DE3521932C2 - Zahnräderwechselgetriebe - Google Patents

Zahnräderwechselgetriebe

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Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem aus DE 25 29 248 A1 bekannten Zahnräderwechselgetriebe sind im Gehäuse sechs parallele Wellen mit einer Vielzahl von Zahnrädern und drei Schaltkupplungen vorgesehen, um vier Vorwärts- und drei Rückwärts-Getriebegänge schaltbar zu machen.
Bei einem aus US 4 392 391 bekannten Zahnräderwechselgetriebe sind fünf zueinander parallele Wellen vorgesehen, um sechs Vorwärts- und drei Rückwärts-Getriebegänge zu schalten. Ferner ist bei einem der Zahnräder einer Lamellenschaltkupplung ein Zusatzzahnrad für eine niedrige Ausgangsdrehzahl der Abtriebswelle in einem niedrigen Getriebegang nötig. Die Anzahl der Zahnräder und die Notwendigkeit der fünf Wellen verteuern die Herstellung des Getriebes. Das Getriebe baut auch relativ groß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zahnräderwechselgetriebe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das trotz hoher Anzahl schaltbarer Getriebegänge kompakt ist und eine minimale Anzahl von Bauteilen aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmalen gelöst.
Da bei dieser Ausbildung die eine der drei Lamellenschaltkupplungen direkt auf der Antriebswelle angeordnet ist, wird eine zusätzliche Welle eingespart. Mit den drei Lamellenschaltkupplungen und der gegenseitigen Zuordnung der Zahnräder, kommt das Getriebe trotz sechs Vorwärts- und drei Rückwärts-Getriebegängen mit wenigen Bauteilen aus. Das in das Gehäuse integrierte und auf der Abtriebswelle angeordnete schaltbare einfache Planetengetriebe führt zu keiner nennenswerten Vergrößerung des Gehäuses und läßt eine Verdoppelung der Getriebegänge zu, wobei es nur in den niedrigen Getriebegängen arbeitet, während in den höheren Getriebegängen die Abtriebswelle über die auf der Abtriebswelle angeordnete Schaltkupplung betrieben wird. Für die Rückwärts-Getriebegänge sind zwei Zahnräder auf den beiden Vorgelegewellen in ständigem Eingriff. Das Zahnräderwechselgetriebe ist kompakt und eignet sich besonders für geländegängige Schlepperfahrzeuge.
Auf dem Gebiet der Zahnräderwechselgetriebe gibt es sehr umfangreichen weiteren Stand der Technik, z. B. DE 24 38 561 A1, GB 21 21 492 A, DE 26 19 996 C3, DE 33 20 431 A1, US 4 549 443, US 3 425 293, US 3 243 026, US 4 090 414, der jedoch dem hier betroffenen Zahnräderwechselgetriebe nicht nahekommt, weil er nur Einzelbaumerkmale zeigt, aber keine zielführenden Hinweise zur erfindungsgemäßen Lösung enthält.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist aus Anspruch 2 zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Getriebeschema eines Zahnräderwechselgetriebes,
Fig. 2 eine Seiten- und Teilschnitt­ ansicht des in Fig. 1 gezeig­ ten Zahnräderwechselgetriebes in der Schnittebene II-II von Fig. 3,
Fig. 3 eine Endansicht des Zahnräder­ wechselgetriebes in Blickrich­ tung III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Detaillängsschnitt, wobei die untere Hälfte der Fig. ein Querschnitt einer Antriebswelle und die obere Hälfte der Fig. ein Längsschnitt einer Vorgelegewelle sind,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer anderen Vorgelegewelle,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer Abtriebswelle, und
Fig. 7 ein Getriebeschema einer weiteren Ausfühnungsform.
Im Getriebeschema von Fig. 1 ist ein Gehäuse H erkennbar, in dem zueinander parallel eine Antriebswelle 1, zwei Vorgelegewellen 2, 3 und eine Abtriebswelle 4 mittels Wälzlagern gelagert sind. Die Antriebswelle 1 wird durch eine Antriebsquelle, wie eine Brennkraftmaschine E, entweder direkt oder über einen Drehmomentwandler oder dgl. angetrieben. Auf den Wellen 1, 2, 3 sind hydraulisch betätigbare Lamellenschaltkupplungen DC1, DC2, DC3 angeordnet. Die Vorgelegewelle 3 ist als Zapfwellenantrieb 3A ausgebildet und weist eine Bremse 3B und eine Schaltkupplung 3C auf. Die Abtriebswelle 4 ist über endseitige Flansche mit den Rädern eines Traktors verbindbar. Auf der Abtriebswelle 4 ist eine hydraulische Schaltkupplung CH1 und eine modulierbare Bremse CL0 vorgesehen, sowie ein einfaches schaltbares Planetengetriebe PS. Die Bremse CL0 dient als Hauptkupplung. Das Fahrzeug beginnt sich zu bewegen, wenn die Bremse CL0 eingerückt wird.
Die Lamellenschaltkupplungen DC1, DC2, DC3 sind wahlweise einseitig oder doppelseitig schaltbar. Die Lamellenschaltkupplung DC1 auf der Antriebswelle 1 enthält zwei Außenlamellenträger 10, 11, die starr mit einem großen Zahnrad 12 verbunden sind, das auf der Antriebswelle 1 mittels Wälzlager 13 drehbar gelagert ist. Die Träger 10, 11 arbeiten jeweils mit Innenlamellenträger 16, 17 zusammen (Kupplungen C2, C4). Mit dem Träger 16 ist ein Zahnrad 18 verbunden, das auch mit der Antriebswelle 1, beispielsweise durch Verkeilen, drehfest verbunden ist. Der Träger 17 ist mit einem Zahnrad 19 verbunden, das mit Wälzlager 20 drehbar auf der Antriebswelle 1 gelagert ist. Das Zahnrad 12 ist in ständigem Eingriff mit einem Zahnrad 26 der Lamellenschaltkupplung DC2 auf der einen Vorgelegewelle 2 und mit einem Zahnrad 46 der Lamellenschaltkupplung DC3 auf der anderen Vorgelegewelle 3. Auf der Antriebswelle 1 ist auch ein Zahnrad 22 drehfest angeordnet.
Die Lamellenschaltkupplung DC2 weist zwei Außenlamellenträger 24, 25 auf, an denen das Zahnrad 26 festgelegt ist, das auf der Vorgelegewelle 2 mit Wälzlager 28 drehbar gelagert ist. Zwei Innenlamellenträger 30, 31 arbeiten mit den Außenlamellenträger 24, 25 zusammen (Kupplungen C3, CR). Der Innenlamellenträger 30 und das Zahnrad 34 sind auf die Vorgelegewelle 2 aufgekeilt. Das Zahnrad 34 ist ständig in Eingriff mit dem Zahnrad 22. Der andere Innenlamellenträger 31 ist mit dem Zahnrad 36 drehfest verbunden, das auf der Vorgelegewelle 2 mittels eines Wälzlagers 38 drehbar gelagert ist und mit einem Zahnrad 51 auf der anderen Vorgelegewelle 3 kämmt. Eine Fluidpumpe 40 wird von der Vorgelegewelle 2 angetrieben, um ein Druckfluid für die Kupplungen über Muffenbohrungen oder andere Durchgänge in den Wellen zu liefern. Mit dem Druckfluid werden auch die Wälzlager geschmiert.
Die Lamellenschaltkupplung DC3 auf der Vorgelegewelle 3 enthält zwei Außenlamellenträger 44, 45, die fest mit einem Zahnrad 46 verbunden sind, das drehbar auf der Vorgelegewelle 3 gelagert ist. Zwei Innenlamellenträger 47, 48 arbeiten mit dem Außenlamellenträger 44, 45 zusammen (Kupplungen C1, C5). Der Träger 47 ist starr mit einem Zahnrad 50 verbunden, während der Träger 48 fest mit einem Zahnrad 51 verbunden ist. Beide Zahnräder 50, 51 sind drehbar auf der Vorgelegewelle 3 gelagert.
Die Zapfwellenantriebs-Schaltkupplung 3C enthält einen Außenlamellenträger 60, der fest mit dem Zahnrad 50 verbunden ist. Ein damit zusammenarbeitender Innenlamellenträger 61 ist über ein Element 62 drehfest mit der Vorgelegewelle 3 verbunden.
Die Bremse 3B enthält einen Außenlamellenträger 64, der mit dem Gehäuse H fest verbunden ist. Ein damit zusammenarbeitender Innenlamellenträger 65 ist mit der Welle 3 über das Element 62 fest verbunden. Es kann die Vorgelegewelle 3 wahlweise mit dem Gehäuse H durch die Bremse 3B oder durch die eingrückte Schaltkupplung 3C mit dem Zahnrad 50 verbunden werden. Sie wird dann von der Antriebswelle 1 angetrieben.
Das auf der Vorgelegewelle 3 gelagerte Zahnrad 51 steht in ständigem Eingriff mit dem Zahnrad 19 auf der Antriebswelle 1, sowie mit dem Zahnrad 36 auf der Vorgelegewelle 2, und auch mit einem Zahnrad 70, das drehbar auf der Abtriebswelle 4 gelagert ist.
Die Bremse CLO enthält einen Außenlamellenträger 72, der mit dem Gehäuse H gekoppelt ist, sowie einen damit zusammenarbeitenden Innenlamellenträger 74, der fest mit einem Innenzahnkranz 76 verbunden ist. Das Planetengetrieb PS enthält einen Planetenradträger 77, in dem mehrere mit dem Innenzahnkranz 76 kämmende Planetenräder 78 auf Wellen 79 gelagert sind. Ein Sonnenrad 80 ist mit dem Zahnrad 70 fest verbunden. Die Bremse CLO ist gegenüber dem Innenzahnkranz 76 des Planetengetrieb s PS axial versetzt.
Die Schaltkupplung CH1 enthält einen Innenlamellenträger 81, der fest mit der Abtriebswelle 4 verbunden ist und einen damit zusammenarbeitenden Außenlamellenträger 82, der fest mit dem Zahnrad 70 verbunden ist. Ein hydraulisch beaufschlagbares Kupplungs-Feststellelement 84 ist auf der Abtriebswelle 4 drehfest angebracht. Damit wird die Schaltkupplung CH eingerückt. Gelöst wird sie mit Feder 85 (Fig. 6).
Das Zahnräderwechselgetrieb enthält drei identische Lamellenschaltkupplungen DC1, DC2, DC3. Diese Auslegung ermöglicht eine effektive und wirtschaftliche Herstellung des Getriebes. Die Lagerhaltung von Ersatzteilen wird vereinfacht.
Das Getriebe enthält nur die vier Wellen 1, 2, 3, 4, wobei ein vertikaler Abstand von 47,5 cm zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle 1, 4 vorliegt.
Die Bremse CL0 an der Rückseite der Abtriebswelle 4 blockiert in eingerücktem Zustand den Innenzahnkranz 76 des Planetengetriebes PS. Die Bremse CL0 dient als Hauptkupplung und/oder als Einstellkupplung (inching clutch) und ist zu Wartungszwecken zugänglich, ohne daß das Getriebe aus einem Fahrzeug ausgebaut werden muß.
Die Auslegung der drei Wellen 1, 2, 3 ist dahingehend vereinfacht, daß nur eine minimale Anzahl von Keilverbindungen gebraucht wird.
Gemäß Fig. 4 ist für den Innenlamellenträger 30 eine Nabe 86 aus duktilem Gußeisen auf die Vorgelegewelle 2 aufgekeilt, die auf eine hohe Eingangsleistung bei Rückwärtsfahrt ausgelegt ist. Das Zahnrad 34 ist auf die Vorgelegewelle 2 aufgekeilt. Hierdurch vereinfachen sich das Zahnradschmieden und die Herstellung des Innenlamellenträgers 30. Eine lokale Induktionshärtung ist nicht erforderlich, da die Wellen nicht als innere Lauffläche für Wälzlager dienen. Aus Festigkeitsgründen reicht spanabhebend bearbeiteter Hartstahl aus.
Zwölf schaltbare Vorwärtsgetriebegänge ergeben sich wie folgt:
Im ersten Gang wird die Leistung über die Zahnräder 18, 50, die Kupplung C1, die Zahnräder 46, 12, die Kupplung C4, die Zahnräder 19, 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen; die Bremse CL0 blockiert den Innenzahnkranz 76 am Gehäuse H; der Träger 77 treibt die Abtriebswelle 4.
Im siebten Gang wird die Leistung über die Zahnräder 18, 50, die Kupplung C1, die Zahnräder 46, 12, die Kupplung C4, die Zahnräder 19, 59, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im zweiten Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplungen C2, C4, die Zahnräder 19, 51, 70 und das Planetengetrieb PS übertragen; die Bremse CL0 ist eingerückt.
Im achten Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplungen C2, C4, die Zahnräder 19, 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im dritten Gang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, das Zahnrad 26, das Zahnrad 12, die Kupplung C4, die Zahnräder 19, 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im neunten Gang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, das Zahnrad 26, das Zahnrad 12, die Kupplung C4, die Zahnräder 19, 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im vierten Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, das Zahnrad 50, die Kupplungen C1, C5, die Zahnräder 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im zehnten Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, das Zahnrad 50 die Kupplungen C1, C5, die Zahnräder 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im fünften Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplung C2, die Zahnräder 12, 46, die Kupplung C5, die Zahnräder 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im elften Gang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplung C2, die Zahnräder 12, 46, die Kupplung C5, die Zahnräder 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im sechsten Gang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, die Zahnräder 26, 12, 46, die Kupplung C5, die Zahnräder 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im zwölften Gang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, die Zahnräder 26, 12, 46, die Kupplung C5, die Zahnräder 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Sechs Rückwärts-Getriebegänge werden wie folgt geschaltet:
Im ersten Rückwärtsgang wird die Leistung über die Zahnräder 18, 50, die Kupplung C1, die Zahnräder 46, 12, 26, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im vierten Rückwärtsgang wird die Leistung über die Zahnräder 18, 50, die Kupplung C1, die Zahnräder 46, 12, 26, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im zweiten Rückwärtsgang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplung C2, die Zahnräder 12, 26, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und das Planetengetriebe CS übertragen.
Im fünften Rückwärtsgang wird die Leistung über das Zahnrad 18, die Kupplung C2, die Zahnräder 12, 26, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CH1 übertragen.
Im dritten Rückwärtsgang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und das Planetengetriebe PS übertragen.
Im sechsten Rückwärtsgang wird die Leistung über die Zahnräder 22, 34, die Kupplung C3, die Kupplung CR, die Zahnräder 36, 51, 70 und die eingerückte Schaltkupplung CHl übertragen.
Die drei identischen Lamellenschaltkupplungen dienen als Verbindungen zwischen einem Dreigang-Eingangsteil und einem Zwischenteil mit zwei Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang.
Die drei identischen Lamellenschaltkupplungen sind jeweils mittig angeordnet und auf Kegelrollenlagern gelagert. Jede Lamellenschaltkupplung hat ein mittiges Zahnrad 12, 46, 26, das als Gehäuse für zwei identische Beaufschlagungs-Kolben dient. Ein Kolben ist jeweils dem symmetrischen Zahnradstegabschnitt zugeordnet. Somit hat jede Lamellenschaltkupplung eine Kupplung an jeder Seite. Jede Kupplung hat ihrerseits seitlich ein Zahnrad, das sie antreibt. Die mit Fluiddruck beaufschlagbaren Kolben sind von üblicher Kugelentlastungsbauart und werden mit Federn in ihre Grundstellung gestellt, wenn der Fluiddruck aufgehoben ist. Der Durchgang des Druckfluids verläuft über radial gebohrte Öffnungen, wobei sich der Eingang, z. B. an der Schnittstelle des Zahnradstegs und der Zahnradnabe befindet.
Ist die Kupplung C1 eingerückt, dann werden alle drei Lagellenschaltkupplungen mit einem Übersetzungsverhältnis von beispielsweise 1:1.1944 gedreht. Ist die Kupplung C2 eingerückt, drehen sich die Lamellenschaltkupplungen beispielsweise mit einem Drehzahlverhältnis von 1:1. Ist die Kupplung C3 eingerückt, drehen sich die Lamellenschaltkupplungen beispielsweise mit einem Übersetzungsverhältnis von 1,1944:1.
Wie erwähnt, wird die Bremse CL0 als Haupt- oder Einstellkupplung verwendet (sie arbeitet nur in den unteren Getriebegängen). Wenn die Bremse CL0 gelöst ist, wird keine Leistung abgegeben. Mit einem gesteuerten niederen Antriebsdruck für die Bremse CL0 verblockt die Bremse den Innenzahnkranz 76 nur wenig mit dem Gehäuse H. Sie kann bei Drehmomenten durchrutschen, die beträchtlich kleiner als das maximal mögliche Drehmoment sind. Die Folge hiervon ist eine gesteuerte niedrige Abgabeleistung, bis eine maximale, vorbestimmte Schlupfdrehmomentgröße erreicht ist. Dann wird bei einem Ansteigen des Anzugsdruckes der Innenzahnkranz 76 vollständig mit dem Gehäuse H verblockt. Es wird dann die volle Leistung vom Träger 77 auf die Antriebswelle 4 übertragen.
Im Zahnräderschaltgetriebe nach Fig. 7 sind die Enden der Vorgelegewellen 3 im Gehäuse H festgelegt. Es fehlt ein Zapfwellenantrieb.

Claims (2)

1. Zahnräderwechselgetriebe, mit einem Gehäuse, in dem parallel zueinander eine Antriebswelle, zwei Vorgelegewellen und eine Abtriebswelle gelagert sind, mit jeweils einer auf der Antriebswelle und den beiden Vorgelegewellen angeordneten Lamellenschaltkupplung, die wahlweise einseitig oder doppelseitig schaltbar ist und zwei Außenlamellenträger mit einem Zahnrad sowie zwei jeweils mit einem Innenlamellenträger kuppelbare Zahnräder aufweist, wobei das Zahnrad der Lamellenschaltkupplung für die Antriebswelle mit den Zahnrädern der beiden anderen Lamellenschaltkupplungen sowie Zahnräder der Lamellenschaltkupplungen auf benachbarten Wellen jeweils paarweise in ständigem Eingriff stehen, mit einem auf der Abtriebswelle angeordneten, mit einem Zahnrad der Lamellenschaltkupplungen auf einer der beiden Vorgelegewellen in ständigem Eingriff stehenden Zahnrad, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (1) ein erstes und ein zweites Zahnrad (22, 18) drehfest angeordnet sind, von denen das erste Zahnrad (22) mit einem ebenfalls drehfest mit der einen Vorgelegewelle (2) verbundenen Zahnrad (34) ständig im Eingriff steht, und das zweite Zahnrad (18) drehfest mit dem Innenlamellenträger (16) der Schaltkupplung (DC1) verbunden ist sowie mit dem Zahnrad (50) des Innenlamellenträgers (47) der Schaltkupplung (DC3) der anderen Vorgelegewelle (3) im ständigen Eingriff steht, daß die Außenlamellenträger (10, 11; 24, 55; 44, 45) der Schaltkupplungen (DC1, DC2, DC3) auf ihren zugehörigen Wellen (1, 2, 3) drehbar gelagert sind, daß das Zahnrad (36) des Innenlamellenträgers (31) der Schaltkupplungen (DC2) der einen Vorgelegewelle (2) mit dem Zahnrad (51) des Innenlamellenträgers (48) der Schaltkupplung (DC3) der anderen Vorgelegewelle (3) in ständigem Eingriff steht und den Rückwärtsgang bildet, daß dieses Zahnrad (51) der anderen Vorgelegewelle (3) in ständigem Eingriff steht mit dem Zahnrad (19) des Innenlamellenträgers (15) der Schaltkupplung (DC1) der Antriebswelle (1) sowie dem frei drehbar auf der Abtriebswelle (4) gelagerten Zahnrad (70), und daß das Zahnrad (70) mit der Abtriebswelle (4) einerseits direkt und andererseits über ein einfaches schaltbares Planetengetriebe (PS) drehmomentübertragend verbindbar ist.
2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgelegewelle (3) als Zapfwellenantrieb (3A) ausgebildet ist, auf der die Lamellenschaltkupplung (DC3) und deren Zahnräder (50, 51) drehbar gelagert sind, und daß die Vorgelegewelle (3) wahlweise über eine Bremse (3B) mit dem Gehäuse (H) verbindbar oder über eine Schaltkupplung (3C) mit dem Zahnrad (50) des Innenlamellenträgers (47) kuppelbar ist, welches mit dem Zahnrad (18) der Antriebswelle (1) in ständigem Eingriff steht.
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