DE102010000948B4

DE102010000948B4 - Zweistufiges Stirnrad-Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102010000948B4
Application number: DE102010000948.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bruckmeier; Eckhard Schmied
Original assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GmbH
Current assignee: HEYNAU GEARSPRODUCTIONSERVICE GMBH, DE
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2030-01-16
Also published as: DE202009000101U1; DE102010000948A1

Abstract

Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang mit i = 1 und umgekehrt, wobei das Getriebe eine Antriebswelle (16) mit einer Außenverzahnung (72) hat und das Schaltelement über Zwischenzahnräder mit einem auf der Antriebswelle (16) verschiebbaren Eingangszahnrad (26) und einem Ausgangszahnrad (74) eine Verbindung mit der Außenverzahnung (58) einer zur Antriebswelle (16) koaxialen Abtriebswelle (18) herstellt, wobei das einzige Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle (18) formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe (52) ausgebildet ist, die über ein Radiallager (50) drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad (26) verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad (74) der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle (18) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang i = 1 und umgekehrt.
Stirnradgetriebe und insbesondere Planetengetriebe mit zwei Schaltstufen weisen häufig eine Übersetzung i=1 und eine Übersetzung i ≠ 1 auf, meistens eine Übersetzung ins Langsame. Solange sich Erwärmungseinflüsse und Unwuchten nicht negativ auf das Laufverhalten auswirken, wird für die Direktübersetzung (i = 1) häufig eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zwischenzahnrädern und dem Eingangszahnrad hergestellt, im Falle eines Planetengetriebes zwischen Steg und Sonnenrad, wobei der Steg fest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Das Hohlrad des Planetengetriebes ist in dieser Schaltstufe nicht mit dem Gehäuse verbunden. Das bedeutet, dass im Direktgang alle Zwischenzahnräder bzw. das gesamte Planetengetriebe ohne weitere Abwälzbewegungen als Block umlaufen. Entsprechendes gilt für ein Wechselgetriebe, z. B. in einem Kraftfahrzeug, bei dem im direkten Gang die gesamte Vorgelegewelle, d. h. die Gesamteinheit der Zwischenzahnräder mitläuft.
Für die Schaltstufe i ≠ 1 wird bei einem Planetengetriebe die Verbindung der Sonne und des Steges gelöst und es erfolgt eine form- oder kraftschlüssige Verbindung des Hohlrades mit dem Gehäuse. Der Steg oder Planetenträger ist weiterhin form- oder kraftschlüssig mit der Abtriebswelle verbunden. Die Planetenräder kämmen einerseits mit dem Sonnenrad und andererseits mit dem Hohlrad, wobei der Planetenträger eine entsprechend dem Zähnezahlverhältnis Sonne/Hohlrad zum Sonnenrad unterschiedliche Drehzahl aufweist.
Gegenstand des Patentes DE 40 05 181 C1 ist ein Getriebe für den Werkstückspindelantrieb an Drehmaschinen, das auf einfache Weise vorgespannt werden kann, wozu eine Vorspannvorrichtung mit einem motorisch verschwenkbaren Tragrahmen dient. Die Eingangswelle des Getriebes ist mit einem Ritzel einer Vorgelegewelle fest verbunden und kann zur Umschaltung über ein auf einem keilverzahnten Abschnitt der Ausgangswelle sitzendes Schieberad mit einem Ritzel einer Vorgelegewelle in Eingriff gebracht werden.
Bei schnell laufenden Zahnradgetrieben spielen Unwuchten und Erwärmungen eine große Rolle. Die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Stirnzahnradgetriebe anzugeben, bei dem im Direktgang die geringst möglichen Massen mit umlaufen und bei dem für den Umschaltvorgang nur ein Schaltelement benötigt wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, wonach das alleinige Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe ausgebildet ist, die über ein Radiallager drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle verschiebbar ist.
Die drehfeste Verbindung kann als kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung ausgebildet sein. Die formschlüssige Verbindung wird dabei über Verzahnungen hergestellt, während die kraftschlüssige Verbindung über Konusflächen erfolgt, die in Reibeingriff miteinander kommen.
Im Fall der formschlüssigen Verbindung hat die Schaltmuffe die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung und Außenverzahnung.
Die Erfindung lässt sich bei allen Stirnrad-Schaltgetrieben einsetzen, mit besonderem Vorteil auch bei Planetengetrieben. In diesem Fall ist das Eingangszahnrad das Sonnenrad des Planetengetriebes, dessen Planetenräder die Zwischenräder bilden, während ein Teil des Planetenträgers das Ausgangszahnrad mit einer Innenverzahnung bildet.
Bei bekannten Planetengetrieben werden zum Umschalten in den direkten Gang (i = 1) zwei Schaltelemente benötigt, nämlich eines für die Verbindung Sonnenrad-Antriebswelle und ein weiteres für die Verbindung Steg-Abtriebswelle. Dieser Nachteil wird mit der Erfindung vermieden, da diese mit nur einem Schaltelement auskommt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe gemäß der Erfindung in der ersten Schaltstufe i ≠ 1,
2 das Getriebe der 1 nach dem Umschalten in den Direktgang (i = 1) und
3 eine schematische Darstellung des Getriebes der 1 und 2 in den beiden Schaltstufen, wobei die obere Hälfte die Stellung bei i ≠ 1 und die untere den Direktgang (i = 1) wiedergibt.

Die 1 und 2 zeigen ein als Planetengetriebe ausgebildetes Schaltgetriebe 10 mit einem Gehäuse 12 mit zylindrischer Gehäusewand 14. In dem Gehäuse 12 ist eine hohle Antriebswelle 16 gelagert, der eine koaxiale, ebenfalls hohle Abtriebswelle 18 zugeordnet ist. Die Abtriebswelle 18 ist über ein Radialkugellager 20 in einer Stirnwand 22 des Gehäuses 12 gelagert, an der Hydraulik- oder Pneumatikleitungen 24 angeschlossen sind.
Das Getriebe 10 der 1 und 2 ist als Planetengetriebe ausgebildet und hat ein rohrförmiges Eingangszahnrad 26, welches das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet. Mit der Außenverzahnung 28 des Eingangszahnrades 26 sind über den Umfang verteilte Planetenräder 30 in Eingriff, die über Nadellager 32 in einem Planetenträger 34 (Steg) gelagert sind. Die Planetenräder 30 kämmen mit der Innenverzahnung 36 des Hohlrades 38, das an der Innenseite der zylindrischen Gehäusewand 16 ausgebildet ist und zur Abstützung der Planetenräder 30 dient. Der beschriebene Planetenradsatz bildet die Zwischenzahnräder des Getriebes 10.
Mit dem Planetenträger 34 fest verbunden ist ein ringförmiger, axial vorstehender Absatz 40, der über ein Radialkugellager 42 drehbar im Gehäuse 12 gelagert ist. Wie die 1 und 2 weiter zeigen, ist der Planetenträger 34 auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls über ein Radialkugellager 44 an der Stirnwand 46 gelagert, in der über ein Kugellager 48 die Antriebswelle 16 gelagert ist.
Auf dem der Abtriebswelle 18 zugewandten Ende des Eingangszahnrades 26 (Sonnenrad) ist über ein Radialkugellager 50 eine Schaltmuffe 52 drehbar, jedoch axial fest gelagert, die eine ringförmige Nabe 54 hat, welche über ihre Innenverzahnung 56 in ständigem Eingriff mit einer Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18 ist. Die Schaltmuffe 52 hat außerdem eine Außenverzahnung 60, die in der Stellung der 1 (i ≠ 1) in Eingriff mit der Innenverzahnung 62 des Absatzes 40 des Planetenträgers 34 ist. Die Schaltmuffe 52 hat damit die Form eines Zahnkranzes mit Innenverzahnung 56 und Außenverzahnung 60.
Auf der Nabe 54 der Schaltmuffe 52 ist über ein Radialkugellager 64 drehbar, jedoch axial fest ein Schaltring 66 gelagert, welcher über Stellzylinder 68 in axialer Richtung verschoben werden kann. Hierzu sind die Stellzylinder 68 mit den Druckleitungen 24 verbunden.
In der Schaltstellung der 1 (i ≠ 1) ist die Innenverzahnung 70 des Eingangszahnrades 26 (Sonnenrad) in Eingriff mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 16. Das Eingangszahnrad 26 versetzt daher über die Planetenräder 30 den Planetenträger 34 (Steg) in Drehung, welcher seinerseits über die Verzahnung 60/62 die Schaltmuffe 52 dreht. Da deren Innenverzahnung 56 in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18 ist, wird diese entsprechend dem gewählten Übersetzungsverhältnis angetrieben. Der Planetenträger 34 mit seinem innenverzahnten Absatz 40 übernimmt hierbei die Funktion des Ausgangszahnrades 74 des Getriebes 10.
Zum Umschalten in den Direktgang (i = 1), der sich aus 2 und der unteren Hälfte von 3 ergibt, wird der Schaltring 66 über die Stellzylinder 68 axial in Richtung auf die Stirnwand 46 verschoben. Dabei wird auch die Schaltmuffe 52 in derselben Richtung axial verschoben, so dass ihre Außenverzahnung 60 außer Eingriff mit der Innenverzahnung 62 des Planetenträgers 34 kommt. Bei ihrer Axialverschiebung nimmt die Schaltmuffe 62 auch das Eingangszahnrad 26 (Sonnenrad) mit, so dass dieses die in 2 nach links verschobene Stellung einnimmt. In dieser Stellung kommt die Innenverzahnung 70 des Eingangszahnrades 26 außer Eingriff mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 18. In der Stellung der 2 ist außerdem die Innenverzahnung 56 der Nabe 54 und damit der Schaltmuffe 52 nicht nur in Eingriff mit der Außenverzahnung 58 der Abtriebswelle 18, sondern auch mit der Außenverzahnung 72 der Antriebswelle 16. In dieser Schaltstellung ist somit die formschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 16 und dem Eingangszahnrad 26 gelöst; Gleiches gilt für die formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltmuffe 52 und dem Planetenträger 34. Die Antriebswelle 16 treibt damit über das Ausgangszahnrad 74, d. h. über die Schaltmuffe 52 die Abtriebswelle 18 mit derselben Drehzahl an. Da das Eingangszahnrad 26 (Sonnenrad) kraftschlüssig (oder auch formschlüssig) mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, wird eine unkontrollierte Drehbewegung des Eingangszahnrades 26 mit den Zwischenzahnrädern (Planetenräder 30 und Planetenträger 34) verhindert. Sämtliche Zwischenzahnräder drehen sich also im Direktgang nicht mit, so dass bei den sehr hohen Drehzahlen, die weit über n = 10.000 liegen können, die rotierenden Massen auf ein Minimum beschränkt sind. Unwuchten oder Erwärmungen aufgrund der hohen Drehzahlen und von Abwälzvorgängen spielen damit in der direkten Schaltstufe nur eine untergeordnete Rolle.
Die Erfindung ist am Beispiel eines Planetengetriebes erläutert, lässt sich jedoch auch auf Stirnzahnradgetriebe anwenden. Bei diesen sind die Zwischenzahnräder im allgemeinen auf einer Vorgelegewelle angeordnet.

Claims

Stirnzahnradgetriebe mit einem Schaltelement zum Umschalten von einem Übersetzungsgang mit einem Übersetzungsverhältnis i ≠ 1 in einen Direktgang mit i = 1 und umgekehrt, wobei das Getriebe eine Antriebswelle (16) mit einer Außenverzahnung (72) hat und das Schaltelement über Zwischenzahnräder mit einem auf der Antriebswelle (16) verschiebbaren Eingangszahnrad (26) und einem Ausgangszahnrad (74) eine Verbindung mit der Außenverzahnung (58) einer zur Antriebswelle (16) koaxialen Abtriebswelle (18) herstellt, wobei das einzige Schaltelement als eine koaxial auf der Abtriebswelle (18) formschlüssig verschiebbare Schaltmuffe (52) ausgebildet ist, die über ein Radiallager (50) drehbar, jedoch axial fest mit dem Eingangszahnrad (26) verbunden und in eine drehfeste Verbindung mit dem Ausgangszahnrad (74) der Zwischenzahnräder und mit der Abtriebswelle (18) verschiebbar ist.
Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (52) als Zahnkranz mit Innenverzahnung (56) und Außenverzahnung (60) ausgebildet ist.
Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (56) der Schaltmuffe (52) in ständigem Eingriff mit der Außenverzahnung (58) der Abtriebswelle (18) ist und im Direktgang durch Axialverschiebung der Schaltmuffe (52), bei der diese das Eingangszahnrad (26) so verschiebt, dass dessen Innenverzahnung (70) außer Eingriff mit der Außenverzahnung (72) der Antriebswelle (16) kommt, mit deren Außenverzahnung (60) kämmt, und dass die Außenverzahnung (60) der Schaltmuffe (52) bei ihrer Axialverschiebung in den Direktgang außer Eingriff mit der Innenverzahnung (62) des Ausgangszahnrades (74) der Zwischenzahnräder kommt.
Stirnzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnrad (26) das Sonnenrad eines Planetengetriebes ist, dessen Planetenräder (30) mit dem Planetenträger (34) die Zwischenzahnräder bilden, während ein Absatz (40) des Planetenträgers (34) das Ausgangszahnrad (74) mit Innenverzahnung (62) bildet.
Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (38) des Planetengetriebes als Innenverzahnung (36) an einer zylindrischen Gehäusewand (14) des Getriebe (10) ausgebildet ist und zur Abstützung der Planetenräder (30) dient.
Stirnzahnradgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Axialverschiebung der Schaltmuffe (52) ein Schaltring (66) vorgesehen ist, in dem über ein Radiallager (64) die Schaltmuffe (52) drehbar gelagert ist.
Stirnzahnradgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltring (66) über pneumatisch oder hydraulisch betätigte Stellzylinder (68) axial verschiebbar ist.