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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Stellaktuator, wie es beispielsweise in der Luftfahrt zur Verstellung eines Teils, beispielsweise einer Steuerfläche oder einer Hochauftriebsfläche eines Flugzeugs zur Anwendung kommt.
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Die
DE 3590370 T1 offenbart einen Drehstellantrieb mit Mehrstufengetriebe. Dieser Drehstellantrieb verfügt über ein Mehrstufengetriebe mit mehreren abgeglichenen zusammengesetzten Differentialen für einen mehrstufigen Abtrieb. Der Drehstellantrieb mit Mehrstufengetriebe umfasst eine kompakte Baugruppe abgeglichener zusammengesetzter Differentiale, die mehrere Abtriebsstufen bilden. In Axialrichtung miteinander fluchtende rohrförmige Planetenradwellen der zusammengesetzten Differentiale weisen eine gemeinsame Abstützung auf, die sie durchsetzt und die Durchbiegung an den Enden der Planetenradwellen verringert, sodass die Belastbarkeit jeder Stufe gesteigert wird.
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Insbesondere in der Luftfahrt müssen häufig Stellaufgaben von so genannten Stellaktuatoren bei hohen äußeren Lasten durchgeführt werden. Unter Stellaufgaben ist beispielsweise die Betätigung und Verstellung von Flugzeug-Steuerflächen, insbesondere von verstellbaren Flügelsegmenten zur Richtungsänderung bzw. zur Veränderung des Auftriebs des Flügels, zu verstehen. Gerade in der Luftfahrt sind dabei ein geringes Gewicht, ein geringer Bauraumbedarf und eine hohe Leistungsdichte bei einem hohen Wirkungsgrad von besonderer Bedeutung.
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Das Dokument
US 1,059,450 A offenbart eine Kombination eines nicht drehbaren Gehäuses mit festen Seiten, einer Antriebswelle und einer koaxial dazu angeordneten Abtriebswelle, die jeweils in den festen Seiten des Gehäuses gelagert sind. Ein Ritzel ist im Gehäuse und auf der Antriebswelle angeordnet. Zudem sind Zapfen vorgesehen, die von einer Seite des Gehäuses getragen werden und dadurch gegen körperliche Bewegung abgestützt sind. Außerdem sind Losräder auf den jeweiligen Zapfen und ein innenverzahntes drehbares Zahnrad vorgesehen, das mit den Losrädern kämmt. Zwischen dem innenverzahnten Zahnrad und der Abtriebswelle wird eine Antriebsleistung übertragen.
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Die
US 2012 / 0 231 923 A1 offenbart einen modularen Antriebsstrang, umfassend eine Eingangswelle, die mit einer Quelle eines angelegten Drehmoments gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird, eine Ausgangswelle, die mit einer Last gekoppelt ist und diese antreibt, eine zentrale Stützstruktur, die an einer Stützbettplatte angebracht ist und eine Öffnung zum Hindurchführen der Ausgangswelle aufweist, sowie ein Planetengetriebesystem mit geteilter Verbindung, das an einer ersten axialen Seite der zentralen Stützstruktur montiert ist. Das Planetengetriebesystem umfasst eine Hochdrehmomentstufe (A) und eine Niedrigdrehmomentstufe (B). Das Planetengetriebesystem ist mit geteilter Verbindung konfiguriert, um Drehmoment von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle durch die Stufe mit hohem Drehmoment und die Stufe mit niedrigem Drehmoment zu übertragen. Die Stufe (A) beinhaltet zwei benachbarte Arrays von Sternrädern, die innerhalb eines geschlossenen Trägers mit gegenüberliegenden Wänden angeordnet sind. Jedes Sternradarray besteht aus einer Vielzahl von Sternrädern, die durch Biegestifte gestützt werden, die von einer zugeordneten Wand des geschlossenen Trägers freitragend sind. Jedes der Sternräder steht mit einem gemeinsamen Hohlrad drehbar in Eingriff, das mit der Eingangswelle gekoppelt ist. Jedes der Sternräder steht ferner mit einem gemeinsamen Sonnenrad drehbar in Eingriff, das mit der Stufe (B) gekoppelt ist. Die Last an einer zweiten axialen Seite der zentralen Stützstruktur ist gegenüber dem geteilten Verbundplanetengetriebesystem angekoppelt, wobei die Last an die Ausgangswelle gekoppelt ist und von dieser angetrieben wird, die durch die Öffnung in der zentralen Stützstruktur verläuft.
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Außerdem offenbart
US 2010 / 0 304 913 A1 einen Gangwechselmechanismus, umfassend einen ersten Planetenradsatz, der ein erstes Sonnenrad, mehrere erste Planetenräder, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad umfasst, wobei eines von dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad einen ersten Eingang umfasst und das andere von dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad einen ersten Ausgang umfasst. Ferner umfasst der Gangwechselmechanismus einen zweiten Planetenradsatz, der ein zweites Sonnenrad, mehrere zweite Planetenräder, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad umfasst, wobei eines von dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad einen zweiten Eingang umfasst und das andere von dem zweiten Sonnenrad und dem zweiten Hohlrad einen zweiten Ausgang umfasst. Ferner ist eine Leistungseingangsverbindung vorgesehen zum antreibenden Verbinden des ersten Eingangs mit einem Ausgang von einer Leistungsquelle und eine Antriebsanordnung, die den ersten Ausgang direkt mit dem zweiten Eingang koppelt, um einen Antrieb von dem ersten Ausgang auf den zweiten Eingang zu übertragen. Der erste und der zweite Planetenradsatz sind antreibend gekoppelt, so dass der erste und der zweite Ausgang in entgegengesetzte Drehrichtungen angetrieben werden. Der Gangwechselmechanismus weist ferner einen Hülsenring, eine erste Einwegkupplung zum Übertragen eines Antriebs von dem ersten Ausgang auf den Hülsenring nur in einer ersten Drehrichtung sowie eine zweite Einwegkupplung zum Übertragen des Antriebs von dem zweiten Ausgang auf die Hülse nur in der ersten Drehrichtung auf. Der Hülsenring umgibt den ersten und den zweiten Planetenradsatz.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebe für einen Stellaktuator vorzuschlagen, welcher eine hohe Übersetzung aufweist und gleichzeitig bei optimierten äußeren Abmessungen und Bauraumbedarf einen hohen Gesamtwirkungsgrad aufweist.
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Die Aufgabe wird mit einem Getriebe für einen Stellaktuator gemäß Patentanspruch 1 gelöst, wobei das Getriebe wenigstens eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz und die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Ein Getriebe bezeichnet dabei eine Anordnung von Zahnrädern, wobei je nach Ausführung des Getriebes eine Drehrichtungsumkehr und/oder eine Drehzahländerung zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang erfolgt. Darüber hinaus kann durch ein Getriebe auch eine Übertragung einer Rotationsbewegung von einer ersten Welle auf eine zweite Welle erfolgen, auch wenn die erste Welle und die zweite Welle nicht koaxial zueinander angeordnet sind.
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Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden.
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Unter miteinander verbunden ist zu verstehen, dass eine dauerhafte, feste Verbindung zwischen zwei Elementen besteht, wodurch beispielsweise permanent eine Rotationsbewegung von dem einen Bauteil auf das andere Bauteil übertragbar ist.
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Ein Planetenradsatz umfasst dabei bevorzugt ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An dem Planetenträger drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrades kämmen.
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Nachfolgend beschreibt ein Minus-Planetenradsatz einen Einzel-Planetenradsatz mit einem Planetenträger, an dem die Planetenräder drehbar lagerbar sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehenden Planetenträger rotiert. Durch die Verwendung von Planetenradsätzen können besonders kompakte Getriebe realisiert werden, wodurch eine große Freiheit bei der Anordnung des Getriebes erreicht wird.
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Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger und die Planetenräder des Planetenradsatzes verstanden. Ein Plus-Planetenradsatz unterscheide sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Planetenradsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Planetenträger gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Planetenträger das Hohlrad und das Sonnenrad des Planetenradsatzes in die gleiche Drehrichtung rotieren.
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Weiter sind der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz koaxial zu der Antriebswelle angeordnet, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse gekoppelt ist.
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Unter einem Gehäuse ist beispielsweise das Getriebegehäuse des Getriebes zu verstehen, jedoch soll bevorzugt zum Ausdruck gebracht werden, dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes durch die Verbindung mit dem Gehäuse drehfest in dem Getriebe angeordnet ist.
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Unter einer koaxialen Anordnung des ersten Planetenradsatzes, des zweiten Planetenradsatzes und des dritten Planetenradsatzes ist hier vorliegend bevorzugt zu verstehen, dass jeweils der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz und der dritte Planetenradsatz für sich rotationssymmetrisch zu einer durch einen Mittelpunkt des jeweiligen Planetenradsatzes verlaufende Rotationsachse symmetrisch aufgebaut sind und die jeweiligen Rotationsachsen der einzelnen Planetenradsätze koaxial zu der Antriebswelle angeordnet sind.
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Weiter bevorzugt ist ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes über eine dritte Welle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden.
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Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden.
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Darüber hinaus liegt bevorzugt eine Getriebeeingangsdrehzahl n1 an der Antriebswelle an und eine Getriebeausgangsdrehzahl n2 liegt an der Abtriebswelle an, wobei die Getriebeausgangsdrehzahl n2 kleiner als die Getriebeeingangsdrehzahl n1 ist.
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Weiter bevorzugt erfolgt eine Drehrichtungsumkehr zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle.
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Dies bedeutet, dass die Drehrichtung der Antriebswelle entgegengesetzt der Drehrichtung der Abtriebswelle ist.
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Darüber hinaus weist der dritte Planetenradsatz erfindungsgemäß einen ersten Planetenträger und einen zweiten Planetenträger auf. Weiter erfindungsgemäß ist ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes über eine vierte Welle mit dem ersten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes und dem zweiten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Planetenträger des dritten Planetenradsatzes zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenträger des dritten Planetenradsatzes angeordnet.
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Weiter bevorzugt ist ein erstes Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse gekoppelt.
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Unter gekoppelt ist zu verstehen, dass die genannten Elemente miteinander verbunden sind. Dabei können die Elemente, wie hier das erste Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und das Gehäuse direkt miteinander verbunden sein. Jedoch ist auch denkbar, dass zwischen den beiden zu verbindenden Elementen ein weiteres Verbindungselement, beispielsweise ein Welle, angeordnet ist.
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Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein zweites Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit der Abtriebswelle verbunden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet.
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Darüber hinaus ist bevorzugt ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verbunden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, bedeutet die Verbindung mit dem Gehäuse, dass das damit verbundene Element drehfest angeordnet ist. Eine Rotation beispielsweise des Hohlrades des dritten Planetenradsatzes ist somit nicht möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stellaktuator vorgeschlagen, welcher ein Getriebe der eingangs genannten Art aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes;
- 2: eine schematische Ansicht eines erläuternden Beispiels des Getriebes.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform des Getriebes. Das Getriebe umfasst einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 und einen dritten Planetenradsatz PR3. Die drei Planetenradsätze PR1, PR2, PR3 sind dabei rotationssymmetrisch zu einer Antriebswelle 1 bzw. einer Abtriebswelle 2 angeordnet. Darüber hinaus sind der erste Planetenradsatz PR2, der zweite Planetenradsatz PR2 und der dritte Planetenradsatz PR3 beginnend auf einer Seite der Antriebswelle 1 in der Reihenfolge erste Planetenradsatz PR1, zweiter Planetenradsatz PR2, dritter Planetenradsatz PR3 koaxial zu der Antriebswelle 1 bzw. einer gedachten Verlängerung der Antriebswelle 1 angeordnet.
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Die Antriebswelle 1 ist mit einem Sonnenrad S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 verbunden. Die Verzahnung des Sonnenrads S1 des ersten Planetenradsatzes PR1 kämmt mit der Verzahnung der Planetenräder eines Planetenträgers PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1. Die Verzahnung der Planetenräder des Planetenträgers PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1 kämmt darüber hinaus weiter mit der Verzahnung eines Hohlrades H1 des ersten Planetenradsatz PR1. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PR1 ist mit einem Gehäuse G verbunden, wodurch dieser drehfest in dem Getriebe angeordnet ist.
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Das Hohlrad H1 des ersten Planetenradsatzes PR1 ist weiter über eine dritte Welle 3 mit einem Sonnenrad S2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 verbunden. Die Verzahnung des Sonnenrads S2 kämmt dabei mit der Verzahnung der Planetenräder eines Planetenträgers PT2 des zweiten Planetenradsatzes PR2, wobei diese weiter mit der Verzahnung eines Hohlrades H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 kämmt. Der Planetenträger PT2 ist mit der Abtriebswelle 2 verbunden.
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Der dritte Planetenradsatz PR3 weist einen ersten Planetenträger PT3.1 und einen zweiten Planetenträger PT3.2 auf. Ebenfalls verfügt der dritte Planetenradsatz PR3 in Zuordnung zu den jeweiligen Planetenträgern PT3.1, PT3.2 über ein ersten Hohlrad H3.1 und ein zweites Hohlrad H3.2.
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Das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 ist über eine vierte Welle 4 mit dem ersten Planetenträger PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 und darüber hinaus weiter mit dem zweiten Planetenträger PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 verbunden, wobei der erste Planetenträger PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 über die vierte Welle 4 ebenfalls mit dem zweiten Planetenträger PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 verbunden ist. Mit der Verzahnung der Planetenräder des ersten Planetenträgers PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 kämmt die Verzahnung des ersten Hohlrades H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3. Das erste Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist weiter mit dem Gehäuse G verbunden. Somit ist auch das erste Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 drehfest in dem Getriebe angeordnet. Die Verzahnungen der Planetenräder des zweiten Planetenträgers PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 kämmt mit der Verzahnung des zweiten Hohlrades H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3. Das zweite Hohlrad H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist weiter mit der Abtriebswelle 2 verbunden. Der ersten Planetenträger PT3.1 und das ersten Hohlrad H3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 sind dabei räumlich zwischen dem zweiten Planetenradsatz PR2 und dem zweiten Planetenträger PT3.2 bzw. dem zweiten Hohlrad H3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 angeordnet.
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Der erste Planetenradsatz PR1 und der zweite Planetenradsatz PR2 sind jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgeführt, während der dritte Planetenradsatz PR3 als sogenannter Stufen-Planetenradsatz ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Planetenräder des dritten Planetenradsatzes PR3 auf einem gemeinsamen Planetenträger PT3.1, PT3.2 angeordnet sind. Er verfügt nicht über ein Sonnenrad. Zur Abstützung des ersten Planetenträgers PT3.1 und des zweiten Planetenträgers 3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 ist zur Erhöhung der Stabilität des Radsatzes bzw. zur Erhöhung der Funktionalität eine jeweilige Abstützung bzw. Lagerung des ersten Planetenträgers PT3.1 bzw. des zweiten Planetenträgers PT3.2 auf der Abtriebswelle 2 denkbar. Die Abstützung hat dabei dergestalt zu sein, dass beispielsweise durch eine Drehlagerung eine Übertragung einer Drehbewegung bzw. eines Drehmoments zwischen dem jeweiligen Planetenträger PT3.1, PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3 auf die Abtriebswelle 2 und umgekehrt verhindert wird.
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2 zeigt ein erläuterndes Beispiel des Getriebes in einer schematischen Darstellung. Das Getriebe umfasst dabei ebenfalls einen ersten Planetenradsatz PR1, einen zweiten Planetenradsatz PR2 und einen dritten Planetenradsatz PR3; die Ausgestaltung und Anordnung des ersten Planetenradsatzes PR1, des zweiten Planetenradsatzes PR2 sowie die jeweilige Anbindung mit der Antriebswelle 1, dem Gehäuse G, der dritten Welle 3 und der vierten Welle 4 ist dabei mit der in 1 beschriebenen Anordnung und Verbindung identisch.
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Im Gegensatz zu dem ersten Planetenradsatz PR1 und dem zweiten Planetenradsatz PR2 ist der dritte Planetenradsatz PR3' nicht als Minus-Planetenradsatz, sondern als Plus-Planetenradsatz ausgeführt. Der dritte Planetenradsatz PR3' weist ebenfalls einen ersten Planetenträger PT3.1' und einen zweiten Planetenträger PT3.2` auf. Im Gegensatz der in 1 beschriebenen Anordnung des dritten Planetenradsatzes PR3' ist dabei der zweite Planetenträger PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3' oberhalb des ersten Planetenträgers PT3.1' angeordnet. Oberhalb bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der erste Planetenträger PT3.1' einen geringeren Abstand zu der Abtriebswelle 2 aufweist als der zweite Planetenträger PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3'. Der dritte Planetenradsatz PR3' verfügt im Gegensatz zu der in 1 beschriebenen Anordnung über ein Sonnenrad S3', welches mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist. Die Verzahnung des Sonnenrads S3' des dritten Planetenradsatzes PR3' kämmt dabei mit der Verzahnung der Planetenräder des ersten Planetenträgers PT3.1' des dritten Planetenradsatzes PR3', wobei diese weiter mit der Verzahnung der Planetenräder des zweiten Planetenträgers PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3' kämmt. Die Verzahnung der Planetenräder des zweiten Planetenträgers PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3' kämmt weiter mit der Verzahnung eines dritten Hohlrades H3' des dritten Planetenradsatzes PR3'. Das Hohlrad H3' des dritten Planetenradsatzes PR3' ist weiter mit dem Gehäuse G verbunden, wodurch dieses drehfest in dem Getriebe angeordnet ist. Das Hohlrad H2 des zweiten Planetenradsatzes PR2 ist, wie in 1 beschrieben, über die vierte Welle 4 mit dem ersten Planetenträger PT1' und dem zweiten Planetenträger PT3.2 des dritten Planetenradsatzes PR3' verbunden, wobei der ersten Planetenträger PT3.1 ` über die vierte Welle 4 ebenfalls mit dem zweiten Planetenträger PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3 verbunden ist. Im Gegensatz zu der in 1 beschriebenen Anordnung geht die vierte Welle 4 jedoch nicht durch den ersten Planetenträger PT3.1 des dritten Planetenradsatzes PR3 hindurch, sondern weist hier zwischen dem zweiten Planetenradsatz PR2 und dem dritten Planetenradsatz PR3' eine Verzweigung auf, wodurch der oberhalb des ersten Planetenträgers PT3.1' angeordneter zweiter Planetenträger PT3.2` des dritten Planetenradsatzes PR3' miteinander verbunden sind.
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2 zeigt lediglich ein erläuterndes Beispiel, das nicht zur Erfindung gehört, so wie es in den Ansprüchen wörtlich definiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Abtriebswelle
- 3
- dritte Welle
- 4
- vierte Welle
- G
- Gehäuse
- H1
- Hohlrad PR1
- H2
- Hohlrad PR2
- H3, H3'
- Hohlrad PR3
- PR1
- erster Planetenradsatz
- PR2
- zweiter Planetenradsatz
- PR3, PR3'
- dritter Planetenradsatz
- PT1
- Planetenträger PR1
- PT2
- Planetenträger PR2
- PT3.1
- Planetenträger PR3
- PT3.1'
- ersten Planetenträger PR3'
- PT3.2`
- zweiter Planetenträger PR3'
- S1
- Sonnenrad PR1
- S2
- Sonnenrad PR2
- S3
- Sonnenrad PR3
