DE19634775C1 - Einfaches Planeten-Schaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein einfaches Planeten-Schaltge­ triebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Getriebe werden im Antriebsstrang von allradgetriebenen Fahrzeugen in den verschiedensten Anordnungen verwendet, längsliegend oder querliegend und mit verschiedener Anordnung der anschließenden Elemente des Antriebsstranges. Dabei ver­ hilft das gehäusefeste Hohlrad zu geringerem Raumbedarf, weni­ ger aufwendiger Konstruktion und einfacherem Zusammenbau. Da das große und schwere Hohlrad nicht umläuft, werden so auch die schnell rotierenden trägen Massen verkleinert.

Ein Planeten-Schaltgetriebe ist aus der EP 202 951 B1 be­ kannt. Dort ist das Sonnenrad fest mit der Eingangswelle ge­ kuppelt und kann mittels der Schaltmuffe direkt mit dem Aus­ gangsglied gekuppelt werden, was den schnelleren, den Straßen­ gang, ergibt. Dabei rollen aber die Planetenräder auf dem Son­ nenrad ab und versetzen auch den Planetenträger in Drehung. Das ist ungünstig, weil dadurch in dem die meiste Zeit ge­ brauchten Gang (sogar reine Geländefahrzeuge legen die größe­ ren Strecken im Straßengang und mit höherer Geschwindigkeit zurück) erhöhte Reibungsverluste, Verschleiß, Planschverlu­ ste, Geräusche und Erwärmung auftreten. In einem anderen be­ kannten gattungsgemäßen Getriebe, dem Modell NVG 249 von New Venture Gears, sind die Verhältnisse ebenso.

Aus der US 51 06 351 A ist ein gattungsgemäßes Planeten- Schaltgetriebe bekannt, bei dem ebenfalls durch das dreh­ fest auf der Antriebswelle angeordnete Sonnenrad stets die Planetenräder und somit auch der Planetenträger angetrieben wird, so daß auch hier die vorstehend erwähn­ ten Nachteile auftreten.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, das gat­ tungsgemäße einfache Planeten-Schaltgetriebe so weiterzu­ bilden, daß im Straßengang ein Minimum an Reibungsver­ lusten, Verschleiß, Planschverlusten, Geräuschen und Erwärmung auftreten.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß

• a) das Sonnenrad auf der Antriebswelle frei drehbar gelagert ist und eine dritte Kupplungsverzahnung aufweist,
• b) eine Schaltnabe mit einer vierten Kupplungsverzahnung versehen und drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist,
• c) ein Schaltring mit einer fünften Kupplungsverzahnung versehen und in der Schaltmuffe drehbar geführt ist.

Merkmal a) schafft die Voraussetzungen dafür, daß das ganze Planetengetriebe im schnellen Gang stillgelegt und momenten­ frei gestellt werden kann, mit allen daraus folgenden Vortei­ len. Dazu wird die nach b) mit der Eingangswelle permanent ge­ kuppelte Schaltnabe mittels des Schaltringes nach c) direkt mit dem Abtriebsglied gekuppelt, was erst durch dessen freie Drehbarkeit möglich ist. Dabei tritt aber kein Verschleiß auf, weil sich die Schaltmuffe im Straßengang mit derselben Dreh­ zahl dreht und daher keine Relativdrehung stattfindet. Aber auch im Geländegang ist die Relativdrehzahl nur gering, ent­ sprechend der Untersetzung des Geländeganges. Da der Schalt­ ring in der Schaltmuffe geführt ist, wird mit einem einzigen Betätigungsorgan das Auslangen gefunden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die verschiebbare Schaltmuffe und das Abtriebsglied mittels einer sechsten und siebten Kupplungsverzahnung gekuppelt, wobei die siebte eine Au­ ßenverzahnung ist und die vierte und siebte Kupplungsverzahnung im Querschnitt gleich sind (Anspruch 2). Auf diese Weise sind diese Kupplungsverzahnungen maßgleich, was die Fertigung erheb­ lich verbilligt und die Schaltmuffe ist ohne zusätzliche Lager exakt geführt, weil sie einerseits auf dem Abtriebsglied und andererseits über den Schaltring geführt ist.

Weiters ist bei entsprechender axialer Positionierung der Kupplungsverzahnungen zu erreichen, daß beim Schalten nicht sämtli­ che Kupplungsverzahnungen gleichzeitig zum Eingriff kommen, wo­ durch die Schaltvorgänge komfortabel in zwei Bewegungsphasen ablaufen. Begünstigt wird das auch dadurch, daß beim Umschal­ ten vom Straßengang in den Geländegang das ganze Planetenge­ triebe im Straßengang noch frei drehbar und momentenfrei ist.

Wenn die dritte Kupplungsverzahnung eine Außenverzahnung auf ei­ nem Kragen des Sonnenrades und auch mit der siebten Kuppelver­ zahnung im Querschnitt gleich ist (Anspruch 3), wird eine wei­ tere Vereinfachung und eine Vergrößerung der Führungslänge des Sonnenrades auf der Eingangswelle erreicht.

Das Getriebe kann in den verschiedensten Dispositionen einge­ setzt werden. Unabhängig davon werden bauliche Vereinfachungen erzielt, wenn das Abtriebsglied mit dem treibenden Glied eines Differentialgetriebes antriebsverbunden ist (Anspruch 4). Diese Vereinfachungen sind bei Verwendung eines Kegelraddif­ ferentiales sogar besonders groß, wenn das Abtriebsglied Teil des Differentialkäfigs ist (Anspruch 5).

Bei einem Zentraldifferential, also bei Längsanordnung des An­ triebsstranges wird eine besonders vorteilhafte Anordnung er­ reicht, wenn Eingangswelle und Abtriebsglied Hohlwellen sind, in deren Innerem eines der vom Differentialgetriebe getriebe­ nen Glieder untergebracht ist (Anspruch 6).

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer einzigen Figur beschrieben und erläutert. Sie stellt ein erfindungsgemäßes Planeten-Schaltgetriebe im Längsschnitt dar, über der Mittellinie im lang­ samen, darunter im schnellen Gang entsprechend einem Gelände­ gang und einem Straßengang.

Das Gehäuse 1 des Planeten-Schaltgetriebes kann ein eigenes Gehäuse oder Teil eines größeren Gehäuses sein. Es ist links im Bild mit einem Gehäusedeckel 2 verschlossen, der ein Lager 3 für eine Antriebswelle 4 unterstützt, die im besonde­ ren Fall eine Hohlwelle ist. Auf der rechten Bildseite ist das Gehäuse 1 abgeschnitten, so daß das andere Lager nicht zu sehen ist. Auf die Antriebswelle 4 ist eine Schaltnabe 5 aufgekeilt. Ein Abtriebsglied 6 ist konzentrisch mit der Antriebswelle 4 angeordnet. Die Antriebswelle 4 ist von einem Planetengetriebe 7 umgeben, das mittels einer Schaltgabel 9 (strichliert) und einer Schaltmuffe 8 zwischen einem langsamen Gang (Gelände­ gang) und einem schnellen Gang (Straßengang) hin- und herge­ schaltet werden kann.

Das Planetengetriebe 7 besteht aus einem im Gehäuse fest ange­ brachten Hohlrad 10, einem mittels Nadellagern 12 auf der Antriebswelle 4 gelagerten Sonnenrad 11 und einem Planetenträger 13. Der Planetenträger 13 weist eine Anzahl von Planetenachsen 14 auf, auf denen die Planetenräder 15 drehbar gelagert sind und endet in einer Kragenplatte 16 mit einer als Innenverzah­ nung ausgebildeten ersten Kupplungsverzahnung 17.

Diese erste Kupplungsverzahnung 17 wirkt mit einer als Außenver­ zahnung ausgebildeten zweiten Kupplungsverzahnung 18 der Schalt­ muffe 8 zusammen. Das Sonnenrad 11 weist einen Kragen 20 mit einer dritten Kupplungsverzahnung 19 auf und die daran anschlie­ ßende Schaltnabe 5 eine vierte Kupplungsverzahnung 21, die als Außenverzahnung mit demselben Querschnitt wie die dritte Kupplungsverzahnung 19 ausgebildet ist.

In der Schaltmuffe 8 ist ein Schaltring 22 frei drehbar ge­ führt. Er weist eine als Innenverzahnung ausgebildete fünfte Kupplungsverzahnung 23 auf und ist in axialer Richtung von ei­ nem Sprengring 25 von Führungsringen 24 auf beiden Seiten so in der Schaltmuffe 8 geführt, daß er bei deren Verschiebung mitverschoben wird, aber unabhängig von der Schaltmuffe 8 drehbar ist.

Weiters trägt die Schaltmuffe 8 eine sechste Kupplungsverzahnung 26, die mit einer siebten Kupplungsverzahnung 27 am Abtriebsglied 6 permanent zusammenwirkt, obwohl die Schaltmuffe 8 verschieb­ bar ist. Dabei wird sie durch das Zusammenwirken der beiden Kupplungsverzahnungen 26, 27 sauber zentrisch geführt.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Abtriebsglied gleich Teil des Käfigs 31 eines allgemein mit 30 bezeichneten Differentialgetriebes als dessen treibendes Glied. Der Käfig 31 enthält in bekannter Weise Ausgleichskegelräder 32 und Ab­ triebskegelräder 33, von denen nur eines zu sehen ist. Es ist mit einer Welle 34 gekuppelt, die je nach Einbau des Getriebes eine Achsantriebswelle oder eine Radantriebswelle sein kann.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Getriebes ist die fol­ gende: Im Straßengang (untere Bildhälfte) treibt die Antriebs­ welle 4 über die Schaltnabe 5 und den Schaltring 22 das Abtriebsglied 6. Dabei greift dessen fünfte Kupplungsverzahnung 23 in die vierte Kupplungsverzahnung 21 der Schaltnabe 5 und gleich­ zeitig in die siebte Kupplungsverzahnung 27 auf dem Abtriebsglied 6. Da auch die Schaltmuffe über die sechste und siebte Kupplungs­ verzahnung 26, 27 mit derselben Drehzahl angetrieben wird, gibt es zwischen ihr und dem Schaltring 22 keine Relativdrehung und somit weder Verschleiß noch Verluste. Vielmehr wird die Schaltmuffe 8 auch auf dem der siebten Kupplungsverzahnung 27 abgewandten Ende der Schaltmuffe 8 über den Schaltring 22 gegenüber der Antriebswelle 4 zentriert. Da in dieser Stellung die erste Kupplungsverzahnung 17 des Planetenträgers 13 nicht in die zweite Kupplungsverzahnung 18 der Schaltmuffe eingreift, steht der Planetenträger 13 und wegen des gehäusefesten Hohl­ rades 10 auch die Planetenräder 15 und das Sonnenrad 11 still. Das Planetengetriebe verursacht somit keinerlei Verluste.

Wird nun vom Straßengang über die Neutralstellung in den Ge­ ländegang (obere Bildhälfte) geschaltet, wozu die Schaltmuffe 8 im Bild nach links verschoben wird, so gibt zuerst die fünfte Kupplungsverzahnung 23 des Schaltringes die siebte Kupplungsver­ zahnung 27 des Abtriebsgliedes 6 frei. Das Getriebe befindet sich in neutraler Stellung und überträgt kein Drehmoment, weil sich der Schaltring 22 in der Schaltmuffe 8 frei drehen kann. Sodann, bei weiterem Verschieben der Schaltmuffe 8 nach links, greift zuerst die zweite Kupplungsverzahnung 18 der Schaltmuffe 8 in die erste Kupplungsverzahnung 17 des Planetenträgers 13. Da auch dieser noch frei drehbar ist, finden die beiden Kupplungsverzah­ nungen problemlos ineinander. Erst bei weiterem Verschieben der Schaltmuffe 8 greift auch die fünfte Kupplungsverzahnung 23 des Schaltringes 22 in die dritte Kupplungsverzahnung 19 des Sonnenrades 11 ein. Das Umschalten erfolgt somit in zwei Stu­ fen.

Im Geländegang ist der Kraftfluß wie folgt: Die Antriebswelle 4 treibt über die Schaltnabe 5 und den Schaltring 22 das Sonnenrad 11. Wegen des feststehenden Hohlrades ist dadurch die Drehzahl des Planetenträgers 13 kleiner als die der Antriebswelle 4. Der Planetenträger 13 treibt über die erste und zweite Kupplungsverzahnung 17, 18 die Schaltmuffe 8 und diese über die sechste und siebte Kupplungsverzahnung 26, 27 das Abtriebs­ glied 6. Dabei gibt es zwar eine Relativdrehung zwischen dem Schaltring 22 und der Schaltmuffe 8, deren Betrag ist jedoch nur die Differenz der Drehzahlen von Antriebswelle 4 und Abtriebsglied 6.

Claims (6)

1. Einfaches Planeten-Schaltgetriebe, bestehend aus einem mit dem Gehäuse (1) drehfest verbundenen Hohlrad (10), mit einem Sonnenrad (11) auf der Antriebswelle (4) und einem Planetenradträger (13) mit einer ersten Kupplungsverzah­ nung (17), die mit einer zweiten Kupplungsverzahnung (18) auf der schiebbar auf dem Abtriebsglied (6) angeordneten Schaltmuffe (8) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) das Sonnenrad (11) auf der Antriebswelle (4) frei drehbar gelagert ist und eine dritte Kupplungsverzah­ nung (19) aufweist,
• b) eine Schaltnabe (5) mit einer vierten Kupplungsverzah­ nung (21) versehen und drehfest mit der Antriebswelle (4) verbunden ist,
• c) ein Schaltring (22) mit einer fünften Kupplungsverzah­ nung (23) versehen und in der Schaltmuffe (8) drehbar geführt ist.

2. Einfaches Planetenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbare Schaltmuffe (8) und das Abtriebsglied (6) mittels einer sechsten und siebten Kupplungsverzahnung (26, 27) gekuppelt sind, die eine Außenverzahnung ist, und daß die vierte Kupplungsverzah­ nung (21) mit der siebten Kupplungsverzahnung (27) im Querschnitt gleich ist.

3. Einfaches Planetenschaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Kupplungsverzahnung (19) eine Außenverzahnung auf einem Kragen (20) des Sonnenrades (11) und mit der siebten Kupplungsverzahnung (27) im Querschnitt gleich ist.

4. Einfaches Planetenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsglied (6) mit dem treiben­ den Glied (31) eines Differentialgetriebes (30) antriebs­ verbunden ist.

5. Einfaches Planetenschaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsglied (6) Teil des Diffe­ rentialkäfigs (31) ist.

6. Einfaches Planetenschaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangswelle (4) und Abtriebsglied (6) Hohlwellen sind, in deren Innerem eine vom Differenti­ algetriebe (30) getriebene Welle (34) untergebracht ist.