DE102014202080A1

DE102014202080A1 - Planetengetriebe sowie Gruppengetriebe mit einem Planetengetriebe

Info

Publication number: DE102014202080A1
Application number: DE102014202080.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias NITSCH; Eckhardt Luebke; Bernard Hunold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2015-08-06
Also published as: US9423013B2; CN204784504U; SE1550078A1; US20150219193A1

Abstract

Das Planetengetriebe weist zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze auf, die koaxial sowie radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei vorgesehen ist, dass der erste Planetenradsatz (PS1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordnet ist, dass die Planetenradsätze jeweils einen Planetenträger (7, 11) aufweisen, auf denen Planetenräder (8, 12) drehbar angeordnet sind, dass radial zwischen den Planetenrädern der beiden Planetenradsätze ein Tragring (20) angeordnet ist, der innen eine Hohlradverzahnung (9) und außen eine Sonnenradverzahnung (10) aufweist, dass radial innen am ersten Planetenradsatz (PS1) ein Sonnenrad (6) angeordnet ist, mit dem die Planetenräder (8) des ersten Planetenradsatzes (PS1) kämmen, dass die Planetenräder (8) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit der Hohlradverzahnung (9) am Tragring (20) kämmen, dass radial außen am zweiten Planetenradsatz (PS2) ein Hohlrad (13) angeordnet ist, dass die Planetenräder (12) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit dem Hohlrad (13) und mit der Sonnenradverzahnung (10) am Tragring (20) kämmen, dass das Sonnenrad (6) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit einer Antriebswelle (4) drehfest verbunden ist, dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Hohlrad (13) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbunden ist, dass der Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit einer Ausgangswelle (5) verbunden ist, und dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) an der Ausgangswelle (5) mittels eines kombinierten Radial-Axial-Lagers (15, 16) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe, insbesondere Planetengetriebe in einem Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und einer ausgangsseitigen Hauptwelle sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle und einer Ausgangswelle angeordnete Bereichsgruppe aufweist, wobei die Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist.
Gruppengetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und zumindest einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordneten Bereichsgruppe sind seit längerem bekannt und kommen bevorzugt in schweren Nutzfahrzeugen zur Anwendung. Häufig ist dem Hauptgetriebe auch eine mehrstufige Splitgruppe antriebstechnisch vorgeordnet. Durch eine zumeist zweistufige Bereichsgruppe mit einem etwa um einen mittleren Übersetzungssprung zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes über dem gesamten Übersetzungssprung des Hauptgetriebes liegenden Übersetzungssprung wird die Spreizung des Gesamtgetriebes in etwa verdoppelt sowie die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge des Gruppengetriebes ebenfalls verdoppelt. Durch eine üblicherweise zweistufig ausgeführte Splitgruppe mit einem in etwa der Hälfte eines mittleren Übersetzungssprungs zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes entsprechenden Übersetzungssprung werden die Übersetzungssprünge des Hauptgetriebes halbiert und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge des Gruppengetriebes nochmals verdoppelt. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit einem dreistufigen Hauptgetriebe, das drei Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe aufweist, ein zwölfgängiges Gruppengetriebe mit insgesamt zwölf Vorwärtsgängen sowie maximal vier Rückwärtsgängen. In Verbindung mit einem vierstufigen Hauptgetriebe, das vier Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe aufweist, ergibt sich ein sechzehngängiges Gruppengetriebe mit insgesamt sechzehn Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen.
Das Gruppengetriebe weist gegenüber einem Einzelgetriebe mit einer vergleichbaren Anzahl von Gängen sowie ähnlicher Gangabstufung und Spreizung deutlich kompaktere Abmessungen sowie ein geringeres Gewicht auf. Da viele Schaltungen in einem Gruppengetriebe aber den Wechsel von Übersetzungsstufen in mehreren Teilgetrieben erfordern und somit relativ kompliziert ablaufen, sind die meisten bekannten Gruppengetriebe entweder teilautomatisiert oder vollautomatisiert schaltbar ausgebildet.
Eine typische Ausführungsform eines Gruppengetriebes mit einem Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe, sowie einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe ist in der DE 44 22 900 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Gruppengetriebe ist das Hauptgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist zwei Vorgelegewellen sowie eine Hauptwelle auf, zwischen denen schaltbare Stirnradstufen von drei Vorwärtsgangstufen und einer Rückwärtsgangstufe angeordnet sind. Die Splitgruppe ist ebenfalls in Vorgelegebauweise ausgeführt und umfasst zwei häufig auch als schaltbare Eingangskonstanten bezeichnete Stirnradstufen, die zwischen der Eingangswelle des Gruppengetriebes und den entsprechend verlängerten Vorgelegewellen des Hauptgetriebes angeordnet sind. Bei geschalteter eingangsseitiger erster Eingangskonstante dient die Stirnradstufe der getriebeseitigen zweiten Eingangskonstante als weitere schaltbare Stirnradstufe des Hauptgetriebes. Zudem ist durch die unmittelbare Verbindung der Eingangswelle mit der Hauptwelle eine direkte Vorwärtsgangstufe schaltbar. Die Bereichsgruppe ist in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad drehfest mit der Hauptwelle verbunden ist, der Planetenträger drehfest mit der Ausgangswelle des Gruppengetriebes verbunden ist, und das Hohlrad wechselweise zur Schaltung einer Übersetzungsstufe für einen Fahrbereich mit niedriger Fahrgeschwindigkeit gehäusefest arretierbar sowie zur Schaltung einer Übersetzungsstufe für einen Fahrbereich mit hoher Fahrgeschwindigkeit drehfest mit der Ausgangswelle verbindbar ist.
Abweichend von dem aus der DE 44 22 900 A1 bekannten Gruppengetriebe kann die Splitgruppe auch in Planetenbauweise ausgeführt sowie die Bereichsgruppe auch in Vorgelegebauweise ausgeführt sein. So sind beispielsweise aus der EP 0 618 382 B1 verschiedene Ausführungsformen eines Gruppengetriebes bekannt, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes mehrstufiges Hauptgetriebe und ein dem Hauptgetriebe nachgeschaltetes Zusatzgetriebe aufweist. Das Zusatzgetriebe umfasst eine zweistufige Splitgruppe sowie eine zweistufige Bereichsgruppe. In einer ersten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 2 ist die Splitgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt, während die Bereichsgruppe, wie bei dem aus der DE 44 22 900 A1 bekannten Gruppengetriebe, in Planetenbauweise ausgebildet ist. In einer zweiten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 3 sind die Splitgruppe dagegen in Planetenbauweise und die Bereichsgruppe in Vorgelegebauweise ausgebildet.
Schließlich ist aus der EP 1 825 168 B1 ein Gruppengetriebe bekannt, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Hauptgetriebe, eine in Vorgelegebauweise ausgeführte und dem Hauptgetriebe vorgeschaltete zweistufige Splitgruppe, sowie eine in Planetenbauweise ausgeführte und dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Bereichsgruppe umfasst. Die Bereichsgruppe ist in an sich bekannter Weise als ein einfacher Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet, dessen Sonnenrad drehfest mit der Hauptwelle des Hauptgetriebes verbunden ist. Neben der Schaltung von zwei Übersetzungsstufen für Fahrbereiche mit niedriger und hoher Fahrgeschwindigkeit ist bei dieser Bereichsgruppe zusätzlich auch die Schaltung einer Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich vorgesehen.
Bei geschaltetem Fahrbereich für eine niedrige Fahrgeschwindigkeit ist das Hohlrad über ein erstes Schaltelement gehäusefest arretiert und der Planetenträger über ein zweites Schaltelement drehfest mit der Ausgangswelle des Gruppengetriebes verbunden. Bei geschalteter Umkehrstufe für den Rückwärtsfahrbereich ist der Planetenträger über das erste Schaltelement gehäusefest arretiert und das Hohlrad über das zweite Schaltelement drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. Bei geschaltetem Fahrbereich für hohe Fahrgeschwindigkeit befindet sich das erste Schaltelement in einer geöffneten Neutralstellung (ohne Schaltfunktion), und das Hohlrad sowie der Planetenträger sind über das zweite Schaltelement drehfest miteinander und mit der Ausgangswelle verbunden.
Durch die in der Bereichsgruppe enthaltene schaltbare Umkehrstufe kann vorteilhaft in dem Hauptgetriebe auf die Anordnung einer schaltbaren Umkehrstufe verzichtet werden, das heißt, die dort an sich vorhandene Umkehrstufe weggelassen oder durch eine Stirnradstufe für eine zusätzliche Vorwärtsgangstufe ersetzt werden. Zur Realisierung der Schaltfunktionen der Bereichsgruppe sind allerdings zwei Schaltelemente erforderlich, von denen das erste Schaltelement als ein Doppelschaltelement mit zwei Schaltstellungen sowie einer Neutralstellung und das zweite Schaltelement als ein Dreifachschaltelement mit drei Schaltstellungen, darunter eine Schaltstellung mit Dreifachkopplung, ausgebildet ist. Nachteilig an der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Ausführung der Bereichsgruppe ist somit der komplizierte Aufbau, insbesondere des zweiten Schaltelements, und das Erfordernis von zwei Schaltaktuatoren für die gleichzeitige Betätigung der beiden Schaltelemente.
Ein gattungsgemäßes Gruppengetriebe mit einer Bereichsgruppe, die zwei koaxial zueinander sowie radial übereinander angeordnete Planetengetriebe aufweist, ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2013 202 045 A1 bekannt. Nicht bekannt ist aus dieser Druckschrift, wie die beiden Planetengetriebe radial und axial zueinander zentriert und gelagert sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Planetengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe in einem Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und zumindest einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordneten Bereichsgruppe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei dem das Planetengetriebe der Bereichsgruppe gegenüber der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Konstruktion schaltungstechnisch vereinfacht ist. Darüber hinaus soll das Planetengetriebe konstruktiv einfach zur Aufnahme von wechselnden Axialbelastungen ausgebildet sein.
Diese Aufgabe ist bei einem Planetengetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Planetengetriebe zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze aufweist, die koaxial sowie radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, dass die beiden Planetenradsätze jeweils einen Planetenträger aufweisen, auf denen Planetenräder drehbar gelagert angeordnet sind, dass radial zwischen den Planetenrädern der beiden Planetenradsätze ein Tragring angeordnet ist, der radial innen eine Hohlradverzahnung und radial außen eine Sonnenradverzahnung aufweist, dass radial innen am ersten Planetenradsatz ein Sonnenrad angeordnet ist, mit dem die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes im Zahneingriff sind, dass die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes mit der Hohlradverzahnung am Tragring im Zahneingriff sind, dass radial außen am zweiten Planetenradsatz ein Hohlrad angeordnet ist, dass die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes mit dem Hohlrad und mit der Sonnenradverzahnung am Tragring im Zahneingriff sind, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit einer Antriebswelle, wie der Hauptwelle des Hauptgetriebes verbunden ist, dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, dass der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist, und dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes an der Ausgangswelle mittels einer sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmenden Lageranordnung gelagert ist.
Bei diesem Planetengetriebe sind die beiden axial und radial zueinander geschachtelt angeordneten Planetenradsätze mittels der Lageranordnung axial und radial optimal zueinander zentriert. Im Betrieb auftretende Axialkräfte werden durch die Lageranordnung aufgenommen und letztlich über die Ausgangswelle an ein Getriebegehäuse weitergeleitet.
Die sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmende Lageranordnung kann bevorzugt aus einem spiegelbildlich angeordneten Kegelrollen-Lagerpaar bestehen. Ebenso ist es möglich, die Lageranordnung als ein zweireihiges Radial-Pendelrollenlager, als ein zweireihiges Schrägkugellager oder als ein kombiniertes Nadel-Axial-Kugellager auszubilden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der die Sonnenradverzahnung und die Hohlradverzahnung aufweisende Tragring zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit mittels einer ersten Schaltkupplung gehäusefest arretierbar ist, dass zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels einer zweiten Schaltkupplung zwei Elemente der beiden Planetenradsätze drehfest miteinander verbindbar sind, und dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs mittels einer dritten Schaltkupplung gehäusefest arretierbar ist.
Die vorerwähnte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Gruppengetriebe mit einem Planetengetriebe der vorstehend definierten Bauart dadurch gelöst, dass die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung einer Bereichsgruppe des Gruppengetriebes in einem Doppelschaltelement zusammengefasst sind.
Dabei kann das Hauptgetriebe als ein Vorgelegegetriebe mit einer einzigen Eingangswelle ausgebildet sein, die eingangsseitig über eine Reibungskupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar ist, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle in Triebverbindung bringbar ist.
Die Erfindung geht außerdem aus von einem an sich bekannten Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und einer ausgangsseitigen Hauptwelle sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle und einer Ausgangswelle angeordnete Bereichsgruppe aufweist, wobei diese Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist.
Durch die Ausbildung der Bereichsgruppe in Form von zwei in der genannten Art gekoppelten Planetenradsätzen und die Anordnung der erwähnten Schaltkupplungen ist die Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe dahingehend vereinfacht, dass zur Schaltung der Übersetzungsstufen für die beiden Geschwindigkeitsbereiche und den Rückwärtsfahrbereich jeweils nur eine der Schaltkupplungen eingerückt werden muss. Zur Schaltbetätigung der Bereichsgruppe ist daher nur ein Schaltaktuator erforderlich, der bei einer Bereichsschaltung in einem Wählvorgang mit der betreffenden Schaltkupplung gekoppelt wird. Im Vergleich zu der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Bauform ist die Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe gemäß der Erfindung somit deutlich vereinfacht. Durch die beiden gekoppelten Planetenradsätze wird hierzu allerdings ein etwas komplizierter und mehr Bauraum erfordernder Aufbau der Getriebestruktur der Bereichsgruppe in Kauf genommen. Andererseits ist mit den beiden Planetenradsätzen vorteilhaft eine größere Übersetzungsspreizung der Bereichsgruppe als mit nur einem einzigen Planetenradsatz möglich.
Bei geschaltetem Fahrbereich mit niedriger Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter erster Schaltkupplung, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_low} = (1 – i₀₁)·(i₀₂ – 1)/i₀₂, wobei mit i₀₁ die Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes und mit i₀₂ die Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes bezeichnet sind. Da bei geschaltetem Fahrbereich mit hoher Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter zweiter Schaltkupplung, die Getriebeelemente der beiden Planetenradsätze miteinander verbunden sind und die beiden Planetenradsätze dann im Block umlaufen, ist die Übersetzung der Bereichsgruppe in diesem Fall gleich Eins (i_{GP_high} = 1). Für diese Schaltung können jeweils zwei beliebige Getriebeelemente der beiden Planetenradsätze mittels der zweiten Schaltkupplung drehfest miteinander verbunden werden. Eine Abweichung von der vorgenannten Anordnung der zweiten Schaltkupplung macht aber nur Sinn, wenn diese dadurch günstiger positioniert werden kann. Bei geschaltetem Rückwärtsfahrbereich, also bei eingerückter dritter Schaltkupplung R, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_rev} = i₀₁ × (i₀₂ – 1).
Axialer Bauraum wird bei diesem Getriebe dadurch eingespart, dass die beiden Planetenradsätze der Bereichsgruppe im gleichen Axialbereich koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist. Hierdurch ist es auch möglich, die sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmende Lageranordnung Bauraum sparend in einer stirnseitigen Lagerbohrung in der Ausgangswelle anzuordnen, und die am Planetenträger des ersten Planetenradsatzes je nach Schaltstufe in die eine oder andere Richtung wirkenden Axialkräfte auf die Ausgangswelle zu übertragen, welche ihrerseits mittels Radiallager und Axiallager sicher in einem Getriebegehäuse gelagert ist.
Da die erste Schaltkupplung und die zweite Schaltkupplung der Bereichsgruppe nur wechselweise eingerückt werden, sind diese beiden Schaltkupplungen vorzugsweise in einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wodurch der Wählvorgang, das heißt die Kopplung mit dem betreffenden Schaltaktuator vereinfacht ist.
Die Bereichsgruppe mit den Merkmalen der Erfindung kann mit einem Hauptgetriebe kombiniert sein, das als ein Vorgelegegetriebe mit einer einzigen Eingangswelle ausgebildet ist, wobei diese Eingangswelle eingangsseitig über eine Reibungskupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar ist, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle in Triebverbindung bringbar ist.
Ebenso kann das Hauptgetriebe, mit dem die gemäß der Erfindung ausgebildete Bereichsgruppe innerhalb eines Gruppengetriebes kombiniert ist, auch als ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Eingangswellen ausgebildet sein, wobei die beiden Eingangswellen eingangsseitig über jeweils eine Reibungskupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar sind und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle in Triebverbindung bringbar sind.
Darüber hinaus kann die gemäß der Erfindung ausgebildete Bereichsgruppe auch mit anderen Bauarten von Hauptgetrieben, wie beispielsweise mit einem in Planetenbauweise ausgeführten Hauptgetriebe kombiniert sein, sofern diese jeweils mindestens eine Eingangswelle und eine ausgangsseitige Hauptwelle aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem die Sonnenradverzahnung des zweiten Planetenradsatzes aufweisenden Tragring verbindbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit dem die Hohlradverzahnung des ersten Planetenradsatz aufweisenden Tragring verbindbar ist.
Neben der im Folgenden dargestellten vorteilhaften Ausführungsform sind auch Ausgestaltungen realisierbar, bei denen zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung das Sonnenrad des ersten Planetenradsatz drehfest mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes oder das Sonnenrad des ersten Planetenradsatz drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser Zeichnung zeigt
1 in schematischer Ansicht einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Gruppengetriebe, dessen Bereichsgruppe zwei axial und radial miteinander verschachtelte Planetengetriebe aufweist, und
2 eine detaillierte Schnittdarstellung der gemäß der Erfindung ausgebildeten Bereichsgruppe.
Das in 1 in schematischer Form dargestellte Gruppengetriebe 1.1 umfasst ein nicht im Detail dargestelltes mehrstufiges Hauptgetriebe HG und eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch nachgeordnete Bereichsgruppe GP. Das Hauptgetriebe HG weist eine Eingangswelle 3 sowie eine ausgangsseitige Hauptwelle 4 auf. Die Eingangswelle 3 ist über eine Reibungskupplung K mit der Triebwelle 2 eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors VM verbindbar. Die Bereichsgruppe GP ist zwischen der Hauptwelle 4 und einer Ausgangswelle 5 angeordnet, die in nicht dargestellter Weise mit einem Achsantrieb, wie einem Achsdifferential oder einem Verteilergetriebe, in Antriebsverbindung steht.
Die Bereichsgruppe GP ist in Planetenbauweise ausgeführt und weist zwei miteinander gekoppelte sowie ineinander verschachtelte Planetenradsätze PS1, PS 2 auf. Radial innen ist ein Sonnenrad 6 angeordnet, mit dessen Außenverzahnung mehrere Planetenräder 8 des ersten, radial inneren Planetenradsatzes PS1 kämmen. Diese Planetenräder 8 sind drehbar auf einem Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 angeordnet. Radial außen kämmen die Planetenräder 8 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit einer Hohlradverzahnung 9, die radial innen an einem Tragring 20 ausgebildet ist. Radial außen weist dieser Tragring 20 eine Sonnenradverzahnung 10 auf. Diese Sonnenradverzahnung 10 kämmt mit der Verzahnung an mehreren Planetenrädern 12 des zweiten Planetenradsatzes PS2, welche drehbar an einem Planetenträger 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet sind. Radial außen kämmen die Planetenräder 12 des zweiten Planetenradsatzes PS2 mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2.
Die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP sind koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PS1 radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet ist. Wie insbesondere 2 zeigt, werden die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 von einem beispielsweise einstückig mit einer Ausgangswelle 5 des Gruppengetriebes 1.1 hergestellten glockenförmigen Gehäuse 5a umfasst.
Der Planetenträger 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist drehfest mit dem glockenförmigen Gehäuse 5a verbunden und weist an seinem radial inneren Ende einen von der Ausgangswelle 5 wegweisenden hohlzylindrischen Lagerhals 11a auf. Der Lagerhals 11a dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Lagers, welches zusammen mit der als Kugellager ausgebildeten Lageranordnung 14 an der Ausgangswelle 5 die Bereichsgruppe GP des Gruppengetriebes 1.1 an einem nicht dargestellten Getriebegehäuse lagert. Das Sonnenrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist beispielsweise einstückig mit einer Sonnenradwelle 6a hergestellt, die ihrerseits in nicht gezeigter Weise drehfest mit der Hauptwelle 4 des Hauptgetriebes HG verbunden ist. Dadurch bildet die Sonnenradwelle 6a das Eingangselement der Bereichsgruppe GP.
Der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 weist radial innen und abtriebswellennah einen Wellenstummel 7a auf, der mittels einer Axial- und Radialkräfte aufnehmenden Lageranordnung, bestehend aus einem spiegelbildlich angeordneten Kegelrollen-Lagerpaar 15, 16, in einer stirnseitigen Lagerbohrung 5b in der Ausgangswelle 5 gelagert ist. Die Außenringe des Kegelrollen-Lagerpaars 15, 16 sind axial durch einen Absatz 5c der Lagerbohrung 5b und einen Sicherungsring 17 festgelegt. Die Innenringe des Kegelrollenlagerpaars 15, 16 sind auf dem Wellenstummel 7a mittels einer Druckscheibe 18 und einer Spannschraube 19 spielfrei oder mit einer vorgebbaren axialen Vorspannung gesichert.
Der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist drehfest mit dem Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden. Ein hohlzylindrischer Kupplungshals 7b ist in nicht dargestellter Weise mit einer in 1 dargestellten zweiten Schaltkupplung H und einem Einzelschaltelement SR drehfest verbunden. Die Hohlradverzahnung 9 am Tragring 20 ist drehfest mit der Sonnenradverzahnung 10 am Tragring 20 verbunden oder damit, wie dargestellt, einstückig hergestellt. Der Tragring 20 weist einen koaxial zwischen dem Kupplungshals 7b und dem Lagerhals 11a angeordneten hohlzylindrischen Tragringhals 20a auf, der drehfest mit einem Doppelschaltelement SB für die zweite Schaltkupplung H und eine erste, gehäusefeste Schaltkupplung L verbunden ist. Der Planetenträger 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist drehfest mit der Ausgangswelle 5 verbunden und bildet somit das Ausgangselement der Bereichsgruppe GP.
Die an dem Tragring 20 ausgebildete Sonnenradverzahnung 10 für den zweiten Planetenradsatz PS2 und die mit diesem drehfest verbundene Hohlradverzahnung 9 für den ersten Planetenradsatz PS1 sind zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit über die erste Schaltkupplung L gehäusefest arretierbar und zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über eine zweite Schaltkupplung H drehfest mit der Ausgangswelle 5 verbindbar. Die erste Schaltkupplung L und die zweite Schaltkupplung H der Bereichsgruppe GP sind wie schon kurz erwähnt in einem Doppelschaltelement SB zusammengefasst.
Der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 und das mit diesem drehfest verbundene Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 sind zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs mittels einer dritten Schaltkupplung R gehäusefest arretierbar. Die dritte Schaltkupplung R der Bereichsgruppe GP ist vorliegend Bestandteil eines Einzelschaltelements SR.
Da zur Schaltung der Übersetzungsstufen für die beiden Geschwindigkeitsbereiche und den Rückwärtsfahrbereich jeweils nur eine der genannten Schaltkupplungen L, H, R eingerückt wird, ist zur Schaltbetätigung der Bereichsgruppe GP nur ein Schaltaktuator erforderlich, der bei einer Bereichsschaltung in einem Wählvorgang mit dem betreffenden Schaltelement SB, SR gekoppelt wird.
Bei eingerückter erster Schaltkupplung L ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_}low = (1 – i₀₁)·(i₀₂ – 1)/i₀₂, wobei mit i₀₁ die Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes PS1 und mit i₀₂ die Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes PS2 bezeichnet sind. Bei eingerückter zweiter Schaltkupplung H ist die Übersetzung der Bereichsgruppe GP gleich Eins (i_{GP_}high = 1), da die Getriebeelemente 6, 7, 9, 10, 11, 13 der Planetenradsätze PS1, PS2 dann drehfest miteinander verbunden sind und im Block umlaufen. Bei eingerückter dritter Schaltkupplung R ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_}rev = i₀₁·(i₀₂ – 1).
Alle in der vorstehenden Figurenbeschreibung, in den Ansprüchen und in der Beschreibungseinleitung genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander einsetzbar. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen und beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
Bezugszeichenliste

1.1: Gruppengetriebe
2: Triebwelle
3: Eingangswelle des Hauptgetriebes HG
4: Hauptwelle des Hauptgetriebes HG
5: Ausgangswelle der Bereichsgruppe GP
5a: Glockenförmiges Gehäuse für Planetenradsatz PS2
5b: Lagerbohrung in der Ausgangswelle 5
5c: Absatz in der Lagerbohrung 5b
6: Sonnenrad von Planetenradsatz PS1
6a: Sonnenradwelle
7: Planetenträger von Planetenradsatz PS1
7a: Wellenstummel an Planetenträger 7
7b: Kupplungshals an Planetenträger 7
8: Planetenrad von Planetenradsatz PS1
9: Hohlradverzahnung an Tragring 20 für Planetenradsatz PS1
10: Sonnenradverzahnung an Tragring 20 für Planetenradsatz PS2
11: Planetenträger von Planetenradsatz PS2
11a: Lagerhals für Planetenträger 11 und Gehäuse 5a
12: Planetenrad von Planetenradsatz PS2
13: Hohlrad von Planetenradsatz PS2
14: Lageranordnung auf der Ausgangswelle 5
15: Erstes Kegelrollenlager
16: Zweites Kegelrollenlager
17: Sicherungsring
18: Druckscheibe
19: Spannschraube
20: Tragring für Hohlradverzahnung 9 und Sonnenradverzahnung 10
20a: Tragringhals
GP: Bereichsgruppe
H: Zweite Schaltkupplung von Bereichsgruppe GP
HG: Hauptgetriebe
K: Reibungskupplung
L: Erste Schaltkupplung von Bereichsgruppe GP
PS1: Erster Planetenradsatz von Bereichsgruppe GP
PS2: Zweiter Planetenradsatz von Bereichsgruppe GP
R: Dritte Schaltkupplung von Bereichsgruppe GP
SB: Doppelschaltelement von Bereichsgruppe GP
SR: Einzelschaltelement von Bereichsgruppe GP
VM: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4422900 A1 [0004, 0005, 0005]
EP 0618382 B1 [0005]
EP 1825168 B1 [0006, 0008, 0010, 0018]
DE 102013202045 A1 [0009]

Claims

Planetengetriebe, insbesondere Planetengetriebe in einem Gruppengetriebe (1.1) eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe (HG) mit mindestens einer Eingangswelle (3) und einer ausgangsseitigen Hauptwelle (4) sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe (HG) nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle (4) und einer Ausgangswelle (5) angeordnete Bereichsgruppe (GP) aufweist, wobei die Bereichsgruppe (GP) in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze (PS1, PS2) aufweist, die koaxial sowie radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz (PS1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordnet ist, dass die beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) jeweils einen Planetenträger (7, 11) aufweisen, auf denen Planetenräder (8, 12) drehbar gelagert angeordnet sind, dass radial zwischen den Planetenrädern (8, 12) der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) ein Tragring (20) angeordnet ist, der radial innen eine Hohlradverzahnung (9) und radial außen eine Sonnenradverzahnung (10) aufweist, dass radial innen am ersten Planetenradsatz (PS1) ein Sonnenrad (6) angeordnet ist, mit dem die Planetenräder (8) des ersten Planetenradsatzes (PS1) im Zahneingriff sind, dass die Planetenräder (8) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit der Hohlradverzahnung (9) am Tragring (20) im Zahneingriff sind, dass radial außen am zweiten Planetenradsatz (PS2) ein Hohlrad (13) angeordnet ist, dass die Planetenräder (12) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit dem Hohlrad (13) und mit der Sonnenradverzahnung (10) am Tragring (20) im Zahneingriff sind, dass das Sonnenrad (6) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit einer Antriebswelle, wie der Hauptwelle (4) des Hauptgetriebes (HG) verbunden ist, dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Hohlrad (13) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbunden ist, dass der Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit der Ausgangswelle (5) verbunden ist, und dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) an der Ausgangswelle (5) mittels einer sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte in beiden Richtungen aufnehmenden Lageranordnung (15, 16) gelagert ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageranordnung (15, 16) aus einem spiegelbildlich angeordneten Kegelrollen-Lagerpaar (15, 16) besteht.
Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die Sonnenradverzahnung (10) und die Hohlradverzahnung (9) aufweisende Tragring (20) zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit mittels einer ersten Schaltkupplung (L) gehäusefest arretierbar ist, dass zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels einer zweiten Schaltkupplung (H) zwei Elemente der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) drehfest miteinander verbindbar sind, und dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs mittels einer dritten Schaltkupplung (R) gehäusefest arretierbar ist.
Gruppengetriebe mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltkupplung (L) und die zweite Schaltkupplung (H) der Bereichsgruppe (GP) in einem Doppelschaltelement (SB) zusammengefasst sind.
Gruppengetriebe nach Anspruch 4 mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG) als ein Vorgelegegetriebe mit einer einzigen Eingangswelle (3) ausgebildet ist, die eingangsseitig über eine Reibungskupplung (K) mit der Triebwelle (2) eines Antriebsmotors (VM) verbindbar ist, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle (4) in Triebverbindung bringbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 4 oder 5 mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung (H) der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem die Sonnenradverzahnung (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) aufweisenden Tragring (20) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 4 oder 5 mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung (H) der Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit dem die Hohlradverzahnung (9) des ersten Planetenradsatz (PS1) aufweisenden Tragring (20) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 4 oder 5 mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung (H) das Sonnenrad (6) des ersten Planetenradsatz (PS1) drehfest mit dem Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 4 oder 5 mit einem Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit mittels der zweiten Schaltkupplung (H) das Sonnenrad (6) des ersten Planetenradsatz (PS1) drehfest mit dem Hohlrad (13) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbindbar ist.