Planetengetriebe (1) 07.10.2008, 08:50

Eine Sonderbauart des Stirnradgetriebes ist das Planetengetriebe. Seine besonderen Eigenschaften: Es ermöglicht eine Platz sparende Bauweise und - besonders bei mehrstufigen Konstruktionen - ein hohes Übersetzungsverhältnis. Antriebswelle und Abtriebswelle liegen auf derselben Achse.

3. Ausbildungsjahr

Planetengetriebe (1) 

Eine Sonderbauart des Stirnradgetriebes ist das Planetengetriebe. Es heißt so, weil es in seiner Arbeitsweise an ein Planetensystem erinnert: Die Planetenräder kreisen um das Sonnenrad. Die Skizze zeigt, wie man sich den Zusammenhang zwischen Planeten- und Stirnradgetriebe vorstellen kann: Man sägt das innenverzahnte Hohlrad auf und biegt es um zum außenverzahnten Stirnrad. Dabei zeigt sich, dass Rad 3 ein Zwischenrad ist, das, sofern das Sonnenrad 1 antreibt, keinen Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis hat. Um in die Geheimnisse des Planetentriebs einzudringen, sollte man ein Getriebemodell zur Verfügung haben.

Aufbau, Arbeitsweise
In mobilen Maschinen wie Land- und Baumaschinen findet man häufig (Mehrfach-) Planetengetriebe wegen ihrer Besonderheiten:
- Platz sparende Bauweise
- Hohe Übersetzungsverhältnisse
- Koaxiale¹⁾ An- und Abtriebswelle
- Die Kraftübertragung wird von den Planetenrädern (meistens drei) gleichmäßig verteilt.
Der letzte Punkt hat zur Folge, dass die Zahnkräfte an den einzelnen Rädern nicht zu hoch sind und gleichmäßig auf das nächste Rad übertragen werden. Dies erklärt auch, dass man oft Einzelübersetzungsverhältnisse findet, die weit über 3 : 1 liegen.
Schaltbare Planetengetriebe erfordern allerdings einen größeren Bauaufwand als schaltbare Stirnradgetriebe. Einer der Gründe dafür liegt darin, dass sie mit einem ausgeklügelten System von Kupplungen und Bremsen ausgestattet sind.

¹⁾ Koaxial heißt: Die An- und Abtriebswelle sitzen hintereinander geometrisch auf derselben Achse, wobei die beiden Wellen natürlich von einander getrennt sind.

Ein einfaches Planetengetriebe besteht aus dem/den
1 Sonnenrad
2 Planetenrädern
3 Hohlrad mit Innenverzahnung
4 Planetenträger (= Steg)

Ist ein solches Getriebe schaltbar, kann man die Bauteile 1, 3 und 4 für sich antreiben und jeweils ein anderes Teil festhalten; über das dritte Teil läuft der Abtrieb. Hierzu sind Kupplungen und Bremsen erforderlich. Auf die Kombinationsmöglichkeiten geht der Beitrag Planetengetriebe (2) ein.

Einen Planetentrieb mit festem Übersetzungsverhältnis wollen wir am unten abgebildeten Getriebe, einem zweistufigen Planetengetriebe, studieren. Es handelt sich um den schematisch dargestellten Kettenantrieb eines Baggers, der extrem langsam laufen muss. Solche Getriebe besitzen, wenn sie mit drei Stufen ausgestattet sind, Übersetzungsverhältnisse mit i = 100 : 1 und höher. Der Antrieb kommt von einem mit etwa 2000 U/min drehenden Hydromotor. Der Abtrieb läuft über das mit dem Gehäuse verschraubte Kettenrad (= Turasrad). Das Hohlrad ist mit dem Unterwagen fest verbunden. Zwischen dem Motor und dem Kettenrad liegen die beiden Zahnradstufen. Das Sonnenrad der 1. Stufe treibt das Planetenrad , das sich im feststehenden Hohlrad abwälzt. Der kreisende Planetenträger überträgt seine Bewegung über den Ring auf das Sonnenrad der 2. Stufe. Deren Planetenträger gibt seine Bewegung schließlich an den Gehäusedeckel und das Kettenrad weiter.
Auch hier kann man beobachten: Je langsamer die Bewegung wird, desto kräftiger und größer werden wegen des ansteigenden Drehmoments Wellendurchmesser und Zahnräder.

Die Skizze unten zeigt die Bewegungssituation im System »Antrieb Sonnenrad - Abtrieb Planetenträger, feststehendes Hohlrad«. Das mit dieser Kombination erreichte Übersetzungsverhältnis wird nach folgender Formel berechnet:  i = 1 + z₄/z₁

In der Schnittzeichnung oben ist auch eine sehr vereinfacht dargestellte Lamellenbremse zu erkennen. Sie ist eine Sicherheitseinrichtung: Läuft der Antriebsmotor und mit ihm die Hydraulikpumpen, dann öffnet der Öldruck die Bremse. Steht der Motor, wird die Lamellenbremse durch Federdruck geschlossen. Damit kann ein beispielsweise auf abschüssigem Gelände abgestellter Bagger nicht von selbst wegfahren. 

Aufgaben:

1. Berechnen Sie das Gesamtübersetzungsverhältnis des Planetengetriebes, wenn folgende Werte bekannt sind:

   1. Stufe: Sonnenrad  z₁ = 19,  Hohlrad  z₄  = 95 Zähne.

    2. Stufe: Sonnenrad z₁ = 21,  Hohlrad  z₄  = 84 Zähne.

2. Tragen Sie in die Schnittzeichnung den Kraftfluss ein.

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Lösung: 

1.   i_{1. St.} = 1 + z₄/z₁ =  1 + 95:19 = 6,0

i_2.St. = 1 + z₄/z₁ = 1 + 84:21 = 5,0. Die Planetenräder spielen für das Übersetzungsverhältnis in beiden Fällen keine Rolle.

Gesamtübersetzungsverhältnis

i_ges = i_{1. St.}•  i_2.St. = 6,0 • 5,0 = 30.

2. Kraftfluss (Skizze oben)

Fortsetzung

Die Skizze unten ist für die Verwendung  in Arbeitsblättern gedacht.