DE4228815C2 - Zweistufiges Planetengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Planetengetriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Möglichkeit einer willkürlichen Unterbrechung bzw. Einschaltung des Kraftflußweges kann beispielsweise gemäß der DE 34 35 662 A1 bei Radantrieben von solchen Fahrzeugen eingesetzt werden, die sehr unterschiedlichen Einsatzbedingungen genügen müssen. Beispielweise benötigen schwere landwirtschaftliche Zugfahrzeuge beim Einsatz auf einem Acker viele angetriebene Räder, um die wünschenswerte Traktion zu erreichen. Bei Straßenfahrt dagegen genügen wenige angetriebene Räder. Dabei ist des weiteren zu berücksichtigen, daß auf dem Acker nur langsam gefahren werden soll, während auf der Straße höhere Geschwindigkeiten wünschenswert sind.

Für derartige Fahrzeuge ist es bekannt, eine Achse bzw. wenige Achsen rein mechanisch über ein Stufenschaltgetriebe und die Räder weiterer Achsen bei Fahrt mit geringer Geschwindigkeit hydrostatisch anzutreiben. Da die hydrostatischen Motoren nicht für die Drehzahlen geeignet sind, die bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auftreten würden, muß bei schneller Fahrt der Kraftflußweg zwischen Rad und hydrostatischem Motor unterbrochen werden. Dazu dient die eingangs genannte Kupplung des Planetengetriebes.

Bei dem in der DE 34 35 662 A1 dargestellten Planeten­ getriebe sind zwei Stufen mit einem gemeinsamen Hohlrad angeordnet, welches den Getriebeausgang bildet. Die Kupplung ist zwischen dem Träger der Planetenräder der zweiten Stufe und einem stationären Teil angeordnet. Aufgrund dieser Anordnung, bei der die Kupplung mit einem im Kraftflußweg vom Getriebeeingang relativ weit entfernten Getriebeelement zusammenwirkt, muß die Kupplung im geschlossenen Zustand sehr hohe Drehmomente aufnehmen können, die aufgrund der hohen Getriebeuntersetzung ganz wesentlich größer als das am Getriebeeingang wirksame Drehmoment ist. Dementsprechend muß die Kupplung stark dimentioniert sein. Dies ist aber gleichbedeutend damit, daß vergleichsweise viel Einbauraum benötigt wird, welcher bei Radnabenantrieben jedoch regelmäßig nur beschränkt zur Verfügung steht.

Aus der US 31 15 204 ist ein zweistufiges Planetengetriebe in der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem sind das erste und das zweite Hohlrad integral miteinander verbunden. Aus der GB 14 04 063 ist ein zweistufiges Planetengetriebe dieser Art bekannt, bei welchem zwei separat ausgebildete Hohlräder vorgesehen sind. Aufgrund ihrer Bauart und insbesondere der Anordnung der Lamellenkupplung weisen diese Planetengetriebe ein verhältnismäßig großes Bauvolumen auf.

Zwar ist es aus der DE 36 38 862 A1 bekannt, an einem Hohlrad ein Ringteil vorzusehen, innerhalb dessen eine Lamellenkupplung derart angeordnet ist, daß sie mit einem weiteren Getriebeteil zusammenwirkt. Eine Verwendung dieser Merkmale zur Verringerung des Bauvolumens bei einem zweistufigen Planetengetriebe der eingangs genannten Art ist jedoch nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein Planetengetriebe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches mit geringem Bauvolumen verwirklicht werden kann und eine vergleichsweise einfache Konstruktion aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Planetengetriebe kann weitestgehend einen gleichartigen Aufbau wie ein herkömmliches zweistufiges Planetengetriebe mit zwei stationären Hohlrädern besitzen. Im Unterschied zu diesem herkömmlichen Getriebe muß lediglich das Hohlrad der ersten Stufe beweglich angeordnet und mit der Kupplung kombiniert sein, um eine stationäre Halterung dieses Hohlrades - bei geschlossener Kupplung - ermöglichen zu können. Die Kombination der Kupplung mit dem Hohlrad der ersten Stufe bietet den Vorteil, daß die Kupplung im geschlosse­ nen Zustand nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment über­ tragen muß und dementsprechend klein dimensioniert sein kann bzw. nur relativ geringe Betätigungskräfte benötigt.

Dies bietet gleichzeitig den Vorteil, daß auch eine pneuma­ tische Betätigung der Kupplung relativ leicht verwirklicht werden kann. Sollte dann am pneumatischen Betätigungsaggregat eine Leckage auftreten, kann kein mit dem Schmiermittel des Planetengetriebes unverträgliches Hydraulikmedium austreten und Schäden am Planetengetriebe hervorrufen.

Des weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Bauweise mit zwei separaten Hohlrädern vorteilhaft, daß die Verzahnungen der ersten und zweiten Stufe unterschiedlich in Anpassung an die jeweils unterschiedlichen zu übertragenden Drehmomente ausgebildet und bemessen sein können.

Das erfindungsgemäße Getriebe läßt sich auch mit geringem Bauvolumen verwirklichen. Dies gilt insbesondere, weil das erste Hohlrad von einem Ringteil bzw. Axialabschnitt am zweiten Hohlrad konzentrisch umschlossen und die Kupplung zwischen dem Ringteil bzw. Axialbereich und dem ersten Hohlrad wirksam sowie im Ringraum angeordnet ist.

Bei dieser Bauweise wird das Bauvolumen in axialer Richtung im wesentlichen durch die axialen Abmessungen der beiden Planetenträger sowie der zugehörigen Planetenräder bestimmt, während für die radialen Abmessungen der Durchmesser des zweiten Hohlrades bestimmend ist. Da die radialen Abmessungen in aller Regel unkritisch sind, weil in Radialrichtung genügend Bauraum zur Verfügung steht, und da andererseits die axialen Abmessungen die axialen Mindestabmessungen für die beiden Stufen nicht oder nur geringfügig zu überschreiten brauchen, können insgesamt optimale Raumverhältnisse gewähr­ leistet werden.

Konstruktiv vorteilhaft ist, wenn das Hohlrad der ersten Stufe mit einem Hohlradträger zentrierend gehaltert ist, welcher auf einem stationären, die Antriebswelle des ersten Sonnenrades umschließenden Rohrteil - z. B. auf dem Achstrich­ ter einer Achse - bzw. einem damit fest verbundenen Teil drehgelagert ist.

In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Hohlrad­ träger des zweiten Hohlrades auf dem stationären Rohrteil mittels einer Hülse axial gesichert ist, die dann ihrerseits das Drehlager des ersten Hohlrades bzw. des zugehörigen Hohlradträgers trägt.

Auf diese Weise kann eine einfache Montierbarkeit des erfindungsgemäßen Getriebes gewährleistet werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles hervor, welches in der Zeichnung dargestellt ist.

Dabei zeigt die einzige Figur einen Axialschnitt des erfin­ dungsgemäßen Planetengetriebes.

In der Zeichnung ist ein Radnabenantrieb dargestellt.

Dabei besitzt eine im übrigen nicht näher dargestellte Achse einen radseitigen Achstrichter 1 sowie eine darauf mittels Kegelrollenlager 2 drehgelagerte Radnabe 3, welche ein zweistufiges Planetengetriebe umschließt.

Der Achstrichter 1 umschließt eine zum Antrieb der Radnabe 3 dienende Eingangswelle 4, auf deren in der Zeichnung linkem Ende ein erstes Sonnenrad 5 drehfest angeordnet ist, welches mit Planetenrädern 6 kämmt, die einseitig auf der in der Zeichnung rechten Stirnseite eines ersten Planetenträgers 7 auf daran stirnseitig angeordneten Lagerzapfen 8 drehgelagert sind.

Über die Planetenräder 6 wirkt das erste Sonnenrad 5 mit einem ersten Hohlrad 9 zusammen.

Dieses Hohlrad 9 besitzt einen Hohlradträger 10, der mittels eines Rillenkugellagers 11 auf einer Hülse 12 drehgelagert ist, die ihrerseits mittels eines Innengewindes auf ein Außengewinde am zugewandten Ende des Achstrichters 1 aufge­ dreht ist.

Im übrigen wird der Zweck dieser Hülse 12 weiter unten erläutert.

Das Sonnenrad 5, die Planetenräder 6 sowie der zugehörige Planetenträger 7 und das Hohlrad 9 bilden die erste Stufe des Planetengetriebes.

Der Planetenträger 7 ist drehfest mit einem weiteren Sonnenrad 13 verbunden, welches dazu mit einem an ihm fest angeordneten außenverzahnten Zapfen in eine entsprechend innenverzahnte Mittelöffnung des Planetenträgers 7 eingesetzt ist.

Das Sonnenrad 13 kämmt mit Planetenrädern 14, welche einseitig auf der in der Zeichnung rechten Stirnseite eines weiteren Planetenträgers 15 auf Lagerzapfen 16 drehgelagert sind.

Der Planetenträger 15 bildet zusammen mit einem an ihm ange­ formten bzw. angeordneten Zylinderteil 17 ein zylinderförmiges Gehäuseteil, welches mittels Bolzen 18 mit der Radnabe 3 drehfest verbunden ist.

Das Sonnenrad 13 wirkt über die Planetenräder 14 mit einem weiteren innenverzahnten Hohlrad 19 zusammen, welches mittels eines Hohlradträgers 20 stationär am Achstrichter 1 gehaltert ist.

Dazu besitzt der Achstrichter 1 eine axiale Außenverzahnung 21, auf die ein hülsenförmiger Fortsatz 20′ des Hohlradträgers 20 mit entsprechender Innenverzahnung aufgeschoben und damit drehfest gehaltert ist. Zur axialen Sicherung des Hohlrad­ trägers 20 auf der Außenverzahnung 21 des Achstrichters 1 dient die Hülse 12, welche mit einem Flansch 12′ eine ringför­ mige Bodenfläche einer zugewandten Vertiefung 20′ am Hohlrad­ träger 20 übergreift.

Durch Sicherungsschrauben 22, die in entsprechende Gewindesack­ bohrungen am linken Stirnende des Achstrichters 1 eingedreht sind, wird die Hülse 12 drehfest auf dem Achstrichter 1 gesichert.

Das Sonnenrad 13, die Planetenräder 14 sowie der Planetenträger 15 und das Hohlrad 19 bilden die zweite Stufe des Planeten­ getriebes.

Im Ringraum zwischen den beiden Hohlrädern 9 und 19 ist eine Lamellenkupplung 23 angeordnet, welche einen drehfest mit dem Hohlrad 9 verbundenen ersten Lamellensatz 23′ sowie einen mit dem zweiten Hohlrad 19 drehfest verbundenen zweiten Lamellen­ satz 23′′ besitzt. Die Lamellen des ersten Lamellensatzes 23′ besitzen einen verzahnten Innenrand, welcher in eine entspre­ chende Außenverzahnung 9′ des Hohlrades 9 eingreift, so daß die Lamellen des Lamellensatzes 23′ am Hohlrad 9 undrehbar, jedoch axial verschiebbar gehaltert sind. In entsprechender Weise besitzen die Lamellen des zweiten Lamellensatzes 23′ einen verzahnten Außenrand, welcher der Innenverzahnung 19′ des Hohlrades 19 angepaßt ist und in diese Innenverzahnung 19′ eingreift, derart, daß die Lamellen des Lamellensatzes 23′ am Hohlrad 19 drehfest, jedoch axial verschiebbar gehaltert sind.

Auf der in der Zeichnung linken Seite der Lamellensätze 23′ und 23′′ ist am Hohlrad 19 ein Widerlagerring 24 axial mittels eines Ringelementes 25 gehaltert, welches in eine Innenumfangs­ nut 26 des Hohlrades 19 bzw. seiner Innenverzahnung 19′ form­ schlüssig eingreift und den Widerlagerring 24 an einer Axial­ verschiebung nach links hindert.

Zum Schließen der Lamellenkupplung 23 können die Lamellen­ sätze 23′ und 23′′ mittels eines Ringkolbens 27 nach links gegen den Widerlagerring 24 gedrängt werden.

Der Ringkolben 27 ist an seinem Außenumfang dicht in einem einstückig mit dem Hohlradträger 20 verbundenen Zylinder 28 geführt, wobei die maximale axiale Beweglichkeit des Ring­ kolbens 27 nach links durch eine Ringscheibe 29 begrenzt wird, die zwischen dem linken Stirnende des Zylinders 28 und einer innenseitigen Ringstufe des Hohlrades 19 form­ schlüssig gehaltert ist.

An seinem Innenumfang ist der Ringkolben 27 dicht auf einem zylindrischen Umfangsabschnitt der Hülse 12 geführt.

Damit wird axial zwischen dem Ringkolben 27 und dem Hohlrad­ träger 20 ein Druck- bzw. Kolbenarbeitsraum 30 gebildet, welcher über den Flansch 12′ der Hülse 12 axial durchsetzende Kanäle 31 mit einem Ringraum 32 verbunden ist, welcher zwischen der Hülse 12 und einer zugewandten Ringstufe auf der Außenseite des Achstrichters 1 frei bleibt und nach außen durch eine Ringdichtung 33 im Spaltraum zwischen dem Achstrichter 1 und dem hülsenförmigen Fortsatz 20′ des Hohlradträgers 20 abgedichtet ist. Der Ringraum 32 ist seinerseits über einen den Achstrichter 1 durchsetzenden Kanal 34 mit einer nicht dargestellten Druckquelle bzw. einem nicht dargestellten Auslaß oder einem im wesentlichen drucklosen Fluidreservoir verbindbar, so daß der Druck­ bzw. Kolbenarbeitsraum 30 entweder unter Fluiddruck gesetzt oder im wesentlichen drucklos gemacht werden kann, um die Lamellenkupplung 23 entweder zu schließen oder zu öffnen.

Bei geschlossener Lamellenkupplung 23 sind die Eingangswelle 4 und die Radnabe 3 miteinander antriebsgekuppelt. Bei geöffneter Lamellenkupplung 23 ist der Kraftflußweg zwischen Eingangswelle 4 und Radnabe 3 unterbrochen, so daß sich die Radnabe 3 gege­ benenfalls beliebig schnell drehen kann, ohne einen mit der Eingangswelle 4 antriebsgekoppelten Hydromotor oder sonstigen Antrieb überdrehen zu können.

Abgesehen von der Lamellenkupplung 23 und den zugehörigen Betätigungsorganen sowie der drehbaren Lagerung des ersten Hohlrades 9 entspricht die Konstruktion des dargestellten Planetengetriebes einem herkömmlichen zweistufigen Planeten­ getriebe mit zwei separaten stationären Hohlrädern.

Dabei können die Hohlräder 9 und 19 in praktisch gleicharti­ ger Weise auf ihren zugeordneten Hohlradträgern 10 und 20 gehaltert sein.

Wie dargestellt, kann eines der Kegelrollenlager 2 außenseitig auf dem hülsenförmigen Fortsatz 20′ des Hohlradträgers 20 angeordnet sein, um eine große axiale Länge dieses Fortsatzes und damit eine besonders stabile Halterung des Hohlradträgers 20 am Achstrichter 1 gewährleisten zu können.

Anstelle der Lamellenkupplung 23 könnte auch eine synchroni­ sierte Klauenkupplung angeordnet sein.

Die genannte Lamellenkupplung 23 kann hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.

Bei hydraulischer Betätigung wird in den Kolbenarbeitsraum 30 des Kolbens 27 hydraulisches Druckmedium eingeleitet.

Bei pneumatischer Betätigung kann der Kolbenarbeitsraum 30 mit einer pneumatischen Druckquelle verbunden werden.

In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, daß der wirksame Querschnitt des Kolbens 27 vergleichsweise groß ist und die Kupplung 23 auch bei relativ geringem Druck im Kolben­ arbeitsraum 30 mit großer Kraft geschlossen werden kann.

Claims (12)

1. Zweistufiges Planetengetriebe mit Lamellenkupplung zur Unterbrechung bzw. Einschaltung des Kraftflußweges zwischen Eingang und Ausgang des Getriebes, wobei als erste Stufe (5 bis 11) eingangsseitig ein erstes Sonnenrad (5) und ausgangsseitig ein erster Planetenträger (7) mit zwischen dem ersten Sonnenrad (5) und einem ersten Hohlrad (9) umlaufenden ersten Planetenrädern (6) und als zweite Stufe (13 bis 20) eingangsseitig ein mit dem ersten Planetenträger (7) drehfest verbundenes zweites Sonnenrad (13) und ausgangsseitig ein zweiter Planetenträger (15) mit zwischen dem zweiten Sonnenrad (13) und einem stationären zweiten Hohlrad (19) umlaufenden zweiten Planetenrädern (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hohlrad (9) von einem am zweiten Hohlrad (19) vorgesehenen Ringteil bzw. -bereich konzentrisch umschlossen und die Lamellenkupplung (23) zwischen dem Ringteil bzw. -bereich (19) und dem ersten Hohlrad (9) wirksam angeordnet ist, wobei die Lamellenkupplung (23) einen an einer axialen Außenverzahnung (9′) des ersten Hohlrades (9) drehfest, jedoch axial beweglich gehalterten ersten Lamellensatz (23′) sowie einen an einer axialen Innenverzahnung (19′) des Ringteiles bzw. -bereiches am zweiten Hohlrad (19) drehfest, jedoch axial beweglich gehalterten zweiten Lamellensatz (23′′) besitzt.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Hohlrad (19) eine axial durchlaufende einstückige Innenverzahnung (19′) aufweist, welche auf einem Axialbereich mit den zweiten Planetenrädern (14) und auf einem anderen Axialbereich mit einem zugeordneten Lamellensatz (23′′) bzw. Teil der Kupplung (23) formschlüssig verbunden ist.

3. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kupplung (23) ein ringförmiger Betätigungskolben (27) angeordnet ist, welcher die Lamellensätze (23′, 23′′) bzw. Kupplungsscheiben gegen ein am zweiten Hohlrad (19) gehaltertes ringförmiges Widerlager (24) zu drängen vermag.

4. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (27) an seinem Außenumfang in einem Zylinder (28) geführt ist, der seinerseits als Teil des Hohlradträgers (20) des zweiten Hohlrades (19) ausgebildet bzw. an diesem Hohlradträger (20) angeordnet ist.

5. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (27) innenseitig auf einer zylindrischen Außenumfangsfläche eines zur axialen Sicherung des zweiten Hohlradträgers (20) dienenden Teiles (Hülse 12) geführt ist.

6. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hohlrad (9) mit einem Hohlradträger (10) zentrierend gehaltert ist, welcher auf einem stationären, die Antriebswelle (4) des ersten Sonnenrades (5) umschließenden stationären Rohrteil (Achstrichter 1) bzw. einem damit fest verbundenen Teil drehgelagert ist.

7. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlradträger (20) auf einem die Antriebswelle (1) des ersten Sonnenrades (5) umschließenden stationären Rohrteil (Achstrichter 1) mittels einer Hülse (12) axial gesichert ist, die ihrer­ seits das Drehlager (11) des ersten Hohlrades (9) bzw. des zugehörigen Hohlradträgers (10) trägt.

8. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Planetenträger (7) bzw. die ersten Planetenräder (6) axial zwischen dem Hohlradträger (20) des zweiten Hohlrades (19) und dem zweiten Planetenträger (15) bzw. den zweiten Planeten­ rädern (14) angeordnet ist.

9. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (11) des ersten Hohlrades (9) axial zwischen dem ersten Planetenträger (7) und dem Hohlradträger (20) des zweiten Hohlrades (19) angeordnet ist.

10. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Planetenträger (15) außenseitig des zweiten Hohlrades (19) mit einem Nabenteil (3) fest verbunden bzw. verbindbar ist, welches auf der vom zweiten Planetenträger (15) abgewandten Seite des zweiten Hohlradträgers (20) unmittelbar bzw. mittelbar auf einem stationären Rohrteil (Achstrichter 1) gelagert ist, welches die Antriebswelle (4) des ersten Sonnenrades (5) umschließt.

11. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung als synchronisierte Klauenkupplung ausgebildet ist.

12. Planetenbetriebe nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (23) hydraulisch betätigbar ist.