DE602005005448T2

DE602005005448T2 - Mehrstufiges planetengetriebe

Info

Publication number: DE602005005448T2
Application number: DE602005005448T
Authority: DE
Inventors: Anders Peter Kolstrup
Original assignee: Rotrex AS
Current assignee: Rotrex AS
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2025-01-22
Also published as: ATE389824T1; US20080234095A1; WO2005071289A1; WO2005071287A1; EP1709346A1; ATE455979T1; DE602005019026D1; EP1709348A1; EP1709346B1; US20080261741A1; DE602005005448D1; JP2007518944A; EP1709348B1

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Planetengetriebe, das in einem Getriebegehäuse eingebaut ist und einen Außenring, Planetenräder und eine Sonnenwelle aufweist, wie es in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 beschrieben und aus der DE-A-102 01 656 bekannt ist.
Planetengetriebe dieses Typs werden insbesondere dort verwendet, wo hohe Drehzahlen und die Übertragung von großer Energie benötigt werden. Kompressoren für Verbrennungskraftmaschinen können als ein Beispiel erwähnt werden.
Ein Beispiel für ein zweistufiges Getriebe nach Art eines Planetengetriebes ist aus der US 6,609,505 bekannt, dieses Getriebe ist zum Antrieb eines Zentrifugalladers für eine Verbrennungskraftmaschine verwendbar.
Dieses Getriebe ist aus zwei vollständigen Planetengetrieben zusammengesetzt, die miteinander der Gestalt verbunden sind, dass ausgewählte Teile des Getriebes abgebremst werden können. Dieses ist jedoch ein relativ kompliziert herzustellendes Getriebe, und weil viele Elemente in dem Getriebe eingebaut sind, ist es ebenfalls einem großen Verschleiß ausgesetzt, der einen Ausfall verursachen kann, ebenso ist der Wirkungsgrad entsprechend verringert. Schließlich benötigt das Getriebe aufgrund seines Aufbaus viel Raum.
Ein Planetengetriebe für hohe Drehzahlen ist weiterhin aus der WO02/064997 bekannt, dieses Getriebe jedoch hat kein Übersetzungsverhältnis, das 13,6:1 übersteigen kann, weil die drei Planetenräder bei höheren Getriebeübersetzungen in physischen Kontakt miteinander treten werden.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte mehrstufige Getriebe zu verbessern, mit dem Ziel, die Getriebe kompakt, betriebszuverlässig und geeignet für extrem hohe Drehzahlen und die Übertragung von hohen Momenten zu machen.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein mehrstufiges Planetengetriebe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 erreicht.
Ein kompaktes zweistufiges Getriebe kann in dieser einfachen Art und Weise konstruiert werden, wo die Übertragung des Momentes in dem Kraftschluss zwischen dem Außenring und den Planetenrädern genutzt wird, wie in der WO02/064997 beschrieben, wenn die Kupplung nicht aktiviert ist. Nach Aktivierung wird die Bewegung über das Zahnradgetriebe übertragen werden, was zu einer hohen Übersetzung korrespondierend zu der Konfiguration dem Getrieberadzahneingriff führen wird.
Wenn, wie in Anspruch 3 ausgeführt, die Kupplung als eine elektromagnetische Kupplung ausgebildet ist, kann sie fernbedient werden und dadurch durch eine externe Steuerung gesteuert werden.
Wenn, wie in Anspruch 4 ausgeführt, die Bahnen gleichmäßig verteilt sind, kann eine hohe Momentenübertragung über die Elemente sichergestellt werden.
Wenn, wie in Anspruch 5 ausgeführt, die Elemente mit einer Zugkraft in Richtung auf die Drehachse des Getriebes beaufschlagt sind, wird eine zuverlässige und steuerbare Kupplungsfunktion sichergestellt.
Die Zeichnung
Beispiele von Ausführungsformen gemäß der Erfindung werden nachfolgend vollständiger unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden, in denen
1 – eine Schnittansicht einer Prinzipskizze in einer ersten Ausführungsform zeigt,
2 – eine Schnittansicht einer Prinzipskizze in einer zweiten Ausführungsform zeigt,
3 – eine Endseitenansicht einer Antriebsplatte mit Bahnen für das Kupplungselement, wie es in 2 gezeigt ist, zeigt,
4 – ein schematisches Schaubild einer dritten Ausführungsform zeigt, die nicht von den Ansprüchen umfasst ist, und
5 – eine Schnittansicht einer Prinzipdarstellung einer vierten Ausführungsform zeigt, die nicht von den Ansprüchen umfasst ist.
Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Die erste beispielhafte Ausführungsform ist in 1 abgebildet und zeigt ein Planetengetriebe, das mit einem Sonnenrad 6 auf den Wellenstümpfen 4 der Planetenräder 3 erweitert ist.
Dies stellt ein kompaktes und relativ einfaches Getriebe bei geringen Produktionskosten und mit einer großen Betriebssicherheit zur Verfügung.
Wie in 1 dargestellt, weist das Getriebe eine Antriebswelle auf, die Eingangswelle 1, die mit einer Antriebsplatte 7 verbunden ist.
Die Kupplung 8 weist einen gezahnten Radkranz 6 an seinem einen Kupplungsteil mit einer Innenverzahnung auf, die mit der Kupplung dreht. Die Kupplung ist als eine elektromagnetische Kupplung konstruiert, die von dem Öl in dem Getriebegehäuse über Dichtungen 12 abgeschottet ist.
Eine Spule 11 ist an dem Getriebegehäuse montiert, diese Spule 11 kann mittels eines Moduls 10 aktiviert und gesteuert werden, was eine Fernbedienung des Getriebes ermöglicht.
Der bewegliche Teil der Kupplung weist einen magnetischen Kern auf, der die Teile verbinden wird, wenn die Spule 11 eingeschaltet wird.
Das Planetengetriebe weist einen Außenring 16 auf, der einen Satz Planetenräder antreibt, die wiederum die Sonnenwelle 2 antreiben. Die Planetenräder 3 sind an dem Getriebegehäuse mittels vorzugsweise Hochgeschwindigkeitslagern an beiden Seiten gelagert.
Der Kupplungsteil, der mit der Antriebsplatte 7 dreht, ist mit dem Außenring 16 über eine einfach gerichtete Kupplung 9 verbunden.
Die Betriebsart dieser beispielhaften Ausführungsform des Getriebes wird nunmehr erklärt werden.
Wenn der gezahnte Radkranz 6 der Kupplung 8 an der Antriebsplatte 7 festgehalten wird, wird die Abtriebswelle 2 mit dem gezahnten Radkranz 6 wegen des Zahneingriffs mit der Planetenwelle 4 verbunden werden. Die Planetenräder 3 werden hierdurch mit einer wesentlichen höheren Drehzahl als die Eingangswelle 1 rotieren.
Wenn die Kupplung 8 nicht aktiviert wird, wird die Eingangswelle 1 den Außenring 1 über die einfach gerichtete Kupplung 9 antreiben. In dieser Stellung sind die Planetenräder 3 mit einer geringeren Drehgeschwindigkeit als in der zuerst genannten Position mit Eingriff angetrieben.
Die Abtriebswelle 2 wird weiterhin schneller als die Eingangswelle 1 drehen, aber nicht so schnell als wenn der gezahnte Radkranz in Eingriff befindlich ist und dadurch gehalten wird.
Andere Bauarten von Kupplungen können statt der erwähnten magnetischen Kupplung 8 verwendet werden.
Eine zweite beispielhafte Ausführungsform ist in den 2 und 3 gezeigt.
In diesem Beispiel ist die Kupplung 8 als eine Fliehkraftkupplung mit Elementen 13 ausgebildet, die in einer radialen Richtung in Bahnen 14 auf der Antriebsplatte 7, wie in 3 gezeigt, bewegt werden können.
Die Eingangswelle 1 ist mit der Antriebsplatte 7 verbunden, und ebenso ist ein Getriebesystem 6 mit der Antriebsplatte 7 verbunden.
Die Elemente 13 der Fliehkraftkupplung haben eine Masse, die an die Funktion der Kupplung angepasst ist, und um die gegenseitige Position der einzelnen Elemente 13 bei geringeren Drehzahlgeschwindigkeiten sicherzustellen, ist eine Zugfeder 15 vorgesehen, die sich durch all die Elemente 13 hindurch erstrecken kann, wie in 2 dargestellt.
Der Effekt dieser beispielhaften Ausführungsform wird nunmehr beschrieben werden.
Wenn die Eingangswelle 1 sich mit einer vorgegebenen geringen Geschwindigkeit dreht, hält die Feder 15 die Elemente 13 gegen den gezahnten Radkranz 6 und sie kämmen mit diesem.
Der gezahnte Radkranz 6 wird hierdurch durch die Antriebsplatte 7 mit einer Getriebeübersetzung relativ zu den Planetenrädern 3 angetrieben. Dies führt zu einem signifikanten Heraufschalten der Planetenräder 3 und dadurch zu der Drehgeschwindigkeit der Sonnenwelle 2.
Wenn die Antriebswelle 1 mit einer höheren Drehzahl beaufschlagt wird, die oberhalb der festgelegten Drehzahl liegt, werden die Elemente 17 die Federkraft über die Zentrifugalkraft überwinden und sich nach außen bewegen und dadurch mit dem Außenring 16 kämmen. Eine unmittelbare Verbindung zwischen der Antriebswelle 1 und dem Außenring 16 wird hierdurch ohne Übersetzungsverhältnis hergestellt. Dies wird die Planetenräder 3 mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis als bei einer geringeren Drehgeschwindigkeit antreiben, und dies stellt sicher, dass die Sonnenwelle 2 mit einer höheren Drehzahl als die Eingangswelle 1 dreht, aber immer noch mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis als bei der oben erwähnten geringeren Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 1.
Eine dritte beispielhafte Ausführungsform, die in der 4 in Gestalt eines schematischen Diagramms dargestellt ist, wird nun vollständiger beschrieben werden.
Das Getriebe weist ein Hohlrad auf, das ebenfalls die Eingangswelle 1 bildet und das mit zwei Sätzen Planetenrädern gekoppelt ist, um ein primäres System 26 und ein sekundäres System 18 zu bilden, und mit zwei separaten Planetenradträgern und zwei Sonnenrädern 17, 19.
Die Bremse 8, die von außen bedient werden kann, fernbedient, hat ein drehendes Teil 15, das bewirken kann, dass sich das primäre System 26, 17 frei mit dem Hohlrad 1 dreht oder, nach Ineingrifftreten, es relativ zu dem Getriebegehäuse 20 hält.
Wenn das primäre System gehalten wird, bewirkt dies, dass das primäre Sonnenrad 17 in die entgegengesetzte Richtung dreht und mit einer beachtlich höheren Anzahl an Umdrehungen als die Eingangswelle 1.
Über die Welle wird das primäre Sonnenrad 17 fest mit dem Planetenradträger 18 des sekundären Systems verbunden, das dadurch veranlasst wird, mit derselben Drehzahl wie die Drehzahl des primären Sonnenrades 17 zu drehen.
Die Planetenräder bewirken darüber hinaus, dass das sekundäre Sonnenrad 19, das ebenfalls mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, sich mit einer beachtlich höheren Drehzahl dreht, wenn das primäre Planetensystem 26 relativ zu dem Getriebegehäuse 20 gehalten wird.
Wenn die steuerbare Kupplung 15 mit einem steuerbaren Schlupf ausgestattet ist, kann das Getriebe in dieser Ausführungsform als ein kontinuierlich veränderbares Getriebe arbeiten.
Schließlich wird eine vierte beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben werden, die ein Beispiel eines dreistufigen Getriebes darstellt.
Das Getriebe wird über eine Eingangswelle 1 angetrieben, die mit einer Antriebsplatte 7 verbunden ist, auf der die Planetenräderwellen 4 festgelegt sind.
Die Planetenräder 3 rotieren um diese Wellen 4, die Planetenräder 3 haben ein oder mehrere Getriebestufen. In dem dargestellten Beispiel zwei Stufen 6.1 und 6.2.
Das Getriebe ist mit einem Bremssystem 8 versehen, das eine Bremse 21, 22 für jede Getriebestufe 6.1 und 6.2 aufweist. Jede der Getriebestufen kann hierdurch individuell blockiert werden.
Das Sonnenrad ist mit einer einfach gerichteten Kupplung 24 an der Sonnenwelle 2 versehen.
Die Funktionsweise dieser beispielhaften Ausführungsform wird nunmehr beschrieben werden.
Wenn die Bremsen 21, 22 nicht in Eingriff befindlich sind, können die Planetenräder 3 das Moment nicht von der Antriebswelle 1 zu dem Sonnenrad 2 übertragen, weil die Hohlräder 6.1 und 6.2 an der Drehung teilnehmen.
Wegen der einfach gerichteten Lagerung 24 wird das Übertragen des Momentes über die Lagerung 24 stattfinden, und die Abtriebswelle 2 wird mit derselben Drehzahl wie die Antriebswelle 1 drehen, weil die Lagerung 24 das Getriebe „verriegelt".
Wenn die Bremse 22 aktiviert ist, wird es das Hohlrad 6.2 verriegeln und bewirken, dass die Planetenräder 3 um ihre Welle 4 drehen.
Weil die Getriebestufen 6.1 und 6.2 fest miteinander verbunden sind, wird bewirkt, dass das Sonnerad mit einer Drehzahl gedreht wird, die größer ist als und in derselben Drehrichtung stattfindet, wie die Antriebswelle 1. In diesem Betriebszustand ist die einfach gerichtete Lagerung 24 frei.
Wenn die andere Bremse 21 zu derselben Zeit aktiviert wird, wenn die erste Bremse 22 außer Eingriff gebracht wird, werden die Planetenräder 3 sogar mit einer höheren Geschwindigkeit drehen, weil die Getriebeübersetzung zwischen dem Außenring und der Stufe 6.1 höher als die erstgenannte Getriebeübersetzung ist.
Die Abtriebswelle 2 wird hierdurch auf die größtmögliche Drehgeschwindigkeit gebracht werden.
Es ist offensichtlich, dass mehr als die erwähnten drei Stufen in dem Getriebe vorgesehen sein können, es ist möglich, Getriebe zu konstruieren mit einer beliebigen Anzahl an Getriebestufen mit der gleichen Konstruktion.

Claims

Ein mehrstufiges Planetengetriebe, das in einem Getriebegehäuse eingebaut ist und aufweist – ein Antriebsteil (7), – einen Außenring (16), der mit einem Satz von Planetenrädern (3) kämmt, die wiederum eine Sonnenwelle (2) als eine Abtriebswelle antreiben, – eine Kupplung (8) die zwischen dem Antriebsteil und dem Außenring (16) angeordnet ist, – die Planetenräder sind über ihre Planetenwelle an dem Getriebegehäuse befestigt, – wobei die Kupplung, in dem in Eingriff befindlichen Zustand, die Antriebsbewegung über einen gezahnten Ring (6) auf ein Element des Planetengetriebes überträgt, – und wobei, wenn sich die Kupplung in dem gelösten Zustand befindet, Bewegung über eine einfach gerichtete Kupplung (9) auf ein anderes Element des Planetengetriebes übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Außenverzahnung (6') an der Planetenwelle (4) vorgesehen ist, die in Eingriff mit einer Innenverzahnung befindlich ist, die auf dem gezahnten Ring (6) der Kupplung (8) vorgesehen ist, die, in dem in Eingriff befindlichen Zustand, die Antriebsbewegung auf die Außenverzahnung (6) der Planetenwellen überträgt, – wobei in dem gelösten Zustand der Kupplung (8) Bewegung direkt auf den Außenring (16) über die einfach gerichtete Kupplung (9) übertragen wird.
Ein mehrstufiges Planetengetriebe, das in einem Getriebegehäuse eingebaut ist und aufweist – ein Antriebsteil (7), – einen Außenring (16), der mit einem Satz von Planetenrädern (3) kämmt, die wiederum eine Sonnenwelle (2) als eine Abtriebswelle antreiben, – eine Kupplung (8) die zwischen dem Antriebsteil und dem Außenring (16) angeordnet ist, – die Planetenräder sind über ihre Planetenwellen an dem Getriebegehäuse befestigt, – wobei die Kupplung in der Lage ist, die Antriebsbewegung über einen gezahnten Ring (6) auf ein Element des Planetengetriebes zu übertragen, – und wobei die Kupplung ebenfalls in der Lage ist, Bewegung auf ein anderes Element des Planetengetriebes zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Kupplung eine Fliehkraftkupplung ist, mit Kupplungselementen (13), die auf sich radial erstreckenden Bahnen (14) in dem Antriebsteil (7) beweglich sind, – eine Außenverzahnung (6') auf der Planetenwelle (4) vorgesehen ist, – wobei die Kupplungselemente (13) in der Lage sind, die Antriebsbewegung von dem Antriebsteil (7) zu dem Außenring (16) bei einer hohen Geschwindigkeit zu kuppeln, und – wobei die Kupplungselemente (13) in der Lage sind, die Antriebsbewegung von dem Antriebsteil (7) über den gezahnten Ring (6) der Kupplung auf die Außenverzahnung (6') der Planetenwellen bei einer geringern Geschwindigkeit zu kuppeln.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) von elektromagnetischer Bauart ist, die fernbedienbar (10) sein kann.
Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (14) gleichmäßig mit einem äquidistanten, gegenseitigen Abstand auf dem Antriebsteil (7) verteilt sind.
Planetengetriebe nach Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kupplungselemente (13) mit einer Querausnehmung versehen sind, in der sich eine Zugfeder (15) erstreckt, um die Elemente (13) in Richtung auf die Drehachse zu ziehen.