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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung richtet sich auf ein hoch übersetzendes Umlaufrädergetriebe das beispielsweise bei Wankstabilisatoren im Kfz-Bereich oder auch bei Schalt-, Positionier- oder Servoantrieben, Antrieben zum Antrieb eines Spindel- oder Mutterelements, oder auch Antrieben eines Gelenkes eines Handhabungssystems, beispielsweise eines Roboterarmes, sowie auch als Schwenkantrieb Anwendung finden kann.
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Bei diesen hoch übersetzenden Umlaufrädergetrieben ist eine Getriebekonstruktion bekannt, die allgemein als sog. Wolfromsatz bezeichnet wird. Ausführungsbeispiele hierzu sind in den Druckschriften
DE 10 2008 035 114 A1 ,
DE 10 2010 034 801 A1 sowie
DE 101 61 942 A1 beschrieben. Bei diesen bekannten Getriebekonstruktionen sind zwei Hohlräder vorgesehen, die über zwei Planeten miteinander gekoppelt sind. Die beiden Planeten sitzen in einem gemeinsamen Planetenträger und sind miteinander drehfest gekoppelt und weisen unterschiedliche Zähnezahlen auf. Eines der beiden Hohlräder stellt die stationäre Komponente, das andere Hohlrad die bewegte Komponente, d. h. den Getriebeausgang dar. Die Leistungszufuhr erfolgt über ein Sonnenrad das entweder die in das stationäre Hohlrad eingreifenden Planeten, oder die in das angetriebene Hohlrad eingreifenden Planeten antreibt. Derartige Getriebebauformen mit hohem Übersetzungsverhältnis neigen im Schubbetrieb zur Selbsthemmung.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hoch übersetzendes Verbundgetriebe zu schaffen, das sich durch einen hohen mechanischen Wirkungsgrad und eine damit verminderte Neigung zur Selbsthemmung, sowie durch einen kostengünstig realisierbaren Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein als Getriebestufenverbund realisiertes Umlaufrädergetriebe, mit:
- – einem Getriebeeingang zur Einleitung einer Antriebsleistung in das Getriebe mit einem Antriebsdrehmoment,
- – einem Getriebeausgang zur Bewerkstelligung des Leistungsabgriffs mit einem betragsmäßig gegenüber dem am Getriebeeingang anliegenden Antriebsdrehmoment erhöhten Ausgangsdrehmoment,
- – einer ersten Getriebestufe die ein erstes Hohlrad, einen ersten Planetenträger, erste Planeten und ein erstes Sonnenrad umfasst,
- – einer zweiten Getriebestufe die ein zweites Hohlrad, einen zweiten Planetenträger zweite Planeten und ein zweites Sonnenrad umfasst, und
- – einer dritten Getriebestufe die ein drittes Hohlrad, einen dritten Planetenträger, dritte Planeten und ein drittes Sonnenrad umfasst,
wobei
- – das erste Sonnenrad der ersten Getriebestufe mit dem Getriebeeingang gekoppelt ist und über die erste Getriebestufe eine Verzweigung der über das erste Sonnenrad zufließenden Antriebsleistung auf das erste Hohlrad und den ersten Planetenträger bewerkstelligt wird,
- – die beiden verzweigten Leistungsflüsse separat auf jeweils eines der zweiten oder dritten Sonnenräder geführt werden,
- – das zweite Hohlrad der zweiten Getriebestufe mit dem Getriebeausgang gekoppelt ist, und
- – das zweite Sonnenrad mit dem dritten Hohlrad oder dem dritten Planetenträger drehfest gekoppelt ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein hoch übersetzendes Getriebesystem zu schaffen, bei welchem sich eine Reduktion der Zahnradbelastungen ergibt. Das erfindungsgemäße Getriebesystem ist für verschiedenste Anwendungsformen insbesondere als Bestandteil von Stell- und Positioniertrieben in Verbindung mit elektromechanischen Aktoren geeignet.
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Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht insgesamt die Schaffung eines Getriebeverbunds mit hoher Übersetzung, wobei insbesondere für die Hohlräder und die Planetenräder die Zähnezahlen erfindungsgemäß so festgelegt werden können, dass sich hoher Grad an baugleichen Bauteilen ergibt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Umlaufrädergetriebe derart gestaltet, dass das zweite Sonnenrad mit dem dritten Planetenträger drehfest gekoppelt ist, und dass das dritte Hohlrad mit dem zweiten Hohlrad drehfest gekoppelt ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, das zweite Sonnenrad mit dem dritten Hohlrad drehfest zu koppeln, und dann den dritten Planetenträger mit dem zweiten Hohlrad drehfest zu koppeln.
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Der Teil-Leistungstransfer aus der ersten Planetengetriebestufe in die zweite Planetengetriebestufe wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem das erste Hohlrad mit dem zweiten Sonnenrad drehfest gekoppelt wird. Zudem wird dann der erste Planetenträger mit dem dritten Sonnenrad drehfest gekoppelt.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebesystem derart ausgebildet, dass der zweite Planetenträger stationär, also z. B. in einem Getriebegehäuse festgelegt ist.
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Die Koppelung des ersten Hohlrades mit dem zweiten Sonnenrad kann dabei durch einen ggf. einstückig mit dem ersten Hohlrad gefertigten Flansch erfolgen der vorzugsweise über ein Wälzlager, insbesondere Nadellager drehbar auf einem Wellenzapfen gelagert ist, welcher den ersten Planetenträger mit dem dritten Sonnenrad verbindet. Es ist auch möglich, das erste Hohlrad und das zweite Sonnenrad durch eine Integralstruktur zu fertigen.
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Alternativ zu der vorangehend genannten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe auch so gestaltet werden, dass der erste Planetenträger mit dem zweiten Sonnenrad der zweiten Getriebestufe und zudem das erste Hohlrad der ersten Getriebestufe mit dem dritten Sonnenrad der dritten Getriebestufe drehfest gekoppelt ist. Bei dieser Variante wird vorzugsweise das am ersten Planetenträger anliegende Drehmoment in eine glockenartige Struktur eingeleitet die das erste Hohlrad umgreift und auf einem Achszapfen gelagert ist welcher das erste Hohlrad mit dem dritten Sonnenrad verbindet.
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Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe kann insgesamt so gestaltet werden, dass die Sonnenräder hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt baugleich ausgeführt sind. Die Sonnenräder können dabei als Umformbauteile, oder auch als Abschnitte eines Profilmateriales gefertigt werden.
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Weiterhin ist es auch möglich, das Umlaufrädergetriebe so zu gestalten, dass neben den Sonnenrädern die Planetenräder und auch die Hohlräder hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt auf die jeweilige Bauteilsgruppe bezogen, baugleich ausgeführt sind. Hierbei können insbesondere die Planetenräder aller drei Getriebestufen insgesamt baugleich ausgeführt sein. Auch das erste Sonnenrad und das dritte Sonnerad sowie auch das erste Hohlrad und das zweite Hohlrad können ggf. entsprechend insgesamt baugleich ausgeführt sein.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine Schemadarstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hoch übersetzenden Umlaufrädergetriebes mit einer den Leistungsfluss teilenden ersten Getriebestufe, einer einem der Leistungszweige zugeordneten, weiter „ins Langsame” übersetzenden zweiten Getriebestufe und einer dritten Getriebestufe deren Hohlrad mit dem Getriebeausgang drehfest gekoppelt ist und deren Planetenträger drehfest mit dem Sonnenrad der zweiten Getriebestufe gekoppelt ist;
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2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Leistungstransfers innerhalb des Umlaufrädergetriebes nach 1;
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3 eine Schemadarstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, hoch übersetzenden Umlaufrädergetriebes mit einer den Leistungsfluss teilenden ersten Getriebestufe, einer einem der Leistungszweige zugeordneten, weiter „ins Langsame” übersetzenden zweiten Getriebestufe und einer dritten Getriebestufe deren Planetenträger mit dem Getriebeausgang drehfest gekoppelt ist und deren Hohlrad drehfest mit dem Sonnenrad der zweiten Getriebestufe gekoppelt ist;
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4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Leistungstransfers innerhalb des Umlaufrädergetriebes nach 3;
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses Umlaufrädergetriebe umfasst eine erste Planetengetriebestufe G1 die ein erstes Hohlrad H1, erste Planeten P1, einen ersten Planetenträger C1 und ein erstes Sonnenrad S1 aufweist. Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe umfasst neben der ersten Getriebestufe G1 eine zweite Planetengetriebestufe G2 die ein zweites Hohlrad H2, zweite Planeten P2, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Sonnerad S2 umfasst. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe eine dritte Planetengetriebestufe G3, die einen dritten Planetenträger C3, ein drittes Hohlrad H3, dritte Planeten P3 und ein drittes Sonnerad S3 aufweist.
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Über die erste Getriebestufe G1 wird eine Verzweigung der über den Getriebeeingang O1 dem ersten Sonnenrad S1 zufließenden Antriebsleistung auf das erste Hohlrad H1 und den ersten Planetenträger C1 bewerkstelligt. Die beiden verzweigten Leistungsflüsse werden auf das zweite bzw. bzw. das dritte Sonnenrad S2, S3 geführt.
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Das zweite Hohlrad H2 der zweiten Getriebestufe G2 ist mit dem Getriebeausgang O2 gekoppelt. Zudem ist hier (Abweichend von der Variante nach 3) das zweite Sonnenrad S2 mit dem dritten Planetenträger O3 drehfest gekoppelt und dass das dritte Hohlrad H3 ist mit dem zweiten Hohlrad H2 und damit mit dem Ausgang O2 drehfest gekoppelt. Weiterhin ist das erste Hohlrad H1 mit dem zweiten Sonnenrad S2 drehfest gekoppelt, und der erste Planetenträger C1 ist mit dem dritten Sonnenrad drehfest gekoppelt. Der zweite Planetenträger C2 ist stationär festgelegt, indem dieser z. B. am Getriebegehäuse befestigt ist oder Teil dieses Gehäuses bildet.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der zweite Planetenträger C2 wie bereits ausgeführt stationär festgelegt, d. h. er kann gegenüber dem Getriebegehäuse keine Rotation ausführen. Das zweite Hohlrad H2 und das dritte Hohlrad H3 sind miteinander starr gekoppelt und drehfest mit der Ausgangswelle O2 verbunden. Die beiden Hohlräder H2, H3 können einstückig ausgebildet sein und letztlich als axial abfolgende Zonen eines mit einer gleichförmig durchgängigen Innenverzahnung versehenen Topfelementes ausgeführt sein.
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Im Unterschied zu der nachfolgend noch in Verbindung mit 3 beschriebenen Variante ist bei dieser Ausführungsform das zweite Sonnenrad mit dem dritten Planetenträger O3 gekoppelt und das dritte Hohlrad H3 ist drehfest an den Getriebeausgang O2 angebunden.
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Die Sonnenräder S1, S2, S3 sind bei diesem Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass diese hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt baugleich ausgeführt sind. Auch die Planetenräder P1, P2, P3 und die Hohlräder H1, H2, H3 sind hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt baugleich ausgeführt. Durch dieses Konzept wird es möglich, die Fertigungskosten des Getriebes zu reduzieren, da bei der Herstellung der Zahnradkomponenten innerhalb einer Gruppe, also bezüglicher der Sonnenräder, der Planetenräder und der Hohlräder auf gleiche Vorprodukte zurückgegriffen werden kann.
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In 2 ist die Leistungsführung über das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe nach 1 weiter veranschaulicht. Die Leistungszufuhr erfolgt über den Getriebeeingang O1 der das erste Sonnenrad S1 der ersten Getriebestufe G1 treibt. Das Antriebsdrehmoment wird hierzu in einen Antriebswellenzapfen O1 eingeleitet der gleichachsig zur Getriebeachse X ausgerichtet und drehfest mit dem ersten Sonnenrad S1 gekoppelt ist. Das erste Sonnenrad S1 ist als Stirnrad ausgeführt und greift radial von innen her in die Planeten P1 der ersten Getriebestufe G1 ein. Die Planeten P1 sitzen auf Planetenbolzen B1 und sind über diese an dem Planetenträger C1 gelagert. Die Planeten P1 greifen radial von innen her in das erste Hohlrad H1 ein. Durch Rotation des ersten Sonnenrades S1 werden das Hohlrad H1 und der erste Planetenträger C1 gegeneinander verdreht. Der erste Planetenträger C1 treibt nunmehr das dritte Sonnenrad S3 und das erste Hohlrad H1 treibt das zweite Sonnenrad S2.
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Das zweite Sonnenrad S2 greift radial von innen her in die zweiten Planeten P2 ein. Die zweiten Planeten P2 sind stationär auf Planetenbolzen S2 gelagert und greifen radial von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein. Diese zweite Getriebestufe G2 fungiert an sich als Stirnradstufe deren Ausgangsdrehmoment über das zweite Hohlrad H2 abgegriffen und auf das Hohlrad H3 der dritten Getriebestufe G3 und dabei auf den Getriebeausgang O2 geführt wird.
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Bei der dritten Getriebestufe G3 ist das dritte Hohlrad H3 drehfest mit dem zweiten Hohlrad H2 gekoppelt. Die Planeten P3 der dritten Getriebestufe G3 sitzen auf Planetenbolzen B3 und greifen radial von innen her in das dritte Hohlrad H3 ein. An dem dritten Sonnenrad S3 liegt das Drehmoment des ersten Planetenträgers C1 an. Das dritte Sonnenrad S3 drängt die dritten Planeten zum Umlauf um die Getriebeachse X in einer auch der Drehrichtung des zweiten Hohlrades H2 entsprechenden Drehrichtung. Hierbei addieren sich das Drehmoment des zweiten Hohlrades H2 und das durch die Zahnkräfte der in das dritte Hohlrad eingreifenden dritten Planenten P3 generierte Drehmoment. Das sich ergebende Summenmoment wird von den beiden drehfest gekoppelten Hohlrädern H2, H3 abgegriffen und über den Abtriebszapfen O2 aus dem Getriebesystem abgeführt.
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Die Erfindung betrifft im Kern ein hoch übersetzendes Getriebe bestehend aus einem Verbund aus drei Standard Planetensägen. Das Getriebe bietet je nach Wahl der Teilübersetzungen eine Gesamtübersetzung von z. B. 1/–185 und zeichnet sich durch eine geringe Selbsthemmungsneigung im Schubbetrieb, also bei Untersetzung aus. Es ist damit für viele Anwendungen mit Aktoren geeignet. Das erfindungsgemäße Lösungskonzept ermöglicht die Schaffung eines Getriebesystems mit relativ hoher Übersetzung, welches durch die Wahl geeigneter Zähnezahlen mit einem sehr hohen Gleichteilegrad realisiert werden kann.
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Wie bereits ausgeführt zeigt dabei die Darstellung nach 1 eine Prinzipskizze einer ersten Variante der Erfindung. Das Antriebsdrehmoment wird über das Sonnenrad S1 des Teilgetriebes G1 auf den Planetenträger C1 und das Hohlrad H1 gewandelt. Das Planetenträgermoment wird auf das Sonnenrad S3 des Teilgetriebes G3 übertragen. Das Hohlrad H1 des Teilgetriebes G1 ist fest mit der Sonne S2 des Teilgetriebes S2, sowie mit dem Planetenträge C3 der Teilgetriebestufe G3 verbunden. Der Planetenträger C2 des Teilgetriebes G2 ist an das Gehäuse gekoppelt. Die Hohlräder H2 und H3 der Teilgetriebe G2 und G3 sind mit der Abtriebswelle O2 verbunden. Hier summieren sich die Leistungsflüsse. In vorteilhafter Weise müssen die Teilgetriebe G2 und G3 nicht das gesamte Abtriebsmoment übertragen. Die Gesamtübersetzung des Verbunds ist negativ. Bei Wahl gleicher Standübersetzungen der Teilgetriebe G1, G2, G3 von jeweils „–5” ergibt sich eine Gesamtübersetzung von „–185”
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Die Darstellung nach 3 veranschaulicht schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Umlaufrädergetriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Dieses umfasst in gleicher Weise wie das Umlaufrädergetriebe nach 1 eine erste Planetengetriebestufe G1 die ein erstes Hohlrad H1, erste Planeten P1, einen ersten Planetenträger C1 und ein erstes Sonnenrad S1 aufweist. Das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe umfasst neben der ersten Getriebestufe G1 eine zweite Planetengetriebestufe G2 die ein zweites Hohlrad H2, zweite Planeten P2, einen zweiten Planetenträger C2 und ein zweites Sonnerad S2 umfasst. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe eine dritte Planetengetriebestufe G3, die einen dritten Planetenträger C3, ein drittes Hohlrad H3, dritte Planeten P3 und ein drittes Sonnerad S3 aufweist.
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Über die erste Getriebestufe G1 wird eine Verzweigung der über das erste Sonnenrad S1 zufließenden Antriebsleistung auf das erste Hohlrad H1 und den ersten Planetenträger C1 bewerkstelligt. Die beiden verzweigten Leistungsflüsse werden auf das zweite bzw. bzw. das dritte Sonnenrad S2, S3 geführt. Das zweite Hohlrad H2 der zweiten Getriebestufe G2 ist mit dem dritten Planetenträger C3 der dritten Getriebestufe drehfest gekoppelt, so dass der dritte Planetenträger C3 auch über das zweite Hohlrad H2 getrieben wird.
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Der zweite Planetenträger C2 ist wie bei der Variante nach 1 stationär festgelegt, d. h. er kann gegenüber dem Getriebegehäuse keine Rotation ausführen. Das dritte Hohlrad H3 ist drehfest mit dem zweiten Sonnenrad der zweiten Teilgetriebestufe G2 gekoppelt.
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Durch die gegenüber der Variante nach 1 vorgenommene Vertauschung der Anschlüsse von Hohlrad H3 und Planetenträger C3 der dritten Getriebestufe G3 ergibt sich bei einer Standübersetzung der Teilgetriebe G1, G2, G3 von –5 eine positive Gesamtübersetzung von 211.
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Die Sonnenräder S1, S2, S3 sind wiederum so gestaltet, dass diese hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt baugleich ausgeführt sind. Auch die Planetenräder P1, P2, P3 und die Hohlräder H1, H2, H3 sind hinsichtlich ihrer Verzahnungsgeometrie im Radialschnitt baugleich ausgeführt. Durch dieses Konzept wird es wie oben ausgeführt möglich, die Fertigungskosten des Getriebes zu reduzieren.
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Bei der in 3 gezeigten alternativen Ausführungsform sind wie angegeben gegenüber der Variante nach 1 die Anschlüsse von Hohlrad H3 und Planetenträger C3 des Teilgetriebes G3 an die Getriebestufe G2 vertauscht und die Gesamtübersetzung wird positiv.
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In 4 ist die Leistungsführung über das erfindungsgemäße Umlaufrädergetriebe nach 3 veranschaulicht. Die Leistungszufuhr erfolgt über das erste Sonnenrad S1 der ersten Getriebestufe G1. Das Antriebsdrehmoment wird hierzu in einen Achszapfen O1 eingeleitet der gleichachsig zur Getriebeachse X ausgerichtet und drehfest mit dem ersten Sonnenrad S1 gekoppelt ist. Das erste Sonnenrad S1 ist als Stirnrad ausgeführt und greift radial von innen her in die Planeten P1 der ersten Getriebestufe G1 ein. Die Planeten P1 sitzen auf Planetenbolzen B1 und sind über diese an dem Planetenträger C1 gelagert. Die Planeten P1 greifen radial von innen her in das erste Hohlrad H1 ein. Durch Rotation des ersten Sonnenrades S1 werden das Hohlrad H1 und der erste Planetenträger C1 gegeneinander verdreht. Der erste Planetenträger C1 treibt nunmehr das dritte Sonnenrad S3 und das erste Hohlrad H1 treibt das zweite Sonnenrad S2 der zweiten Getriebestufe G2.
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Das zweite Sonnenrad S2 greift radial von innen her in die zweiten Planeten P2 ein. Die zweiten Planeten P2 sind stationär auf Planetenbolzen B2 gelagert und greifen radial von innen her in das zweite Hohlrad H2 ein. Diese zweite Getriebestufe G2 fungiert wie bei der Variante nach 1 als Stirnradstufe deren Ausgangsdrehmoment über das zweite Hohlrad H2 abgegriffen und auf den Planetenträger P3 der dritten Getriebestufe G3 und damit auf den Getriebeausgang O2 geführt wird.
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Bei der dritten Getriebestufe G3 ist das dritte Hohlrad H3 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad der zweiten Getriebestufe G2 gekoppelt. Die Planeten P3 der dritten Getriebestufe G3 sitzen auf Planetenbolzen B3 und greifen radial von innen her in das dritte Hohlrad H3 ein. An dem dritten Sonnenrad S3 liegt das Drehmoment des ersten Planetenträgers C1 an. Das dritte Sonnenrad S3 drängt die dritten Planeten zum Umlauf um die Getriebeachse X. Hierbei addieren sich das Drehmoment des zweiten Hohlrades H2 und das durch die Planetenbolzen B3 der dritten Getriebestufe in den dritten Planetenträger C3 eingebrachte Drehmoment. Das sich ergebende Summenmoment wird vom dritten Planetenträger C3 abgegriffen und über den Abtriebszapfen O2 aus dem Getriebesystem abgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008035114 A1 [0002]
- DE 102010034801 A1 [0002]
- DE 10161942 A1 [0002]
