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Planetengetriebe

Planetengetriebe – Funktion und Aufbau

Getriebe haben die Aufgabe Drehmomente zu übertragen und die Drehzahl beziehungsweise das Drehmoment vom Antrieb zum Abtrieb zu verändern. Zur Steigerung des Drehmoments werden Planetengetriebe insbesondere in der Automobilbranche eingesetzt, beispielsweise bei Verteilergetrieben beim Allradantrieb. In den Naben der getriebenen Räder von Lastkraftwagen, Bussen sowie Bau- und Landmaschinen werden Planetengetriebe für die Übersetzung ins Langsame eingebaut. Bereits sehr alt ist die Anwendung von Planetengetrieben in der Nabenschaltung von Fahrrädern. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise sind sie gut dafür geeignet, um in der relativ kleinen Radnabe das Drehmoment zu erhöhen. Die Getriebebauart des Planetengetriebes zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und bietet auch bei kleinstem Bauraum eine hohe Drehmomentübertragung. Somit eignen sich für Links- und Rechtslauf sowie für Wechsel- Dauer- und Aussetzbetrieb.

Aufbau von Planetengetrieben

https://harmonicdrive.de.temporary.imi.de/

Planetengetriebe werden auch Umlaufgetriebe genannt. Bei ihr sind An- und Abtriebs-Welle koaxial angeordnet. Bei Planetengetrieben sind mehrere umliegende Zahnräder um ein zentrales Zahnrad angeordnet. Da die Anordnung an Planeten erinnert, die um eine Sonne kreisen, wird das zentrale Rad auch Sonnenrad und die umliegenden Zahnräder Planetenräder genannt. Den äußeren Abschluss des Getriebes bildet ein innenverzahntes Hohlrad. Das Sonnenrad wird durch einen Motor angetrieben und überträgt seine Bewegung an die umlaufenden Planetenräder, die am äußeren Zahnkranz abrollen und die dadurch gleichmäßig um das Sonnenrad kreisen. Die Planetenräder sind auf einem gemeinsamen Träger montiert, der mit der Abtriebswelle verbunden ist. Die Drehzahl des Abtriebs ist geringer als die des Antriebs und das Drehmoment des Abtriebs erhöht sich im umgekehrten Verhältnis. Je mehr Zahnräder ineinandergreifen desto höher ist das Drehmoment. In der Regel enthält ein Planetengetriebe drei bis vier Planetenräder.

Häufig bestehen die eingesetzten Planetengetriebe aus einer Kombination mehrerer, in- und hintereinander geschalteter Zahnräder, die auf dieser einfachen Grundbauform beruht. Mehrere einfache Planetenradsätze werden zu einem Mehrfachgetriebe zusammengesetzt. Dies ermöglicht für die Nabenschaltung eines Fahrrads mehr als die drei Gänge, die mit einem einfachen Getriebesatz erreicht werden.

Betriebsarten von Planetengetrieben

In der Regel besitzt ein Planetengetriebe drei Wellen (Sonnenrad, Planetenträger, Hohlrad). Häufig wird jedoch eine der Wellen festgehalten und über die beiden anderen Wellen erfolgt der An- und Abtrieb. Welche Welle beziehungsweise welches Rad festgehalten wird und welches als An- oder Abtrieb dient, hängt von der jeweiligen Konstruktionsaufgabe ab. In bestimmten Fällen wird auch ein Dreiwellenbetrieb angewendet, wobei entweder zwei Wellen angetrieben und eine getrieben wird (Summiergetriebe) oder umgekehrt (Verteilgetriebe). Auch ein Zeitweiser Dreiwellenbetrieb ist möglich. Dabei wird die Dritte Welle durch eine Reibungskupplung fixiert. Unter Last kann so der Zweiwellenbetrieb durch Entkuppeln und Kuppeln unterbrochen und wiederhergestellt werden.

Planetengetriebe im Zweiwellenbetrieb

Prinzipiell gibt es sechs mögliche Kombinationen für die Auswahl von zwei unter drei Wellen sowie die Umkehr zwischen treibender und getriebener Welle. Beim Zweiwellenbetrieb wird zwischen Standübersetzung und Umlaufübersetzung unterschieden. Bei der Standübersetzung bewegen sich die Wellen von Sonnen- und Hohlrad. Der Planetenträger ist stillgelegt und ist entweder fest mit dem Gehäuse verbunden oder wird durch eine Bremse festgehalten. Das Sonnenrad greift in mehrere Planetenräder, die ihre Kraft gemeinsam auf das Hohlrad übertragen.

Bei der Umlaufübersetzung ist das Hohlrad stillgelegt und bildet das Gestell. Sonnenrad und Planetenträgerwelle bilden An- und Abtrieb. Durch diese Betriebsart lassen sich höhere Übersetzungen realisieren als mit der Standübersetzung, sodass die meisten Industrie-Planetengetriebe so aufgebaut sind.

Planetengetriebe im Dreiwellenbetrieb

Beim Dreiwellenbetrieb arbeitet das Planetengetriebe als Summier- oder Verteilergetriebe. Beim Verteilergetriebe treibt eine Welle an und zwei Wellen sind getrieben. Dabei muss das Drehzahlverhältnis der beiden Abtriebswellen festgelegt sein. Eine klassische Anwendung ist die Leistungsverteilung auf zwei Räder in der Antriebsachse von Automobilen (Differentialgetriebe beim Vorderradantrieb). Bei Allradantrieben werden zwei Achsdifferentiale noch durch ein Zentraldifferential ergänzt. Bei Hybridelektrokraftfahrzeugen wird die Leistung des Motors auf die Räder und einen elektrischen Generator verteilt. Auch Summiergetriebe werden in Hybridfahrzeugen eingesetzt, um die Leistung des Verbrennungs- und des Elektromotors zusammenzufassen (paralleler Hybrid).

Vorteile von Planetengetrieben

  • Hoher Wirkungsgrad

  • Kompakte Bauform

  • Hohe Leistungsdichte

Planetengetriebe zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und bieten im Vergleich zu anderen Getriebebauarten aufgrund ihrer kompakten Bauform einen hohe Leistungsdichte. Insbesondere die Verwendung eines Hohlrades reduziert sowohl das Volumen als auch die Masse dieser Getriebeart. Sie ermöglicht durch mehrere parallele Zahnpaarungen mit mehreren Umlaufrädern eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum. Da das Drehmoment über mehrere Zahnräder verteilt wird, herrschen kleinere Zahnkräften als bei anderen Getriebearten. Zudem muss kein Gleichlauf hergestellt werden, sodass die Gänge ohne Kraftschlussunterbrechung geschaltet werden können. Da alle Zahnräder ständig ineinander greifen läuft das Planetengetriebe geräuscharm.

Nachteile von Planetengetrieben

  • Aufwendige Bauweise

  • Höhere Verlustleistung im Vergleich zum Stirnradgetriebe

  • Aufwendige Lagerung

Nachteile von Planetengetrieben sind die aufwendige Bauweise sowie die im Vergleich zu Stirnradgetrieben höhere Verlustleistung. Da die Leistung über mindestens zwei Zahneingriffe geführt wird, verdoppelt sich die Verlustleistung gegenüber einer einfachen Stirnradstufe. Zudem erfordert das Getriebe eine aufwendige Lagerung, insbesondere dann, wenn es als Dreiwellengetriebe genutzt wird.

Planetengetriebe von Harmonic Drive®

https://harmonicdrive.de.temporary.imi.de/

Um auch hohen Genauigkeitsanforderungen im Untersetzungsbereich kleiner 45:1 gerecht zu werden, wurden die präzisen und kompakten Harmonic Planetengetriebe entwickelt. Planetengetriebe der Harmonic Drive AG bieten eine konkurrenzlose Kompaktheit, keine Spielzunahme über die gesamte Lebensdauer und eine exzellente Wiederholgenauigkeit im Bereich ±20 Winkelsekunden.

Um auch hohen Genauigkeitsanforderungen im Untersetzungsbereich kleiner 45:1 gerecht zu werden, wurden die präzisen und kompakten Harmonic Planetengetriebe entwickelt.