DE2718652A1 - Zahnraederwechselgetriebe mit einem differentialgetriebe - Google Patents

Zahnraederwechselgetriebe mit einem differentialgetriebe

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DE2718652A1 DE19772718652 DE2718652A DE2718652A1 DE 2718652 A1 DE2718652 A1 DE 2718652A1 DE 19772718652 DE19772718652 DE 19772718652 DE 2718652 A DE2718652 A DE 2718652A DE 2718652 A1 DE2718652 A1 DE 2718652A1
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Description

Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 kann man auch als Differentialsplitter-Getriebe bezeichnen, da bei dieser Bauart das Differentialgetriebe die Stufensprünge der zwangsläufigen Getriebestufen splittet. Im Gegensatz zu sonst üblichen Splitter-Gruppengetrieben sind hier jedoch (bei entsprechender Auslegung) keine sog. Gruppenwechsel erforderlich, die schwierig beherrschbare Schaltübergänge mit sich bringen, sondern es braucht beim Wechsel in einen benachbarten Gang stets nur eine Kupplung ausgerückt und eine andere eingerückt zu werden.
Durch die DT-OS 24 52 335 ist ein derartiges Getriebe bekannt, dessen Differential aus einem Planetengetriebe mit mindestens einem Planetenpaar zwischen Sonne und Hohlrad besteht. Das beschriebene Getriebe umfaßt sieben Gänge. Bei Getrieben mit höherer Gangzahl ergeben sich feinere Stufensprünge, die eine verhältnismäßig genaue Auslegung der Verzahnungen erfordern, damit die Stufensprünge von Gang zu Gang nicht unregelmäßig werden. Dies ist bereits bei den zwangläufigen Getriebestufen wegen der ganzzahligen Zähnezahlwerte, vorgegebener Achsabstände und sonstigen, einschränkenden Bedingungen oftmals mit Schwierigkeiten verbunden. Noch größere Schwierigkeiten können bei einem aus einem einzigen Planetensatz bestehenden Differentialgetriebe auftreten, da der AuslegungsSpielraum für realisierbare Stufensprünge und Übersetzungen nicht nur durch die erforderlichen ganzzahligen Zähnezahlwerte, sondern auch durch die besonderen Montagebe-
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dingungen bei mehreren Planetenrädern, durch Mindestzähnezahlen und notwendige Beachtung von Radienverhältnissen und Relativdrehzahlen eingeschränkt ist. Andererseits muß das Momentverhältnis an den beiden leistungsteilenden Wellen des Differentialgetriebes sehr genau dem durchschnittlichen Stufensprung φ des Zahnräderwechselgetriebes entsprechen, um eine geordnete und gleichmäßige Übersetzungsreihe zu erhalten, wobei u. U. bereits das Aufrunden der errechneten, noch nicht ganzzahligen (theoretischen) Zähnezahl auf den nächstliegenden ganzzahligen Wert nicht mehr tragbare Abweichungen in der übersetzung zur Folge haben kann.
Bei dem Getriebe nach der DT-OS 24 52 335 wird ein Rückwärtsgang durch ein Schieberad gebildet. Da mit dem Differentialgetriebe bereits ein Umlaufrädergetriebe vorhanden ist, ist es wünschenswert, wenn der Rückwärtsgang mit Teilen dieses Differentialgetriebes gebildet werden kann, um z. B. mehrere brauchbare Rückwärtsgänge zu ermöglichen.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Verbesserung eines Zahnräderwechselgetriebes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, so daß eine leichtere Auslegung des Differentialgetriebes möglich ist, die Anwendungsgrenzen hinsichtlich realisierbarer Übersetzungen und Stufensprünge erweitert werden können und gleichzeitig ein Rückwärtsgang mit dem Differentialgetriebe gebildet werden kann.
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Das Differentialgetriebe nach der Erfindung besteht aus mindestens zwei Planetenradsätzen, wobei eine freie Koppelwelle dieser gekoppelten Planetenradsätze über eine Bremse festlegbar ist, um eine Drehrichtungsumkehr des Zahnräderwechselgetriebes zu erreichen. Ein derartiges Differentialgetriebe kann sehr verschiedenartig gestaltet sein, sofern nur folgende Bedingungen erfüllt sind:
a) eine erste Welle bleibt für alle BetriebszustMnde Anschlußwelle (z. B. Eingangswelle) für das Zahnräderwechselgetriebe,
b) in den mit Leistungsteilung arbeitenden Vorwärtsgängen ist im Differentialgetriebe kein Reaktionsglied wirksam, es findet eine Momentaufteilung von der ersten auf die zweite Welle im Verhältnis
1 : —T-T und auf die dritte Welle im Verhältnis
<p + ι
1 : —r—r statt (φ sei der durchschnittliche
φ + 1
Stufensprung des Zahnräderwechselgetriebes), wobei die Momente an der zweiten und dritten Welle gleichgerichtet sein müssen,
c) für die Rückwärtsgänge ist eine zur Richtungsumkehr geeignete freie Koppelwelle (vierte Welle) als Reaktionsglied über die Bremse festgelegt.
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Ein aus mehreren Planetenradsätzen bestehendes Differentialgetriebe, das diese Bedingungen erfüllt, läßt sich leichter auslegen, da für die Erfüllung dieser Bedingungen mehrere Planetensätze zur Verfügung stehen, deren Übersetzungen untereinander variierbar sind. Die Anwendungsgrenzen solcher Differentialgetriebe lassen sich wesentlich erweitern, da die von mehreren Planetenradsätzen beeinflußte Momentenaufteilung auf die zweite und dritte Welle nicht so zwangsläufig an die Radienverhältnisse der Planetenradsätze gebunden ist wie bei Verwendung eines einzigen Planetenradsatzes. So lassen sich auch bei kleinen Stufensprüngen des Zahnräderwechselgetriebes noch konstruktiv günstige Radienverhältnisse erzielen (um beispielsweise z. B. ungünstige Relativdrehzahlen und zu kleine Planetenräder zu vermeiden). Ein durch Verwendung mehrerer Planetensätze verbessertes Differentialgetriebe ermöglicht durch die hinzugefügte Bremse eine Richtungsumkehr und damit einen oder mehrere Rückwärtsgänge. Dadurch kann im Bereich der zwangsläufigen Getriebestufen entweder eine'Getriebestufe eingespart oder die bisher für den Rückwärtsgang vorgesehene Getriebestufe für die Bildung von zwei zusätzlichen Vorwärtsgängen genutzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. In Anspruch 2 ist eine konkrete Ausbildung eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes angegeben, das mit nur zwei einfachen Planetensätzen unkompliziert aufgebaut ist und alle genannten Bedingungen erfüllt.
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Dieses Getriebe läßt sich gemäß Anspruch 3 weiter dadurch vereinfachen, daß die Verzahnungen beider Hohlräder gleich sind, so daß sie auf rationelle Weise gemeinsam erzeugt werden können.
In Anspruch 4 ist eine weitere konkrete Ausbildung eines erfindungsgemäßen Differentialgehäuses angegeben, das ebenfalls aus nur zwei einfachen Planetenradsätzen aufgebaut ist.
Aus Anspruch 5 geht eine für bestimmte Einbauzwecke
vorteilhafte, koaxiale Bauweise hervor. Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 3 schematisch erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Schema eines Zahnräderwechselgetriebes mit einem aus zwei Planetenradsätzen bestehenden Differentialgetriebe, mit 11 Vorwärts- und 3 Rückwärtsgängen sowie mit einer zur Eingangswelle parallel versetzten Ausgangswelle,
Fig. 2 das Schema eines anderen Zahnräderwechselgetriebes mit einem anderen Differentialgetriebe und mit 4 Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, ebenfalls mit einer zur Eingangswelle parallel versetzten Ausgangswelle,
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Fig. 3 das Schema eines weiteren Zahnräderwechselgetriebes mit gleichachsiger Eingangs- und Ausgangswelle.
Das Zahnräderwechselgetriebe nach Fig. 1 enthält ein Differentialgetriebe 10, das aus zwei einfachen Planetenradsätzen 20 und 30 aufgebaut ist. Jeder dieser Planetenradsätze weist ein Sonnenrad 21 bzw. 31, einen Steg 22 bzw. 32, ein Hohlrad 23 bzw. 33 und einen Satz Planetenräder 24 bzw. 34 auf. Das Differentialgetriebe weist vier Wellen 11, 12, 13 und 14 auf, von denen die erste Welle 11 zugleich Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes ist. Eine Koppelung der beiden Planetenradsätze 20 und 30 erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Hohlräder 23 und 33 miteinander und auch die Stege 22 und 32 miteinander verbunden sind. Es sind auch ohne weiteres andere Koppelungen möglich, ohne den Hauptgedanken der Erfindung zu verlassen.
Die erste Welle 11 des Differentialgetriebes ist mit dem Sonnenrad 21 des ersten Planetenradsatzes 20, die zweite Welle 12 mit dem Sonnenrad 31 des zweiten Planetenradsatzes und die dritte Welle 13 mit den gekoppelten Hohlrädern 23 und 33 verbunden. Die beiden verbundenen Stege 22 und 32 stellen die Koppelwelle 14 als vierte Welle des Differentialgetriebes dar. Das so gebildete Koppelgetriebe weist zwei Laufgrade auf, d. h. die Drehzahl an den Wellen 11, 12 und 13 ist nur dann bestimmt, wenn an mindestens zwei dieser Wellen die Drehzahl
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yfO
bestimmt ist. Außerdem tritt im Differentialgetriebe 10 eine Leistungsteilung auf, wobei auf jede der Wellen 12 und 13 ein bestimmter Momentanteil des Eingangsmomentes der Welle 11 übertragen wird.
Die auf die zweite und dritte Welle 12, 13 jeweils übertragenen Leistungsanteile sind jeweils Über zwangläufige Getriebestufen 40, 41; 42, 43; 44, 45; 46, 47; 48, 49 und 50, 51 getrennt übertragbar, die über zugeordnete Schaltkupplungen 52 bis 57 schaltbar sind. Die Leistungsteile können mit Hilfe dieser Kupplungen auf der Ausgangswelle 58 des Zahnräderwech— selgetriebes zusammengeführt werden (in diesem Beispiel ist noch eine konstante Untersetzungsstufe, Zahnräder 59, 60 der Ausgangswelle 58 nachgeschaltet, so daß an sich erst eine
ciienf(vw«y laut'j
weitere Welle 61 als eigentliche Abtriebswelle rdem Getriebeprinzip unberücksichtigt bleiben kann).
Das Differentialgetriebe 10 ist mit einer Blockierkupplung 16 versehen, in deren eingerücktem Zustand der Steg 32 mit dem Hohlrad 33 verbunden ist, wodurch das Differentialgetriebe als Block umläuft und die Wellen 11, 12 und 13 zwangsläufig gleiche Drehzahlen aufweisen.
Die freie Koppelwelle 14 ist über eine Bremse 15 abbremsbar, die nur während der Rückwärtsgänge eingerückt ist.
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AA
Die Funktion dieses Getriebes wird anhand einer Tabelle der in den Gängen jeweils eingeschalteten Kupplungen erläutert.
Gang Übersetzung
(zwischen
Wellen 11 und 12)		 Eingeschaltete Kupplungen bzw
15 16 52 54 56 53		 X X X X X X . Bremse
55 57		 X
1. 4,786 X X X X
2. 3,821 X X X X
3. 3,050 X
4. 2,446 X X
5. 1,963
6. 1,567 X X
7. 1 ,250 X
8. 1,000 X X
9. 0,800
10. 0,639 X
11 . 0,509 X
1. R. - 7,344 X
2. R. - 3,012 X
3. R. - 1,228 X
Wie die vorstehende Tabelle zeigt, wird die Blockierkupplung 16 im 1., 3.> 5., 7., 9. und 11. Gang eingerückt und in den jeweils dazwischenliegenden Gängen ausgerückt. Bei ausgerückter Blockierkupplung ist das Differentialgetriebe wirksam und dient als Splittergetriebe zum Splitten der Gangsprünge der Gänge mit (in diesem Beispiel) ungerader Gangzahl.
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//a
12
Aus der Tabelle läßt sich ferner erkennen, daß in jedem Gang zwei Kupplungen eingerückt sind und bei jedem Gangwechsel eine der beiden bisherigen Kupplungen eingerückt bleiben kann, so daß nur ein einfacher Kupplungswechsel erforderlich ist.
Die in der Tabelle angegebenen Ubersetzungswerte werden mit folgenden Zähnezahlen erreicht:
Pos.-Nr.: 21 23 31 33 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 Zähnezahl: 58 89 25 89 14 67 20 61 27 53 36 45 45 36 53 27
Die Gänge 1 bis 11 sind gleichmäßig gestuft mit einem durchschnittlichen Stufensprung φ = 1,25, welcher eine wesentliche Ausgangsgröße für die Bestimmung aller Zähnezahlen darstellt. Die Zähnezahlen des Planetengetriebes wurden so gewählt, daß in den Gängen 2, 4, 6, 8, 10 mit Leistungsverzweigung die Welle 12 des Differentialgetriebes das O,556fache
φ ^
(—τ—τ) und die Welle 13 das O,444fache (—?—r) Eingangs-
Φ τ ] φ + ι
moment (Welle 11) überträgt. Die zwangsläufigen Übersetzungen, Räder 40 bis 51, wurden so bestimmt, daß sich die Übersetzungen φ7 für die Räder 40 und 41, q>5 für die Räder 42 und 43, Φ3 für die Räder 44 und 45, φ1 für die Räder 46 und 47, φ"1 für die Räder 48 und 49 und φ"3 für die Räder 50 und 51 ergeben .
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Die Übersetzungen der Rückwärtsgänge ergeben sich aus den mit dem Zähnezahlverhältnis vom Hohlrad 23 zum Sonnenrad 31 multiplizierten OberSetzungen der Vorwärtsgänge 1, 5 und 9. In der Praxis wird man häufig nicht alle getriebetechnisch möglichen Rückwärtsgänge tatsächlich nutzen, so daß von den verfügbaren, in diesem Fall drei Möglichkeiten, eine Auswahl getroffen werden kann. Dadurch erhält man einen gewissen Spielraum bei der Auslegung des ersten Planetenradsatzes, wodurch die Auslegung des gesamten Differentialgetriebes erleichtert wird.
Aus der Zähnezahltabelle geht hervor, daß beide Hohlräder 23 und 33 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Die Verzahnungen beider Hohlräder sind vollständig gleich, um eine rationelle gemeinsame Herstellung zu ermöglichen.
Mit dem in Fig. 2 dargestellten Zahnräderwechselgetriebe soll eine andere Ausführungsform eines Differentialgetriebes beschrieben werden, daher beschränken sich die Erläuterungen auf das Differentialgetriebe. Der übrige Aufbau stimmt - bis auf eine geringere Gangzahl - mit dem Getriebe nach Fig. 1 überein, daher erhalten Teile mit vergleichbarer Funktion die gleiche Bezugszahl wie beim Getriebe nach Fig. 1, jedoch um 1OO vermehrt.
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Das Differentialgetriebe 110 weist vier Wellen 111, 112, 113 und 114 auf, von denen die erste Welle 111 zugleich Eingangswelle des Zahnräderwechselgetriebes ist. Eine Koppelung der beiden Planetenradsätze 120 und 130, aus denen das Differentialgetriebe aufgebaut ist, erfolgt dadurch, daß die Sonnenräder 121 und 131 miteinander und das Hohlrad 123 des ersten Planetenradsatzes 120 mit dem Steg 132 des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist. Die erste Welle 111 des Differentialgetriebes ist mit dem Steg 122 des ersten Planetenradsatzes, die zweite Welle 112 mit den gekoppelten Sonnenrädern 121 und 131 und die dritte Welle 113 mit dem Hohlrad 133 des- zweiten Planetenradsatzes 130 verbunden. Die das Hohlrad 123 und den Steg 132 verbindende, freie Koppelwelle 114 ist mit einer Bremse 115 verbunden, die nur während des Rückwärtsganges eingerückt ist.
Die Zahnräderwechselgetriebe nach Fig. 1 und 2 sind so aufgebaut, daß die Ausgangswelle 58, 158 zur Eingangswelle 11, 111 parallel versetzt ist. Es ist jedoch auch möglich und in vielen Fällen erwünscht, die Ausgangswelle gleichachsig zur Eingangswelle anzuordnen. Ein derartiges Getriebe ist in Fig. 3 angegeben und unterscheidet sich prinzipiell vom Getriebe nach Fig. 1 durch die koaxiale Anordnung sowie ein bestimmtes Schema der in den einzelnen Gängen eingerückten Kupplungen. Der übrige Aufbau stimmt mit dem Getriebe nach Fig. 1 überein; Teile mit vergleichbarer Funktion sind mit gleicher Bezugszahl, wie in Fig. 1, jedoch um 200 vermehrt, bezeichnet.
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Eine zu der zweiten und dritten Welle 212 bzw. 213 des Differentialgetriebes 210 parallele Welle 258 bzw. 258a ist nicht mehr Ausgangswelle (wie bei Fig. 1), sondern dient hier nur als Vorgelegewelle. Die Ausgangswelle 264 ist gleichachsig zu den Wellen 212 und 213 des Differentialgetriebes angeordnet und kann mit der Welle 212 über eine Kupplung 265 direkt verbunden oder von der Welle 258a über eine zwangläufige Getriebestufe, Zahnräder 262 und 263, angeordnet werden.
Das Kupplungs-Schaltschema ist wie folgt:
Gang Eingeschaltete Kupplungen bzw. Bremse 215 216 252 265
1. XX
2. XX
3. XX
Rückw. X X
Ein vierter Gang ließe sich ggf. noch dadurch erzielen, indem die Kupplungen 215 und 265 gleichzeitig eingeschaltet werden; dieser Gang würde zum dritten Gang jedoch einen - verglichen mit den anderen Gängen - vergrößerten Stufensprung aufweisen.
19.04.1977
T-PA schu-hg
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Akte 5395

Claims (1)

  1. ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen
    Zahnräderwechselgetriebe mit einem Differentialgetriebe
    Patentansprüche
    1J Zahnräderwechselgetriebe mit einem leistungsteilenden bzw. -summierenden, zwei Laufgrade aufweisenden Differentialgetriebe, bei dem eine erste Welle des Differentialgetriebes zugleich eine der beiden Anschlußwellen (Eingangsoder Ausgangswelle) des Zahnräderwechselgetriebes ist und eine zweite und dritte Welle des Differentialgetriebes zusammen mit zugeordneten, zwang-läufigen und über Kupplungen schaltbaren Getriebestufen jeweils einen übertragungspfad für die Zweigleistungen bilden, welche über die Schaltkupplungen auf die andere der beiden Anschlußwellen (Eingangsoder Ausgangswelle) des Zahnräderwechselgetriebes zusammenführbar sind und eine weitere Schaltkupplung zum wahlweisen Blockieren des Differentialgetriebes vorgesehen ist, um in bestimmten Gängen die Leistung unverzweigt über einen der beiden Übertragungspfade leiten zu können, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (10, 110, 210) aus
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    - ORIGINAL INSPECTED
    mindestens zwei gekoppelten Planetenradsätzen besteht und eine freie Koppelwelle (14, 114, 214) dieser gekoppelten Planetenradsätze zur Drehrichtungsumkehr des Zahnräderwechselgetriebes über eine Bremse (15, 115, 215) festlegbar ist.
    2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (10) aus zwei einfachen Planetenradsätzen (20, 30) besteht, deren Hohlräder (23, 33) und Stege (22, 32) jeweils miteinander verbunden sind, wobei das Sonnenrad (21) des ersten Planeten- . radsatzes (20) mit der ersten Welle (11) des Differentialgetriebes, das Sonnenrad (31) des zweiten Planetenradsatzes (30) mit der zweiten Welle (12) des Differentialgetriebes und die gekoppelten Hohlräder (23, 33) mit der dritten Welle (13) des Differentialgetriebes verbunden sind und die über eine freie Koppelwelle (14) gekoppelten Planetenradträger (22, 32) über die Bremse (15) festlegbar sind.
    3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnungen beider Hohlräder (23, 33) gleich sind.
    4. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (110) aus zwei einfachen Planetenradsätzen (120, 130) besteht, deren Sonnenräder (121, 131) miteinander verbunden sind und das Hohlrad (123)
    Akte 5395 8098U/0323
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    des ersten Planetenradsatzes (120) über eine freie Koppelwelle (114) mit dem Steg (132) des zweiten Planetenradsatzes (130) verbunden ist, wobei der Steg (122) des ersten Planetenradsatzes (120) mit der ersten Welle (111) des Differentialgetriebes, die gekoppelten Sonnenräder (121, 131) mit der zweiten Welle (112) und das Hohlrad (133) des zweiten Planetenradsatzes (130) mit der dritten Welle (113) verbunden ist bzw. sind und das Hohlrad (123) des ersten Planetenradsatzes und damit die freie Koppelwelle (114) über die Bremse (115) festlegbar ist.
    5. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschlußwellen (211, 264) des Zahnräderwechselgetriebes sowie die zweite und dritte Welle (212, 213) des Differentialgetriebes (210) zueinander gleichachsig angeordnet sind.
    19.04.1977
    T-PA schu-hg
    Akte 5395
    8098U/0323
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