DE2718652B2

DE2718652B2 - Zahnräderwechselgetriebe mit einem Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE2718652B2
Application number: DE2718652A
Authority: DE
Inventors: Friedrich 7990 Friedrichshafen Ehrlinger; Anton 7992 Tettnang Ott
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1977-04-27
Publication date: 1979-02-22
Also published as: SE7804794L; FR2389048B1; IT7848879A0; SE437418B; DE2718652A1; FR2389048A1; JPS6261819B2; US4200006A; IT1102652B; JPS53134161A; GB1598625A; DE2718652C3

Description

a) eine erste Welle bleibt fin alle Uetriebszusiäiule Anschlußwclk¹ (/.. H. Eingangswelle) für das /ahnräder wechsel betriebe.

b) in den mit Leistungsteilung arbeilenden Vorwärtsgängen ist im Differentialgetriebe kein Reaktionsglied wirksam, es findet eine Momentaufleilung von der ersten auf die zweite Welle im Verhältnis

7 +1

~ und auf die dritte Welle im Verhältnis statt (φ sei der durchschnittliche

Stufensprunjj 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.

Ein aus mehreren Planetenradsätzen bestehendes Differentialgetriebe das diese Bedingungen erfüllt, läßt sich leichter auslegen, da für die Erfüllung dieser Bedingungen mehrere Planetensätze zur Verfugung stehen, deren Übersetzungen untereinander variierbar sind. Die Anv/endungsgrenzen solcher Differeniialge triebe lassen sich wesentlich erweitern, da :!ie von mehreren Planetenradsätzen beeinflußte Momentaufteiiung 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 auch 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.

Entsprechende Koppelgetriebe, die nach den Ansprüchen I bis 4 der Erfindung als Differentialgetriebe Verwendung finden, sind an sich bekannt (ATZ 70).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den IJnteransprüchen hervor. In Anspruch 2 ist eine konkrete Ausbildung eines erfindungbgemäßen Differentialgeiriebes angegeben, das mit nur zwei einfachen Planetensätzen unkompliziert aufgebaut ist und alle genannten Bedingungen erfüllt.

In Anspruch 3 ist eine weitere konkrete Ausbildung eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebes angegeben, das eber.falls aus nur zwei einfachen Planetenradsätzen aufgebaut ist.

Aus Anspruch 4 geht eine für bestimmte funbauzwekke vorteilhafte, koaxiale Bauweise hervor.

Aus ATZ 70 (1968) 3, Seite 106, sind zwar 2-Steg-Umlmifgctriebe bekannt, die aber nicht als Differential für wahlweise lcistungsvcrzwcigenden Betrieb vorgesehen sind.

Aus der DE-OS 20 28 852 ist ein Zahnräderwechselgetriebe mit einem 2sätzigen Planetengetriebe bekannt. Auch in diesem Wechselgetriebe ist die erste Anschlußwellc ,in das Planetengetriebe angeschlossen. Die bekannte Anordnung weist aber nur eine freie Koppelwelle auf. nämlich das Verbindungsglied 77 der beiden .nißercn Zcntrnlräder. Diese Koppclwelle ist !liitlclhiir über eine Bremsf 10 an das Kupplungsgchäu-■··■ 12 festlegen; Kine 'λeitere Koppelwellc bildet gleichzeitig die zweite Anschlußwelle 47.

Die verbleibende Welle 66 kann dabei keine Differentialfunktion ausführen.

Die Erfindung wird anhand der Fig. I 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 versetzte Ausgangswelle,

Fi g. 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,

F i g. 3 das Schema eines weiteren Zahnräderwechselgetriebes mit gleichachsiger Eingangs und Ausgangswelle.

Das Zahnräderwechsclgelriebe nach Fig. 1 enthält ein Differentialgetriebe 10, das aus ::wei einfachen Planetenradsätzen 20 und 30 aufgebaut '.Λ. jeder dieser Pianetenradsätze weist ein inneres Zentralrad 21 bzw. 31, einen Planetenträger 22 bzw. 32, ein äußeres Zentralrad 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 äußeren Zentralräder 23 und 33 miteinander und auch die Stege 22 und 32 miteinander verbunden sind.

Die erste Welle 11 des Differentialgetriebes ist mit dem inneren Zentralrad 21 des ersten Planetenrads;".zes 20, die zweite Welle 12 mit dem inneren Zcntralrad 31 des zweiten Planetenradsatzes 30 und die dritte Welle 13 mit den gekoppelten äußeren Zentralrädern 23 und 33 verbunden. Die beiden verbundenen Planetenträger 22 und 32 stellen die Koppelwelle 14 als vierte WeIIo des Differentialgetriebes dar. Das so gebildete Koppelgetriebe weist zwei Laufgrade auf, d. h. die Drehzahl an den Willen 11,12 und 13 ist nur dann bestimmt, wenn an mindestens zwei dieser Wellen die Drehzahl 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 zwangsläufige 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 Leistlingsteile können mit Hilfe dieser Kupplungen auf der Ausgangswelle 58 des Zahnräderwechselgetriebes zusammengeführt werden (in diesem Beispiel ist noch eine konstante t 'ntersetzungsstufe, Zahnräder a9, 60 der Ausgangswelle 58 nachgeschaltet. so daß an sich erst eine weitere Welle 61 als eigentliche Abtriebswellc dient, was bei dem Getriebeprinzip unberücksichtigt bleiben kann).

Das Differentialgetriebe 10 ist mit einer Hlockierkiippiiing 16 versehen, in deren eingerücktem Zustand der Planetenträger 32 mit dem Hohlrad 33 verbunden ist. wodurch das Differentialgetriebe als Block umläuft und die Wellen II, 12 und 13 zwangsläufig gleic'ic Drehzahlen aufweisen.

Die freie Koppelwelle 14 ist über eine Bremse IS abbremsbar, die auch während der Rückwärtsgänge eingerückt ist.

Die Funktion dieses Getriebes wird anhand einer Tabelle der in den Gängen eingeschalteten Kupplungen erläutert.

(i.ini! (herset- I ingesehaltete Kupplungen Ivw.
/uny Bremse

ι/wischen
Wellen Il
und I2i 15 Ift 52 54 56 53 55 57

I	4.786
1	3.821
3.	3.050
4.	2.446
5.	1.463
6.	1.567
η	1.250
8	1.000
').	0.80(1
O.	11.63°
1	(I S(I'*

χ
y

(ί,ιημ 1 'hersel-/ιιημ

l/uisehen
Wellen Il
und I2l

1. R. -7.344

2. R. 3.012

3. R. -1.228

I ιημοι h.iltete Kuppl
Bremse

15 ld 52 54 5ft 5.1 55 57

y χ

χ Χ

χ χ

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, wird dit Blockierkupplung Ib im I.. !, ^r).. 7.. 9. und II. Gang eingerückt und in den jeweils dazwischenliegenden Gängen ausgerückt. Bei ausgerückter Hloekierkuppliing ist das Differentialgetriebe wirksam und dient als Splittergetriebe /um Splittern der Gangsprünge der Gänge mit (in diesem Heispiel) ungerader Gang/ahl.

Aus der Tabelle läßt sich ferner erkennen, daß in iedem 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 Übersetzungswerlc werden mit folgenden Ziihnezahlen erreicht:

S 9

4(1
14

41

6 ~

44 45

46
36

47
45

4X
45

4')
36

Die Gänge I bis 1 I sind gleichmäßig gestuft mit einem durchschnittlichen Stufensprung r/ =1.25. welcher eine wesentliche Ausgangsgröße für die Bestimmung aller /ähne/ahlen darstellt. Die Zähnezahlen des Planctengetnebes wurden so gewählt, daß in den Gängen 2. 4. b. 8. 10 mit Leistungsverzweigung die Welle 12 des Differentialgetriebes das O.556fache

und die Welle 13 das 0.444fache

Fingangsmoment (Welle 11) überträgt. Die zwangsläufigen Übersetzungen. Räder 40 bis 51. wurden so bestimmt, daß sich die Übersetzungen <f⁷ für die Räder 40 und 41. (p für die Räder 42 und 43. φ ^! für die Räder 44 und 45, φ' für die Räder 46 und 47, ψ -' für die Räder 48 und 49 und φ-³ für die Räder 50 und 51 ergeben.

Die Übersetzungen der Rückwärtsgänge ergeben sich aus den mit dem Zähnezahlverhältnis vom äußeren Zentralrad 23 zum inneren Zentralrad 31 multiplizierten Übersetzungen 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, wobei die Auslegung des gesamten Differentialgetriebes erleichtert wird.

Aus der Zähnezahltabelle geht hervor, daß beide äußeren Zentralräder 23 und 33 gleiche Zähnezahlen aufweisen. Die Verzahnungen beider äußeren Zentralrädcr sind vollständig gleich, um eine rationelle gemeinsame Herstellung zu ermöglichen.

Mit dem in F-" i g. 2 dargestellten Zahnräderwcchselgetriebe soll eine andere Ausiührungsform eines Differentialgetriebes beschrieben werden, daher beschränker sich die Erläuterungen auf das Differentialgetriebe. Dei übrige Aufbau stimmt — bis auf eine geringere Gangzahl — mit dem Getriebe nach F⁷i g. I überein daher erhalten Teile mit vergleichbarer Funktion die gleiche Bezugszahl wie beim Getriebe nach Fig. 1 jedoch um 100 vermehrt.

Das Differentialgetriebe IO weist vier Wellen III, 112, 113 und 114 auf, von denen die erste Welle 111 zugleich Eingangszeile des Zahnräderwechselgetriebes ist. Eine Kopplung der beiden Planetenradsätze 120 und 130. aus denen das Differentialgetriebe aufgebaut ist, erfolgt dadurch, daß die inneren Zentralräder 121 und

131 miteinander und das äußere Zentralrad 123 des ersten Planetenradsatzes 120 mit dem Planetenträger

132 des zweiten Planetenradsatzes verbunden ^:->t. Die erste Welle III des Differentialgetriebes ist mit dem Steg 122 des ersten Planelenradsatzes, die zweite Welle 112 mit dem äußeren Zentralrad 133 und die dritte Welle 113 mit den gekoppelten inneren Zentralräderr 121 und 131 des zweiten Planetenradsatzes 13C verbunden. Die das äußere Zentralrad 123 und den Steg 132 verbindende, freie Koppelwelle 114 ist mit einei Bremse 115 verbunden, die auch während de: Rückwärtsganges eingerückt ist.

Die Zahnräderwechselgetriebe nach F i g. 1 und 2 sine so aufgebaut, daß die Ausgangswelle 58, 158 zui 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.: anzugeben und unterscheidet sich prinzipiell vorr Getriebe nach F i g. 1 durch die koaxiale Anordnung

sowie ein bestimmtes Schema der in den einzelnen Ciiingcn eingerückten Kupplungen. Der übrige Aufbau siiniini mil dem (jetriebe nach (·' i g. I überein; "Teile mit vergleichbarer l'unklion sind mit gleicher lic/ugs/.silil. wie in I' i g. 1. jedoch um 200 vermehrt, bezeichnet.

!■ine /w der zweiten und dritten Welle 212 bzw. 213 (1'¹S Differentialgetriebes 210 parallele Welle 258 bzw. ir->P.;i ist nicht mehr Ausgangswclle (wie bei I-ig. I). sondern dient hier nur als Vorgclcgewellc. 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 258;) über eine zwangliiufige (ietriebcstufe. Zahnräder 262 und 263. angeordnet werden.

Das KupplimgsSchaltschema ist wie folgt:

(ίίΐπμ I iiiL'i'SLhiilti.'k' Kupplungen U/w KrcMisv

2IS 216 252 2 ftf

i. y <

Klick w. X X

Kin vierler Gang helle sich gegebenenfalls noch dadurch erzielen, indem die Kupplungen 215 und 265 gleichzeitig eingeschaltet werden: dieser (lang würde zum dritten dang jedoch einen — verglichen mit den anderen Gängen ~ vergrößerten Sliifcnsprurig aufweisen.

I lieivii " HIaII

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnräderwechselgetriebe mit einem lejstungsteilenden bzw. -summierenden, zwei Laufgrade aufweisenden Differentialgetriebe, bei dem eine erste Welle des Differentialgetriebes zugleich eine der beiden Anschlußwellen (Eingangs- oder Ausgangswelle) des Zahnräderwechselgetriebes ist und eine zweite und eine dritte Welle als Zweigwellen des Differentialgetriebes zusammen mit zugeordneten, zwangsläufigen und Ober Kupplungen schaltbaren Getriebestufen jeweils einen Ubertragungspfad für die Zweigleistungen bilden, welche über die Schaltkupplungen auf die andere der beiden Anschtußwellen (Eingangs- oder Ausgangswelle) des Zahnräderwechselgeriebes zusammenführbar sind und eine weitere Schaltkupplung zum wahlweisen Blockieren des Differentialgetriebes vorgesehen ist, um in bestimm .ten Gängen die Leistung un verzweigt über einen der beiden Übertragungspfade leiten zu können, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (10, 110, 210) aus mindestens zwei gekoppelten Planetenradsätzen besteht und mindestens eine freie Koppelwelle (14, 114, 214) dieser gekoppelten Planetenradsätze 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 äußere Zentralräder (23, 33) und Planetenträger (22, 32) jeweils miteinander verbunden sind, wobei das innere Zentralrad (21) des ersten Planetenradsatzes (20) mit der ersfcn Welle (11) des Differentialgetriebes, das innere Z^ntralrad (31) des zweiten Planetenradsatzes (30) mit der zweiten Welie (12) des Differentialgetriebes und die gekoppelten äußeren Zentralräder (23, 33) mit der dritten Welle (13) des Differentialgetriebes verbunden sind und die über eine freie Koppelwelle (14) gekoppelten Planetenträger (22, 23) über die Bremse (15) festlegbar sind.

3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (110) aus zwei einfachen Planetenradsätzen (120, 130) besteht, deren innere Zcntralräder (121, 131) miteinander verbunden sind, wobei das äußere Zentralrad (123) des ersten Planetenradsatzes (120) über eine freie Koppelwelle (114) mit dem Planetenträger (132) des zweiten Planetenradsatzes (130) verbunden ist, wobei der Planetenträger (122) des ersten Planetenradsatzes (120) mit der ersten Welle (111) des Differetialgetriebes, die gekoppelten inneren Zentralräder (121, 131) mit der dritten Welle (113) und das äußere Zentralrad (133) des zweiten Planetenradsatzes (130) mit der zweiten Welle (1 (2) verbunden ist bzw. sind und das äußere Zentralrad (123) des ersten Planetenradsatzes und damit die freie Koppelwelle (114) über die Bremse (115) fcsilcgbar ist.

4. Zahnräderwcchselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschhißwcllen (211, 264) des Zahnräderwuchsclgetriebes sowie die /weile und drille Welle (212, 213) des Differcnlialgc Iricbcs (210) zueinander gleichachsig angeordnet sind.

Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch I kann man auch als Differentialsplitter-Getriebe bezeichnen, da bei dieser Bauart das Differentialgetriebe die Stufensprünge der zwangsläufigen Getriebestufen splittert Im Gegensatz zu sonst üblichen Splitter-Gruppengetrieben sind hier jedoch (bei entsprechender Auslegung) keine sog. Gruppenwechsel erforderlich, die schwierig beherrschbare Schaltvorgänge 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 DE-OS 24 52 335 ist ein derartiges Getriebe bekannt, dessen Differential aus einem Planetengetriebe mit mindestens einem Planetenpaar zw ischen den beiden Zentralrädern besteht Das beschriebene Getriebe umfaßt sieben Gänge. Bei Getrieben mit höherer Gangzahl ergeben sich feinere Stufensprünge, die eine verhältnismäßige 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 Montagebedingungen 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 ψ des Zahnräderwechselgetriebes entsprechen, um eine geordnete und gleichmäßige Übersetzungsreihe zu erhalten, wobei u. U. bereits d. s 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 DE-OS 24 52 335 wird ein Rückwärtsgang durch ein Schieberad gebildet. Da mit dem Differentialgetriebe bereits ein Planetenradgetriebe 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 eine anpassungsfähigere Auslegung des Differentialgetriebes, wobei die Anwendungsgrenzen hinsichtlich realisierbarer Übersetzungen und Stufensprünge erweitert werden können und gleichzeitig ein Rückwärtsgang mit dem Differentialgetriebe gebildet werden kann.

Das Differentialgetriebe nach der Erfindung besteht aus mindestens zwei Planetcnradsät/.en, wobei mindestens eine freie Koppelwelle dieser gekoppelten Planctcnradsätze über eine Bremse festlcgbar ist, um auch eine Drehrichtungsumkehr des Zahnräderwechsclgetriebes zu erreichen. Ein derartiges Differentialgetriebe kann sehr verschiedenartig gcstaltel sein, sofern mir folgende Bedingungen erfüllt sind: