DE102011084622A1

DE102011084622A1 - Zapfwellengetriebe

Info

Publication number: DE102011084622A1
Application number: DE201110084622
Authority: DE
Inventors: Stefan Igl; Thomas Oberbuchner; Christoph Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zapfwellengetriebe, welches in verbesserter Weise den praktischen Anforderungen gerecht wird und lastschaltbar ausgebildet ist. Das Zapfwellengetriebe ist mit einer ersten und zweiten Eingangswelle (2, 2’, 3, 3’), die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei eine der Eingangswellen (2, 3’) als Hohlwelle ausgebildet und die andere Eingangswelle (3, 2’) diese durchsetzt und die Eingangswellen (2, 2’, 3, 3’) über eine zwischen den Eingangswellen (2, 2’, 3, 3’) und einer Antriebswelle (1, 1’) vorgesehene Doppelkupplungseinrichtung (4, 4’) wahlweise mit der Antriebswelle (1, 1’) koppelbar sind, einer Zapfwelle (8, 8’), die achsversetzt zu den Eingangswellen (2, 2’, 3, 3’) angeordnet ist und mit der ersten Eingangswelle (2, 2’) oder Zapfwelle (8, 8’) koppelbaren ersten und zweiten Stirnradstufen (12, 12’, 13, 13’) sowie einer dritten Stirnradstufe (14, 14’) mit als Festräder auf der zweiten Eingangswelle (3, 3’) und der Zapfwelle (8, 8’) vorgesehenen Stirnrädern (7, 7’, 11, 11’). Das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe ist vorzugsweise ein dreistufiges Getriebe. Die Erfindung betrifft ferner ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem entsprechenden Zapfwellengetriebe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zapfwellengetriebe, welches bei land- und/oder bauwirtschaftlich nutzbaren Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, um das Drehmoment eines Antriebsmotors des Fahrzeugs an einer üblicherweise an dem Fahrzeug freiliegenden Zapfwelle mit einer gewünschten Drehzahl abgreifbar zu machen. Die an dem Fahrzeug freiliegende Zapfwelle hat üblicherweise eine gezahnte Querschnittsgestalt, so dass eine Kardanwelle zur Verbindung der Zapfwelle mit einer Antriebswelle eines landwirtschaftlichen Geräts, wie beispielsweise eines Heuwenders, eines Ladewagens oder eines Kunstdüngerstreuers im Wesentlichen durch Aufschieben auf die Zapfwelle angeschlossen werden kann. Die Zapfwelle ist im Stand der Technik üblicherweise unmittelbar mit dem Motor gekoppelt, so dass die Drehgeschwindigkeit der Zapfwelle direkt korreliert mit der Drehgeschwindigkeit des Motors. Über Radsätze kann die tatsächliche und beim Betrieb des Geräts zu erwartende Drehgeschwindigkeit der Motorabtriebswelle an die gewünschte Drehgeschwindigkeit der Zapfwelle angepasst werden.
Im Stand der Technik sind auch Zapfwellengetriebe bekannt, die als zweistufige Getriebe ausgebildet sind und welche lastfrei geschaltet werden können. Häufig erfolgt dieses Schalten manuell. Allerdings ist es nicht möglich, das Zapfwellengetriebe unter Last zu schalten. Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, die durch die Abhängigkeit der Zapfwelle von der Motordrehgeschwindigkeit begründeten Nachteile zu vermindern. So offenbart die DE 26 47 141 A1 einen Antrieb für die Zapfwelle eines landwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs, wobei die Zapfwelle sowohl mit einer Abtriebswelle für den Fahrzeugantrieb, d. h. ein Getriebe zum Schalten der Fahrgänge des Nutzfahrzeuges, sowie mit einer unmittelbar mit der Motorabtriebswelle gekoppelten Welle koppelbar ist. Dementsprechend ist es möglich, die Zapfwelle sowohl mit motorabhängiger Drehzahl als auch mit wegabhängiger Drehzahl zu betreiben. Für den motorabhängigen Betrieb sind zwei Radsätze vorgesehen. Dabei trägt die unmittelbar mit dem Motor gekoppelte Welle zwei Festräder, die mit gleitverschieblich auf einer Eingangswelle des Zapfwellengetriebes gelagerten Stirnrädern nach Wahl in Eingriff gebracht werden können, wenn diese Zahnräder mit einer Klauenkupplung auf die Höhe des zugeordneten Festrades gebracht werden. Die Eingangswelle ist wiederum über eine Lamellenkupplung des Zapfwellengetriebes mit der Zapfwelle verbindbar, wobei die Eingangswelle koaxial zu besagter Zapfwelle vorgesehen ist. Die Klauenkupplung zu dem Ein- bzw. Ausrücken der Stirnräder der beiden Radsätze kann nur lastfrei betätigt werden.
Eine alternative Lösung ist aus der DE 20 51 556 C2 bekannt, bei welcher eine, eine als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle des Antriebsgetriebes durchsetzende und unmittelbar mit der Abtriebswelle des Motors, verbundene Eingangswelle des Zapfwellengetriebes mit einer Doppelkupplung verbunden ist, welche an gegenüberliegenden Enden Zahnräder von zwei unterschiedlichen Stirnradstufen trägt. Die Zapfwelle erstreckt sich dabei achsparallel zu der Antriebswelle und einer Vorgelegewelle, deren beide Festräder mit den der Eingangswelle zugeordneten und über die Doppelkupplung koppelbaren Zahnrädern kämmen. Eines der Festräder der Vorgelegewelle kämmt mit einem der Zapfwelle zugeordneten Losrad. Durch Betätigen des Doppelkupplungsgetriebes kann jeweils nach Wahl eines der der Eingangswelle zugeordneten Zahnräder mit dieser gekoppelt und das Drehmoment über die Abtriebskonstante zwischen der Zapfwelle der Vorgelegewelle übertragen werden.
Das vorbekannte Zapfwellengetriebe kann zwar unter Last geschaltet werden. Es ist aber ein zweistufiges Getriebe. Insbesondere der verbrauchsoptimierte Betrieb von landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen mit Zapfwellengetriebe macht es erforderlich, die an der Zapfwelle anliegende Drehzahl in verbesserter Weise auf eine bei einem wirtschaftlichen Betrieb des Antriebsmotors sich ergebende Drehzahl abzustimmen. Dabei erfordern bestimmte landwirtschaftliche Geräte, die über die Zapfwelle angetrieben werden, unterschiedliche Drehzahlbereiche.
Mit Blick auf die unterschiedlichen landwirtschaftlichen Geräte sind die Nenndrehzahlen der Zapfwellen heutzutage genormt. Es haben sich Nenndrehzahlen von 540 Umdrehungen pro Minute, 750 Umdrehungen pro Minute, 1000 Umdrehungen pro Minute und 1400 Umdrehungen pro Minute durchgesetzt (Standard-Übersetzungsstufe). Diese Nenndrehzahlen, auch als Übersetzungsstufen bezeichnet, liegen an der Zapfwelle im Bereich der Motornenndrehzahl (Höchstleistung) an. Bei niedrigeren Motordrehzahlen werden die Nenndrehzahlen der Zapfwelle somit nicht erreicht.
Für landwirtschaftliche Geräte mit geringer Leistungsaufnahme ist das Betreiben der Zapfwelle bei Motornenndrehzahl nicht erforderlich. Hierfür haben sich seit einiger Zeit auch Zapfwellengetriebe mit so genannten Economy-Übersetzungsstufen durchgesetzt. Bei den Economy-Übersetzungsstufen 540E und 1000E z. B. liegen Nenndrehzahlen von 540 bzw. 1000 Umdrehungen pro Minute schon bei reduzierter Motorendrehzahl, meist in der Nähe des höchsten Motorendrehmoments, bei ca. 1400 bis 1600 Umdrehungen pro Minute an. Damit ist es möglich, Geräte mit geringer Leistungsaufnahme Kraftstoff sparend zu betreiben.
Bei nichtlastschaltbaren Zapfwellengetrieben besteht das Problem, dass der Bediener des landwirtschaftlichen Gerätes, d. h. der Traktorist, vor Beginn eines Arbeitsganges die entsprechende Übersetzungsstufe an dem Zapfwellengetriebe einstellen muss. Handelt es sich bei dieser um eine unter Volllast günstige Übersetzungsstufe, so ergibt sich das Problem, dass im Teillastbereich, eine unpassende Übersetzung bei geringem Drehmoment abgerufen werden muss, was sowohl für den Betrieb des landwirtschaftlichen Gerätes wie auch für den des Motors nachteilig ist.
Heutzutage bekannte Zapfwellengetriebe können es im Allgemeinen nicht leisten, unter Last immer in die jeweilige zweckmäßigste Übersetzungsstufe geschaltet zu werden. Sowohl eine Lastschaltbarkeit zwischen den einzelnen Übersetzungsstufen (540 Umdrehungen pro Minute, 750 Umdrehungen pro Minute, 1000 Umdrehungen pro Minute, 1400 Umdrehungen pro Minute) als auch eine Lastschaltbarkeit zwischen den Economy-Übersetzungsstufen und den Standard-Übersetzungsstufen oder auch zwischen den Economy-Stufen selbst ist bis heute nicht in ausreichender Weise gegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein verbessertes Zapfwellengetriebe anzugeben, welches den oben beschriebenen praktischen Anforderungen in verbesserter Weise gerecht wird.
Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Zapfwellengetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Dieses hat eine erste und eine zweite Eingangswelle, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei eine der Eingangswellen als Hohlwelle und die andere als diese durchsetzende Welle vorgesehen ist. Die andere Eingangswelle ist üblicherweise eine Vollwelle. Das Zapfwellengetriebe hat eine Antriebswelle, die durch die Abtriebswelle des Motors gebildet sein kann oder aber durch eine über Abtriebskonstanten mit dieser Abtriebswelle gekoppelte Antriebswelle des Zapfenwellengetriebes sein kann. Zwischen besagter Antriebswelle und den Eingangswellen befindet sich eine Doppelkupplungseinrichtung. Diese hat üblicherweise zwei Schalteinrichtungen, um nach Wahl die erste oder die zweite Eingangswelle mit der Antriebswelle zu koppeln. Ferner ist eine Zapfwelle vorgesehen, die achsversetzt zu den Eingangswellen angeordnet ist, jedoch sich üblicherweise parallel zu diesen Eingangswellen erstreckt. Diese Zapfwelle ist über mit der ersten Eingangswelle oder der Zapfwelle koppelbaren ersten und zweiten Stirnradstufen mit der ersten Eingangswelle koppelbar. Die ersten und zweiten Stirnradstufen sind dabei nach Wahl der als Hohlwelle oder der als Vollwelle ausgebildeten Eingangswelle zugeordnet.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe eine dritte Stirnradstufe auf. Diese umfasst als Festräder auf der zweiten Eingangswelle und der Zapfwelle vorgesehene Stirnräder. Die dritte Stirnradstufe ist dementsprechend lediglich durch Schalten der zugehörigen Schalteinrichtung der Doppelkupplungseinrichtung von der Antriebswelle entkoppelbar, wohingegen die ersten und zweiten Stirnradstufen zusätzlich durch ihr jeweiliges Losrad von einer zugehörigen Welle entkoppelbar sind. Unter Last kann dementsprechend nicht zwischen der ersten und der zweiten Stirnradstufe geschaltet werden.
Das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe ermöglicht zumindest das Lastschalten zwischen der ersten bzw. zweiten Stirnradstufe und der dritten Stirnradstufe. Dementsprechend kann unter Last die an der Zapfwelle vorgesehene Übersetzungsstufe geändert werden. Dann ist es möglich, beispielsweise die Übersetzungsstufe im zeitlichen Verlauf eines Arbeitsganges anzupassen, um beispielsweise zu Beginn des Arbeitsvorganges eine an den Teillastbereich angemessene, angepasste Übersetzungsstufe an der Zapfwelle bereitzustellen und nach Erreichen des Volllastbereiches eine andere Übersetzungsstufe einzulegen. Mit diesem Zapfwellengetriebe ist es demnach möglich, den Motor einerseits wirtschaftlich zu betreiben, andererseits aber das landwirtschaftliche Gerät mit derjenigen Umdrehungsgeschwindigkeit anzutreiben, für welche es ausgelegt ist.
Für das Koppeln der ersten und zweiten Stirnradstufe ist vorzugsweise eine Doppelschalteinrichtung vorgesehen, mit der die erste und die zweite Stirnradstufe an die zugehörige Welle, d. h. die erste Eingangswelle oder die Zapfwelle, koppelbar ist. Folglich ist lediglich eine Doppelschalteinrichtung vorgesehen, mit der die erste und die zweite Stirnradstufe gekoppelt werden können. Es ergibt sich von selbst, dass die Doppelschalteinrichtung dabei so ausgestaltet ist, dass entweder die erste Stirnradstufe oder die zweite Stirnradstufe jeweils mit der zugehörigen Welle gekoppelt ist. Zwar ist es möglich, die Doppelschalteinrichtung so auszugestalten, dass weder die erste noch die zweite Stirnradstufe mit der zugehörigen Welle gekoppelt ist. Da indes die erste und zweite Stirnradstufe auch durch das ihr zugeordnete Schaltelement der Doppelkupplungseinrichtung von der Antriebswelle entkoppelt werden kann, sollte mit Blick auf eine kostengünstige und kompakte Ausgestaltung des Zapfwellengetriebes eine Doppelschalteinrichtung verwirklicht sein, welche bei Betätigen das der einen Stirnradstufe zugeordnete Zahnrad entkoppelt und hierbei das Zahnrad der anderen Stirnradstufe koppelt.
Vorzugsweise ist die Doppelschalteinrichtung als Schaltmuffe ausgebildet. Als Schaltmuffe soll dabei insbesondere eine Schalteinrichtung verstanden werden, die das Losrad mittels Formschluss koppelt. Diese ist insbesondere an einem stirnseitigen Ende der Zapfwelle vorgesehen ist. Aus Platzgründen ist eine Ausgestaltung zu bevorzugen, bei welcher diese ersten und zweiten Stirnradstufen als Festräder eingangsseitig auf der Hohlwelle vorgesehene Zahnräder umfassen, wohingegen zapfwellenseitig Losräder vorgesehen sind. Insbesondere ist es bevorzugt, die Doppelschalteinrichtung derart vorzusehen, dass eine lastfreie Schaltung zwischen der ersten und zweiten Stirnradstufe manuell möglich ist. Somit ist nicht nur eine volle Lastschaltbarkeit von der ersten über die zweite in die dritte Stirnradstufe möglich. Vielmehr ermöglicht dieses auch ein Wechsel zwischen der ersten und zweiten Stirnradstufe ohne Last.
Besonders bevorzugt ist die Schaltmuffe an demjenigen stirnseitigen Ende der Zapfwelle angeordnet, dessen Lage dem stirnseitigen Ende der Eingangswellen entspricht, an welchem die Doppelkupplungseinrichtung vorgesehen ist.
Mit Blick auf eine kompakte Ausgestaltung des Zapfwellengetriebes wird als bevorzugte Weiterbildung vorgeschlagen, die erste und die zweite Stirnradstufe auf einer ersten und zweiten Radebene des Zapfwellengetriebes vorzusehen. Eine Radebene wird durch einen Radsatz zum Schalten der Gänge gebildet. Gegebenenfalls als Teil des Getriebes vorgesehene Abtriebszahnräder oder Abtriebskonstantenpaare bilden keinen Radsatz aus und definieren dementsprechend keine Radebene in dem vorgenannten Sinn. Dabei wir die erste Radebene durch diejenige Radebene gebildet, die in Richtung des Kraftflusses dem Antrieb am nächsten angeordnet ist. Die erste Radebene wird dementsprechend durch denjenigen Radsatz gebildet, der unmittelbar benachbart zu der Doppelkupplungseinrichtung vorgesehen ist. Dieser Radsatz und der auf der zweiten Radebene vorgesehene Radsatz sind vorzugsweise einer Hohlwelle zugeordnet, welche die erste Eingangswelle bildet.
In einer alternativen bevorzugten Weiterbildung ist die Doppelschalteinrichtung zwischen der ersten und zweiten Stirnradstufe, insbesondere auf der die Hohlwelle durchsetzende Eingangswelle angeordnet. Hier ist bevorzugt eine axial auf der Eingangswelle verschiebbare Verschiebemuffe vorgesehen, die in einer Stellung ein Losrad der ersten Stirnradstufe mit einer der Eingangswellen koppelt und in einer weiteren Stellung ein anderes Losrad der zweiten Stirnradstufe mit derselben Eingangswelle koppelt. Bevorzugt ist die Doppelschalteinrichtung so ausgebildet, dass diese automatisiert von einer ersten Schaltposition, in der die erste Stirnradstufe an die Eingangswelle oder Zapfwelle gekoppelt ist, in eine zweite Schaltposition, in der die zweite Stirnradstufe an die Eingangswelle gekoppelt ist, verbracht wird. In diesem Fall kann ein Nutzer einen Wechsel zwischen der ersten und zweiten Stirnradstufe nicht selbständig entscheiden.
Insbesondere ist für die Doppelschalteinrichtung dieser alternativen bevorzugten Weiterbildung eine Steuerungseinheit vorgesehen, die sich auf die Fahrweise des Nutzers, aufgrund der Auswertung von ständig akquirierten Messdaten der Fahrsituation derart einstellt, dass die Steuerungseinheit vorausberechnen kann, in welchen Gang der Nutzer als nächstes zu schalten beabsichtigt. Durch diese Steuerungseinheit wird die Doppelschalteinrichtung derart gesteuert, dass in den jeweiligen Teilgetrieben immer schon der vom Traktorist als nächstes benötigte Gang voreingelegt ist.
Im Allgemeinen findet der Gangwechsel (Übersetzungsstufenwechsel) in diesem Fall folgendermaßen statt. In einem ersten Gang ist die erste oder zweite Stirnradstufe in einem ersten Teilgetriebe mittels der Doppelschalteinrichtung mit der Eingangswelle und der Zapfwelle gekoppelt und die auf diese Art mit der Eingangs- und Zapfwelle gekoppelte Stirnradstufe ist über die Doppelkupplungseinrichtung mit der Antriebswelle gekoppelt. Der Gangwechsel in den nächst höheren Gang erfolgt dann durch eine Kopplung der Antriebswelle mit der dritten Stirnradstufe in einem zweiten Teilgetriebe über die Doppelkupplungseinrichtung, wobei die Kopplung zwischen der anderen Eingangswelle (erstes Teilgetriebe), die die erste und zweite Stirnradstufe enthält, und der Antriebswelle simultan gelöst wird. Wenn dieser nächst höhere Gang eingelegt wird, wird die Doppelschalteinrichtung von der Position in der die erste oder zweite Stirnradstufe mit der Eingangs- oder Zapfwelle gekoppelt ist, automatisiert in die entsprechende zweite Position, in der die jeweils andere Stirnradstufe mit der Eingangs- oder Zapfwelle verbunden ist, verbracht. Bei einem weiteren Wechseln in den nun folgenden nächst höheren Gang findet in der Doppelkupplungseinrichtung ein simultanes Entkoppeln der dritten Stirnradstufe und ein Koppeln der voreingelegten anderen Stirnradstufe auf der anderen Eingangswelle statt. Es kann also immer nur zwischen dem jeweils nächst höheren oder tieferen Gang geschaltet werden.
Die Doppelschalteinrichtung weist in der Regel eine Synchronisationseinrichtung zur Synchronisation des Losrades mit der ihm zugeordneten Welle auf.
Bevorzugt ist die erste und zweite Stirnradstufe auf einer als Vollwelle ausgeformten Eingangswelle vorgesehen. Die dritte Stirnradstufe ist auf der als Hohlwelle ausgeführten zweiten Eingangswelle vorgesehen. Die erste und zweite Stirnradstufe sind auf der dritten und zweiten Radebene angeordnet. Der dritten Stirnradstufe ist der ersten Radebene zugeordnet.
Die Doppelschalteinrichtung wird regelmäßig hydraulisch geschaltet, wobei die Aktuatorik zum Schalten der ersten bzw. zweiten Stirnradstufe mechanisch, elektrisch oder hydraulisch, insbesondere elektro-hydraulisch erfolgen kann. Eine mechanische Lösung ist beispielsweise durch eine Seilzugaktuatorik gegeben. Mit Blick auf eine verbesserte Handhabung wird indessen eine hydraulische, insbesondere eine elektro-hydraulische Aktuatorik, bevorzugt, bei welcher durch Schalten eines Elektroschalters hydraulisch auf die Schalteinrichtung eingewirkt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe dreistufig ausgebildet. Dabei sind zwei Übersetzungsstufen (Gänge) wechselweise unter Last schaltbar, regelmäßig durch Ein- bzw. Ausrücken der beiden Schalteinrichtungen der Doppelkupplungseinrichtung.
In Abhängigkeit der Nutzungsanforderung, vorzugsweise in der Landwirtschaft, ist jeweils eine unterschiedliche spezifische Zuordnung von Übersetzungsstufen bzw. von verschiedenen Übersetzungen zu den einzelnen Stirnradstufen bevorzugt.
Der Durchmesser der beiden Zahnräder einer Stirnradstufe bestimmt die Übersetzung der Drehzahl zwischen Antriebswelle und Zapfwelle. Eine hohe Übersetzung im Gegensatz zu einer niedrigen Übersetzung meint, dass die Drehzahl der Zapfwelle im Vergleich zur Eingangsdrehzahl der Antriebswelle stärker als bei einer niedrigen Übersetzung erniedrigt wird. Invers dazu zeigt eine kleine Übersetzungsstufe eine hohe Übersetzung an und eine große Übersetzungsstufe eine niedrigere Übersetzung an.
Mit Übersetzungsstufe ist insbesondere die Nenndrehzahl der Zapfwelle bezeichnet. Wenn z. B. antriebswellenseitig eine Drehzahl von 2300 U/min (Motor Nenndrehzahl) anliegt, besagt die Standard-Übersetzungsstufe 540, dass eine Drehzahl von 540 U/min an der Zapfwelle anliegen. Eine Standard-Übersetzungsstufe von 1000 bezeichnet eine Zapfwellennenndrehzahl von 1000 U/min bei Motorennenndrehzahl. Die kleinere dieser beiden Übersetzungsstufen ist die Übersetzungsstufe 540, wobei diese die höhere Übersetzung aufweist. Die Terminologie von kleiner und großer Übersetzungsstufe greift nur bei Zapfwellengetriebe, die einheitlich nur mit Standard- oder Economy-Übersetzungsstufen ausgerüstet sind.
Vorzugsweise sind bei einem dreistufigen Getriebe die niedrigste Übersetzung und die mittlere Übersetzung an den Stirnradstufen vorgesehen, die derselben Eingangswelle zugeordnet sind, insbesondere der als Hohlwelle ausgeführten Eingangswelle. Die höchste Übersetzung ist in diesem Fall auf derjenigen Stirnradstufe verwirklicht, die der anderen Eingangswelle zugeordnet ist, d.h. nicht derjenigen Eingangswelle, der die niedrigste und die mittlere Übersetzung zugeordnet ist. Bevorzugt ist die höchste Übersetzung der dritten Stirnradstufe zugeordnet.
Insbesondere ist es bei einer alternativen Weiterbildung bevorzugt, die niedrigste und höchste Übersetzung der ersten und zweiten Stirnradstufe zuzuordnen und in dem Fall eines dreistufigen Getriebes die mittlere Übersetzung der dritten Stirnradstufe zuzuordnen. In dem Fall, dass das Zapfwellengetriebe einheitlich nur mit Standard- oder Economy-Übersetzungsstufen ausgerüstet ist, entspricht die niedrigste und höchste Übersetzung der größten und kleinsten Übersetzungsstufe. Wenn bei dem Zapfwellengetriebe sowohl Standard-Übersetzungsstufen als auch Economy-Übersetzungsstufen vorgesehen sind, ist es nicht notwendigerweise der Fall, dass die größte Übersetzungsstufe der kleinsten Übersetzung und die kleinste Übersetzungsstufe der größten Übersetzung entspricht. Die Übersetzung hängt von dem Verhältnis der Radien der Stirnradstufenzahnräder ab, wobei die Übersetzungsstufe dem Zahlenwert der Standard-Drehzahlen oder Economy-Drehzahlen (540, 540E, 1000, 1000E) entspricht.
Es ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, beiden Stirnradstufen, die auf derselben Eingangswelle gelagert sind, die Übersetzungsstufen 540E bzw. 1000E zuzuordnen. Folglich liefert die erste oder die zweite Stirnradstufe bei entsprechender Kopplung mit der zugeordneten Welle und eingerückter Schalteinrichtung der Doppelkupplungseinrichtung bei einem ökonomischen Motorbetrieb (Teillastbereich) eine Drehzahl von 540 Umdrehungen pro Minute und die andere der ersten und zweiten Stirnradstufen 1000 Umdrehungen pro Minute.
Die dritte Stirnradstufe ist vorzugsweise als Standard-Übersetzungsstufe 1000 ausgebildet, d.h. stellt eine Zapfwellendrehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute bei Volllast des Motors bereit. Es ist somit möglich von dieser Stirnradstufe unter Last in den Economy-Modus, nämlich in die Übersetzungsstufen 540E oder die Übersetzungsstufe 1000E zu schalten. Im Economy-Modus ist es ebenso bevorzugt gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ein nicht lastschaltbares, insbesondere manuelles Schalten zwischen den Stufen 540E und 1000E zu ermöglichen.
Es ist gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung zu bevorzugen, das Zapfwellengetriebe nur mit Standard-Übersetzungsstufen auszustatten, dieses können z. B. die Standard-Übersetzungsstufen 540, 1000 und 1400 sein. In diesem Fall ist es zu bevorzugen die Stirnradstufen lastschaltbar zwischen 540 Umdrehungen pro Minute und 1000 Umdrehungen pro Minute sowie zwischen 1000 Umdrehungen pro Minute und 540 oder 1400 Umdrehungen pro Minute auszulegen. Mithin wird bevorzugt, der der kleinsten und größten Übersetzungsstufe zugeordnete Stirnradstufen derselben Eingangswelle zuzuordnen und die die mittlere der drei Übersetzungsstufen verwirklichende Stirnradstufen der anderen Eingangswelle zuzuordnen.
Die Doppelkupplungseinrichtung ist insbesondere auch als Anfahrkupplung ausgelegt. Zweckmäßig ist die Doppelkupplungseinrichtung hierfür als Reibkupplung (Lamellenkupplung) mit zwei Reibkupplungselementen vorgesehen. Das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe kommt daher ohne separate Anfahrkupplung aus. Dadurch wird der notwendige Bauraum und der Aufwand zur Realisierung des Zapfwellengetriebes verringert.
Beim Anfahren wird der Lastfluss zwischen der Antriebswelle und einer Eingangswelle durch Schließen von zumindest einem Kupplungselement geschlossen. Dies bedingt eine entsprechende Dimensionierung der Kupplung und eine hierzu vorgesehene Kühlung. Dementsprechend wird der zum Anfahren erforderliche Lastfluss auf zwei unterschiedliche Kupplungselemente aufgeteilt, so dass jedes einzelne Kupplungselement in verminderter Weise für das Durchleiten des hohen Anfahr-Lastflusses ausgelegt werden muss. Die Reibfläche von zwei hierbei im Einsatz befindlichen Kupplungselementen entspricht in etwa der Reibfläche einer aus dem Stand der Technik bekannten Anfahrkupplung. In entsprechender Weise werden Kupplungseinrichtungen auch hinsichtlich der Schmierversorgung ausgelegt, um die notwendige Abwärme der Reibarbeit bei einem Anfahren abzuleiten. Beim Anfahren wird die Reibarbeit über die beiden zeitgleich zugeschalteten Kupplungselemente der Doppelkupplungseinrichtung in vorbestimmter Weise aufgeteilt. Die Aufteilung muss dabei nicht zwingend hälftig erfolgen. Vielmehr können bauraumbedingte, dimensionale Abweichungen der Reibfläche der einzelnen Kupplungselemente und/oder deren Schmierung bei der Aufteilung des Lastflusses auf die beiden Kupplungselemente berücksichtigt werden.
Gemäß ihrem nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, insbesondere einen Traktor mit einem Motor, dessen Abtriebswelle mit einem Getriebe koppelbar ist, vor. Dieses landwirtschaftliche Nutzfahrzeug ist mit dem erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebe ausgestattet. Dabei ist die Antriebswelle des Zapfwellengetriebes durch die Abtriebswelle des Motors gebildet oder zumindest mit dieser gekoppelt. Die Kopplung kann dabei über ein Abtriebskonstantenpaar erfolgen. Das vorerwähnte Getriebe ist dabei das Getriebe zum Schalten der Gangstufen für die Vorwärts- bzw. Rückwärtsbewegung des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
1 ein Räderschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines dreistufigen Zapfwellengetriebes,
2 ein Räderschema eines zweiten Ausführungsbeispiels eines dreistufigen Zapfwellengetriebes.
In 1 ist mit Bezugszeichen 1 eine Antriebswelle bezeichnet, die durch die Abtriebswelle des Motors gebildet sein kann oder aber durch eine Welle, die über ein Abtriebskonstantenpaar permanent mit der Abtriebswelle des Motors gekoppelt ist. Koaxial zu dieser Antriebswelle 1 ist eine erste Eingangswelle 2 und eine zweite Eingangswelle 3 vorgesehen. Zwischen diesen beiden Eingangswellen 2, 3 und der Antriebswelle 1 befindet sich eine Doppelkupplungseinrichtung 4 mit den beiden Schalteinrichtungen 4.1 und 4.2.
Die Schalteinrichtung 4.1 ist der ersten als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle 2 zugeordnet, so dass beim Schalten der Schalteinrichtung 4.1 die Antriebswelle 1 mit der ersten Eingangswelle 2 gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung 4.2 ist der als Vollwelle ausgebildeten zweiten Eingangswelle 3 zugeordnet.
Die erste Eingangswelle 2 trägt bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Festräder 5, 6, wobei ein erstes Festrad 5 mit einem größeren Außendurchmesser ausgebildet ist, als ein zweites Festrad 6. Diesem folgt in axialer Richtung der Eingangswellen 2, 3 ein drittes, als Festrad auf der zweiten Eingangswellenachse 3 vorgesehenes Zahnrad 7.
Achsversetzt zu der Antriebs- bzw. den Eingangswellen 1, 2, 3 ist eine Zapfwelle 8 vorgesehen, denen erste und zweite Losräder 9, 10 sowie ein Festrad 11 zugeordnet ist, welches im Folgenden als viertes Festrad bezeichnet wird. Das erste Festrad 5 und das erste Losrad 9 bilden eine erste Stirnradstufe 12, das zweite Festrad 6 und das zweite Losrad 10 bilden eine zweite Stirnradstufe 13 und das dritte Festrad 7 und das vierte Festrad 11 bilden eine dritte Stirnradstufe 14 aus. Die erste Stirnradstufe 12 befindet sich dabei am eingangsseitigen Ende des Zapfwellengetriebes, unmittelbar benachbart zu der Doppelkupplungseinrichtung 4, d.h. auf einer ersten Radebene. Die zweite Stirnradstufe 13 befindet sich auf der zweiten Radebene. Auf der letzten und dritten Radebene befindet sich die dritte Stirnradstufe 14. Die dritte Stirnradstufe 14 ist an dem gegenüberliegenden Ende des gezeigten Ausführungsbeispiels und auf der dritten Radebene vorgesehen ist. An diesem Ende überragt die Zapfwelle 8 ein nicht dargestelltes Gehäuse des Zapfwellengetriebes und liegt dementsprechend außerhalb des Gehäuses frei, um über eine Kardanwelle z.B. ein landwirtschaftliches Gerät anzutreiben.
An der gegenüberliegenden Endseite ist an der Zapfwelle 8 eine Schaltmuffe 15 vorgesehen, die nach Wahl das erste Losrad 9 oder das zweite Losrad 10 mit der Zapfwelle 8 koppeln kann. Mit Bezugszeichen 16 ist ein der Schaltmuffe 15 zugeordneter Aktuator schematisch angedeutet.
Die erste Stirnradstufe 12 hat eingangswellenseitig den größten Durchmesser und somit die niedrigste Übersetzung, die dritte Stirnradstufe 14 eingangswellenseitig den kleinsten Durchmesser und somit die höchste Übersetzung, und das auf der ersten Eingangswelle 2 vorgesehene Festrad 6 der zweiten Stirnradstufe 13 einen dazwischen liegenden Durchmesser. Korrespondierend hierzu ergeben sich die Durchmesser der zapfwellenseitig vorgesehenen Stirnräder. Den einzelnen Übersetzungsstufen sind in folgender Weise Gänge zugeordnet. Ein dritter Gang (3) ist der ersten Stirnradstufe 12, ein zweiter Gang (2) der zweiten Stirnradstufe 13 und ein erster Gang (1) der dritten Stirnradstufe 14 zugeordnet.
Die erste Stirnradstufe 12 ist dabei so ausgebildet, dass sie die Übersetzungsstufe 1000E ausformt, d. h. bei einem ökonomischen Betrieb, in der Regel Teillast, des Motors an der Zapfwelle 8 eine Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute bereitstellt. Die zweite Stirnradstufe 13 stellt unter diesen Bedingungen eine Drehzahl von 540 Umdrehungen pro Minute bereit, d. h. ist als Übersetzungsstufe 540E ausgebildet. Die dritte Stirnradstufe 14 führt zu einer Zapfwellenumdrehung von 1000 pro Minute, wenn der Motor unter Volllast läuft, d. h. ist als Übersetzungsstufe 1000 ausgeformt.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist lastschaltbar durch Schalten der jeweiligen Schalteinrichtung 4.1 bzw. 4.2. So kann unter Last das Drehmoment der Antriebswelle 1 entweder auf die erste Eingangswelle 2 oder die zweite Eingangswelle 3 aufgeschaltet werden. Die Schalteinrichtung 15 ist so ausgebildet, dass durch Schalten wahlweise das erste Losrad 9 oder das zweite Losrad 10 mit der Zapfwelle 8 gekoppelt ist. Wird das Drehmoment über die zweite Eingangswelle 3 auf die Zapfwelle 8 übertragen, so läuft eines der Losräder 9, 10 und das zugehörige Festrad 5, 6 und damit die erste Eingangswelle 2 mit.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Nutzer, z. B. der Traktorist, volllastschaltbar zwischen der Standard-Übersetzungsstufe (1000) und der Economy-Übersetzungsstufe (1000E oder 540E) wählen. Weiterhin hat der Traktorist die Möglichkeit manuell und ohne Last mittels der Schaltmuffe 15 zwischen den Economy-Übersetzungsstufen 540E und 1000E zu schalten.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines dreistufigen Zapfwellengetriebes gezeigt. Koaxial zu einer Antriebswelle 1’ ist eine erste Eingangswelle 2’ und eine zweite Eingangswelle 3’ vorgesehen. Zwischen diesen beiden Eingangswellen 2’, 3’ und der Antriebswelle 1’ befindet sich eine Doppelkupplungseinrichtung 4’ mit den beiden Schalteinrichtungen 4.1’ und 4.2’. Die Schalteinrichtung 4.1’ ist der zweiten als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle 3’ zugeordnet, so dass bei dem Schalten der Schalteinrichtung 4.1’ die Antriebswelle 1’ mit der zweiten Eingangswelle 3’ gekoppelt ist. Die Schalteinrichtung 4.2’ ist der ersten Eingangswelle 2’ zugeordnet. Die erste Eingangswelle 2’ ist als Vollwelle ausgeführt.
Das Zapfwellengetriebe enthält vier Festräder 5’, 6’, 7’, 11’ und zwei Losräder 9’, 10’. Die zweite Eingangswelle 3’ trägt ein viertes eingangsseitig angeordnetes Festrad 11’. Ein erstes Losrad 9’ sowie ein zweites Losrad 10’ ist der ersten Eingangswelle 2’ zugeordnet. Das zweite Losrad 10’ ist axial zwischen dem vierten Festrad 11’ und dem ersten Losrad 9’ angeordnet. Auf der Zapfwelle 8’ sind in axialer Richtung hintereinander die Festräder 7’, 6’, 5’ angeordnet. Ein drittes Festrad 7’ ist eingangsseitig, axial folgend ist ein zweites Festrad 6’ und ein erstes Festrad 5’ ist ausgangsseitig auf der Zapfwelle 8’ vorgesehen.
Das erste Festrad 5’ kämmt mit dem ersten Losrad 9’ und bildet die erste Stirnradstufe 12’. Das zweite Festrad 6’ kämmt mit dem zweiten Losrad 10’ und definiert die zweite Stirnradstufe 13’. Die dritte Stirnradstufe 14’ wird durch das dritte Festrad 7’ und das vierte Festrad 11’ gebildet. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich auf der ersten, benachbart zur Doppelkupplungseinrichtung 4’ vorgesehenen Radebene die dritte Stirnradstufe 14’. Die zweite Stirnradstufe 13’ befindet sich auf zweiten Radebene. Auf der letzten und dritten Radebene befindet sich die erste Stirnradstufe 12’.
Die Zapfwelle 8’ ist achsversetzt zur Antriebs- bzw. den Eingangswellen 1’, 2’, 3’ vorgesehen. Zwischen der ersten und zweiten Stirnradstufe 12’, 13’, d.h. den Losrädern 9’, 10’ der ersten Eingangswelle 2’, ist eine Schaltmuffe 15’ vorgesehen, die eine Doppelschalteinrichtung ausbildet. Die Schaltmuffe 15’ ist axial verschieblich auf der ersten Eingangswelle 2’ vorgesehen und koppelt in einer ersten Stellung die zweite Stirnradstufe 13’ mit der ersten Eingangswelle 2’ und in einer weiteren Stellung die erste Stirnradstufe 12’ mit der ersten Eingangswelle 2’.
Das erste Festrad 5’, welches auf der Zapfwelle 8’ gelagert ist, hat im Vergleich zu den weiteren beiden auf der Zapfwelle 8’ gelagerten Festrädern 6’, 7’ den kleinsten Durchmesser. Den größten Durchmesser der auf der Zapfwelle 8’ gelagerten Festräder 5’, 6’, 7’ hat das zweite Festrad 6’. Einen mittleren Durchmesser im Vergleich zu den beiden Festrädern 5’, 6’ hat das eingangsseitig auf der Zapfwelle gelagerte dritte Festrad 7’.
Die entsprechenden in Zahneingriff stehenden Zahnräder, die die einzelnen Stirnradstufen 12’, 13’, 14’ bilden, haben jeweils einen zu den drei auf der Zapfwelle 8’ gelagerten Festrädern 5’, 6’, 7’ korrespondierenden Durchmesser. Die höchste Übersetzung weist die zweite Stirnradstufe 13’ auf, wohingegen die erste Stirnradstufe 12’ die niedrigste Übersetzung hat. Die dritte Stirnradstufe 14’ weist im Verhältnis zu diesen eine mittlere Übersetzung auf. In dem Fall, dass alle Übersetzungsstufen entweder zu den Standard-Übersetzungsstufen gehören oder dass alle Übersetzungsstufen zu den Economy-Übersetzungsstufen gehören, weist entsprechend die zweite Stirnradstufe 13’ die kleinste Übersetzungsstufe, die erste Stirnradstufe 12’ die größte der drei Übersetzungsstufen sowie die dritte Stirnradstufe 14’ die mittlere der drei Übersetzungsstufen auf.
Zum Beispiel soll die zweite Stirnradstufe 13’ die Übersetzungsstufe 540, die dritte Stirnradstufe 14’ die Übersetzungsstufe 1000 und die erste Stirnradstufe 12’ soll die Übersetzungsstufe 1400 aufweisen.
Für den Nutzer, insbesondere den Traktoristen, ist es somit möglich volllastschaltbar von der Übersetzungsstufe 540 in die Übersetzungsstufe 1000 in die Übersetzungsstufe 1400 und ebenso wieder zurück zu schalten. Die drei Übersetzungsstufen definieren drei Gänge (1), (2), (3), wobei der erste Gang (1) der Übersetzungsstufe 540, der zweite Gang (2) der Übersetzungsstufe 1000 und der dritte Gang (3) der Übersetzungsstufe 1400 entsprechen. Insbesondere ist es in diesem Ausführungsbeispiel nicht möglich, zwischen den Gängen eins (1) und drei (3) zu wechseln. Es kann jeweils lastschaltbar nur zwischen dem jeweiligen folgenden Gang geschaltet werden.
Bezugszeichenliste

1, 1’: Antriebswelle
2, 2’: erste Eingangswelle
3, 3’: zweite Eingangswelle
4, 4’: Doppelkupplungseinrichtung
4.1, 4.1’: Schalteinrichtung
4.2, 4.2’: Schalteinrichtung
5, 5’: erstes Festrad
6, 6’: zweites Festrad
7, 7’: drittes Festrad
8, 8’: Zapfwelle
9, 9’: erstes Losrad
10, 10’: zweites Losrad
11, 11’: viertes Festrad
12, 12’: erste Stirnradstufe
13, 13’: zweite Stirnradstufe
14, 14’: dritte Stirnradstufe
15, 15’: Schaltmuffe
16: Aktuator
(1), (2), (3): Gang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2647141 A1 [0002]
DE 2051556 C2 [0003]

Claims

Zapfwellengetriebe mit einer ersten und einer zweiten Eingangswelle (2, 3, 2’, 3’), die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei eine der Eingangswellen (2, 3’) als Hohlwelle ausgebildet ist und die andere Eingangswelle (3, 2’) diese durchsetzt und die Eingangswellen (2, 3, 2’, 3’) über eine zwischen den Eingangswellen (2, 3, 2’, 3’) und einer Antriebswelle (1, 1’) vorgesehene Doppelkupplungseinrichtung (4, 4’) wahlweise mit der Antriebswelle (1, 1’) koppelbar sind, einer Zapfwelle (8, 8’), die achsversetzt zu den Eingangswellen (2, 3, 2’, 3’) angeordnet ist und mit der ersten Eingangswelle (2, 2’) oder Zapfwelle (8, 8’) koppelbaren ersten und zweiten Stirnradstufen (12, 13, 12’, 13’) sowie einer dritten Stirnradstufe (14, 14’) mit als Festräder auf der zweiten Eingangswelle (3, 3’) und der Zapfwelle (8, 8’) vorgesehenen Stirnrädern (7, 11, 7’, 11’).
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Eingangswelle (2’) oder der Zapfwelle (8) eine Doppelschalteinrichtung (15, 15’) zugeordnet ist, mit der die erste und die zweite Stirnradstufe (12, 13, 12’, 13’) an die zugehörige Welle (8, 2’) koppelbar ist.
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschalteinrichtung als Schaltmuffe (15, 15’) ausgebildet ist.
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschalteinrichtung (15) auf einer der Doppelkupplungseinrichtungen (4) zugeordneten Eingangsseite angeordnet ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (2) die Hohlwelle ist und die erste und die zweite Stirnradstufe (12, 13) auf einer ersten und zweiten Radebene des Zapfwellengetriebes vorgesehen sind.
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelschalteinrichtung (15’) zwischen der ersten und der zweiten Stirnradstufe (12’, 13’) angeordnet ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangwelle (3’) die Hohlwelle ist und die erste und zweite Stirnradstufe (12’, 13’) auf einer zweiten und dritten Radebene vorgesehen sind und die dritte Stirnradstufe (14’) auf einer ersten Radebene vorgesehen ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkupplungseinrichtung (4, 4’) und die Doppelschalteinrichtung (15, 15’) hydraulisch betätigbar sind.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zapfwellengetriebe dreistufig ausgebildet ist.
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die höchste Übersetzung der dritten Stirnradstufe (14) und die niedrigste Übersetzung der ersten Stirnradstufe (12) zugeordnet ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste und größte Übersetzungsstufe der ersten und zweiten Stirnradstufe (12’, 13’) zugeordnet ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Stirnradstufe (12, 13) der Übersetzungsstufe 540E und 1000E zugeordnet sind.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Stirnradstufe (14) der Übersetzungsstufe 1000 zugeordnet ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten und zweiten Stirnradstufe (12’, 13’) jeweils eine Übersetzungsstufe der Auswahl 540, 750, 1000, 1400 zugeordnet ist und dass die Übersetzungsstufe der zweiten Stirnradstufe (13’) größer als die Übersetzungsstufe der ersten Stirnradstufe (12’) ist.
Zapfwellengetriebe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkupplungseinrichtung (4, 4’) als Anfahrkupplung ausgelegt ist.
Landwirtschaftliches Nutzfahrzeug mit einem Motor, dessen Abtriebswelle mit einem Getriebe koppelbar ist, gekennzeichnet durch ein Zapfwellengetriebe nach einem der Ansprüche 1–15, dessen Antriebswelle die Abtriebswelle des Motors ist oder mit dieser gekoppelt ist.
Zapfwellengetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren beide Kupplungen der Doppelkupplungseinrichtung (4, 4') parallel im Eingriff sind.