Der Name "Planetenräder" rührt daher, dass diese Räder bei stillstehendem Sonnenrad oder stillstehendem Hohlrad gleichzeitig zwei Bewegungen ausführen.
 

So funktioniert das Planetengetriebe

Sunn, Sunn, Sunn, schau sie kummt!

12.11.2014 Online Redaktion

Planetengetriebe, auch Umlaufgetriebe, sind Maschinenbausteine, die mit einigen sehr vorteilhaften Eigenschaften gesegnet sind und daher in allerhand Anwendungen glänzen. Sie fungieren als Verteiler- oder Summiergetriebe, als sehr kompakte Übersetzungsstufen und als Kernstück klassischer Automatikgetriebe.

Der Aufbau eines Planetengetriebes

In seiner einfachsten Form besteht ein Planetengetriebe aus drei koaxialen Wellen, die über speziell angeordnete Zahnräder miteinander interagieren. Mit der innersten Welle verbunden ist das sogenannte Sonnenrad, es ist außenverzahnt und kämmt mit den es umkreisenden (meist drei) Planetenrädern. Diese Planeten sind im Planetenträger, der eins ist mit der zweiten Welle, um ihre eigene Achse frei drehbar gelagert. Ganz außen findet sich das innenverzahnte Hohlrad, das erstens ebenfalls mit den Planetenrädern kämmt und zweitens mit der äußersten der drei Wellen zusammengehört. Durch den Aufbau ergibt sich, dass die Drehzahlen von Sonnenrad, Planetenträger und Hohlrad voneinander abhängig sind, bei zwei vorgegebenen ergibt sich die dritte zwangsläufig. Hier sei noch angemerkt, dass die verwendeten Adjektive „innerst“ und „äußerst“ strenggenommen nur zutreffen, wenn alle Wellen das Getriebe auf der gleichen Seite verlassen. Das ist aber keineswegs immer der Fall, auch in der folgenden Grafik nicht.

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Es ist übrigens durchaus Verwandtschaft mit dem Kegelraddifferential auszumachen, der große Unterschied ist die Ausrichtung der Planetenachsen. in Kegelraddifferentialen liegen sie normal zur Hauptdrehachse, in Planetengetrieben parallel dazu.

Die Anwendung eines Planetengetriebes

Zweiwellenbetrieb

Ist nur eine einfache Getriebestufe gewünscht, so spricht man von Zweiwellenbetrieb. In diesem Fall ist eine der Wellen nicht drehbar, während die anderen beiden für An- respektive Abtrieb zuständig sind. Bliebe beispielsweise der Planetenträger starr – man nennt diese Konfiguration Standbetrieb -, so führte die Sonne als Antrieb zu einer Übersetzung ins Langsame, ein angetriebenes Hohlrad hingegen zu einer Übersetzung ins Schnelle. Mit einem einzigen Planetenradsatz lassen sich also mehrere Übersetzungsverhältnisse (deren genaue Werte die Zähnezahlen von Sonne und Hohlrad bestimmen) darstellen, je nachdem, was dreht und was steht.

Klassische Automatikgetriebe machen sich diese Eigenschaft zunutze, indem mittels Lamellenkupplungen variiert wird, was gerade starr ist, was an- und was abtreibt. Der Schaltvorgang an sich besteht aus dem Öffnen und Schließen der jeweils passenden Kupplungen und kann auch unter Last erfolgen. Ein normaler Planetenradsatz schafft drei verschiedene Übersetzungen (plus deren Reziprokwerte), durch mehrere sequentielle Sätze lässt sich diese Zahl weiter erhöhen. Die Kunst ist nun, dem Motor alle gewünschten Gänge unter Einsatz möglichst weniger Planetensätze zur Verfügung zu stellen. Hilfreich sind dabei Sonderformen wie der Ravigneaux-Satz, der ungefähr einem um ein zusätzliches Sonnenrad – als vierte Welle – und einen zusätzlichen Satz Planetenräder (nun hat auch die Zähnezahl der Planeten Einfluss auf die Übersetzung) erweiterten einfachen Planetenradsatz entspricht. Ravigneaux-Sätzen sind ob der größeren Anzahl von Variablen mehr Gänge zu entlocken – eine Viergangautomatik inklusive Retourgang braucht nur einen einzigen solchen Satz – und sie sind daher in entsprechend vielen Getrieben anzutreffen. Auch die berühmten Fahradnabenschaltungen von Rohloff basieren auf in Serie geschalteten Ravigneaux-Sätzen (das Coverbild des Beitrages zeigt einen solchen).

Ein sehr gut erklärendes Video zum Thema „Wie schaltet ein Ravigneaux-Satz?“ finden Sie hier. In diesem Video geschieht der Abtrieb immer über das große, graue Hohlrad, das gerade treibende Element wird jeweils weiß hervorgehoben.

Dreiwellenbetrieb

Im Dreiwellenbetrieb drehen sich stets – man ahnt es – alle drei Wellen. Bei zwei Antrieben und einem Abtrieb handelt es sich um ein Summiergetriebe, im umgekehrten Fall um ein Verteilergetriebe. Letztere finden oft als Mitteldifferentiale in Allradfahrzeugen Verwendung. In älteren X-BMWs geschieht der Antrieb über den Planetenträger, während das Hohlrad für den Abtrieb gen Hinterachse zuständig ist und das Sonnenrad die Vorderachse beaufschlägt. Durch die unterschiedlichen Durchmesser von Hohl- und Sonnenrad kann die Drehmomentaufteilung nicht Fifty-fifty sein, es ergibt sich eine – erwünschte – hecklastige Momentenverteilung. Der Lancia Delta Integrale vertraut andererseits auf das Hohlrad als Antrieb, den Planetenträger als Hinterachsattaché und die Sonne für vorne. Diese Konfiguration ergibt eine – ebenfalls erwünschte – frontlastige Aufteilung. Gleich normalen Kegelraddifferentialen lassen ungesperrte Planetendifferentiale beliebige Drehzahlunterschiede zwischen den Abtrieben zu.

Summiergetriebe sind quasi inverse Differentiale, sie dienen der Vereinigung zweier separater Leistungszweige. Das geschieht zum Beispiel im Toyota Prius, der seine beiden Elektromotoren und den Benziner mittels eines Planetengetriebes zusammenspannt. Treibende und Getriebene wechseln die Rollen in diesem technischen Juwel frei nach dem gerade akuten Betriebszustand, außerdem sind Profanitäten wie eine Kupplung oder ein klassisches Stufengetriebe nicht nötig.

  • P.E.

    Wie soll das mit den 4 + 2 Übersetzungen funktionieren?
    Welche Übersetzungsverhältnisse lassen sich damit realisieren?
    Bitte ausführlicher und mit mehreren (animierten) Bildern erklären!
    Danke P.E.

    • P.E.

      Ideal wäre eine interaktive 3D Animation, die man von allen Seiten betrachten kann und wo sich die Zahnräder langsam drehen …
      Und dass dann für alle 4+2 Übersetzungen …
      Wow, das würde mich schwer beeindrucken.
      LG P.E.

  • Herbieneu

    Sehr interessante Beiträge!

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