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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Planetenradnabe für den Antrieb
des Antriebsrades eines Nutzfahrzeuges oder dergleichen.
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Es
ist allgemein bekannt, dass Planetenradnaben für den Antrieb eines Nutzfahrzeuges,
wie zum Beispiel für
einen Straßenpflasterfahrzeugtyp,
in einigen Anwendungen ein eingebautes Zweigeschwindigkeitsgetriebe
besitzen, das es ermöglicht, zwei
verschiedene Drehzahlgeschwindigkeiten zuzulassen, das heißt, eine
niedrige oder Betriebsdrehzahl und eine hohe oder Fahrgeschwindigkeitsdrehzahl
zu erhalten.
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Die
derzeit allgemein im Einsatz befindliche Planetenradnabe umfasst
ein Schaltgetriebe, das mittels eines einstufigen Verbundplanetengetriebes bereitgestellt
wird, welches zu einem zweistufigen Fixierring-Planetenradgetriebe
vorgeschaltet angeordnet ist, das mittels zwei hydraulischen Kupplungen betätigt wird,
welche die zwei erforderlichen Betriebsgeschwindigkeitsdrehzahlen
in der ausführenden Praxis
zur Verfügung
stellen.
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Gewöhnlich gilt,
wenn eine Kupplung betätigt wird,
wird die Antriebssteuerung vom Eingangssonnenrad zum Abtriebsradträger direkt übertragen
und somit erfolgt eine direkte Übertragung,
die eine direkte Geschwindigkeitsdrehzahl bereitstellt, während, wenn
die weitere Kupplung geschlossen ist, das Hohlrad des Umlaufgetriebesystems
gesperrt ist und ein vierfaches Untersetzungsverhältnis zur
Verfügung
gestellt wird, das der niedrigen Geschwindigkeitsdrehzahl entspricht.
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Beide
Kupplungen sind ein Negativantriebstyp, das heißt, sie sind Kupplungen, die
normalerweise über
Federn im Ruhezustand geschlossen sind und durch einen hydraulischen
Druck geöffnet werden
können,
so dass, wenn kein Antriebsdruck vorhanden ist, beide Kupplungen
geschlossen bleiben und die Feststellbremsfunktion ausführen.
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Diese
Art des Betriebsaufbaus umfasst einige Probleme. Insbesondere sind
die Kupplungen in der Regel für
das Kuppeln bemessen, wenn sich der Motor nicht dreht, da es auch
nicht erforderlich ist, deren Betriebsbereich zu wählen, wenn
sich der Motor gerade bewegt. Jedoch aufgrund der Tatsache, dass
der Antrieb über
die Kupplungen betätigt
wird, was in der Praxis nicht harmoniert, wird eine unsachgemäße Anwendung
der erwähnten
Kupplungen zugelassen, und zwar während sich der Motor bewegt, was
demzufolge zu einem schnellen Abnutzungsverschleiß/Ruinieren
der Kupplungen führt.
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Darüber hinaus
ist das Bereitstellen des Antriebs über die Kupplungen eine heikle
und kostspielige Angelegenheit, verbunden mit einer enormen, mechanischen
Komplexität,
die bezüglich
der Funktionseinrichtungen große
Kosten mit sich bringt, die in der Praxis nicht notwendig wären.
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Die
Patentdokumentation US-A-5 024 636 beschreibt eine Planetenradnabe
für den
Antrieb des Antriebsrades eines Nutzfahrzeuges oder dergleichen
mit einer vorgeschalteten, zweistufigen Drehring-Reduziereinheit
(100), einem Schaltgetriebe (51) mit einem Fixierring-Planetenradgetriebe,
das mindestens zwei Stellungen aufweist, die jeweils mit der hohen
bzw. der Fahrgeschwindigkeitsdrehzahl und der niedrigen bzw. der
Betriebsdrehzahl korrespondieren.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, das vorstehend erwähnte Problem
zu lösen,
indem eine Planetenradnabe für
den Antrieb des Antriebsrades eines Nutzfahrzeugs oder dergleichen
zur Verfügung gestellt
wird, welches ein Schalten zwischen der Betriebsdrehzahl und der Übertragungsgeschwindigkeit zulässt, ohne
auf die Anwendung von zwei Kupplungen zurückgreifen zu müssen, sondern
indem nur ein mechanischer Antrieb mit einer hydraulischen Vorselektion
bereitgestellt wird, wobei sehr geringe Kosten anfallen und nicht
nur deren Herstellung, sondern auch deren Betrieb vereinfacht wird.
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Bei
diesem Ziel ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung eine Planetenradnabe
vorzusehen, in der sich die Durchlaufgeschwindigkeit und der Betätigungsdruck
des Antriebs nicht auf den Betrieb des Schaltgetriebes auswirken
können,
da diese nur während
der Vorselektion fungieren.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Planetenradnabe
bereitzustellen, in der das Schalten unabhängig von dem Belastungszustand
des Getriebes angefordert werden kann, da, wenn das Getriebesystem
dem Drehmoment unterliegt, das Getriebe infolge der Schaltungsanforderung
in der aktuellen Geschwindigkeit solange eingestellt bleibt, bis
die Drehmomentbedingungen eintreten, welche den Schaltvorgang in
die vorselektierte Geschwindigkeitsdrehzahl erlauben.
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Eine
weitergehende Aufgabe der Erfindung ist es, eine Planetenradnabe
für den
Antrieb des Antriebsrades eines Nutzfahrzeugs oder dergleichen vorzusehen,
die aufgrund von deren besonderen Konstruktionsmerkmalen in der
Lage ist, während des
Einsatzes die beste Gewährleistung
bezüglich Zuverlässigkeit
und Sicherheit zu geben.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Planetenradnabe, wie in den anhängenden Patentansprüchen aufgeführt ist,
zur Verfügung
gestellt.
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Weitere
kennzeichnenden Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachstehend detaillierten Beschreibung einer bevorzugten,
jedoch nicht ausschließlichen,
Ausführungsform
einer Planetenradnabe für
den Antrieb des Antriebsrades eines Nutzfahrzeugs oder dergleichen noch
besser verstanden, die lediglich anhand eines nicht einzuschränkenden
Ausführungsbeispiels
mit den zugehörigen
Zeichnungen veranschaulicht wird, welche zeigen:
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1 ist
eine schematische Schnittansicht der Planetenradnabe gemäß der Erfindung
in der hoch selektierten Geschwindigkeitsdrehzahl.
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2 ist
eine Detailansicht des Schaltgetriebes in der hoch selektierten
Geschwindigkeitsdrehzahl.
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3 ist
eine Ansicht des Schaltgetriebes in der niedrig selektierten Geschwindigkeitsdrehzahl.
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Mit
Bezug auf die Figuren umfasst die allgemein mit Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
Planetenradnabe für
den Antrieb des Antriebsrades eines Nutzfahrzeugs oder dergleichen
eine zweistufige Drehring-Reduziereinheit, die allgemein mit Bezugszeichen 2 beziffert
ist, zu der ein Schaltgetriebe mit einem Planetenradgetriebe vorgeschaltet
angeordnet ist, das mit Bezugszeichen 3 allgemein spezifiziert
ist.
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Eine
Feststellbremse 4 befindet sich zwischen der Reduziereinheit 2 und
dem Schaltgetriebe 3 und ist in Bezug auf deren Antriebseingang
von dem Schaltgetriebe 3 nachgeschaltet angeordnet.
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Im
Einzelnen weist das Schaltgetriebe 3 ein Sonnenrad 10 auf,
welches mit einer Antriebseingangswelle verbunden werden kann.
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Das
Sonnenrad 10 steht mit den Planetenrädern 11 in Eingriff
und greift in ein feststehendes Hohlrad 12 ein, das mit
dem äußeren Gehäuse 13 des
Schaltgetriebes 3 der Getriebebaugruppe verbunden ist,
die als Rumpfgruppenmodul zusammengesetzt, eingestellt und separat
getestet wird. Die Getriebebaugruppe wird mittels Verriegelungsschrauben 14 zuvor
eingepasst und zusammengesetzt und anschließend mit der Nabe 15 des
Rades 1 mittels Felgenpassschrauben verbunden, die mit
Bezugszeichen 16 gekennzeichnet sind.
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Die
Getriebebaugruppe bildet im Innern eine Kammer 20 aus,
in der sich ein Kolben 21 bewegen kann, wobei der erwähnte Kolben
so ausgelegt ist, dass er mit einer Muffe 22 zusammenwirkt,
die Frontzähne 23 aufweist,
welche mit den entsprechenden Komplementärzähnen 24 koppeln können, die über das
Sonnenrad 10 ausgebildet sind, und mit Umfangszähnen 25,
welche mit den entsprechenden Umfangskomplementärzähnen 26 koppeln können, die über den
Radträger 27 ausgebildet
sind.
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Der
Kolben 21 bildet einen Schulteransatz 30 aus,
gegen den eine Stoßfederung 31 einwirkt,
wobei die erwähnte
Stoßfederung
an deren anderem Ende gegen einen feststehenden Schulteransatz 32 einwirkt,
der durch eine Unterseite 33 ausgebildet ist, welche mit
dem Außengehäuse 13 starr
verbunden ist.
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Im
Innern der Stoßabfederung 31 ist
außerdem
eine Kompensationsfeder 40 vorhanden, die zwischen einer
Retentionsscheibe 50, die an dem Röhren-Ende 51 der Muffe 22 durch
einen Arretierring 52 fixiert gehalten wird, und einer
Gleitscheibe 53 einwirkt, die mit einem Innenanschlag 52 des Schulteransatzes
und mit einer Positioniereinrichtung 55, die auf der Muffe 22 ausgebildet
ist, in Wechselwirkung stehen.
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Es
sei angemerkt, dass der Schulteransatz 30 des Kolbens – auf der
gegenüberliegenden
Seite in Bezug auf den Innenanschlag 54 – mit einer
Ausnehmung 61 in Eingriff kommt, die auf der Muffe 22 ausgebildet
ist.
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Wenn
bei dieser beschriebenen Anordnung kein Druck in der Kammer 20 (2)
vorhanden ist, schiebt die Stoßabfederung 31 den
Kolben 21 (in Bezug auf die Zeichnungen auf der linken
Seite) an, welcher wiederum die Muffe 22 anschiebt, welche
die Frontzähne 23,
die mit einem beträchtlichen
Umfangszahnspiel maschinell ausgearbeitet sind, in die Richtung
zu den Komplementärzähnen 24 bewegt, welche
infolge der kleinen Relativrotationen bei den Baugruppenelementen
mit den Fronzähnen 23 ineinander
greifen und eine Verkopplung herbeiführen, die von der Stoßabfederung 31 in
einer ausführenden Praxis
betätigt
wird.
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Die
hohe Geschwindigkeitsdrehzahl wird unter diesen Bedingungen bereitgestellt,
da die Antriebssteuerung direkt von dem Sonnenrad entnommen wird,
und da die Welle 70, die mit der Muffe 22 starr
verbunden ist und mit dem Sonnenrad 10 über das eingeschobene Lagerelement 71 in
Eingriff steht, gedreht wird.
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Wenn
der Druck in die Kammer 20 eingespeist wird, bewegt sich
der Kolben 21 durch die Überwindung der Federbelastung 31 nach
rechts (in Bezug auf die Zeichnungen) und über die bewegliche Gleitscheibe 53 wird
die Kompensationsfeder 40 belastet, welches auf die Muffe
eine Zuglast in der Ausführungspraxis
beaufschlagt, die eine translatorische Antriebssteuerung herbeiführt, bis
die Umfangszähne 25 mit
den Umfangskomplementärzähnen 26 in Eingriff
sind.
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Wie
bereits vorstehend bezüglich
der komplementären
Frontzähne
beschrieben wurde, sind auch die Umfangskomplementärzähne mit
einem beträchtlichen
Umfangszahnspiel maschinell ausgearbeitet, so dass es möglich ist,
ein leichtes Ineinandergreifen herbeizuführen, sobald kleine Bewegungen stattfinden.
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Auf
alle Fälle
steht die Kompensationsfeder unter Vorspannung und vollendet die
translatorische Bewegung der Muffe, sobald dies möglich gemacht wird.
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Es
sei angemerkt, dass die Scheiben 53 und 50 in
Bezug auf die Muffe gleiten, aber andererseits sich in Bezug auf
die Muffe nur starr drehen können.
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Bei
dieser beschriebenen Anordnung wird eine temporäre Neutralstellung immer während der Drehzahlschaltung
bereitgestellt, jedoch ist diese Stellung nicht stabil, da, wenn
kein Druck in den Kreisläufen
vorhanden ist, der in die Kammer 20 zugeführt werden
kann, die Stoßfederung 31 bewirkt, dass
sich die Muffe mit dem Sonnenrad verbindet.
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Wenn
das Schalten aus der hohen Geschwindigkeitsdrehzahl in die niedrige
Betriebsdrehzahl erfolgt, geht zuerst der Antriebsdruck vom Normalwert
des Gegendrucks, der in dem Kreislauf bleibt und beispielsweise
5 Bar beträgt,
zu einem Antriebswert über,
der beispielsweise 20 Bar beträgt.
Bei dem am wenigsten bevorzugten Fall, wobei die Frontzähne mit
den komplementären
Frontzähnen
gekoppelt bleiben, würde
die Bewegung des Kolbens 21 in eine Vorspannlast für die Federungen 31 und 40 umgewandelt,
so dass, sobald das Ineinandergreifen beendet ist, die Muffe von
den Federungen solange bewegt wird, bis sich die niedrige Drehzahl
einschaltet. Diese Bedingung beseitigt die Vorspannlast auf der Kompensationsfeder 40,
welche zwischen den Anschlägen 52 und 55 mittels
der Scheiben 50 und 53 begrenzt ist.
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Wenn
das Schalten aus der niedrigen Betriebsdrehzahl in die hohe Fahrgeschwindigkeitsdrehzahl
erfolgt, geht der Antriebsdruck von 20 auf 5 Bar über und
die hydraulische Belastung auf dem Kolben wird erheblich reduziert,
so dass der Kolben und die Muffe sich nach links bewegen, wobei
sie durch die Schubkraft bewegt werden, die von der Stoßfederung 31 beaufschlagt
wird. Die aufgrund des Gegendrucks des Antriebskreislaufs erfolgte
Belastung muss von der Schubkraft solange weggenommen werden, bis
ein Ineinanderverzahnen eintritt. Bei diesem Schritt greift die
Kompensationsfeder 40 nicht ein.
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Wie
bekannt ist, wird eine Feststellbremse zwischen der zweistufigen
Reduziereinheit 2 und dem Schaltgetriebe 3 angeordnet.
Die erwähnte Feststellbremse
ist ein Negativantriebstyp und steht daher normal in Ruhestellung
in Eingriff. Darüber
hinaus wird die Bremswirkung durch die zum Schaltgetriebe nachgeschaltete
Anordnung der Feststellbremse nicht von irgendwelchen Fehlfunktionen
des Schaltgetriebes beeinflusst und somit wird die Sicherheit verbessert.
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Es
sei außerdem
angemerkt, dass, wie bereits erwähnt,
die neutrale Betriebsbedingung nur vorübergehend besteht, und dass,
wenn sogar das hydraulische Antriebssystem versagt, die Einstellung der
hohen Geschwindigkeitsdrehzahl immer noch gewährleistet und somit die Sicherheit
verbessert wird.
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Darüber hinaus
ermöglichen
die Frontzähne, die
vorzugsweise ein Zinkenprofil aufweisen, und die Umfangszähne, die
ein Doppelschnittpunktprofil [Selbstberührungspunktprofil] besitzen,
dass der Eingriff immer positiv ist. Dies stellt sicher, dass eine
versehentliche Entkopplung während
der Übertragung des
Drehmoments nicht eintreten kann.
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Außerdem werden,
aufgrund des Eingriffssystems während
des beaufschlagten Drehmomentvorgangs, die axialen Schubbelastungen
mit den Kopplungszähnen
ausbalanciert, ohne dass auf den Profilausschnittbereich zwischen
der Muffe und dem Kolben eingewirkt wird, und somit wird jeder eventuelle
Verschleiß verhindert.
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Es
sei zusätzlich
angemerkt, dass die Lagerelemente 72 und 73 so
bereitgestellt sind, dass diese sich jeweils zwischen dem Sonnenrad 10 und
dem Radträger 27 und
zwischen dem Radträger 27 und dem
Außengehäuse 13 befinden,
wobei die genannten Lagerelemente so ausgelegt sind, um den Radträger und
das Sonnenrad axial starr verbinden zu können, und um die axialen Schubbelastungen
zu tragen, die zwischen den Kopplungszähnen ausgetauscht werden und
vor der eigentlichen Verkopplung auftreten.
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Darüber hinaus
weist das Lagerelement 72 ein beträchtliches Radialspiel auf,
um so einen bestimmten Umfang an radialem Freiraum für das Sonnenrad
zuzulassen, und um dennoch dessen axiale Arretierung zu gewährleisten.
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Das
Lagerelement 71 stellt zwischen der Muffe 22,
dem Eingangssonnenrad und dem Radträger die Rundlaufgenauigkeit
sicher und gewährleistet demzufolge
den korrekten Betriebsvorgang der Kopplungszähne 23, 24 und 25, 26.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung geht somit klar hervor, dass die Erfindung
die beabsichtigten Ziele und Aufgaben erfüllt, und insbesondere, dass
ein Radmotor zur Verfügung
gestellt wird, bei dem es möglich
ist, eine Vorselektion durch die Anwesenheit eines einzigen Kolbens
zu treffen, und zwar ohne dass man auf die Anwesenheit von zwei Kupplungen
zurückgreifen
muss, welche die bisher zu verzeichnenden, mechanischen und praktischen Betriebsprobleme
aufweisen.
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Die
so konzipierte Erfindung lässt
zahlreiche Modifikationen und Varianten zu, die jedoch dem Schutzumfang
der anhängenden
Patentansprüche unterliegen.
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In
der Betriebspraxis können
die eingesetzten Materialien sowie die zufällig gewählten Profile und Dimensionen
entsprechend den Anforderungen in jeglicher Art machbar sein.
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Wenn
den in irgendeinem Patentanspruch erwähnten, technischen Merkmalen
ein Bezugszeichen nachsteht, sind diese Bezugszeichen nur zum Zwecke
des besseren Verständnisses
der Patentansprüche
hinzugefügt
worden. Demzufolge haben derartige Bezugszeichen keine einschränkende Auswirkung
auf die Auslegung eines jeden Elements, das aufgrund eines Ausführungsbeispiels
durch derartige Bezugszeichen gekennzeichnet ist.