DE2718652C3

DE2718652C3 - Zahnräderwechselgetriebe mit einem Differentialgetriebe

Info

Publication number: DE2718652C3
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: 1979-10-11
Also published as: FR2389048B1; IT1102652B; DE2718652A1; US4200006A; DE2718652B2; SE7804794L; FR2389048A1; JPS53134161A; IT7848879A0; GB1598625A; JPS6261819B2; SE437418B

Description

a) eine erste Welle bleibt für alle Betriebszustände 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 :

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

7 · ■

Stufensprung des Zahnräderwechselgetriebes), wobei die Momente an der zweiten und dritten Welle gleichgerichtet sein müssen,

c) i'ür die Rückwärtsgänge ist eine zur Richtungsumkehr geeignete freie Koppelwelle (vierte Welle) als Reaktionsglied über die Bremse festgelegt

Ein aus mehreren Planetearadsätzen bestehendes Differentialgetriebe das diese Bedingungen erfüllt, läßt sich leichter auslegen, da für die Erfüllung dieser Bedingungen mehrere Planetensätze zur Verfugung stehen, deren Obersetzungen untereinander variierbar sind. Die Anwendungsgrcnzcn solcher Differentiate triebe lassen sich wesentlich erweitern, ua die von mehreren Planetenradsätzen beeinflußte Momentaufteilung 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 Pianetenräder 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 1 bis 4 der Erfindung als Differentialgetriebe Verwendung finden, sind an sich bekannt (ATZ 70).

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. In Anspruch 2 ist eine konkrete Ausbildung eines erfinacngsgemäßen Differentialgetriebes 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 ebenfalls aus nur zwei einfachen Planetenradsätzen aufgebaut ist

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

Aus ATZ 70 (1968) 3, Seite 106, sind zwar 2-Steg-Umlaufgetriebe bekannt, die aber nicht als Differential für wahlweise leistungsverzweigenden 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 Anschlußwelle an das Planetengetriebe angeschlossen. Die bekannte Anordnung weist aber nur eine freie Koppelwelle auf, nimlich das Verbindungsglied 77 der beiden äußeren Zentralräder. Diese Koppelwelle is. mittelbar über eine Biumse 10 an das Kupplungsgehäuse 12 festlegbar. Eine weitere Koppelwelle bildet gleichzeitig die zweite Anschlußwelle 47.

Die verbleibende Welle 66 kann dabei keine Differentialfunktion ausführen.

Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 3 schematisch erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Schema eines Zahnräderwechselgetriebes mit einem aus zwei Planetenradsätzen bestehenden Differentialgetriebe, mit 11 Vorwärts- und 3 Rückwärtsgängen sowie mit einer zur Eingangswelle parallel in versetzte Ausgangswelle,

F i 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 Zahnräderwechselgetriebe nach F i g. 1 enthält ein Differentialgetriebe 10, das -.,.s zwei einfachen

■ lUIIVtbltl UUJUU.WII ^\S Ulli* *t# UUlg^t*^V4> tov. J^U^l V41\«i3\.l Planetenradsätze weist ein inneres Zentralrad 21 bzw. 31, einen Planetenträger 22 bzw. 32, ein äußeres Zentralrad 23 bzw. 33 und einen Satz Planetenrider 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

ίο 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 Planeienradsatzes 20, die zweite Welle 12 mit dem inneren Zentralrad 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 Welle des Differentialgetriebes dar. Das so gebildete Koppelgetriebe weist zwei Laufgrade auf, d. h. die Drehzahl an d .n Wellen 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

4-, 13 ein bestimmter Momentanteil des üingangsmomentes 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 Leistungsteile können mit Hilfe dieser Kupplungen auf der Ausgangswelle 58 des Zahnräderwechselgetriebes zusammengeführt werden (in diesem Beispiel ist noch eine konstante Untersetzungsstufe, Zahnräder 59, 60 der Ausgangswelle 58 nachgeschaltet so daß an sich erst eine weitere Welle 61 als eigentliche Abtriebswelle dient, was bei dem Getriebeprinzip unberücksichtigt bleiben kann).

Das Differentialgetriebe 10 ist mit einer Blockierkupplung 16 versehen, in deren eingerücktem Zustand der Planetenträger 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 auch während der Rückwärtsgänge eingerückt ist

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

(iang Übersetzung

(/wischen
Wellen Il
und 12)

4,786
3,821
3,050
2,446
1,963
I,.Sf) 7
1,250
1,000
0,800
0,639
0.509

Eingeschaltete Kupplungen b/w. Bremse

15 Ifi 52 54 56 5.1 55 57

X X X X

X X

X X X

X X

X X J-(iang Übersetzung

(/wischen
Wellen Il
und 12)

IR. -7,344

2. R. -3,012

3. R. -1,228

umgeschaltete Kupplungen h/v.
Hrcmse

15 16 52 54 56 53 55

X X

Wie die vorstehende Tabelle zeigt, wird die Block.erkuppliing 16 im 1, 3, 5., 7, 9. und II· Gang eingerückt und in den jeweils dazwischenliegenden Gängen ausgerückt. Bei ausgerückter Blockierkupplung ist das Differentialgetriebe wirksam und dient als Splittergetriebe zum Splittern der Gangspriinge der Gänge mit (in diesem Beispiel) ungerader Gangzahl.

Aus der Tabelle IaBt 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 Obersetzungswerte werden mit folgenden Zähnezahlen erreicht:

I'os.-Nr.: 21
Ziihne/nhl: 58

23
89

33 89

40 14

41

67

42 20

44

27

45

53

46

36

47 45

48
45

49 36

50
53

51

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 0,556fache

und die Welle 13 das 0.444fache

Eingangsmoment (Welle 11) überträgt. Die zwangsläufigen Übersetzungen, Räder 40 bis 51, wurden so bestimmt, daß sich die Übersetzungen φ⁷ für die Räder 40 und 41, φ⁵ für die Räder 42 und 43, φ³ für die Räder 44 und 45, φ^! für die Räder 46 und 47, φ-' 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 getrtebetechnisch 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 Zentralräder sind vollständig gleich, um eine rationelle, gemeinsame Herstellung zu ermöglichen.

Mit dem in F i g. 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 F i g. 1, jcuuvii um IUVfCnTiCiIIi.

Das Differentialgetriebe 10 weist vier Wellen 111, 112, 113 und 114 auf, von denen die erste Welle 111 zugleich Eingangswelle 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 ist Die erste Welle 111 des Differentialgetriebes ist mit dem Steg 122 des ersten Planetenradsatzes, die zweite Welle 112 mit dem äußeren Zentralrad 133 und die dritte Welle 113 mit den gekoppelten inneren Zentralrädem 121 und 131 des zweiten Planetenradsatzes 130 verbunden. Die das äußere Zentralrad S23 und den Steg 132 verbindende, freie Koppelwelle 114 ist mit einer Bremse 115 verbunden, die auch während des Rückwärtsganges eingerückt ist

Die Zahnräderwechselgetriebe nach F i g. 1 und 2 sind so aufgebaut daß die Ausgangswelie 58, 158 zur Eingangswelle 11,111 parallel versetzt ist Es ist jedoch auch möglich und in vielen Fäilen erwünscht die Ausgangswelie gleichachsig zur Eingangswelle anzuordnen. Ein derartiges Getriebe ist in Fig.3 anzugeben und unterscheidet sich prinzipiell vom Getriebe nach F i g. 1 durch die koaxiale Anordnung

sowie ein bestimmtes Schema der in den ein/einen Gängen eingerückten Kupplungen. Der übrige Aufbau stimmt mit dem Getriebe nach I'ig. I überein; Teile mit vergleichbarer F'unktion sind mit gleicher Hezugszahl. wie in F^; i g. I, jedoch um 200 vermehrt, bezeichnet.

line zu der /weiten und dritten WlIIc 212 b/w. 213 des DifV rentialgetricbes 210 parallele Welle 258 b/w. 258;) ist nicht mehr Ausgangswelle (wie bei Fig. I), sondern dient hier nur als Vorgelegewelle. FDie Ausgangswelle 264 ist gleichachsig /u den vVellen 212 und 21 ) des Differentialgetriebes angeordnet und kann mit der Welle 212 über eine Kupplung 265 direkt verbunden oder von der Welle 258,1 über eine /wanglüufige Getriebestufe. Zahnräder 262 und 263. angeordnet werden.

Das Kiipplungs .Schaltschema ist wie folgt:

I ingeschallctc Kupplungen h/u. Bremse 215 2Ki 252 265

Rückw. X X

I'm vierter (lang ließe sich gegebenenfalls noch dadurch erzielen, indem die Kupplungen 215 und 265 gleich/eitig eingeschaltet werden; dieser Gang würde /um dritten Gang jedoch einen — verglichen mit den anderen Gängen — vergrößerten .Stufensprung aufwei-

I I ici/ti J W:itt /.eic

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnräderwechselgetriebe mit einem leistungsteilenden 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 über Kupplungen schaltbaren Getriebestufen jeweils einen Übertragungspfad für die Zweigleistungen bilden, welche über die Schaltkupplungen auf die andere der beiden Anschlußwellen (Eingangs- oder Ausgangswelle) des Zahnräderwechselgeriebes 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 mindestens zwei gekoppelten Planetenradsätzen besteht und mindestens eine freie Koppelwelle (14, 114, 214) dieser gekoppelten Planeienradsätze über eine Bremse (15,115,2115) festlegbar ist

2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe (10) aus zwei einfachen Planetenradsätzen (20,30) besteht, ocren äußere Zentralräder (23, 33) und Planeten träger (22, 32) jew.-ils miteinander verbunden sind, wobei das ia".ere Zentralrad (21) des ersten Planetenradsatzes (20) mit de- ersten Welle (11) des Differentialgetriebes, das innere Zentralrad (31) des zweiten Planetenradsatzes (30) mit der zweiten Welle (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 Zentralräder (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 (112) verbunden ist bzw. sind und das äußere Zentralrad (123) des ersten Planetenradsatzes und damit die freie Koppelwelle (114) über die Bremse (115) festlegbar ist

4. 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.

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 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 Wechsef in einen

ι ο 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

Ib zwischen 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 zwangiäufigen 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

jo 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

r> 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. bereit.? 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 DE-OS 24 52 335 wird ein Rückwärtsgang durch ein

4¹") 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 ermögli-

vt chen.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist eine anpassungsfähigere Auslegung des Differentialgetriebes, wobei die Anwendungsgrenzen hinsichtlich realisierbarer Übersetzungen und Stufensprünge erweitert werden können

ν, und gleichzeitig ein Rückwärtsgang mit dem Differentialgetriebe gebildet werden kann.

Das Differentialgetriebe nach der Erfindung besteht aus mindestens zwei Planetenradsätzen, wobei mindestens eine freie Koppelwelle dieser gekoppelten

M) Planetenradsätze über eine Bremse festlegbar ist, um auch eine Drehrichtungsumkehr des Zahnräderwechselgetriebes zu erreichen. Ein derartiges Differentialgetriebe kann sehr verschiedenartig gestaltet sein, sofern nur folgende Bedingungen erfüllt sind: