DE102008030717A1

DE102008030717A1 - Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102008030717A1
Application number: DE200810030717
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Alexander Dr. Hofmann
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere eine mehrstufige, automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen schaltende Getriebeanordnung (2), umfassend zwei eingangsseitig mit einer Antriebswelle (4) und ausgangsseitig mittels unterschiedlicher Übersetzungen mit einer Abtriebswelle (12) oder dergleichen antriebsverbundene Kupplungen (6, 14), sowie Mittel, durch welche in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsbedingung jeweils eine der Kupplungen in Kupplungseingriff und die jeweils andere Kupplung außer Kupplungseingriff geschaltet wird. Erfindungsgemäß ist eine erste der Kupplungen als symmetrischer, mittels eines Schaltkäfigs (SK) schaltbarer Klemmkörperfreilauf (6) und die zweite Kupplung als bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl kuppelnde Fliehkraftkupplung (14) ausgebildet. Die Fliehkraftkupplung (14) ist eingangsseitig mit dem Schaltkäfig (SK) des Freilaufs (6) verbunden. Beim Anlaufen der Getriebeanaordnung erfolgt der Antrieb über den Klemmkörperfreilauf. Nach Erreichen des Schaltpunktes der Fliehkraftkupplung erfolgt der Antrieb über diese, wobei über die Verbindung (20) der Schaltkäfig verstellt und die Freilaufkupplung außer Kupplungseingriff gebracht wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere eine mehrstufige, automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen schaltende Getriebeanordnung, umfassend zwei eingangsseitig mit einer Antriebswelle und ausgangsseitig mittels unterschiedlicher Übersetzungen mit einer Abtriebswelle oder dergleichen antriebsverbundene Kupplungen, sowie Mittel, durch welche in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsbedingung jeweils eine der Kupplungen in Kupplungseingriff und die jeweils andere Kupplung außer Kupplungseingriff geschaltet wird.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Getriebeanordnungen sind bereits in der unterschiedlichsten Ausgestaltung und zu unterschiedlichsten Zwecken verwirklicht worden. Als vorgegebene Betriebsbedingungen, welche ein Schalten der Getriebeanordnung bewirken, kommen beispielsweise die Antriebsdrehrichtung, das Antriebsdrehmoment oder die Antriebsdrehgeschwindigkeit in Betracht. Unter dem Begriff ”Kupplungen” sind ganz allgemein Einrichtungen zu verstehen, mittels derer eine Drehantriebsverbindung zwischen einem antreibenden und einem angetriebenen Getriebeelement hergestellt und unterbrochen werden kann.
Aus der GB 2 427 542 ist bereits eine Getriebeanordnung für eine Nahrungsmittelverarbeitungsmaschine bekannt, bei der ein Antriebsmotor mit zwei ständig angetriebenen Getriebezügen mit unterschiedlichen Übersetzungen verbunden ist, deren einer über eine bei einer ersten Antriebsdrehrichtung und deren anderer über eine bei der anderen Antriebsdrehrichtung wirksame Freilaufkupplung mit einer Abtriebswelle drehgekoppelt wird. Auf diese Weise sind die beiden möglichen Gangstufen an die beiden unterschiedlichen Antriebsdrehrichtungen gebunden, d. h. bei der langsamen Gangstufe dreht sich die Abtriebwelle in einer ersten Drehrichtung, bei der schnellen Gangstufe in der anderen Drehrichtung. Eine derartige Getriebeanordnung ermöglicht zwar bei einem Einsatz in einem Fahrzeug eine Vorwärts- und eine Rückwärtsfahrt, nicht jedoch beispielsweise mehrere Gangstufen für eine Fahrtrichtung. Sie ist außerdem wegen der beiden kompletten Getriebezüge konstruktiv und baulich sehr aufwendig.
Bei einer anderen, aus der EP 1 561 971 A2 bekannten Getriebeanordnung für das Mischwerkzeug eines Futtermischers ist die Antriebswelle ebenfalls über zwei oder mehr Kupplungen mit einer Abtriebswelle kuppelbar, wobei eine erste der Kupplungen eine Klemmkörperfreilaufkupplung ist, während die anderen Kupplungen als hydraulisch schaltbare Kupplungen ausgebildet sind. Die erste Kupplung bildet die erste, langsamste Gangstufe mit höchstem Anlaufdrehmoment. Sie wird beim Zuschalten nachgeordneter, höheren Antriebsdrehzahlen zugeordneter Kupplungen überholt. Eine derartige Getriebeanordnung ermöglicht zwar mehrere Gangstufen in einer Antriebsrichtung, nicht jedoch einen Vorwärts- und Rückwärtslauf.
Aus der US 5,135,428 ist bereits eine Getriebeanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, die in Abhängigkeit vom Fahrwiderstand zwischen einem Hochgeschwindigkeitsmodus und einem Niedrigge schwindigkeitsmodus beispielsweise für Berg- oder Geländefahrt automatisch umschaltet. Die Getriebeanordnung umfasst zwei mit einem gemeinsamen Antrieb verbundene, parallele Ratschenkupplungen, die durch jeweils unterschiedlich starke Federn in Richtung eines Kupplungseingriffs mit einem gemeinsamen Abtriebsritzel gedrückt werden. Dabei ist ein erstes der Ratschenprofile bidirektional wirksam, d. h. es kann bei beiden Antriebsdrehrichtungen durchrutschen, während das zweite Ratschenprofil undirektional wirksam ist, so dass es bei einer Antriebsdrehrichtung auf jeden Fall im Eingriff bleibt. Das erste Ratschenprofil rutscht bei Erreichen einer bestimmten Drehmomentschwelle durch, bei der das andere Ratschenprofil den Antrieb übernimmt, wobei das erste Ratschenprofil überholt werden kann. Diese Getriebeanordnung ist konstruktionsbedingt nur für eine Antriebsrichtung geeignet. Eine Erweiterung auf mehr als zwei Gangstufen ist nicht möglich. Außerdem sind Ratschenkupplungen infolge ihres ”Ratschverhaltens” für die meisten Anwendungsfälle nicht geeignet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die konstruktiv einfach ist, eine universelle Anwendung ermöglicht, und die mit einfachen konstruktiven Mitteln auch für einen Betrieb mit zwei Antriebsdrehrichtungen und mit mehr als zwei Gangstufen ausbaubar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Getriebeanordnung der oben beschriebenen Art vereinfacht werden kann, wenn zwei Kupplungen so funktional miteinander verbunden werden, dass das Ineingriffbringen beispielsweise der zweiten Kupplung automatisch das Außereingriffbringen der ersten Kupplung bewirkt.
Die Erfindung geht daher aus von einer Getriebeanordnung, insbesondere von einer mehrstufigen, automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen schaltenden Getriebeanordnung, umfassend zwei eingangsseitig mit einer Antriebswelle und ausgangsseitig mittels unterschiedlicher Übersetzungen mit einer Abtriebswelle oder dergleichen antriebsverbundene Kupplungen, sowie Mittel, durch welche in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsbedingung jeweils eine der Kupplungen in Kupplungseingriff und die jeweils andere Kupplung außer Kupplungseingriff geschaltet wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste der Kupplungen als mittels eines Schaltkäfigs schaltbarer Klemmkörperfreilauf und die zweite Kupplung als eine bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl kuppelnde Fliehkraftkupplung ausgebildet ist, und dass die Fliehkraftkupplung eingangsseitig mit dem Schaltkäfig des Freilaufs verbunden ist. Die ein Schalten der Getriebeanordnung bewirkende Betriebsbedingung ist demnach die den Schaltpunkt der Fliehkraftkupplung bildende Antriebsdrehzahl.
Wenn das System anläuft, die Antriebswelle also angetrieben wird, dann treibt diese zunächst über den in einen Kupplungseingriff kommenden Klemmkörperfreilauf die Abtriebswelle an und nimmt gleichzeitig über die bestehende Antriebsverbindung die Eingangsseite der Fliehkraftkupplung mit. Diese bleibt jedoch zunächst unterhalb der den Schaltpunkt für die Fliehkraftkupplung darstellenden Antriebsdrehzahl außer Kupplungseingriff. Wenn die Antriebsdrehzahl die den Schaltpunkt darstellende Drehzahl erreicht, dann wird die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff geschaltet und verstellt ihrerseits über die bestehende Antriebsverbindung den Schaltkäfig so, dass der Klemmkörperfreilauf außer Kupplungseingriff kommt. Der Antrieb erfolgt jetzt allein über die Fliehkraftkupplung, wie anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert wird. Auf diese Weise können zwei Gangstufen in einer Antriebsrichtung geschaltet werden.
Um auch die andere Antriebsrichtung zu ermöglichen, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Klemmkörperfreilauf als in beiden Drehrichtungen wirksamer und freischaltbarer, symmetrischer Freilauf ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Innenring des Klemmkörperfreilaufes drehfest auf der Antriebswelle sitzt. Es ergibt sich dadurch ein äußerst einfacher Aufbau.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der eingangseitige, angetriebene Innenring der Fliehkraftkupplung drehbar ebenfalls direkt auf der Antriebswelle gelagert ist.
Der Klemmkörperfreilauf und die Fliehkraftkupplung können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung direkt oder indirekt mit einer gemeinsamen Abtriebswelle antriebsverbunden sein.
Um eine Getriebeanordnung mit mehr als zwei Gangstufen zu ermöglichen, kann die Abtriebswelle einer ersten Getriebeanordnung jeweils als Antriebswelle einer weiteren, nachgeordneten gleichartigen Getriebeanordnung dienen, die dann wiederum zwei Gangstufen ermöglicht usw.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Untersetzungsverhältnis zwischen Freilauf und Abtriebswelle größer als ein Untersetzungsverhältnis zwischen Fliehkraftkupplung und Abtriebswelle ist. Dadurch ergibt sich für die erste Anlaufgangstufe sinnrichtig eine geringere Ausgangsdrehzahl als für die zweite Gangstufe, wie an einem Ausführungsbeispiel gezeigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Darin zeigt
1 schematisch den konstruktiven Aufbau einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung,
2 schematisch die Getriebeanordnung bei geschalteter erster Gangstufe, und
3 schematisch die Getriebeanordnung bei geschalteter zweiter Gangstufe.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt demnach schematisch eine einem Antriebsmotor M nachgeordnete Getriebeanordnung 2, die zwei Gangstufen für einen Vorwärtslauf und für einen Rückwärtslauf des Antriebsmotors M ermöglicht.
Der Antriebsmotor M treibt eine Antriebswelle 4 an. Auf der Antriebswelle 4 ist der Innenring IR1 eines als Ganzes mit 6 bezeichneten Klemmkörperfreilaufes drehfest angeordnet. Der Innenring IR1 kann in an sich bekannter Weise über in einem Schaltkäfig SK geführte, nicht dargestellte Klemmkörper mit einem Außenring AR1 drehgekoppelt werden. Der Klemmkörperfreilauf 6 ist als so genannter symmetrischer, in beiden Drehrichtungen wirksamer und freischaltbarer Freilauf ausgebildet. Im normalen Zustand wird bei einem Antrieb des Innenringes IR1 der Außenring AR1 über die im Klemmeingriff befindlichen Klemmkörper angetrieben, d. h. der Klemmkörperfreilauf 6 ist im Zustand des Kupplungseingriffs. Die Klemmkörper können über den verstellbaren Schaltkäfig SK außer Klemmeingriff gebracht werden, so dass der Klemmkörperfreilauf 6 dann nicht mehr im Zustand des Kupplungseingriffs ist.
Der Außenring AR1 trägt einen Zahnkranz 8, der seinerseits mit einem Zahnrad 10 im Eingriff ist, welches mit einer Abtriebswelle 12 drehfest verbunden ist.
Auf der Antriebswelle 4 ist ein eingangsseitiger, angetriebener Innenring IR2 einer als Ganzes mit 14 bezeichneten Fliehkraftkupplung drehbar gelagert, welcher ebenfalls in an sich bekannter Weise über nicht dargestellte Fliehkör per oberhalb einer bestimmten, einen Schaltpunkt definierenden Antriebsdrehzahl mit einem zugeordneten Außenring AR2 drehgekoppelt wird. Der Außenring AR2 trägt einen Zahnkranz 16, welcher mit einem Zahnrad 18 im Eingriff ist, das ebenfalls mit der Abtriebswelle 12 drehfest verbunden ist.
Der Innenring IR2 der Fliehkraftkupplung 14 ist mittels eines Verbindungselementes 20 mit dem Schaltkäfig SK des Klemmkörperfreilaufes 6 verbunden.
Die Funktionsweise der Getriebeanordnung 2 wird anhand der 2 und 3 näher beschrieben, wobei die 2 die Getriebeanordnung bei der ersten Gangstufe und die 3 die Getriebeanordnung bei der zweiten Gangstufe darstellt.
Beim Anlaufen des Systems treibt der Motor M die Antriebswelle 4 und damit den Innenring IR1 des Klemmkörperfreilaufes 6 an. Das Drehmoment wird über den Klemmmechanismus auf den Außenring AR1 übertragen, welcher über den Zahnkranz 8 und das Zahnrad 10 die Abtriebswelle 12 antreibt. Wenn man beispielsweise von einer Untersetzung 3:1 zwischen Zahnkranz 8 und Zahnrad 10 ausgeht, dann dreht sich die Abtriebswelle bei einer Antriebsdrehzahl von n = 999 upm (< 1000 upm) mit einer Ausgangsdrehzahl n = 333 upm. Dabei bedeutet die Bezeichnung „upm” bekanntermaßen Umdrehungen pro Minute.
Gleichzeitig dreht sich auch das Zahnrad 18 mit einer Drehzahl von n = 333 upm. Wenn man weiterhin von einer Untersetzung 2:1 zwischen dem Zahnkranz 16 und dem Zahnrad 18 ausgeht, dann wird der Zahnkranz 16 und damit der Außenring 2 der Fliehkraftkupplung mit einer Drehzahl n = 666 upm mitgenommen.
Solange der Klemmkörperfreilauf 6 im Kupplungseingriff ist, wird auch der Schaltkäfig SK angetrieben, und zwar im vorliegenden Beispiel mit einer Drehzahl n = 999 upm. Unter der Annahme, dass der Schaltpunkt der Fliehkraftkupplung bei n = 1000 upm liegt, ist in diesem Betriebszustand die Fliehkraftkupplung noch außer Kupplungseingriff, d. h. der Außenring AR2 und der In nenring IR2 der Fliehkraftkupplung 14 können sich gegeneinander frei drehen und der Innenring IR2 kann den Außenring AR2 überholen.
Wenn die Antriebsdrehzahl an der Antriebswelle 4 erhöht wird (siehe 3), dann erreicht die Fliehkraftkupplung 14 bei n = 1000 upm ihren Schaltpunkt, so dass die Fliehkraftkupplung 14 in Kupplungseingriff kommt, wobei vom Innenring IR2 über das Verbindungselement 20 ein Verstellmoment auf den Schaltkäfig SK übertragen wird, welches dazu führt, dass der Klemmkörperfreilauf 6 außer Kupplungseingriff gebracht wird. Damit ist die zweite Gangstufe geschaltet.
3 zeigt die Getriebeanordnung bei der zweiten Gangstufe. Bei einer Antriebsdrehzahl von n = 1000 upm an der Antriebswelle 4 werden auch der Innenring IR2, der damit drehgekoppelte Außenring AR2 und der Zahnkranz 16 mit einer Drehzahl von n = 1000 upm angetrieben. Infolge der vorne beschriebenen Untersetzung 2:1 werden das Zahnrad 18, die Abtriebswelle 12 und das Zahnrad 10 mit einer höheren Ausgangsdrehzahl n = 500 upm angetrieben.
Für den Außenring AR1 des Klemmkörperfreilaufes 6 ergibt sich wegen der Übersetzung 1:3 eine Drehzahl von n = 1500 upm. Da der Klemmkörperfreilauf 6 außer Kupplungseingriff ist, kann der Außenring AR1 den Innenring IR1 überholen. Dieser Zustand entspricht der zweiten Gangstufe.
Da der Klemmkörperfreilauf 6 ein so genannter symmetrischer Freilauf ist, kann dieser Vorgang in beiden Drehrichtungen erfolgen, wodurch die Getriebeanordnung auch eine Rückwärtsgangfunktion hat.
Um mehr als zwei Gangstufen zu verwirklichen, kann die Abtriebswelle 12 als Antriebswelle für eine nachgeordnete, gleichartige Getriebeanordnung dienen, wodurch zwei weitere Gangstufen hinzugefügt werden.

2: Getriebeanordnung
4: Antriebswelle
6: Klemmkörperfreilauf
8: Zahnkranz
10: Zahnrad
12: Abtriebswelle
14: Fliehkraftkupplung
16: Zahnkranz
18: Zahnrad
20: Verbindungselement
AR1: Außenring
AR2: Außenring
IR1: Innenring
IR2: Innenring
M: Antriebsmotor
SK: Schaltkäfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- GB 2427542 [0003]
- EP 1561971 A2 [0004]
- US 5135428 [0005]

Claims

Getriebeanordnung (2), insbesondere mehrstufige, automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen schaltende Getriebeanordnung, umfassend zwei eingangsseitig mit einer Antriebswelle (4) und ausgangsseitig mittels unterschiedlicher Übersetzungen mit einer Abtriebswelle (12) oder dergleichen antriebsverbundene Kupplungen, sowie Mittel, durch welche in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebsbedingung jeweils eine der Kupplungen in Kupplungseingriff und die jeweils andere Kupplung außer Kupplungseingriff geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der Kupplungen als symmetrischer, mittels eines Schaltkäfigs (SK) schaltbarer Klemmkörperfreilauf (6) und die zweite Kupplung als bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl kuppelnde Fliehkraftkupplung (14) ausgebildet ist, und dass die Fliehkraftkupplung (14) eingangsseitig mit dem Schaltkäfig (SK) der Klemmkörperfreilaufs (6) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörperfreilauf (6) als in beiden Drehrichtungen wirksamer und freischaltbarer Freilauf ausgebildet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (IR1) des Klemmkörperfreilaufs (6) drehfest auf der Antriebswelle (4) sitzt.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitig angetriebene Innenring (IR2) der Fliehkraftkupplung (14) drehbar auf der Antriebswelle (4) gelagert ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörperfreilauf (6) und die Fliehkraftkupplung (14) mit einer gemeinsamen Abtriebswelle (12) antriebsverbunden sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (12) einer ersten Getriebeanordnung (2) jeweils als Antriebswelle einer weiteren, nachgeordneten gleichartigen Getriebeanordnung dient.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Freilauf (6) und Abtriebswelle (12) ein größeres Untersetzungsverhältnis als zwischen Fliehkraftkupplung (14) und Abtriebswelle (12) besteht.