DE3049101C2

DE3049101C2 - Zahnräderwechselgetriebe mit Leistungsteilung

Info

Publication number: DE3049101C2
Application number: DE3049101A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing.(grad.) 7996 Kehlen-Reute Schreiner; Uwe Dipl.-Ing. 7990 Friedrichshafen Staberoh
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1983-10-13
Also published as: DE3049101A1; FR2496813A1; GB2089928A; CA1178458A; FR2496813B1; US4458546A; GB2089928B; SE8107686L; AU7846581A

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe mit Leitungsteilung auf mehrere Vorgelegewellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die praktische Anwendung erfolgt vorrangig bei Zahnräderwechselgetrieben mit einer integrierten, vorgeschalteten SpHtgruppe, also mit zwei möglichen Antriebszahnrädern. Das zweite Antriebszahnrad nahe oder auf der Abtriebs-/Hauptwelle kann in einer zweiten Funktion auch noch mit dieser Abtriebs-/Hauptwelle gekuppelt werden.

Zahnrädergetriebe mit Leistungsteilung, bei denen ein Eingangsdrehmoment auf mehrere Wege aufgeteilt wird, die jeweils nur einen Teil des Eingangsdrehmomentes übertragen, ermöglichen kompaktere Bauweisen des Getriebes. Die Betriebssicherheit, das Geräuschverhalten und die Lebensdauer eines solchen Mehrweg-Zahnräderwechselgetriebes hängen jedoch in hohem Maße davon ab, daß das gewünschte Verhältnis der auf die Getriebewege aufgeteilten Diohmomentanteile im Betrieb beibehalten wird. Infolge von stets vorhandenen, fertigungsbedingten Abweichungen der Getriebewege sind konstruktive Maßnahmen zum Drehmomentenausgleich erforderlich, die übermäßige Belastung eines Getriebeweges verhindern.

Zu diesem Zweck ist bereits aus der DE-AS 10 31 075 ein Drehmomentenausgleich bei einem Zahnräderwechselgetriebe nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1 bekannt, bei dem über die Antriebswelle in Verbindung mit dem Antriebszahnrad der Drehmomentenausgleich erfolgt. Die Antriebswelle ist geteilt und besteht aus einem ersten radial gelagerten und einem zweiten radial frei beweglichen Abschnitt, wobei die Antriebsverbindung zwischen den beiden Abschnitten der Antriebswelle und zum Antriebszahnrad vorrangig über zwei Zahnkupplungen erfolgt, so daß sich das Antriebszahnrad auf diese Weise zwischen den mit ihm kämmenden Zahnrädern auf der Vorgelegewelle frei bewegen kann, und zwar sowohl senkrecht zur Achse als auch allseitig winkelbeweglich. Es kann sich daher durch den Reaktionsdruck des Zahndruckes so zwischen die beiden Zahnräder auf der Vorgelegewelle einstellen, daß die Leistung gleichmäßig auf beide Zahnräder übertragen und damit ein selbsttätiger Ausgleich des Drehmoments erreicht wird.

Drehmomentenausgleich dieser oder vergleichbarer Konstruktionen verursachen einen hohen Bauaufwand z. B. durch zusätzlich zwei Bogenzahrkupplungen. Zusätzliche Teile bewirken aber auch zusätzliche Ausfallquellen. Auch lassen sie sich nicht oder nur mit einem kaum vertretbaren Aufwand bei z. B. Zahnräder-Wechselgetrieben mit einer integrierten vorgeschalteten Splitgruppe einsetzen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Zahr.räderwechselgetriebe nach dem Oberbegriff vom Anspruch 1 so auszubilden, daß der Aufwand für den Drehmoments tenausgleich möglichst gering ist, insbesondere sollen auch geräuscherzeugende Elemente vermieden werden. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen vom Anspruch 1 gelöst.

Moderne, leistungsstarke Zahnräderwechselgetriebe sind mit Rücksicht auf die Laufeigenschaften und die Laufruhe mit Schrägverzahnung, zumindest für den Vorwärtsiahrbereich in den hohen Gängen, ausgelegt. Die axialen Kräfte aus der Schrägverzahnung müssen jedoch mit einer axialen Lagerung zwischen Antriebswelle und Gehäuse aufgenommen werden, obwohl für den eigentlichen Drehmomentenausgleich gar keine Lagerung im Getriebegehäuse notwendig wäre. Es ist allerdings zu beachten, daß eine leichtgängige radiale Schwenkbewegung ermöglicht wird. Deshalb muß anstelle einer üblichen radialen Lagerung eine geeignete axiale Lagerung ausgewählt werden. Die Antriebswelle kann wie bei jedem anderen Zahnräderwechselgetriebe ohne Leistungsteilung in einfacher Weise einstückig sein.

Weiterhin ist es üblich, die dem Zahnräderwechselgetriebe vorgeschaltete Kupplung auf der Eingangswelle des Getriebes zu lagern. Zu diesem Zweck wird ein Radiallager zwischen dem Schwungrad der Kupplung bzw. der Motorabtriebswelle und einem Zapfen auf der Eingangswelle angeordnet. Bereits allgemein übliche Toleranzen im Bereich dieses Lagers lassen infoige des relativ großen Abstandes zum Antriebszahnrad im Getriebe eine leichtgängige Schwenkbewegung dieses Antriebszahnrades zum Zwecke des Drehmomentenausgleichs zu.

Diese .evtl. nötige Schwenkbewegung wird auch nicht durch die zwischen der Nabe der Kupplungsscheibe und der Antriebswelle angeordnete z. B. Keilwelltnverzah-

nung beeinträchtigt Der Abstand von dem Antriebszahnrad zu dieser Keilwellenverzahnung ist sehr groß, und die Toleranz in dieser Kupplung im Zusammenhang mit der elastischen Verbindung der Kupplungsscheibe mit der Kupplungsnabe lassen die den Dr ;hmomentenausgleich bewirkende Schwenkbewegung zu.

Ein Vorteil ist, daß alle diese Merkmale gemeinsam oder ein großer Teil dieser Merkmale, die vom Aufwand her keine zusätzlichen Anforderungen stellen, zu einem sehr leichtgängigen Drehmomentenausgieich fahren, ohne daß die Qualität des Getriebes infolge der beabsichtigten Toleranzen — die allerdings über die allgemein üblichen nicht hinausgehen — beeinträchtigt wird. Dies drückt sich besonders in sehr guten Laufeigenschaften, einer hohen Laufruhe und einem optimalen Drehmomentenausgleich infolge dieser leichtgängigen Schwenkbewegung der Antriebswelle und damit des Antriebszahnrades aus.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und die optimale Anwendung bei komplizierteren Zahnrädergetrieben, z. B. bei Zahnräderwechselgetrieben mit integrierter vorgeschalteter Splitgruppe sind aus den Ansprüchen 2 bis 4 ersichtlich.

Ein Zahnrädergetriebe, bei dem das Antriebsritzel (Antriebszahnrad) mehrere Zahnräder auf den Vorgelegewellen zugleich antreibt und sich für den Drehmomentenausgleich frei einstellen kann, ist aus der DE-PS 3 80 178 bekannt. Dort sind die Lager für die Antriebswelle so weit voneinander entfernt, daß die Elastizität der Antriebswelle die freie Einstellung des Antriebszahnrades ermöglicht. Diese Bedingungen ergeben bei modernen Getrieben keinen ausreichenden Drehmomentenausgleich, weil der mögliche Abstand der Lager und der aus anderen Gründen notwendige Durchmesser der Antriebswelle diese Elastizität nicht entstehen lassen.

Weiter ist ein sich frei einstellbares Antriebszahnrad, das mehrere Räder auf den Vorgelegewellen zugleich antreibt, aus der DE-AS 24 19 673 bekannt. Dort ist die Antriebswelle im Getriebegehäuse radial gelagert und über eine Bogenzahnkupplung mit dem Antriebszahnrad verbunden, so daß dieses Zahnrad eine Taumelbewegung zur Erzielung des Drehmomentenausgleichs ausführen kann. Dieses Getriebe hat eine Schrägverzahnung. Mit dieser Einrichtung wird jedoch kein leichtgängiger und damit ausreichender Drehmomentenausgleich mit einer normalen Schrägung der Schrägverzahnung erreicht. Zu große Schrägungswinkel, die evtl. einen befriedigenden Drehmo.mentenausgleich herbeiführen könnten, sind jedoch aufgrund anderer Nachteile nicht möglich. Auch ist der Aufwand für eine derartige Einrichtung relativ hoch.

Ein weiterer Drehmomentenausgleich bei einem Zahnrädergetriebe ist aus der DE-OS 19 42179 bekannt. Dort schwenkt jedoch die Abtriebs-/Hauptwelle aus, und es müssen Einrichtungen an beiden Enden dieser Welle vorgesehen werden (erstes Ende — schwenkbare Lagerung; zweites Ende — frei schwimmende Lagerung). Darüber hinaus ist der Lastausgleich von der Übersetzung abhängig.

Aus dem Sonderdruck (VDI-Berichte 105 (1967), S. 57—67) der Firma BHS Hüttenwerk Sonthofen ist nach Bild 7 ein Lastausgleich infolge eines übergroßen Lagerspieles bekannt. Mit Rücksicht auf die Laufruhe ist bei modernen Getrieben eine solche einfache Lösung nicht geeignet.

Aus Untersuchungen zum Lastausgleich in Planeten-' getrieben gemäß Maschinenbautechnik 22, 1973, 8,

S. 361—366 sind viele Lösungen sowohl für die Einstellbewegung des Ritzels als auch für die des Hohlrades zum Zwecke des Lastausgleiches bekannt Keine dieser Darstellungen legt jedoch die Lösung nahe, die Antriebswelle eines Zahnräderwechselgetriebes nur in der Hauptkupplung, die zwischen Motor und Getriebe angeordnet ist, radial und am Getriebegehäuse axial zu lagern.

Die DE-OS 20 50 696 zeigt ein schwenkbares ίο Antriebsritzel, das starr mit einer Antriebswelle verbunden und über eine Kupplung angetrieben ist Die Welle schwenkt jedoch um einen Drehpunkt in der Kupplung und ist nicht in der Antriebshälfte dieser Kupplung und auch nicht im Getriebegehäuse gelagert Im folgenden werden weitere Einzelheiten der Erfindung an Ausführungsbeispielen und anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zahnrädergetriebe mit Drehmomentenausgleich in schematischer Darstellung; Fig.2 Drehmomentenausgleich durch Schwenken der Antriebswelle mit schematischer Darstellung; F i g. 2A ohne Drehmomentenausgleich; F i g. 2B mit Drehmomentenausgleich; F i g. 3 ein Drehmomentenausgleich in konstruktiver Ausführung im Bereich der Antriebswelle und des Antriebszahnrades;

F i g. 4 ein Ausschnitt aus F i g. 3 mit zwei möglichen Antriebszahnrädern auf der Antriebswelle;

Fig.5 ein Ausschnitt aus Fig.3 mit je einem möglichen Antriebszahnrad auf der Antriebswelle und auf der Haupt- bzw. Abtriebswelle.

F i g. 1 zeigt ein Zahnräderwechselgetriebe 1 mit einer Hauptkupplung 2, wobei das Antriebsdrehmoment von der Motorwelle 7 über die Hauptkupplung 2 auf die Antriebswelle 3 des Zahnräderwechselgetriebes 1 übertragen wird. Das Antriebszahnrad 4 verteilt das Antriebsdrehmoment auf die Zahnräder 61 der Vorgelegewellen 6; und über die Zahnräder 62 und das Zahnrad 53 wird das Drehmoment wieder auf der Hauptwelle/ Abtriebswelle 5 vereinigt. Im Bereich des Zahnräderwechselgetriebes 1 ist die Antriebswelle 3 nur über das Axiallager 31 am Gehäuse 11 abgestützt. Die Haupt-/ Abtriebswelle 5 ist am Gehäuse 11 zweifach gelagert.

F i g. 2 zeigt die Wirkungsweise des Drehmomentenausgleiches. In Fig.2A führen die unterschiedlichen Fertigungsabweichungen zu einem Zahnabstand f zwischen den Zähnen 410 des Antriebszahnrades 4 und den Zähnen 610 des Zahnrades auf der Vorgelegewelle 6 dann, wenn kein Drehmomentausgleich möglich ist. Das gesamte Antriebsdrehmoment wird also über die anliegenden Zähne 410', 610' sowie die Vorgelegewelle 6' auf die Zähne 620', 530' und damit auf die Abtriebswelle 5 übertragen. Die Zähne 410,610 und 620 und 530 sowie die Vorgelegewelle 6 werden an der Drehmomentübertragung nicht beteiligt.

In F i g. 2B kann die Antriebswelle 3 verschwenken, so daß sich das Antriebszahnrad 4 unter Wirkung des Antriebsdrehmomentes zwischen den Zähnen 610" der Antriebszahnräder 61 auf den Vorgelegewellen frei einstellen kann. Das Drehmoment wird also gleichmäßjg auf cjie beiden Zahnräder 61 übertragen. Die Ausschwenkung der Antriebswelle 3 beträgt dabei /-Halbe, so daß der vollkommene Lastausgleich mit einer relativ kleinen Schwenkbewegung der Antriebswelle erreicht wird.

F i g. 3 zeigt ein Zahnräderwechselgetriebe 10 mit einer Hauptkupplung 2, wobei der Bereich des Drehmomentenausßleiches konstruktiv und der übriee

Bereich schematisch dargestellt ist. Das Drehmoment wird über die Motorabtriebswelle 7 auf das Schwungrad 21 der Hauptkupplung übertragen. Bei geschlossener Hauptkupplung 2 ist die Kupplungsscheibe 26 kraftschlüssig mit dem Schwungrad 21 verbunden, und das Drehmoment wird auf die Nabe 25 und über die Keilwellenkupplung 24, 33 auf die Antriebswelle 3' übertragen, mit der das Antriebszahnrad 4' z. B. einstückig verbunden ist.

Am Zapfen 32 ist die Antriebswelle 3' über ein Radiallager 22 mit dem Schwungrad 21 der Hauptkupplung 2 verbunden. Die Lagerung im Getriebegehäuse 11 erfolgt über ein Axiallager 31. Die Antriebswelle 3' kann eine Schwenkbewegung aufnehmen, und das Antriebszahnrad 4' kann sich völlig frei unter der Wirkung des Drehmomentes zwischen den Zahnrädern 61 auf den Vorgelegewellen 6 einstellen. Das wird wie folgt erreicht:

— ein Spiel im Radiallager 22 und/oder ein Spiel zwischen dem Radiallager und dem Zapfen 32 der Antriebswelle 3' und/oder der Bohrung 23 im Schwüngrad 21 der Hauptkupplung 2,

— ein Spiel in der Keilwellenkupplung 33,24 zwischen der Nabe 25 der Kupplungsscheibe 26 und der Antriebswelle 3' und/oder der elastischen Verbindung (27) zwischen der Kupplungsscheibe 26 und der Kupplungsnabe 25,

— alle Zahnräder für den Vorwärtsfahrbereich, vorrangig im Bereich für den Drehmomentenausgleich, können schrägverzahnt sein, weil damit bessere Laufeigenschaften erreichbar sind und geringere Laufgeräusche entstehen. Die axialen Kräfte aus der Schrägverzahnung des Antriebszahnrades 4' müssen jedoch durch eine axiale Lagerung (Lager 31) vorrangig zwischen Antriebswelle 3' und Getriebegehäuse 11 abgestützt werden. Das Axiallager 31 läßt eine leichtgängige Verschwenkung der Antriebswelle 3', die einstükkig ausgeführt werden kann, zu.

Über die Schaltkupplung 8 ist die Antriebswelle 3' mit der Abtriebswelle 5 direkt verbindbar, so daß die Probleme des Drehmomentausgleiches bei dieser Schaltung nicht auftretc.i.

Die Fig.4 und 5 zeigen die Anwendung bei einem modernen Zahnräderwechselgetriebe, wobei die Leistungsteilung in zwei verschiedenen Obersetzungen — also mit zwei verschiedenen Antriebszahnrädern 41,41' auf der Antriebswelle 3" (F i g. 4) oder einem Antriebszahnrad 43 auf der Antriebswelle 3'" und einem Antriebszahnrad 51 auf der Abtriebs-/Hauptwelle 5 (Fig. 5), erfolgen kann.

In beiden Fällen ist der Schiebemuffenträger81,81 'mit der Antriebswelle 3", 3'" einteilig oder mit dieser dreh- und axialfest verbunden. Auch das jeweils erste Antriebszahnrad 41, 43 ist auf der Antriebswelle 3", 3'" gelagert, und das axiale Lager 3Γ, 31" für die Antriebswelle 3", 3'" ist so angeordnet, daß auch das erste Antriebszahnrad 41, 43 axial am Gehäuse 11 abgestützt wird und gemeinsam mit der Antriebswelle 3", 3'" die Schwenkbewegung mitmacht.
In F i g. 4 ist das zweite Antriebszahnrad 41' auf einem zweiten Zapfen 34 der Antriebswelle 3" drehbar, axialfest und radial verschiebbar angeordnet, wobei ein Axiallager 42 die Leitgängigkeit in bezug auf Drehung und radiale Verschiebbarkeit gewährleistet.
ίο Nach Fig.5 ist das zweite Antriebszahnrad 51 auf einem Zapfen 54 der Abtriebs-/Hauptwelle 5" drehbar, axialfest und radial verschiebbar angeordnet, wobei ein Axiallager 52 die Leichtgängigkeit in bezug auf Drehung und radiale Verschiebbarkeit gewährleistet.
Wenn beide Antriebszahnräder 41, 41' auf der Antriebswelle 3" angeordnet sind, ist es möglich, mit der Schaltkupplung 8 das Drehmoment über den Schiebemuffenträger 81 von der Antriebswelle 3" mit der Schiebemuffe 82 wahlweise auf das erste 41 oder auf das zweite 41' Antriebszahnrad zu leiten. Von beiden Antriebszahnrädern aus kann das Drehmoment aufgrund der schon beschriebenen Merkmale für den Lastenausgleich gleichmäßig auf die Zahnräder der Vorgelegewellen verteilt werden. Wird für die Leistungsteilung das erste Antriebszahnrad 41 benutzt, kann das zweite Antriebszahnrad 4Γ über eine zweite Schaltkupplung (nicht gezeichnet) mit der Abtriebs-/ Hauptwelle verbunden werden. Besonders bei so einer Schaltung ermöglicht das Axiallager 42 zwischen Antriebswelle 3" und zweitem Antriebszahnrad 41' den sicheren Lastenausgleich des ersten Antriebszahnrades 41 infolge der ungehinderten Schwenkbarkeit der Antriebswelle. Diese Ausführung ist weiter besonders vorteilhaft, weil sich für das Lager 42 bei Belastung nur eine Relativgeschwindigkeit ergibt und die geschalteten Gänge keinen Einfluß auf diese Relativgeschwindigkeit ausüben können.

Nach Fig. 5 ist es gleichfalls möglich, über die

Schaltkupplung 8' wahlweise das erste Antriebszahnrad 43, das auf der Antriebswelle 3'" gelagert ist, und das zweite Antriebszahnrad 51, auf der Abtriebs-/Hauptwelle (Zapfen 54) gelagert, zu schalten. Erfolgt der Lastenausgleich über das zweite Antriebszahnrad 51, ermöglicht das Axiallager 52 die Schwenkbewegung der Antriebswelle 3'" mit dem gekuppelten zweiten Antriebszahnrad 51.

Auch nach diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Antriebszahnrad 51 über eine zweite nicht gezeichnete Schaltkupplung mit der Abtriebs-/Hauptwelle 5 verbindbar und hat infolge der Lagerung auf der Abtriebs-/Hauptwelle (Zapfen 54) keinen Einfluß auf die Schwenkbewegung der Antriebswelle 3'" mit dem ersten Antriebszahnrad 43.

Die Axiallager (31,31', 31", 42,52)sind nicht auf die in den F i g. 3 bis 5 zu ersehenden Ausführungen beschränkt, sondern können z. B. auch als Gleit- oder Kugellager ausgeführt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnräderwechselgetriebe mit Leistungsteilung auf mehrere Vorgelegewellen, mit einer Hauptkupplung und mit koaxialer Antriebs- und Abtriebswelle (Hauptwelle), bei dem mindestens ein auf der Antriebswelle vorgesehenes Antriebszahnrad das Drehmoment auf mit diesem kämmende und fest mit den Vorgelegewellen verbundenen Zahnräder weiterleitet und bei dem die Antriebswelle in Verbindung mit dem jeweiligen Antriebszahnrad einen Drehmomentausgleich bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle nur im mit der Motorabtriebswelle verbundenen Schwungrad (21) der Hauptkupplung (2) radial (Radiallager 22) und am Gehäuse (11) axial (Axiallager 31) gelagert ist, wobei die axiale Lagerung (31) die freie Einstellung des jeweiligen Antriebszahnrades zwischen den Zahnrädern der Vorgelegewellen ermöglicht.

2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Getriebeeingang ein mit einer Lastausgleichseinrichtung versehenes wahlweise kuppelbares zweites Antriebszahnrad (4Γ, 51) angeordnet ist.

3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebszahnräder beidseits eines mit der Antriebswelle (3") dreh- und axialfest verbundenen Schiebemuffenträgers (81) angeordnet und über eine Schiebemuffe (82) kuppelbar sind und daß zwischen dem der Antriebswelle (5') am nächsten liegenden Antriebszahnrad (4Γ) und der Antriebswelle (3") ein weiteres Axiallager (42) mit radialer Verschiebemöglichkeit angeordnet ist (F i g. 4).

4. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebszahnräder beidseits eines mit d^r Antriebswelle (3'") dreh- und axialfest verbundenen Schiebemuffenträgers angeordnet und über eine Schiebemuffe kuppelbar sind und daß das zweite Antriebszahnrad (51) über ein Axiallager (52) und der Hauptwelle (5") radial verschiebbar angeordnet ist.