DE202009000101U1 - Zweistufiges Stirnrad-Schaltgetriebe - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang i = 1 und umgekehrt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Stirnradgetriebe und insbesondere Planetengetriebe mit zwei Schaltstufen weisen häufig eine Übersetzung i = 1 und eine Übersetzung i ≠ 1 auf, meistens eine Übersetzung ins Langsame. Solange sich Erwärmungseinflüsse und Unwuchten nicht negativ auf das Laufverhalten auswirken, wird für die Direktübersetzung (i = 1) häufig eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zwischenzahnrädern und dem Eingangszahnrad hergestellt, im Falle eines Planetengetriebes zwischen Steg und Sonnenrad, wobei der Steg fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist in dieser Schaltstufe nicht mit dem Gehäuse verbunden. Das bedeutet, dass im Direktgang alle Zwischenzahnräder bzw. das gesamte Planetengetriebe ohne weitere Abwälzbewegungen als Block umläuft. Entsprechendes gilt für ein Wechselgetriebe, z. B. in einem Kraftfahrzeug, bei dem im direkten Gang die gesamte Vorgelegewelle, d. h. die Gesamteinheit der Zwischenzahnräder mitläuft.
- Für die Schaltstufe i ≠ 1 wird bei einem Planetengetriebe die Verbindung der Sonne und des Steges gelöst und es erfolgt eine form- oder kraftschlüssige Verbindung des Hohlrades mit dem Gehäuse. Der Steg oder Planetenträger ist weiterhin form- oder kraftschlüssig mit der Abtriebswelle verbunden. Die Planetenräder kämmen einerseits mit dem Sonnenrad und andererseits mit dem Hohlrad, wobei der Planetenträger eine entsprechend dem Zähnezahlverhältnis Sonne/Hohlrad zum Sonnenrad unterschiedliche Drehzahl aufweist.
- Bei schnell laufenden Zahnradgetrieben spielen Unwuchten und Erwärmungen eine große Rolle. Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Stirnzahnradgetriebe anzugeben, bei dem im Direktgang die geringst möglichen Massen mit umlaufen und bei dem für den Umschaltvorgang nur ein Schaltelement benötigt wird.
- Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, wonach das Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe ist, die drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle verschiebbar ist.
- Die drehfeste Verbindung kann als kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Die formschlüssige Verbindung wird dabei über Verzahnungen hergestellt, während die kraftschlüssige Verbindung über Konusflächen erfolgt, die in Reibeingriff miteinander kommen.
- Im Fall der formschlüssigen Verbindung hat die Schaltmuffe die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung und Außenverzahnung.
- In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenverzahnung der Schaltmuffe in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung der Abtriebswelle ist und im Direktgang durch Axialverschiebung der Schaltmuffe, bei der diese das Eingangszahnrad so verschiebt, dass dessen Innenverzahnung außer Eingriff mit der Außenverzahnung der Antriebswelle kommt, mit deren Außenverzahnung kämmt, und dass die Außenverzahnung der Schaltmuffe bei ihrer Axialverschiebung in den Direktgang außer Eingriff mit der Innenverzahnung des Ausgangszahnrades der Zwischenzahnräder kommt.
- Die Erfindung lässt sich bei allen Stirnrad-Schaltgetrieben einsetzen, mit besonderem Vorteil auch bei Planetengetrieben. In diesem Fall ist das Eingangszahnrad das Sonnenrad des Planetengetriebes, dessen Planetenräder die Zwischenräder bilden, während ein Teil des Planetenträgers das Ausgangszahnrad mit einer Innenverzahnung bildet.
- Bei bekannten Planetengetrieben werden zum Umschalten in den direkten Gang (i = 1) zwei Schaltelemente benötigt, nämlich eines für die Verbindung Sonnenrad-Antriebswelle und ein weiteres für die Verbindung Steg-Abtriebswelle. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung vermieden, da diese mit nur einem Schaltelement auskommt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe gemäß der Erfindung in der ersten Schaltstufe i ≠ 1, -
2 das Getriebe der1 nach dem Umschalten in den Direktgang (i = 1) und -
3 eine schematische Darstellung des Getriebes der1 und2 in den beiden Schaltstufen, wobei die obere Hälfte die Stellung bei i ≠ 1 und die untere den Direktgang (i = 1) wiedergibt. - Die
1 und2 zeigen ein als Planetengetriebe ausgebildetes Schaltgetriebe10 mit einem Gehäuse12 mit zylindrischer Gehäusewand14 . In dem Gehäuse12 ist eine hohle Antriebswelle16 gelagert, der eine koaxiale, ebenfalls hohle Abtriebswelle18 zugeordnet ist. Die Abtriebswelle18 ist über ein Radialkugellager20 in einer Stirnwand22 des Gehäuses12 gelagert, an der Hydraulik- oder Pneumatikleitungen24 angeschlossen sind. - Das Getriebe
10 der1 und2 ist als Planetengetriebe ausgebildet und hat ein rohrförmiges Eingangszahnrad26 , welches das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet. Mit der Außenverzahnung28 des Eingangszahnrades26 sind über den Umfang verteilte Planetenräder30 in Eingriff, die über Nadellager32 in einem Planetenträger34 (Steg) gelagert sind. Die Planetenräder30 kämmen mit der Innenverzahnung36 des Hohlrades38 , das an der Innenseite der zylindrischen Gehäusewand16 ausgebildet ist und zur Abstützung der Planetenräder30 dient. Der beschriebene Planetenradsatz bildet die Zwischenzahnräder des Getriebes10 . - Mit dem Planetenträger
34 fest verbunden ist ein ringförmiger, axial vorstehender Absatz40 , der über ein Radialkugellager42 drehbar im Gehäuse12 gelagert ist. Wie die1 und2 weiter zeigen, ist der Planetenträger34 auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls über ein Radialkugellager44 an der Stirnwand46 gelagert, in der über ein Kugellager48 die Antriebswelle16 gelagert ist. - Auf dem der Abtriebswelle
18 zugewandten Ende des Eingangszahnrades26 (Sonnenrad) ist über ein Radialkugellager50 eine Schaltmuffe52 drehbar, jedoch axial fest gelagert, die eine ringförmige Nabe54 hat, welche mit einer Innenverzahnung56 in ständigem Eingriff mit einer Außenverzahnung58 der Abtriebswelle18 ist. Die Schaltmuffe52 hat außerdem eine Außenverzahnung60 , die in der Stellung der1 (i ≠ 1) in Eingriff mit der Innenverzahnung62 des Absatzes40 des Planetenträgers34 ist. Die Schaltmuffe52 hat damit die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung56 und Außenverzahnung60 . - Auf der Nabe
54 der Schaltmuffe52 ist über ein Radialkugellager64 drehbar, jedoch axial fest ein Schaltring66 gelagert, welcher über Stellzylinder68 in axialer Richtung verschoben werden kann. Hierzu sind die Stellzylinder68 mit den Druckleitungen24 verbunden. - In der Schaltstellung der
1 (i ≠ 1) ist die Innenverzahnung70 des Eingangszahnrades26 (Sonnenrad) in Eingriff mit der Außenverzahnung72 der Antriebswelle16 . Das Eingangszahnrad26 versetzt daher über die Planetenräder30 den Planetenträger34 (Steg) in Drehung, welcher seinerseits über die Verzahnung60 /62 die Schaltmuffe52 dreht. Da deren Innenverzahnung56 in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung58 der Abtriebswelle18 ist, wird diese entsprechend dem gewählten Übersetzungsverhältnis angetrieben. Der Planetenträger30 mit seinem innenverzahnten Absatz40 übernimmt hierbei die Funktion des Ausgangszahnrades74 des Getriebes10 . - Zum Umschalten in den Direktgang (i = 1), der sich aus
2 und der unteren Hälfte von3 ergibt, wird der Schaltring66 über die Stellzylinder68 axial in Richtung auf die Stirnwand46 verschoben. Dabei wird auch die Schaltmuffe52 in derselben Richtung axial verschoben, so dass ihre Außenverzahnung60 außer Eingriff mit der Innenverzahnung62 des Planetenträgers34 kommt. Bei ihrer Axialverschiebung nimmt die Schaltmuffe62 auch das Eingangszahnrad26 (Sonnenrad) mit, so dass dieses die in2 nach links verschobene Stellung einnimmt. In dieser Stellung kommt die Innenverzahnung70 des Eingangszahnrades26 außer Eingriff mit der Außenverzahnung72 der Antriebswelle18 . In der Stellung der2 ist außerdem die Innenverzahnung56 der Nabe54 und damit der Schaltmuffe52 nicht nur in Eingriff mit der Außenverzahnung58 der Abtriebswelle18 , sondern auch mit der Außenverzahnung72 der Antriebswelle16 . In dieser Schaltstellung ist somit die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle16 und dem Eingangszahnrad26 gelöst; gleiches gilt für die formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltmuffe52 und dem Planetenträger34 . Die Antriebswelle16 treibt damit über das Ausgangszahnrad74 , d. h. über die Schaltmuffe52 die Abtriebswelle18 mit der selben Drehzahl an. Da das Eingangszahnrad26 (Sonnenrad) kraftschlüssig mit dem Gehäuse12 verbunden ist, wird eine unkontrollierte Drehbewegung des Eingangszahnrades26 mit den Zwischenzahnrädern (Planetenräder30 und Planetenträger34 ) verhindert. Sämtliche Zwischenzahnräder drehen sich also im Direktgang nicht mit, so dass bei den sehr hohen Drehzahlen in der Größenordnung von n = 10.000 die rotierenden Massen auf ein Minimum beschränkt sind. Unwuchten oder Erwärmungen aufgrund der hohen Drehzahlen und von Abwälzvorgängen spielen damit in der direkten Schaltstufe nur eine untergeordnete Rolle. - Die Erfindung ist am Beispiel eines Planetengetriebes erläutert, lässt sich jedoch auch auf Stirnzahnradgetriebe anwenden. Bei diesen sind die Zwischenzahnräder im allgemeinen auf einer Vorgelegewelle angeordnet.
Claims (8)
- Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang mit i = 1 und umgekehrt, wobei das Getriebe eine Antriebswelle (
16 ) mit einer Außenverzahnung (72 ) hat, die durch das Schaltelement über Zwischenzahnräder mit einem Eingangszahnrad (26 ) und einem Ausgangszahnrad (74 ) in Verbindung mit der Außenverzahnung (72 ) einer zur Antriebswelle (16 ) koaxialen Antriebswelle (18 ) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle (18 ) formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe (52 ) ist, die drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad (26 ) verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad (74 ) der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle (18 ) verschiebbar ist. - Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (
52 ) als Zahnkranz mit Innenverzahnung (56 ) und Außenverzahnung (60 ) ausgebildet ist. - Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (
56 ) der Schaltmuffe (52 ) in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung (58 ) der Abtriebswelle (18 ) ist und im Direktgang durch Axialverschiebung der Schaltmuffe (52 ), bei der diese das Eingangszahnrad (26 ) so verschiebt, dass dessen Innenverzahnung (70 ) außer Eingriff mit der Außenverzahnung (72 ) der Antriebswelle (16 ) kommt, mit deren Außenverzahnung (60 ) kämmt, und dass die Außenverzahnung (60 ) der Schaltmuffe (52 ) bei ihrer Axialverschiebung in den Direktgang außer Eingriff mit der Innenverzahnung (62 ) des Ausgangszahnrades (74 ) der Zwischenzahnräder kommt. - Stirnzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (
26 ) das Sonnenrad eines Planetengetriebes ist, dessen Planetenräder (30 ) mit dem Planetenträger (34 ) die Zwischenzahnräder bilden, während ein Absatz (40 ) des Planetenträgers (34 ) das Ausgangszahnrad (74 ) mit Innenverzahnung (62 ) bildet. - Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (
38 ) des Planetengetriebes als Innenverzahnung (36 ) an einer zylindrischen Gehäusewand (14 ) des Getriebe (10 ) ausgebildet ist und zur Abstützung der Planetenräder (30 ) dient. - Stirnzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (
52 ) über ein Radialkugellager (50 ) auf dem Eingangszahnrad (26 ) gelagert ist. - Stirnzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Axialverschiebung der Schaltmuffe (
52 ) ein Schaltring (66 ) vorgesehen ist, in dem über ein Radiallager (64 ) die Schaltmuffe (52 ) drehbar gelagert ist. - Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltring (
66 ) über pneumatisch oder hydraulisch betätigte Stellzylinder (68 ) axial verschiebbar ist.
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