Planetengetriebe mit Stufenplaneten sind bekannt und werden beispielsweise beim Rolls-Royce-Flugtriebwerl (. Tyne" als Propellergetriebe verwendet. Ge- genüber einem einstufigen Planetengetriebe mit einfachen Planeten, d. h. Rä- dern mit einem Wirkdurchmesser, welche mit dem Sonnen-und dem Hohlrad kämmen, täßt sich durch die Stufenplaneten-Bauweise mit mäßiger Vergröße- rung des Getriebevolumens und etwas höherem Konstruktionsaufwand eine erhebliche Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses erreichen, wobei das Wellendrehmoment-weitestgehend-im gleichen Verhältnis steigt. Bei den bel<annten Bauarten sind die zwei Räder der Stufenplaneten axial unmittelbar benachbart sowie zu einer integralen Einheit verbunden, d. h. meist aus einem Teil gefertigt.

Die drehbare Lagerung solcher integraler Stufenplaneten erfolgt üblicherweise über ein oder mehrere Gleitlager im Inneren jedes dieser Bauteile sowie über eine planetenträgerfeste, durch den Stufenplaneten hindurchführende Achse.

Bei Wälzlagerung wird je ein Lager axial vor und hinter dem Stufenplaneten vorgesehen, da die radial größer bauenden Wälzlager im Inneren der Planeten- räder, insbesondere der kleineren, meist nicht unterzubringen sind.

Projiziert man die beiden Verzahnungen eines Stufenplaneten-in axialer Rich- tung-in eine Ebene und analysiert man die Zahnl<räfte aus dem Eingriff mit dem Sonnen-und dem Hohlrad (1. und 2. Stufe) nach Größe und Richtung, so

erl<ennt man, daß die beiden Zahnkräfte tendenziell in dieselbe Richtung wei- sen, wobei der spitze Winl<el zwischen ihren Vektoren der Summe der beiden Eingriffswinkel (ca. 40° bis 50°) entspricht. Addiert man die beiden Zahnkräf- te vel<toriell, so ergibt sich eine Resultierende, welche deutlich größer ist, als jede der Einzelkräfte. Dies bedeutet konstruktiv, daß die Stufenplaneten- Bauweise zu hohen Lagerkräften führt, so daß die Tragfähigkeit der Stufenpla- netenlager zu einem maßgeblichen Kriterium für die vom Getriebe übertragba- re Leistung wird. Eine zusätzliche Lagerbelastung ergibt sich aus den auf die Stufenplaneten wirkenden, drehzahlabhängigen Zentrifugalkräften. In diesem Zusammenhang ist auch zu berücksichtigen, daß Propellergetriebe für eine Lebensdauer von beispielsweise 30 000 h auszulegen sind, was naturlich auch für die verbauten Wälzlager gilt.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Planetengetriebe mit Stufen- planeten in der Weise zu modifizieren, daß mit wenig vergrößertem Bauvolu- men und wenig erhöhtem Bauaufwand (Teilezahl etc.) bei vorgegebenem Übersetzungsverhältnis eine erheblich höhere Leistung mit bestmöglichem Wirkungsgrad übertragen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelost, in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmaien in dessen Ober- begriff.

Jedes Planetenrad ist als separate Einheit ausgeführt, welche beidseitig, d. h. axial, vor und hinter ihrer Mittelebene, im Ptanetenträger über jeweils minde- stens ein hochbelastbares Wälzlager drehbar gelagert ist. Somit ergeben sich je Stufenplanet vier groR dimensionierbare, hochbelastbare Lagerstelien mit minimalen Reibungsverlusten. Dabei kann jede Lagerstelle mehrere Einzel- wälzlager axial hintereinander aufweisen. Die Drehmomentübertragung vom großen zum kleinen Planetenrad eines Stufenplaneten erfolgt formschlüssig über eine zusätzliche, praktisch nur auf Torsion belastete Welle. Diese über-

brückt den durch die Erfindung vergrößerten Axialabstand zwischen den ge- koppelten, verschieden großen Planetenrädern. Somit kann man das erfin- dungsgemäße Getriebe auch als Planetengetriebe mit Koppel- Stufenplaneten bezeichnen.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsmittelschnitt durch ein Planetengetriebe, welches als Pro- pellergetriebe eines Großflugzeuges vorgesehen ist.

Das Planetengetriebe 1 stellt ein zumindest großteits rotationssymmetrisches Gebilde mit einer horizontalen Längsmittelachse X dar. Der-hier nicht wie- dergegebene-in Flugrichtung vorne angeordnete Propeller befände sich auf der linken Seite, die-ebenfalls nicht wiedergegebene-antreibende Wellenlei- stungs-Gasturbine bzw. deren Verdichtereinlauf auf der rechten Seite des Pla- netengetriebes 1. insofern ist hier linl<s vorne und rechts hinten. Der"norma- le"Leistungsfluß im Zugbetrieb verläuft somit von rechts nach links durch das Planetengetriebe 1. Die mechanischen Funktionselemente des ötgeschmierten Getriebes sind von einem abgedichteten Getriebegehäuse 2 umschlossen, in welches antriebsseitig (rechts) eine erste Welle 6 hineinführt, und aus wel- chem abtriebsseitig (links) eine zweite Welle 12 mit einem Propellerflansch 35 herausführt. Das Getriebegehäuse 2 besteht aus einer vorderen Schale 3 und einer hinteren Schale 4 mit einer Flanschverbindung 5 in einer zur Längsmit- telachse X senkrechten Ebene. Die hintere Schale 4 ist hier als separates Bau- teil dargestellt, sie könnte aber auch-zusammen mit dem Loslager 31-in das Verdichtereintaufgehäuse integriert, d. h. von diesem gebildet sein. Als einzi- ges nicht rotierendes Zahnrad ist das innenverzahnte Hohlrad 8 torsionssteif mit dem Getriebegehäuse 2 verbunden und bildet so eine Momentenstütze für die rotierenden Getriebeelemente. Die spezielle Abstützung des Hohlrades 8

über einen sich nach vorne konisch erweiternden, dünnwandigen Träger 9 und zwei gerade/axiale Verzahnungen 10,11 ergibt insgesamt eine gewisse radiale Nachgiebigkeit sowie eine minimale, kugelgelenl<artige Beweglichkeit des Hohlrades 8 um seine Mitte bei uneingeschränl<ter Torsionssteifigkeit. Durch diese Anpassungsfähigkeit wird ein optimales Tragbild der Hohlradverzahnung -und der Gegenverzahnungen-erreicht, wodurch die übertragbare Leistung maximiert wird. Die Verzahnungen 10 und 11 sollen unter Torsionsbelastung möglichst keine Axialkräfte erzeugen, was am einfachsten mit Geradeverzah- nungen erreicht wird. Im Hinblick auf eine größere Winkelbeweglichkeit könn- te die Verzahnung 11 auch als Bogenverzahnung mit dem Hohlradmittelpunkt als Zentrum ausgeführt sein.

Für den Antrieb zweier gegenläufiger Propeller könnte das Hohlrad auch mit einer dritten, koaxialen Welle torsionsfest gekoppelt sein, was hier nicht dar- gestellt ist.

Speziell in der unteren Hälfte der Figur ist zu erkennen, daß der Planetenträger 13 mit der zweiten Welle 12 eine stabile, hochbelastbare Einheit 14 mit breiter Lagerbasis bildet. Die Wälzlagerung dieser Einheit 14 ist als Fest-Los-Lagerung ausgeführt, wobei das Festlager 30 im Bereich des propellerseitigen Gehäu- seendes, das Lager 31 im Bereich des triebwerl<sseitigen Gehäuseendes sitzt.

Das Festlager 30, welches auch die vom Propeller erzeugten Axialkräfte auf- nehmen muß, ist als Kombination aus einem Rollenlager 27 und einem Kugel- lager 29, ggf. in Form eines sog. Vierpunkttagers, besonders stabil und aus- fallsicher ausgeführt. Für das nur radial und weniger stark beanspruchte Los- lager 31 ist ein Rollenlager 28 vorgesehen. Der käfigartige Planetenträger 13 ist als Schraubkonstruktion mit sich gegenseitig zentrierenden Bauelementen ausgeführt, so daß die von ihm getragenen Zahnräder, Lager und Wellen schnell und einfach ein-und ausgebaut werden können, z. B. zwecks Prüfung, Wartung oder Austausch.

Die das Sonnenrad 7 tragende, im Getriebebereich lagerlose erste Welle 6 weist die Besonderheit auf, daß sie mit einer Einrichtung zur Messung des Eingangsdrehmoments ausgestattet ist. Hierfür ist in ihrem Inneren ein Meß- rohr 32 konzentrisch in der Weise installiert, daB sein eines Ende 33 drehfest mit der ersten Welle 6 verbunden, sein anderes Ende 34 zentriert und frei drehbar in der ersten Welle 6 geführt ist. Unter Last wird die erste Welle 6 tordiert, wohingegen das lastfreie Meßrohr 32 keine Verformung erfährt. So- mit kann die Relativverdrehung zwischen der ersten Welle 6 und dem freien Ende 34 des Meßrohres 32 erfaßt und in einen Drehmomentwert umgerech- net werden. Dieser Meßwert wiederum I<ann nur zur Triebwerksregelung her- angezogen werden, um eine Überlastung des Getriebes und des Propellers zu vermeiden. Das Sonnenrad 7 steht mit mehreren, beispielsweise drei, identi- schen Planetenrädern 16 in Eingriff, welche Elemente von sogenannten Stu- fenplaneten 15 sind. Jeder Stufenplanet 15 umfaßt zwei torsionssteif verbun- dene Planetenräder 16,17 mit sehr unterschiedlichem Wirkdurchme- ser/Teilkreisdurchmesser. Das Sonnenrad 7 kämmt mit den größeren Plane- tenrädern 16, wohingegen die kleineren Planetenräder 17 mit dem Hohlrad 8 kämmen. Nach diesem Prinzip lassen sich Übersetzungsverhältnisse von über 10 : 1 mit nur einem Sonnen-und nur einem Hohlrad realisieren.

Die Besonderheit liegt im vorliegenden Fall darin, daß jedes Planetenrad 16, 17 als separate Einheit ausgeführt und beiderseits, d. h. axial vor und hinter seiner Radmittelebene im Planetenträger 13 über hochbelastbare Wälzlager drehbar gelagert ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine"schwimmende" Lagerung in symmetrischer Anordnung mit jeweils zwei gleichen Rollenlagern.

Die Rollenlager sind im Hinblick auf einheitliche Lebensdauer an die Zahnkräf- te angepaßt, weshalb die"ausgangsseitigen"Rollenlager 26 ersichtiich stärker dimensioniert sind, als die"eingangsseitigen"Rollenlager 25. Eine schwim- mende Lagerung mit Radiallagern und geringem Axialspiel der Räder ist da- durch möglich, daß alle l<ämmenden Verzahnungen axialkraftfrei sind, d. h. keine Einfach-Schrägverzahnungen zur Anwendung kommen. Wälzlager haben

gegenüber Gleitlagern die Vorteile, daß sie auch bei niedrigen Drehzah- len/Differenzdrehzahlen voll belastbar sind und aligemein mit höherem Wirkungsgrad, d. h. geringerer Verlustleistung, arbeiten, dies insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen, wie sie in großen Flughöhen auftreten.

Eine ausgehend vom Leistungsfluß eher ungünstig erscheinende Besonderheit ist die Anordnung der Zahnradebenen im Planetengetriebe 1. Das Sonnenrad 7 und die größeren Planetenräder 16, welche hier die Eingangsstufe bilden, sind nicht zum Triebwerk sondern zum Propeller hin angeordnet (weiter links), wohingegen die kleineren Planetenräder 17 und das Hohlrad 8, welche die Ausgangsstufe bilden, näher beim Triebwerk (weiter rechts) positioniert sind.

Diese Anordnung wurde im vorliegenden Fall bewußt gewählt, um das Plane- tengetriebe 1 mit sich zum Triebwerl< hin (rechte Seite) verjüngender Außen- kontur gestalten zu können, und dadurch die Ein ! aufverhä) tnisse für die Wel- lenleistungs-Gasturbine zu verbessern, d. h. eine günstigere Strömungsführung zu ermöglichen. Natürlich ist im Rahmen der Erfindung auch die gewohnte, umgekehrte Stufenanordnung möglich.

Die Ausführung jedes Planetenrades 16,17 als separates, beidseitig wälzgela- gertes Funktionselement erfordert innerhalb jedes Stufenplaneten 15 ein zu- sätzliches, mechanisches Koppelglied für die Drehmoment/Leistungsüber- tragung von Rad zu Rad. Zu diesem Zweck sind zusätzliche, torsionssteife Wellen 22 eingebaut, welche in Umfangsrichtung formschtüssig in die Plane- tenräder 16, 17 eingreifen. Hierfür ist an jedem Wellenende eine Außen- Geradverzahnung 23,24, in jedem Rad eine innen-Geradverzahnung 20,21 vorhanden. Die Verzahnungen 20,23,21,24 sind axialkraftfrei und lassen, bei Passung mit etwas Spiel, auch minimale Winl<elabweichungen, d. h. Radialver- schiebungen der Räder, ohne Zwangskräfte zu. Somit werden die Wellen 20 praktisch ausschließlich auf Torsion belastet und können aus hochfestem Ma- terial relativ dünnwandig und leicht als Hohlwellen ausgeführt sein. Durch Ein- bezug dieser Wellenverzahnungen in das Ölschmiersystem des Getriebes läßt

sich die Belastbarkeit noch steigern, bei weitgehender Verschleißfreiheit und zusätzlicher Dämpfung an den Zähnen.

Ein weiterer, leistungsoptimierender Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Planetenräder 16,17 vor Inbetriebnahme um kleine Winkelmaße gegeneinan- der verdreht und fixiert, d. h. eingestellt werden können, um ein optimales Tra- gen der kämmenden Verzahnungen zu erreichen. Hierfür ist mit jedem gröBe- ren Planetenrad 16 ein Mitnehmer 19 als Übertragungsglied zwischen Rad und Welle verbunden. Der Mitnehmer 19 trägt wellenseitig die bereits genannte Innen-Geradverzahnung 20. Als leistungsübertragende Verbindung zum Rad- körper hin ist eine Schrägverzahnung 18 vorhanden. Somit wird durch axiale Verschiebung des Mitnehmers 19 relativ zum Radkörper zwangsläufig eine Relativverdrehung Rad/Mitnehmer und somit Rad/Welle erreicht. Die Fixie- rung der Axialposition erfolgt hier durch Verschraubung eines Flansches am Mitnehmer 19 gegen die Stirnseite des Radkörpers unter Zwischenlage einer oder mehrerer Scheiben mit angepaßter Dicke (AxialmaB). Bei kleinem Schrä- gungswinkel der Verzahnung 18 sind die im Betrieb auf die Verschraubung wirl<enden Lasten nur gering.

Wie schon erwähnt, sollen alle kämmenden Verzahnungen mit wechselndem Zahneingriff-unabhängig von den stets mit allen Zähnen in Eingriff stehenden Wellenverzahnungen-axiall<raftfrei arbeiten. Von den praktisch ausnahmslos verwendeten Evolventen-Verzahnungen eignen sich hierfür Geradverzahnun- gen, Kammgetriebe, Pfeilverzahnungen und Doppel-Schrägverzahnungen, wo- bei im Falle einer Pfeilverzahnung die Zähne an der"Pfeilspitze"direkt inein- ander übergehen, im Falle der Doppel-Schrägverzahnung eine axiale Lücke zwischen den symmetrisch schrägstehenden Zähnen vorhanden ist, was ferti- gungstechnische Vorteile bringt. Dem Fachmann sind die betriebs-und ferti- gungstechnischen Vor-und Nachteile dieser Varianten geläufig.

Für andere Anwendungen eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes kann der Leistungsfluß auch umgekehrt bzw. abgewandelt werden im Rahmen aller kinematischen Mögtichkeiten, welche Ausführungen mit zwei oder drei koa- xialen Wellen zulassen.