DE10239102B4 - Planetengetriebe als Antriebsteil für Schiffe, Straßen- oder Schienenfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Planetengetriebe als Antriebsteil für Schiffe, Straßen- oder Schienenfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, Schwerlastfahrzeuge oder mit einem Hybridantrieb ausgerüstete Fahrzeuge, mit mehreren, Teil eines Antriebsstranges bildenden Modulen, wobei ein erstes Planetenradmodul (12) mittels eines außen kegelförmigen oder eine axiale Ringfläche (31) aufweisenden Planetenradträgers (2) und axialen Schaltmitteln (32) wahlweise mit dem Getriebegehäuse (1) oder einem Sonnenrad kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum ersten Planetenradmodul (12) koaxiales, spiegelbildlich axial gegenüberliegendes, zweites Planetenradmodul (14) ebenfalls wahlweise mit dem Getriebegehäuse (1) oder einem Sonnenrad des benachbarten Planetenradmoduls (12) kuppelbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe als Antriebsteil für Schiffe, Straßen- oder Schienenfahrzeuge, Maschinen, insbesondere für Lastkraftwagen, Schwerlastfahrzeuge oder mit einem Hybridantrieb ausgerüstete Fahrzeuge, mit mehreren, einen Antriebsstrang bildenden Modulen.
• Es ist ein Planetenschaltgetriebe mit mehreren Gängen bekannt ( DE 198 40 417 A1 ). Übliche Anordnungen geschalteter Planetengetriebe schalten über eine Kupplung und Bremse jeweils das Sonnenrad, den Planetenradträger und das Hohlrad zu unterschiedlichen Übersetzungen. Die Kombination mehrerer geschalteter Planetengetriebe lässt sich bei einer geforderten konzentrischen Wellenanordnung praktisch nicht beliebig fortsetzen, um mehr als sechs geschaltete Gänge zu erzielen.
• 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.
• Die Ausgestaltung sieht weiter 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 gegenüberliegend, 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 Stirnradverzahnung 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 das 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 Richtungsplanetenrad 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 gelagert 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, federdruckbelasteten 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 19 kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Planetenräder 16 drehen sich nicht und wirken als Mitnehmer zwischen Antriebsritzel 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 Antriebsritzel 5a und in der Innenverzahnung 3c des Sonnenrades 3 bestehen. Das rechtsdrehende Antriebsritzel 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 Antriebsritzel 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. Stirnradverzahnungen 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 Antriebsritzel 5a rechtsdrehend an. Der Trommeldeckel 24c des Kegelrad-Ausgleichsgetriebes 24 steht still. Das Planetenkegelrad 28 wird vom rechtsdrehenden Antriebsritzel 5a über die Stirnradverzahnung 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 Antriebsritzel 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 Antriebsritzel 5a und die Grundplanetenräder 6 und die Richtungsplanetenräder 9 des ersten 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 Antriebsritzel 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 Antriebsritzel 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 18 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 Zentralwelle 29 dreht über das linke Zentralwellenritzel 29a die Planetenräder 16 des Planetenradträgers 2. Da der Planetenradträger 2 stillsteht, drehen 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 die 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 Drehzahldifferenzen, 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.
• Bezugszeichenliste

1

Getriebegehäuse

1a

innere Gehäusewand

1b

Gehäusedeckel

1c

Gehäusenut

1d

Vorsatzgehäuse

1e

Gehäuseverlängerung

2

erster Planetenradträger

3

Sonnenrad

3a

Außenverzahnung

3b

Wellenstumpf

3c

Innenverzahnung

3d

Mittenbohrung

4

Hohlrad

4a

Mittenbohrung

5

Antriebswelle

5a

Antriebsritzel

5b

Nut

6

Grundplanetenrad

7

Planetenradwelle

8a

Gleitlagerbuchse

8b

Wälzlager

8c

Axiallager

9

Richtungsplanetenrad

10

Radialdichtring

11

Kolben-Zylinder-Einheit

12

erstes Planetenradmodul

13

Druckfeder

14

zweites Planetenradmodul

15

zweiter Planetenradträger

16

Planetenrad

17

Zahnradraum

18

Konusbremsring

19

Konusbrems-Teller

20

Haltering

21

Gleitring

22

Kupplungsring

23

Passfeder

24

Kegelrad-Ausgleichsgetriebe (oder: -gehäuse)

24a

Tellerrad

24b

Trommelmantel

24c

Trommeldeckel

24d

Mittenbohrung des Trommeldeckels

25

zweite Antriebswelle

25a

Kegelrad

25b

Nute

26

Ausgleichskegelrad

27

Abtriebswelle

27a

Tellerrad

27b

Stirnrad

28

Planetenkegelrad

28a

Stirnradverzahnungen

28b

Kegelradverzahnungen

29

Zentralwelle

29a

Zentralwellenritzel

30

Profilmulde

31

axiale Ringfläche

32

axiale Schaltmittel

Claims (1)

1. Planetengetriebe als Antriebsteil für Schiffe, Straßen- oder Schienenfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, Schwerlastfahrzeuge oder mit einem Hybridantrieb ausgerüstete Fahrzeuge, mit mehreren, Teil eines Antriebsstranges bildenden Modulen, wobei ein erstes Planetenradmodul (12) mittels eines außen kegelförmigen oder eine axiale Ringfläche (31) aufweisenden Planetenradträgers (2) und axialen Schaltmitteln (32) wahlweise mit dem Getriebegehäuse (1) oder einem Sonnenrad kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum ersten Planetenradmodul (12) koaxiales, spiegelbildlich axial gegenüberliegendes, zweites Planetenradmodul (14) ebenfalls wahlweise mit dem Getriebegehäuse (1) oder einem Sonnenrad des benachbarten Planetenradmoduls (12) kuppelbar ist.

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