DE10163071A1

DE10163071A1 - Schaltbares Planetengetriebe

Info

Publication number: DE10163071A1
Application number: DE2001163071
Authority: DE
Inventors: Bernhard Jodan
Original assignee: Kessler and Co GmbH and Co KG
Current assignee: Kessler and Co GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: DE10163071B4

Abstract

Ein koaxial zwischen einer Eingangswelle und einem anzutreibenden Rad angeordnetes Planetengetriebe besitzt einen gemeinsam mit dem Hohlrad axial zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Planetenträger, welcher mit dem anzutreibenden Rad drehfest gekuppelt ist. In der einen axialen Endlage ist die Eingangswelle drehfest mit dem Planetenträger gekuppelt. In der anderen axialen Endlage ist das in der ersten axialen Endlage frei drehbare Hohlrad drehfest mit einem stationären Teil gekuppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Planetengetriebe in koaxialer Anordnung zwischen einer Eingangswelle und einem anzutreibenden Rad, insbesondere Getrieberad, welches an einem stationären Teil axial und radial gelagert ist.
Derartige Planetengetriebe sind in vielfältiger Form als Radnabengetriebe an Antriebsrädern von Schwerstfahrzeugen bekannt und üblich. Für solche Radnabengetriebe steht in Axialrichtung des Rades vergleichsweise viel Raum zur Verfügung. Deshalb sind die Planetenstufen solcher Getriebe typischerweise axial vor einer die axiale Mitte des anzutreibenden Rades durchsetzenden Radialebene angeordnet.
Wenn dagegen schaltbare Planetengetriebe zwischen einer Eingangswelle und einem Getrieberad zur Antriebsübertragung angeordnet werden müssen, kann der zur Verfügung stehende Bauraum in Axialrichtung des anzutreibenden Rades relativ eng begrenzt sein. Insbesondere kann es erwünscht sein, den axialen Abstand zwischen den Lagern des anzutreibenden Rades unverändert zu lassen.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein schaltbares Planetengetriebe zu schaffen, welches sich radial und axial vollständig innerhalb eines anzutreibenden Rades unterbringen läßt.
Diese Aufgabe wird bei einem Planetengetriebe der eingangs angegebenen Art gelöst mit

- einem konzentrisch im anzutreibenden Rad axial unverschiebbar angeordneten, mit der Eingangswelle drehfest verbundenen Sonnenrad,
- einem konzentrisch im anzutreibenden Rad angeordneten, relativ zum anzutreibenden Rad drehfesten und zusammen mit allen Planetenrädern axial zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Planetenträger,
- einem konzentrisch im anzutreibenden Rad angeordneten und axial mit dem Planetenträger zwangsgekoppelten Hohlrad,
- einer in der einen axialen Endlage von Planetenträger und Hohlrad schließenden und bei Verlassen dieser Endlage öffnenden ersten Kupplung zwischen Sonnenrad bzw. Eingangswelle und Planetenträger und
- einer in der anderen axialen Endlage von Planetenträger und Hohlrad schließenden und bei Verlassen dieser Endlage öffnenden zweiten Kupplung zwischen Hohlrad und stationärem Teil.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Planetenträger und Hohlrad gemeinsam axial verschiebbar anzuordnen und den Planetenträger mit dem anzutreibenden Rad axial verschiebbar jedoch drehfest zu kuppeln. Damit wird die Möglichkeit geboten, entweder den Planetenträger mit dem Sonnenrad oder das Hohlrad mit dem stationären Teil drehfest zu kuppeln, um entweder zwischen Eingangswelle und anzutreibenden Rad Drehzahlgleichheit oder eine Übersetzung ins Langsame herzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die axial bewegliche, jedoche drehfeste Verbindung zwischen dem anzutreibenden Rad und dem Planetenträger durch entsprechend verlängerte Lagerachsen der Planetenräder erfolgen, wobei diese Achsen ständig in entsprechend angeordnete Bohrungen am anzutreibenden Rad bzw. an einem Teil dieses Rades axial eingreifen.
Die erste Kupplung zwischen Sonnenrad bzw. Eingangswelle und Planetenträger kann in zweckmäßiger Ausgestaltung ein axial neben dem Sonnenrad angeordnetes und mit dem Sonnenrad drehfest verbundenes Zahnrad aufweisen, welches im Schließzustand der Kupplung in eine Innenverzahnung am Planetenträger eingreift. Im geöffneten Zustand dieser Kupplung ragt diese Innenverzahnung in einen axialen Freiraum zwischen dem vorgenannten Zahnrad und dem Sonnenrad.
Die zweite Kupplung kann durch axial gegenüberliegende Verzahnungen, insbesondere Stirnverzahnungen, am stationären Teil und am Hohlrad bzw. Hohlradträger gebildet werden.
Die vorzugsweise mit dem Sonnenrad einstückige Eingangswelle kann im Bereich des Sonnenrades ein auf einem stationären Teil abgestütztes Lager und zusätzlich nahe eines Eingangsflansches ein innerhalb des anzutreibenden Rades abgestütztes Lager besitzen.
Das anzutreibende Rad ist vorzugsweise als mehrteiliges Zahnrad ausgebildet, welches aus einem Verzahnungsring und auf dessen Stirnseiten angeordneten und an stationären Teilen gelagerten ringförmigen Radteilen zusammengesetzt ist.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.
Dabei zeigt
Fig. 1 einen Axialschnitt eines Getrieberades mit darin angeordnetem schaltbaren Planetengetriebe, wobei im oberen Teil der Zeichnung eine erste Schaltlage und im unteren Teil der Zeichnung eine zweite Schaltlage dargestellt sind und
Fig. 2 ein entsprechendes Bild eines herkömmlichen, nicht schaltbaren Getriebes.
Im Beispiel der Fig. 1 besitzt ein nachfolgend näher beschriebenes Getriebe ein mehrteiliges Getriebegehäuse 1 mit einem in der Zeichnung linken, schalenartigen Gehäuseteil 2 und einem rechten Gehäuseboden 3. In einer entsprechenden Öffnung des Gehäusebodens 3 ist ein Flanschteil 4 mit einer in das Getriebegehäuse 1 hineinragenden feststehenden Achse angeordnet, deren freies Ende einer Öffnung im Gehäuseteil 2 axial gegenüberliegt.
Innerhalb des Getriebegehäuses 1 ist ein mehrteiliges Getriebezahnrad 5 angeordnet, welches mit einem nur ausschnittsweise dargestellten weiteren Getriebezahnrad kämmt und im wesentlichen aus einem Außenverzahnungsring 6 sowie einer auf dessen linker Stirnseite angeordneten Radscheibe 7 und einer auf der rechten Stirnseite des Außenverzahnungsrings 6 angeordneten weiteren Radscheibe 8 besteht, wobei die vorgenannten Teile des Getriebezahnrades 5 durch Schrauben 9 axial miteinander verspannt sind.
Die Radscheibe 7 des Getriebezahnrades 5 ist mittels eines Wälzlagers 10, welches auf dem Außenumfang eines ringförmigen Axialfortsatzes der Radscheibe 7 angeordnet ist, in einer entsprechenden Ausnehmung des Gehäuseteils 2 drehgelagert. Die weitere Radscheibe 8 des Getriebezahnrades 5 ist mittels eines radial innerhalb der Radhülse 8 angeordneten Wälzlagers 11 auf einer entsprechenden Ringstufe auf der Innenseite des Gehäusebodens 3 sowie dem Außenumfang einer ringförmigen Stirnverzahnung 12 gelagert, die an der Innenseite des Gehäusebodens 3 an dessen Innenumfang ausgebildet ist. Der Außenumfang des Gehäusebodens 3 ist mittels Schrauben 13 mit benachbarten Teilen des Gehäuses 1 verbunden.
In den Innenraum des Getriebezahnrades 5 ragt eine Eingangswelle 14 hinein, die mittels eines zum Wälzlager 10 konzentrisch angeordneten Wälzlagers 15 an der Radscheibe 7 des Getriebezahnrades 5 und mittels eines Wälzlagers 16 auf dem achsförmigen Fortsatz des Flanschteiles 4 drehgelagert ist. Die Eingangswelle 14 durchsetzt die dem Flanschteil 4 gegenüberliegende Öffnung der Gehäuseschale 2 und ist mit einem außenseitig der Gehäuseschale 2 angeordneten Eingangsflansch 17 drehfest verbunden.
Die Eingangswelle 14 ist mit dem Getriebezahnrad 5 über ein schaltbares Planetengetriebe 18 antriebsmäßig verbunden, welches innerhalb des Getriebezahnrades 5 untergebracht ist.
Das Planetengetriebe 18 besitzt ein mit der Eingangswelle 14 einstückig ausgebildetes Sonnenrad 19, welches mit dem Planetenrädern 20 eines innerhalb des Getriebezahnrades 5 axial verschiebbaren Planetenträgers 21 kämmt.
Der Planetenträger 21 ist mit dem Getriebezahnrad 5 drehfest gekoppelt, indem die zur Lagerung der Planetenräder 20 des Planetenträgers 21 dienenden Lagerachsen 22 in der Zeichnung nach links aus der linken Stirnscheibe des Planetenträgers 21 herausragen und in allen Axialpositionen des axial verschiebbaren Planetenträgers 21 in entsprechende Bohrungen der Radscheibe 7 hineinragen.
Die in der Fig. 1 linke Stirnscheibe des Planetenträgers 21 besitzt eine Innenumfangsverzahnung 23, die in der axial linken Endlage des Planetenträgers 21 in ein Zahnrad 24 eingreift, welches einstückig mit der Eingangswelle 14 ausgebildet und mit axialem Abstand vom Sonnenrad 19 angeordnet ist, derart, daß zwischen dem Zahnrad 24 und dem Sonnenrad 19 ein axialer Freiraum verbleibt, in den die Inenverzahnung 23 der linken Stirnscheibe des Planetenträgers 21 in dessen axial rechter Endlage hineinragt.
Das Zahnrad 24 und das Sonnenrad 19 können gleichartige Verzahnungen aufweisen, so daß sich diese Räder gemeinsam herstellen lassen.
Die in der Zeichnung rechte Stirnscheibe des Planetenträgers 21 ist mit einem hülsenförmigen Axialfortsatz 30 verschraubt, welcher mittels eines Wälzlagers 25 auf einer axial verschiebbaren Schieberhülse 26 radial und axial gelagert ist. Diese Schieberhülse 26 ist auf einer stationären Hülse 27 verschiebbar gelagert, die fest auf dem Achsteil des Flanschteiles 4 angeordnet ist und zusammen mit der Hülse 26 zwei Ringräume 28 und 29 umschließt.
Durch Einleitung von Druckfluid in jeweils einen der Ringräume 28 und 29 und Druckentlastung des jeweils anderen Ringraumes läßt sich die Schieberhülse 26 in die im oberen Teil der Fig. 1 dargestellte rechte bzw. in die im unteren Teil der Fig. 1 dargestellte linke Endlage schieben. Bei den vorgenannten Verlagerungen der Schieberhülse 26 wird der Planetenträger 21 mit den Planetenrädern 20 entsprechend axial verschoben.
Auf dem vorgenannten hülsenförmigen Axialfortsatz 30 der rechten Stirnscheibe des Planetenträgers 21 ist das Hohlrad 31 des Planetengetriebes 18 mit seinem Hohlradträger 31' axial gelagert, so daß das Hohlrad 31 alle durch Verschiebung der Schieberhülse 26 bewirkten Axialverschiebungen des Planetenträgers 21 mitmacht.
An einem der Stirnverzahnung 12 axial gegenüberliegenden ringförmigen Fortsatz des Hohlradträgers 31' ist eine in die Stirnverzahnung 12 passende Stirnverzahnung 32 ausgebildet, die in die Stirnverzahnung 12 eingreift und damit das Hohlrad 31 undrehbar festhält, wenn die Schieberhülse 26 ihre rechte axiale Endlage einnimmt. Dieser Schaltzustand ist im oberen Teil der Fig. 1 dargestellt.
Das dargestellte Getriebe funktioniert wie folgt:
Wenn der Ringraum 28 mit Druck beaufschlagt wird und der Ringraum 29 im wesentlichen druckfrei ist, geht die Schieberhülse 26 in die im unteren Teil der Fig. 1 dargestellte linke Endlage, mit der Folge, daß auch der Planetenträger 21 und das Hohlrad 31 die im unteren Teil der Fig. 1 dargestellte axial linke Endlage einnehmen, in der die linke Stirnscheibe des Planetenträgers 21 mit ihrer Innenumfangsverzahnung 23 in das dem Sonnenrad 19 axial benachbarte Zahnrad 24 eingreift. Damit ist die Eingangswelle 14 mit dem Planetenträger 21 und durch die Achsen 22 der Planetenräder 20 mit dem Getriebezahnrad 5 drehfest gekoppelt.
Wenn der Ringraum 28 druckfrei ist und der Ringraum 29 mit Druck beaufschlagt wird, nehmen die Schieberhülse 26 und dementsprechend auch der Planetenträger 21 sowie das Hohlrad 31 die im oberen Teil der Fig. 1 dargestellte axial rechte Endlage ein, in der die Stirnverzahnung 32 des Hohlradträgers 31' in die stationäre Stirnverzahnung 12 eingreift und die Innenumfangsverzahnung 23 der linken Stirnscheibe des Planetenträgers 21 aus dem Zahnrad 24 ausgeschoben ist und eine Position axial zwischen dem Zahnrad 24 und dem Sonnenrad 19 einnimmt. Bei entsprechender Drehung der Eingangswelle 14 wälzen sich die Planetenräder 20 auf der Innenumfangsverzahnung des nunmehr undrehbar festgehaltenen Hohlrades 31 ab, wobei sich der Planetenträger 21 mit gegenüber der Eingangswelle 14 verminderter Drehzahl in gleicher Richtung wie die Eingangswelle 14 dreht. Die gleiche Drehung wird von dem Getriebezahnrad 5 ausgeführt, welches über die Achsen 22 der Planetenräder 20 mit dem Planetenträger 21 drehfest gekuppelt ist.
In dieser letzten Schaltstellung liegen das Sonnenrad 19 und die Planetenräder 20 in einer gemeinsamen Radialebene, so daß die Verzahnungen von Sonnenrad 19 und Planetenrädern 20mit ihrer vollen axialen Breite ineinandergreifen und hohe Drehmomente zu übertragen vermögen.
Abweichend von der Darstellung der Fig. 1 kann auch eine der Ringkammern 28 und 29, insbesondere die Ringkammer 28, entfallen und durch Rückstellfedern ersetzt werden, durch die dann die Schieberhülse 26 mit dem Planetenträger 21 sowie dem Hohlrad 31 in die jeweils eine Endlage geschoben wird, wenn die verbleibende Ringkammer, z. B. Ringkammer 29, druckfrei ist. Bei Druckbeaufschlagung dieser verbleibenden Ringkammer gehen dann Schieberhülse 26, Planetenträger 21 und Hohlrad 31 in die andere Endlage.
Die Fig. 2 zeigt in gleichem Maßstab wie die Fig. 1 ein herkömmliches, nicht schaltbares Getriebe. Es wird erkennbar, daß das erfindungsgemäße Getriebe gemäß Fig. 1 mit praktisch gleichem Bauvolumen, insbesondere mit gleicher axialer Länge L, verwirklicht werden kann.

Claims

1. Schaltbares Planetengetriebe (18) in koaxialer Anordnung zwischen einer Eingangswelle (14) und einem anzutreibenden Rad (5), insbesondere Getrieberad, welches an einem stationären Teil (1 bis 4) axial und radial gelagert ist, mit
einem konzentrisch im anzutreibenden Rad (5) axial unverschiebbar angeordneten, mit der Eingangswelle (14) drehfest verbundenen Sonnenrad (19),
einem konzentrisch im anzutreibenden Rad (5) angeordneten, relativ zum anzutreibenden Rad drehfesten und zusammen mit allen Planetenrädern (20) axial zwischen zwei Endlagen verschiebbaren Planetenträger (21),
einem konzentrisch im anzutreibenden Rad (5) angeordneten und axial mit dem Planetenträger (21) zwangsgekoppelten Hohlrad (31),
einer in der einen axialen Endlage von Planetenträger (21) und Hohlrad (31) schließenden und bei Verlassen dieser Endlage öffnenden ersten Kupplung (23, 24) zwischen Sonnenrad (19) bzw. Eingangswelle (14) und Planetenträger (21) und
einer in der anderen axialen Endlage von Planetenträger (21) und Hohlrad (31) schließenden und bei Verlassen dieser Endlage öffnenden zweiten Kupplung (12, 32) zwischen Hohlrad (31) und stationärem Teil (1 bis 4).

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (21) mit den Achsen (22) seiner Planetenräder (20) in entsprechende Bohrungen am anzutreibenden Rad (5) axial verschiebbar eingreift.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplung ein axial neben dem Sonnenrad (19) angeordnetes und mit dem Sonnenrad drehfest verbundenes Zahnrad (24) aufweist, welches im Schließzustand der Kupplung in eine Innenverzahnung (23) am Planetenträger (21) eingreift, die ihrerseits im geöffneten Zustand der Kupplung von einem axialen Freiraum zwischen dem Zahnrad (24) und dem Sonnenrad (19) aufgenommen wird.

4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kupplung durch axial gegenüberliegende Verzahnungen (12, 32) an einem stationären Teil (4) und am Hohlradträger (31') gebildet wird, die nur in der anderen axialen Endlage ineinander eingreifen.

5. Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen (12, 32) als Stirnverzahnungen ausgebildet sind.

6. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (14) mittels eines zum Sonnenrad (19) etwa konzentrischen Lagers (16) auf einem stationären Teil (4) abgestützt ist.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (14) an einem sonnenradfernen Bereich mittels eines Lagers (15) radial innerhalb des anzutreibenden Rades (5) drehgelagert ist.

8. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (14) einstückig mit dem Sonnenrad (19) und/oder dem Zahnrad (24) der ersten Kupplung (23, 24) ausgebildet ist.

9. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (21) mittels eines Lagers (25) radial und axial auf einer Schieberhülse (26) gelagert ist, welche auf einem stationären Teil (4) axial zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordnet ist.

10. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlradträger (31') bzw. das Hohlrad (31) auf einem Teil (30) des Planetenträgers (21) bzw. am Planetenträger axial gelagert ist.

11. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenräder (20) und das Sonnenrad (19) bei geschlossener zweiter Kupplung 12, 32) auf ihrer gesamten axialen Breite miteinander kämmen.