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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übersetzung einer Drehbewegung
einer ersten Welle in eine entgegengesetzte Drehbewegung einer zweiten
Welle, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffes von Anspruch 1.
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Zum
Ausgleich von Wechselmomenten und zur Reduzierung von Schwingungen
im Antriebsstrang beispielsweise eines Kraftfahrzeuges ist es aus
der
DE 195 17 605
A1 bekannt eine Einrichtung mit insgesamt drei Schwungmassen
und einer Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse vorzusehen. Während die
ersten beiden Schwungmassen zur Reduzierung der von einer Kurbelwelle
in ein Getriebe weiterleitbaren Schwingungen im Sinne eines Zweimassenschwungrades
verwendet werden, wird die dritte Schwungmasse von der ersten Schwungmasse über gehäusefeste
Planetenräder
derart angetrieben, dass der Drehsinn dieser auf der Kurbelwelle gelagerten
dritten Masse entgegengesetzt zu dem Drehsinn der Kurbelwelle ist.
Hierbei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass ein derartiger Planetentrieb immer
mit einem Zahnflankenspiel zwischen den Planetenrädern und
Sonnenrädern
der Schwungmassen behaftet ist. Das Zahnflankenspiel führt zu erhöhter Geräuschentwicklung
und starkem Verschleiß der beteiligten
Zahnradflanken. Die Verwendung derartiger Planetenantriebe ist daher
insbesondere im Automobilbau wegen hoher Kräfte und Momente im Antriebsstrang
sehr begrenzt.
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Weiterhin
ist aus der
DD 146 844 eine
Vorrichtung bekannt, bei der die Planetenräder jeweils einzeln mit zwei
Freiheitsgraden gelenkig angeordnet sind. Hierbei sind Hydraulikzylinder
vorgesehen deren Saug- und Druckräume jeweils untereinander durch
Hydraulikleitungen kommunizierend verbunden sind. Der Bauraumbedarf,
die Herstellkosten sowie der Konstruktionsaufwand für die hydraulische Kopplung
der Hydraulikzylinder ist nicht optimal.
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Aus
der
DE 92 05 374 U1 ist
es bekannt, in Eingriff befindliche Zahnräder unter leichten ständigen Federdruck
zu stellen. Diese hat jedoch den Nachteil, dass die Federvorspannung
auf die maximal zu erwartende Kraftbelastung des Zahnradeingriffes
eingestellt sein muss. Die beispielsweise im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeuges zu erwartenden Drehmomente und Momentspitzen sind
jedoch derart groß,
dass eine sehr hohe Federvorspannung von beispielsweise 1.500 bis
1.600 Nm erforderlich wäre.
Dies führt
jedoch zu hohen Reibungsverlusten und entsprechenden Verlustleistungen
durch einen ständigen
starken Andruck der Zahnflanken durch die Feder.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der oben genannten Art zur Verfügung
zu stellen, wobei die oben genannten Nachteile überwunden werden und ein optimaler
Spielausgleich in allen Last- und Betriebszuständen sicher gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird für
die Vorrichtung erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Dazu
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass
ein mit dem Planetenträger
und gegen diesen verdrehbar verbundenes Lagerelement vorgesehen ist,
wobei wenigstens einer der wenigstens zwei Planeten als Stellplanet
mit seiner Planetenachse in dem Lagerelement gelagert ist und wenigstens
ein anderer der wenigstens zwei Planeten als Festplanet mit seiner
Planetenachse in dem Planetenträger
gehäusefest
gelagert ist, wobei ferner wenigstens ein Aktuator zwischen dem
Planetenträger
und dem Lagerelement derart vorgesehen ist, dass dieser wahlweise
das Lagerelement gegen den Planetenträger verschiebend mit Kraft
beaufschlagt.
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Dies
hat den Vorteil, dass die Planentenachsen von Stell- und Festplaneten
gegeneinander verschiebbar sind und so ein Spiel zwischen den Zahnflanken
der Sonnenräder
der ersten und zweiten Welle und den Planetenrädern wirksam vermieden ist. Dies
resultiert in geringerem Zahnflankenverschleiß und einem geräuschärmeren Laufen
der Vorrichtung. Auch bei Lastzuständen mit höheren Kräften ist hierdurch ein spielfreier
Lauf der Vorrichtung ohne zusätzliche
Reibungsverluste optimal gewährleistet.
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Zum
Anpassen des Spielausgleichs an unterschiedliche Lastzustände und
Kraftverhältnisses beaufschlagt
der Aktuator des Lagerelement gegen den Planetenträger mit
einer vorbestimmten, variablen Kraft vorspannend.
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Eine
optimale Kraftübertragung
zwischen Planetenträger
und Lagerelement wird dadurch erzielt, daß der Aktuator in einer Ausnehmung
im Lagerelement und sich an diesem abstützend angeordnet und vorzugsweise
an seinem dem Lagerelement abgewandten Ende über einen Anlenkpunkt fest
mit dem Gehäuse
bzw. dem Planetenträger
verbunden ist.
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Zweckmäßigerweise
ist der Aktuator ein Hydraulikzylinder, dessen eines Ende mit dem
Planetenträger
fest verbunden ist und dessen entsprechendes anderes Ende sich am
Lagerelement abstützt.
Hierbei ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion
dadurch, daß der Hydraulikzylinder
mittels Öldruck über druckmittelversorgende
Kanäle
angesteuert ist und die druckmittelversorgenden Kanäle für den Hydraulikzylinder identisch
mit Schmiermittelkanälen
der Stellplaneten sind.
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Für ein optimales
Einstellen der Planetenradachsen gegeneinander für einen optimalen Spielausgleich
weist die Verbindung zwischen Planetenträger und Lagerelement ein vorbestimmtes
Spiel auf.
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Eine
besonders betriebssichere und gleichzeitig kostengünstige Konstruktion
mit wenigen Bauteilen ergibt sich dadurch, daß das Lagerelement zwischen
dem Planetenträger
und einem auf das Lagerelement gegenüber dem Planetenträger aufgesetzten
Lagerelementblech klemmend verschraubt ist.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist das Lagerelement ein umlaufender Stellring und vorzugsweise
das Lagerelementblech ein umlaufendes Ringblech.
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Bei
einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug zur Schwingungsreduktion
bzw. -dämpfung
ist in besonders vorteilhafter Weise die zweite Welle eine Ausgleichswelle
mit Ausgleichsmasse und die erste Welle eine Primärwelle mit
Primärmasse
eines Zweimassenschwungrades.
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Zweckmäßigerweise
ist der Planetenträger einstückig mit
dem Gehäuse
ausgebildet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind eine gerade Anzahl von Planeten, insbesondere vier Planeten,
vorgesehen, welche in gleichen Winkelabständen zueinander und/oder je zwei
gegenüberliegend
angeordnet sind, wobei jeweils zwei sich gegenüberliegende Planeten Stellplaneten
und entsprechend andere zwei sich gegenüberliegende Planeten Festplaneten
sind.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
Anhand der nachstehenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen wird
die Erfindung näher
erläutert.
Diese zeigen in
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Aufsicht,
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2 in
Schnittansicht entlang der Linie A-B von 1,
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3 einen
Teil eines Antriebsstranges mit einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 die
bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wie in dem Getriebestrang von 3 eingebaut,
in teilweise aufgerissener Aufsicht,
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie B-B von 4 und
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6 eine
Schnittansicht entlang der Linie A-A von 4.
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Die
in den 1 und 2 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen Planetenträger 1,
Festplaneten 2, 3, deren Planetenachsen 12, 14 im
Planetenträger
gehäusefest gelagert
sind, einen Stellring 4, ein auf den Stellring 4 aufgesetztes
Ringblech 5, Hydraulikelemente 6, 7, mit
Anlenkpunkten 8, 9 am Planetenträger 1,
und Stellplaneten 10, 11, deren Planetenachsen 11, 13 in dem
Stellring 4 gelagert sind. Der Stellring 4 ist
zwischen dem Planetenträger 1 und
dem Ringblech 5 klemmend gehaltert, wobei beispielsweise
Schrauben 38 (3, 4 und 6)
durch das Ringblech 5 und den Stellring 4 hindurchgreifend
in den Planetenträger 1 eingeschraubt
sind. Die Planeten 2, 3, 10 und 11 kämmen am äußeren Umfang
der Vorrichtung mit einem Hohlrad 34 einer ersten Welle 22 (3)
und am inneren Umfang der Vorrichtung mit einem Sonnenrad 32 einer
zweiten Welle 28 (3), so dass
von der ersten Welle 22 die zweite Welle 28 in
entgegengesetztem Drehsinn angetrieben wird.
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Die
Hydraulikelemente 6 und 7 sind jeweils an den
Anlenkpunkten 8 und 9 mit dem Planetenträger 1 verbunden.
Der Planetenträger 1 kann
dabei auch direkt ein Gehäuse
sein. Ein diesen Anlenkpunkten 8 und 9 gegenüberliegendes
Ende der Hydraulikelemente 6, 7 stützt sich
im oder am Stellring 4 ab. Wenn nun die Hydraulikzylinder 6 und 7 beispielsweise
mit Öldruck
beaufschlagt werden, so spreizen sie die Anlenkpunkte 8 und 9 am
Planetenträger 1 von
den jeweiligen Abstützpunkten
im Stellring 4 ab und üben
so eine Kraft zwischen dem Stellring 4 und dem Planetenträger 1 derart
aus, daß diese
gegeneinander verschoben werden. Da die Planetenachsen 13, 15 der
Stellplaneten 10, 11 in dem Stellring 4 und
die Planetenachsen 12, 14 der Festplaneten 2, 3 in
dem Planetenträger 1 gelagert
sind, werden durch die Kraft der Hydraulikelemente 6, 7 die
Planetenachsen 13, 15 der Stellplaneten 10, 11 gegen
die Planetenachsen 12, 14 der Festplaneten 2, 3 verschoben.
Auf diese Weise wird ein Spiel zwischen den Zahnflanken der Planeten 2, 3, 10, 11 und den
Sonnenrädern 32, 34 der
ersten und zweiten Welle 22, 28 ausgeglichen.
Die Anlenkpunkte 8 und 9 können auch direkt an einem Gehäuse angeordnet sein,
welches die Vorrichtung umgibt und in dem der Planetenträger 1 einstückig ausgebildet
ist.
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3 zeigt
beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
für einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Hierbei ist in der 3 links
eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 16 mit Kurbeltrieb 18 und
Kurbelwelle 20 angedeutet. In Abtriebsrichtung sind ein
Zweimassenschwungrad mit Primärwelle 22 und
Sekundärwelle 24 und
einer anschließenden
Kupplungsanordnung in einem Gehäuse 26 angeordnet.
Die Primärwelle 22 treibt über eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit Planeten 2, 3, 10, 11 eine
Ausgleichswelle 28 an, welche der zuvor erwähnten zweiten
Welle entspricht. In der Schnittdarstellung von 3 ist
nur die Planetenachse 14 des Festplaneten 3 sichtbar. Ein
Planetenrad 30 kämmt
dabei mit einem Hohlrad 34 der Primärwelle 22 und einem
Sonnenrad 32 der Ausgleichswelle 28. Die Hubkolben-Brennkraftmaschine 16 treibt über die
Kurbelwelle 20 die Primärwelle 22 des
Zweimassenschwungrades an, welche wiederum über den erfindungsgemäßen Planetentrieb
die Ausgleichswelle 28 mit entsprechender Ausgleichsmasse
in zur Kurbelwelle 20 entgegengesetztem Drehsinn antreibt.
Auf diese Weise lassen sich Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle 20 platzsparend
kompensieren.
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Der
Stellring 4 ist auf den Planetenträger 1 bzw. das Gehäuse 26 aufgesetzt,
auf dem wiederum das Ringblech 5 angeordnet ist. Eine Schraube 36 ist durch
das Ringblech 5 und den Stellring 4 hindurch geführt und
in den Planetenträger 1 bzw.
das Gehäuse 26 eingeschraubt.
Die Schraube drückt
das Ringblech 5 gegen den Stellring 4 und haltert
damit die gesamte Anordnung aus Ringblech 5 und Stellring 4 im
wesentlichen gehäusefest,
wobei das Ringblech 5 den Stellring 4 axial führt. Zwischen
Schraube 36 und Ringblech 4 ergibt sich ein Spiel
in Form eines Zwischenraumes 38, welches eine Verschiebung
des Stellringes 4 bezüglich
des Planetenträgers 1 bzw. des
Gehäuses 24 und
somit eine Verschiebung der Planetenachsen 13, 15 der
Stellplaneten 10, 11 bezüglich der Planetenachsen 12, 14 der
Festplaneten 2, 3 erlaubt. Hierdurch wird ein
Spiel zwischen den Zahnradflanken von Sonnen- und Hohlrad 32, 34 und den
Planeten 2, 3, 10, 11 ausgleichbar.
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Die 4 bis 6 veranschaulicht
die Anordnung aus Ringblech 5 und Stellring 4 und
die Anordnung der Hydraulikzylinder 6 und 7, welche
die Kraft zum Verschieben der Planetenachsen 13, 15 bezüglich der
Planetenachsen 12, 14 für den Spielausgleich aufbringen.
Die Hydraulikzylinder 6 und 7 sind jeweils in
einer Ausnehmung 40, 42 im Stellring 4 angeordnet
und stützen
sich an diesem ab. An einem gegenüberliegenden Ende sind die
Hydraulikzylinder 6, 7 über Anlenkpunkte 8 und 9 mit
dem Gehäuse 24 bzw.
dem Planetenträger 1,
welcher in der Darstellung gemäß 4 nicht
sichtbar ist, verbunden. Die Hydraulikzylinder 6, 7 werden über eine
umlaufende Nut bzw. einen Kanal 44 mit einem Druckmittel,
beispielsweise Öl,
versorgt. Diese Nut ist dieselbe, welche die Stellplaneten 10, 11 jeweils
mit Schmieröl
versorgt. Über
den Druck dieses Schmiermittels wird die Anlenkkraft der Hydraulikzylinder 6, 7 bestimmt.
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5 zeigt
den Stellplaneten 11 mit der Planetenachse 15,
die im Stellring 4 gelagert und mit diesem beweglich ist. Über Kanäle 44 wird
der Stellplanet 4 mit Schmiermittel versorgt. Ferner ist
ein Schnitt durch den Hydraulikzylinder 7 im Stellring 4 sichtbar.
Auch der Hydraulikzylinder 7 wird über Kanal 44 mit Schmiermitteldruck
versorgt. Das Ringblech 5 ist gehäusefest bzw. planetenträgerfest
mittels einer Schraube 36 angeschraubt, wie sich aus 6 ergibt.
Ferner ist aus 6 der Festplanet 2 ersichtlich,
dessen Planetenachse 12 gehäusefest bzw. planetenträgerfest
auf einer Seite im Planetenträger 1 und
auf der anderen Seite im Ringblech 5 gelagert ist. Bezüglich der
Planetenachse 12 ist der Stellring 4 beweglich,
was ein Zwischenraum 46 zwischen Planetenachse 12 und
Stellring 4 andeutet. Auch der Festplanet 2 wird über einen
Kanal 44 mit Schmiermittel versorgt.
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- 1
- Planetenträger
- 2
- Festplanet
- 3
- Festplanet
- 4
- Stellring
- 5
- Ringblech
- 6
- Hydraulikelement
- 7
- Hydraulikelement
- 8
- Anlenkpunkt
des Hydraulikelementes 6
- 9
- Anlenkpunkt
des Hydraulikelementes 7
- 10
- Stellplanet
- 11
- Stellplanet
- 12
- Achse
des Festplaneten 2
- 13
- Achse
des Stellplaneten 10
- 14
- Achse
des Festplaneten 3
- 15
- Achse
des Stellplaneten 11
- 16
- Hubkolben-Brennkraftmaschine
- 18
- Kurbeltrieb
- 20
- Kurbelwelle
- 22
- Primärwelle
- 24
- Sekundärwelle
- 26
- Gehäuse
- 28
- Ausgleichswelle
- 30
- Planetenrad
- 32
- Sonnenrad
- 34
- Hohlrad
- 36
- Schraube
- 38
- Zwischenraum
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Ausnehmung
- 44
- Nut
bzw. Kanal
- 46
- Zwischenraum
zwischen Planetenachse 12 und Stellring 4