DE19581879B4

DE19581879B4 - Planetengetriebe

Info

Publication number: DE19581879B4
Application number: DE19581879T
Authority: DE
Inventors: Dag Nilsson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: SE504070C2; WO1996020358A1; SE9404528L; DE19581879T1; SE9404528D0

Abstract

Planetengetriebe mit einem Getriebegehäuse (11), einer drehbar in dem Gehäuse (11) gelagerten Eingangswelle (12), einem an der Eingangswelle (12) befestigten Sonnenrad (16), zumindest einem um das Sonnenrad (16) herum angeordneten und mit ihm kämmenden Planetenrad (17), das drehbar an einer Ausgangswelle (13) gelagert ist, einem ersten Kupplungsring (22) mit Außenzähnen (23), der drehfest an dem Getriebegehäuse (11) befestigt ist, einem zweiten Kupplungsring (25) mit Außenzähnen (26), der drehfest mit entweder der Ausgangswelle (13) oder der Eingangswelle (12) verbunden ist, und einem Hohlrad (29) mit Außenzähnen (32) und mit Innenzähnen (31) die mit dem oder jedem Planetenrad (17) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar axial voneinander beabstandeter Kupplungshülsen (46, 47) mit Innenzähnen (48, 49), die mit den genannten Außenzähnen (23, 26, 32) kämmen können, außerhalb der Kupplungsringe (22, 25) und des Hohlrades (29) angeordnet und axial verlagerbar sind, um das Hohlrad durch eine der Kupplungshülsen (46, 47) mit einem der beiden...

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Planetengetriebe gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Patentanspruchs 1. Solch ein Planetengetriebe wird insbesondere aber nicht ausschließlich bei Zusatzgetrieben verwendet, die dafür gedacht sind, zwischen ein Hauptgetriebe und eine Kraftübertragung zu den Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Schwerlastwagens, eingefügt zu werden.
Hintergrund der Erfindung
Zusatzgetriebe werden üblicherweise dazu benutzt, die Anzahl der Gangwechselmöglichkeiten (Gangabstufungen) zu verdoppeln. Sie umfassen normalerweise eine Planetengetriebe, durch das die Gangwechselmöglichkeiten des Fahrzeugs in einen niedrigen Gangbereich und einen hohen Gangbereich aufgeteilt werden können. In dem hohen Gangbereich führt das Planetengetriebe zu keiner Untersetzung, während in dem niedrigen Gangbereich Gebrauch von der Untersetzung des Planetengetriebes gemacht wird.
Ein bekanntes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes ist im europäischen Patent EP 0 239 555 B1 offenbart, das ein Planetengetriebe beschreibt, bei dem die Eingangswelle drehfest mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes und die Ausgangswelle drehfest mit einem Planetenradträger verbunden ist. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist entweder mit einer feststehenden Wand oder ähnlichem eines Getriebegehäuses oder direkt mit der Eingangswelle verbindbar, um den niedrigen Gangbereich oder den hohen Gangbereich des Getriebes zu erhalten.
Eine andere bekannte Anordnung eines Planetengetriebes ist in der SU 914 843 beschrieben, die eine Kupplung und eine Synchronisiereinrichtung auf jeder Seite des Hohlrades offenbart.
Das Hohlrad ist in Axialrichtung feststehend und trägt außen eine verschiebbare Kupplungshülse, die zum Wechseln des Gangbereiches in Eingriff mit jeder der beiden Kupplungen gebracht werden kann.
Die deutsche Schrift DE 31 29 414 A1 beschreibt weiterhin ein Umlaufräder-Wendegetriebe für ein stufenlos regelbares Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Dieses weist eine Antriebswelle auf, die mit einem Planetenradträger verbunden ist, auf dem zwei miteinander im Eingriff stehende Planetenradsätze angeordnet sind, wobei ein Satz davon mit dem als Abtriebselement vorgesehenen Sonnenrad in Eingriff steht. Der andere Planetenradsatz steht in Eingriff mit einem Ringrad, das an seinem Außenumfang eine ausgebildete Synchronnabe aufweist. Letztere wirkt in bekannter Weise über einen Synchronriegel mit einer Synchronisiermuffe zusammen. Diese kann je nach Stellung mit dem Planetenträger oder dem Getriebedeckel zusammen wirken und auf diese Weise unterschiedliche Übersetzungen erzeugen bzw. ohne Eingriff einen Leerlauf des Getriebes bewirken.
Die amerikanische Schrift US 3,886,816 zeigt ein Planetenradgetriebe mit einer fluidisch betriebenen Reibkupplung und einem Schaltglied mit axial voneinander beabstandeten Zähnen die zum Koppeln der Eingangswelle mit unterschiedlichen Abtriebselementen vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung will ein Planetengetriebe bereitstellen, das dem in der SU 914 843 beschriebenen Planetengetriebe ähnlich ist, das jedoch eine axial kürzere Baulänge aufweist, die Größe der in dem Planetengetriebe bewegten Massen maßgeblich reduziert und in Folge dessen auch den Verschleiß minimiert.
Hierzu wird ausgehend von dem eingangs genannten Planetengetriebe ein Planetengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist der zweite Kupplungsring drehfest mit der Ausgangswelle verbunden, vorteilhaft durch ineinander kämmende Zähne an dem inneren radialen Teil des zweiten Kupplungsrings.
Bevorzugt kämmt das Sonnenrad der mit mehreren in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten Planetenrädern. Vorteilhaft ist im Gehäuse des Planetengetriebes ein Paar Synchronisierringe angeordnet, von denen je einer axial seitlich des Hohlrades zwischen dem Hohlrad und einem zugehörigen Kupplungsring angeordnet ist und Außenzähne zum Kämmen mit den Innenzähnen auf den Kupplungshülsen aufweist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen
1 ein Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe ist, der nur einen Abschnitt oberhalb der Rotationslängsachse zeigt, wobei das Planetengetriebe sich im hohen Gangbereich befindet, und
2 eine Figur ähnlich 1 ist, die das Planetengetriebe in im niedrigen Gangbereich zeigt.
Figurenbeschreibung
Unter Bezugnahme auf die Figuren wird anhand eines Teilschnitts ein Zusatzgetriebe zur Anbringung an dem Hauptgetriebe eines schweren Fahrzeugs wie etwa eines Lastwagens oder eines Busses beschrieben. Das Zusatzgetriebe hat ein Gehäuse 11 mit einer sich aus dem nicht dargestellten Hauptgetriebe hineinerstreckenden Eingangswelle 12. Die Eingangswelle 12 ist in dem Hauptgetriebe und dem Gehäuse 11 durch Lager 14 drehbar angebracht, die in einer inneren Stirnwand 15 des Gehäuses 11 befestigt sind.
Ein Sonnenrad 16 ist durch Keilwellennuten drehfest mit der Eingangswelle 12 verbunden. Das Sonnenrad 16 hat Außenzähne, die mit zumindest einem und vorzugsweise mit mehreren, beispielsweise mit fünf in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Planetenrädern 17 in Eingriff stehen. Jedes Planetenrad 17 ist drehbar auf einem rohrförmigen Wellenstummel 18 angebracht, dessen eines Ende an einem Planetenradträger 19 und dessen anderes Ende an einem Planetenradhalter 21 befestigt ist. Der Planetenradhalter 21 hält das entsprechende Planetenrad auf dem zugehörigen Wellenstummel 18. Der Planetenradträger 19 ist einstückig mit einer Ausgangswelle 13 ausgebildet, die in einer nicht gezeigten äußeren Stirnwand des Getriebegehäuses 11 koaxial zur Eingangswelle drehbar gelagert ist, üblicherweise – wie aus dem Stand der Technik bekannt – durch Lager wie den für die Eingangswelle gezeigten.
Ein erster Kupplungsring 22 mit sich axial erstreckenden Außenzähnen 23 ist auf einer Seite der Planetenräder koaxial zur Eingangswelle 12 durch Stifte 24 drehfest an der inneren Stirnwand 15 des Getriebegehäuses angebracht.
Ein zweiter Kupplungsring 25 mit sich axial erstreckenden Außenzähnen 26 ist koaxial und drehfest mittels Zähnen oder Keilwellennuten 27 an seinem radial inneren Umfangsrandbereich am Planetenradträger 19 angebracht, die in ebensolche Zähne oder Keilwellennuten 28 am Planetenradträger 19 eingreifen. Der zweite Kupplungsring 25 ist auf der bezüglich des ersten Kupplungsrings 22 anderen Seite der Planetenräder 17 angeordnet.
Ein koaxiales Hohlrad 29 ist axial zwischen den beiden Kupplungsringen 22, 25 und konzentrisch zum Sonnenrad 16 in einer die Planetenräder 17 umschließenden Weise angeordnet. Das Hohlrad 29 hat Innenzähne 31 zum Eingriff mit den Planetenrädern 17, und hat Außenzähne 32, die dieselbe Form wie die Außenzähne 23, 26 der beiden Kupplungsringe 22, 25 haben und mit diesen Zähnen radial fluchten. Das koaxiale Hohlrad 29 ist durch ein Paar innerer Sicherungsringe 33 axial fluchtend zum Planetenrad 17 gehalten. Die Außenzähne 32 sind axial mittig auf dem Hohlrad 29 angeordnet, das dann auf jeder axialen Seitenfläche mit kegelstumpfförmigen Schulter 34, 35 von geringerem Durchmesser versehen ist. Die beiden kegelstumpfförmigen Schultern 34, 35 bilden nach außen gerichtete Reibflächen, die zur Verbindung mit entsprechenden, nach innen gerichteten Reibflächen an einem Paar von Synchronisierringen 36, 37 vorgesehen sind.
Die beiden koaxialen Synchronisierringe 36, 37 sind derart angeordnet, dass ein erster Synchronisierring 36 axial zwischen dem ersten Kupplungsring 22 und dem Hohlrad 29 und ein zweiter Synchronisierring 37 axial zwischen dem Hohlrad 29 und dem zweiten Kupplungsring 25 angeordnet ist. Jeder Synchronisierring 36, 37 hat Außenzähne 38, die radial mit den Zähnen 23, 26 der Kupplungsringe 22, 25 fluchten, und hat eine radial einwärts gerichtete, kegelstumpfförmige Fläche 39, 41 zum Eingriff mit ebensolchen Flächen 34, 35 am Hohlrad 29. Der erste Synchronisierring 36 weist sich axial erstreckende, manchmal als Zähne bezeichnete Stäbe 42 auf, die mit Spiel in Umfangsrichtung in Öffnungen 43 des ersten Kupplungsrings 22 eingreifen. Der Synchronisierring 36 ist durch zwischen den Stäben 42 des Synchronisierrings 36 und den Seiten der Öffnungen 42 wirkende Federn aus der Zeichnungsebene heraus federnd vorgespannt. In ähnlicher Weise hat der zweite Synchronisierring 37 sich axial erstreckende Stäbe 44, die mit Spiel in Umfangsrichtung in Öffnungen 45 des zweiten Kupplungsrings 25 eingreifen. Der zweite Synchronisierring 37 ist, ebenfalls durch zwischen den Stäben 44 und den Seiten der Öffnungen wirkende Federn, in zum ersten Synchronisierring 36 entgegengesetzter Richtung federnd vorgespannt.
Außerhalb der beiden Kupplungsringe 22, 25 und des Hohlrades 29 ist ein Paar axial voneinander beabstandeter, koaxialer Kupplungshülsen 46, 47 angeordnet. Jede Kupplungshülse 46, 47 hat Innenzähne 48, 49 zum Eingriff mit den Außenzähnen 23, 38, 32, 26 der Kupplungsringe 22, 25, des Hohlrades 29 und der Synchronisierringe 36, 37. Die axial innere Kupplungshülse 46 hat einen Flansch 51, der vorzugsweise durch Schrauben an einer Gangschaltsteuerwelle 52 befestigt ist. Die axial äußere Kupplungshülse 47 ist ebenfalls axial an der Welle 52 befestigt und ist axial von der ersten Kupplungshülse 46 beabstandet. Die zweite Kupplungshülse 47 ist drehbar in einem Schlitz 53 der Welle 52 angeordnet, so daß die Kupplungshülse 47 sich um ihre Achse relativ zur Welle 52 drehen kann.
Die erste Kupplungshülse 46 wirkt als Lager für die Welle 52, da sie auf dem Kupplungsring 22 sitzt, der am Gehäuse 11 befestigt ist.
Die Funktion des oben beschriebenen Planetengetriebes wird im folgenden erläutert. Gemäß 1 der beigefügten Zeichnungen stehen die Innenzähne 31 des Hohlrades 29 mit den Planetenrä dern 17 in Verbindung. Die Außenzähne 32 des Hohlrades 29 sind über die zweite Kupplungshülse 47 in Eingriff mit dem zweiten Kupplungsring 25. Da das Hohlrad 29 mittels der Kupplungshülse 47 relativ zur Ausgangswelle 13 fest ist, dreht sich die Ausgangswelle 13 mit derselben Drehzahl wie die Eingangswelle 12.
Wenn der niedrige Gangbereich des Planetengetriebes eingelegt werden soll, bewegt sich die Gangwechselwelle nach rechts, um die zwei Kupplungshülsen 46, 47 aus der in 1 gezeigten Stellung nach rechts in die in 2 gezeigte Stellung zu verlagern. Findet der Wechsel des Gangbereichs unter Betriebsbedingungen statt, werden die Kupplungshülsen 46, 47 gleichzeitig verlagert und die zweite Kupplungshülse 47 kommt von den Außenzähnen 32 des Hohlrades 29 los und gleitet frei auf den zweiten Kupplungsring 26, wenn die erste Kupplungshülse 46 mit dem ersten Synchronisierring 36 in Eingriff gerät und die entsprechende Reibfläche 39 gegen die kegelstumpfförmige Schulter 34 am Hohlrad 29 drückt. Das Hohlrad 29 kann sich bezüglich der Ausgangswelle 13 frei drehen und wird durch den Reibungseingriff zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen 34, 39 am ersten Synchronisierring 36 bzw. am Hohlrad 29 relativ zum Gehäuseabgebremst. Dadurch entsteht ein Drehmoment am Synchronisierring 36, das eine Drehbewegung des Synchronisierrings 36 relativ zum Kupplungsring 22 gegen die Federvorspannung bewirkt und das eine weitere nach rechts gerichtete Bewegung der ersten Kupplungshülse 46 blockiert, bis das Drehmoment verringert wird und ein erneutes Inübereinstimmungkommen der Zähne des ersten Synchronisierrings 36 und der Kupplungshülse 46 erlaubt. Die beiden Kupplungshülsen 46, 47 können dann vollständig in die in 2 wiedergegebene Stellung bewegt werden.
Um wieder den hohen Gangbereich einzulegen, wird die Gangwechselwelle 52 in 2 nach links verlagert. Wenn der Gangwechsel im Betrieb stattfindet, muß die Drehung des Hohlrades 29 relativ zur Ausgangswelle 13 angehalten werden. Hierzu gerät zunächst die zweite Kupplungshülse mit dem zweiten Synchronisierring 37 in Eingriff, der gegen das Hohlrad 29 gedrückt wird, so daß die kegelstumpfförmige Innenfläche 41 die gleich artige Schulter 35 am Hohlrad 29 berührt und zu einem Drehmoment am zweiten Synchronisierring 37 führt, das den Synchronisierring 37 gegen die Vorspannung der Feder in die dem ersten Synchronisierring 46 entgegengesetzte Drehrichtung bewegt. Diese Bewegung kann ein Ineingriffkommen der Zähne 49 der Kupplungshülse 47 mit den Außenzähnen 32 des Hohlrades 29 so lange blockieren, bis das Drehmoment verringert wird und die Federvorspannung dazu führt, daß die Zähne 38 des zweiten Synchronisierrings 37 erneut mit den Zähnen 49 der Kupplungshülse 47 in Übereinstimmung sind. Die Welle 52 drückt dann die Kupplungshülse 47 über das Hohlrad und, womit der hohe Gangbereich eingelegt ist. Während der obengenannten Abläufe kann sich die zweite Kupplungshülse 47 bezüglich der Welle 52 frei drehen.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der zweite Kupplungsring 25 am Sonnenrad oder der Eingangswelle befestigt sein.
Das vorstehend beschriebene Getriebe baut in axialer Richtung kurz mit einem nur kleinen Überhang für das Sonnenrad und es hat geringe drehende und verschiebbare Massen.
Des weiteren kann die Zahl der Zähne 23, 48 auf den Kupplungsringen 22, 25 von der Zahl der Zähne 31 des Hohlrades 29 abweichen. Daraus ergibt sich eine größere Anzahl unterschiedlicher Berührstellen, wodurch Probleme im Hinblick auf Sonnenräder mit facettierten Zähnen verringert werden, die durch nur wenige Berührstellen hervorgerufen werden.

Claims

Planetengetriebe mit einem Getriebegehäuse (11), einer drehbar in dem Gehäuse (11) gelagerten Eingangswelle (12), einem an der Eingangswelle (12) befestigten Sonnenrad (16), zumindest einem um das Sonnenrad (16) herum angeordneten und mit ihm kämmenden Planetenrad (17), das drehbar an einer Ausgangswelle (13) gelagert ist, einem ersten Kupplungsring (22) mit Außenzähnen (23), der drehfest an dem Getriebegehäuse (11) befestigt ist, einem zweiten Kupplungsring (25) mit Außenzähnen (26), der drehfest mit entweder der Ausgangswelle (13) oder der Eingangswelle (12) verbunden ist, und einem Hohlrad (29) mit Außenzähnen (32) und mit Innenzähnen (31) die mit dem oder jedem Planetenrad (17) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar axial voneinander beabstandeter Kupplungshülsen (46, 47) mit Innenzähnen (48, 49), die mit den genannten Außenzähnen (23, 26, 32) kämmen können, außerhalb der Kupplungsringe (22, 25) und des Hohlrades (29) angeordnet und axial verlagerbar sind, um das Hohlrad durch eine der Kupplungshülsen (46, 47) mit einem der beiden Kupplungsringe (22, 25) zu verbinden, wobei zu der einen (46) der beiden Kupplungshülsen die andere Kupplungshülse (47) relativ drehbar angeordnet ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Synchronisierringen (36, 37) vorhanden ist, von dem je ein Synchronisierring auf jeder axialen Seite des Hohlrades (29) zwischen dem Hohlrad (29) und einem zugehörigen Kupplungsring (22, 25) angeordnet ist und Außenzähne (38) zum Kämmen mit den Innenzähnen (48, 49) der Kupplungshülsen (46, 47) aufweist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Synchronisierring (36, 37) sich axial erstreckende Stäbe (42, 44) auf einer seiner Seiten hat, die mit Öffnungen (43, 45) in dem zugehörigen Kupplungsring (22, 25) kämmen, und eine kegelstumpfförmige Fläche (41, 42) auf seiner anderen Seite aufweist, die mit einer gleichartigen, zugehörigen kegelstumpfförmigen Fläche (34, 35) am Hohlrad (29) in Eingriff tritt.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsring (25) starr mit der Ausgangswelle (13) gekoppelt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kupplungsring (25) durch ineinander kämmende Zähne (27, 28) starr mit der Ausgangswelle (13) gekoppelt ist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Schaltwelle (52) umfaßt, deren eines Ende mit der ersten Kupplungshülse (46) verbunden ist, die verschiebbar auf den Außenzähnen (23) des Kupplungsrings (22) angebracht ist, so dass die Schaltwelle (52) über den ersten Kupplungsring (22) zur axialen Bewegung auf dem Getriebegehäuse (11) abgestützt ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungshülse (47) ebenfalls axial an der Schaltwelle (52) befestigt ist und auf den Außenzähnen (26) des Kupplungsrings (25) verschiebbar ist, wobei die beiden Kupplungsringe (22, 25) derart voneinander beabstandet sind, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur eine der Kupplungshülsen (46 oder 47) das Hohlrad (29) mit einem Kupplungsring (22 oder 25) verbindet.
Planetengetriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplungshülse (47) bezüglich der Schaltwelle (52) drehbar gelagert ist, so dass sie sich relativ zur Schaltwelle (52) drehen kann.