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Gebiet der Erfindung
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Die Offenbarung betrifft Planetengetriebe und ein Verfahren zum Betreiben eines Planetengetriebes.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind spielfreie Planetengetriebe bekannt, wobei Verzahnungsbauteile eines Planetengetriebes mechanisch verspannt werden. Durch die Verwendung spielfreier Getriebe können insbesondere einmal angefahrene Positionen gehalten werden. Das Halten der angefahrenen Position spielt unter anderem in industriellen Anwendungen eine Rolle, beispielsweise bei CNC Maschinen.
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Allerdings weisen aus dem Stand der Technik bekannte spielfreie Planetengetriebe in verspanntem Zustand eine erhöhte Belastung der Verzahnungsbauteile oder erhöhte Verluste im drehenden Betrieb auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Offenbarung ist es, ein Planetengetriebe und ein Verfahren zum Betreiben eines Planetengetriebes anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert sind. Insbesondere sollte ein Planetengetriebe angegeben werden, welches spielfrei genutzt werden kann, geringere Belastungen der Verzahnungsbauteile oder geringere Verluste im Betrieb aufweist.
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Die Aufgabe wird mit einem Planetengetriebe gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Planetengetriebe angegeben, umfassend einen ersten Getriebeteil mit einer Klemmvorrichtung, und einen relativ zu dem ersten Getriebeteil drehbaren zweiten Getriebeteil mit einem Getriebeteilkörper, einem Festkörpergelenk und einem Klemmteil, welcher über das Festkörpergelenk mit dem Getriebeteilkörper verbunden ist. Die Klemmvorrichtung ist dazu eingerichtet, in einem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung den Klemmteil des zweiten Getriebeteils einzuklemmen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Planetengetriebes nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen angegeben. Das Verfahren umfasst ein Öffnen der Klemmvorrichtung zum Freigeben des zweiten Getriebeteils. Das Verfahren umfasst ein Schließen der Klemmvorrichtung zum Halten des zweiten Getriebeteils.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst ein Planetengetriebe ein Sonnenrad. Typischerweise ist das Sonnenrad drehfest mit einer ersten Welle des Planetengetriebes verbunden. Die erste Welle kann hierin auch als Antriebswelle des Planetengetriebes bezeichnet werden. Die erste Welle ist typischerweise um die Drehachse des Planetengetriebes drehbar, insbesondere drehbar an einem Gehäuse des Planetengetriebes gelagert. Die erste Welle und das Sonnenrad können zur Verbindung mit einer Welle eingerichtet sein, insbesondere zur Verbindung mit der Welle eines Antriebs, beispielsweise eines Motors.
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Typischerweise umfasst das Planetengetriebe ein Hohlrad. Bei Ausführungsformen ist das Hohlrad drehfest mit einem Gehäuse des Planetengetriebes verbunden.
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Insbesondere kann das Hohlrad einstückig mit dem Gehäuse des Planetengetriebes ausgebildet sein. Das Gehäuse umfasst typischerweise mehrere Gehäuseteile. Bei Ausführungsformen ist das Gehäuse zur drehfesten Verbindung mit einem Antrieb oder einer anzutreibenden Vorrichtung eingerichtet. Insbesondere kann das Gehäuse einen Gehäuseflansch aufweisen.
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Bei Ausführungsformen umfasst das Planetengetriebe einen Planetenradträger. Der Planetenradträger ist typischerweise drehfest mit einer zweiten Welle des Planetengetriebes verbunden. Insbesondere kann der Planetenradträger einstückig mit der zweiten Welle ausgebildet sein. Die zweite Welle kann hierin auch als Abtriebswelle bezeichnet werden. Die zweite Welle kann als Vollwelle oder als Hohlwelle ausgebildet sein. Typischerweise ist die zweite Welle zur Verbindung mit einer Welle einer anzutreibenden Vorrichtung eingerichtet. Beispielsweise kann die zweite Welle einen Flansch zur Verbindung mit einer Welle einer anzutreibenden Vorrichtung aufweisen. Die zweite Welle ist typischerweise auf einer der ersten Welle gegenüberliegenden Seite des Planetengetriebes angeordnet. Typischerweise sind die erste Welle und die zweite Welle koaxial angeordnet. Die Begriffe „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ beziehen sich hierin insbesondere auf die Drehachse des Planetengetriebes. Typischerweise sind ein oder mehrere Planetenräder des Planetengetriebes in Eingriff mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad angeordnet. Die Planetenräder sind typischerweise jeweils auf einem Stift oder Bolzen des Planetenradträgers drehbar bezüglich des Planetenradträgers gelagert.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Planetengetriebe einen ersten Getriebeteil mit einer Klemmvorrichtung. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung drehfest mit dem ersten Getriebeteil verbunden. Bei Ausführungsformen umfasst der erste Getriebeteil das Gehäuse des Planetengetriebes. Insbesondere ist die Klemmvorrichtung drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung in dem Gehäuse angeordnet.
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Typischerweise umfasst das Planetengetriebe einen relativ zu dem ersten Getriebeteil drehbaren zweiten Getriebeteil. Der zweite Getriebeteil ist insbesondere um die Drehachse des Planetengetriebes relativ zu dem ersten Getriebeteil drehbar. Typischerweise umfasst der zweite Getriebeteil einen Getriebeteilkörper, ein Festkörpergelenk und einen Klemmteil. Typischerweise ist der Klemmteil über das Festkörpergelenk mit dem Getriebeteilkörper verbunden. Das Festkörpergelenk kann insbesondere als Federgelenk ausgebildet sein. Typischerweise umfasst der zweite Getriebeteil, insbesondere der Getriebeteilkörper des zweiten Getriebeteils, den Planetenradträger des Planetengetriebes oder die zweite Welle. Typischerweise sind das Festkörpergelenk und der Klemmteil drehfest mit dem Planetenradträger oder der zweiten Welle verbunden, insbesondere mit dem Planetenradträger und der zweiten Welle.
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Bei typischen Ausführungsformen ist die Klemmvorrichtung des ersten Getriebeteils für einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand eingerichtet. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung dazu eingerichtet ist, in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung den Klemmteil des zweiten Getriebeteils einzuklemmen.
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Bei Ausführungsformen klemmt die Klemmvorrichtung in dem geschlossenen Zustand den Klemmteil in Umfangsrichtung um die Drehachse des Planetengetriebes spielfrei fest. Insbesondere ist der zweite Getriebeteil in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung durch einen Reibschluss zwischen der Klemmvorrichtung und dem Klemmteil spielfrei festgeklemmt. In dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung kann der zweite Getriebeteil drehfest zur Klemmvorrichtung gehalten werden, insbesondere bei Stillstand des zweiten Getriebeteils.
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Typischerweise ist die Klemmvorrichtung dazu eingerichtet, in dem geöffneten Zustand der Klemmvorrichtung den Klemmteil nicht einzuklemmen. Typischerweise ist der zweite Getriebeteil in dem geöffneten Zustand relativ zu dem ersten Getriebeteil drehbar, insbesondere frei drehbar. Ausführungsformen können beispielsweise den Vorteil bieten, dass eine angefahrene Position, beispielsweise eine Rotationsposition der Abtriebswelle, bei Stillstand eines Planetengetriebes durch Einklemmen des Klemmteils spielfrei gehalten werden kann, insbesondere auch gegen externe Kräfte. Belastungen von Verzahnungsbauteilen oder Verluste durch eine mechanische Verspannung von Verzahnungsbauteilen können vermieden werden. Im geschlossenen Zustand wird die Verzahnung des Planetengetriebes nicht mechanisch belastet.
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Gemäß typischen Ausführungsformen umfasst die Klemmvorrichtung einen ersten Klemmkörper und einen zweiten Klemmkörper. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung eingerichtet, den Klemmteil zwischen dem ersten Klemmkörper und dem zweiten Klemmkörper einzuklemmen. Typischerweise sind der erste Klemmkörper und der zweite Klemmkörper relativ zueinander beweglich. Insbesondere kann der erste Klemmkörper relativ zu dem zweiten Klemmkörper verschieblich gelagert sein. Bei Ausführungsformen ist der erste Klemmkörper verschieblich zu dem Gehäuse des Planetengetriebes gelagert, insbesondere axial verschieblich. Der zweite Klemmkörper kann fest mit dem Gehäuse verbunden sein, insbesondere einstückig mit Gehäuse ausgebildet sein. Beispielsweise kann der zweite Klemmkörper als Anschlag ausgebildet sein, insbesondere als mechanischer Anschlag für den zwischen dem Anschlag und dem ersten Klemmkörper einzuklemmenden Klemmteil. Bei Ausführungsformen sind der erste Klemmkörper oder der zweite Klemmkörper ringförmig ausgebildet, insbesondere ringförmig um die Drehachse des Planetengetriebes. Typischerweise sind der erste Klemmkörper und der zweite Klemmkörper aus Metall, beispielsweise aus Stahl, hergestellt.
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Bei Ausführungsformen umfasst die Klemmvorrichtung einen Aktor zum Bewegen des ersten Klemmkörpers relativ zu dem zweiten Klemmkörper. Der Aktor kann als linearer Aktor in axialer Richtung ausgebildet sein. Bei Ausführungsformen umfasst der Aktor einen beweglichen Kolben und einen Hubraum. Der erste Klemmkörper kann einstückig mit dem Kolben ausgebildet sein.
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Bei typischen Ausführungsformen ist der Aktor als hydraulischer oder pneumatischer Aktor ausgebildet. Das Planetengetriebe, insbesondere das Gehäuse des Planetengetriebes, kann einen hydraulischen oder pneumatischen Anschluss zum Betreiben des Aktors aufweisen. Der Anschluss steht typischerweise in fluidischer Verbindung mit dem Hubraum des Aktors. Insbesondere eine Ausführung als hydraulischer Aktor kann eine hohe Kraftdichte zum Einklemmen des Klemmteils oder beispielsweise ein schnelles Schalten zwischen dem geschlossenen Zustand und dem geöffneten Zustand der Klemmvorrichtung bereitstellen. Bei weiteren Ausführungsformen ist der Aktor als elektromechanischer oder elektromagnetischer Aktor oder als mechanisch zu betätigender Aktor, zum Beispiel als ein über einen Hebel zu betätigender Aktor, ausgebildet.
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Gemäß typischen Ausführungsformen umfasst die Klemmvorrichtung ein Rückstellelement zum Bewegen des ersten Klemmkörpers relativ zu dem zweiten Klemmkörper. Typischerweise ist das Rückstellelement zusätzlich zu dem Aktor in dem Planetengetriebe vorgesehen. Bei Ausführungsformen ist oder umfasst das Rückstellelement ein Federelement, insbesondere eine Mehrzahl von Federelementen. Das Federelement kann beispielsweise als Tellerfeder oder Tellerfederpaket ausgeführt sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Federelement eine Spiralfeder, eine Gasdruckfeder oder ein elastisches Material wie etwa einen Gummipuffer umfassen. Bei Ausführungsformen können mehrere Federelemente an verschiedenen Positionen in Umfangsrichtung angeordnet sein. Federelemente, insbesondere Tellerfedern, können Energie speichern und in gespanntem Zustand eine hohe Kraftdichte bereitstellen. Bei weiteren Ausführungsformen umfasst das Rückstellelement einen oder mehrere Permanentmagnete. Der erste Klemmkörper kann magnetisches Material umfassen, insbesondere ferromagnetisches Material.
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Typischerweise sind der Aktor und das Rückstellelement, insbesondere das Federelement, zum Bewegen des ersten Klemmkörpers in entgegengesetzte Richtungen eingerichtet. Bei typischen Ausführungsformen ist die Klemmvorrichtung bei energielosem Aktor in dem geschlossenen Zustand, beispielsweise bei einem drucklosen hydraulischen oder pneumatischen Aktor. Typischerweise ist bei energielosem Aktor der erste Klemmkörper durch das Rückstellelement gegen den Klemmteil und in Richtung des zweiten Klemmkörpers gedrückt. Insbesondere ist der Klemmteil durch die Kraft des Rückstellelements zwischen dem ersten Klemmkörper und dem zweiten Klemmkörper eingeklemmt. Eine energielos geschlossene Klemmvorrichtung kann beispielsweise eine Rotationsposition mit höherer Sicherheit halten.
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Typischerweise ist der Aktor dazu eingerichtet, bei Energiezufuhr an den Aktor den ersten Klemmkörper von dem zweiten Klemmkörper weg zu bewegen. Der Aktor kann dazu eingerichtet sein, bei Energiezufuhr den ersten Klemmkörper gegen eine Kraft des Rückstellelements, insbesondere gegen eine Federkraft eines Federelements, von dem zweiten Klemmkörper weg zu bewegen. Der erste Klemmkörper kann insbesondere derart bewegt werden, dass der Klemmteil nicht mehr zwischen dem ersten Klemmkörper und dem zweiten Klemmkörper eingeklemmt ist. Die Energiezufuhr kann beispielsweise bei einem hydraulischen oder pneumatischen Aktor durch eine Druckerhöhung in dem Hubraum des Aktors erfolgen. Die Druckerhöhung kann durch eine mit dem Hubraum fluidisch verbundene Hydraulikvorrichtung oder Pneumatikvorrichtung bereitgestellt werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Energiezufuhr durch elektrische oder mechanische Energiezufuhr erfolgen.
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Bei weiteren typischen Ausführungsformen ist die Klemmvorrichtung bei energielosem Aktor, insbesondere bei drucklosem Aktor, in dem geöffneten Zustand. Insbesondere ist das Rückstellelement eingerichtet, den ersten Klemmkörper von dem zweiten Klemmkörper weg zu bewegen. Der Aktor ist typischerweise eingerichtet, den ersten Klemmkörper bei Energiezufuhr an den Aktor auf den zweiten Klemmkörper zu zu bewegen, insbesondere gegen eine Kraft des Rückstellelements.
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In weiteren Ausführungsformen ist die Klemmvorrichtung ohne Rückstellelement ausgeführt. Bei energielosem Aktor, insbesondere bei drucklosem Aktor, ist die Klemmvorrichtung in dem geöffneten Zustand. Der Aktor ist typischerweise eingerichtet, den ersten Klemmkörper bei Energiezufuhr an den Aktor auf den zweiten Klemmkörper hin zu bewegen.
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Bei typischen Ausführungsformen ist der Klemmteil des zweiten Getriebeteils axial zwischen dem ersten Klemmkörper und dem zweiten Klemmkörper angeordnet. Typischerweise ist das Festkörpergelenk radial zwischen dem Klemmteil und einer radialen Befestigungsposition angeordnet, wobei die radiale Befestigungsposition zur Befestigung des Festkörpergelenks an dem Getriebeteilkörper vorgesehen ist.
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Bei Ausführungsformen umfasst der zweite Getriebeteil eine Scheibe, beispielsweise eine um die Drehachse des Planetengetriebes angeordnete Scheibe. Die Scheibe kann beispielsweise eine zentrale Öffnung um die erste Welle des Planetengetriebes aufweisen. Bei Ausführungsformen ist die Scheibe als Blechscheibe ausgebildet. Typischerweise umfasst die Scheibe den Klemmteil und das Festkörpergelenk. Die Scheibe kann einen Befestigungsteil zur festen Verbindung mit dem Getriebeteilkörper des zweiten Getriebeteils umfassen. Insbesondere kann der Befestigungsteil der Scheibe starr mit dem Getriebeteilkörper verbunden sein. Beispielsweise kann die Scheibe axial zwischen einem Haltering des zweiten Getriebeteils und dem Getriebeteilkörper befestigt sein, beispielsweise festgeschraubt sein. Typischerweise ist der Befestigungsteil an einer radialen Befestigungsposition zur Befestigung des Festkörpergelenks und des Klemmteils an dem Getriebeteilkörper vorgesehen, wobei das Festkörpergelenk radial zwischen der radialen Befestigungsposition und dem Klemmteil angeordnet ist. Typischerweise sind der Befestigungsteil, das Festkörpergelenk und der Klemmteil radial in dieser Reihenfolge angeordnet, insbesondere in dieser Reihenfolge von radial innen nach radial außen. Gemäß typischen Ausführungsformen ist die Scheibe als volle Scheibe ausgebildet. Bei weiteren Ausführungsformen ist die Scheibe als geschlitzte Scheibe, beispielsweise mit radialen Schlitzen in dem Klemmteil oder dem Festkörpergelenk, ausgebildet.
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Typischerweise stellt das Festkörpergelenk eine elastisch biegsame Verbindung zwischen dem Befestigungsteil oder dem Getriebeteilkörper und dem Klemmteil bereit. Insbesondere ist der Klemmteil über das Festkörpergelenk mit dem Befestigungsteil und insbesondere mit dem Getriebeteilkörper verbunden. Das Festkörpergelenk der Scheibe, insbesondere einer Blechscheibe, bildet beispielsweise ein Federgelenk aus. Scheiben gemäß Ausführungsformen können insbesondere verdrehsteif und in dem Bereich des Festkörpergelenks in axialer Richtung elastisch biegsam ausgebildet sein.
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Bei Ausführungsformen weist der Klemmteil oder ein zum Kontakt mit dem Klemmteil vorgesehener Teil der Klemmvorrichtung eine bearbeitete Oberfläche auf. Die bearbeitete Oberfläche ist insbesondere zum Reibschluss zwischen Klemmteil und Klemmvorrichtung vorgesehen. Die bearbeitete Oberfläche kann eine Oberflächenstrukturierung aufweisen, insbesondere eine reibwerterhöhende Oberflächenstrukturierung. Zum Beispiel kann die Oberflächenstrukturierung eine Strukturierung durch Laserbearbeitung aufweisen. Beispielsweise kann die Oberflächenstrukturierung radial ausgerichtete Linien umfassen. Bei Ausführungsformen kann die bearbeitete Oberfläche eine Beschichtung aufweisen, insbesondere eine reibwerterhöhende Beschichtung. Eine bearbeitete Oberfläche kann insbesondere den Vorteil aufweisen, dass der zweite Getriebeteil in dem geschlossenen Zustand bei höheren Drehmomenten zwischen Klemmteil und Klemmvorrichtung festgehalten werden kann.
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Bei weiteren typischen Ausführungsformen ist der Klemmteil glatt ausgeführt. Bei noch weiteren Ausführungsformen können der Klemmteil und die Klemmvorrichtung jeweils eine Verzahnung aufweisen, wobei die Verzahnungen zum formschlüssigen Eingriff miteinander angeordnet sind. Die Verzahnungen können beispielsweise auf der Scheibe sowie auf dem ersten Klemmkörper oder auf dem zweiten Klemmkörper angeordnet sein. Die Verzahnungen können als Hirth-Verzahnung ausgeführt sein.
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Bei typischen Ausführungsformen ist das Sonnenrad des Planetengetriebes an einer ersten Seite des Planetengetriebes zur Verbindung mit einer Welle eingerichtet. Insbesondere kann das Sonnenrad oder die mit dem Sonnenrad starr verbundene erste Welle des Planetengetriebes drehfest mit der Welle einer weiteren Vorrichtung verbunden werden, beispielsweise mit der Welle eines Antriebs zum Antreiben des Planetengetriebes. Die Welle des Antriebs kann typischerweise an der ersten Seite des Planetengetriebes mit der ersten Welle des Planetengetriebes drehfest verbunden werden. Typischerweise ist der Klemmteil oder die Klemmvorrichtung in Richtung der ersten Seite relativ zu dem Planetenradträger angeordnet. Insbesondere kann der Klemmteil in einem axialen Bereich der ersten Welle des Planetengetriebes angeordnet sein. Bei Ausführungsformen sind der Klemmteil, das Festkörpergelenk oder die Klemmvorrichtung in einem axialen Bereich der ersten Welle um die erste Welle angeordnet. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung in einem an der ersten Seite vorgesehenen Gehäuseteil des Gehäuses des Planetengetriebes angeordnet. Bei weiteren Ausführungsformen ist die Klemmvorrichtung um die zweite Welle angeordnet.
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Gemäß typischen Ausführungsformen weist die Klemmvorrichtung eine erste Anlagefläche zum Kontakt mit dem Klemmteil auf. Typischerweise ist die erste Anlagefläche schräg zu einer radialen Ebene des Planetengetriebes ausgerichtet. Unter einer radialen Ebene ist hierin insbesondere eine Ebene senkrecht zu der Drehachse des Planetengetriebes zu verstehen. Bei Ausführungsformen kann der erste Klemmkörper oder der zweite Klemmkörper die erste Anlagefläche aufweisen. Bei weiteren Ausführungsformen weist der erste Klemmkörper die erste Anlagefläche zum Kontakt des ersten Klemmkörpers mit dem Klemmteil auf. Der zweite Klemmkörper kann eine zweite Anlagefläche zum Kontakt des zweiten Klemmkörpers mit dem Klemmteil aufweisen.
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Typischerweise sind die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche schräg zu einer radialen Ebene des Planetengetriebes ausgerichtet. Bei einigen Ausführungsformen sind die erste Anlagefläche und die zweite Anlagefläche zumindest teilweise parallel zueinander ausgebildet. Der Winkel der Schrägung der ersten Anlagefläche oder der zweiten Anlagefläche kann insbesondere zumindest im Wesentlichen dem Kippwinkel des Klemmteils oder des Festkörpergelenks in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung entsprechen. Typischerweise ist der Winkel zwischen der ersten Anlagefläche oder der zweiten Anlagefläche und der radialen Ebene betragsmäßig mindestens 0,005°, insbesondere mindestens 0,01°, insbesondere mindestens 0,1°, oder maximal 15°, insbesondere maximal 10°. Typische Ausführungsformen können den Vorteil bieten, dass ein Knicken des Festkörpergelenks oder des Klemmteils, insbesondere am Übergang zwischen dem Festkörpergelenk und dem Klemmteil, vermieden oder reduziert werden kann. Die Vermeidung oder Reduktion von Spannungen oder Knicken in dem Festkörpergelenk oder Klemmteil kann beispielsweise eine Lebensdauer oder eine maximale Belastbarkeit des Festkörpergelenks oder des Klemmteils erhöhen.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Getriebeteilkörper des zweiten Getriebeteils einen Anlagekörper mit einer Kontaktseite zum Kontakt mit dem Festkörpergelenk oder mit dem Befestigungsteil. Bei Ausführungsformen ist der Anlagekörper drehfest mit dem Planetenradträger verbunden, insbesondere starr verbunden. Der Anlagekörper kann an der Kontaktseite radial in Richtung des Klemmteils eine Fase aufweisen. Die Fase kann insbesondere derart ausgeführt sein, dass eine Spannung in dem Festkörpergelenk oder ein Knicken des Festkörpergelenks an der Kontaktseite des Anlagekörpers reduziert oder vermieden wird, insbesondere in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung. Typischerweise umfasst der Anlagekörper einen radialen Befestigungsbereich, in dem das Festkörpergelenk an dem Anlagekörper befestigt ist. Beispielsweise kann eine Scheibe, welche das Festkörpergelenk, den Klemmteil und insbesondere einen Befestigungsteil umfasst, in dem radialen Befestigungsbereich an dem Anlagekörper befestigt sein. Insbesondere kann der Befestigungsteil in dem radialen Befestigungsbereich an der Kontaktseite des Anlagekörper befestigt sein. Die Kontaktseite des Anlagekörpers kann in dem radialen Befestigungsbereich im Wesentlichen radial ausgerichtet sein, insbesondere radial gerade ausgebildet sein.
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Die Fase ist typischerweise in einem an den Befestigungsbereich in Richtung des Klemmteils angrenzenden, radialen Bereich der Kontaktseite vorgesehen. Der an den Befestigungsbereich angrenzende radiale Bereich kann hierin auch als Anlagebereich bezeichnet werden.
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Bei einigen Ausführungsformen weist die Fase einen von der radialen Position abhängigen Winkel zu einer radialen Ebene des Planetengetriebes auf. Typischerweise nimmt der Winkel von einem Fasenanfangswinkel in radialer Richtung zu einem von dem Fasenanfangswinkel verschiedenen Fasenendwinkel zu. Typischerweise ist der Fasenendwinkel größer als 0,005°, insbesondere größer als 0,01°, oder kleiner als 15°, insbesondere kleiner als 10°. Beispielsweise kann der Winkel der Fase inkrementell über eine Anzahl N>1 von Inkrementen zunehmen. Die Winkel β
n der Inkremente können insbesondere gemäß Formel (1) ausgebildet sein, mit Zählvariable n=1...N und Fasenendwinkel α.
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Die Länge eines Inkrements beträgt l= L/N, wobei L eine Gesamtlänge der Fase ist. Bei Ausführungsformen beträgt die Gesamtlänge der Fase in radialer Richtung mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 1,5 mm, oder maximal 20 mm, insbesondere maximal 10 mm.
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Bei Ausführungsformen ist das Planetengetriebe einstufig. Bei weiteren Ausführungsformen ist das Planetengetriebe mehrstufig ausgeführt, beispielsweise zweistufig oder dreistufig. Das Planetengetriebe kann als Teil eines Getriebes mit weiteren Getriebestufen ausgeführt sein, beispielsweise mit einem Winkelgetriebe. Gemäß typischen Ausführungsformen, bei welchen ein hierin beschriebenes Planetengetriebe als Stufe eines mehrstufigen Getriebes ausgeführt ist, ist das Planetengetriebe als Endstufe oder Abtriebsstufe des mehrstufigen Getriebes ausgeführt.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst das Planetengetriebe ein Maschinenbett für eine Maschine, wobei das Gehäuse des Planetengetriebes mit dem Maschinenbett verbunden ist. Insbesondere kann das Maschinenbett für eine ortsfeste Maschine, beispielsweise für einen Roboter ausgebildet sein.
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Gemäß typischen Ausführungsformen ist eine Maschine mit einem Planetengetriebe gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen angegeben. Die Maschine kann insbesondere eine ortsfeste Maschine, beispielsweise ein Roboter, sein. Die Maschine kann einen mit dem Planetengetriebe verbundenen Antrieb zum Antreiben des Planetengetriebes umfassen. Der Antrieb kann ein Motor sein, insbesondere ein Elektromotor. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Maschine einen Controller. Insbesondere kann der Controller eingerichtet sein, eine oder mehrere Operationen gemäß hierin beschriebenen Verfahren auszuführen.
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Gemäß Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Betreiben eines Planetengetriebes angegeben, insbesondere zum Betreiben eines hierin beschriebenen Planetengetriebes. Typischerweise umfasst das Verfahren ein Öffnen der Klemmvorrichtung zum Freigeben des zweiten Getriebeteils. Die Klemmvorrichtung geht typischerweise von dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand über. Typischerweise ist der zweite Getriebeteil nach dem Öffnen relativ zu dem ersten Getriebeteil drehbar. Insbesondere ist der Klemmteil des zweiten Getriebeteils in dem geöffneten Zustand nicht von der Klemmvorrichtung eingeklemmt.
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Bei Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Schließen der Klemmvorrichtung zum Halten des zweiten Getriebeteils. Die Klemmvorrichtung geht insbesondere von dem geöffneten Zustand in den geschlossenen Zustand über. In dem geschlossenen Zustand ist der Klemmteil typischerweise von der Klemmvorrichtung eingeklemmt und insbesondere der zweite Getriebeteil relativ zu dem ersten Getriebeteil festgesetzt.
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Gemäß Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Verbinden des Planetengetriebes mit einem Motor, insbesondere mit einem Elektromotor. Typischerweise wird eine Welle des Motors mit einer ersten Welle des Planetengetriebes verbunden. Insbesondere kann die erste Welle drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden sein. Typischerweise ist der Getriebeteilkörper des zweiten Getriebeteils starr mit einer zweiten Welle, insbesondere der Abtriebswelle des Planetengetriebes, verbunden. Das Planetengetriebe kann mit einer Vorrichtung zum Antreiben eines Aktors der Klemmvorrichtung verbunden werden. Das Planetengetriebe oder die Vorrichtung zum Antreiben des Aktors kann mit einem Controller zur Steuerung des Planetengetriebes verbunden werden, insbesondere zum Schalten der Klemmvorrichtung zwischen dem geschlossenen Zustand und dem geöffneten Zustand. Bei Ausführungsformen weist der Motor einen Positionsregler auf, insbesondere zum Regeln einer Rotationsposition des Motors. Der Positionsregler kann außerhalb eines Motorgehäuses des Motors angeordnet sein, beispielsweise in einem Umrichter des Motors.
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Typische Verfahren umfassen ein Einschalten einer Maschine umfassend den Motor und das Planetengetriebe. Das Einschalten umfasst typischerweise die Inbetriebnahme des Motors, insbesondere des Positionsreglers. Bei Ausführungsformen umfasst das Einschalten die Inbetriebnahme eines Aktors der Klemmvorrichtung oder einer Vorrichtung zum Antreiben des Aktors. Typischerweise ist die Klemmvorrichtung vor dem Einschalten in dem geschlossenen Zustand.
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Typischerweise umfasst das Verfahren nach dem Einschalten ein Regeln der Rotationsposition des Motors, wobei insbesondere die Motordrehzahl des Motors null ist. Das Drehmoment des Motors kann ungleich Null sein. Bei Ausführungsformen wird die Klemmvorrichtung während des Regelns der Position zum Freigeben des zweiten Getriebeteils geöffnet.
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Bei typischen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Anfahren einer ersten Rotationsposition unter Verwendung des Motors. Typischerweise erfolgt das Anfahren der ersten Rotationsposition nach dem Öffnen der Klemmvorrichtung. Typischerweise umfasst das Verfahren ein Halten der ersten Rotationsposition mittels einer Positionsregelung durch den Positionsregler. Typischerweise ist eine Motordrehzahl des Motors während des Haltens der ersten Rotationsposition null. Bei typischen Ausführungsformen erfolgt das Schließen der Klemmvorrichtung während des Haltens der ersten Rotationsposition.
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Gemäß typischen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ein Beenden der Positionsregelung nach dem Schließen der Klemmvorrichtung. Das Beenden der Positionsregelung kann beispielsweise durch eine Reglerfreigabe erfolgen oder indem der Motor stromlos geschaltet wird. Typischerweise werden der zweite Getriebeteil und insbesondere die Abtriebswelle nach Beendigung der Positionsregelung über den festgeklemmten Klemmteil festgehalten. Insbesondere kann die Abtriebswelle in einem ausgeschalteten Zustand, einem nicht positionsgeregelten Zustand oder einem stromlosen Zustand des Motors spielfrei festgehalten werden.
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Typischerweise kann eine weitere Rotationsposition angefahren werden, indem das Verfahren mit dem Regeln der Rotationsposition wie hierin beschrieben fortgeführt wird. Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die Maschine ausgeschaltet werden. Eine weitere Rotationsposition kann angefahren werden, indem das Verfahren mit dem Einschalten der Maschine wie hierin beschrieben fortgeführt wird.
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Typische Ausführungsformen bieten gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine angefahrene Rotationsposition gehalten werden kann, insbesondere im Stillstand und gegen externe Kräfte. Die Rotationsposition kann durch ein Festklemmen des zweiten Getriebeteils insbesondere spielfrei festgesetzt werden. Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen können spielfrei verwendet werden, insbesondere ohne eine mechanische Verspannung von Verzahnungsbauteilen des Planetengetriebes. Verluste im drehenden Betrieb oder Belastungen der Verzahnungsbauteile können bei Ausführungsformen gegenüber bekannten Planetengetrieben reduziert sein. Insbesondere ist eine Verdrehsteifigkeit nicht durch die Verzahnung begrenzt.
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Ausführungsformen können ein im Stillstand spielfreies Planetengetriebe bereitstellen, bei dem im Stillstand auftretende Drehmomente über eine spielfreie Klemmung der Abtriebswelle beispielsweise auf das Gehäuse des Planetengetriebes übertragen werden können. Insbesondere kann der Abtrieb des Planetengetriebes, beispielsweise eines Präzisionsplanetengetriebes für industrielle Anwendungen, spielfrei und verdrehsteif festgesetzt werden. Ein weiterer Vorteil kann sein, dass eine Klemmvorrichtung gemäß Ausführungsformen kompakt ausgeführt werden kann und bauraumsparend in einem Planetengetriebe integriert werden kann. Planetengetriebe gemäß Ausführungsformen können einfach oder kostengünstig hergestellt werden. Beispielsweise sind typische Planetengetriebe ohne spezielle Verzahnungsteile herstellbar. Teile der Klemmvorrichtung sind beispielsweise kostengünstig aus Drehteilen, Wasserstrahlschneidteilen oder Normteilen herstellbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile und Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei die Figuren zeigen:
- 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines typischen Planetengetriebes;
- 2 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Schnittansicht einer weiteren typischen Ausführungsform eines Planetengetriebes;
- 3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Schnittansicht eines typischen Planetengetriebes;
- 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Anlagekörpers gemäß einer typischen Ausführungsform;
- 5 zeigt einen Graphen zum Verlauf einer Fase eines Anlagekörpers;
- 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Anlagekörpers gemäß einer weiteren typischen Ausführungsform; und
- 7 zeigt schematisch ein typisches Verfahren zum Betreiben eines Planetengetriebes.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend werden typische Ausführungsformen anhand der Figuren beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr wird der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche bestimmt. Bei der Beschreibung der Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile verwendet. Teilweise werden Merkmale, welche bereits im Zusammenhang mit anderen Figuren beschrieben wurden, der Übersichtlichkeit halber nicht nochmals beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Hälfte eines typischen Planetengetriebes 1. Das Planetengetriebe 1 umfasst ein um eine Drehachse 3 des Planetengetriebes 1 drehbares Sonnenrad 61, das drehfest mit einer ersten Welle 7 des Planetengetriebes 1 verbunden ist, insbesondere mit der Antriebswelle des Planetengetriebes 1. Das Planetengetriebe 1 umfasst weiter einen ersten Getriebeteil 11, welcher ein mehrteiliges Gehäuse 13 und ein drehfest mit dem Gehäuse 13 verbundenes Hohlrad 15 umfasst. Der erste Getriebeteil 11 umfasst weiter eine drehfest mit dem Gehäuse 13 verbundene Klemmvorrichtung 17. Die erste Welle 7 und das Sonnenrad 61 sind über ein erstes Lager 65 drehbar an dem Gehäuse 13 gelagert.
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Das Planetengetriebe 1 der 1 umfasst weiter einen zweiten Getriebeteil 31 mit einem Getriebeteilkörper 33 und einer drehfest mit dem Getriebeteilkörper 33 verbundenen zweiten Welle 9 des Planetengetriebes 1. Der Getriebeteilkörper 33 umfasst insbesondere einen Planetenradträger 35 und einen ringförmig ausgebildeten Anlagekörper 51. Der Planetenradträger 35 weist axial ausgerichtete Bolzen 37 auf, an welchen jeweils ein Planetenrad 63 drehbar gelagert ist. Die Planetenräder 63 sind in Umfangsrichtung um die Drehachse 3 angeordnet. Die Planetenräder 63 sind jeweils mit dem Sonnenrad 61 und dem Hohlrad 15 in Eingriff. Der zweite Getriebeteil 31 ist über zweite Lager 67 drehbar an dem Gehäuse 13 gelagert.
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Der zweite Getriebeteil 31 umfasst weiter eine Scheibe 41, welche drehfest mit dem Getriebeteilkörper 33 verbunden ist. Insbesondere ist die Scheibe 41 an dem Anlagekörper 51 befestigt. Die Scheibe 41 ist in 1 als Blechscheibe ausgebildet. Die Scheibe 41 umfasst einen radial außen angeordneten Klemmteil, welcher in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung 17 von der Klemmvorrichtung 17 eingeklemmt wird. In dem geschlossenen Zustand ist insbesondere der zweite Getriebeteil 31 durch Reibschluss zwischen dem Klemmteil und der Klemmvorrichtung 17 drehfest mit dem ersten Getriebeteil 11 verbunden.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines weiteren typischen Planetengetriebes 1. Der gezeigte Ausschnitt entspricht im Wesentlichen dem Bereich 5 der 1. 2 zeigt insbesondere eine als Blechscheibe ausgebildete Scheibe 41, welche drehfest mit dem Getriebeteilkörper 35 des zweiten Getriebeteils 33 verbunden ist. Die Scheibe 41 umfasst einen radial innen liegenden und starr mit dem Anlagekörper 51 des Getriebeteilkörpers 33 verbundenen Befestigungsteil 43. Die Scheibe 41 umfasst weiter einen radial außen liegenden Klemmteil 47 und ein radial zwischen dem Befestigungsteil 43 und dem Klemmteil 47 vorgesehenes Festkörpergelenk 45. Insbesondere verbindet das Festkörpergelenk 45 den Klemmteil 47 drehfest mit dem Getriebeteilkörper 33. Das Festkörpergelenk 45 erlaubt ein Auslenken des Klemmteils 47 in axialer Richtung, insbesondere bei einem Einklemmen des Klemmteils 47 durch die Klemmvorrichtung 17 des ersten Getriebeteils 11. Die Scheibe 41, insbesondere der Befestigungsteil 43 der Scheibe 41, ist in der 2 unter Verwendung eines Halterings 55 an dem Anlagekörper 51 befestigt, insbesondere festgeschraubt. Der Anlagekörper 51 ist als Anlagering ausgebildet. In der 2 ist zwischen dem Anlagekörper 51 und dem Planetenradträger 35 ein weiterer Ring 49 angeordnet. Zwischen dem Anlagekörper 51 und dem weiteren Ring 49 sind Abstimmscheiben 53 vorgesehen. In weiteren Ausführungsformen können der Anlagekörper 51 und der weitere Ring 49 einstückig ausgebildet sein, wie beispielsweise in den 1, 4 und 6 dargestellt.
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In der 2 weist die Klemmvorrichtung 17 einen ersten Klemmkörper 19 und einen zweiten Klemmkörper 23 auf. Die Klemmvorrichtung 17 umfasst einen Aktor zum axialen Verschieben des ersten Klemmkörpers 19 relativ zu dem zweiten Klemmkörper 23. Insbesondere ist der erste Klemmkörper 19 als Hydraulikkolben ausgebildet. Der erste Klemmkörper 19 ist axial verschieblich in dem Gehäuse 13 angeordnet. Der Aktor der Klemmvorrichtung 17 umfasst einen Hubraum 25, insbesondere einen Ölraum. Der Hubraum 25 ist durch Dichtungen (nicht dargestellt) abgedichtet, beispielsweise durch O-Ringe. Die Dichtungen sind in Dichtungsausnehmungen 27 des ersten Klemmkörpers 19 angeordnet. Der zweite Klemmkörper 23 ist als mechanischer Anschlag ausgebildet. In 2 ist der zweite Klemmkörper 23 beispielsweise einstückig mit dem Gehäuse 13 ausgebildet.
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Die Klemmvorrichtung 17 umfasst eine Mehrzahl an Federelementen 29. In der 2 liegen die Federelemente nicht in der dargestellten Schnittebene, sind aber in Umfangsrichtung um die Drehachse 3 wie in 1 angeordnet. Insbesondere sind die Federelemente 29 als Tellerfederpakete ausgebildet. Die Federelemente 29 der 1 und 2 spannen den ersten Klemmkörper 19 axial in Richtung des zweiten Klemmkörpers 23 vor. Bei drucklosem Aktor, insbesondere wenn kein Druck an den Hubraum angelegt ist, drücken die Federelemente 29 den ersten Klemmkörper 19 axial in Richtung des zweiten Klemmkörpers 23 und auf den Klemmteil 47 der Scheibe 41. In dem geschlossenen Zustand ist der Klemmteil 47 zwischen dem ersten Klemmkörper 19 und dem zweiten Klemmkörper 23 eingeklemmt. Wird ausreichend Druck an den Hubraum angelegt, wird die Klemmvorrichtung 17 geöffnet, indem der erste Klemmkörper 19 axial von dem zweiten Klemmkörper 23 entfernt wird. Der Klemmteil 47 und der zweite Getriebeteil 31 werden zur Rotation freigegeben.
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In einer Abwandlung der Ausführungsformen der 1 und 2 weist die Klemmvorrichtung keine Federelemente auf.
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3 zeigt eine Detailansicht eines Teils der Klemmvorrichtung 17 und der Scheibe 41. Der Klemmteil 47 der Scheibe 41 ist axial zwischen dem ersten Klemmkörper 19 und dem zweiten Klemmkörper 23 angeordnet. In der 3 ist der zweite Getriebeteil 31 relativ zu dem ersten Getriebeteil 11 frei drehbar. Insbesondere ist zwischen dem Klemmteil 47 und dem ersten Klemmkörper 19 in 3 ein feiner Spalt 75 vorgesehen. Gemäß der Ausführungsform der 3 weist der erste Klemmkörper 19 eine erste Anlagefläche 71 zum Kontakt des ersten Klemmkörpers 19 mit dem Klemmteil 47 in dem geschlossenen Zustand der Klemmvorrichtung 17 auf. Der zweite Klemmkörper 23 weist eine zweite Anlagefläche 73 zum Kontakt des zweiten Klemmkörpers 23 mit dem Klemmteil 47 auf. Die erste Anlagefläche 71 und die zweite Anlagefläche 73 sind parallel zueinander und jeweils schräg zu einer radialen Ebene des Planetengetriebes 1 ausgebildet. Beispielsweise beträgt der Winkel ε zwischen der ersten Anlagefläche 71 und der Drehachse 3 ε=90°-τ, mit τ>0. Der Winkel θ zwischen der zweiten Anlagefläche 73 und der Drehachse 3 beträgt θ=90°+τ, wobei die Winkel ε und θ hier jeweils auf der dem Klemmteil 47 abgewandten Seite bezüglich der Drehachse bestimmt sind. Beispielsweise ist τ in 3 ungefähr 0,7° und entspricht der Neigung des Festkörpergelenks 45 bei eingeklemmtem Klemmteil 47. Die schrägen Anlageflächen können insbesondere ein Knicken der Scheibe 41 vermeiden.
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4 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht eines Anlagekörpers 51 mit einer Fase 83 an einer Kontaktseite 81 des Anlagekörpers 51, wobei die Kontaktseite 81 zum Kontakt mit der Scheibe 41 vorgesehen ist. Ein radial innerer Bereich der Kontaktseite 81 schließt einen rechten Winkel 87 mit der Drehachse 3 ein. Der radial innere Bereich kann hierin auch als Befestigungsbereich bezeichnet werden. Die Fase 83 ist in einem radial äußeren Bereich 85 der Kontaktseite 81 vorgesehen. Der radial äußere Bereich 85 kann hierin auch als Anlagebereich bezeichnet werden. Die Fase 83 ist gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.
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Beispielsweise zeigt 5 einen beispielhaften Verlauf einer Fase 83, welche einer Kurve 95 nach Formel (1) folgt. Insbesondere zeigt der Graph der 5 den Verlauf der Fase 83 in radialer Richtung x und axialer Richtung y, mit Beispielwerten für eine Gesamtlänge L=3 mm der Fase 83, einem Fasenendwinkel α=1° und einer Anzahl N=10 von Inkrementen. Die Inkremente sind interpoliert, wodurch sich eine gleichmäßige Kurve ergibt. Die Fase 83 vermeidet insbesondere ein Knicken des Festkörpergelenks 45 an der radial äußeren Kante der Kontaktseite 81.
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6 zeigt ähnlich zu 4 eine weitere Ausführungsform eines Anlagekörpers 51 mit einer Fase 83 an der Kontaktseite 81, wobei die Fase 83 im Vergleich zur Ausführungsform der 4 in radialer Richtung verhältnismäßig kürzer ausgebildet ist.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Betreiben eines hierin beschriebenen Planetengetriebes 1. Bei Block 110 wird das Planetengetriebe 1 mit einem Motor zu einer Maschine verbunden, so dass der Motor das Planetengetriebe 1 antreiben kann. Die Klemmvorrichtung 17 ist in dem geschlossenen Zustand. Bei Block 120 wird die Maschine eingeschaltet. Insbesondere werden der Motor und ein Aktor der Klemmvorrichtung 17 in Betrieb genommen. Beispielsweise kann eine mit dem Aktor verbundene Hydraulikvorrichtung in Betrieb genommen werden. Bei Block 130 wird die Rotationsposition des Motors unter Verwendung eines Positionsreglers des Motors geregelt, wobei die Motordrehzahl des Motors null ist. Bei Block 140 wird die Klemmvorrichtung 17 zum Freigeben des zweiten Getriebeteils 31 geöffnet. Bei Block 150 fährt der Motor eine erste Rotationsposition an. Bei Block 160 hält der Motor die erste Rotationsposition unter Verwendung der Positionsregelung. Bei Block 170 wird die Klemmvorrichtung 17 zum Halten des zweiten Getriebeteils 31 geschlossen. Bei Block 180 wird die Positionsregelung beendet. Beispielsweise kann der Positionsregler freigegeben werden, der Motor kann stromlos geschaltet werden oder die Maschine kann ausgeschaltet werden. Insbesondere kann das Planetengetriebe 1 auch bei Beendigung der Positionsregelung die angefahrene, erste Rotationsposition präzise halten. Bei Ausführungsformen werden nach dem Beenden der Positionsregelung und vor einem Ausschalten der Maschine weitere Rotationspositionen angefahren, wobei das Verfahren 100 zum Anfahren einer weiteren Rotationsposition bei Block 130 fortgeführt wird.