MAGIERA MARKUS (DE)
HAELBIG KARL-HEINZ (DE)
CN103697121A | 2014-04-02 | |||
US20020098943A1 | 2002-07-25 |
Patentansprüche 1. Getriebe mit einer ersten Planetenstufe (101 ), einer zweiten Planetenstufe (103), einer ersten Bremse (149) und einer zweiten Bremse (151 ); wobei die erste Planetenstufe (101 ) und die zweite Planetenstufe (103) jeweils ein drehbar gelagertes Hohlrad (117, 119), einen drehbar gelagerten Planetenträger (115, 125), ein oder mehrere drehbar in dem Planetenträger (115, 125) gelagerte Planetenräder (113, 127) und ein drehbar gelagertes Sonnenrad (109, 121) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (109) der ersten Planetenstufe (101 ) und das Sonnenrad (121 ) der zweiten Planetenstufe (103) drehfest miteinander verbunden sind; wobei der Planetenträger (115) der ersten Planetenstufe (101 ) und das Hohlrad (119) der zweiten Planetenstufe (103) drehfest miteinander verbunden sind; und wobei die erste Bremse (149) auf das Hohlrad (117) der ersten Planetenstufe (101) und die zweite Bremse (151 ) auf das Hohlrad (119) der zweiten Planetenstufe (103) wirkt. 2. Getriebe nach Anspruch 1 ; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (149) und die zweite Bremse (151 ) gleichzeitig schließbar sind. 3. Getriebe nach einem der vorhergehende Ansprüche; gekennzeichnet durch eine drehfest mit dem Sonnenrad (109) der ersten Planetenstufe (101 ) verbundene Eingangswelle (111 ). 4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch eine dritte Planetenstufe (105); wobei die dritte Planetenstufe (105) ein drehfestes Hohlrad (133), einen drehbar gelagerten Planetenträger (131 ), ein oder mehrere drehbar in dem Planetenträger (131 ) gelagerte Planetenräder (137) und ein drehbar gelagertes Sonnenrad (129) aufweist; und wobei der Planetenträger (125) der zweiten Planetenstufe (103) drehfest mit dem Sonnenrad (129) der dritten Planetenstufe (105) verbunden ist. 5. Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch eine vierte Planetenstufe (107); wobei die vierte Planetenstufe (107) ein drehfestes Hohlrad (143), einen drehbar gelagerten Planetenträger (141 ), ein oder mehrere drehbar in dem Planetenträger (141 ) gelagerte Planetenräder (145) und ein drehbar gelagertes Sonnenrad (139) aufweist; und wobei der Planetenträger (131 ) der dritten Planetenstufe (105) drehfest mit dem Sonnenrad (139) der vierten Planetenstufe (107) verbunden ist. 6. Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch eine drehfest mit dem Planetenträger (141 ) der vierten Planetenstufe (107) verbundene Ausgangswelle (147). 7. Tunnelbohrmaschine mit mindesten einem Motor (113); gekennzeichnet durch mindestens ein Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6; wobei ein Rotor des Motors (113) drehfest mit der Eingangswelle (111 ) verbunden ist. 8. Tunnelbohrmaschine nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch mindestens einem Bohrkopf; wobei das Getriebe nach Anspruch 6 weitergebildet ist; und wobei der Bohrkopf drehfest mit der Ausgangswelle (147) verbunden ist. 9. Verfahren zum Blockieren eines Getriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bremse (149) und die zweite Bremse (151 ) gleichzeitig geschlossen werden. |
Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Getriebe für Tunnelbohrmaschinen bekannt. Weit verbreitet sind Getriebe mit einer schaltbaren Stirnradstufe. Der Stirnradstufe nachgeschaltet sind zwei Planetenstufen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung ist eine exzentrische Motoranordnung zum Getriebe, wodurch zum einen ein erhöhter Bauraumbedarf und zum anderen ein durch die Exzentrizität bedingter größerer Aufwand zum Schmieren der Verzahnungsteile und Lager entsteht. Die Schaltvorgänge erfolgen gewöhnlich von Hand. Dies verursacht zusätzliche Arbeitskosten.
Getriebe für Tunnelbohrmaschinen müssen eine in das Getriebe integrierte Haltebremse aufweisen. Um eine entsprechende Funktionalität zu realisieren, sind zusätzliche Bauteile erforderlich. Dies verursacht zusätzliche Kosten und erhöht den Bauraumbedarf des Getriebes.
Darüber hinaus sind Getriebe von Tunnelbohrmaschinen im Betrieb starken Stößen ausgesetzt. Diese können zu einer Überlastung der drehmomentübertragenden Getriebebauteile führen. Die aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe bieten keinen Schutz vor Überlastung. Um zu verhindern, dass Getriebeteile infolge von Stößen zerstört werden, müssen sie größer dimensioniert werden.
Aus dem Bereich der Radnabengetriebe für Fahrantriebe sind Lösungen mit zuschaltbarer Planetenstufe bekannt. Die Planetenstufe ist mit einer Kupplung und einer Bremse versehen. Die Bremse wirkt auf ein Hohlrad der Planetenstufe. Mittels der Kupplung lässt sich das Hohlrad drehfest mit einem Sonnenrad der Planetenstufe verbinden. Hierdurch ist die Planetenstufe verblockt. Bei gleichzeitig geöffneter Bremse entsteht ein starrer Durchtrieb. Die Planetenstufe lässt sich zuschalten, indem die Kupplung geöffnet und die Bremse geschlossen wird. Bauraumbedingt ist die Mindestumlaufübersetzung der Planetenstufe allerdings größer als 3. Kleine Gangsprünge lassen sich damit nicht realisieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe für eine Tunnelbohrmaschine, verfügbar zu machen, das die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll das Getriebe bei Einhaltung des gegebenen Bauraums kostengünstig und robust sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das Getriebe weist eine erste Planetenstufe, eine zweite Planetenstufe, eine erste Bremse und eine zweite Bremse auf.
Bei einer Bremse handelt es sich um ein Schaltelement. Ein solches Schaltelement ist ausgebildet, zwei relativ zueinander verdrehbare Komponenten selektiv betätigbar drehfest miteinander zu verbinden. Das Schaltelement besitzt einen geschlossenen und einen offenen Zustand. Im offenen Zustand sind die Komponenten relativ zueinander verdrehbar. Befindet sich das Schaltelement im geschlossenen Zustand, verbindet es die Komponenten drehfest miteinander.
Das Schaltelement ist selektiv betätigbar. Dies bedeutet, dass das Schaltelement zu einem beliebigen Zeitpunkt durch Betätigung von dem offenen Zustand in den geschlossenen Zustand und von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand überführbar ist.
Eine Bremse zeichnet sich dadurch aus, dass eine der beiden Komponenten, die durch die Bremse drehfest verbunden werden, relativ zu einer ortsfesten Struktur drehfest angeordnet ist. Bei der ortsfesten Struktur kann es sich insbesondere um ein Getriebegehäuse handeln.
Die erste Bremse und die zweite Bremse können jeweils als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, oder als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Bei formschlüssigen Schaltelementen kommt die beschriebene drehfeste Verbindung durch einen Formschluss zwischen den zu verbindenden Komponenten zustande. Entsprechend wird bei einem kraftschlüssigen Schaltelement eine kraftschlüssige drehfeste Verbindung zwischen diesen Komponenten hergestellt.
Eine Planetenstufe ist definiert als eine Anordnung mit einem Hohlrad, einem Planetenträger, einem oder mehreren drehbar in dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern und einem Sonnenrad. Die Planetenräder sind so angeordnet, dass sie jeweils mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad kämmen.
Im Falle der ersten Planetenstufe und der zweiten Planetenstufe des erfindungsgemäßen Getriebes ist jeweils das Hohlrad drehbar gelagert. Ebenso sind die Planetenträger und die Sonnenräder der beiden Planetenstufen drehbar gelagert. Vorzugsweise erfolgt die drehbare Lagerung in einer ortsfesten Struktur, etwa in dem Getriebegehäuse.
Erfindungsgemäß sind das Sonnenrad der ersten Planetenstufe und das Sonnenrad der zweiten Planetenstufe drehfest miteinander verbunden. Weiterhin sind der Planetenträger der ersten Planetenstufe und das Hohlrad der zweiten Planetenstufe drehfest miteinander verbunden.
Die erste Bremse wirkt auf das erste Hohlrad, die zweite Bremse auf das zweite Hohlrad. Dies bedeutet, dass die erste Bremse ausgebildet ist, im geschlossenen Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad und einer ortsfesten Struktur, etwa dem Getriebegehäuse herzustellen. Entsprechend ist die zweite Bremse ausgebildet, im geschlossenen Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Hohlrad und der ortsfesten Struktur herzustellen.
Indem wahlweise die erste Bremse geschlossen und die zweite Bremse geöffnet o- der die erste Bremse geöffnet und die zweite Bremse geschlossen sind, lassen sich zwei Gangstufen mit unterschiedlichen Übersetzungen realisieren. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht dabei besonders kleine Gangsprünge möglich. Die erste Bremse und die zweite Bremse lassen sich weiterhin so ausgestalten, dass die Bremsen bei stoßartigen Belastungen rutschen. Auf diese Weise werden Belastungsspitzen ausgefiltert.
In einer bevorzugten Weiterbildung sind die erste Bremse und die zweite Bremse gleichzeitig schließbar, d.h. in den geschlossenen Zustand überführbar. Werden die erste Bremse und die zweite Bremse gleichzeitig geschlossen, besteht zugleich eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Hohlrad und der ortsfesten Struktur und zwischen dem zweiten Hohlrad und der ortsfesten Struktur. Die erste Planetenstufe und die zweite Planetenstufe sind infolgedessen mit der ortsfesten Struktur verblockt. Somit lässt sich ohne zusätzliche Bauteile die Funktion einer Haltebremse realisieren.
Eine Eingangswelle des Getriebes, d.h. eine Welle, über die ein zu einer Ausgangswelle des Getriebes zu übertragendes Eingangsdrehmoment in das Getriebe eingeleitet wird, ist vorzugsweise drehfest mit dem Sonnenrad der ersten Planetenstufe verbunden. Somit wird das Sonnenrad der ersten Planetenstufe über die Eingangswelle angetrieben. Insbesondere kann die Eingangswelle einstückig mit dem Sonnenrad der ersten Planetenstufe verbunden sein.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung weist das Getriebe eine dritte Planetenstufe mit einem drehfesten, d.h. drehfest in einer ortsfesten Struktur fixierten Hohlrad, einem drehbar gelagerten Planetenträger, einem oder mehreren drehbar in dem Planetenträger gelagerten Planetenräder und einem drehbar gelagerten Sonnenrad auf. Der Planetenträger der zweiten Planetenstufe ist dabei drehfest mit dem Sonnenrad der dritten Planetenstufe verbunden.
Zusätzlich weist das Getriebe bevorzugt eine vierte Planetenstufe mit einem drehfesten, d.h. drehfest in der ortsfesten Struktur fixierten Hohlrad, einem drehbar gelagerten Planetenträger, einem oder mehreren drehbar in dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern und einem drehbar gelagerten Sonnenrad auf. Der Planetenträger der dritten Planetenstufe ist drehfest mit dem Sonnenrad der vierten Planetenstufe verbunden. Die Ausgangswelle des Getriebes ist in einer bevorzugten Weiterbildung drehfest mit dem Planetenträger der vierten Stufe verbunden. Insbesondere können der Planetenträger der vierten Planetenstufe und die Ausgangswelle einstückig miteinander verbunden sein.
Das erfindungsgemäße Getriebe oder eine Weiterbildung dieses Getriebes eignen sich besonders zur Verwendung in einer Tunnelbohrmaschine. Eine solche Maschine weist neben mindestens einem Motor bevorzugt ein mit einer Eingangswelle weitergebildetes Getriebe auf. Dabei ist ein Rotor des Motors drehfest mit der Eingangswelle verbunden. Der Motor treibt also die Eingangswelle an. Darüber hinaus weist die Tunnelbohrmaschine einen Bohrkopf auf, der bevorzugt drehfest mit einer Ausgangswelle des Getriebes verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass das erfindungsgemäße Getriebe oder eine Weiterbildung dieses Getriebes blockiert wird, in dem die erste Bremse und die zweite Bremse gleichzeitig geschlossen werden. Das Blockieren des Getriebes ist gleichbedeutend mit einer drehfesten Fixierung mindestens der Ausgangswelle. Vorliegend werden sowohl die Ausgangswelle als auch die Eingangswelle durch Schließen der ersten Bremse und der zweiten Bremse drehfest fixiert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 ein Getriebe für eine Tunnelbohrmaschine.
Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe weist eine erste Planetenstufe 101 , eine zweite Planetenstufe 103, eine dritte Planetenstufe 105 und eine vierte Planetenstufe 107 auf. Ein Sonnenrad 109 der ersten Planetenstufe 101 ist drehfest mit einer Eingangswelle 111 verbunden. Die Eingangswelle 111 wiederum wird von einem Motor 113 angetrieben. Neben dem Sonnenrad 109 weist die erste Planetenstufe 101 Planetenräder 113, einen drehbar gelagerten Planetenträger 115 und ein drehbar gelagertes Hohlrad 117 auf. Die Planetenräder 113 der ersten Planetenstufe 109 sind drehbar in dem Planetenträger 113 gelagert und kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 109 und dem Hohlrad 117 der ersten Planetenstufe 101.
Der Planetenträger 115 der ersten Planetenstufe 101 ist drehfest mit einem drehbar gelagerten Hohlrad 119 der zweiten Planetenstufe 103 verbunden. Neben dem Hohlrad 119 weist die zweite Planetenstufe 103 ein drehbar gelagertes Sonnenrad 121 , einen drehbaren Planetenträger 125 und drehbar in dem Planetenträger 125 gelagerte Planetenräder 127 auf. Die Planetenräder 127 der zweiten Planetenstufe 103 kämmen jeweils mit dem Hohlrad 119 und dem Sonnenrad 121 der zweiten Planetenstufe 103.
Zwischen dem Sonnenrad 109 der ersten Planetenstufe 101 und dem Sonnenrad 121 der zweiten Planetenstufe 103 besteht eine drehfeste Verbindung. Weiterhin besteht eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger 125 der zweiten Planetenstufe 103 und einem Sonnenrad 129 der dritten Planetenstufe 105.
Das Sonnenrad 129 der dritten Planetenstufe 105 ist ebenso wie ein Planetenträger 131 der dritten Planetenstufe 105 drehbar gelagert. Ein Hohlrad 133 der dritten Planetenstufe 105 hingegen ist drehfest in einem Getriebegehäuse 135 fixiert. Planetenräder 137 der dritten Planetenstufe 105 sind drehbar in dem Planetenträger 131 der dritten Planetenstufe 105 gelagert und kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 129 und dem Hohlrad 133 der dritten Planetenstufe 105.
Auch zwischen dem Planetenträger 131 der dritten Planetenstufe 105 und einem Sonnenrad 139 der vierten Planetenstufe 107 besteht eine drehfeste Verbindung. Die vierte Planetenstufe 107 ist analog zu der dritten Planetenstufe 105 aufgebaut und weist entsprechend neben dem Sonnenrad 139 einen drehbar gelagerten Planetenräder 141 und ein drehfest in dem Getriebegehäuse 135 fixiertes Hohlrad 143 auf. Planetenräder 145 der vierten Planetenstufe 107 sind drehbar in dem Planetenträ- ger 141 der vierten Planetenstufe gelagert und kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 139 und dem Hohlrad 143 der vierten Planetenstufe 107.
Eine Ausgangswelle 147 ist drehfest mit dem Planetenträger 141 der vierten Planetenstufe 107 verbunden. Über die Ausgangswelle 147 wird ein Bohrkopf der Tunnelbohrmaschine angetrieben.
Mittels einer ersten Bremse 149 und einer zweiten Bremse 151 lassen sich zwei Gänge schalten. Die Gänge zeichnen sich durch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 111 und der Ausgangswelle 147 aus. Durch wahlweises Schließen der ersten Bremse 149 und/oder der zweiten Bremse 151 lassen sich entsprechend zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle 111 und der Ausgangswelle 147 realisieren.
Ein erster Gang bzw. ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 111 und der Ausgangswelle 147 kommt durch Schließen der ersten Bremse 149 und Öffnen der zweiten Bremse 151 zustande. Die erste Bremse 149 wirkt dabei auf das Hohlrad 117 der ersten Planetenstufe 101. Zwischen dem Hohlrad 117 der ersten Planetenstufe 101 und dem Getriebegehäuse 135 entsteht entsprechend eine drehfeste Verbindung. Demgegenüber ist das Hohlrad 119 der zweiten Planetenstufe 103 bei geöffneter zweiter Bremse 151 relativ zu dem Getriebegehäuse 135 verdrehbar.
Ein zweites Übersetzungsverhältnis bzw. ein zweiter Gang kommt durch Schließen der zweiten Bremse 151 und Öffnen der ersten Bremse 149 zustande. Die zweite Bremse 151 wirkt auf das Hohlrad 119 der zweiten Planetenstufe 103. Entsprechend entsteht durch Schließen der zweiten Bremse eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlrad 119 der zweiten Planetenstufe 103 und dem Getriebegehäuse 135 zustande. Bei geöffneter erster Bremse 149 ist das erste Hohlrad 117 der ersten Planetenstufe 103 hingegen relativ zu dem Getriebegehäuse 135 verdrehbar.
Die Funktion einer Haltebremse lässt sich durch gleichzeitiges Schließen der ersten Bremse 149 und der zweiten Bremse 151 realisieren. Werden beide Bremsen 149, 151 gleichzeitig geschlossen, sind die Hohlräder 117, 119 der ersten Planetenstufe 101 und der zweiten Planetenstufe 103 zeitgleich drehfest mit dem Getriebegehäuse 135 verbunden. Hierdurch wird das Getriebe blockiert. Insbesondere kommt eine drehfeste Verbindung zwischen der Eingangswelle 111 und dem Getriebegehäuse 135 sowie zwischen der Ausgangswelle 147 und dem Getriebegehäuse 135 zustande.
Bezuqszeichen
101 erste Planetenstufe
103 zweite Planetenstufe
105 dritte Planetenstufe
107 vierte Planetenstufe
109 Sonnen rad der ersten Planetenstufe
111 Eingangswelle
113 Planeten rad der ersten Planetenstufe
115 Planetenträger der ersten Planetenstufe
117 Hohlrad der ersten Planetenstufe
119 Hohlrad der zweiten Planetenstufe
121 Sonnenrad der zweiten Planetenstufe
123 Planeten rad der zweiten Planetenstufe
125 Planetenträger der zweiten Planetenstufe
127 Planetenrad
129 Sonnen rad der dritten Planetenstufe
131 Planetenträger der dritten Planetenstufe
133 Hohlrad der dritten Planetenstufe
135 Getriebegehäuse
137 Planeten rad der dritten Planetenstufe
139 Sonnenrad
141 Planetenträger der vierten Planetenstufe
143 Hohlrad
145 Planetenrad der vierten Planetenstufe
147 Ausgangswelle
149 erste Bremse
151 zweite Bremse