Maul Konstruktionen Baukastensystem für mehrstufige Planetengetriebe

Die Belastbarkeit von Zahnrädern wächst mit dem Modul quadratisch. Um dennoch leistungsstärkere Getriebe in kompakten Abmessungen zu entwickeln, lassen sich ineinander liegende Getriebestufen einsetzen. Mit den ineinander gebauten Planetengetrieben verbessert sich auch die Werkstoffausnutzung.

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Bereits seit langem ist ein Trend zu immer kompakteren und leistungsstärkeren Getrieben zu beobachten. Wie die Fläche eines Kreises mit dem Quadrat des Durchmessers wächst, wächst bei Zahnrädern auch die Belastbarkeit mit dem Modul quadratisch. Planetengetrieben mit ineinander liegenden Getriebestufen bieten eine Alternative, weil sie ein kleineres Bauvolumen benötigen und eine bessere Werkstoffausnutzung, aufweisen. Zudem werden weniger Bauteile benötigt. Die Momente werden der Getriebereihe angepasst mit weniger Stufen bei gleichzeitig besserer Verteilung der Untersetzung über einen größeren Bereich.

Bei mehrstufigen Planetengetrieben werden die Stufen in axialer Richtung aneinander gereiht

Bisher sind bei mehrstufigen Planetengetriebebaureihen die Stufen in axialer Richtung aneinander gereiht. Deshalb sind Baureihen mit verschiedenen Durchmessern zur Anpassung an die Drehmomente erforderlich. Allerdings bestimmt immer der Durchmesser der Abtriebsstufe mit der höchsten Belastung den Außendurchmesser des mehrstufigen Getriebes.

Meist werden aus Kostengründen mehrere Teilgetriebe einer Reihenanordnung zusammengesetzt die keine Optimierung der Teilgetriebe und damit eine Anpassung an den Bauraum zulässt. Eine Lösung ist möglich, indem die Getriebestufen an die Momente mit wachsendem Durchmesser durch Ineinanderlegen angepasst werden.

Kriterium für die Belastbarkeit ist die Belastung des Sonnenrades

Ein Vergleich grob dimensionierter Getriebe in einer Ebene mit Geradverzahnung, zeigt, dass die Werkstoffausnutzung und die Belastbarkeit der ineinander gebauten Planetengetriebe wesentlich besser ist. Kriterium für die Belastbarkeit ist hierbei die Belastung des Sonnenrades. Dabei müssen bei einem einstufigen Planetengetriebe mit einem Innnenzahnrad von 100 mm Teilkreisdurchmesser und Modul = 1 mm alle Zahnräder aus Stahl gefertigt werden. Für zwei -und dreistufigen Planetengetrieben mit ineinander gebauter Anordnung bei gleichem Innenzahrad-Durchmesser ist dies nur die innere Stufe nötig. Alle anderen Planeten und Innenzahnräder könnten aus Kunststoff hergestellt werden.

Bezüglich der Zahnfußspannung erfolgt bei ineinander gebauten Planetengetrieben ein Zusammenhang so, dass das Drehmoment (Belastung) und auch die Belastungsfähigkeit bei steigendem Modul mit dem Durchmesser linear anwachsen. Bezüglich der Flankenpressung wächst die Belastbarkeit mit dem Modul quadratisch an.

Ausschlaggebend für die Dimensionierung ist das Sonnenrad und damit die Innenstufe. Diese lässt sich aber im Extremfall mit mehr Planeten und damit mehr Zähnen im Eingriff gestalten.

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