DE2619011A1

DE2619011A1 - Mehrstufiges planetengetriebe fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE2619011A1
Application number: DE19762619011
Authority: DE
Inventors: Karl G Aahlen; Per-Olof Bergstroem; Joseph Supanich
Original assignee: SRM Hydromekanik AB
Current assignee: SRM Hydromekanik AB
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1977-08-04
Also published as: DE2619500C2; GB1559491A; DE2619011C3; DE2621447C2; AT350399B; CH617991A5; DE2660124C2; JPS5292066A; FR2339788B1; DE2619500A1; FR2339788A1; JPS615024B2; JPS5292067A; DE2621447A1; ATA52877A; BE850897A; IN147204B; DE2619011B2

Description

Patentanwälte ? R 1 Q Π 1

Dipl.-Ing. W.Beyer ZO I3U I I

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankfurt an Main. Staufenstrasse

In Sachen:

S.R.M. Hydromekanik AB
Stockholm-Vällingby 1/Schweden

Mehrstufiges Planetengetriebe für Fahrzeuge.

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Planetengetriebe für Fahrzeuge mit einem einzigen Planetenträger, dessen Planetenräder mindestens axial aufeinanderfolgende Abschnitte verschiedenen Durchmessers haben, die ausschließlich nit inneren und/oder äußeren Zentralrädern kämmen.

Die Verwendung derartiger Planetengetriebe als Stufengetriebe in Fahrzeugen, insbesondere Personen- und Lastkraftwagen, aber auch Omnibussen, Erdbewegungsfahrzeugen und Lokomotiven ist an sich bekannt. Die bekannten Getriebekonstruktionen sind jedoch zur Erfüllung der an sie gestellten Anforderungen und zur Übertragung der hohen Drehmomente in den Untersetzungsstufen verhältnismäßig kompliziert und aufwendig und haben demzufolge beträchtliche Abressungen. Weiterhin besitzen die bekannten Planetengetriebe zumindest teilweise mitdrehende Servomotoren zur Letätigung der verschiedenen Kupplungen und Bremsen bei der Einschaltung der Getriebestufen. Lie Beherrschung der damit verbundenen Dichtungsprobleme für die gesamte Betriebsdauer bedingt einen erheblichen Aufwand und führt dennoch zu beträchtlichen

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Leckströmungen, die nur durch entsprechend dimensionierte Druckflüssigkeitspumpen beherrscht werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein ir.ehrstufiges Planetengetriebe der eingangs genannten Art für Fahrzeuge zu schaffen, das bei kleinstmöglichen /ibmessungen und billigster herstellbarkeit ohne mitdrehende Servomotoren auskommt und sich mit kleinstaöglichen Druckflüssigkeitsnengen schnell und sicher schalten läßt.

Lrfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens drei Zentralräder vorgesehen werden, von denen eines das Getriebeeingangsglied bildet, während das Getriebeausgangsglied vor. Planetenträger gebildet wird, und daß die übrigen Zentralräder mit von gehäusefesten Servos betätigbaren Reibungsbremsen zum Festlegen gegen Drehung versehen werden.

Durch den Intrieb des Getriebes über ein Zentralrad und den Abtrieb über den Planetenträger In Verbindung mit Planetenrädern mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten verschiedenen Durchmessers, in welche noch weitere abbremsbare Zentralräder eingreifen, ist es möglich, die Reibungsbremsen zum wahlweisen Stillsetzen dieser weiteren üentralräder auf verhältnismäßig großem Durchmesser anzuordnen, so daß sie auch bei großer Getriebeuntersetzung mühelos das dabei auf sie wirkende Reaktionsmoment aufzunehmen vermögen. Da die Bremsservos undrehbar im Getriebegehäuse angeordnet werden können, sind ihre Abdichtungen mühelos zu beherrschen und ihre Leckverluste gering, so daß die Pumpenkapazität entsprechend klein sein kann.

Mit einem Getriebe gemäß der Erfindung lassen sich nicht nur Untersetzungen in Vorwärtsrichtung sowie auch Rückwärtsantrieb und

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Übersetzungen ins Schnelle erzielen. Außerdem ist auch auf einfache Weise Direktantrieb möglich, wozu es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung nur einer zwischen einen vorzugsweise das Linganqsglied bildenden Zentralrad und dem Planetenträger angeordneten Reibungskupplung bedarf. Diese Reibungskupplung ist vorzugsweise von einem gehäusefesten Servo über ein Axialdrucklager betätigbar, was sich besonders zv/eckmäßig dadurch verwirklichen läßt, daß der Servo für die Reibungskupplung über das Axialdrucklager auf einen Druckring wirkt, von welchem die Einrückkraft über außerhalb ihrer Mitte am Planetenträger gelagerte radiale Hebel auf die Reibungskupplung übertragbar ist. Mit dieser 7vusbildung kann der Servo für die Reibungskupplung mit dem Axialdrucklager und dem Druckring auf verhältnismäßig kleinem Durchmesser angeordnet werden, und es läßt sich dennoch eine hohe Linrück- und haltekraft für die Reibungskupplung durch ein entsprechendes Kebelarmverhältnis der radialen Hebel erzielen.

Die Erfindung läßt sich dadurch praktisch verwirklichen, daß das als Eingangsglied dienende Zentralrad ein Ringrad und die übrigen Zentralräder Sonnenräder sind. Mit dieser Anordnung lassen sich bei entsprechender Wahl der Raddurchmesser für viele Zwecke ausreichende Untersetzungsstufen schaffen. Um außerdem Direktantrieb mit Betätigung der Reibungskupplung durch einen ortsfesten Servo zu ermöglichen, ist zweckmäßig das Sonnenrad kleinsten Durchmessers als axial verschiebliches Kraftütertragungsgliec zur Betätigung der Direktkupplung ausgebildet.

In einer anderen Verwirklichung der Erfindung sind das als Eingangsglied dienende Zentralrad ein Sonnenrad und die übrigen Zentralräder Ringräder. Mit dieser Anordnung lassen sich wesentlich höhere üntersetzunasverhältnisse als im vorgenannten Fall erzielen.

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Beide Getriebeausführungen lassen sich für Rückwärtsantrieb oder Übersetzung ins Schnelle einrichten. Dies geschieht in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß ein als gleiches Rad (Ringrad bzw. Sonnenrad) wie das Eingangsglied ausgebildetes weiteres Zentralrad vorgesehen wird, welches mit einem anderen Abschnitt der Planetenräder kämmt und für sich abbremsbar ist. Ob Pückwärtsantrieb oder übersetzung ins Schnelle erhalten wird, hängt davon ab, welcher Abschnitt der Planetenräder den größeren Durchmesser aufweist.

Wenn bei einem Planetengetriebe nach der Erfindung mit nur zwei Planetenradabschnitten verschiedener Durchmesser neben zv/ei Untersetzungen in Vorwärtsrichtung auch Rückwärtsantrieb gewünscht ist, d.h. also außer dem treibenden Zentralrad drei weitere einzeln abbremsbare Zentralräcer vorgesehen werden, können sich Schwierigkeiten bei der Abstiramng der einzelnen Übersetzungsverhältnisse aufeinander ergeben. Dies kann beispielsweise bei der ersten Anordnung mit Antrieb üher ein äußeres Ringrad dazu führen, daß bei der Wahl zweier brauchbarer Untersetzungsstufen in Vorwärtsrichtung der Rückwärtsantrieb mit übersetzung ins Schnelle erfolgt. Stattdessen sollte der Rückwärtsgang bei Fahrzeugen im allgemeinen eine möglichst große Untersetzung aufweisen. Diese Schwierigkeit wird nach einem besonderen Ausgestaltung smerkmal der Erfindung dadurch umgangen, daß jeües Planetenrad drei Abschnitte mit verschieden großen Durchmessern erhält, von denen der Abschnitt größten Durchmessers mit dem das Eingangsglied bildenden Zentralrad kämmt und der Abschnitt kleinsten Durchmessers mit einen weiteren abbremsbaren Zentralrad in Kämmeingriff steht. Mit dieser Ausbildung lassen sich dann nicht nur Rückwärtsantrieb mit erwünscht großer Untersetzung erzielen, sondern durch wahlweise Abbremsung von drei weiteren auf

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der gleichen Seite gegenüber den Planetenräderachsen angeordneten Zentralrädern drei verschiedene Vorwärtsuntersetzungen sowie gegebenenfalls noch zusätzlich Direktantrieb. Dennoch bleibt das erfindungsgernSße Planetengetriebe klein und kompakt in seinen Abmessungen und einfach iir. Aufbau.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe läßt sich dadurch besonders günstig fertigen, daß die Planetenraaabschnitte größeren Durchmessers als getrennte Zahnräder hergestellt werden, die auf wesentlich längere Zahnräder kleineren Durchmessers mit deren Zahnprofil angepaßten Keilnutbohrungen aufgeschoben werden, wobei mindestens ein Zahn des größeren Zahnrades mit einem Zahn des kleineren Zahnrades dieselbe Winkellage hat. Durch die Übereinstimmung der Winkellage brauchen bei der Montage dann nur alle Zahnräder mit den winkelgleichen Zähnen in eine bestimmte Stellung zur Getriebeachse, beispielsweise in radial nach einwärts weisende Stellung gebracht zu werden, um die äußerer, und/oder inneren Lentralräcer passend einfügen zu können. In diesem Fall werden die kleineren Zahnräder auf am Planetenträger festen Achsen gelagert.

Bei Ausbildung der Planetenräder mit drei Abschnitten unterschiedlich großen Durchmessers kann es hingegen vorteilhafter sein, die Planetenräder einstückig herzustellen und mit zylindrischen Wellenabschnitten zu versehen, mit denen sie im Planetenträger gelagert werden. Dabei liegt zweckmäßig ein solcher Kellenabschnitt zwischen zwei Zahnradabschnitten verschieden großen Durchmessers, und die Planetenräder werden im Planetenträger mit Rollenlagern gelagert, deren Rollen vorzugsweise außenseitig geführt sind.

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Wie eingangs bereits erwähnt, können bei dem erfindungsgemäßen Planetengetriebe die Bremse und die Kupplung auf verhältnismäßig großen Durchir.essern angeordnet werden, so daß nur geringe Kräfte zur Herstellung einer ausreichenden kraftschlüssigen Verbindung benötigt werden. Dies ermöqlicht eine Ausbildung der Bremsen bzw. der Kupplung in Einscheibenbauart, wobei die Reibungsbeläge aus Sinternetall bestehen können. Durch die Verwendung von Linscheibenbrensen bzw. einer Einscheibenkupplung lassen sich die Einrückwege kurz halten, so daß entsprechend auch zum Füllen der Servos nur geringe Flüssigkeitsmengen benötigt werden.

Das Drehmomentübertragungsvermögen der Bremsen und/cder der Kupplung läßt sich weiterhin dadurch erhöhen, daß die Oberflächen der Reibscheiben, in Umfangsrichtung betrachtet, sinuswellenförmiges Profil erhalten, wobei die Amplitude der Sinuswelle zweckmäßig auf maximal 0,2mm begrenzt sein sollte.

Hoch weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den übrigen UnteranSprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Axialschnitt eine erste Ausführungsfom eines dreistufigen Planetengetriebes gemäß der Erfindung mit zusätzlichen Rückwärtsgang,

Fig. 1a ein Diagramm zu dem Getriebe

nach Fig. 1, welches die Zugkraft und die Motordrehzahl für die verschiedenen Getriebestufen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bei einem Lastkraftwagen mit einen

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FIAT-Motor von 21o PS bei 2ooo U/min, zeigt,

Fig. 2 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 1 durch eine

abgeänderte Ausführungsforn eines dreistufigen Planetengetriebes ohne Rückwärtsgang,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch ein weiteres Planetengetriebe nach der Erfindung mit vier Vorwärtsgängen und stark untersetztem Rückwärtsgang,

Fig. 3a ein Diagramm zu Fig. 3 ähnlich Fig. 1a,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Getriebeausbildung nach Fig. 1,

Fig. 5 in gleicher Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform des Getriebes nach Fig. 1 und 4 mit zwei Untersetzungsstufen, Direktantrieb und Schnellgang (Overdrive),

Fig. 6 in schematischer Darstellung das Getriebe nach Fig. 2 mit zusätzlichem Echnellgang,

Fig. 7 eine abgeänderte Ausführung des Getriebes nach Fig. 6 mit Rückwärtsgang und

Fig. 8 in schematischer Darstellung noch einmal das Getriebe nach Fig. 3.

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Bei sämtlichen in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen mehrstufigen Planetengetriebes sind die Eingangswelle mit I, die Ausgangswelle mit O und das undrehbare Getriebegehäuse mit H bezeichnet.

Das Getriebe nach Fig. 1 ist ein 3-Stufengetriebe mit zwei Untersetzungen in Vorwärtsrichtung, Direktgang und Rückwärtsgang. Die Eingangswelle I ist mittels eines Lagers 1o und die Ausgangswelle O mittels eines Lagers 12 im Gehäuse H gelagert. Ferner ist die Lingangswelle I in einer Echrung der Ausgangswelle O mittels weiterer Lager 14, 16 zentriert, hin Radialflansch 18 an der Ausgannswelle O trägt auf einer Keilverzahnung einen Planetenträger 2o, auf dessen am Lr.fang verteilten Achsen 22 erste Zahnräder 24 von verhältnismäßig geringem Durchmesser gelagert sind. In der Schnittebene der Zeichnungsfigur sind nur eine Achse 22 und ein Zahnrad 24 sichtbar. Jedes Zahn-rad 24 träct ferner in formschlüssigem Eingriff mit seiner Verzahnung ein zv/eites Zahnrad 26 von wesentlich größerem Durchmesser, jedoch erheblich geringerer Länge, so daß ein größerer Abschnitt des kleineren Zahn^rades 24 freiliegt und damit ein Planetenrad mit zwei Abschnitten verschieden großer Durchmesser gebildet ist.

Auf der Eingangswelle I sitzt, mittels Keilverzahnung drehfest verbunden, eine leicht konische Scheibe 28, deren Peripherie formschlüssig in die Innenverzahnung eines ersten hülsenförmig ausgebildeten Zentralrades 3o eingreift. Die sich über die gesamte Länge dieses Zentralrades erstreckende Innenverzahnung steht an ihrem anderen Ende im Kämmeingriff mit den größeren Planetenrädern 26, für die das Zentralrad 3o ein Außen- oder Ringrad bildet. Ein hülsenförmig ausgebildetes zweites Zentralrad 32 ist auf der Ausgangsvelle O

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zentriert und kämmt als Sonnenrad mit den größeren Planetenradabschnitten 26. Ein drittes, gleichfalls hülsenförnig ausgebildetes Zentralrad 34 ist auf einer am vorderen Ende des Sonnenrades 32 mittels Keilverzahnung drehfest aufgeschobenen Flanschscheibe 36 gelagert und kämmt als weiteres Sonnenrad mit den kleineren Planetenradabschnitten 24. Das dritte Zentralrad 34 trägt außerdem mittels Keilverzahnur.g eine Flanschscheibe 38. Schließlich ist noch ein viertes Zentralrad 4o vorhanden, das die kleinen Planetenradabschnitte 24 auf der Außenseite als Ringrad umschließt und mit diesem kämmt.

Die Flanschscheibe 38 trägt auf einer äußeren Verzahnung die einzige Reibscheibe einer ersten Lamellen-Bremskupplung 42 zum Festlegen des zentralen Sonnenrades 34 am Gehäuse h. Zum Einrücken der Lamellenkupplung 42 dient ein Ringkolben 44, der von einer Tellerfeder 46 in Ausrückrichtung belastet ist. In ähnlicher Weise trägt die Flanschscheibe 32 die einzige Reibscheibe einer zweiten Lamellen-Bremskupplung zum Festlegen des zentralen Sonnenrades 32 am Gehäuse K mittels eines Ringkolbens 5o, der von einer Tellerfeder 52 in Ausrückrichtung belastet ist. Die Ringkolben 44, 48 sind in ringzylindrischen Ausnehmungen innerhalb des undrehbaren Gehäuses H verschieblich gelagert, und die Tellerfedern 46, 52 stützen sich an axialen Ansätzen im Gehäuseinneren ab.

In einer dritten ringzylindrischen Ausnehmung innerhalb des Gehäuses H ist auf verhältnismäßig kleinem Durchmesser ein weiterer Ringkolben 54 angeordnet, der über ein erstes Axiallager 56 auf das nicht nur drehbar, sondern auch axial verschieblich auf der Ausgangswelle O gelagerte hülsenförmige Sonnenrad 32 wirkt. Das andere Ende des Sonnenrades 32 beaufschlagt über ein zweites Axiallager 58 eine Anzahl Stößel 6o, die in Bohrungen innerhalb des

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Radialflansches 18 der Eingangswelle I axial verschieblich geführt sind. Die Axiallager 56, 58 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Nadellager mit verhältnismäßig kurzen Nadeln ausgebildet. Stattdessen können auch andere geeignete Lagerarten verwendet werden. Insbesondere können das Lager auch ein Gleitlager und das Lager 58 ein Hochschulter-Kugellager sein.

Die Stößel 6o drücken axial gegen einen auf der Ausgangswelle O verschieblich gelagerten Druckring 62. Der Druckring 62 erfaßt die inneren Enden einer Anzahl radialer hebel 64, die sich durch von v/ulstförrigen Rändern begrenzte Schlitze in einem Ansatz 66 des Planetenträgers 2o erstrecken und mit ihren radial außerhalb davon befindlichen kürzeren Hebelarmen formschlüssig in einen weiteren Druckring 68 eingreifen. Der Druckring 68 bildet das Betätigungsglied tii.er dritten Linscheiben-Lamellenkupplung 7o zwischen dem zentralen Ringrad 3o und dem Planetenträger 2o zur Herstellung einer Direktverbindung zwischen der Eingangswelle I und der Ausgangswelle O, wobei diese Lamellenkupplung 7o, wie ersichtlich, bei Druckbeaufschlagung des Ringkolbens 32 eingerückt wird. Zum Ausrücken dieser Kupplung dient eine auf die radialen Hebel 64 aufgeschraubte Tellerfeder 72, die bestrebt ist, die Hebel in eine lotrecht zur Getriebeachse gerichtete Stellung zu verschwenken, und die Axiallager 56, 58 ständig belastet hält.

Schließlich ist im undrehbaren Gehäuse H noch eine weitere ringzylindrische Ausnehmung mit einem Kolben 74 vorhanden, mit welchem eine auf einer äußeren Verzahnung des Ringrads 4o angeordnete Reibscheibe unter Bildung einer weiteren Lamellenbremskupplung 76 am undrehbaren Gehäuse festlegbar ist.

Die Reibflächen der Bremskupplungen .42^ 48, 76_ und_der

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NACHGERE(CHtJ

kupplung 7o sind vorzugsweise von EelSgen aus Sintermaterial gebildet, und die Oberflächen der Reibscheiben besitzen, in ümfangsrichtung betrachtet! eine leichte Sinuswellung mit einer Amplitude von maximal 0,2mm.. Durch diese Ausbildung wird ein besonders guter Reibungseingriff bei vergleichsweise geringer Anpreßkraft erhalten.

Mit dem vorbeschriebenen Getriebe sind durch alternatives Einrücken der Eremsen bzw. Kupplungen 42, 48, 7o und 76 drei Vorwärtsgänge sowie Rückwärtsgang erhältlich, und zwar:

I: Bremse 42 ein: große Untersetzung (beispielsweise 1,9:1),

II: Bremse 48 ein: kleine Untersetzung (beispielsweise 1,37:1),

III: Kupplung 7o ein: Direktgang (1:1),

R: Bremse 76 ein: übersetzter Rückwärtsgang (beispielsweise o,61:1

Alle vier Gänge werden mit Hilfe von stationären Kolben eingerückt, wobei sich sämtliche Kupplungen auf ausreichend großen Radien mit bezug auf die Getriebeachse befinden, um die erforderlichen Reaktionsmortiente aufnehmen zu können. Die Ausnutzung des axial verschieblichen Sonnenrades 32 als Kraftübertragungsglied für die Reibungskupplung 7o schafft die Möglichkeit, auch die Direktkupplung auf verhältnismäßig großem Radius anzuordnen und gleichfalls von einem ortsfesten Servokolben aus zu betätigen. Obgleich dieser Kolben eine verhältnismäßig kleine Kolbenfläche aufweist, genügt er dennoch zum sicheren Einrücken der Kupplung 7o, da seine Kraft über die ungleicharmigen Hebel 64 verstärkt wird. Das erfindungsgemäße Getriebe vermeidet somit die Anordnung von druckmittelführenden Kanälen in den Kellen und die damit verbundenen Dichtuncsprobleme, wie sie bei den bekannten Getrieben vorhanden sind.

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Fig. 1a zeigt in einem Diagrairm den Verlauf der Getriebeeingangsdrehzahl n.. und der Zugkraft P über der Fahrzeuggeschwindigkeit bei den drei Vorwärtsgängeh I, II und III bei Anwendung des Getriebes nach Fig. 1 in einen Lastkraftwagen mit einem FIAT-Kotor von 21o PS bei 2ooo U/nin. Die zwischen den Drehzahlkurven eingezeichneten Senkrechten
geben die zweckmäßigen Umschaltgeschwindigkeiten zwischen den drei Vorwärtsgängen wieder.

Die Ausführungsform des erf indungsgeir.Kßen Planetengetriebes nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 hauptsächlich darin, daß das mit der Eingangswelle I verbundene Eingangsglied nicht ein Ringrad, sondern ein Sonnenrad 78 ist, welches mit den im Durchmesser kleineren Planetenradabschnitten 8o kämmt, und daß kein Rückwärtsgang eingeschaltet v/erden kann. Ferner ist die Lagerung der Kellen
dahingehend abgeändert, daß die in einem Doppelkugellr.ger innerhalb des undrehbaren Gehäuses H gelagerte Ausgangswelle O vergleichsweise nur sehr kurz gehalten ist, so daß die nur mit einem Lager 84 in der Ausgangswelle O zentrierte Eingangswelle I freiliegt, um das Sonnenrad 78
nahe ihrem Ende zu tragen.

Im übrigen weisen die Planetenräder auch bein Ausführuncsbeispiel nach Fig. 2 neben den erwähnten Abschnitten 8o
im Durchmesser größere Abschnitte 86 auf, die wie hei der Ausführungsform nach Fig. 1 von gesondert hergestellten
Zahnrädern gebildet sind, die mit Keilnutbohrungen auf
die die kleineren Abschnitte 8o bildenden Zehnräder aufgepaßt sind.

Zur Erzielung der beiden unterschiedlichen Untersetzungsstufen sind ein mit den größeren Planetenrad-abschnitten kämmendes Ringrad 88 und ein mit den kleineren Planetenradabschnitten 8o kämmendes Ringrad 9o vorgesehen, die

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alternativ von Einscheiben-Bremskupplungen 92 bzw. 94 mit Hilfe von Ringkolben 96 bzw. 98 am Getriebegehäuse II festlegbar sind. Ein weiteres Sonnenrad 1o2 ist von einer auf der Eingangswelle I gelagerten Keilnuthülse gebildet und trägt drehfest eine Flanschscheibe 1o4_f welche die einzige Reibscheibe einer Reibungskupplung 1o6 zum Festbremsen des Sonnenrades 1o2 am Planetenträger 1o8 mit Hilfe eines Druckrings 11o trägt. Zur Betätigung dieser reibungskupplung dient ein am antriebsseitigen Gehäuseende in einem Ringzylinder axial verschieblicher Ringkclben 112, der über ein als Nadellager ausgebildetes Axialdrucklager 114 einen Druckring 116 axial zu verschieben vermag. Der Druckring 116 erfaßt die inneren Enden radialer Hebel 118, die von nach einwärts gerichteten speichenförmigen Ansätzen einer Tellerfeder 12o gebildet sind, die sich mit der Peripherie gegen einen Anschlag 122 im Planetenträger abstützt und radial einwärts davon den Druckring 11o an einem ringförmigen Vorsprung erfaßt. Es leuchtet ein, daß mit dieser Konstruktion die vom Ringkolben 112 ausgeübte Anpreßkraft für den Druckrina 11o gegen die Reibscheibe der Kupplung 1o6 beträchtlich verstärkt wird. Da außerdem im Gegensatz zu Fig. 1 der vom Ringkolben 112 gebildete Servo am antriebsseitigen Gehäuse angeordnet werden kann und sich dort auch das an Planetenträger 1o8 bei Direktantrieb festzulegende Sennenrad 1o2 befindet, entfällt in diesem Fall die Benutzung eines Sonnenrades als axial verschiebliches Kraftübertragungsglied für die betätigung der Direktkupplung.

Mit dem Getriebe nach Fig. 2 werden drei Vorwärts-Getriebestufen wie folgt erhalten:

I. Eremse 92 ein: große Untersetzung (beispielsweise 2,9:1), II. bremse 94 ein: kleine Untersetzung (beispielsw. 2,3:1), III. Kupplung 1o6 ein: Direktantrieb (1:1).

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Aus einem Vergleich der als Beispiele angegebenen Zahlenwerte für die Untersetzungsverhältnisse bei den Getrieben nach Fig. 1 und 2 geht hervor, daß das Getriebe nach Fig.2 erheblich größere Untersetzungen liefert.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Planetengetriebes, die sich von denen nach Fig. 1 und 2 grundsätzlich darin unterscheidet, daf? die hier aus einem Stück hergestellten Planetenräder drei Abschnitte 124, 126, 128 verschieden großer Durchmesser aufweisen, die irit insgesamt fünf Zentralrädern kämmen, von denen das im Durchmesser größte Ringrad das Lingangsglied bildet und ein weiteres mit den kleinsten Planetenradabschnitten kämmendes Pincrrad sowie drei verschieden große Sonnenräder abbremsbar sind. Dadurch lassen sich außer Direktantrieb und Rückwärtsgang mit großer Untersetzung drei verschieden untersetzte Vorwärtsgänge einschalten.

Im einzelnen hat das Getriebe nach Fig. 3 folgenden Aufbau:

Die nur sehr kurze Eingangswelle I treibt über eine Scheibe 13o ein hülsenförmiges Ringrad 132 größten Durchmessers, das zugleich das eine Glied einer Mehrscheiben-Lamellenkupplung 134 zum Festlegen dieses Rirgrads am Planetenträger 136 und damit der Herstellung einer Direktverbindung zwischen der Eingangswelle I und der mit dem Planetenträger 136 nahe ihrem vorderen Ende drehfest verbundenen Ausgangswelle O bildet. Der, wie im unteren leil der Fig. ersichtlich, aus zwei Ίείΐεη hergestellte· Planetenträger 136 enthält Rollenlager 138, 14o, in denen die aus einem Stück bestehenden Planetenräder mittels wellenförmiger Zuschnitte auf der Außenseite des größten Zahnabschnitts 124 und zwischen den Zahnabschnitten 12C, 128 gelagert sind. Da die inneren Laufringe der Rollenlager 136, 14o

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von den wellenförmigen Abschnitten der Planetenräder gebildet sind, sind die Rollen in den äußeren Laufringen aurch Bcrde axial geführt.

Unmittelbar auf der Ausgangswelle O ist ein erstes hülsenfönr.ig ausgebildetes Sennenrad 142 drehbar gelagert, das an einem Lnde eine mit dem größten Planetenradabschnitt kärarence Verzahnung und am anderer. Ende eine gleiche Verzahnung mit einer drehfest aufgepaßten Reibscheibe 144 trägt, die von einem Kolben 146 gegen die Kraft von Blattfedern an einen: Einsatz 15o im Getriebegehäuse K gegen Drehung festhaltbar ist. Außerdem ist das Sonnenrad 142 ähnlich wie das Sonnenrad 32 des Getriebes nach Fig. 1 von einem Ringkolben 152 zur Eetätigung der Lamellenkupplung 134 für die Einschaltung von Direktantrieb axial verschieblich. Ein weiteres hülsenförmig ausgebildetes Sonnenrad 154 ist mit einem Gleitlager 156 im Planetenträger 136 gelagert und kännt an einer. Ende mit dem mittleren Planetenradabschnitt 126. huf dem anderen Ende des Sonnenrades 154 sitzt drehfest eine Reibscheibe 158, die von einem Ringkolben 16o gegen die Kraft einer Tellerfeder 162 am Getriebegehäuse H festlegbar ist. Ein drittes Sonnenrad 164 kämmt mit dem kleinsten Planetenradabschnitt 128 und trägt eine Reibscheibe 166, die mittels eines Ringkolbens 168 gegen die Kraft einer Tellerfeder 17c an einem Einsatz 172 des Getriebegehäuses H gegen Drehung festhaltbar ist. Schließlich kämmt mit den kleinsten Planetenradabschnitten 128 auf deren Außenseite noch ein einstückig mit einer Reibscheibe 174 ausgebildetes Ringrad 176, das mittels eines die Reibscheibe erfassenden Ringkolbens 178 gegen die Kraft einer Tellerfeder 18o am bereits erwähnten Einsatz 172 des Getriebegehäuses H gegen Drehung festhaltbar ist.

Es leuchtet ein, daß die Reibscheiben 144, 15&, 166 und 174 mit den zugehörigen Ringkolben wiederum Bremskupplungen

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bilden, mit denen die Sonnenrilder 142, 154, 164 sowie das Ringrad 176 abbremsbar sind. Durch Hinzutreten der Direktkupplung 134 ergeben sich folgende Schaltungsmöglichkeiten:

I. Bremse 144 ein: größte Untersetzung (beispielsw. 3,2:1), II. bremse 156 ein: mittlere Untersetzung (beispielsw. 1,95:1),

III. Erer.se 166 ein: kleinste Untersetzung (beispielsw» 1,32:1), IV. Kupplung 134 ein: Direktantrieb (1:1), R. Bremse 174 ein: Rückwärtsgang (beispielsw. 1,8:1).

Wie- cie Zeichnung erkennen läßt, hat der mit dem treibenden Ringrad 132 kämmende größte Planetenradabschnitt 124 mehr als den dreifachen Durchmesser des mit dem bei Rückwärtsantrieb abbremsbaren Ringrad 176 kämmenden kleinsten Planetenradabschnittes 128. Dieser beträchtliche Unterschied ist erforüerlich, um bei Fückwärtsantrieb eine ausreichende Untersetzung zu erhalten. Würden bei diesen: Durchmesserunterschied die Planetenräder nur aus zwei Abschnitten bestehen, d.h. also der mittlere /ibschnitt 126 mit dem in diesen eingreifenden Sonnenrad 154 fehlen, würde zwischen den beiden verbleibenden Untersetzungsstufen ein Sprung wie beispielsweise von 3,2:1 auf 1,32:1 vorhanden sein, der ein solches Getriebe für die Praxis untauglich machen würde. Die Ausbildung der Planetenräder mit einem zusätzlichen mittleren Abschnitt und die /anordnung eines in diesen eingreifenden abbremsbaren Sonnenrades zur Schaffung einer weiteren Ganostufe ist deshalb eine zwingende Notwendigkeit, wenn auf der anderen Seite Rückwärtsgang mit ausreichend großer Untersetzung gefordert wird.

Fig. 3a zeigt in einem Diagramm ähnlich Fig. 1a.den Verlauf der Getriebeeingangsdrehzahl n.j und der Zugkraft P über der Fahrzeuggeschwindigkeit bei den vier Vorwärtsgängen I, II und III des Getriebes nach Fig. 3 in Anwendung

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wiederum bei einem Lastkraftwagen mit einen FIAT-Motor von 21o PS bei 2ooo U/min. Die zwischen den Drehzahlkurven eingezeichneten Senkrechten für die Umschaltgeschv.'indigkeiten zwischen den vier Vorwärtsgängen bei jeweils Maximaldrehzahl des kleineren Ganges lassen erkennen, daß der Motor beim Einschalten der nächsthöheren GangstuFe auf eine Drehzahl fällt, die genügend hoch zur Lntwicklung des erforderlichen Drehn.oments ist.

Fig. 4 zeigt noch einmal schematisch den grundsätzlichen Aufbau des Getriebes nach Fig. 1, wobei die Direktkupplung 7o mit A und die drei Bremsen 76, 42 und 48 mit B, C und D bezeichnet sind. Ls ergibt sich also mit Einrücken von

D: große Untersetzung

C: kleine Untersetzung

A: Direktantriel:.

nt Rückwärtsgang ^:

Fig. 5 zeigt schematisch eine Abänderung des Getriebes nach ,

Fig. 1 unö 4 dergestalt, daß die großen und kleinen Plane- i

tenradabschnitte miteinander vertauscht sind und entsprechend !■

die Durchmesser der Zentralräder geändert sind. Bei diesem I Getriebe liefert das Einrücken von

D: große Untersetzung :

C: kleine Untersetzung

A: Direktantrieb

B: Schnellgang (Overdrive) >

In Fig. 6 ist das Getriebe nach Fig. 2 schematisch wieder- : gegeben, wobei die Direktkupplung 1o6 mit A und die bremsen 92, 94 mit B bzw. C bezeichnet sind. Außerdem ist im Unterschied zu Fig. 2 eine weitere Bremse D zum Abbremsen des mit den größeren Planetenradabschnitten kärurenden Sonnenrades (Sonnenrad 1oo in Fig. 2) vorgesehen. Es

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ergeben sich also durch Einrücken von

C: große Untersetzung E: kleine Untersetzung A: Direktantrieb

und durch Linrücken der zusätzlichen Brer.se D: Schnellgang (Overdrive)

Das Getriebe nach Fig. 6 erbringt im Gegensatz zu dem Getriebeaufbau nach Fig. 5 bei verhältnismäßig großen Untersetzungen im ersten und zweiten Gang einen nicht zu hoch übersetzten Overdrive, während bei dem Getriebe n?ch Fig. ein brauchbarer Overdrive nur dann erhalten werden kann, wenn verhältnismäßig geringe Untersetzungen in ersten und zweiten Gang in Kauf genommen werden können.

Der in Fig. 7 schematisch gezeigte Getriebeaufbau entspricht wiederum den nach Fig. 6 mit Vertauschung der großen und kleinen Planetenradabschnitte und entsprechender Anpassung der Zentralraddurchmesser. Es ergeben sich dann durch Einrücken von

B: große Untersetzung

C: kleinere Untersetzung

A: Direktantrieb

D: Rückwärtsgang

Schließlich zeigt Fig. 8 nochmals in schenatischer Darstellung das Getriebe nach Fig. 3, wobei die Kupplung mit A und die Eremsen 174, 166, 158 und 144 r.it B, C, D, E bezeichnet sind. Es erbringen also das Einrücken von

C: größte Untersetzung

D: mittlere Untersetzung

E: kleinste Untersetzung

A: Direktantrieb

B: Rückwärtsgang

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In Fig. 8 ist eine beidseitige Lagerung der Planetenräder an ihren äußeren Enden angedeutet, was gegenüber der Lagerung nach Fig. 3 eine entsprechende Biegesteifigkeit der Planetenräder voraussetzt.

Welche der in der Zeichnung, insbesondere den Fig. 4-8 gezeigten Getriebeausbildungen verwendet wird, hängt von der vergesehenen Verwendung und den dabei gegebenen Antriebsbedingungen ab. Dabei lassen sich durch Modifikationen der Durchmesser der Planetenracabschnitte in Verhältnis zueinander und im Verhältnis zur Exzentrizität der Planetenradachsen die beim Abbremsen der einzelnen Zentralräder auftretenden Über- bzw. üntersetzungsverhältnisse unter Anr wendung bekannter EerechnungsformeIn derart auswählen, daß den Bedingungen des Linzelfalls weitestgehend optimal genügt wird.

Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe kann allein oder aber auch in Verbindung mit vorgeschalteten hydrodynamisch-mechanischen Getrieben verwendet v/erden, wobei es sich besonders für eine Kombination mit Drehmomentwandlern eignet, deren Leitrad in einem Eetriebsbereich als gegenläufige Turbine arbeitet.

Patentansprüche /

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Claims

761901

Patentansprüche

Mehrstufiges Planetengetriebe für Fahrzeuge nit einen einzigen Planetenträger, dessen Planetenräder mindestens zwei axial aufeinanderfolgende Abschnitte verschiedenen Durchmessers haben, die ausschließlich mit inneren und/cder äußeren Zentralräaern käiviren, cadurch gekennzeichnet , daß mindestens drei Zentralräder (3o, 32, 34, 4o bzw. 78, 88, 9c bzw. 132, 142, 154, 164, 176) vorgesehen sind, von denen eines (26 bzw. 78 bzw. 132) das Getriebeeinganysglied bildet, während das CetrieLeausgangsglied vom Planetenträger (2o bzw. 1o8 bzw. 136) gebildet ist, und daß die übrigen Zentralräder (32, 34, 4o bzw. 68, 9o bzw. 142, 154, 164, 176) mit von gehäusefesten Servos (P.ingkolben 5o, 44, 74 bzw. 96, 98 bzw. 146, 16o, 16&, 176) betätigbaren Reibungsbremsen (48, 42, 76 bzw. 92, 94 bzw. 144, 15E, 166, 174) zum Festlegen gegen Drehung versehen sind.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, gekennzeich net durch ein zwischen einem vorzugsweise das Lingangsglied biluenden Zentralrad (3o bzw. 1oo bzw. 132) und dem Planetenträger (2o bzw. 1o8 bzw. 136) angeordneten Reibungskupplung (7o bzw. 1o6 bzw. 134) zur Herstellung von Direktantrieb.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibungskupplung (7o bzw. 1o6 bzw. 134) von einem gehäusefesten Servo (Ringkolben 54 bzw. 112 bzw. 152) über ein Axialdrucklager (56 bzw. 114) betätigbar ist.

4. Planetengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Servo (P.ingkolben 54 bzw. 112 bzw. 152) für die Reibungskupplung (7o bzw. 1o6

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ORIQINAt INSPECTED

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bzw. 134) über das Axialdrucklager (56 bzw. 114) auf einen Druckring (62 bzw. 116) wirkt, von welchem die Einrückkraft über außerhalb ihrer Mitte am Planetenträger (2o bzw. 1c8 bzw. 136) gelagerte radiale Hebel (64 bzw. 118) auf die Reibungskupplung übertragbar ist.

5. Planetengetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die radialen hebel durch Federir.ittel (65 bzw. 12o) derart in Ausrückrichtur.g der Reibungskupplung (7o bzw. 1o6) belastet sind, daC die ?.xieldrucklager ständig in Axialrichtung belastet sind.

6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne t, dar die Federn!ttel von einer sämtlichen radialen hebeln gemeinsamen Tellerfeder (65 bzw. 12o) gebildet sind.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Axial- ·

drucklager (56 bzw. 114) ein Nadellager mit verhältnismäßig \

kurzen Nadeln ist. j

8. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Axialdrucklager ein Gleitlager ist.

9. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das als Lingangsglied dienende Zentralrad (3o bzw. 132) ein Rir.grad und die übrigen Zentralräder Sonnenräder sind.

1o. Planetengetriebe nach Anspruch 9, dadurch \

gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (32 bzw. \

142) kleinsten Durchmessers als axial verschiebliches

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Kraftübertragungsglied zur Betätigung der Direktkupplung (7o bzw. 134) ausgebildet ist.

11. Planetengetriebe nach Anspruch 4 und 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem axial verschieblichen Sonnenrad (32 bzw. 142) und den Druckring (62) ein weiteres Nadellager (58) angeordnet ist.

12. Planetengetriebe nach Anspruch 4 und 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der axial verschieblichen Sonnenrad (32 bzw. 142) und den Druckring (62) ein Hochschulter-Kugellager angeordnet ist.

13. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das als üingangsglied dienende Zentralrad ein Sonnenrad (78) und die übrigen Zentralräder zur Lrzielung hoher Untersetzungsverhältnisse Ringräder (88, 9o) sind.

14. Planetengetriebe nach Anspruch 9 oder 13, dadurch gekennzeichne t, daß ein als gleiches Rad (Ringrad bzw. Sonnenrad) ausgebildetes Zentralrad (4o) wie das Lingancrsglied (Ringrad 3o) mit einem anderen Abschnitt (24) der Planetenräder (24, 26) kämmt und zur Herstellung von Rückwärtsantrieb oder Übersetzung ins Schnelle für sich abbremsbar ist.

15. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenradabschnitte größeren Durchmessers (26 bzw. 1o8) als getrennte Zahnräder hergestellt sind, die auf wesentlich längere Zahnräder kleineren Durchmessers (24 bzw. 8o) mit deren Zahnprofil angepaßten Keilnutbohrungen aufgeschoben sind, wobei mindestens ein Zahn des größeren

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Zahnrades mit einem Zahn kleineren Zahnrades dieselbe Kinkellage hat.

16. Planetengetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die kleineren Zahnräder (24 bzw. 8o) auf am Planetenträger (2o bzw. 1o8) festen Achsen (22) gelagert sind.

17. Planetengetriebe nach einem 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Planetenräcer drei Abschnitte (124, 126, 128) unterschiedlich großer Durchr.esser aufweisen, von denen der Abschnitt grüßten Durchmessers (124) mit dem das Eingangsglied bildenden Zentralrad (132) kämmt und der Abschnitt kleinsten Durchmessers zur herstellung von Rückwärtsantrieb nit großer Untersetzung mit einem weiteren abbremsbaren Zentralrad (176) in Käirjneingriff steht.

18. Plaiietengetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß die Planetenräder einstückig hergestellt und mit zylindrischen Wellenabschnitten (138, 14o) versehen sind, mit denen sie im Planetenträger (136) gelagert sind.

19. Planetengetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wellenabschnitt (14c) zwischen zwei Zahnradabschnitten (126, 128) verschieden großen Durchmessers angeordnet ist.

20. Planetengetriebe nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichne t, daß die Planetenräcer im Planetenträger (136) mit Rollenlagern (138, 14o) gelagert sind, deren PvOllen außenseitig geführt sind.

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21. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsen und/ocer die Kupplung in Einscheirenbauart ausgebildet sind.

22. Planetengetriebe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Reibungsbeläge der bremsen und/oder der Kupplung aus Sinternetall bestehen.

23. Planetengetriebe nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichne t, daß die Oberflächen der Reibscheiben, in Urifangsrichtung betrachtet, sinuswellenförraiges Profil aufweisen.

24. Planetengetriebe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Sinuswclle auf maximal 0,2nm begrenzt ist.

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