DE102010000948A1

DE102010000948A1 - Two-stage helical gearbox

Info

Publication number: DE102010000948A1
Application number: DE102010000948A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bruckmeier; Eckhard Schmied
Original assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE; HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GmbH
Current assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GMBH, DE
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2030-01-16
Also published as: DE102010000948B4; DE202009000101U1

Abstract

Das Stirnzahnradgetriebe hat ein Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang mit i = 1 und umgekehrt. Eine Antriebswelle (16) mit einer Außenverzahnung (72) ist durch das Schaltelement über Zwischenzahnräder mit einem Eingangszahnrad (26) und einem Ausgangszahnrad (74) in Verbindung mit der Außenverzahnung (72) einer zur Antriebswelle (16) koaxialen Antriebswelle (18) verschiebbar. Das einzige Schaltelement ist als eine koaxial auf der Abtriebswelle (18) formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe (52) ausgebildet, die drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad (26) verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad (74) der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle (18) verschiebbar ist.The Stirnzahnradgetriebe has a switching element for switching from a gear ratio with a gear ratio i ≠ 1 in a direct gear with i = 1 and vice versa. A drive shaft (16) with an outer toothing (72) is displaceable by the switching element via intermediate gears with an input gear (26) and an output gear (74) in conjunction with the external toothing (72) of a drive shaft (18) coaxial with the drive shaft (16). The only switching element is designed as a coaxially on the output shaft (18) positively slidable sliding sleeve (52) rotatably, but axially fixed to the input gear (26) and in a rotationally fixed connection with the output gear (74) of the intermediate gears and with the Output shaft (18) is displaceable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang i = 1 und umgekehrt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a Stirnzahnradgetriebe with a switching element to switch from a gear ratio with a gear ratio i ≠ 1 in one Direct gear i = 1 and vice versa according to the preamble of the claim 1.

Stirnradgetriebe und insbesondere Planetengetriebe mit zwei Schaltstufen weisen häufig eine Übersetzung i = 1 und eine Übersetzung i ≠ 1 auf, meistens eine Übersetzung ins Langsame. Solange sich Erwärmungseinflüsse und Unwuchten nicht negativ auf das Laufverhalten auswirken, wird für die Direktübersetzung (i = 1) häufig eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zwischenzahnrädern und dem Eingangszahnrad hergestellt, im Falle eines Planetengetriebes zwischen Steg und Sonnenrad, wobei der Steg fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist in dieser Schaltstufe nicht mit dem Gehäuse verbunden. Das bedeutet, dass im Direktgang alle Zwischenzahnräder bzw. das gesamte Planetengetriebe ohne weitere Abwälzbewegungen als Block umlaufen. Entsprechendes gilt für ein Wechselgetriebe, z. B. in einem Kraftfahrzeug, bei dem im direkten Gang die gesamte Vorgelegewelle, d. h. die Gesamteinheit der Zwischenzahnräder mitläuft.Spur gears and in particular planetary gear with two switching stages often have a translation i = 1 and a translation i ≠ 1 on, mostly a translation slow. As long as warming influences and Imbalance does not negatively affect the running behavior, is for direct translation (i = 1) frequently a positive or non-positive Connection between the idler gears and the input gear manufactured, in the case of a planetary gear between bridge and Sun gear, wherein the web is firmly connected to the output shaft. The ring gear of the planetary gear is not in this stage with the housing connected. This means that in direct gear all intermediate gears or rotate the entire planetary gear without further rolling movements as a block. The same applies to a change gear, z. B. in a motor vehicle, in the direct Gear the entire countershaft, d. H. the entire unit of the idler gears runs along.

Für die Schaltstufe i ≠ 1 wird bei einem Planetengetriebe die Verbindung der Sonne und des Steges gelöst und es erfolgt eine form- oder kraftschlüssige Verbindung des Hohlrades mit dem Gehäuse. Der Steg oder Planetenträger ist weiterhin form- oder kraftschlüssig mit der Abtriebswelle verbunden. Die Planetenräder kämmen einerseits mit dem Sonnenrad und andererseits mit dem Hohlrad, wobei der Planetenträger eine entsprechend dem Zähnezahlverhältnis Sonne/Hohlrad zum Sonnenrad unterschiedliche Drehzahl aufweist.For the switching stage i ≠ 1 becomes in a planetary gear the connection of the sun and the bridge solved and there is a positive or non-positive connection of the ring gear with the housing. The bridge or planet carrier is still positive or non-positive with the output shaft connected. The planet wheels comb on the one hand with the sun gear and on the other hand with the ring gear, wherein the planet carrier one according to the number of teeth sun / ring gear has different speed to the sun gear.

Bei schnell laufenden Zahnradgetrieben spielen Unwuchten und Erwärmungen eine große Rolle. Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Stirnzahnradgetriebe anzugeben, bei dem im Direktgang die geringst möglichen Massen mit umlaufen und bei dem für den Umschaltvorgang nur ein Schaltelement benötigt wird.at fast-running gear drives play imbalances and warming a major role. The to be solved by the invention Task is to provide a spur gear, in which in the direct gear the lowest possible Circulating masses and in which only one for the switching process Switching element needed becomes.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, wonach das alleinige Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe ausgebildet ist, die drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle verschiebbar ist.The solution this object results from the features specified in claim 1, after which the sole switching element as a coaxial on the output shaft form-fitting slidable shift sleeve is formed, which is rotatable but axially fixed connected to the input gear and in a rotationally fixed connection with the output gear of the intermediate gears and with the output shaft is displaceable.

Die drehfeste Verbindung kann als kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Die formschlüssige Verbindung wird dabei über Verzahnungen hergestellt, während die kraftschlüssige Verbindung über Konusflächen erfolgt, die in Reibeingriff miteinander kommen.The non-rotatable connection can be a non-positive or positive connection be educated. The form-fitting Connection is about Gears made while the non-positive Connection via cone surfaces takes place, which come into frictional engagement with each other.

Im Fall der formschlüssigen Verbindung hat die Schaltmuffe die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung und Außenverzahnung.in the Case of positive Connection, the shift sleeve has the shape of a spider with internal teeth and external teeth.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenverzahnung der Schaltmuffe in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung der Abtriebswelle ist und im Direktgang durch Axialverschiebung der Schaltmuffe, bei der diese das Eingangszahnrad so verschiebt, dass dessen Innenverzahnung außer Eingriff mit der Außenverzahnung der Antriebswelle kommt, mit deren Außenverzahnung kämmt, und dass die Außenverzahnung der Schaltmuffe bei ihrer Axialverschiebung in den Direktgang außer Eingriff mit der Innenverzahnung des Ausgangszahnrades der Zwischenzahnräder kommt.In Further development of the invention is provided that the internal toothing the shift sleeve in permanent Engagement with the external toothing the output shaft is and in direct gear by axial displacement the shift sleeve, which shifts the input gear so that its internal teeth except Engagement with the external toothing the drive shaft comes, with the external teeth meshes, and that the external teeth the shift sleeve in their axial displacement in the direct gear disengaged comes with the internal teeth of the output gear of the intermediate gears.

Die Erfindung lässt sich bei allen Stirnrad-Schaltgetrieben einsetzen, mit besonderem Vorteil auch bei Planetengetrieben. In diesem Fall ist das Eingangszahnrad das Sonnenrad des Planetengetriebes, dessen Planetenräder die Zwischenräder bilden, während ein Teil des Planetenträgers das Ausgangszahnrad mit einer Innenverzahnung bildet.The Invention leaves to use in all spur gearboxes, with special Advantage also with planetary gears. In this case, the input gear is the sun gear of the planetary gear, whose planetary gears the idlers form while a part of the planet carrier forms the output gear with an internal toothing.

Bei bekannten Planetengetrieben werden zum Umschalten in den direkten Gang (i = 1) zwei Schaltelemente benötigt, nämlich eines für die Verbindung Sonnenrad-Antriebswelle und ein weiteres für die Verbindung Steg-Abtriebswelle. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung vermieden, da diese mit nur einem Schaltelement auskommt.at known planetary gears are used to switch to the direct Gang (i = 1) requires two switching elements, namely one for the connection Sun gear drive shaft and another for the connection bridge output shaft. This disadvantage is avoided with the invention, since this with only a switching element manages.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of an embodiment, which is shown in the drawing. Show it:

1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe gemäß der Erfindung in der ersten Schaltstufe i ≠ 1, 1 a longitudinal section through a planetary gear according to the invention in the first switching stage i ≠ 1,

2 das Getriebe der 1 nach dem Umschalten in den Direktgang (i = 1) und 2 the transmission of 1 after switching to the direct gear (i = 1) and

3 eine schematische Darstellung des Getriebes der 1 und 2 in den beiden Schaltstufen, wobei die obere Hälfte die Stellung bei i ≠ 1 und die untere den Direktgang (i = 1) wiedergibt. 3 a schematic representation of the transmission of 1 and 2 in the two switching stages, the upper half representing the position at i ≠ 1 and the lower half the direct gear (i = 1).

Die 1 und 2 zeigen ein als Planetengetriebe ausgebildetes Schaltgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12 mit zylindrischer Gehäusewand 14. In dem Gehäuse 12 ist eine hohle Antriebswelle 16 gelagert, der eine koaxiale, ebenfalls hohle Abtriebswelle 18 zugeordnet ist. Die Abtriebswelle 18 ist über ein Radialkugellager 20 in einer Stirnwand 22 des Gehäuses 12 gelagert, an der Hydraulik- oder Pneumatikleitungen 24 angeschlossen sind.The 1 and 2 show a trained as a planetary gearbox 10 with a housing 12 with cylindrical housing wall 14 , In the case 12 is a hollow drive shaft 16 stored, the coaxial, also hollow output shaft 18 assigned. The output shaft 18 is about a radial ball bearing 20 in a front wall 22 of the housing 12 stored on the hydraulic or pneumatic lines 24 are connected.

Das Getriebe 10 der 1 und 2 ist als Planetengetriebe ausgebildet und hat ein rohrförmiges Eingangszahnrad 26, welches das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet. Mit der Außenverzahnung 28 des Eingangszahnrades 26 sind über den Umfang verteilte Planetenräder 30 in Eingriff, die über Nadellager 32 in einem Planetenträger 34 (Steg) gelagert sind. Die Planetenräder 30 kämmen mit der Innenverzahnung 36 des Hohlrades 38, das an der Innenseite der zylindrischen Gehäusewand 16 ausgebildet ist und zur Abstützung der Planetenräder 30 dient. Der beschriebene Planetenradsatz bildet die Zwischenzahnräder des Getriebes 10.The gear 10 of the 1 and 2 is designed as a planetary gear and has a tubular input gear 26 , which forms the sun gear of the planetary gear. With the external teeth 28 of the input gear 26 are planetary gears distributed over the circumference 30 engaged via needle roller bearings 32 in a planet carrier 34 (Bridge) are stored. The planet wheels 30 mesh with the internal teeth 36 of the ring gear 38 on the inside of the cylindrical housing wall 16 is formed and for supporting the planetary gears 30 serves. The planetary gear set described forms the intermediate gears of the transmission 10 ,

Mit dem Planetenträger 34 fest verbunden ist ein ringförmiger, axial vorstehender Absatz 40, der über ein Radialkugellager 42 drehbar im Gehäuse 12 gelagert ist. Wie die 1 und 2 weiter zeigen, ist der Planetenträger 34 auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls über ein Radialkugellager 44 an der Stirnwand 46 gelagert, in der über ein Kugellager 48 die Antriebswelle 16 gelagert ist.With the planet carrier 34 firmly connected is an annular, axially projecting shoulder 40 that about a radial ball bearing 42 rotatable in the housing 12 is stored. As the 1 and 2 continue to show is the planet carrier 34 on the opposite side also via a radial ball bearing 44 on the front wall 46 stored in the over a ball bearing 48 the drive shaft 16 is stored.

Auf dem der Abtriebswelle 18 zugewandten Ende des Eingangszahnrades 26 (Sonnenrad) ist über ein Radialkugellager 50 eine Schaltmuffe 52 drehbar, jedoch axial fest gelagert, die eine ringförmige Nabe 54 hat, welche über ihre Innenverzahnung 56 in ständigem Eingriff mit einer Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18 ist. Die Schaltmuffe 52 hat außerdem eine Außenverzahnung 60, die in der Stellung der 1 (i ≠ 1) in Eingriff mit der Innenverzahnung 62 des Absatzes 40 des Planetenträgers 34 ist. Die Schaltmuffe 52 hat damit die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung 56 und Außenverzahnung 60.On the output shaft 18 facing the end of the input gear 26 (Sun gear) is about a radial ball bearing 50 a shift sleeve 52 rotatable but axially fixed, the one annular hub 54 which has about its internal teeth 56 in constant engagement with external teeth 58 the output shaft 18 is. The sliding sleeve 52 also has an external toothing 60 who are in the position of 1 (i ≠ 1) in engagement with the internal toothing 62 of the paragraph 40 of the planet carrier 34 is. The sliding sleeve 52 thus has the form of a ring gear with internal teeth 56 and external teeth 60 ,

Auf der Nabe 54 der Schaltmuffe 52 ist über ein Radialkugellager 64 drehbar, jedoch axial fest ein Schaltring 66 gelagert, welcher über Stellzylinder 68 in axialer Richtung verschoben werden kann. Hierzu sind die Stellzylinder 68 mit den Druckleitungen 24 verbunden.On the hub 54 the shift sleeve 52 is about a radial ball bearing 64 rotatable, but axially fixed a switching ring 66 stored, which via actuating cylinder 68 can be moved in the axial direction. For this purpose, the actuating cylinder 68 with the pressure lines 24 connected.

In der Schaltstellung der 1 (i ≠ 1) ist die Innenverzahnung 70 des Eingangszahnrades 26 (Sonnenrad) in Eingriff mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 16. Das Eingangszahnrad 26 versetzt daher über die Planetenräder 30 den Planetenträger 34 (Steg) in Drehung, welcher seinerseits über die Verzahnung 60/62 die Schaltmuffe 52 dreht. Da deren Innenverzahnung 56 in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18 ist, wird diese entsprechend dem gewählten Übersetzungsverhältnis angetrieben. Der Planetenträger 30 mit seinem innenverzahnten Absatz 40 übernimmt hierbei die Funktion des Ausgangszahnrades 74 des Getriebes 10.In the switching position of 1 (i ≠ 1) is the internal toothing 70 of the input gear 26 (Sun gear) in engagement with the external toothing 72 the drive shaft 16 , The input gear 26 therefore offset over the planetary gears 30 the planet carrier 34 (Bridge) in turn, which in turn on the teeth 60 / 62 the shift sleeve 52 rotates. Since the internal toothing 56 in constant engagement with the external teeth 58 the output shaft 18 is, this is driven according to the selected gear ratio. The planet carrier 30 with its internally toothed heel 40 takes over the function of the output gear 74 of the transmission 10 ,

Zum Umschalten in den Direktgang (i = 1), der sich aus 2 und der unteren Hälfte von 3 ergibt, wird der Schaltring 66 über die Stellzylinder 68 axial in Richtung auf die Stirnwand 46 verschoben. Dabei wird auch die Schaltmuffe 52 in derselben Richtung axial verschoben, so dass ihre Außenverzahnung 60 außer Eingriff mit der Innenverzahnung 62 des Planetenträgers 34 kommt. Bei ihrer Axialverschiebung nimmt die Schaltmuffe 62 auch das Eingangszahnrad 26 (Sonnenrad) mit, so dass dieses die in 2 nach links verschobene Stellung einnimmt. In dieser Stellung kommt die Innenverzahnung 70 des Eingangszahnrades 26 außer Eingriff mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 18. In der Stellung der 2 ist außerdem die Innenverzahnung 56 der Nabe 54 und damit der Schaltmuffe 52 nicht nur in Eingriff mit der Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18, sondern auch mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 16. In dieser Schaltstellung ist somit die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 16 und dem Eingangszahnrad 26 gelöst; Gleiches gilt für die formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltmuffe 52 und dem Planetenträger 34. Die Antriebswelle 16 treibt damit über das Ausgangszahnrad 74, d. h. über die Schaltmuffe 52 die Abtriebswelle 18 mit derselben Drehzahl an. Da das Eingangszahnrad 26 (Sonnenrad) kraftschlüssig (oder auch formschlüssig) mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, wird eine unkontrollierte Drehbewegung des Eingangszahnrades 26 mit den Zwischenzahnrädern (Planetenräder 30 und Planetenträger 34) verhindert. Sämtliche Zwischenzahnräder drehen sich also im Direktgang nicht mit, so dass bei den sehr hohen Drehzahlen, die weit über n = 10.000 liegen können, die rotierenden Massen auf ein Minimum beschränkt sind. Unwuchten oder Erwärmungen aufgrund der hohen Drehzahlen und von Abwälzvorgängen spielen damit in der direkten Schaltstufe nur eine untergeordnete Rolle.To switch to the direct gear (i = 1), which is made 2 and the lower half of 3 results, the switching ring 66 over the actuating cylinder 68 axially in the direction of the end wall 46 postponed. This is also the shift sleeve 52 axially displaced in the same direction, so that their external teeth 60 out of engagement with the internal teeth 62 of the planet carrier 34 comes. In its axial displacement takes the shift sleeve 62 also the input gear 26 (Sun wheel) with, so that this in 2 moves to the left shifted position. In this position comes the internal toothing 70 of the input gear 26 out of engagement with the external teeth 72 the drive shaft 18 , In the position of 2 is also the internal toothing 56 the hub 54 and thus the shift sleeve 52 not only in engagement with the external teeth 58 the output shaft 18 but also with the external teeth 72 the drive shaft 16 , In this switching position is thus the positive connection between the drive shaft 16 and the input gear 26 solved; The same applies to the positive connection between the sliding sleeve 52 and the planet carrier 34 , The drive shaft 16 thus drives over the output gear 74 , ie via the sliding sleeve 52 the output shaft 18 at the same speed. Because the input gear 26 (Sun) frictionally (or positively) with the housing 12 is connected, is an uncontrolled rotational movement of the input gear 26 with the intermediate gears (planet gears 30 and planet carrier 34 ) prevented. All intermediate gears thus do not rotate with the direct gear, so that at very high speeds, which can be well over n = 10,000, the rotating masses are limited to a minimum. Imbalance or heating due to the high speeds and rolling processes thus play only a minor role in the direct switching stage.

Die Erfindung ist am Beispiel eines Planetengetriebes erläutert, lässt sich jedoch auch auf Stirnzahnradgetriebe anwenden. Bei diesen sind die Zwischenzahnräder im allgemeinen auf einer Vorgelegewelle angeordnet.The Invention is explained using the example of a planetary gear, can be However, also apply to Spurzahnradgetriebe. These are the Intermediate gears generally arranged on a countershaft.

Claims

Spur gear with a switching element for switching from a gear ratio with a gear ratio i ≠ 1 in a direct gear with i = 1 and vice versa, wherein the transmission is a drive shaft ( 16 ) with an external toothing ( 72 ), which by the switching element via intermediate gears with an input gear ( 26 ) and egg an output gear ( 74 ) in conjunction with the external toothing ( 72 ) one to the drive shaft ( 16 ) coaxial drive shaft ( 18 ) is displaceable, characterized in that the single switching element as a coaxial on the output shaft ( 18 ) positively displaceable sliding sleeve ( 52 ) which is rotatable but axially fixed to the input gear ( 26 ) and in a rotationally fixed connection with the output gear ( 74 ) of the intermediate gears and with the output shaft ( 18 ) is displaceable.

Spur gear transmission according to claim 1, characterized in that the sliding sleeve ( 52 ) as a toothed ring with internal toothing ( 56 ) and external teeth ( 60 ) is trained.

Spur gear according to claim 2, characterized in that the internal toothing ( 56 ) of the sliding sleeve ( 52 ) in constant engagement with the external teeth ( 58 ) of the output shaft ( 18 ) and in direct gear by axial displacement of the sliding sleeve ( 52 ), in which this the input gear ( 26 ) so that its internal toothing ( 70 ) out of engagement with the external toothing ( 72 ) of the drive shaft ( 16 ), with its external teeth ( 60 ) meshes, and that the external teeth ( 60 ) of the sliding sleeve ( 52 ) in its axial displacement in the direct gear out of engagement with the internal toothing ( 62 ) of the output gear ( 74 ) of the intermediate gears comes.

Spur gear according to one of the preceding claims, characterized in that the input gear ( 26 ) is the sun gear of a planetary gear whose planetary gears ( 30 ) with the planet carrier ( 34 ) form the intermediate gears, while a paragraph ( 40 ) of the planet carrier ( 34 ) the output gear ( 74 ) with internal toothing ( 62 ).

Spur gear transmission according to claim 4, characterized in that the ring gear ( 38 ) of the planetary gear as internal toothing ( 36 ) on a cylindrical housing wall ( 14 ) of the transmission ( 10 ) is formed and for supporting the planetary gears ( 30 ) serves.

Spur gear according to one of the preceding claims, characterized in that the sliding sleeve ( 52 ) via a radial ball bearing ( 50 ) on the input gear ( 26 ) is stored.

Spur gear according to one of the preceding claims, characterized in that for the axial displacement of the sliding sleeve ( 52 ) a switching ring ( 66 ) is provided, in which a radial bearing ( 64 ) the sliding sleeve ( 52 ) is rotatably mounted.

Spur gear transmission according to claim 6, characterized in that the switching ring ( 66 ) via pneumatically or hydraulically actuated actuating cylinders ( 68 ) is axially displaceable.