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Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einem drehfest mit einer Eingangswelle verbundenen Sonnenrad, einem Planetenräder aufnehmenden Steg, der drehfest mit einer Ausgangswelle verbunden ist und einem Hohlrad, das in einem das Planetengetriebe radial umschließenden Gehäuse fixiert ist.
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Derartige Planetengetriebe sind für viele Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik und in anderen technischen Gebieten vorgesehen. Ein Radnabengetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus dem Fachbuch „Das Getriebebuch“, 2., überarbeitete Auflage, Seite 365, .23 bekannt. Ein Lastschaltgetriebe eines landwirtschaftlichen Traktors treibt dabei über ein in einer Hinterachse angeordnetes Differentialgetriebe und diesem jeweils nachgeordnete Planetenstufen, die als Übersetzungsgetriebe wirken, die Hinterräder des Traktors an.
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Dabei verbindet eine Eingangswelle das Differentialgetriebe mit einem Sonnenrad der Planetenstufe, und der Antrieb einer Ausgangswelle erfolgt bei stillstehendem Hohlrad über einen Steg. Derartige Planetenstufen weisen in der Regel Zahnräder und einen Zahnkranz des Hohlrades mit einer Geradverzahnung auf, so dass über den Zahneingriff keine Axialkräfte erzeugt werden, die an der Eingangswelle wirken würden. Nachteilig sind bei Planetenstufen mit einer Geradverzahnung eine geringe Laufruhe und demzufolge eine hohe Geräuschentwicklung.
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Weiterhin ist aus der
DE 196 04 824 A1 ein Planetengetriebe bekannt, dessen Antriebswelle mit einer als Schrägverzahnung ausgebildeten Sonnenradverzahnung versehen ist. Demzufolge sind auch mit der Sonnenradverzahnung im Eingriff befindliche Planetenräder sowie eine Innenverzahnung eines Hohlrades schrägverzahnt ausgebildet. Diese Schrägverzahnungen werden verwendet, um eine im Vergleich zur Geradverzahnung deutlich höhere Laufruhe und somit geringere Geräuschentwicklung zu erzielen. Als problematisch werden dabei die aufgrund der Schrägverzahnung auftretenden hohen Axialkräfte angesehen, die benachbarte Bauteile, wie die Antriebswelle und die Abtriebswelle, sehr stark belasten. Schrägungswinkel der Schrägverzahnung sollen, wie üblicherweise vorgesehen, im Bereich zwischen 10° und 15° liegen.
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Zur Beherrschung der auftretenden Axialkräfte sind zum einen an beiden Stirnseiten der Planetenräder gegenüber der Sonnenradverzahnung wirkende Druckringe sowie zwischen dem Hohlrad und den Planetenrädern angeordnete Druckringe vorgesehen, zum anderen ist zwischen einem Planetenträger und der Antriebswelle ein Deckel angeordnet, der die Axialkraft des schrägverzahnten Planetentriebes aufnehmen und in der Antriebswelle binden soll.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit möglichst geringem Bauaufwand die Geräuschemission des Planetengetriebes zu verringern, ohne dessen Wirkungsgrad durch gleitend an den Planetenrädern und am Steg geführte Druckringe zu verschlechtern.
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Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Danach weist ein Planetengetriebe ein drehfest mit einer Eingangswelle verbundenes Sonnenrad, einen Planetenräder aufnehmenden Steg, der drehfest mit einer Ausgangswelle verbunden ist, und ein in einem Gehäuse fixiertes Hohlrad auf. Ein derartiges Planetengetriebe wird mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis betrieben.
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Erfindungsgemäß sind das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad mit einer Schrägverzahnung versehen, wodurch die Gesamtüberdeckung im Zahneingriff erhöht wird. Der Überdeckungsgrad entspricht dem Verhältnis der Eingriffslänge zur Teilung des Zahnrades. Im Vergleich zu Geradverzahnungen weisen Schrägverzahnungen stets eine größere Gesamtüberdeckung auf, weil sich mehrere Zahnpaare im Eingriff befinden. Die Kraftübertragung setzt nicht, wie bei einer Geradverzahnung, direkt über die gesamte Zahnbreite ein, sondern steigt allmählich an, denn zu Beginn des Eingriffs befindet sich noch nicht die gesamte Zahnbreite im Eingriff. Außerdem fällt die Kraftübertragung nicht am Eingriffsende schlagartig ab, da der Zahn allmählich aus seinem Eingriff gleitet. Dadurch werden ein ruhigerer Lauf und eine bedeutend geringere Geräuschentwicklung erzielt.
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Im Zusammenhang mit der für das Planetengetriebe vorgesehenen Schrägverzahnung soll, wie gemäß der Erfindung weiterhin vorgeschlagen wird, die Eingangswelle in beiden axialen Richtungen über ein einziges Wälzlager zumindest mittelbar am Gehäuse abgestützt sein. Wegen der durch die Schrägverzahnung auftretenden Axialkräfte soll die Eingangswelle zwar durch eine Wälzlagerung in beiden axialen Richtungen abgestützt sein, dabei soll aber in radialer Richtung ein Freiheitsgrad der Eingangswelle zumindest im Bereich des Sonnenrades erhalten bleiben.
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Demgegenüber ist der Veröffentlichung „Das Getriebebuch“, 2., überarbeitete Auflage, Seite 365,
.23 keine Schrägverzahnung der Zahnräder und Zahnkränze des in der Hinterachse eines Traktors angeordneten Planetengetriebes zu entnehmen. Die
DE 196 04 824 A1 zeigt zwar ein mit einer Schrägverzahnung versehenes Planetengetriebe, dabei sollen aber zwischen den Planetenrädern einerseits und dem Sonnenrad sowie dem Hohlrad andererseits Druckringe angeordnet sein. Außerdem stützen sich die Antriebswelle und der Steg über einen Deckel aneinander ab.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Planetengetriebe als Achsgetriebe einer angetriebenen Radachse eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Eingangswelle an ihrem vom Planetengetriebe abgewandten Ende mit einem Achsdifferential verbunden ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Hinterachsgetriebe einer land- oder bauwirtschaftlich Arbeitsmaschine. Die Eingangswelle ist mittels des Wälzlagers in beiden Axialrichtungen an einem mit dem Gehäuse verbundenen Flansch abgestützt, so dass die auftretenden Axialkräfte von diesem aufgenommen und auf das Gehäuse übertragen werden können. Im Übrigen ist die im Achsdifferential gelenkig geführte Eingangswelle im Gehäuse radial schwimmend gelagert, so dass deren radialer Freiheitsgrad im Bereich des Sonnenrades erhalten bleibt.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Schrägverzahnung einen Schrägungswinkel β ≤ 10° aufweist. Bei einem geringen Schrägungswinkel treten relativ niedrige Axialkräfte auf, die mittels einer kostengünstigen Axiallagerung abgestützt werden können. Dabei besteht weiterhin die Möglichkeit, die Schrägverzahnung mit einem Schrägungswinkel β ≤ 5°, vorzugsweise β = 4° auszubilden. Derart kleine Schrägungswinkel führen bereits zu einer erheblichen Reduzierung der Geräuschemission des Planetengetriebes, wobei die dadurch an der Eingangswelle erzeugten Axialkräfte vergleichsweise gering sind, so dass sie über ein verhältnismäßig kostengünstiges Wälzlager am Gehäuse abgestützt werden können.
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Vorzugsweise ist das Wälzlager als Rillenkugellager ausgebildet, welches sowohl gegenüber der Eingangswelle als auch dem Gehäuse in axialer Richtung festgelegt und gegenüber dem Gehäuse radial beweglich geführt ist. Bei einem Rillenkugellager sind der Innen- und der Außenring mit tiefen, Laufbahnen bildenden Rillen versehen, die nur geringfügig größer als die als Wälzkörper dienenden Kugeln sind, so dass sich eine enge Schmiegung ergibt. Da ein entsprechendes Rillenkugellager axiale Kräfte aufnehmen kann und als Katalogware in einer Vielzahl von Baugrößen verfügbar ist, eignet es sich als kostengünstiges Bauteil zur axialen Abstützung der Eingangswelle, wobei die Kugeln bei der Aufnahme einer Axialkraft unter einem Betriebsdruckwinkel an den Laufbahnen der Rillen anliegen.
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In weiterer Ausgestaltung dieser ein Rillenkugellager verwendenden Anordnung soll das Rillenkugellager in einer Ringnut des Gehäuses oder Flansches angeordnet sein, wobei zwischen einem radialen Umfang eines Außenringes des Rillenkugellagers und einem Boden der Ringnut ein umlaufender Radialspalt vorgesehen ist. Dieser durch den Radialspalt gebildete Freiraum sorgt dafür, dass trotz der Lagerung der erforderliche radiale Freiheitsgrad der Eingangswelle erhalten bleibt. Der Durchmesser der Ringnut wird so gewählt, dass zwischen deren zylindrischen Boden und der Außenmantelfläche des Außenringes der Ringspalt gebildet wird. Mit seinen Stirnflächen liegt das Rillenkugellager jeweils an einem Absatz und an Seegeringen an, die auf der Eingangswelle und im Flansch vorgesehen sind.
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Schließlich kann das Wälzlager alternativ zu dem Rillenkugellager auch als zweiseitig wirkendes Axialnadellager oder Axialkugellager ausgebildet sein. Ein entsprechendes Axiallager, das zwei Laufscheiben, zwei Wälzkörperkränze und eine dazwischen liegende Wellenscheibe aufweist, soll ebenfalls so über die Laufscheiben an dem Gehäuse oder Flansch und über die Wellenscheibe an der Eingangswelle geführt sein, dass die Eingangswelle zwar axial abgestützt ist, aber radiale Bewegungen ausführen kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs und der von diesem abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Patentansprüche nicht beschränken.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 als Teilansicht einen Längsschnitt durch eine angetriebene Radachse eines land- oder bauwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs und
- 2 einen im Maßstab vergrößerten Ausschnitt II aus der 1, der einen in einem Gehäuse der Radachse befestigten Flansch zur Aufnahme eines Wälzlagers zeigt.
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In der 1 ist mit 1 eine antreibbare Radachse bezeichnet, von der nur ein linker, sich im Wesentlichen von einem Achsdifferential 2 bis zu einem Radflansch 3 erstreckender Abschnitt dargestellt ist. Dafür ist der Radflansch 3 für die Aufnahme einer nicht näher dargestellten Felge eines Antriebsrades vorgesehen. Eine in der Teilansicht nicht dargestellte andere Hälfte der Radachse ist im Wesentlichen spiegelbildlich ausgebildet und weist somit ebenfalls den nachfolgend erläuterten Aufbau auf.
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Die Radachse 1 ist mit einem mehrteilig ausgebildeten Gehäuse 4 versehen, das in seinem Inneren das vorgenannte Achsdifferential 2, eine Bremseinrichtung 5 und ein als Übersetzungsgetriebe wirkendes Planetengetriebe 6 aufnimmt. Von dem Achsdifferential 2 aus, das über ein Tellerrad 7 angetrieben wird, führt eine Eingangswelle 8 zu dem Planetengetriebe 6. Diese Eingangswelle 8 ist an ihrem in das Planetengetriebe 6 geführten Ende mit einer Schrägverzahnung 9 versehen, die somit im Rahmen des Planetengetriebes 6 die Funktion eines Sonnenrades 10 übernimmt.
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Dabei befindet sich die Schrägverzahnung 9 des Sonnenrades 10 im Eingriff mit Außenverzahnungen 12 von mehreren Planetenrädern 11, von denen in der Darstellung nach der 1 nur ein Planetenrad 11 sichtbar ist. Die Außenverzahnung 12 dieses Planetenrades 11 ist folglich ebenfalls als Schrägverzahnung ausgebildet und greift wiederum in eine Innenverzahnung 13 eines drehfest am Gehäuse 4 fixierten Hohlrades 14 ein. Das Planetenrad 11 sowie die übrigen Planetenräder sind drehbar auf einem Steg 15 geführt, welcher drehfest mit einer Ausgangswelle 16 verbunden ist. Wie der 1 zu entnehmen ist, sind die Ausgangswelle 16 und der Radflansch 3 einstückig ausgebildet, wobei die Ausgangswelle 16 über Kegelrollenlager 17 und 18 in einem als Achsrohr 19 ausgeführten Abschnitt des Gehäuses 4 gelagert ist.
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Wie aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht ist die Eingangswelle 8 zum einen mit dem Achsdifferential 2 verbunden und wird zum anderen am Sonnenrad 10 zwischen den Planetenrädern 11 aufgenommen. Daher weist die Eingangswelle 8 keine unmittelbare radiale Lagerung im Gehäuse 4 auf und soll vielmehr an ihrem in das Planetengetriebe 6 geführten Ende, also am Sonnenrad 10, einen radialen Freiheitsgrad aufweisen, um bei Lastwechseln radiale Bewegungen ausführen zu können.
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Die Schrägverzahnung 9 des Sonnenrades 10 und die der Planetenräder 11 und des Hohlrades 14 weisen nur einen relativ kleinen Schrägungswinkel von β ≤ 10°, vorzugsweise β ≤ 5° auf. Dabei bewirkt die Schrägverzahnung 9 des Sonnenrades 10 zwar, dass auf die Eingangswelle 8 Axialkräfte übertragen werden, die bei Lastwechseln jeweils in unterschiedlichen Axialrichtungen wirksam sind. Da der Schrägungswinkel aber im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen sehr gering ist, kann zur Abstützung der daraus resultierenden verhältnismäßig kleinen Axialkräfte, wie dargestellt ein einreihiges Rillenkugellager 20 vorgesehen sein, mit welchem die Eingangswelle 8 in einem Flansch 21 gelagert ist. Dieser Flansch 21 dient im Übrigen als Stator der als Lamellenbremse ausgeführten Bremseinrichtung 5, deren Betätigungseinrichtung zwischen Lamellenpaketen 22 und 23 eingreift und diese auseinanderspreizt.
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Wie weiterhin die 2 zeigt, besteht das Rillenkugellager 20 aus einem stirnseitig an einem zylindrischen Absatz 24 der Eingangswelle 8 anliegenden Innenring 25 sowie einem Außenring 26, der radial schwimmend in einem Bohrungsabschnitt 27 des Flansches 21 angeordnet ist. Zwischen einer Innenmantelfläche 28 des Bohrungsabschnittes 27 und einer Außenmantelfläche 29 des Außenringes 26 ist ein umlaufender Radialspalt 30 vorgesehen. In axialer Richtung ist der Außenring 26 mittels seiner Stirnflächen beidseitig jeweils an einem im Flansch 21 fixierten Seegering 31 bzw. 32 geführt.
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Durch die jeweils am Sonnenrad 10, den Planetenrädern 11 und am Hohlrad 14 mit einem verhältnismäßig kleinen Schrägungswinkel β ausgebildete Schrägverzahnung wird die Laufruhe des Planetengetriebes 6 erheblich verbessert, so dass insgesamt die Geräuschemission Achsantriebs stark reduziert ist. Das einreihige Rillenkugellager weist gleichmäßig über den Umfang von Innenring 25 und Außenring 26 angeordnete kugelförmige Wälzkörper 33 auf, die in rillenförmigen Laufbahnen 34 und 35 geführt sind. Dabei sind die Wälzkörper 33 vorzugsweise in einem nicht näher dargestellten Käfig angeordnet.
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Das Rillenkugellager 20 kann axiale Kräfte in beiden axialen Richtungen aufnehmen, da sich die Wälzkörper 33 unter einem spitzwinklig zu einer Querebene des Rillenkugellagers 20 verlaufenden Betriebsdruckwinkel an die Laufbahnen 34 und 35 anlegen und die Axialkräfte übertragen. Die Eingangswelle 8, die das Rillenkugellager 20 aufnimmt, ist mittels diesem in beiden Axialrichtungen an dem mit dem Gehäuse 4 verbundenen Flansch 21 abgestützt, so dass die auftretenden Axialkräfte von dem Flansch 21 aufgenommen und auf das Gehäuse 4 übertragen werden können. In radialer Richtung ist die im Achsdifferential 2 gelenkig geführte Eingangswelle 8 schwimmend im Gehäuse 4 radial gelagert, so dass deren erforderlicher radialer Freiheitsgrad im Bereich des Sonnenrades erhalten bleibt. Zu diesem Zweck ist das Rillenkugellager 20 unter Bildung des umlaufenden Radialspalts 30 in dem Flansch 21 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- antreibbare Radachse
- 2
- Achsdifferential
- 3
- Radflansch
- 4
- Gehäuse von 1
- 5
- Bremseinrichtung
- 6
- Planetengetriebe
- 7
- Tellerrad von 2
- 8
- Eingangswelle
- 9
- Schrägverzahnung von 8
- 10
- Sonnenrad von 6
- 11
- Planetenrad von 6
- 12
- Außenverzahnung von 11
- 13
- Innenverzahnung von 14
- 14
- Hohlrad von 6
- 15
- Steg von 6
- 16
- Ausgangswelle
- 17
- Kegelrollenlager
- 18
- Kegelrollenlager
- 19
- Achsrohr von 1
- 20
- Rillenkugellager
- 21
- Flansch
- 22
- Lamellenpaket von 5
- 23
- Lamellenpaket von 5
- 24
- zylindrischer Absatz von 8
- 25
- Innenring von 20
- 26
- Außenring von 20
- 27
- Bohrungsabschnitt von 21
- 28
- Innenmantelfläche von 27
- 29
- Außenmantelfläche von 26
- 30
- umlaufender Radialspalt
- 31
- Seegering
- 32
- Seegering
- 33
- kugelförmige Wälzkörper
- 34
- rillenförmige Laufbahn von 25
- 35
- rillenförmige Laufbahn von 26
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19604824 A1 [0004, 0011]
