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Die Erfindung betrifft ein Nebenabtriebsgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein kommunales oder landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, umfassend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, zwischen welchen mehrere Übersetzungsstufen vorgesehen sind, über die die Antriebswelle und die Abtriebswelle mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen miteinander koppelbar sind, wobei ein Wechsel zwischen den Übersetzungsverhältnissen unter Last vollziehbar ist.
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Nebenabtriebsgetriebe kommen unter anderem bei kommunalen oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen zur Anwendung, um unterschiedliche Drehzahlen an einem Nebenabtrieb darstellen und damit unterschiedliche Anbaugeräte über diesen Nebenabtrieb betreiben zu können. Bei Traktoren erfolgt ein Antrieb des jeweiligen Anbaugeräts dabei üblicherweise über eine Zapfwelle, welche dann fahrzeugseitig über das jeweilige Nebenabtriebsgetriebe durch Schalten eines der zur Verfügung stehenden Übersetzungsverhältnisse mit einem Antrieb des Nutzfahrzeuges gekoppelt wird.
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Wird das jeweilige Nebenabtriebsgetriebe dabei nicht lastschaltbar ausgeführt, so besteht bei einigen Ausführungen der Nutzfahrzeuge das Problem, dass vor Beginn des Betriebs des jeweiligen Anbaugeräts eines der Übersetzungsverhältnisse fest zu wählen ist und ein Wechsel in ein anderes Übersetzungsverhältnis im Folgenden nur bei Anhalten des Nutzfahrzeuges realisiert werden kann. Beim Betreiben von Anbaugeräten, deren Last sich über der Einsatzzeit ändert, hat dies zur Folge, dass ein für den Volllastfall geeignetes Übersetzungsverhältnis im Nebenabtriebsgetriebe zu wählen ist, um stets ein ausreichendes Drehmoment am Nebenabtrieb darstellen zu können. Zu Beginn resultiert diese auf Volllast ausgerichtete Wahl dann allerdings bei geringen Drehmomenten in einem ungünstigeren Betrieb und auch einem höheren Kraftstoffverbrauch. Aus diesem Grunde werden Nebenabtriebsgetriebe vereinzelt auch lastschaltbar ausgeführt, so dass während eines Betriebs eines Anbaugeräts ein drehmomentabhängiger Wechsel zwischen Übersetzungsverhältnissen des Nebenabtriebsgetriebes vollzogen und damit der Betrieb des Anbaugeräts optimiert werden kann.
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Aus der
DE 10 2011 084 623 A1 geht ein Nebenabtriebsgetriebe in Form eines Zapfwellengetriebes hervor, bei welchem eine Antriebswelle mit einer achsversetzt hierzu laufenden Abtriebswelle über eine von mehreren zwischenliegenden Übersetzungsstufen unter Definition je eines zugehörigen Übersetzungsverhältnisses gekoppelt werden kann. Die Übersetzungsstufen sind dabei jeweils einem von zwei Teilgetrieben zugeordnet, wobei jedes Teilgetriebe über eine Eingangswelle verfügt, welche über je ein Lastschaltelement drehfest mit der Antriebswelle gekoppelt werden kann. Zudem sind die Eingangswellen koaxial zueinander angeordnet und die Lastschaltelemente in einer Doppelkupplung zusammengefasst, so dass das Nebenabtriebsgetriebe insgesamt nach Art eines Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltet ist. Ein Wechsel zwischen den einzelnen darstellbaren Übersetzungsverhältnissen kann dann unter Last vollzogen werden, indem bei Koppelung von Antriebswelle und Abtriebswelle über ein Übersetzungsverhältnis des einen Teilgetriebes in dem jeweils anderen Teilgetriebe ein folgendes Übersetzungsverhältnis vorgewählt wird und ein letztendlicher Wechsel nur durch Umschalten zwischen den Lastschaltelementen erfolgt.
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Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Nebenabtriebsgetriebe zu schaffen, welches lastschaltbar ist und sich gleichzeitig durch einen möglichst kompakten Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Gemäß der Erfindung umfasst ein Nebenabtriebsgetriebe eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, zwischen welchen mehrere Übersetzungsstufen vorgesehen sind. Dabei können die Antriebswelle und die Abtriebswelle über die Übersetzungsstufen mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen miteinander gekoppelt werden, wobei ein Wechsel zwischen den Übersetzungsverhältnissen unter Last vollziehbar ist. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Nebenabtriebsgetriebe bevorzugt um ein Zapfwellengetriebe, wobei die Abtriebswelle in diesem Fall entweder selbst an einem Wellenende mit einem Zapfwellenprofil ausgestattet ist oder aber mit einer ein entsprechendes Profil aufweisenden Welle in Verbindung steht. Ferner kann das erfindungsgemäße Nebenabtriebsgetriebe in ein Kraftfahrzeuggetriebe integriert sein oder als separat vorliegendes und mit einem Nebenabtrieb des jeweiligen Kraftfahrzeuggetriebes zu koppelndes Getriebe vorliegen. Im erstgenannten Fall kann es sich bei der Antriebswelle des Nebenabtriebsgetriebes dann auch um eine Getriebewelle des Kraftfahrzeuggetriebes, wie beispielsweise eine Vorgelegewelle, handeln.
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Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Übersetzungsstufen als Planetenstufen ausgeführt sind. Eine Ausführung der zwischen An- und Abtriebswelle liegenden Übersetzungsstufen in Planetenbauweise hat dabei den Vorteil, dass durch entsprechende Koppelung von Komponenten der Planetenstufen untereinander eine Vielzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen bei einer geringen Anzahl an Übersetzungsstufen realisierbar ist. Da hierbei des Weiteren problemlos eine Lastschaltbarkeit verwirklicht werden kann, können die Übersetzungsverhältnisse des Nebenabtriebsgetriebes bei kompaktem Aufbau und damit auch einer hohen Leistungsdichte dargestellt werden. In der Folge lassen sich das Gewicht und der Herstellungsaufwand für das Nebenabtriebsgetriebe ebenfalls reduzieren.
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Im Unterschied hierzu muss im Falle der
DE 10 2011 084 623 A1 für jedes darzustellende Übersetzungsverhältnis je eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein. Ferner ist die Anzahl an vorzusehenden Schaltelementen erhöht, da zum einen die beiden Lastschaltelemente zur Ankoppelung der Eingangswellen und zum anderen auch für jede Übersetzungsstufe je ein Schaltelement vorzusehen sind. Insgesamt sind damit der Bauaufwand und das Gewicht, sowie der Fertigungsaufwand erhöht.
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Erfindungsgemäß sind die Planetenstufen insbesondere als Minusplanetenradsätze ausgeführt, bei welchen ein Planetensteg mindestens ein Planetenrad führt, das jeweils sowohl mit einem radial innenliegenden Sonnenrad als auch mit einem radial außenliegenden Hohlrad in Zahneingriff steht. Allerdings können einzelne oder auch sämtliche Planetenstufen ebenso gut auch dort, wo es die Bindbarkeit zulässt, als Plusplanetenradsätze ausgebildet sein, wenn gleichzeitig im Vergleich zu einer jeweiligen Ausführung als Minusplanetenradsatz die jeweiligen Planetensteg- und Hohlradanbindungen getauscht werden und der Betrag der jeweiligen Standübersetzung um Eins erhöht wird. Bei einem Plusplanetenradsatz führt ein Planetensteg dann ein oder mehrere Planetenradpaare, wobei bei jedem Paar ein Planetenrad mit einem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit einem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder eines Paares untereinander kämmen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind insgesamt zwei Planetenstufen vorgesehen. In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die Antriebswelle über ein erstes Schaltelement mit einem Planetensteg einer ersten Planetenstufe koppelbar und kann mittels eines zweiten Schaltelements drehfest mit einer ersten Welle verbunden werden. Die erste Welle steht mit einem Sonnenrad der ersten Planetenstufe in Verbindung steht und kann über ein drittes Schaltelement an einem Gehäuse festgesetzt werden, mit dem auch der Planetensteg der ersten Planetenstufe mittels eines vierten Schaltelements drehfest verbindbar ist. Schließlich verbindet eine zweite Welle ein Hohlrad der ersten Planetenstufe und ein Sonnenrad einer zweiten Planetenstufe drehfest miteinander, deren Planetensteg mit der Antriebswelle und deren Hohlrad mit der Abtriebswelle drehfest gekoppelt ist.
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Ein derartiger Aufbau hat dabei den Vorteil, dass geringe Planetensatz- und Schaltelementmomente, sowie niedrige Absolut- und Relativdrehzahlen auftreten. Ferner lässt sich ein hoher Verzahnungswirkungsgrad erzielen. Die Planetenstufen sind in axialer Richtung betrachtet bevorzugt in der Reihenfolge erster Planetensatz und zweiter Planetensatz angeordnet, wobei allerdings auch eine anderweitige Reihenfolge gewählt werden kann, sofern die Bindbarkeit der Schaltelemente dies zulässt.
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Bei den Schaltelementen handelt es sich bevorzugt um lastschaltbare Schaltelemente und hierbei insbesondere kraftschlüssige Kupplungen bzw. Bremsen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen bzw. Lamellenbremsen. Alternativ dazu können jedoch auch vereinzelt formschlüssige Schaltelemente, wie Sperrsynchronisationen oder Klauenkupplungen bzw. -bremsen, zur Anwendung kommen.
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Bei der vorgenannten Ausführungsform lässt sich ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Ansteuern des ersten und des dritten Schaltelements darstellen, wohingegen ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen des ersten und des zweiten Schaltelements geschaltet wird. Ferner kann ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Ansteuern des zweiten und des vierten Schaltelements definiert werden. Zudem kann ein zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen des dritten und des vierten Schaltelements dargestellt werden. In der Folge sind an der Darstellung jedes Übersetzungsverhältnisses zwei der insgesamt vier Schaltelemente beteiligt, wodurch durch die jeweils verbleibenden, geöffneten Schaltelemente geringe Schleppmomente hervorgerufen werden.
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Bevorzugt weist die erste Planetenstufe eine Standübersetzung von –3,493 auf, während die zweite Planetenstufe mit einer Standübersetzung von –1,523 ausgestaltet ist. Hierdurch werden eine Übersetzung von 1,232 im ersten Übersetzungsverhältnis, eine Übersetzung von 1,000 im zweiten Übersetzungsverhältnis, sowie eine Übersetzung von 0,678 im dritten Übersetzungsverhältnis definiert. Diese Übersetzungsverhältnisse sind im Zusammenspiel mit dem jeweils vorgeschalteten Kraftfahrzeuggetriebe zur Darstellung der beiden Standardzapfwellendrehzahlen 540 U/min und 1000 U/min als Standardgänge, sowie als ein Eco-Gang für eine der Standardzapfwellendrehzahlen 540 U/min bei reduzierter Motordrehzahl geeignet. Schließlich sind geeignete Gangsprünge zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen realisierbar. Im Falle des zusätzlichen Übersetzungsverhältnisses ist bei den vorgenannten Standübersetzungen eine Übersetzung von 0,777 realisierbar, bei welcher allerdings nicht die geforderten Normdrehzahlen erreicht werden.
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Im Falle der vorgenannten Definition der einzelnen Übersetzungsverhältnisse können insbesondere das erste und/oder das dritte Schaltelement jeweils als formschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise als Klauenkupplung bzw. -bremse, ausgeführt werden. Da das dritte Schaltelement lediglich an der Darstellung des ersten Übersetzungsverhältnisses und das erste Schaltelement an der Schaltung der ersten beiden Übersetzungsverhältnisse beteiligt ist, ist das jeweilige Schaltelement insofern bei einem Hochschaltvorgang nur zu öffnen. Im geöffnet Fall erzeugt das jeweilige formschlüssige Schaltelement dann geringerer Schleppverluste, als dies bei einem kraftschlüssigen Schaltelement der Fall wäre.
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Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen die An- und die Abtriebswelle koaxial oder unter einem Winkel zueinander. Im erstgenannten Fall kann hierdurch eine koaxiale Lage von An- und Abtrieb realisiert werden, während eine winkelige, insbesondere orthogonale, Lage von An- und Abtrieb für Front-Quer-Anwendungen geeignet ist.
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Eine Anbindung des erfindungsgemäßen Nebenabtriebsgetriebes an das jeweilige Kraftfahrzeuggetriebe kann im Rahmen der Erfindung bevorzugt über ein zwischenliegendes, kraftschlüssiges Schaltelement, wie eine Lamellenkupplung, dargestellt werden. Prinzipiell kommen aber als Ankoppelungselemente zur Anbindung des Nebenabtriebsgetriebes an das jeweilige Kraftfahrzeuggetriebe sämtliche gängigen Koppelelemente in Betracht, wie beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine hydrodynamische Kupplung, eine integrierte Anfahrkupplung oder -bremse, eine zusätzliche Anfahrkupplung, eine zusätzliche Elektromaschine, etc.. Ferner kann erfindungsgemäß prinzipiell auf jeder der Wellen des Nebenabtriebsgetriebes eine Elektromaschine oder eine sonstige Kraft-/Leistungsquelle angeordnet werden. Des Weiteren kann auf jeder Welle auch prinzipiell ein Freilauf zu einem umliegenden Gehäuse oder zu anderen Wellen vorgesehen sein.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Nebenabtriebsgetriebes entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Nebenabtriebsgetriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
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3 eine bespielhafte Schaltmatrix für die Nebenabtriebsgetriebe nach den 1 und 2.
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Aus 1 geht eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nebenabtriebsgetriebes hervor, bei welchem in einem Gehäuse 1 eine Antriebswelle 2, eine Abtriebswelle 3, sowie zwei Planetenstufen 4 und 5 aufgenommen sind. Vorliegend sind die Planetenstufen 4 und 5 dabei als Minusplanetenstufen ausgebildet, wobei es jedoch ebenso denkbar ist, zumindest eine der Planetenstufen 4 und 5 als Plusplanetenstufe auszuführen, wenn gleichzeitig eine jeweilige Steg- und eine Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung im Vergleich zu der Ausführung als Minusplanetenstufe um Eins erhöht wird.
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Wie des Weiteren in 1 zu erkennen ist, umfasst das erfindungsgemäße Nebenabtriebsgetriebe zudem insgesamt vier Schaltelemente 6 bis 9, welche im Falle der Schaltelemente 6 und 7 als Lamellenkupplungen und im Falle der Schaltelemente 8 und 9 als Lamellenbremsen ausgeführt sind. Eine räumliche Anordnung der Schaltelemente 6 bis 9 kann dabei prinzipiell beliebig sein und wird nur durch deren Abmessungen, sowie die äußere Formgebung begrenzt. Im Falle der Schaltelemente 6 und 8 ist alternativ zudem eine Ausführung als Klauenkupplung bzw. -bremse denkbar.
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Abgesehen von der Antriebswelle 2 und der koaxial hierzu verlaufenden Abtriebswelle 3 weist das erfindungsgemäße Nebenabtriebsgetriebe zudem zwei weitere Wellen 10 und 11 auf, von welchen die Welle 10 mit einem Sonnenrad 12 der ersten Planetenstufe 4 verbunden ist und einerseits über das Schaltelement 7 mit der Antriebswelle 2 drehfest gekoppelt, sowie andererseits mittels des Schaltelements 8 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann. Die Antriebswelle 2 steht ferner mit einem Planetensteg 13 der zweiten Planetenstufe 5 in Verbindung und ist über das Schaltelement 6 mit einem Planetensteg 14 der ersten Planetenstufe 4 verbindbar, welcher des Weiteren mittels des Schaltelements 9 am Gehäuse 1 festgesetzt werden kann.
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Wie zudem in 1 zu erkennen ist, verbindet die Welle 11 ein Hohlrad 15 der ersten Planetenstufe 4 mit einem Sonnenrad 16 der zweiten Planetenstufe 5, während ein Hohlrad 17 der zweiten Planetenstufe 5 mit der Abtriebswelle 3 in Verbindung steht.
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Aus 2 geht eine schematische Darstellung eines Nebenabtriebsgetriebes entsprechen einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor, wobei diese Ausgestaltung weitestgehend der Variante nach 1 entspricht. Einziger Unterschied ist, dass eine Antriebswelle 18 und eine Abtriebswelle 19 nicht koaxial sondern orthogonal zueinander verlaufen. Die Anbindung der Antriebswelle 18 und der Abtriebswelle 19, sowie der übrigen Komponenten des Nebenabtriebsgetriebes entsprechen dann der vorhergehenden Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
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Schließlich geht aus 3 eine beispielhafte Schaltmatrix der Nebenabtriebsgetriebe gemäß den 1 und 2 hervor, wobei neben einer Matrix der Betätigung der Schaltelemente 6 bis 9 zudem eine Übersetzung i in dem einzelnen Übersetzungsverhältnis, sowie ein jeweiliger Gangsprung φ angegeben sind. Diese jeweiligen Übersetzungen i und Gangsprünge φ werden dabei bei bevorzugten Standübersetzungen der Planetenstufen 4 und 5 erreicht, welche im Falle der ersten Planetenstufe 4 –3,493 und der zweiten Planetenstufe 5 –1,523 ist.
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Wie aus der Tabelle in 3 zu erkennen ist, wird ein erstes Übersetzungsverhältnis dadurch geschaltet, dass das Schaltelement 6 und das Schaltelement 8 betätigt werden, während die Schaltelemente 7 und 9 geöffnet sind. Ausgehend hiervon wird dann in ein zweites Übersetzungsverhältnis geschaltet, indem das Schaltelement 8 geöffnet und im Folgenden das Schaltelement 7 geschlossen wird. Eine weitere Schaltung in ein drittes Übersetzungsverhältnis erfolgt dann dadurch ausgehend vom zweiten Übersetzungsverhältnis, dass zunächst das Schaltelement 6 geöffnet und im Folgenden das Schaltelement 9 betätigt wird. Ein Wechsel zwischen den Übersetzungsverhältnissen wird dabei jeweils unter Last vollzogen.
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Zudem kann noch prinzipiell ein zusätzliches Übersetzungsverhältnis durch Betätigen der Schaltelemente 8 und 9 dargestellt werden, wobei in diesem Übersetzungsverhältnis allerdings bei einem herkömmlichen Antrieb des jeweiligen Nutzfahrzeuges nicht die geforderten Normdrehzahlen erreicht werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Ausführungsformen eines Nebenabtriebsgetriebes kann bei kompakter Bauweise und hoher Leistungsdichte unter Last zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen geschaltet werden. In der Folge kann während des Betriebs eines Anbaugeräts und bei sich ändernder Drehmomentabnahme durch dieses Gerät zunächst in einem verbrauchsoptimalen Übersetzungsverhältnis gestartet und mit steigender Last dann ohne zwischenzeitlichen Stillstand des Nutzfahrzeuges in ein ein höheres Drehmoment ermöglichendes Übersetzungsverhältnis gewechselt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Planetenstufe
- 5
- Planetenstufe
- 6
- Schaltelement
- 7
- Schaltelement
- 8
- Schaltelement
- 9
- Schaltelement
- 10
- Welle
- 11
- Welle
- 12
- Sonnenrad
- 13
- Planetensteg
- 14
- Planetensteg
- 15
- Hohlrad
- 16
- Sonnenrad
- 17
- Hohlrad
- 18
- Antriebswelle
- 19
- Abtriebswelle
- i
- Übersetzung
- φ
- Gangsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011084623 A1 [0004, 0009]
