DE19701767A1 - Vorlegegetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorlegegetriebe gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Solche Vorlegegetriebe werden insbe­ sondere bei Schwerfahrzeugen als Hilfsgetriebe zwischen einem Hauptgetriebe und dem zu den Antriebsrädern führenden An­ triebsstrang eingebaut, um die Anzahl der im Hauptgetriebe zur Verfügung stehenden Gänge zu verdoppeln. Alle Gangstufen des Hauptgetriebes können somit entweder mit einer niedrigen Übersetzung oder mit einer höheren Übersetzung an den An­ triebsstrang weitergeleitet werden. Vorlegegetriebe dieser Art umfassen üblicherweise ein Planetengetriebe, dessen Über­ setzungsverhältnis dann zum Tragen kommt, wenn das Vorlegege­ triebe die Gangstufen des Hauptgetriebes mit niedriger Übersetzung an den Antriebsstrang weiterleiten soll.

Bekannte Vorlegegetriebe können zwar die Gesamtübersetzung des Antriebsstranges ändern, jedoch drehen Antriebswelle und Abtriebswelle bekannter Vorlegegetriebe immer gleichsinnig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vorlegegetriebe bereitzustellen, das auf einfache Weise seine Abtriebswelle auch entgegengesetzt zur Drehrichtung seiner Antriebswelle rotieren lassen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Vorlegegetriebe gelöst, das die im Anspruch 1 angegegebenen Merkmale auf­ weist. Während herkömmlicherweise der Planetenradträger des im Vorlegegetriebe enthaltenen Planetengetriebes fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, besteht erfindungsgemäß die Mög­ lichkeit, die Verbindung zwischen Planetenradträger und Ab­ triebswelle zu lösen, um den Planetenradträger drehfest mit einem feststehenden Getriebegehäuse des Vorlegegetriebes kop­ peln zu können. Bei dem erfindungsgemäßen Vorlegegetriebe läßt sich demnach der Planetenradträger zum einen mit der Ab­ triebswelle und zum anderen mit dem Getriebegehäuse oder auch einem anderen feststehenden Bauteil koppeln. Ist bei einem erfindungsgemäßen Vorlegegetriebe der Planetenradträger dreh­ fest mit dem Getriebegehäuse (oder einem anderen feststehen­ den Bauteil) gekoppelt, dreht sich die Abtriebswelle des Vorlegegetriebes entgegengesetzt zu seiner Antriebswelle. Das vorgeschaltete Hauptgetriebe braucht deshalb keinen Rück­ wärtsgang mehr aufzuweisen, da mittels des erfindungsgemäßen Vorlegegetriebes jeder Gang des Hauptgetriebes auch als Rück­ wärtsgang benutzt werden kann. Dadurch können im Hauptgetrie­ be drei Zahnräder und eine Welle eingespart werden. Die Baulänge des Hauptgetriebes kann damit kürzer gehalten wer­ den, was der Stabilität des Hauptgetriebes, insbesondere sei­ ner Widerstandsfähigkeit gegen eingeleitete hohe Kräfte und Drehmomente, zugute kommt. Darüber hinaus ist das Hauptge­ triebe durch den Wegfall eines Rückwärtsgangs leichter und es ist auch billiger herstellbar. Zwar ist ein erfindungsgemäßes Vorlegegetriebe im Vergleich zu herkömmlichen Vorlegegetrie­ ben etwas komplizierter aufgebaut und auch etwas schwerer, jedoch ist der Verbund aus einem erfindungsgemäßen Vorlegege­ triebe und einem Hauptgetriebe ohne separaten Rückwärtsgang immer noch merklich leichter und auch billiger als der Ver­ bund eines herkömmlichen Vorlegegetriebes mit einem herkömm­ lichen Hauptgetriebe.

Das axial zwischen zwei Stellungen verschiebbare Kupplungs­ element, das erfindungsgemäß den Planetenradträger entweder mit dem Getriebegehäuse oder mit der Abtriebswelle zu koppeln vermag, umfaßt in bevorzugten Ausführungsformen des erfin­ dungsgemäßen Vorlegegetriebes zwei axial voneinander beab­ standete, kreisringförmige und drehfest sowie axial starr miteinander verbundene Kupplungsräder. Jedes dieser Kupp­ lungsräder umgibt konzentrisch einen axialen Fortsatz des Planetenradträgers mit verringertem Durchmesser. Die beiden axialen Fortsätze des Planetenradträgers erstrecken sich von einander gegenüberliegenden Seiten desselben. Eine solche Ausgestaltung führt zu einer besonders kompakten Bauweise des erfindungsgemäßen Vorlegegetriebes.

Gemäß einer Weiterbildung ist ein erstes der beiden kreis­ ringförmigen Kupplungsräder innen- und außenverzahnt und kop­ pelt in der ersten Stellung des Kupplungselementes durch ent­ sprechenden Zahneingriff den Planetenradträger drehfest mit dem Getriebegehäuse. Der Planetenradträger weist dabei eine Verzahnung auf, die mit der Innenverzahnung des ersten Kupp­ lungsrades kämmt, während das Gehäuse (oder ein anderes fest­ stehendes Bauteil) eine Verzahnung aufweist, die mit der Außenverzahnung des ersten Kupplungsrades kämmt. Das zweite der beiden kreisringförmigen Kupplungsräder ist bei dieser Ausführungsform innenverzahnt und koppelt in der zweiten Stellung des Kupplungselementes durch entsprechenden Zahnein­ griff den Planetenradträger drehfest mit der Abtriebswelle. Hierzu weist der zugeordnete, axiale Fortsatz des Planeten­ radträgers eine Verzahnung auf, die mit der Innenverzahnung des zweiten Kupplungsrades kämmen kann, und die Abtriebswelle ist ebenfalls mit einer solchen Verzahnung versehen.

Die drehfeste und axial starre Verbindung der beiden Kupp­ lungsräder des Kupplungselementes wird erfindungsgemäß bevor­ zugt durch ein oder mehrere Bauteile hergestellt, das bzw. die sich durch zumindest eines der Planetenräder, insbesonde­ re durch dessen Welle, erstrecken. Eine solche Ausgestaltung fördert die kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Vorlegege­ triebes.

Die Verschiebung des Kupplungselementes zwischen seinen zwei Stellungen, also das Umschalten zwischen gleichsinniger bzw. entgegengesetzter Drehung von Antriebs- und Abtriebswelle, wird vorteilhaft durch ein axial bewegbares Betätigungsorgan erreicht, das radial in das Getriebegehäuse hineinragt und mit seinem radial inneren Ende in Eingriff mit einem Kupp­ lungsrad steht. Aufgrund der drehfesten und axial starren Verbindung zwischen den beiden Kupplungsrädern wird demnach auch das andere Kupplungsrad axial verschoben, wenn über das Betätigungsorgan eine axiale Verschiebung des ersten Kupp­ lungsrades erfolgt.

Entsprechend einer bevorzugten Weiterbildung ist das radial äußere Ende des Betätigungsorganes fest mit einer Betäti­ gungsstange verbunden, die sich radial außerhalb des Zahn­ kranzes des Vorlegegetriebes in axialer Richtung erstreckt. Diese Betätigungsstange kann beispielsweise mit einem vom Fahrer ansteuerbaren Schalt- oder Servozylinder gekoppelt sein, so daß einfach zwischen Vorwärts- und Rückwärtslauf des Vorlegegetriebes umgeschaltet werden kann.

Zum Umschalten zwischen seiner niedrigeren und seiner höheren Übersetzung weist das erfindungsgemäße Vorlegegetriebe bevor­ zugt eine drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundene, erste Verzahnung und eine davon axial beabstandete, drehfest mit der Antriebswelle verbundene, zweite Verzahnung auf, zwischen denen ein in axialer Richtung verschiebbarer Zahnkranz ange­ ordnet ist. Der Zahnkranz hat bei dieser Ausführungsform an seinen axialen Enden in Fortsetzung seiner Innenzähne Eingriffszähne, über die er in Abhängigkeit seiner axialen Stellung entweder mit der ersten, am Getriebegehäuse ausge­ bildeten Verzahnung oder aber mit der zweiten Verzahnung in Eingriff kommen kann, die drehfest mit der Abtriebswelle ver­ bunden ist.

Vorteilhaft sind bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform zwischen dem Zahnkranz und der ersten Verzahnung sowie zwi­ schen dem Zahnkranz und der zweiten Verzahnung Synchronringe angeordnet. Diese erlauben ein geordnetes Ineingriffkommen der Eingriffszähne des Zahnkranzes mit der ersten oder mit der zweiten Verzahnung. Auch der Zahnkranz wird bevorzugt mittels einer Betätigungsstange axial verschoben, an der ein radial nach innen ragendes und mit dem Zahnkranz in Eingriff stehendes Betätigungsorgan befestigt ist. Diese Betätigungs­ stange kann ebenfalls mit einem Servozylinder gekoppelt sein.

In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Vor­ legegetriebes verhindert eine mechanischen Sperre, daß sich das verschiebbare Kupplungselement in seiner ersten Stellung befindet und daß gleichzeitig der Zahnkranz über seine Ein­ griffszähne in Eingriff mit der drehfest mit dem Getriebege­ häuse verbundenen, ersten Verzahnung steht. Damit wird verhindert, daß eine gleichzeitige Aktivierung des Rückwärts­ laufes zusammen mit der niedrigen Übersetzung des Vorlegege­ triebes erfolgt, denn diese Kombination führt zu einer Bloc­ kierung des Vorlegegetriebes und würde deshalb während der Fahrt eines Fahrzeuges, in das das erfindungsgemäße Vorlege­ getriebe eingebaut ist, das Vorlegegetriebe zerstören. Die mechanische Sperre kann so ausgeführt sein, daß sie ihre sperrende Funktion nur während der Fahrt ausübt. Steht das Fahrzeug jedoch still, ist die Sperre deaktiviert und es kann der Rückwärtslauf zusammen mit der niedrigen Übersetzung ein­ gelegt werden, um das Fahrzeug am Wegrollen zu hindern.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorlegegetriebes wird im folgenden anhand der einzigen Fig. näher erläutert.

Das allgemein mit 10 bezeichnete Vorlegegetriebe hat ein feststehendes Getriebegehäuse 12, durch das sich eine bei 14 drehbar gelagerte, vom nicht dargestellten Hauptgetriebe kom­ mende Antriebs- oder Eingangswelle 16 in das Vorlegegetriebe 10 erstreckt. In axialer Fortsetzung der Antriebswelle 16 leitet eine Abtriebswelle 18 die über die Antriebswelle 16 in das Vorlegetriebe 10 eingeleitete Drehung an den weiteren, hier nicht dargestellten Antriebsstrang eines Fahrzeuges wei­ ter.

Zwischen der Antriebswelle 16 und der Abtriebswelle 18 befin­ det sich im Vorlegegetriebe 10 ein Planetengetriebe 20. Zu dem Planetengetriebe 20 gehören ein Sonnenrad 22, das auf dem Endabschnitt der Antriebswelle 16 sitzt und über ein Vielnut­ profil 24 drehfest mit der Antriebswelle 16 verbunden ist, und mehrere Planetenräder 26, von denen in der Figur nur ei­ nes sichtbar ist, die mit dem Sonnenrad 22 kämmen und von einem Planetenradträger 28 drehbar gehalten sind, der seiner­ seits drehbar auf einem im Vorlegegetriebe 10 befindlichen Stummel 30 der Abtriebswelle 18 drehbar gelagert ist.

Vom Planetenradträger 28 erstreckt sich in axialer Richtung beidseits je ein Fortsatz 32, 34. Jeder Fortsatz 32 und 34 weist an seinem freien Ende eine umlaufende Außenverzahnung 36 bzw. 38 auf. Koaxial zum Planetenradträger 28 ist ein axial verschiebbares Kupplungselement 40 angeordnet, das ein erstes, kreisringförmiges Kupplungsrad 42, welches den axia­ len Fortsatz 32 das Planetenradträgers 28 konzentrisch um­ gibt, und ein zweites, kreisringförmiges Kupplungsrad 44 aufweist, das den axialen Fortsatz 34 des Planetenradträgers 28 konzentrisch umgibt. Um die beiden Kupplungsräder 42 und 44 drehfest und axial starr miteinander zu verbinden, er­ streckt sich durch die hierzu hohl ausgebildete Welle 46 je­ des Planetenrades 26 eine Distanzhülse 48, durch die sich wiederum ein Schraubbolzen 50 erstreckt, der wie gezeigt die beiden Kupplungsräder 42 und 44 miteinander verspannt.

Das erste Kupplungsrad 42 ist innen- und außenverzahnt, so daß es sowohl mit der am axialen Fortsatz 32 ausgebildeten Außenverzahnung 36 als auch mit einer innen am Getriebegehäu­ se 12 ausgebildeten Verzahnung 52 zusammenwirken kann. Das zweite Kupplungsrad 44 ist nur innenverzahnt und kann mit der am axialen Fortsatz 34 ausgebildeten Außenverzahnung 38 und auch mit einer in axialer Fortsetzung auf der Abtriebswelle 18 im Vorlegegetriebe 10 ausgebildeten Verzahnung 54 zusam­ menwirken.

Ein Betätigungsorgan 56 ragt von außen radial in das Getrie­ begehäuse 12 hinein und greift mit seinem radial inneren Ende in eine am ersten Kupplungsrad 42 vorhandene Ringnut 58 ein. Mit dem radial äußeren Ende des Betätigungsorganes 56 fest verbunden ist eine Betätigungsstange 60, die sich radial außerhalb am Vorlegegetriebe 10 vorbei in axialer Richtung erstreckt. Mittels dieser Betätigungsstange 60 kann das Kupp­ lungselement 40 von seiner in der Figur wiedergegebenen er­ sten Stellung, in der das erste Kupplungsrad in Eingriff mit den Verzahnungen 36 und 52 steht und so den Planetenradträger 28 drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbindet, axial (in der Figur nach rechts) in eine zweite Stellung verschoben werden, in der das zweite Kupplungsrad 44 durch einen Ein­ griff seiner Innenverzahnung mit der auf der Abtriebswelle 18 ausgebildeten Verzahnung 54 den Planetenradträger 28 drehfest mit der Abtriebswelle 18 verbindet. In der zweiten Stellung des Kupplungselementes 40 befindet sich die Außenverzahnung des ersten Kupplungsrades 42 nicht mehr in Eingriff mit der Verzahnung 52 am Getriebegehäuse 12.

Das Vorlegegetriebe 10 weist des weiteren einen Zahnkranz 62 auf, der die Planetenräder 26 umgibt und dessen Innenverzah­ nung mit diesen kämmt. In Fortsetzung seiner Innenverzahnung ist der Zahnkranz 62 mit innenliegenden Eingriffszähnen 64 und 66 versehen, welche zum Zusammenwirken mit einer außen am Getriebegehäuse 12 ausgebildeten, ersten Verzahnung 68 bzw. mit einer axial davon beabstandeten, drehfest mit der Ab­ triebswelle 18 verbundenen, zweiten Verzahnung 70 vorgesehen sind. Hierzu ist der Zahnkranz 62 axial verschiebbar ausge­ führt, so daß entweder - wie dargestellt - seine Eingriffs­ zähne 66 mit der zweiten Verzahnung 70 oder seine Eingriffs­ zähne 64 mit der Verzahnung 68 am Getriebegehäuse 12 zusam­ menwirken können. Die in der Figur dargestellte Stellung des Zahnkranzes 62, in der er über seine Eingriffszähne 66 und die zweite Verzahnung 70 drehfest mit der Abtriebswelle 18 gekoppelt ist, entspricht dabei der hohen Übersetzung (Schnellfahrt) des Vorlegegetriebes 10. Ist der Zahnkranz 62 über seine Eingriffszähne 64 und die erste Verzahnung 68 drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 gekoppelt, dann ist die niedrige Übersetzung (z. B. für Bergfahrten) des Vorlegege­ triebes 10 eingeschaltet. Wie ersichtlich, kann der Zahnkranz 62 axial durch eine Betätigungsstange 72 verschoben werden, deren abgekröpftes Ende 74 in eine außen am Zahnkranz 62 aus­ gebildete Ringnut eingreift.

Um eine leichtes, geräuscharmes und möglichst verschleißfrei­ es Ineingriffkommen der Eingriffszähne 64 und 66 mit der ersten Verzahnung 68 bzw. der zweiten Verzahnung 70 zu ge­ währleisten, ist zwischen dem Zahnkranz 62 und der ersten Verzahnung 68 ein Synchronring 76 und zwischen dem Zahnkranz 62 und der zweiten Verzahnung 70 ein Synchronring 78 angeord­ net. Die Funktion dieser Synchronringe 76 und 78 ist bekannt und braucht deshalb hier nicht näher erläutert zu werden.

In der ersten Stellung des Kupplungselementes 40 dreht sich die Abtriebswelle 18 entgegengesetzt zur Antriebs- bzw. Ein­ gangswelle 16. Befindet sich das Kupplungselement 40 in sei­ ner zweiten Stellung, dann drehen sich Antriebswelle 16 und Abtriebswelle 18 gleichsinnig. Eine nicht dargestellte, me­ chanische Sperre verhindert, daß die niedrige Übersetzung des Vorlegegetriebes 10 zusammen mit seinem Rückwärtslauf akti­ viert wird, d. h. daß sich das Kupplungselement 40 in seiner ersten Stellung befindet und gleichzeitig der Zahnkranz 62 über seine Eingriffszähne 64 und die erste Verzahnung 68 drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden ist. Im Still­ stand des Vorlegegetriebes 10 kann diese mechanische Sperre deaktiviert sein, um ein gleichzeitiges Einlegen von Rück­ wärtslauf und niedriger Übersetzung zur Sicherung eines Fahr­ zeuges gegen Wegrollen zu ermöglichen.

Claims (10)

1. Vorlegegetriebe (10), insbesondere für ein Kraftfahr­ zeug, mit einem feststehenden Getriebegehäuse (12), einer axial in das Getriebegehäuse ragenden Antriebswelle (16), ei­ ner axial aus dem Getriebegehäuse ragenden Abtriebswelle (18), einem zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordneten Planetengetriebe (20), das ein drehfest mit der Antriebswelle (16) verbundenes Sonnenrad (22) und mehrere Planetenräder (26) aufweist, die mit dem Sonnenrad kämmen und drehbar an einem Planetenradträger (28) angebracht sind, und mit einem Zahnkranz (62), der die Planetenräder (26) umgibt und mit ihnen kämmt, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial zwischen zwei Stellungen verschiebbares Kupplungs­ element (40) den Planetenradträger (28) umgibt, das in seiner ersten Stellung den Planetenradträger drehfest mit dem Ge­ triebegehäuse (12) koppelt und in seiner zweiten Stellung den Planetenradträger drehfest mit der Abtriebswelle (18) kop­ pelt.

2. Vorlegegetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (40) zwei axial voneinander beabstandete, kreisringförmige und drehfest miteinander verbundene Kupplungsräder (42, 44) umfaßt, die je einen axialen Fortsatz (32, 34) verminderten Durchmessers des Planetenradträgers (28) umgeben.

3. Vorlegegetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes (42) der beiden kreis­ ringförmigen Kupplungsräder (42, 44) innen- und außenverzahnt ist und in der ersten Stellung des Kupplungselementes (40) durch entsprechenden Zahneingriff den Planetenradträger (28) drehfest mit dem Getriebegehäuse (12) koppelt, und daß ein zweites (44) der beiden kreisringförmigen Kupplungsräder (42, 44) innenverzahnt ist und in der zweiten Stellung des Kupp­ lungselementes (40) durch entsprechenden Zahneingriff den Planetenradträger (28) drehfest mit der Abtriebswelle (18) koppelt.

4. Vorlegegetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Verbindung der bei­ den Kupplungsräder (42, 44) von Elementen (Hülse 48, Schraube 50) hergestellt ist, die sich durch zumindest eines der Pla­ netenräder (26), insbesondere durch dessen Welle (46), er­ strecken.

5. Vorlegegetriebe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Kupplungs­ elementes (40) zwischen seinen zwei Stellungen bewirkt wird durch ein axial bewegbares Betätigungsorgan (56), das radial in das Getriebegehäuse (12) hineinragt und mit seinem radial inneren Ende mit dem ersten Kupplungsrad (42) in Eingriff steht.

6. Vorlegegetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere Ende des Betä­ tigungsorganes (56) fest mit einer Betätigungsstange (60) verbunden ist, die sich radial außerhalb des Zahnkranzes (62) in axialer Richtung erstreckt.

7. Vorlegegetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine drehfest mit dem Getriebegehäuse (12) verbundene, er­ ste Verzahnung (68) und eine davon axial beabstandete, dreh­ fest mit der Abtriebswelle (18) verbundene, zweite Verzahnung (70) vorhanden ist,
• - der Zahnkranz (62) an seinen axialen Enden in Fortsetzung seiner Innenzähne Eingriffszähne (64, 66) aufweist, und
• - der Zahnkranz (62) zwischen den beiden Verzahnungen (68, 70) angeordnet und in axialer Richtung verschiebbar ist, um mittels der Eingriffszähne (64, 66) mit der ersten Verzahnung (68) oder der zweiten Verzahnung (70) in Eingriff zu kommen.

8. Vorlegegetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zahnkranz (62) und der ersten Verzahnung (68) sowie zwischen dem Zahnkranz (62) und der zweiten Verzahnung (70) Synchronringe (76, 78) ange­ ordnet sind.

9. Vorlegegetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Sperre verhin­ dert, daß sich das verschiebbare Kupplungselement (40) in seiner ersten Stellung befindet und gleichzeitig der Zahn­ kranz (62) über seine Eingriffszähne (64) in Eingriff mit der drehfest mit dem Getriebegehäuse (12) verbundenen, ersten Verzahnung (68) steht.

10. Vorlegegetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Sperre im Still­ stand des Vorlegegetriebes deaktiviert ist und ein gleichzei­ tiges Einlegen des Kupplungselementes (40) in seine erste Stellung und des Zahnkranzes (62) in seine mit dem Getriebe­ gehäuse (12) verbundene Stellung erlaubt.