Verbrennungsmotor oder eine andere
Kraftmaschine treibt die Antriebswelle 5 an. Der erste
Planetenradträger 2 und
das Sonnenrad 3 sind mittels den Druckfedern 13 über den
Konusbremsring 18 und den Konusbrems-Teller i 9 kraftschlüssig miteinander
verbunden. Die Planetenräder 16 drehen
sich nicht und wirken als Mitnehmer zwischen Antriebsritze) 5a und
der Innenverzahnung 3c des Sonnenrades 3. Das
rechtsdrehende Moment der Antriebswelle 5 wird ohne Übersetzung
rechtsdrehend auf das Sonnenrad 3 übertragen. Die rechtsdrehende
Außenverzahnung 3a des
Sonnenrades 3 treibt das Grundplanetenrad 6 linksdrehend
an. Das Grundplanetenrad 6 treibt das Richtungsplanetenrad 9 rechtsdrehend
an. Das Richtungsplanetenrad 9 treibt das Hohlrad 4 übersetzt
rechtsdrehend an.
Bei betätigtem Kupplungszylinder 11 löst dessen
Kolben gegen die Kraft der Druckfeder 13 über die axiale
Verschiebung des Kupplungsringes 22 den Konusbrems-Teller 19 vom
Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 15. Der Planetenradträger 15 verbleibt,
zwischen den Wälzlagern 8b eingespannt,
in seiner axialen Grundposition. Das Hohlrad 4 ist mit
einer Arbeitsmaschine verbunden. Aufgrund der Massenträgheit der Arbeitsmaschine
wälzt sich
das Richtungsplanetenrad 9 im Hohlrad 4 bei drehendem
Sonnenrad 3 ab. Der Planetenradträger 15 dreht sich,
ohne das Drehmoment von Sonnenrad 3 an das Hohlrad 4 weiterzuleiten.
Kraft- und Arbeitsmaschine sind entkuppelt.
Ein Rückwärtsgang wird wie folgt geschaltet:
Ein
Verbrennungsmotor oder eine andere Kraftmaschine treibt die Antriebswelle 5 rechtsdrehend
an. Der einfach wirkende Zylinder 11 drückt mit seinem Kolben gegen
das Wälzlager 8b und
löst gegen
die Kraft der Druckfeder 13 über den Planetenradträger 2 den
Konusbrems-Teller 19 des Planetenradträgers 2 vom Konusbremsring 18 des
Sonnenrades 3. Mit weiterer axialer Verschiebung wird der
Konusbremsring 18 des ersten Planetenradträgers 2 gegen
den Konusbrems-Teller 19 gedrückt. Der Konusbrems-Teller 19 ist über den
Haltering 20 mit dem Gleitring 21 durch die Passfeder 23 mit
beidseitigen DMS so mit dem Gehäusedeckel 1b verbunden,
dass eine am Konusbrems-Teller 19 auftretende
Radialkraft erfasst werden, der Konusbrems-Teller 19 sich
aber nicht durchdrehen kann. Über
den Konusbremsring 18 des ersten Planetenradträgers 2 und dem
Konusbrems-Teller 19 erfolgt eine kraftschlüssige Verbindung
des ersten Planetenradträgers 2 zum
Gehäusedeckel 1b.
Die Planetenradwellen 7 sind in Lagern 8a axial
verschiebbar. Dadurch bleibt der Zahneingriff der Planetenräder 16 im
Antriebsritze) 5a und in der Innenverzahnung 3c des
Sonnenrades 3 bestehen. Das rechtsdrehende Antriebsritze) 5a treibt über die
Planetenräder 16 und über die
Innenverzahnung 3c das Sonnenrad 3 linksdrehend
an. Es ist gegenüber
der Grundfunktion eine Drehrichtungsänderung mit Übersetzung erfolgt.
Eine Schaltung in den 2. Gang kann
folgendermaßen
ausgeführt
werden: Ein Verbrennungsmotor oder eine andere Kraftmaschine treibt
die Antriebswelle 5 rechtsdrehend an. Entsprechend der
Beschreibung der Grundfunktion treibt das rechtsdrehende Sonnenrad 3 das
Hohlrad 4 rechtsdrehend mit Übersetzung an. Bei betätigtem einfach
wirkenden Zylinder 11 drückt dessen Kolben über das
Wälzlager 8b den
zweiten Planetenradträger 15 gegen
die Kraft der Druckfeder 13 in Richtung des Konusbremsringes 18 des
Sonnenrades 3. Der Kupplungsring 22 mit Konusbrems-Teller 19 verharrt
in seiner Grundposition. Durch die axiale Bewegung des zweiten Planetenradträgers 15 wird
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbrems-Teller 19 des Kupplungsringes 22 und
dem Konusbremsring 18 des zweiten Planetenradträgers 15 gelöst und eine
kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbrems-Teller 19 des zweiten
Planetenradträgers 15 und dem
Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 hergestellt.
Der Planetenradträger 15 dreht
mit der Drehzahl des Sonnenrades 3 rechts. Die Planetenradwelle 7 ist
in der Gleitlagerbuchse 8a axial verschiebbar.
Dadurch bleiben die Zahneingriffe
von Grundplanetenrad 6 in der Außenverzahnung 3a des
Sonnenrades 3, von dem Grundplanetenrad 6 im Richtungsplanetenrad 9 und
von dem Richtungsplanetenrad 9 im Hohlrad 4 bestehen.
Bei rechtsdrehendem zweiten Planetenradträger 15 drehen
sich die Planetenräder 6, 9 nicht
und wirken als Mitnehmer zwischen der Außenverzahnung 3a des
Sonnenrades 3 und dem Hohlrad 4. Das Hohlrad 4 dreht
sich mit der Drehzahl des Sonnenrades 3 rechts. Die Getriebestufe
ist von Übersetzung
auf Durchtrieb geschaltet.
In 2 wird
ein Planetenradmodul 12 und 14 als Antriebsmodul
mit Leistungsverzweigung oder Leistungsüberlagerung für einen
4-Quadrantenbetrieb vorausgesetzt. Dem Planetengetriebe ist ein
modifiziertes Kegelrad-Ausgleichsgetriebe 24 vorgeschaltet.
In einem Vorsatzgehäuse 1d,
das am Gehäusedeckel 1b des
Getriebegehäuses 1 befestigt
ist, sind eine Antriebswelle 5 und eine zweite Antriebswelle 25 mit
Wälzlagern 8b drehgelagert
und es ist ein Ausgleichskegelrad 26 vorgesehen. Die Abtriebswelle 27 ist
mit Wälzlagern 8b im
Gehäusedeckel 1b drehgelagert.
In der Mittenbohrung der Abtriebswelle 27 mit Stirnrad 27b ist
ein Wälzlager 8b aufgenommen,
in dem die Antriebswelle 5 drehgelagert ist. Antriebswelle 5 und
Abtriebswelle 27 können
sich gegeneinander verdrehen und bilden eine konzentrische Einheit,
die mit Wälzlagern 8b im
Vorsatzgehäuse 1d und
mit Wälzlagern 8b im
Gehäusedeckel 1b gelagert
ist. Die Antriebswelle 5 weist eine Nute 5b und
die zweite Antriebswelle 25 eine Nute 25b zum
Anschluss einer – nicht
dargestellten – Kupplung
mittels Passfeder 23 auf. Auf der Antriebswelle 5 ist
ein Antriebsritze) 5a, auf der Antriebswelle 25 ist
ein Kegelrad 25a und auf der Abtriebswelle 27 ist ein
Tellerrad 27a und das Stirnrad 27b befestigt.
In dem Vorsatzgehäuse 1d ist mittels
Wälzlagern 8b das
Kegelrad-Ausgleichsgetriebe 24 drehgelagert.
Im Trommelmantel 24b des Kegelrad-Ausgleichsgehäuses sind mittels Wälzlagern 8b Ausgleichskegelräder 26 drehgelagert.
Im Trommeldeckel 24c des Kegelrad-Ausgleichsgehäuses sind
mittels Wälzlagern 8b Planetenkegelräder 28 drehgelagert.
Die Planetenkegelräder 28 sind
auf dem Umkreis der Antriebswelle 5, die durch die Mittenbohrung 24d des
Trommeldeckels 24c geführt
ist, angeordnet. Stirnradver zahnungen 28a der Planetenkegelräder 28 kämmen als
Planeten in dem Antriebsritzel 5a. Die Kegelradverzahnungen 28b der Planetenkegelräder 28 kämmen in
den jeweils dazugehörigen
Ausgleichskegelrädern 26.
Die Ausgleichskegelräder 26 kämmen im
Tellerrad 27a. Auf einer Schulter des Kegelrad-Ausgleichsgehäuses 24 ist
ein Tellerrad 24a befestigt. Das Kegelrad 25a der
zweiten Antriebswelle 25 kämmt im Tellerrad 24a.
Eine Kraftmaschine (z.B. Verbrennungsmotor)
ist an die zweite Antriebswelle 25 gekuppelt. Eine weitere
Kraftmaschine (z.B. ein Elektromotor) ist an die Antriebswelle 5 gekuppelt.
Die Kraftmaschine treibt die zweite Antriebswelle 25 mit
Kegelrad 25a rechtsdrehend an. Das Kegelrad 25a treibt über das
Tellerrad 24a das Kegelrad-Ausgleichsgetriebe 24 rechtsdrehend
an. Die Ausgleichskegelräder 26 wälzen sich
an den stillstehenden Planetenkegelrädern 28 rechtsdrehend
ab und treiben mit Tellerrad 27a die Abtriebswelle 27 rechtsdrehend
an. Das Stirnrad 27b treibt rechtsdrehend auf die – nicht
dargestellten – Planetenräder 16.
Die zweite Antriebswelle 25 ist somit treibend und die
Antriebswelle 5 steht still.
Die Kraftmaschine treibt die Antriebswelle 5 mit
Antriebsritze) 5a rechtsdrehend an. Der Trommeldeckel 24c des
Kegelrad-Ausgleichsgetriebes 24 steht still. Das Planetenkegelrad 28 wird
vom rechtsdrehenden Antriebsritze) 5a über die Stimradverzahnung 28a linksdrehend
angetrieben. Das linksdrehende Planetenkegelrad 28 treibt
das Ausgleichskegelrad 26 über die Kegelradverzahnung 28b rechtsdrehend
an. Das Ausgleichskegelrad 26 treibt das Tellerrad 27a,
die Abtriebswelle 27 und das Stirnrad 27b rechtsdrehend.
Somit treibt die Antriebswelle 5 an und die zweite Antriebswelle 25 steht
still.
Bei gleichen Winkelgeschwindigkeiten
des Kegelrad-Ausgleichsgetriebes 24 und des Umkreises um die
Planetenkegelräder 28 steht
das Ausgleichskegelrad 26 still und das Tellerrad 27a wird
mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit angetrieben. Bei unterschiedlichen
Winkelgeschwindigkeiten des Kegelrad-Ausgleichsgetriebes 24 und
des Umkreises um die Planetenkegelräder 28 erfolgt ein
Ausgleich über
die Ausgleichskegelräder 26,
die sich im Wälzlager 8b des
Trommelmantels 24b drehen und die überlagerten Drehbewegungen über das
Tellerrad 27a an die Abtriebswelle 27 weiterleiten.
Die Antriebswelle 5 treibt daher, die zweite Antriebswelle 25 ebenfalls.
Alle Zahneingriffe sind im Stillstand,
daraus folgend stehen die Abtriebswelle 27 und die zweite
Antriebswelle 25 still.
Durch die stillstehende zweite Antriebswelle 25 steht
das Kegelrad 25a und damit auch das Kegelrad-Ausgleichgetriebe 24 still.
Im Bereich des III. und IV. Quadranten eines Drehmoment-Drehzahl-Diagrams treibt
die Arbeitsmaschine. Das Stirnrad 27b treibt die Abtriebswelle 27 mit
dem Tellerrad 27a rechtsdrehend an. Das Tellerrad 27a treibt
das Ausgleichskegelrad 26 rechtsdrehend und darüber das
Planetenkegelrad 28 linksdrehend an. Die linksdrehende
Stirnradverzahnung 28a des Planetenkegelrades 28 treibt
das Abtriebsritzel 5a der Antriebswelle 5 rechtsdrehend
an. Der, an die Antriebswelle 5 gekuppelte, Elektromotor
arbeitet angetrieben als Generator. Darüber wird die Arbeitsmaschine
gebremst und kinetische in elektrische Energie umgewandelt.
Gemäß 3 schaltet das Planetengetriebe vier
Gänge:
Es sind zwei solcher Planetenradmodule 12 und 14 vorhanden.
Die Antriebswelle 5 ist
im Gehäusedeckel 1b und
im Sonnenrad 3 mittels Wälzlager 8b drehgelagert und
kämmt mit
dem Antriebsritze) 5a im Grundplanetenrad 6 des
ersten Planetenradträgers 2.
Das Grundplanetenrad 6 des Planetenradträgers 2 kämmt im Richtungsplanetenrad 9 des
Planetenradträgers 2.
Das Richtungsplanetenrad 9 des Planetenradträgers 2 greift
in die Innenverzahnung 3c des Sonnenrades 3. Das
Sonnenrad 3 ist mittels der Wälzlager 8b in der
Gehäusewand 1a axial
unverschiebbar und in der Mittenbohrung 4a des Hohlrades 4 über den
Wellenstumpf 3b mittels der Wälzlager 8b drehgelagert.
Das Hohlrad 4 ist im Getriebegehäuse 1 mittels der
Wälzlager 8b drehgelagert.
Das Sonnenrad 3 kämmt mit
der Außenverzahnung 3a im
Grundplanetenrad 6 des zweiten Planetenradträgers 15.
Das Grundplanetenrad 6 des Planetenradträgers 15 kämmt im Richtungsplanetenrad 9 des
Planetenradträgers 15.
Das Richtungsplanetenrad 9 des Planetenradträgers 15 greift
in das Hohlrad 4.
Der erste Planetenradträger 2 ist über den
Konusbremsring 18, den Konusbrems-Teller 19, den
Haltering 20, den Gleitring 21 mittels der Passfeder 23 mit
dem Gehäusedeckel 1b undrehbar
verbunden. Der zweite Planetenradträger 15 ist ebenfalls über den
Konusbremsring 18, den Konusbrems-Teller 19, den
Haltering 20, den Gleitring 21 mittels der Passfeder 23 mit
dem Getriebegehäuse 1 undrehbar
verbunden. Ein vorgeschalteter Antrieb ist über eine Passfeder 23 in
der Nute 5b angekuppelt und treibt die Antriebswelle 5 an. Das
rechtsdrehende Moment der Antriebswelle 5 wird über das
Antriebsritze) 5a und die Grundplanetenräder 6 und
die Richtungsplanetenräder 9 des
er sten Planetenradträgers 2 mit Übersetzung
rechtsdrehend auf das Sonnenrad 3 übertragen. Die rechtsdrehende
Außenverzahnung 3a des
Sonnenrades 3 treibt über
die Grundplanetenräder 6 und
Richtungsplanetenräder 9 des
zweiten Planetenradträgers 15 das
Hohlrad 4 rechtsdrehend an.
Die Antriebswelle 5 wird
rechtsdrehend angetrieben. Entsprechend der Beschreibung der Grundfunktion
treibt das rechtsdrehende Sonnenrad 3 das Hohlrad 4 rechtsdrehend
mit Übersetzung
an. Bei betätigtem ersten
einfach wirkenden Zylinder 11 drückt dessen Kolben über das
Wälzlager 8b den
ersten Planetenradträger 2 gegen
die Kraft der Druckfeder 13 in Richtung des Konusbremsringes 18 des
Sonnenrades 3. Der Haltering 20 mit Konusbrems-Teller 19 verharrt
in seiner Grundposition. Durch die axiale Bewegung des ersten Planetenradträgers 2 wird
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbrems-Teller 19 und dem Konusbremsring 18 des
ersten Planetenradträgers 2 gelöst und eine
kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Konusbrems-Teller 19 des ersten
Planetenradträgers 2 und
dem Konusbremsring 18 des Sonnenrades 3 hergestellt.
Die Planetenradwelle 7 ist in der Gleitlagerbuchse 8a axial
verschiebbar. Dadurch bleiben die Zahneingriffe des Grundplanetenrads 6 im
Antriebsritze) 5a, des Grundplanetenrads 6 im
Richtungsplanetenrad 9 und vom Richtungsplanetenrad 9 in
der Innenverzahnung 3c bestehen. Bei rechtsdrehendem ersten
Planetenradträger 2 drehen
sich die Grundplanetenräder 6 und
die Richtungsplanetenräder 9 nicht
und wirken als Mitnehmer zwischen dem Antriebsritze) 5a und
der Innenverzahnung 3c. Das Sonnenrad 3 dreht
sich mit der Drehzahl der Antriebswelle 5 rechts. Die Getriebestufe
ist von Übersetzung
auf Durchtrieb geschaltet.
Sinngemäß gleiches gilt für die Schaltung
des zweiten Planetenradträgers 15 mittels
zweitem einfach wirkenden Zylinder 11.
Es lassen sich mit 2 Stufen 4 Schaltzustände realisieren
und den Adressen einer speicherprogrammierbaren Steuerung zuweisen:
Die möglichen
Schaltzustände
einer Getriebekombination ergeben sich aus der Basiszahl 2 mit
der Anzahl der Stufen als Exponent.
In einer Profilmulde 30 kann
die gezeigte Baueinheit in gleicher Ausführung angeschlossen werden.
In 4 wird
ein Planetenradintegral zum Kuppeln von Wellen mit hohen Drehmomenten
dargestellt: Das Integralmodul in Funktion als Schwerlastkupplungsmodul
wandelt das hohe Drehmoment mit niedriger Drehzahl zweier unabhängig voneinander
drehenden Wellen über
zwei Planetengetriebe in ein niedriges Drehmoment mit hoher Drehzahl.
Dadurch können
die beiden Wellen mit relativ geringen Kuppelkräften miteinander verbunden
werden. Die Funktion folgt der Logik von Kegelrad-Ausgleichsgetrieben,
bei denen die jeweils langsamer laufende Welle Reaktionspunkt für die schneller
laufende Welle ist. Im Gegensatz zu Kegelraddifferentialen, die
Drehzahlunterschiede von zwei Wellen zulassen, synchronisiert das
Planetenradintegral die Drehzahlunterschiede von zwei Wellen.
Es sind vier solcher Planetenradmodule 12 oder 14 vorhanden.
In dem Getriebegehäuse 1 mit
der Gehäusewand 1a und
einer Gehäuseverlängerung 1e sind
zwei Planetengetriebe mit gleichen Übersetzungsverhältnissen,
bestehend aus Hohlrädern 4;
Planetenradträgern 2 und 15 mit
Planetenrädern 16 und
Sonnenrädern 3 eingebaut.
Die Kräfte
aus den Reaktionsmomenten der Planetenradträger werden über den Haltering 20,
Gleitring 21 und die Passfeder 23 mit beidseitigen
DMS erfasst.
Die beiden Hohlräder 4 sind links und
rechts mit Wälzlagern 8b im
Getriebegehäuse 1 drehgelagert und
haben genutete Mittenbohrungen 4a für einen beidseitigen Getriebeeingang.
Das linke Sonnenrad 3 mit Außenverzahnung 3a ist über Wälzlager 8b in
der Gehäuseverlängerung 1e und
mit seinem Wellenstumpf 3b mittels Wälzlager 8b in der
Mittenbohrung 4a des linken Hohlrades 4 axial
unverschiebbar drehgelagert. Das rechte Sonnenrad 3 ist über die
Wälzlager 8b in
der Gehäusewand 1a und
mit seinem Wellenstumpf 3b mittels Wälzlager 8b in der
Mittenbohrung 4a des rechten Hohlrades 4 axial
unverschiebbar drehgelagert. Eine Zentralwelle 29 ist in
der Mittenbohrung 3d des linken Sonnenrades 3 mittels
Wälzlager 8b und
in der Mittenbohrung 3d des rechten Sonnenrades 3 mittels
Wälzlager 8b konzentrisch,
axial unverschiebbar drehgelagert. Die Zentralwelle 29 hat
ein linkes und ein rechtes Zentralwellenritzel 29a. In
dem linken Zentralwellenritzel 29a kämmen die Planetenräder 16,
die mit Planetenradwellen 7 mittels Gleitlagerbuchsen 8a im
dritten Planetenradträger 2 axial
verschiebbar drehgelagert sind. In dem rechten Zentralwellenritzel 29a kämmen die
Planetenräder 16,
die mit Planetenradwellen 7 mittels Gleitlagerbuchsen 8a im
vierten Planetenradträger 15 axial verschiebbar
drehgelagert sind. Der dritte Planetenradträger 2 ist mittels
der Gleitlagerbuchse 8a auf der Zentralwelle 29 axial
verschiebbar drehgelagert. Der dritte Planetenradträger 2 hat
eine Ausdrehung, in der ein Konusbrems-Teller 19 befestigt
ist. Der vierte Planetenradträger 15 ist
mittels den Wälzlagern 8b auf
der Zentralwelle 29 axial unverschiebbar drehgelagert.
Auf dem Außenumfang
des Planetenradträgers 15 ist
ein Konusbremsring 18 befestigt, der in den Konusbrems-Teller 19 des
Planetenradträgers 2 passt.
Mehrere auf dem inneren Umfang der Gehäuseverlängerung 1e verteilte
Druckfedern 13 drücken über Wälzlager 8b den
Konusbrems-Teller 19 des dritten Planetenradträgers 2 auf
den Konusbremsring 18 des vierten Planetenradträgers 15 und
stellen so eine kraftschlüssige
Verbindung her. Mehrere einfach wirkende Kolben-Zylinder-Einheiten 11 liegen
den Druckfedern 13 gegenüber, stützen sich an der Gehäusewand 1a ab
und wirken über
Wälzlager 8b auf
den dritten Planetenradträger 2.
Das Entkuppeln wird nachstehend beschrieben:
Die
Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit 11 verschieben über Wälzlager 8b den Planetenradträger 2 gegen
die Kraft der Druckfedern 13 axial. Dadurch wird die kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem Konusbremsring 18 des Planetenradträgers 15 und
des Konusbrems-Tellers 19 des Planetenradträgers 2 gelöst. Bei
angetriebenem rechten Sonnenrad 3 und stillstehendem linken
Sonnenrad 3 wälzen
sich die Planetenräder 16 im
Zentralwellenritzel 29a ab und treiben den vierten Planetenradträger 15 an,
der unbelastet trudelnd um die Zentralwelle 29 drehend
mitläuft.
Bei angetriebenem linken Sonnenrad 3 und stillstehendem
rechten Sonnenrad 3 wälzen
sich die Planetenräder 16 im
Zentralwellenritzel 29a ab und treiben den dritten Planetenradträger 2 an, der
unbelastet trudelnd um die Zentralwelle 29 drehend mitläuft. Durch
die freie Drehung der Planetenradträger 2 und 15 um
die Zentralwelle 29 kann kein Reaktionsmoment entstehen
und damit können
die angetriebenen Sonnenräder 3 mit
jeder beliebigen Drehzahl und Drehrichtung drehen.
Der Betriebszustand der Einkupplung
wird wie folgt erreicht:
Die Druckfedern 13 stellen über die
Wälzlager 8b und
Planetenradträger 2 eine
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Konusbrems-Teller 19 und Konusbremsring 18 her.
Dadurch sind die Planetenradträger 2 und 15 kraftschlüssig miteinander
verbunden.
Es wird der Fall stillstehendes linkes
Sonnenrad 3 und angetriebenes rechtes Sonnenrad 3 betrachtet:
Bei
Stillstand des linken Sonnenrades 3 und Stillstand des
rechten Sonnenrades 3 stehen die verbundenen Planetenradträger 2 und 15;
die Zentralwelle
29 mit dem Zentralwellenritzel 29a und
die Planetenräder 16 still. Das
rechte Sonnenrad 3 wird angetrieben und dreht über die
Innenverzahnung 3c die Planetenräder 16 des Planetenradträgers 15.
Da der Planetenradträger 15 stillsteht,
drehen die Planetenräder
16 über
das rechte Zentralwellenritzel 29a die Zentralwelle 29.
Die Zerntralwelle 29 dreht über
das linke Zentralwellenritzel 29a die Planetenräder 16 des
Planetenradträgers 2.
Da der Planetenradträger 2 stillsteht,
dreher die Planetenräder 16 über die
Innenverzahnung 3c das linke Sonnenrad 3.
Zugleich sind die Planetenradträger 2 und
15 auf der Zentralwelle 29 drehbar gelagert und es kommt zu
einer Überlagerung,
von Drehbewegungen. Die Planetenräder 16 werden durch
die Innenverzahnung 3c gedreht und wälzen sich zugleich in der Innenverzahnung
3c ab. Durch das Abwälzen
der Planetenräder 16 werden
durch (lie Mitnehmerwirkung der Planetenradwelle 7 über die
Gleitlagerbuchsen 8a die Planetenradträger 2 und 15 gedreht.
Wenn die Drehzahlen vom rechten Sonnenrad 3, dem Planetenradträger 2 und 15, linken
Sonnenrad 3 und Zentralwelle 29 ausgeglichen sind,
hört die
Drehung der Planetenräder 16 mit
ihren Planetenradwellen 7 in den Gleitlagerbuchsen 8a auf.
Der umgekehrte Fall kann analog betrachtet
werden. Die gleiche Wirkung ergibt sich auch bei Drehzahl Differenzen,
die kleiner sind als die Differenz zwischen Stillstand und Synchrondrehzahl.
Die gekuppelte Einheit von Planetenrädern 16,
Planetenradträgern 2 und 15 wirkt
zusammen mit den Zentralwellenritzeln 29a der Zentralwelle 29 wie
eine vielfach außen
verzahnte Welle, die mit ihren Enden in den Innenverzahnungen 3c der
Sonnenräder 3 steckt.
