DE19917673A1

DE19917673A1 - Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetengetriebes

Info

Publication number: DE19917673A1
Application number: DE19917673A
Authority: DE
Inventors: Harald Eckert
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-26
Also published as: WO2000063589A1; CZ294139B6; ES2179031T3; EP1169582A1; HUP0105335A2; DE50000363D1; KR20010113809A; CZ20013208A3; CN1342249A; KR100692711B1; CN1103886C; US6605019B1; EP1169582B1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetengetriebes, dessen Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (12) und dessen Abtriebswelle (2) mit einem Planetenträger (15) verbunden ist, wobei ein Hohlrad (18) des Planetengetriebes über eine Schiebemuffe (19) formschlüssig mit einem Getriebegehäuse (3) oder dem Sonnenrad (12) koppelbar ist und die Schiebemuffe (19) koaxial zur Antriebswelle (3) mittels eines elektrischen Stellglieds (31) in die verschiedenen Schaltpositionen verschiebbar ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Stellglied (31) ein Elektromagnet ist, dessen Anker (33) triebmäßig mit der Schiebemuffe (19) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetengetriebes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist eine gattungsbildende Schalteinrichtung aus der Betriebsvorschrift 4261 758 002b zu Zweigang-Schaltgetrie ben für AC- und DC-Hauptspindelantriebe, 2K10, 2K12, 2K15, 2K2O der ZF Maschinenantriebe GmbH, Februar 1994, bekannt. Das Getriebe wird hauptsächlich in Werkzeugmaschinenantrie ben, Dreh-, Fräs- und Bearbeitungszentren verwendet. Als Antriebsmotoren dienen DC/AC-Hauptspindelmotoren. Die Ge triebe vergrößern die Leistungsbandbreite der Hauptspindel motoren, um die Flexibilität der Werkzeugmaschinen bei der Bearbeitung von unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Schnitt kräften durch hohe Drehmomente oder Drehzahlen zu vergrö ßern. Die zwei Übersetzungsstufen werden gebildet, indem einerseits die Antriebswelle, die mit einem Sonnenrad ver bunden ist, mit einem Hohlrad und andererseits das Hohlrad mit dem Gehäuse gekoppelt werden kann. Ein Planetenträger ist mit der Abtriebswelle verbunden.

Eine Schiebemuffe dient als axial bewegliches Verbin dungsteil zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad bzw. zwi schen dem Hohlrad und dem Gehäuse. Sie ist über eine Schaltgabel mit einer elektrischen Schalteinheit verbunden. Diese umfaßt einen Schneckenantrieb und eine Rutschkupplung und wird von einem Gleichstrommotor angetrieben, der achs parallel zur Antriebswelle angeordnet ist und stirnseitig über das Getriebegehäuse hinausragt. Der Schneckenantrieb lenkt die rotierende Bewegung auf eine vertikale Schaltwel le um, die über ein Ritzel und eine Zahnstange die rotie rende Bewegung in eine lineare Bewegung umsetzt. Diese wird über ein Schaltelement auf die Schiebemuffe übertragen. Zur Endlagenerkennung dienen zwei Endlagenschalter in der Schaltungseinheit, die zusammen mit dem Endlagenanschlag in der Schaltung eingestellt werden müssen. Die Schalteinrich tung ist aufwendig und es ist schwierig, sie bei veränder ten Anwendungsfällen den räumlichen und antriebsseitigen Anforderung anzupassen.

Es ist ferner aus der DE 196 28 642 C2 eine elektrome chanische Schaltvorrichtung für Wechselgetriebe von Kraft fahrzeugen bekannt, bei der ein Anker eines Elektromagneten über eine als Umlenkhebel wirkende Schaltscheibe auf eine Schiebemuffe wirkt. Die Schaltscheibe kann in den verschie denen Schaltpositionen durch einen Riegelmagneten verrastet werden. Die Betätigungsstange des Ankers kann auch unmit telbar an einer Gabel der Schiebemuffe angreifen.

Aus der DD 33 668 ist insbesondere für Kraftfahrzeuge eine elektromechanisch gesteuerte Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe bekannt. Zwei Federn zentrieren über zwei Anker zweier Elektromagnete ein Getriebeschalt glied in seiner Mittelstellung. Durch entsprechende unter schiedliche Ansteuerung der Elektromagnete können zwei an dere Schaltgassen vorgewählt und positioniert werden. Da die Elektromagnete im Schaltzustand gegen zwei Federn ar beiten, ist der Stromverbrauch im geschalteten Zustand be trächtlich und der Wirkungsgrad nicht zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfa che Schalteinrichtung zu schaffen, die ohne großen Aufwand an verschiedene Einsatzfälle und Betriebsverhältnisse an gepaßt werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nach der Erfindung ist das Stellglied ein Elektroma gnet, dessen Anker triebmäßig mit der Schiebemuffe verbun den ist. Da der Elektromagnet im Vergleich zu einem Schnec kenantrieb keine Selbsthemmung besitzt, ist es zweckmäßig, daß der Elektromagnet Rastelemente aufweist, die den Anker in den Schaltstellungen verrasten. Diese Rastelemente kön nen federbelastete Kugelelemente sein. Um die Sicherheit zu erhöhen, ist es jedoch vorteilhaft, daß als Rastelemente Riegelmagnete verwendet werden, durch die eine formschlüs sige Rastverbindung gebildet wird.

Der Elektromagnet wird zweckmäßigerweise am Umfang des Getriebegehäuses achsparallel zur Antriebswelle und zur Schaltrichtung angebracht. Seine Länge soll das Getriebege häuse des schmal bauenden Planetengetriebes nicht überra gen, damit das Getriebe mit Elektromotoren kombiniert wer den kann, die unterschiedliche Durchmesser besitzen und gegebenenfalls die Querschnittkontur des Getriebegehäuses überragen. Ferner lassen sich mit einem Elektromagneten kurze Schaltzeiten erreichen.

Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen dem Elektromag neten und der Schiebemuffe ein zweiarmiger Hebel vorgese hen, der am Getriebegehäuse drehbar gelagert und mit einem Arm am Anker sowie mit dem anderen Arm an der Schiebemuffe angelenkt ist. Durch unterschiedliche Hebelarme können die Schaltkraft und der Schaltweg modifiziert werden. Dabei ist es zweckmäßig, zwischen dem Getriebegehäuse und dem Elek tromagneten ein Adaptionsstück anzuordnen, in dem der Hebel gelagert ist. Dadurch kann der Bereich zur Variation der Hebelverhältnisse deutlich vergrößert werden.

Um die Reibung zwischen dem Hebel und der Schiebemuffe zu verringern, ist es zweckmäßig, daß die Schiebemuffe ei nen äußeren und einen inneren Teil hat. Der äußere Teil ist über einen axialen Führungsbolzen drehfest, aber axial ver schiebbar am Getriebegehäuse geführt und mit einem Wälz lager auf dem inneren Teil drehbar gelagert. So entsteht zwischen dem Hebel und dem äußeren Teil der Schiebemuffe keine rotierende Relativbewegung, die sich auf die Schalt kräfte auswirken könnte. Der innere Teil, der die axiale Bewegung zwangsweise mitmacht, besitzt eine äußere Kuppel verzahnung zur Ankoppelung an das Getriebegehäuse und eine innere Kupplungsverzahnung zur triebmäßigen Verbindung mit dem Sonnenrad.

Da der Elektromagnet den Endanschlag beinhaltet, kön nen die Endlagenschalter entfallen und müssen nicht mehr eingestellt werden. Durch diese Maßnahmen werden Verstell- und Fehlermöglichkeiten beim Endkunden vermieden. Zur Si cherheit ist es jedoch zweckmäßig, Endlagenschalter zur Überwachung der Schaltpositionen und Schalfunktionen vorzu sehen, diese brauchen aber nicht justiert zu werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich nungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam menfassen.

Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch ein zweistufiges Planetengetriebe mit einer erfin dungsgemäßen Schalteinrichtung.

Das zweistufige Planetengetriebe besitzt eine An triebswelle 1 und eine Abtriebswelle 2, die in Lagerdec keln 4 und 5 eines Getriebegehäuses 3 durch Wälzlager 6 und 17 gelagert sind. Zum Planetengetriebe gehört ein mit der Antriebswelle 1 triebmäßig verbundenes Sonnenrad 12, das mit Planetenrädern 13 kämmt. Diese sind auf Planeten bolzen 14 in einem Planetenträger 15 gelagert, der über eine Formschlußverbindung 16 mit der Abtriebswelle 2 ver bunden ist. Die Planetenräder 13 kämmen mit einem Hohl rad 18, das über ein Wälzlager 42 im Gehäuse 2 drehbar ge lagert und formschlüssig mit einem Koppelteil 41 verbunden ist. Das Koppelteil 41 ist über eine äußere Kuppelverzah nung 44 mit einem inneren Teil 21 einer Schiebemuffe 19 drehfest verbunden. Auf ihm ist ein äußeres Teil 20 einer Schiebemuffe 19 mittels eines Wälzlagers 22 gelagert. Das äußere Teil 20 ist im Gehäuse 3 axial verschiebbar auf ei nem Lagerbolzen 23 geführt, wobei die axiale Verschiebung vom äußeren Teil über das Wälzlager 22 auf das innere Teil 21 übertragen wird.

Die Schiebemuffe 19 kann drei Schaltstellungen einneh men, und zwar eine Neutralstellung, eine erste Schaltstel lung, bei der sie das Hohlrad 18 über eine Kuppelverzah nung 43 mit dem Gehäuse 3 koppelt und eine zweite Schalt stellung, bei der sie das Hohlrad 18 über ein Kuppelteil 8 mit einer Mitnahmeverzahnung 40 und einer Formschlußverbin dung 11 mit dem Sonnenrad 12 koppelt. Ein Anschlag 7 am Kuppelteil 8 begrenzt die axiale Verschiebemöglichkeit der Schiebemuffe 19. Das Kuppelteil 8 ist mit der Antriebswel le 1 durch eine Nut 9 und eine Feder 10 drehfest verbunden.

An dem äußeren Teil 20 der Schiebemuffe 19 ist ein Hebel 25 angelenkt, indem ein gabelförmig endender innerer Arm 26 des Hebels 25 einen Querstift 24 umfaßt, der im äu ßeren Teil 20 vorgesehen ist. Der Hebel 25 ist seinerseits auf einem Lagerbolzen 29 drehbar gelagert, der in einem Adaptionsstück 30 zwischen dem Getriebegehäuse 3 und einem Elektromagneten 31 angeordnet ist.

Der Elektromagnet 31 ist achsparallel zur Antriebswel le 1 und Schaltrichtung am Umfang des Getriebegehäuses 3 über das Adaptionsstück 30 befestigt. Er besitzt Magnetspu len 32, die einen Anker 33 umgeben, der entsprechend der Polung und Bestromung der Magnetspulen 32 axial verstellt und in den Schaltpositionen durch nicht näher dargestellte Rastelemente, z. B. federbelastete Kugelrasten oder vorteil hafterweise durch formschlüssige Riegelmagnete, verrastet ist. Der Anker 33 weist an seinen Stirnflächen Stifte 38, 39 auf, die mit Positionsschaltern 36, 37 zusammenwirken und die Schaltpositionen und damit die Funktion der Schalt einrichtung überwachen. Bei Fehlermeldungen wird durch ge eignete, nicht näher dargestellte Mittel ein Alarm ausge löst und/oder die Maschine stillgesetzt.

Ein zweiter Arm 27 des Hebels 25 ist triebmäßig mit dem Anker 33 verbunden, indem er durch eine Öffnung 35 der Magnetspule 32 in eine Querbohrung 34 des Ankers 33 mit einem Kugelkopf 28 eingreift.

Bezugszeichen

1

Antriebswelle

2

Abtriebswelle

3

Getriebegehäuse

4

Lagerdeckel

5

Lagerdeckel

6

Wälzlager

7

Anschlag

8

Kuppelteil

9

Nut

10

Feder

11

Formschlußverbindung

12

Sonnenrad

13

Planetenrad

14

Planetenbolzen

15

Planetenträger

16

Formschlußverbindung

17

Wälzlager

18

Hohlrad

19

Schiebemuffe

20

äußerer Teil

21

innerer Teil

22

Wälzlager

23

Lagerbolzen

24

Querstift

25

Hebel

26

Arm

27

Arm

28

Kugelkopf

29

Lagerbolzen

30

Adaptionsstück

31

Elektromagnet

32

Magnetspule

33

Anker

34

Querbohrung

35

Öffnung

36

Positionsschalter

37

Positionsschalter

38

Stift

39

Stift

40

Mitnahmeverzahnung

41

Koppelteil

42

Wälzlager

43

Kuppelverzahnung

44

Kuppelverzahnung

Claims

1. Schalteinrichtung eines zweistufigen Planetenge triebes, dessen Antriebswelle (1) mit einem Sonnenrad (12) und dessen Abtriebswelle (2) mit einem Planetenträger (15) verbunden ist, wobei ein Hohlrad (18) des Planetengetriebes über eine Schiebemuffe (19) formschlüssig mit einem Getrie begehäuse (3) oder dem Sonnenrad (12) koppelbar ist und die Schiebemuffe (19) koaxial zur Antriebswelle (1) mittels eines elektrischen Stellglieds (31) in die verschiedenen Schaltpositionen verschiebbar ist, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stellglied (31) ein Elektroma gnet ist, dessen Anker (33) triebmäßig mit der Schiebemuffe (19) verbunden ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Elektromagnet (31) Ra stelemente aufweist, die den Anker (33) in den Schaltstel lungen verrasten.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastelement ein Riegelmagnet ist.

4. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (31) am Umfang und innerhalb der Länge des Getriebegehäuses (3) achsparallel zur Antriebswelle (1) angeordnet ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromagneten (31) und der Schiebemuffe (19) ein zweiarmiger Hebel (25) vorgesehen ist, der am Getriebe gehäuse (3) drehbar gelagert und mit einem Arm (27) am An ker (33) sowie mit dem anderen Arm (26) an der Schiebemuf fe (19) angelenkt ist.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schiebemuffe (19) einen äußeren Teil (20) hat, der über einen axialen Lagerbol zen (29) drehfest mit dem Getriebegehäuse (3) verbunden und mit einem Wälzlager (22) auf einem inneren Teil (21) dreh bar gelagert ist.

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen dem Getriebegehäuse (3) und dem Elektromagneten (31) ein Adaptionsstück (30) angeordnet ist, in dem der He bel (25) gelagert ist.

8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (33) des Elektromagneten (31) eine Querbohrung (34) aufweist, in die ein Arm (27) des Hebels (25) mit einem Kugelkopf (28) eingreift.

9. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstellungen durch Positionsschalter überwacht wer den.