WO2018104035A1

WO2018104035A1 - Hochübersetzendes umlaufrädergetriebe

Info

Publication number: WO2018104035A1
Application number: PCT/EP2017/079723
Authority: WO
Inventors: Daniel Wolf; Stefan Beck; Marton Kurucz
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2018-06-14
Also published as: DE102016224515A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umlaufrädergetriebe, umfassend eine Planetenstufe (1) mit einem Hohlrad (2), mit einem drehfest auf einer Sonnenradwelle (3) angeordneten Sonnenrad (4) und mit einem radial zwischen dem Hohlrad (2) und dem Sonnenrad (4) angeordneten Planetensatz (5), wobei der Planetensatz (5) mehrere Planetenräder (6) aufweist, die drehbar an einem Planetenträger (7) gelagert sind und mit dem Hohlrad (2) und dem Sonnenrad (4) in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung stehen, wobei der Planetenträger (6) drehfest mit einer ersten Welle (8), die als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen ist verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenstufe (1) mit einer Stirnradstufe (9) verbunden ist, wobei die Stirnradstufe (9) eine zweite Welle (10), die als Abtriebs- oder Antriebswelle vorgesehen ist, mit einem drehfest daran angeordneten ersten Stirnrad (11) aufweist, wobei das erste Stirnrad (11) mit dem Hohlrad (2) in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung steht, und zumindest mittelbar mit einem zweiten Stirnrad (12) verbunden ist, wobei das zweite Stirnrad (12) drehfest auf der Sonnenradwelle (3) angeordnet ist.

Description

Hochübersetzendes Umlaufrädergetriebe

Die Erfindung betrifft eine hochübersetzendes Umlaufrädergetriebe zur Verwendung in einer Windkraftanlage oder in einer Stell- oder Fahrantriebsvorrichtung.

Aus der DE 10 2013 216 802 A1 geht ein hochübersetzendes Umlaufrädergetriebe hervor. Das Umlaufrädergetriebe umfasst einen Getriebeeingang zur Einleitung einer Antriebsleistung in das Getriebe mit einem Antriebsdrehmoment, einen Getriebeausgang zur Bewerkstelligung des Leistungsabgriffs mit einem betragsmäßig gegenüber dem am Getriebeeingang anliegenden Antriebsdrehmoment erhöhten Ausgangsdrehmoment, eine erste Getriebestufe die ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetenträger, erste Planeten und ein erstes Sonnenrad umfasst, eine zweite Getriebestufe die ein zweites Hohlrad, einen zweiten Planetenträger zweite Planeten und ein zweites Sonnenrad umfasst, und eine dritte Getriebestufe die ein drittes Hohlrad, einen dritten Planetenträger, dritte Planeten und ein drittes Sonnenrad umfasst. Das erste Sonnenrad der ersten Getriebestufe ist mit dem Getriebeeingang gekoppelt und über die erste Getriebestufe wird eine Verzweigung der über das erste Sonnenrad zufließenden Antriebsleistung auf das erste Hohlrad und den ersten Planetenträger bewerkstelligt. Die beiden verzweigten Leistungsflüsse werden separat auf jeweils eines der zweiten oder dritten Sonnenräder geführt. Das zweite Hohlrad der zweiten Getriebestufe ist mit dem Getriebeausgang gekoppelt und das zweite Sonnenrad ist mit dem dritten Hohlrad oder dem dritten Planetenträger drehfest gekoppelt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein hochübersetzendes Umlaufrädergetriebe weiterzuentwickeln. Insbesondere sollen der Wirkungsgrad und die Kompaktheit des Umlaufrädergetriebes erhöht werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 . Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe umfasst eine Planetenstufe mit einem Hohlrad, mit einem drehfest auf einer Sonnenradwelle angeordneten Sonnenrad und mit einem radial zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad angeordneten Plane- tensatz, wobei der Planetensatz mehrere Planetenräder aufweist, die drehbar an einem Planetenträger gelagert sind und mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung stehen, wobei der Planetenträger drehfest mit einer ersten Welle, die als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen ist, verbunden ist, wobei die Planetenstufe mit einer Stirnradstufe verbunden ist, wobei die Stirnradstufe eine zweite Welle, die als Abtriebs- oder Antriebswelle vorgesehen ist, mit einem drehfest daran angeordneten ersten Stirnrad aufweist, wobei das erste Stirnrad mit dem Hohlrad in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung steht, und zumindest mittelbar mit einem zweiten Stirnrad verbunden ist, wobei das zweite Stirnrad drehfest auf der Sonnenradwelle angeordnet ist. Insbesondere sind das Hohlrad und die Sonnenradwelle drehbar gelagert.

Unter einer„mittelbaren Verbindung" zwischen zwei Getriebeelementen, insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Stirnrad, ist zu verstehen, dass das jeweilige Getriebeelement, insbesondere das erste und das zweite Stirnrad, nicht direkt, also unmittelbar, sondern über mindestens ein weiteres Getriebeelement, insbesondere über mindestens eine weitere Welle oder über mindestens ein weiteres Zahnrad, insbesondere Stirnrad miteinander verbunden sind. Insbesondere können das erste und das zweite Stirnrad auch direkt, also unmittelbar miteinander verbunden sein.

Eine Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen, insbesondere zwischen zwei Rädern oder Wellen ist im Wesentlichen dazu vorgesehen, Drehmomente und Drehzahlen von einem Getriebeelement auf das andere Getriebeelement zu übertragen. Eine formschlüssige Verbindung zwischen zwei Rädern ist über eine jeweilige Verzahnung am jeweiligen Rad realisierbar, wobei eine reibschlüssige Verbindung zwischen zwei Rädern beispielsweise über eine Balligkeit oder eine Schräge am jeweiligen Rad realisierbar ist. Dadurch können die reibschlüssig miteinander zu verbindenden Räder gegeneiander verpresst werden, um insbesondere einen Schlupf zwischen den beiden Rädern zu vermeiden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Stirnrad formschlüssig oder reibschlüssig mit dem zweiten Stirnrad verbunden. Vorzugsweise ist das erste Stirnrad formschlüssig oder reibschlüssig mit einem Innenumfang des Hohlrads verbunden. Mithin steht das erste Stirnrad gleichzeitig mit dem zweiten Stirnrad und dem Hohlrad in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung. Insbesondere kämmt das erste Stirnrad radial zwischen dem zweiten Stirnrad und dem Hohlrad.

Bevorzugt ist das erste Stirnrad größer oder kleiner als die Planetenräder des Planetensatzes ausgebildet. Insbesondere weist das erste Stirnrad mindestens einen Zahn mehr auf als eines der Planetenräder des Planetensatzes. Ferner ist es aber auch denkbar, dass das erste Stirnrad mindestens einen Zahn weniger als eines der Planetenräder des Planetensatzes aufweist.

Ferner bevorzugt ist das zweite Stirnrad größer oder kleiner als das Sonnenrad. Insbesondere weist das zweite Stirnrad mindestens einen Zahn mehr auf als das Sonnenrad. Ferner ist es aber auch denkbar, dass das zweite Stirnrad mindestens einen Zahn weniger als das Sonnenrad aufweist.

Das jeweilige Verhältnis zwischen dem ersten Stirnrad und den Planetenrädern sowie das darauf angepasste Verhältnis zwischen dem zweiten Stirnrad und dem Sonnenrad bestimmen im Wesentlichen das Übersetzungsverhältnis des Umlaufrädergetriebes. Je nach Ausführungsform können dabei Übersetzungsverhältnisse zwischen i=10 und i=500 für das Umlaufrädergetriebe eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erste Stirnrad formschlüssig oder reibschlüssig mit einem drehfest auf einer dritten Welle angeordneten dritten Stirnrad verbunden, wobei das dritte Stirnrad formschlüssig oder reibschlüssig mit dem zweiten Stirnrad verbunden ist, und wobei die dritte Welle als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen ist. Bevorzugt weist das Umlaufrädergetriebe drei Wellen auf, die als Antriebs- oder Abtriebswellen verwendbar sind. Die erste Welle ist dabei unmittelbar mit der Planetenstufe verbunden, wobei die zweite und dritte Welle unmittelbar mit der Stirnradstufe verbunden ist und ein jeweiliges drehfest daran angeordnetes Stirnrad aufweist. Vorzugsweise ist das erste Stirnrad formschlüssig oder reibschlüssig mit einem Außenumfang des Hohlrads verbunden. Mithin weist das Hohlrad sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang eine Verzahnung auf, wobei die Verzahnung am Innenumfang mit den Planetenrädern kämmt, und wobei die Verzahnung am Außenumfang mit dem ersten Stirnrad kämmt.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 weist ein jeweiliges erfindungsgemäßes Umlaufrädergetriebe eine Planetenstufe 1 und eine Stirnradstufe 9 auf, wobei die Planetenstufe 1 und die Stirnradstufe 9 miteinander wirkverbunden sind, um eine hohe Übersetzung zu realisieren.

Das Planetengetriebe 1 umfasst ein Hohlrad 2, ein Sonnenrad 4, das drehfest auf einer Sonnenradwelle 3 angeordneten ist, und ein radial zwischen dem Hohlrad 2 und dem Sonnenrad 4 angeordneten Planetensatz 5. Der Planetensatz 5 umfasst mehrere Planetenräder 6, wobei aufgrund der Darstellung lediglich ein Planetenrad 6 abgebildet ist. Die Planetenräder 6 sind drehbar an einem Planetenträger 7 gelagert und stehen mit dem Hohlrad 2 und dem Sonnenrad 4 in formschlüssiger Verbindung. Mit anderen Worten ist vorliegend an einem Außenumfang der Planetenräder 7 eine Verzahnung ausgebildet, die mit einer am Außenumfang des Sonnenrads 4 ausgebildeten Verzahnung und einer am Innenumfang des Hohlrads 2 ausgebildeten Verzahnung kämmt. Mithin stehen die Planetenräder 7 im Zahneingriff mit dem Hohlrad 2 und dem Sonnenrad 4. Der Planetenträger 6 ist drehfest mit einer ersten Welle 8 verbunden. Gemäß Fig. 1 umfasst die Stirnradstufe 9 eine zweite Welle 10 mit einem drehfest daran angeordneten ersten Stirnrad 1 1 sowie ein zweites Stirnrad 12, das drehfest auf der Sonnenradwelle 3 angeordnet ist. Das erste Stirnrad 1 1 steht mit dem Hohlrad 2 in formschlüssiger Verbindung. Mit anderen Worten ist vorliegend an einem Außenumfang des ersten Stirnrads 1 1 eine Verzahnung ausgebildet, die mit einer am Innenumfang des Hohlrads 2 ausgebildeten Verzahnung kämmt. Mithin sind am Innenumfang des Hohlrads 2 zwei Verzahnungen beziehungsweise zwei Verzahnungsbereiche ausgebildet.

Ferner ist das erste Stirnrad 1 1 auch mit dem zweiten Stirnrad 12 formschlüssig verbunden. Mithin weist auch das zweite Stirnrad 12 eine Verzahnung an einem Außenumfang auf, die mit der Verzahnung am ersten Stirnrad 1 1 kämmt. Das erste Stirnrad 1 1 ist größer als die Planetenräder 6 des Planetensatzes 5 ausgebildet. Ferner ist das zweite Stirnrad 12 kleiner als das Sonnenrad 4 ausgebildet. Dadurch wird eine hohe Übersetzung zwischen der ersten und der zweiten Welle 8, 10 realisiert. Je nach Anwendung und Ausbildung der jeweiligen Getriebekomponenten sind Übersetzungsverhältnisse zwischen i=10 und i=500 möglich.

Die erste Welle 8 kann ebenso wie die zweite Welle 10 als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen sein, wobei die erste und zweite Welle 8, 10 über jeweilige Lagerstellen aus einem Gehäuse 15 des Umlaufrädergetriebes herausführen. Sofern das Umlaufrädergetriebe in einer Windkraftanlage verwendet wird, ist eine hohe Übersetzung ins Schnelle vorzusehen, sodass die erste Welle 8 als Antriebswelle verwendet wird und die zweite Welle 10 als Abtriebswelle verwendet wird. Demgegenüber kann das Umlaufrädergetriebe auch in einer Stell- oder Fahrantriebsvorrich- tung verwendet werden, wobei dann zur Erzielung einer hohen Übersetzung ins Langsame der Antrieb und der Abtrieb umgekehrt werden. Mithin dient die erste Welle 8 als Abtriebswelle und die zweite Welle 10 als Antriebswelle.

Nach Fig. 2, die ein erfindungsgemäßes Umlaufrädergetriebe mit drei Wellen 8, 10, 13 darstellt, umfasst die Stirnradstufe 9 eine zweite Welle 10 mit einem drehfest daran angeordneten ersten Stirnrad 1 1 , ein zweites Stirnrad 12, das dreh- fest auf der Sonnenradwelle 3 angeordnet ist, und eine dritte Welle 13 mit einem drehfest daran angeordneten dritten Stirnrad 14.

Das erste Stirnrad 1 1 steht mit dem Hohlrad 2 in formschlüssiger Verbindung. Mit anderen Worten ist vorliegend an einem Außenumfang des ersten Stirnrads 1 1 eine Verzahnung ausgebildet, die mit einer am Außenumfang des Hohlrads 2 ausgebildeten Verzahnung kämmt. Mithin ist das Hohlrad 2 sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang verzahnt. Ferner steht das erste Stirnrad 1 1 auch mit dem drehfest auf der dritten Welle 13 angeordneten dritten Stirnrad 14 in formschlüssiger Verbindung. Somit ist vorliegend an einem Außenumfang des dritten Stirnrads 14 eine Verzahnung ausgebildet, die mit der am Außenumfang des ersten Stirnrads 1 1 ausgebildeten Verzahnung kämmt. Des Weiteren ist das dritte Stirnrad 14 auch mit dem zweiten Stirnrad 12 formschlüssig verbunden. Mithin weist auch das zweite Stirnrad 12 eine Verzahnung an einem Außenumfang auf, die mit der Verzahnung am dritten Stirnrad 14 kämmt. Somit kämmt das dritte Stirnrad 14 radial zwischen dem ersten Stirnrad 1 1 und dem zweiten Stirnrad 12. Das zweite Stirnrad 12 ist größer als das Sonnenrad 4 ausgebildet.

Die erste Welle 8 kann ebenso wie die zweite Welle 10 oder die dritte Welle 13 als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen sein, wobei die erste, zweite und dritte Welle 8, 10, 13 über jeweilige Lagerstellen aus einem Gehäuse 15 des Umlaufrädergetriebes herausführen. Demgegenüber ist die Sonnenradwelle 3 drehfest am Gehäuse 15 des Umlaufrädergetriebes gelagert und dringt nicht aus dem Gehäuse 15 des Umlaufrädergetriebes heraus. Sofern das Umlaufrädergetriebe in einer Windkraftanlage verwendet wird, ist eine hohe Übersetzung ins Schnelle vorzusehen, sodass die erste Welle 8 als Antriebswelle verwendet wird und die zweite Welle 10 als Abtriebswelle verwendet wird. Demgegenüber kann das Umlaufrädergetriebe auch in einer Stell- oder Fahrantriebsvorrichtung verwendet werden, wobei dann zur Erzielung einer hohen Übersetzung ins Langsame der Antrieb und der Abtrieb umgekehrt werden. Mithin dient dann die erste Welle 8 als Abtriebswelle und die zweite Welle 10 als Antriebswelle. Die dritte Welle kann jeweils als Nebenabtriebs- oder Nebenantriebswelle vorgesehen sein. Die Erfindung ist nicht auf die beiden vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die jeweiligen Verzahnungen an den jeweiligen Rädern des Umlaufrädergetriebes entfallen und stattdessen können reibschlüssige Verbindungen vorgesehen werden. Dabei werden die jeweiligen Räder derart miteinander verpresst, dass ein Reibschluss zur Drehmoment- und Drehzahlübertragung zwischen den jeweiligen Rädern vorliegt.

Ferner kann in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein viertes Stirnrad drehfest auf der dritten Welle 13 vorgesehen werden, wobei das erste Stirnrad 1 1 mit dem dritten Stirnrad 14 kämmt und das zweite Stirnrad 12 mit dem vierten Stirnrad kämmt.

Ebenso kann das erste Stirnrad 1 1 mit dem vierten Stirnrad kämmen und das zweite Stirnrad 12 mit dem dritten Stirnrad 14 kämmen. Maßgeblich ist die zumindest mittelbare Verbindung zwischen dem ersten Stirnrad 1 1 und dem zweiten Stirnrad 12.

Bezuqszeichen Planetenstufe

Hohlrad

Sonnenradwelle

Sonnenrad

Planetensatz

Planetenrad

Planetenträger

erste Welle

Stirnradstufe

zweite Welle

erstes Stirnrad

zweites Stirnrad

dritte Welle

drittes Stirnrad

Gehäuse

Claims

Patentansprüche

1 . Umlaufrädergetriebe, umfassend eine Planetenstufe (1 ) mit einem Hohlrad (2), mit einem drehfest auf einer Sonnenradwelle (3) angeordneten Sonnenrad (4) und mit einem radial zwischen dem Hohlrad (2) und dem Sonnenrad (4) angeordneten Planetensatz (5), wobei der Planetensatz (5) mehrere Planetenräder (6) aufweist, die drehbar an einem Planetenträger (7) gelagert sind und mit dem Hohlrad (2) und dem Sonnenrad (4) in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung stehen, wobei der Planetenträger (6) drehfest mit einer ersten Welle (8), die als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenstufe (1 ) mit einer Stirnradstufe (9) verbunden ist, wobei die Stirnradstufe (9) eine zweite Welle (10), die als Abtriebs- oder Antriebswelle vorgesehen ist, mit einem drehfest daran angeordneten ersten Stirnrad (1 1 ) aufweist, wobei das erste Stirnrad (1 1 ) mit dem Hohlrad (2) in formschlüssiger oder reibschlüssiger Verbindung steht, und zumindest mittelbar mit einem zweiten Stirnrad (12) verbunden ist, wobei das zweite Stirnrad (12) drehfest auf der Sonnenradwelle (3) angeordnet ist.

2. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnrad (1 1 ) formschlüssig oder reibschlüssig mit dem zweiten Stirnrad (12) verbunden ist.

3. Umlaufrädergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnrad (1 1 ) formschlüssig oder reibschlüssig mit einem Innenumfang des Hohlrads (2) verbunden ist.

4. Umlaufrädergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnrad (1 1 ) größer oder kleiner als die Planetenräder (6) des Planetensatzes (5) ist.

5. Umlaufrädergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stirnrad (12) größer oder kleiner als das Sonnenrad (4) ist.

6. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnrad (1 1 ) formschlüssig oder reibschlüssig mit einem drehfest auf einer dritten Welle (13) angeordneten dritten Stirnrad (14) verbunden ist, wobei das dritte Stirnrad (14) formschlüssig oder reibschlüssig mit dem zweiten Stirnrad (12) verbunden ist, und wobei die dritte Welle (13) als Antriebs- oder Abtriebswelle vorgesehen ist.

7. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnrad (1 1 ) formschlüssig oder reibschlüssig mit einem Außenumfang des Hohlrads (2) verbunden ist.

8. Umlaufrädergetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (2) und die Sonnenradwelle (3) drehbar gelagert sind.

9. Verwendung eines Umlaufrädergetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Windkraftanlage.

10. Verwendung eines Umlaufrädergetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Stell- oder Fahrantriebsvorrichtung.