DE102007045670A1

DE102007045670A1 - Getriebe

Info

Publication number: DE102007045670A1
Application number: DE102007045670A
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Claus Dr.-Ing. Müller
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (1) mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (3), wobei zwischen Eingangswelle (2) und Ausgangswelle (3) mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können und wobei das Getriebe (1) mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) mit jeweiligen Sonnenrädern (6, 7), Planetenrädern (8, 9) und Hohlrädern (10, 11) aufweist. Um bei einem derartigen Getriebe eine automatische Gangwahl bei einfachem Aufbau zu erlauben, sieht die Erfindung vor, dass die Hohlräder (10, 11) der mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) stets drehfest miteinander und mit der Ausgangswelle (3) verbunden sind, wobei die Sonnenräder (6, 7) konzentrisch mit der Eingangswelle (2) angeordnet und mit dieser über selektive Kupplungsmittel (12, 13) verbunden sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können und wobei das Getriebe mindestens zwei Planetengetriebe mit jeweiligen Sonnenrädern, Planetenrädern und Hohlrädern aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Getriebe dieser Art ist beispielsweise aus der EP 0 469 145 B1 bekannt. Hier ist ein Wechselgetriebe insbesondere für Kraftfahrzeuge beschrieben, bei dem zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang ein Differentialgetriebe mit drei Wellen vorgesehen ist. Es kommen dabei gemäß einer Ausführungsform der offenbarten Lösung zwei axial nebeneinander angeordnete Planetengetriebe zum Einsatz. Um die Funktionalität des beschriebenen Getriebes zu erhöhen und namentlich im Verhältnis zu vorbekannten Lösungen einen weiteren Betriebszustand zu erhalten, wird ein relativ aufwändiger Aufbau des Getriebes vorgeschlagen, der entsprechenden Anforderungen im Automobilbau Rechnung trägt.
In verschiedenen Anwendungsfällen ist ein derart aufwändiger Aufbau nicht gerechtfertigt. Beispielsweise gilt dies für Getriebe, die eine automatische Gangwahl realisieren sollen und die als Antriebe für Werkzeuge, für Küchenmaschinen oder auch als Fahrantriebe für Roller und Kleinfahrzeuge vorgesehen sind.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das eine automatische Gangwahl erlaubt und das sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnet, der insbesondere bei den genannten, eher einfachen Anwendungen besonders bevorzugt zur Anwendung kommen kann. Dabei soll eine automatische Anpassung der Ausgangswellendrehzahl in Abhängigkeit der Eingangswellendrehzahl erfolgen, wodurch ein gesteigerter Benutzungskomfort erreicht werden soll. Gegebenenfalls soll auch beim Einsatz beispielsweise beim Einsatz in Werkzeugen eine Verkürzung von Zykluszeiten erreicht werden können. Ferner soll es in einfacher Weise möglich werden, die Ausgangswellendrehzahl gegebenenfalls an die konkreten Bedürfnisse anpassen zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehen ist, dass die Hohlräder der mindestens zwei Planetengetriebe stets drehfest miteinander und mit der Ausgangswelle verbunden sind, wobei die Sonnenräder konzentrisch mit der Eingangswelle angeordnet und mit dieser über selektive Kupplungsmittel verbunden sind.
Die Hohlräder der Planetengetriebe sind dabei vorzugsweise einstückig in einem Maschinenteil ausgebildet.
Bei einem der selektiven Kupplungsmittel zwischen Eingangswelle und Sonnenrad handelt es sich bevorzugt um einen Freilauf. Ein anderes der selektiven Kupplungsmittel zwischen Eingangswelle und Sonnenrad ist vorzugsweise als Fliehkraftkupplung ausgebildet.
Bei einer kinematisch umgekehrt ausgeführten Lösung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sonnenräder der mindestens zwei Planetengetriebe stets drehfest miteinander und mit der Eingangswelle verbunden sind, wobei die Hohlräder konzentrisch mit der Ausgangswelle angeordnet und mit dieser über selektive Kupplungsmittel verbunden sind.
Die Sonnenräder sind in diesem Falle vorzugsweise einstückig in einem Maschinenteil ausgebildet.
Mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel zwischen Hohlrad und Ausgangswelle ist hier vorzugsweise als Freilauf ausgeführt. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel zwischen Hohlrad und Ausgangswelle eine Fliehkraftkupplung ist.
Für alle Lösungen gilt, dass die Planetenräder aller Planetengetriebe auf Planetenträgern angeordnet sind, die drehfest miteinander verbunden sind. Die Planetenträger sind dabei vorzugsweise ortsfest angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zwei Planetengetriebe axial nebeneinander angeordnet sind.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung eines Getriebes wird es in einfacher Weise möglich, die Ausgangswellendrehzahl automatisch an die Eingangswellendrehzahl anzupassen, d. h. einen automatischen Schaltvorgang auszulösen, wenn die Drehzahlverhältnisse entsprechend sind.
Es ist damit eine mehrstufige Anordnung von Planetengetrieben mit automatischer Gangwahl möglich, die sich sowohl für automobile als auch für industrielle Anwendungszwecke eignet. Besonders bevorzugte Anwendungsfälle sind elektrisch angetriebene Werkzeuge, Küchengeräte oder auch Fahrantriebe für Roller und Kleinfahrzeuge. Dabei ist das Getriebe nicht auf die bevorzugte Ausbildung auf zwei nebeneinander angeordnete Planetengetriebe beschränkt.
Es kann eine automatische Anpassung der Ausgangswellendrehzahl in Abhängigkeit der Eingangswellendrehzahl erfolgen. Dies führt zu einem gesteigerten Benutzungskomfort und gegebenenfalls auch zu einer Verkürzung der Zyklenzeiten beispielsweise bei der Anwendung in Werkzeugen (z. B. bei Akku-Schraubern). Ferner kann die Einstellung einer optimalen Drehzahl in einfacher Weise erfolgen.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines Getriebes mit zwei nebeneinander angeordneten Planetengetrieben,
2 das Getriebe gemäß 1 mit Darstellung einer ersten und einer zweiten Gangstufe,
3 das Getriebe gemäß 1, wobei das Antriebsdrehmoment über die erste Gangstufe übertragen wird und
4 das Getriebe gemäß 1, wobei das Antriebsdrehmoment über die zweite Gangstufe übertragen wird.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist – sehr schematisch dargestellt – ein Getriebe 1 zu sehen, mit dem ein Drehmoment von einer Eingangswelle 2 auf eine Ausgangswelle 3 übertragen werden kann. Das Getriebe 1 kann dabei zwischen zwei unterschiedlichen Übersetzungen schalten. Hierfür sind zwei Gangstufen 15 und 16 (s. 2) vorhanden, die jeweils ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle vorgeben, wobei die beiden Übersetzungsverhältnisse verschieden sind. Die Gangstufen 15, 16 werden durch je ein Planetengetriebe 4 bzw. 5 gebildet.
Jedes Planetengetriebe 4, 5 hat in an sich bekannter Weise ein zentral angeordnetes Sonnenrad 6, 7 und ein Hohlrad 10, 11. Zwischen dem Sonnenrad 6, 7 und dem Hohlrad 10, 11 sind Planetenräder 8, 9 angeordnet, die von einem Planetenträger 14 gehalten werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Planetenträger 14 beider Planetengetriebe 4, 5 miteinander verbunden und ortsfest angeordnet. Das bedeutet, dass bei der Drehung des Sonnenrades 6, 7 das jeweilige Hohlrad 10, 11 mit einer definierten Drehzahl rotiert, die sich aus dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 4, 5 ergibt.
Dabei sind die beiden Hohlräder 10, 11 im Ausführungsbeispiel drehfest miteinander verbunden und ebenfalls drehfest mit der Ausgangswelle 3 gekoppelt. D. h. dass die Hohlräder 10, 11 als ein gemeinsames Bauteil ausgebildet sein können, das starr mit der Ausgangswelle 3 rotieren kann.
Damit dies bei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen der beiden Planetengetriebe 4 und 5 geschehen kann, sind die beiden Sonnenräder 6 und 7 mit der Eingangswelle 2 nicht drehfest, sondern über selektive Kupplungsmittel 12, 13 verbunden.
Konkret handelt es sich bei dem selektiven Kupplungsmittel 12, mit dem das eine Sonnenrad 6 mit der Eingangswelle 2 verbunden ist, um einen Freilauf.
Das andere selektive Kupplungsmittel 13, mit dem das andere Sonnenrad 7 mit der Eingangswelle 2 verbunden ist, ist eine Fliehkraftkupplung.
Das bedeutet, dass dann, wenn das eine Sonnenrad 6 langsamer läuft als die Eingangswelle 2 Freilauf auftritt, was dies ermöglicht. Andererseits bedeutet das, dass die Drehverbindung zwischen dem anderen Sonnenrad 7 und der Eingangswelle 2 erst hergestellt wird, wenn eine hinreichend große Drehzahl der Eingangswelle 2 erreicht ist und die Fliehkraftkupplung 13 schaltet.
Mit dieser Struktur ist ein mehrstufiges Planetengetriebe mit automatischer Gangwahl geschaffen, wobei das Schalten von einer Gangstufe in die andere drehzahlabhängig erfolgt.
Es sei angemerkt, dass es nicht zwingend ist, dass die Sonnenräder 6, 7 angetrieben werden und der Abtrieb über die Hohlräder 10, 11 erfolgt; das Getriebekonzept kann auch entsprechend kinematisch umgekehrt aufgebaut sein.
In 3 ist die Schaltung der ersten Gangstufe 15 und der sich hier ergebende Fluss des Drehmoments angedeutet (der Kraftfluss ist mit dickeren Linien dargestellt).
Es sei die Übersetzung des ersten Planetengetriebes 4 von 3:1 und die des zweiten Planetengetriebes 5 von 2:1 angenommen.
Ferner sei eine Drehzahl der Eingangswelle 2 von 6.000 min^–1 für die in 3 skizzierte Situation angenommen.
Die Fliehkraftkupplung 13 befindet sich hier unterhalb des Kupplungspunktes, der mit 7.500 min^–1 angenommen wird. Die Eingangswelle 2 treibt somit das Sonnenrad 6 an und über die Planetenräder 8 das Hohlrad 10 und somit die Ausgangswelle 3. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des ersten Planetengetriebes 4 von 3:1 ergibt sich eine Ausgangswellendrehzahl von 2.000 min^–1.
Da die Fliehkraftkupplung 13 noch nicht geschaltet hat, drehen die Räder des zweiten Planetengetriebes 5 (Hohlrad 11, Planetenräder 9 und Sonnenrad 7) entsprechend der Drehung der Hohlräder 10, 11 lastfrei mit. Dabei dreht das Sonnenrad 7 mit einer Drehzahl von 4.000 min^–1 (Antriebsdrehzahl der Eingangswelle: 6.000 min^–1, übersetzt mit 3:1 durch das erste Planetengetriebe 4 auf eine Hohlraddrehzahl von 2.000 min^–1, rückübersetzt durch das zweite Planetengetriebe 5 mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 auf 4.000 min^–1). Die Differenzdrehzahl der beiden Sonnenräder 6 und 7 beträgt also 2.000 min^–1. Dies ist unproblematisch, da das Sonnenrad 7 der zweiten Gangstufe 16 wegen der Eingangswellen-Drehzahl von unter 7.500 min^–1 noch nicht eingekuppelt hat.
Die Eingangswelle 2 beaufschlagt also aufgrund des Freilaufs 12 das erste Sonnenrad 6 und treibt dieses an; das zweite Sonnenrad 7 dreht leer mit.
Steigt die Drehzahl der Eingangswelle 2 auf über 7.500 min^–1, aktiviert sich die Fliehkraftkupplung 13, d. h. sie kuppelt ein. Diese Situation ist in 4 illustriert (der Kraftfluss ist auch hier wieder mit dickeren Linien dargestellt). Hier ist die zweite Gangstufe 16 geschaltet.
Beispielsweise ist hier die Eingangswellendrehzahl 8.000 min^–1. Infolge der eingekuppelten Fliehkraftkupplung 13 ist die Eingangswelle 2 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 8 verbunden, so dass das Drehmoment über das zweite Planetengetriebe 5 übertragen wird. Aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des zweiten Planetengetriebes 5 von 2:1 dreht das Hohlrad 11 und damit die Abtriebswelle 3 mit einer Drehzahl von 4.000 min^–1. Aufgrund der auch hier vorliegenden Zwangskopplung der beiden Sonnenräder 6, 7 durch die entsprechenden Planetenräder 8 und 9 und die Hohlräder 10 und 11 ergibt sich wiederum eine Differenzdrehzahl zwischen dem Sonnerad 6 der ersten Gangstufe 15 und dem Sonnenrad 7 der zweiten Gangstufe 16, wobei das Sonnenrad 6 der ersten Gangstufe 15 schneller dreht als das Sonnenrad 7, was jedoch aufgrund des Freilaufs 12 problemlos möglich ist.
Beim Schaltvorgang von der ersten auf die zweite Gangstufe wird die Drehzahl des Hohlrades erhöht. Dies geschieht aufgrund der verwendeten Fliehkraftkupplung 13 jedoch nicht schlagartig, sondern in einem gewissen Übergangsbereich. Selbst wenn der Schaltpunkt der Fliehkraftkupplung 13 auf beispielsweise 7.500 min^–1 ausgelegt ist, erfolgt bei dieser Drehzahl kein abrupter Drehzahlsprung am Abtrieb, vielmehr wird bereits bei Drehzahlen unterhalb der Schaltschwelle ein Reibmoment von der Fliehkraftkupplung 13 auf das Sonnenrad 7 der zweiten Gangstufe 16 übertragen. Im umgekehrten Falle, also bei Drehzahlen oberhalb der Schaltschwelle, wird ein entsprechender Schlupf in der Fliehkraftkupplung 13 auftreten. Der Schaltvorgang ist demnach verschliffen, es kommt zu einem sanften Gangwechsel. Dies ist insbesondere beim Zurückschalten von der zweiten auf die erste Gangstufe vorteilhaft, um ein Aufschwingen des Systems bzw. ein permanentes Herauf- und Herunterschalten am Schaltpunkt zu vermeiden.

1: Getriebe
2: Eingangswelle
3: Ausgangswelle
4: Planetengetriebe
5: Planetengetriebe
6: Sonnenrad
7: Sonnenrad
8: Planetenrad
9: Planetenrad
10: Hohlrad
11: Hohlrad
12: selektives Kupplungsmittel (Freilauf)
13: selektives Kupplungsmittel (Fliehkraftkupplung)
14: Planetenträger
15: erste Gangstufe
16: zweite Gangstufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0469145 B1 [0002]

Claims

Getriebe (1) mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (3), wobei zwischen Eingangswelle (2) und Ausgangswelle (3) mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können und wobei das Getriebe (1) mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) mit jeweiligen Sonnenrädern (6, 7), Planetenrädern (8, 9) und Hohlrädern (10, 11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräder (10, 11) der mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) stets drehfest miteinander und mit der Ausgangswelle (3) verbunden sind, wobei die Sonnenräder (6, 7) konzentrisch mit der Eingangswelle (2) angeordnet und mit dieser über selektive Kupplungsmittel (12, 13) verbunden sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräder (10, 11) einstückig in einem Maschinenteil ausgebildet sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel (12) zwischen Eingangswelle (2) und Sonnenrad (6) ein Freilauf ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel (13) zwischen Eingangswelle (2) und Sonnenrad (7) eine Fliehkraftkupplung ist.
Getriebe (1) mit einer Eingangswelle (2) und einer Ausgangswelle (3), wobei zwischen Eingangswelle (2) und Ausgangswelle (3) mindestens zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse geschaltet werden können und wobei das Getriebe (1) mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) mit jeweiligen Sonnenrädern (6, 7), Planetenrädern (8, 9) und Hohlrädern (10, 11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenräder (6, 7) der mindestens zwei Planetengetriebe (4, 5) stets drehfest miteinander und mit der Eingangswelle (2) verbunden sind, wobei die Hohlräder (10, 11) konzentrisch mit der Ausgangswelle (3) angeordnet und mit dieser über selektive Kupplungsmittel (12, 13) verbunden sind.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonnenräder (6, 7) einstückig in einem Maschinenteil ausgebildet sind.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel (12) zwischen Hohlrad (10, 11) und Ausgangswelle (3) ein Freilauf ist.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der selektiven Kupplungsmittel (13) zwischen Hohlrad (10, 11) und Ausgangswelle (3) eine Fliehkraftkupplung ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (8, 9) aller Planetengetriebe (4, 5) auf Planetenträgern (14) angeordnet sind, die drehfest miteinander verbunden sind.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenträger (14) ortsfest angeordnet sind.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Planetengetriebe (4, 5) axial nebeneinander angeordnet sind.