DE2619500C2

DE2619500C2 - Planeten-Wechselgetriebe mit mehr als vier Vorwärtsgängen, insbesondere für Lastkraftwagen oder Erdbewegungfahrzeuge

Info

Publication number: DE2619500C2
Application number: DE19762619500
Authority: DE
Inventors: Per-Olof 13010 Ektorp Bergström; Joseph Dipl.-Ing. 11359 Stockholm Supanich; Karl G. 16155 Stockholm Åhlén
Original assignee: SRM Hydromekanik AB
Current assignee: SRM Hydromekanik AB
Priority date: 1976-01-29
Filing date: 1976-05-03
Publication date: 1982-05-19
Also published as: AT350399B; FR2339788B1; JPS5292066A; IN147204B; DE2660124C2; JPS615024B2; DE2619011C3; DE2619011B2; BE850897A; FR2339788A1; DE2621447C2; JPS5292067A; DE2619500A1; DE2619011A1; GB1559491A; CH617991A5; ATA52877A; DE2621447A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Planeten-Wechselgetriebe mit mehr als vier Vorwärtsgängen, insbesondere für Lastkraftwagen oder Erdbewegungsfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Während vor allem Personenkraftwagen als Fahrzeuge mit hoher spezifischer Leistung neben dem meist bis zur höchsten Geschwindigkeit ausreichenden Direktgang mit zwei bis drei Untersetzungsstufen für das Anfahren sowie das Überwinden von Steigungen und die Motorbremsung auf die Gefällstrecken auskommen, f>o benötigen Fahrzeuge geringer spezifischer Leistungen, bei denen es nicht auf große Beschleunigungen und Endgeschwindigkeiten, sondern in erster Linie hohe Zugkraft ankommt, mehr Untersetzungsstufen in entsprechend feinerer Abstufung, um die Antriebsma- <>5 schine ausschließlich im Bereich optimaler Drehmomentwicklung und geringsten Brennstoffverbrauchs fahren zu können. Hierfür geeignete Zahnradwechselgetriebe sind im allgemeinen als Nebenwellen-Standgetriebe ausgebildet und erreichen wegen der Vielzahl der erforderlichen Räderpaare erbebliche Abmessungen. Außerdem benötigen sie neben einer Vielzahl zum Teil hochbelasteter Klauenkupplungen eine zusätzliche Reibungstrennkupplung, die den Kraftfluß während der Getriebeumschaltungen unterbrich t.

Daneben ist, vor allem in Verbindung mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern, auch die Verwendung von Planetengetrieben als Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe bekannt Bei den meisten dieser Getriebe ist der bauliche Aufwand jedoch noch größer als bei den Nebenwellen-Standgetrieben, und es wird für den Rückwärtsgang ein zusätzliches Getriebe benötigt, daß den konstruktiven Aufwand weiter vergrößert und die Abmessungen und Kosten zusätzlich erhöht.

Es ist allerdings auch bereits vor mehreren Jahrzehnten ein Planeten-Wechselgetriebe der eingangs genannten Art mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang vorgeschlagen worden (DE-PS 7 01 435), dessen zweites Planetengetriebe alternativ zu seiner Sperrung für Direktantrieb mit einer einzigen Untersetzungsstufe betrieben werden kann, bei welcher ein Hohlrad abgebremst wird, das mit denselben Stufenrädern der Stufenplanten wie das Eingangsglied kämmt. Die zweiten Stufenräder des Stuienplaneten im zweiten Planetengetriebe dienen dort lediglich zur Herstellung von Rückwärtsantrieb und kämmen mit einem Sonnenrad, das hierzu reibungsschlüssig abbremsbar ist. Dieses Getriebe, das offenbar keinen Eingang in die Praxis gefunden hat, dürfte sich zwar grundsätzlich mit geringerem konstruktivem Aufwand und kleineren Abmessungen als die sonstigen bekannten Planeten-Wechselgetriebe mit einer größeren Anzahl von Vorwärtsgängen ausführen lassen. Es ist jedoch auf maximal sechs Vorwärtsgänge beschränkt und erfordert eine verhältnismäßig robuste Ausbildung des zweiten Planetengetriebes und der Reibungsbremse für das bei Rückwärtsgang abbremsbare Zentralrad, da hierbei dieses Getriebe sehr hoch belastet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Planeten-Wechselgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs I zu schaffen, mit dem sich weit mehr als sechs Vorwärtsgänge herstellen lassen und dennoch der konstruktive Aufwand und die Abmessungen und Kosten für beide darin zur Anwendung kommenden Planetengetriebe mit jeweils mindestens einem Stufenplaneten gering sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung verwendet somit die beiden Stufenräder des Stufenplaneten des zweiten Planetengetriebes zur Schaffung zweier Untersetzungsbereiche neben der möglichen Sperrung dieses Getriebes, so daß in Verbindung mit wenigstens zwei Untersetzungsstufen und Direktantrieb im ersten Planetengetriebe insgesamt mindestens neun Gänge für das gesamte Planeten-Wechselgetriebe in Vorwärtsrichtung erhalten werden.

Durch die Verwendung der kleinen Stufenräder der Stufenplaneten des zweiten Planetengetnebes zur Einleitung der Antriebsenergie in dieses Getriebe entfällt die Möglichkeit, Rückwärtsantrieb durch ein unmittelbar mit den Stufenrädern der Stufenplaneten des zweiten Planetengetriebes kämmendes abbremsbares Zentralrad wie bei dem oben erwähnten bekannten Getriebe herzustellen. Der erforderliche Rückwärtsantrieb läßt sich dennoch in überraschend einfacher Weise mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 2 erzielen, was

den Vorteil hat, daß die hierbei auftretenden Belastungen im ersten Planetengetriebe wegen der nachfolgenden Untersetzung im zweiten Planetengetriebe vergleichsweise gering sind.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus dem ! Jnteranspruch 3.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. I im Axialschnitt eine erste Ausführungsform in eines Planeten-Wechselgetriebes,

Fig. la ein Diagramm zu dem Getriebe nach Fig. 1, wobei das Diagramm die Zugkraft und die Motordrehzahl für die verschiedenen Getriebestufen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit wiedergibt,

F i g. 2 in schematischer Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform des Getriebes nach F i g. 1, das insbesondere für Erdbewegungsfahrzeuge geeignet ist, wobei das erste Planetengetriebe Stutenplaneten mit drei Stufenrädern aufweist, mit denen je ein Sonnenrad kämmt, und

F i g. 2a ein Diagramm zu F i g. 2 ähnlich Fig. la.

Bei den in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen der Planeten-Wechselgetriebe sind übereinstimmend die Eingangswelle mit /, die Ausgangswelle mit O, eine Zwischenwelle mit S und das undrehbare Getriebegehäuse, sofern es gezeigt ist, mit /^bezeichnet.

Bei der in F i g. 1 gezeigten Getriebeausführung sind die beiden Wellen /und Oim Gehäuse //mit Hilfe von Kugellagern 10 bzw. 12 gelagert, und die sich rahezu Jn über die gesamte Getriebelänge erstreckende Eingangswelle /ist über ein Rollenlager 14 in einer Bohrung der nur kurz ausgebildeten Ausgangswelle O zentriert. Die hohl ausgebildete Zwischenwelle S umschließt die Eingangswelle / auf dem größten Teil ihrer Länge und v< ist am vorderen Ende auf dieser mit einem Nadellager 16 und am hinteren Ende mit einem Gleitlager 18 gelagert. Das Gehäuse H enthält zwei Planetengetriebe Pia und Pib mit jeweils Stufenplaneten, die durch einen von einer Gehäusezwischenwand und einer w Anzahl undrehbarer Servomotoren gebildeten Gehäu semittelteil Mvoneinander getrennt sind.

Bei dem ersten Planetengetriebe Pia trägt ein Radialflansch 19 an der Zwischenwelle 5 auf einer Keilverzahnung einen Planetenträger 20, der auf seinen am Umfang verteilten Achsen 22 Stufenplaneten mit kleinen Stufenrädern 24 und in formschlüssigem Eingriff mit diesem mit Hilfe einer Keilnutbohrung große Stufenräder 26 lagen.

Die großen Stufenräder 26 haben jedoch erheblich geringere Länge als die kleinen Stufenräder 24, so daß ein größerer Abschnitt der kleineren Räder 24 freiliegt.

Auf der Eingangswelle / sitzt mittels Keilverzahnung drehfest verbunden eine leicht konische Scheibe 28, deren Peripherie formschlüssig in die Innenverzahnung eines ersten hülsenförmig ausgebildeten Hohlrades 30 eingreift. Die sich über die gesamte Länge dieses Rades erstreckende Innenverzahnung steht an ihrem anderen Ende im Kämmeingriff mit den größeren Stufenrädern 26. Ein hülsenförmig ausgebildetes Sonnenrad 32 ist auf der Zwischenwelle 5 zentriert und kämmt mit den größeren Stufenrädern 26. Ein gleichfalls hülsenförmig ausgebildetes Sonnenrad 34 ist auf einer am vorderen Ende des Sonnenrades 32 mittels Keilverzahnung drehfest aufgeschobenen Flanschscheibe 36 gelagert s5 und kämmt mit den kleineren Stufenrädern 24. Das Sonnenrad 34 trägt außerdem mittels Keilverzahnung eine Flanschscheibe 38. Schließlich ist noch ein Hohlrad 40 vorgesehen, das die kleinen Stufenräder 24 auf der Außenseite als Ringrad umschließt und mit diesen kämmt

Die Flanschscheibe 38 trägt auf einer äußeren Verzahnung die einzige Reibscheibe 42 einer ersten Lamellenbremse A zum Festlegen des Sonnenrades 34 am Gehäuse H. Zum Einrücken der Lamellenbremse A dient ein Ringkolben 44, der von einer Tellerfeder 46 in Ausrückrichtung belastet ist In ähnlicher Weise trägt die Flanschscheibe 32 die einzige Reibscheibe 48 einer zweiten Lamellenbremse B zum Festlegen des Sonnenrades 32 am Gehäuse H mittels eines Ringkolbens 50, der von einer Tellerfeder 52 in Ausrückrichtung belastet ist. Die Ringkolben 44, 48 sind in ringzylindrischen Ausnehmungen innerhalb des Gehäusemittelteils M verschieblich gelagert, und die Tellerfedern 56, 52 stützen sich an axialen Ansätzen im Gehäuseinneren ab.

In einer dritten ringzylindrischen Ausnehmung innerhalb des Gehäusemittelteils Mist auf verhältnismäßig kleinem Durchmesser ein weiterer Ringkolben 54 angeordnet, der über ein erstes Axialdrucklager 56 auf das nicht nur drehbar, sondern auch axial verschieblich auf der Ausgangswelle O gelagerte Sonnenrad 32 wirkt. Dessen anderes Ende beaufschlagt über ein zweites Axialdrucklager 58 eine Anzahl Stößel 60, die in Bohrungen innerhalb des Radialflansches 18 der Eingangswelle / axial verschieblich geführt sind. Die Axialdrucklager 56, 58 sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Nadellager mit verhältnismäßig kurzen Nadeln ausgebildet. Statt dessen können auch andere geeignete LagerartenTerwendet werden. Insbesondere können das Lager 56 ein Gleitlager und das Lager 58 ein Hochschulter-Kugellager sein.

Die Stößel 60 drücken axial gegen einen auf der Ausgangswelle O verschieblichen Druckring 62. Der Druckring 62 erfaßt die inneren Enden einer An2ahl radialer Hebel 64, die sich durch von wulstförmigen Rändern begrenzte Schlitze in einem kragenförmigen Ansatz 66 des Planetenträgers 20 erstrecken und mit ihren radial außerhalb davon befindlichen kürzeren Hebelarmen formschlüssig in einen weiteren Druckring 68 eingreifen. Der Druckring 68 klemmt eine im Hohlrad 30 befestigte Reibscheibe 70 und bildet mit dieser eine Lamellenkupplung Czwischen dem Hohlrad 30 und dem Träger 20 zur Direktverbindung der Eingangswelle / mit der Ausgangswelle O, wobei diese Lamellenkupplung, wie ersichtlich, bei Druckbeaufschlagung des Ringkolbens 32 eingerückt wird. Zum Ausdrucken 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 die Axialdrucklager ständig belastet hält.

Schließlieh ist im Gehäuse H noch eine weitere ringzylindrische Ausnehmung mit einem Kolben 74 vorgesehen, mit welchem eine auf einer äußeren Verzahnung des Hohlrads 40 angeordneie Ringscheibe 76 unter Bildung einer weiteren Lamellenbremse Dam Gehäuse festlegbar ist.

Das zweite Planetengetriebe Pib unterscheidet sich von dem ersten Pia hauptsächlich darin, daß das mit der dortigen Eingangswelle, nämlich der Zwischenwelle S verbundene Eingangsglied nicht ein Hohlrad, sondern ein Sonnenrad 78 ist, welches mit den kleinen Stufenrädern der dortigen Stufenplaneten kämmt. Diese Stufenräder 80 sind wiederum verhältnismäßig lang gebildet, die auf Achsen 82 eines mit einem Flansch der Ausgangswelle O verschraubten Planetenträgers 84.

gelagert sind. Auf diese Stufenräder sind im Durchmesser größere Stufenräder 86 aufgeschoben und bilden die Stufenplaneten des Getriebes P1 b.

Zur Erzielung zweier unterschiedlicher Untersetzungen mit dem zweiten Planetengetriebe Plisind ein mit den größeren Stufenrädern 86 kämmendes Hohlrad 88 und ein mit den kleineren Stufenrädern 80 kämmendes Hohlrad 90 vorgesehen. Die Hohlräder 88, 90 tragen Reibscheiben 92 bzw. 94, mit denen sie unter Bildung von Einscheibenbremsen E bzw. F von Ringkolben 96 bzw. 98 am Getriebegehäuse H festlegbar sind. Ein Sonnenrad 102 ist von einer auf der Zwischenwelle S gelagerten Zahnhülse gebildet und trägt drehfest eine Flanschscheibe 104, welche die einzige Reibscheibe 106 einer Reibungskupplung G zum Verbinden des Sonnenrades 102 mit dem Pianetenträger 84 mit Hilfe eines Druckrings 110 trägt. Zur Betätigung der Reibungskupplung G dient ein an diesem antriebsseitigen Gehäuseende in einem Ringzylinder axial verschieblicher Ringkolben 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 120 gebildet sind, die sich mit einer

Peripherie gegen einen Anschlag 122 im Planetenträger 84 abstützt und radial einwärts davon den Druckring 110 an einem ringförmigen Vorsprung erfaßt. Mit dieser Konstruktion wird die vom Ringkolben 112 ausgeübte Anpreßkraft für den Druckring 110 gegen die Reibscheibe der Kupplung 106 beträchtlich verstärkt. Da außerdem im Gegensatz zu dem ersten Planetengetriebe Pia der vom Ringkolben 112 gebildete Servomotor am antriebsseitigen Gehäuse angeordnet ist und sich dort auch das am Planetenträger 84 bei Direktantrieb festzulegende Sonnenrad 102 befindet, entfällt die Benutzung eines hülsenförmigen Sonnenrades als axial verschiebliches Kraftübertragungsglied für die Betätigung der Direktkupplung wie beim ersten Planetengetriebe Pia.

Die nachfolgende Tabelle ergibt die Kombinationen von jeweils zwei zur gleichen Zeit eingerückten Bremsen und/oder Kupplungen zur Schaffung von neun mit römischen Zahlen bezeichneten Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang R wieder, wobei in der zweiten und vierten Spalte die Übersetzungsverhältnisse des ersten bzw. zweiten Planetengetriebes und in der letzten Spalte das Gesamtübersetzungsverhältnis in den einzelnen Gängen angegeben sind.

A	1.910: 1	E	3.000 : 1	I	5.730 : 1
A	.910: 1	F	2.500: 1	H	4.775 : 1
B	.375 : 1	E	3.000 : 1	III	4.125 : 1
B	.375 : 1	F	2.500 : 1	IV	3.438 : 1
C	.000: 1	E	3.000 : 1	V	3.000: 1
C	.000 : 1	F	2.500: 1	VI	2.500: 1
A	1.910: 1	G	1.000: 1	VII	1.910: 1
B	1.375 : 1	G	1.000: 1	VIII	1.375 : 1
C	1.000: 1	G	1.000 : 1	IX	1.000: 1
D	-0.535 : 1	E	3.000: 1	R	-1.605: 1

Fig. la zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Getriebeeingangsdrehzahl m und der Zugkraft P über der Fahrzeuggeschwindigkeit in den neun Vorwärtsgängen I bis IX bei Anwendung des Vielstufengetriebes nach F i g. 1 in einem Lastkraftwagen. Die zwischen den Drehzahlkurven eingezeichneten Senkrechten geben die zweckmäßigen Umschaltpunkte zwischen den einzelnen Vorwärtsgängen wieder. Wie ersichtlich, liegen die Drehzahlkurven der unteren Gänge sehr nahe beieinander, wodurch im Bereich verhältnismäßig niedriger Fahrzeuggeschwindigkeiten mit entsprechend hoher Zugkraft in einem verhältnismäßig engen Bereich der Eingangsdrehzahl gearbeitet werden kann, in welchem der Motor sein höchstes Drehmoment abgibt Auf diese Weise ist es z.B. bei Anwendung des Planetenwechselgetriebes nach F i g. 1 auf ein Erdbewegungsfahrzeug möglich, den dortigen unterschiedlichen Anforderungen an die Zugkraft und die Fahrzeuggeschwindigkeit mit optimaler Anpassung zu begegnen.

In Fig.2 ist in schematischer Darstellung eine abgeänderte AusfOhrungsform des Planeten-Wechselgetriebes nach F i g. 1 gezeigt, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Stufenplaneten des ersten Planetengetriebes (in Fig. 2 links) dritte Stufenräder kleinsten Durchmesser besitzen, mit welchem das für den Rückwärtsgang mit Hilfe der Bremse D abbremsbare zweite Hohlrad sowie ein durch eine zusätzliche Bremse Ao abbremsbares weiteres Sonnenrad kämmen, wodurch eine noch stärkere Untersetzung im Rückwärtsantrieb und die Hinzugewinnung zweier weiterer extrem großer Untersetzungen im Vorwärtsantrieb erzielt werden, für welche die Drehzahlkurven im

so Diagramm der F i g. 2a mit πιο bzw. nioo bezeichnet sind. Für den Rückwärtsantrieb ergibt sich dabei ein Unterseizungsverhältnis von etwa 5:1, während die zusätzlichen Vorwärtsuntersetzungen bei 8 :1 bzw. 7 :1 liegen.

Die gezeigten und beschriebenen Planeten-Wechselgetriebe können allein oder auch in Verbindung mit vorgeschalteten hydrodynamisch-mechanischen Getrieben verwendet werden, deren Wandler eineinhalbstufig oder zweistufig ausgebildet sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Planetenwechselgetriebe mit mehr als vier Vorwärtsgängen, insbesondere für Lastkraftwagen oder Erdbewegungsfahrzeuge, bestehend aus zwei über eine einzige Zwischenwelle hintereinander geschalteten und durch je eine Reibungskupplung in sich sperrbaren Planetengetrieben, deren Planetenträger Stufenplaneten mit mindestens zwei Stufenrädern tragen, die unmittelbar mit insgesamt mindestens zwei Zentralrädern (Hohl- und/oder Sonnenräder) kämmen, von denen jeweils eines das Eingangsglied des jeweiligen Planetengetnebes bildet und die übrigen von gehäusefesten Servomotoren reibungsschlüssig abbremsbar sind, und deren Planetenträger die Ausgangsglieder der beiden Planetengetriebe bilden, wobei das Eingangsglied des, in Kraftflußrichtung betrachtet, ersten Planetengetriebes ein mit den großen Stufenrädern kämmendes Hohlrad ist und das Eingangsglied des zweiten Planetengetnebes ein Sonnenrad ist und die mit diesem kämmenden Stufenräder außenseitig mit einem abbremsbaren Hohlrad in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsglied des zweiten Planetengetnebes (Pib)zw Herstellung einer größeren Untersetzung mit den kleineren Stufenrädern (80) der dortigen Stufenplaneten kämmt und daß deren andere Stufenräder (86) mit einem weiteren und abbremsbaren Hohlrad (88) in Eingriff stehen.

2. Planetenwechselgetriebe nach Anspruch 1, bei welchem ein Zentralrad (Hohlrad oder Sonnenrad) in einem der Planetengetriebe, das in Radialrichtung gesehen, auf derselben Seite der Stufenplaneten wie das eingangsseitige Zentralrad angeordnet ist, zur v> Herstellung von Rückwärtsantrieb reibungsschlüssig abbremsbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß hierfür im ersten Planetengetriebe (PXa) ein weiteres Hohlrad (40) angeordnet ist

3. Planeten wechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenplaneten des ersten Planetengetriebes (Pia) je ein weiteres Stufenrad mit kleinstem Durchmesser aufweisen, mit dem zur Erzielung einer hohen Untersetzung ein weiteres reibungsschlüssig abbremsbares Sonnenrad *5 kämmt (F ig. 3).