DE102008000821B4

DE102008000821B4 - Stufengetriebe

Info

Publication number: DE102008000821B4
Application number: DE102008000821.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Lamke Martin; Jürgen Rauter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2028-03-27
Also published as: CN101545531B; US20090241707A1; CN101545531A; US8161836B2; DE102008000821A1

Abstract

Stufengetriebe mit wenigstens einem Rückwärtsgang und mehreren Vorwärtsgängen und mit einer Hauptwelle (1) und zwei Vorgelegewellen, wobei der Kraftfluss in den Vorwärtsgängen auf beide Vorgelegewellen aufteilbar ist und über Gangstufen von den Vorgelegewellen auf die Hauptwelle (1) geleitet wird, wobei die Gangstufen der Vorwärtsgänge jeweils zwei Vorgelegewellenzahnräder und ein auf der Hauptwelle (1) gelagertes Losrad umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer der beiden Vorgelegewellen (2) eine Rückwärtsgangstufe (3) zugeordnet ist, so dass der Kraftfluss in der Rückwärtsgangstufe (3) nur über eine Vorgelegewelle (2) geleitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stufengetriebe mit zumindest einem Rückwärtsgang und mehreren Vorwärtsgängen und mit zwei Vorgelegewellen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannt aus dem Stand der Technik sind Stufengetriebe mit zwei Vorgelegewellen und einer zentralen Hauptwelle. Auf der Hauptwelle angeordnete Hauptwellenräder laufen in Umfangsrichtung lose auf der Hauptwelle mit und werden nur beim Betrieb in der zugehörigen Gangstufe drehfest mit der Hauptwelle verbunden, um Drehmoment zu übertragen. Die Hauptwellenräder werden deshalb auch Losräder genannt.
Die Losräder sind auf der schwimmend gelagerten Hauptwelle mit Spiel in radialer Richtung gelagert. Auf diese Weise wird ein Lastausgleich zwischen den Kraftflüssen über die beiden Vorgelegewellen bewirkt. Die Losräder, die in die Verzahnungen der Vorgelegewellenräder eingreifen, werden von den Verzahnungen der Vorgelegewellenräder radial geführt. D. h. jedes mit Radialspiel auf der Hauptwelle gelagerte Losrad zentriert sich unter Last in den Verzahnungen der Vorgelegewellenräder. Dies ist dann der Fall, wenn die zugehörige Gangstufe eingelegt und eingekuppelt ist und der Antriebsmotor im Schub- oder Zugbetrieb arbeitet. Dadurch wird bei der Drehmomentübertragung ein optimaler Lastausgleich zwischen den Vorgelegewellen erreicht. Die Losräder, die momentan nicht eingelegten Gangstufen zugeordnet sind, befinden sich im lastfreien Zustand. Im lastfreien Zustand schwimmen die Losräder innerhalb des Zahnspiels, d. h. sie haben im Bezug auf die Hauptwelle Bewegungsspielraum in radialer Richtung und in Umfangsrichtung.
Durch die bewegliche Lagerung der Losräder in radialer Richtung entsteht jedoch ein unangenehmes Rasselgeräusch im Betrieb, weil die Zahnräder der nicht unter Last mitlaufenden Gangstufen Beschleunigungen in Umfangsrichtung und in radialer Richtung erfahren, angeregt durch Fertigungs-Ungenauigkeiten und durch Drehschwingungen vom An- und/oder Abtrieb. Durch diese Beschleunigungen werden die Losräder in dem beschriebenen Bewegungsspielraum derart bewegt, dass sie an den anliegenden Bauteilen anschlagen. Beispielsweise schlagen die Zahnflanken der miteinander im Eingriff stehenden Zähne im Rahmen ihres Zahnflankenspiels gegeneinander, wodurch das Rasselgeräusch der nicht unter Last mitlaufenden Gangstufen hauptsächlich verursacht wird. In der Rückwärtsgangstufe tragen neben den Vorgelegewellenzahnrädern und den Losrädern auch die Zwischenräder zur Geräuschbildung bei.
Zur Reduzierung von Rasselgeräuschen in Stufengetrieben mit zwei Vorgelegewellen sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise aus der DE 10 2004 057 126 A1 eine Einrichtung zur Reduzierung der Axialbewegung der Losräder bei einem Getriebe mit zwei Vorgelegewellen bekannt, wobei eine auf der Hauptwelle angeordnete Anpresseinrichtung zumindest eines der Losräder in axialer Richtung gegen eine Anlaufscheibe drückt. Dadurch sollen, unter anderem, unerwünschte Rasselgeräusche vermieden werden. Die beschriebene Anpresseinrichtung erfordert einen Mehraufwand bei der Herstellung des Getriebes und ist im Betrieb durch die Gleitreibung zwischen Anpresseinrichtung und Losrad einem Verschleiß unterworfen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufengetriebe mit einfachem Aufbau bereitzustellen, das einen wartungsarmen und ruhigen Betrieb mit möglichst geringem Geräuschpegel ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Stufengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Stufengetriebe weist demnach wenigstens einen Rückwärtsgang und mehrere Vorwärtsgänge auf und umfasst eine Hauptwelle und zwei Vorgelegewellen. Der Kraftfluss ist in den Vorwärtsgängen auf beide Vorgelegewellen aufteilbar und wird über Gangstufen von den Vorgelegewellen auf die Hauptwelle geleitet. Dabei umfassen die Gangstufen der Vorwärtsgänge jeweils zwei Vorgelegewellenzahnräder und ein auf der Hauptwelle gelagertes Losrad.
Die Vorgelegewellenzahnräder sind, wie aus dem Stand der Technik bekannt, starr auf der jeweils zugeordneten Vorgelegewelle angeordnet, wogegen das Losrad derart auf der Hauptwelle gelagert ist, dass es zum Schalten des dazugehörigen Ganges drehfest mit der Hautwelle verbindbar ist und bei nicht eingelegtem Gang unabhängig von der Hauptwelle dreht.
Erfindungsgemäß ist nur einer der beiden Vorgelegewellen eine Rückwärtsgangstufe zugeordnet, so dass der Kraftfluss in der Rückwärtsgangstufe nur über eine Vorgelegewelle geleitet wird. D. h. die Gangstufe des Rückwärtsganges weist nur ein Vorgelegewellenzahnrad, ein Zwischenrad und ein Losrad auf.
Da der Kraftfluss im Rückwärtsgang erfindungsgemäß nur noch über eine Vorgelegewelle geleitet wird, entfällt der eingangs beschriebene Lastausgleich, und damit die Notwendigkeit für das radiale Spiel bei der Lagerung des Losrades in der Rückwärtsgangstufe. Das Losrad der Rückwärtsgangstufe kann deshalb in radialer Richtung nahezu spielfrei gelagert sein, d. h. es ist nur ein zur Rotation des Hautwellenrades notwendiges minimales Radialspiel vorhanden. Ein größeres Radialspiel, wie es an den Losrädern der Vorwärtsgangstufen zur Verwirklichung des Lastausgleichs auf beide Vorgelegewellen vorgesehen ist, ist in der Rückwärtsgangstufe nicht mehr notwendig. Damit entfällt eine weitere Ursache der störenden Rasselgeräusche.
Die geringeren Herstellkosten eines solchen Getriebes gegenüber einem herkömmlichen Getriebe mit zwei Vorgelegewellenzahnrädern und zwei Zwischenrädern in der Rückwärtsgangstufe durch die geringere Anzahl an Bauteilen stellen einen ersten Vorteil der Erfindung dar.
Ein weiterer Vorteil ist die Reduzierung der Rasselgeräusche in der Rückwärtsgangstufe, verursacht durch die geringere Anzahl an spielbehafteten beweglichen Bauteilen. Mit den Zwischenrädern zur Drehrichtungsumkehr sind in der Rückwärtsgangstufe zwangsläufig zusätzliche bewegte Bauteile vorhanden, die zur Geräuschbildung beitragen. Erfindungsgemäß ist nun nur noch ein Zwischenrad erforderlich, anstatt zwei Zwischenrädern bei bekannten Stufengetrieben mit einer Kraftflussaufteilung auf zwei Vorgelegewellen auch im Rückwärtsgang.
Darüber hinaus hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die Rasselgeräusche in allen Gangstufen durch diese Maßnahme wesentlich verringert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Rasselgeräusche in allen Gangstufen hauptsächlich durch Schwingungen in der Rückwärtsgangstufe angeregt werden. Durch die erfindungsgemäße Reduzierung der Zahnräder und Bauteile in der Rückwärtsgangstufe reduzieren sich deshalb die Rasselgeräusche des gesamten Stufengetriebes, weil auch die Vorwärtsgangstufen durch die verringerte Anregung aus der Rückwärtsgangstufe deutlich weniger zum Rasseln neigen. So ist mit verringertem konstruktivem Aufwand eine Reduzierung der störenden Rasselgeräusche des gesamten Getriebes erreichbar.
Der Vorteil der nur in der Rückwärtsgangstufe eingesetzten Maßnahmen zur Reduzierung der Rasselgeräusche ist auch deshalb sehr groß, weil ein Fahrzeuggetriebe überwiegend in einem der Vorwärtsgänge betrieben wird, während die Rückwärtsgangstufe ohne Last mitläuft und bei einem herkömmlichen Getriebe Rasselgeräusche verursacht. Gerade in diesen zeitlich überwiegenden Betriebsphasen kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung zum tragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Losrad der Rückwärtsgangstufe auf einem gehäusefesten Teil des Stufengetriebes rotierbar gelagert. Dadurch kann die Rückwärtsgangstufe, unabhängig von der schwimmend gelagerten Hauptwelle, besonders schwingungsarm gelagert werden. Die Lagerung des Hauptwellenrades der Rückwärtsgangstufe auf einem gehäusefesten Bauteil verbessert das Schwingungsverhalten des Getriebes und die Rasselgeräusche werden weiter minimiert. Besonders bevorzugt wird diese Lagerung mit einem Wälzlager, z. B. einem Zylinderrollenlager oder einem Nadellager, ausgeführt.
Durch die Aufhebung der Lastverteilung auf zwei Vorgelegewellen im Rückwärtsgang ist die Höhe des übertragbaren Drehmomentes im Rückwärtsgang begrenzt auf die Tragfähigkeit der einfachen Rückwärtsgangstufe. Diese Begrenzung lässt sich zumindest teilweise wieder aufheben, indem die Verzahnungen der Rückwärtsgangstufe gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung breiter ausgeführt werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem Vorgelegewellenzahnrad auch eine direkt auf der Vorgelegewelle gefertigte Verzahnung verstanden. Die Erfindung ist sowohl bei Handschaltgetrieben als auch bei automatisierten Stufengetrieben anwendbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Stufengetriebes mit der Rückwärtsgangstufe.
Von der Hauptwelle 1 ist nur der Bereich der Rückwärtsgangstufe 3 in der Zeichnung dargestellt. Die außerhalb dieses Bereichs liegenden Lagerstellen der Hauptwelle 1 sind nicht gezeichnet. Die Hauptwelle 1 ist schwimmend, d. h. mit radialem Spiel, gelagert.
Rotierbar um die Mittelachse 7 der Hauptwelle 1 ist das Losrad 4 der Rückwärtsgangstufe 3 angeordnet. Das Losrad 4 ist mittels eines Nadellagers 6 im Getriebegehäuse 5 gelagert. In axialer Richtung ist das Losrad 4 durch die Anlaufscheiben 17, 19 und 20, sowie durch die Ringscheibe 18 auf der Hauptwelle 1 geführt.
Zum Einlegen des Rückwärtsganges wird eine axial verschiebbar auf der Hauptwelle 1 angeordnete Schaltmuffe 15 mittels eines Schaltelementes 16 axial verschoben. Dadurch wird eine Außenverzahnung 21 der Schaltmuffe 15 mit einer Innenverzahnung 22 des Losrades 4 in Eingriff gebracht, wodurch das Losrad 4 drehfest mit der Hauptwelle 1 verbunden wird.
Das Losrad 4 steht über ein Zwischenrad 9 dauernd in Eingriff mit dem Vorgelegewellenzahnrad 12, welches starr mit der Vorgelegewelle 2 verbunden, bzw. einteilig mit der Vorgelegewelle 2 ausgeführt ist. Zur Verdeutlichung wurde das um seine Mittelachse 8 rotierende Zwischenrad 9 mit seiner Verzahnung 10 breiter dargestellt als das Vorgelegewellenzahnrad 12 und die Verzahnung 14 des Losrades 4. Das Zwischenrad 9 bewirkt die für den Rückwärtsgang notwendige Drehrichtungsumkehr.
Die Vorgelegewelle 2 rotiert um ihre Mittelachse 11 und ist in dem Kegelrollenlager 13 gelagert. Eine zweite Vorgelegewelle ist der dargestellten Vorgelegewelle 2 im Bezug auf die Hauptwelle 1 gegenüber angeordnet. Da der zweiten Vorgelegewelle jedoch keine Rückwärtsgangstufe zugeordnet ist, ist diese in der Figur nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Hauptwelle
2: Vorgelegewelle
3: Rückwärtsgangstufe
4: Losrad
5: Getriebegehäuse
6: Nadellager
7: Mittelachse
8: Mittelachse
9: Zwischenrad
10: Verzahnung
11: Mittelachse
12: Vorgelegewellenzahnrad
13: Wälzlager
14: Verzahnung
15: Schaltmuffe
16: Schaltelement
17: Anlaufscheibe
18: Ringscheibe
19: Anlaufscheibe
20: Anlaufscheibe
21: Außenverzahnung
22: Innenverzahnung

Claims

Stufengetriebe mit wenigstens einem Rückwärtsgang und mehreren Vorwärtsgängen und mit einer Hauptwelle (1) und zwei Vorgelegewellen, wobei der Kraftfluss in den Vorwärtsgängen auf beide Vorgelegewellen aufteilbar ist und über Gangstufen von den Vorgelegewellen auf die Hauptwelle (1) geleitet wird, wobei die Gangstufen der Vorwärtsgänge jeweils zwei Vorgelegewellenzahnräder und ein auf der Hauptwelle (1) gelagertes Losrad umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer der beiden Vorgelegewellen (2) eine Rückwärtsgangstufe (3) zugeordnet ist, so dass der Kraftfluss in der Rückwärtsgangstufe (3) nur über eine Vorgelegewelle (2) geleitet wird.
Stufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwärtsgangstufe (3) nur ein Vorgelegewellenzahnrad (12) und nur ein Zwischenrad (9) aufweist.
Stufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Losrad (4) der Rückwärtsgangstufe (3) auf einem gehäusefesten Teil (5) des Stufengetriebes rotierbar gelagert ist.
Stufengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (4) der Rückwärtsgangstufe (3) mittels eines Wälzlagers (6) um die Mittelachse (7) der Hauptwelle (1) rotierbar gelagert ist.