Planetengetriebe

Planetengetriebe sind Zahnradgetriebe, die durch ihre kompakte Bauform und ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten eine weite Verbreitung in der industriellen Antriebstechnik haben. Sie unterscheiden sich von anderen Getriebearten hauptsächlich dadurch, dass ein Teil der Zahnräder nicht ortsfest gelagert ist, sondern eine Umlaufbewegung ausführt. Daher werden Planetengetriebe offiziell auch als Umlaufrädergetriebe bezeichnet. Die umgangssprachliche Namensgebung eines Planetengetriebes erfolgt aus der Analogie der Laufbahnen von Planeten in einem Sonnensystem. Mehrere Stirnräder laufen dabei zwischen einem außenverzahnten und innenverzahnten Zahnrad.

Aufbau und Funktion von Planetengetrieben

Die wesentlichen Bestandteile eines Planetengetriebes können in vier Hauptkomponenten aufgeteilt werden. In der Mitte des Getriebes befindet sich das Sonnenrad mit Außenverzahnung, welches vom Motor angetrieben wird. Die Kraft wird auf die umlaufenden Stirnräder, sogenannte Planetenräder, übertragen. Diese sind auf einem Planetenträger gelagert, welcher gleichzeitig die Abtriebswelle bildet und die Kraftübertragung am Abtrieb sicherstellt. Die Umlaufbahn der Planetenräder wird durch ein Zahnrad mit Innenverzahnung, dem sogenannten Hohlrad, begrenzt. Dieses bildet meistens gleichzeitig auch einen Teil des Getriebegehäuses.
 
Die Zähnezahl der Planetenräder kann in der Theorie frei gewählt werden, da sie keinen Einfluss auf das Gesamtübersetzungsverhältnis hat. Sie sind lediglich für die Übertragung des Drehmoments verantwortlich. Üblicherweise sind der An- und Abtrieb bei Planetengetrieben koaxial angeordnet. Dadurch und durch die Bedingung, dass alle im Eingriff befindlichen Zahnräder den gleichen Modul haben müssen, ergibt sich durch die Gleichung für den Teilkreisdurchmesser d=m*z folgende Bedingung für die Zähnezahl der Planetenräder (bitte beachten: Zähnezahl des Hohlrads ist immer negativ).

m(z_{1}+2z_{p}+z_{2}) = 0 \rightarrow z_{p} = \frac{-z_{1}-z_{2}}{2}

Die Zähnezahl der Planetenräder entspricht somit bei einfachen Planetengetrieben immer der halben Differenz zwischen Antriebs- und Abtriebszähnezahl.
 
Die Anzahl der Planetenräder kann variieren, beträgt aber bei industriellen Anwendungen mindestens drei. Bei steigender Anzahl der Planetenräder kann durch eine dabei stattfindende Lastverteilung auf eine größere Anzahl an Zahneingriffen das übertragbare Drehmoment erhöht werden.

Eigenschaften

Da ein Planetengetriebe mehrere Planetenräder enthält, entstehen während des Betriebes mehrere Zahneingriffe zur selben Zeit. Diese Leistungsverzweigung sorgt dafür, dass ein, verglichen mit anderen Getriebearten, höherer Wirkungsgrad und somit auch ein höheres übertragbares Drehmoment bei kompakterer Bauweise möglich ist.
Die Übersetzung eines Planetengetriebes ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen Hohlrad und Sonnenrad. Wird die Größe des Hohlrades konstant gehalten, kann man durch Veränderung der Zähnezahl des Sonnenrades und der Planetenräder die Übersetzung verändern. Je kleiner man das Sonnenrad wählt, desto größer wird die Übersetzung. Technisch bedingt sollte eine Übersetzung nicht größer als 10:1 gewählt werden, da ansonsten die Zähnezahl des Sonnenrads zu klein wird. Benötigt man dennoch eine höhere Übersetzung, können mehrere Planetenradsätze im selben Hohlrad oder in zwei fest verbundenen Hohlrädern aneinandergereiht werden. Diese Konstellation wird dann als mehrstufiges Planetengetriebe bezeichnet.
Planetengetriebe sind für Links- und Rechtslauf sowie für Dauer-, Wechsel- und Aussetzbetrieb geeignet.

Vorteile von Planetengetriebe

– Kompakte Bauweise
– Hohe Drehmomentübertragung möglich
– Hoher Wirkungsgrad
– Hohe Übersetzungen realisierbar
– Koaxiale Anordnung der An- und Abtriebswelle
– Breites Anwendungsspektrum
– Zwei- oder Dreiwellenbetrieb möglich zur Verwendung als Schaltgetriebe

Anwendungsgebiete von Planetengetrieben

Aufgrund der vielen Vorteile beschränkt sich die Anwendung von Planetengetrieben nicht mehr nur auf den industriellen Einsatz, mittlerweile sind sie in vielen Bereichen zu finden. Ein Fahrrad mit Nabenschaltung hat zum Beispiel mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit ein Planetengetriebe verbaut. In einem Automatikgetriebe von Kraftfahrzeugen befindet sich ebenfalls eine Kombination aus mehreren hintereinander angeordneten Umlaufrädergetrieben. Weitere Anwendungsgebiete können sein:

– Einsatz in Windkraftanlagen- Anwendung in der Gerätetechnik wie z.B. Mähroboter
– Antrieb von Seilwinden, Baukränen und Rührmaschinen im Bausektor
– Antrieb von Operationstischen in der Medizintechnik
– Im Straßenverkehr zum Betrieb von Schrankensystemen

In der industriellen Anwendung werden Planetengetriebe ebenfalls in großem Umfang angewendet. Hierbei sind die Getriebe für die Wandlung von Drehzahl und Drehmoment in elektrischen Anlagen und Maschinen verantwortlich. Planetengetriebe können dabei an jegliche Art von Elektromotor wie z.B. Servomotor, Gleichstrommotor oder Schrittmotor angebaut werden. Durch die Wahl des richtigen Getriebes kann so die Leistung des Motors und dadurch die Größe möglichst gering gehalten werden. Mögliche Einsatzgebiete sind:

– Antrieb von Maschinentischen
– Einsatz in der Fördertechnik für Förderbänder
– Antrieb von Robotern