WO2004050285A2

WO2004050285A2 - Schaltbares planetengetriebe

Info

Publication number: WO2004050285A2
Application number: PCT/AT2003/000357
Authority: WO
Inventors: Klaus Lippitsch
Original assignee: Magna Steyr Powertrain Ag & Co Kg
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2004-06-17
Also published as: WO2004050285A3; AT6828U1

Abstract

Ein schaltbares Planetengetriebe besteht aus einem Sonnenrad (1), einem mit diesem koaxialen Hohlrad (4) und einem Planetenträger (3) mit Planetenrädern (2). Um ein solches Planetengetriebe mit geringstem Bauaufwand und minimalen Kosten geräuscharm und schaltbar zu machen, sind die Achsen (13) der Planetenräder (2) in Umfangsrichtung geneigt, sind Sonnenrad (1) und Planetenräder (2) schrägverzahnt, ist der Achsenwinkel (15) zwischen der Achse (6) des Sonnenrades (1) und den Achsen (13) der Planetenräder (2) halb so gross wie der Schrägungswinkel (12) der Verzahnung des Sonnenrades (1), und ist das Hohlrad (4) zwischen den Schaltstellungen axial verschiebbar.

Description

S C H A L T B A R E S P L A N E T E N G E T R I E B E

Die Erfindung betrifft ein schaltbares Planetengetriebe, bestehend aus ei- nem Sonnenrad, einem mit diesem koaxialen Hohlrad und einem Planetenträger mit um Achsen am Planetenträger drehbaren Planetenrädern, wobei das Hohlrad in einer ersten Schaltstellung mit einem anderen Glied des Planetengetriebes verbunden ist und in einer zweiten Schaltstellung mit dem ortsfesten Gehäuse des Planetengetriebes oder einem anderen Element verbunden ist. Dabei ist vor allem, aber nicht nur, an Planetengetriebe im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen gedacht, etwa als Overdrive oder als Geländegangstufe.

Um derartige Planetengetriebe schaltbar zu machen ist es bekannt, ent- weder das Hohlrad selbst oder eine das Hohlrad umgebende Schaltmuffe axial zu verschieben. Im ersten Fall (z.B.: EP 423 863 AI) muss das Planetengetriebe geradeverzahnt sein. Es treten keine Axialkräfte auf, aber dafür die bei Geradeverzahnung unvermeidlichen Eingriffsgeräusche, die als sehr störend empfunden werden.

Der zweite Fall (z.B.: DE 19 30 988 AI) tritt ein, wenn das Planetengetriebe schrägverzahnt ist. Die dadurch am Hohlrad auftretenden Axialkräfte machen ein Verschieben des Hohlrades praktisch unmöglich. Selbst wenn das Verschieben gelingt, sind aufwendige Verriegelungsvorrichtungen nötig, um es auch in der jeweiligen Stellung zu halten. Dazu kommt noch, dass die Abstützung der Axialkraft am Umfang des Hohlrades wegen dessen großem Durchmesser sehr hohe Anforderungen an die dazu bestimmten Lager stellt. Axialkräfte am Hohlrad sind daher besonders hinderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Planetengetriebe mit geringstem Bauaufwand und minimalen Kosten geräuscharm und schaltbar zu machen.

Erfϊndungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass die Achsen der Planetenräder in Umfangsrichtung geneigt sind,

Sonnenrad und Planetenrad schrägverzahnt sind, der Achsenwinkel zwischen Sonnenrad und Planetenrad halb so groß wie der Schrägungswinkel der Verzahnung des Sonnenrades ist, und das Hohlrad zwischen den Schaltstellungen axial verschiebbar ist.

Aus der DE PS 720 040 ist ein Planetengetriebe mit Lastausgleich zwischen den einzelnen Planetenrädern durch deren Verschieben auf in Um- fangsrichtung geneigten Achsen bekannt. Dabei können auch schrägverzahnte Zahnräder Verwendung finden. Die Axialkräfte sind hier erwünscht, weil sie über eine Ausgleichsscheibe den Ausgleich der Belastung der einzelnen Planetenräder bewirken.

Dank der geneigten Achsen der Planetenräder gemäß der Erfindung aber können Axialkräfte minimiert werden. Dadurch können schrägverzahnte Zahnräder eingesetzt werden, ohne dafür mit schwer beherrschbaren Axialkräften bezahlen zu müssen. Der Achsenwinkel ist als Differenz bezie- hungsweise Summe der Schrägungswinkel der Verzahnungen im jeweiligen Eingriffspunkt zweier Zahnräder definiert.

Die Schrägungswinkel der Zahnräder können so gewählt sein, dass eine beherrschbare, kleine, Axialkraft auf das Hohlrad wirkt, wodurch das Schalten beeinflusst werden kann, oder so, dass - von unvermeidlichen Reibungskräften abgesehen oder diese sogar kompensierend - praktisch keine Axialkraft auf das Hohlrad wirkt. Dann ist der Schrägungwinkel der Verzahnung des Hohlrades gerade so groß, also sehr klein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schrägungwinkel der Verzahnung des Hohlrades gleich Null, es ist geradeverzahnt (Anspruch 2). Damit wird einfaches Schalten und eine erhebliche Senkung der Herstellungskosten erreicht.

Wenn hier von schrägverzahnten Zahnrädern die Rede ist, so ist das im weiteren Sinne zu verstehen. Da es sich um Zahnradpaare handelt, deren Achsen nicht in einer Ebene liegen, also windschief sind, sind die Zahnräder im allgemeinen Fall Schraubräder. Der Begriff Schraubräder ist hier unter dem Begriff schrägverzahnte Zahnräder subsurnmiert. Beim Kämmen von Schraubrädern findet nicht nur ein Abwälzgleiten, sondern auch ein Schraubgleiten statt, was das Eingriffsgeräusch weiter vermindert.

Es wird aber noch ein weiterer Vorteil erzielt. Durch das Schraubgleiten weitet sich der theoretische Eingriffspunkt zu einer großen Berührellipse aus, was ebenfalls der Tragfähigkeit zugute kommt. Sie fällt dadurch nicht unter die einer Geradeverzahnung im engeren Sinn ab. Vorzugsweise beträgt der Achsenwinkel zwischen Sonnenrad und Planetenrad zwischen 5 und 25 Winkelgraden (Anspruch 3), in einer Auslegung auf höchsten Wirkungsgrad und beste Verschleiß- und Festigkeitseigenschaften sind es zwischen 15 und 20 Grad.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind am Planetenträger Kegelräder gelagert, die mit koaxialen Kegelrädern kämmen, von denen jedes mit einem Antriebsstrang antriebsverbunden ist (Anspruch 4). Auf diese Weise lässt sich ein zweistufiges Planetengetriebe auf kleinstem Raum mit einem Differentialgetriebe vereinigen, beispielsweise in einem Verteilergetriebe für ein Allradfahrzeug.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 : eine axonometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes, Fig. 2: einen achsnormalen Schnitt zu Fig. 1,

Fig. 3: einen Schnitt nach III-III in Fig. 2, Fig. 4: Detail IV in Fig. 3, schematisch und vergrößert, Fig. 5: eine axonometrische Ansicht eines weiteren Ausführungbeispieles des erfindungsgemäßen Planetengetriebes, Fig. 6: einen achsnormalen Schnitt zu Fig. 5,

Fig. 7: einen Schnitt nach VII-VII in Fig. 6.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist das Sonnenrad des erfindungsgemäßen Planetengetriebes mit 1 bezeichnet, die Planetenräder mit 2 und das Hohlrad mit 4. Die Planetenräder 2 sind drehbar auf einem hier nicht (wohl aber in Fig. 7) sichtbaren Planetenträger 3 gelagert. Das Hohlrad 4 ist an seinem äußeren Umfang mit einer Ringnut 5 versehen, in die eine nicht dargestellte Schaltgabel zum Verschieben desselben einführbar ist. Das Sonnenrad hat eine Nabe 7, in deren Innerem eine Innenverzahnung 8 für die Aufnahme einer nicht dargestellten Welle vorgesehen ist. Das Hohlrad 4 und das Sonnenrad 1 sind um die gemeinsame Hauptachse 6 des Planetengetriebes drehbar. In Fig. 3 ist bereits zu erkennen, dass die Drehachse 13 der Planetenräder 2 zur Hauptachse 6 nicht parallel ist.

Fig. 4 zeigt die besonderen geometrischen Verhältnisse im Detail. Das Sonnenrad 1 kämmt mit den Planetenrädern 2, insbesondere mit dem mit 2* bezeichneten Planetenrad, der entsprechende Eingriffspunkt 10 ist auf der dem Betrachter abgewandten Seite des Planetenrades 2*. Die Sonnen- räder 2 sind schräg verzahnt, die Linie 11 zeigt den Verlauf des gerade im Eingriffspunkt 10 befindlichen Zahnes, der Schrägungswinkel des Sonnenrades ist mit 12 bezeichnet. Das Planetenrad 2* ist um die Achse 13 drehbar und ebenfalls schrägverzahnt. Sein dem Betrachter zugewandter Zahn 14 schließt mit der Drehachse 13 einen Winkel 15 ein, das ist der Schrägungswinkel der Verzahnung des Planetenrades. Auf der dem Betrachter abgewandten Seite des Planetenrades 2* hat der gerade im Eingriffspunkt 10 befindliche Zahn die Richtung 16, die gleich der Richtung des Zahnes des Sonnenrades 1 ist. Der Winkel zwischen diesem Zahn und der Drehachse 13 ist mit 15' bezeichnet und gleich dem Winkel 15.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat der dem Betrachter zugewandte Zahn die Richtung 14, welche parallel zur Hauptachse 6 und in der Figur mit dieser deckungsgleich ist. Dieser Zahn kämmt mit den innenliegenden Zähnen des darüberliegenden und daher in dieser Figur nicht sichtbaren Teiles des Hohlrades 4. Dessen Schrägungswinkel ist hier als Sonderfall gleich Null, das heißt, es handelt sich um ein geradeverzahntes Hohlrad. Die Wahl der Schrägungswinkel und der Achswinkel könnte aber auch so getroffen sein, dass die Zähne 17 des Hohlrades 4 eine sehr geringe bis geringe Schrägung haben, was unter Umständen das Schalten in einer bestimmten Richtung unterstützt oder erleichtert und Reibungskräfte kompensiert oder nutzt. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel aber ist die Innenverzahnung des Hohlrades 4 eine gerade Verzahnung, wodurch ein Schalten des Planetengetriebes durch einfaches axiales Verschieben des Hohlrades möglich ist. Damit ist es gelungen, alle Vorteile einer Schrägverzahnung einzuheimsen, und trotzdem durch axiales Verschieben des Hohlrades 4 das Getriebe schalten zu können. Dabei kann das Schalten durch Verschieben des Hohlrades durch eine an dessen großem Durchmesser besonders wirksame Synchronisierung unterstützt werden. Eine axiale Abstützung des Hohlrades, die bei dessen großem Durchmesser besonders anspruchsvoll wäre, ist aber entbehrlich.

Fig. 5, 6 und 7 zeigen das Planetengetriebe der vorhergehenden Figuren in einer Anwendung, in der es mit einem Differentialgetriebe kombiniert ist. Gleiche Teile sind wie in den vorhergehenden Figuren bezeichnet, der eingangs erwähnte Planetenträger 3 ist in Fig. 7 sichtbar. Ebenso die nun materialisierten Planetenradachsen 21, die hier fest im Planetenträger 3 steckende Zapfen sind. Weiters - Fig. 6 - sind zwischen den drei Planetenrädern 2 erste Kegelräder 24 um radiale Achsen 23 drehbar angeordnet. Sie bilden die Ausgleichsräder des Differentiales und kämmen beiderseits mit je einem zweiten Kegelrad 25, von dem in Fig. 7 nur eines zu sehen ist, das zweite ist vom Planetenträger 3 verdeckt. Jedes der zwei Kegelräder 25 ist mit einer Ausgangswelle 26,27 verbunden, welche jeweils zu einem Antriebsstrang führt bzw. ein Teil dessen ist. Die Wellen 26,27 sind ebenso wie die nicht dargestellten Wellen, um die sich der Planetenträger 3 und das Sonnenrad 1 drehen, in einem nicht dargestellten nicht rotierenden Gehäuse drehbar gelagert.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Schaltbares Planetengetriebe, bestehend aus einem Sonnenrad (1), einem mit diesem koaxialen Hohlrad (4) und einem Planetenträger (3) mit um Achsen am Planetenträger drehbaren Planetenrädern (2), wobei das Hohlrad (4) in einer ersten Schaltstellung einem anderen Glied des Planetengetriebes und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Gehäuse des Planetengetriebes oder einem anderen Element verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Achsen (13) der Planetenräder (2) in Umfangsrichtung geneigt sind, b) Sonnenrad (1) und Planetenräder (2) schrägverzahnt sind, c) der Achsenwinkel (15) zwischen der Achse (6) des Sonnenrades (1) und den Achsen (13) der Planetenräder (2) halb so groß wie der Schrägungswinkel (12) der Verzahnung des Sonnenrades (1) ist, und d) das Hohlrad (4) zwischen den Schaltstellungen axial verschiebbar ist.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägungswinkel des Hohlrad im Wesentlichen Null ist (geradeverzahnt).

3. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsenwinkel (15) zwischen der Achse (6) des Sonnenrades (1) und den Achsen (13) der Planetenräder (2) zwischen 5 und 25 Winkelgrade beträgt.

4. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Planetenträger (3) erste Kegelräder (24) gelagert sind, die mit zweiten Kegelrädern (25 kämmen, deren Achsen mit der Hauptachse (6) kongruent sind und von denen jedes mit einem Antriebsstrang (26,27) verbunden ist.