Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein kompaktes Lastschaltgetriebe für eine Arbeitsmaschine, wie zum Beispiel eine Baumaschine, eine Landmaschine, einen Gabelstapler oder Ähnliches. Die Erfindung betrifft einen kompakten Aufbau eines solchen Getriebes, das insbesondere mit einer geringen axialen Abmessung ausgeführt werden kann.

Stand der Technik

Lastschaltgetriebe für Arbeitsmaschinen sind bekannt und bieten den Vorteil, dass das Umschalten zwischen Schaltstufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen auch während einer Lastübertragung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle ermöglicht wird. Dabei werden Schaltelemente in der Form von Schaltkupplungen selektiv geschaltet, um von einer Schaltstufe in eine andere Schaltstufe umzuschalten, so dass ein Leistungsabriss während des Schaltvorgangs so gut wie möglich vermieden werden kann.

Ein Lastschaltgetriebe nach dem Stand der Technik ist in DE 10 2008 002 069 A1 offenbart. Bei diesem Getriebe sind mehrere Getriebestufen vorgesehen, um mehrere Schaltstufen zu ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Ein Lastschaltgetriebe gemäß der Erfindung kann für eine Arbeitsmaschine eingesetzt werden. Das Lastschaltgetriebe kann eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweisen. Dabei kann eine Rotation der Antriebswelle selektiv zur Erzielung mehrerer Schaltstufen über Stirnradsätze übertragbar sein, wobei die Stirnradsätze Folgendes umfassen können: ein mit der Antriebswelle gekoppeltes erstes Festrad, das über ein erstes Schaltelement selektiv mit einem ersten Zwischenrad koppelbar ist; ein mit dem ersten Festrad kämmend eingreifendes zweites Zwischenrad, das über ein zweites Schaltelement selektiv mit einem zweiten Festrad koppelbar ist, und ein mit einer Zwischenwelle gekoppeltes drittes Festrad, das über ein drittes Schaltelement selektiv mit einem dritten Zwischenradrad, das mit dem zweiten Festrad kämmend eingreift, koppelbar ist. Bei dem Lastschaltgetriebe ist die Antriebskraft durch einen einzelnen lastführenden Eingriff eines Zahnradpaars von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragbar. Insbesondere liegt in einer Schaltstufe nur ein lastführender Eingriff, nämliche zwischen erstem Festrad und zweitem Zwischenrad vor. In einer anderen Schaltstufe liegt nur ein lastführender Eingriff, nämlich zwischen erstem Zwischenrad und zweitem Festrad vor.

Das erste Schaltelement kann auf der Antriebswelle vorgesehen sein, das zweite Schaltelement kann auf der Abtriebswelle vorgesehen sein und das dritte Schaltelement kann auf der Zwischenwelle vorgesehen sein.

Die Schaltelemente sind dabei jeweils auf einer der Wellen vorgesehen und es sind keine weiteren Wellen zur Aufnahme der Schaltelemente notwendig. Der kämmende Eingriff zwischen den als Festräder und Zwischenräder bezeichneten Zahnrädern bedeutet, dass die Zähne der entsprechenden Zahnradpaarung einander kämmend berühren und dadurch von einem Zahnrad auf das andere Zahnrad des Zahnradpaars eine Kraft übertragbar ist.

Die verwendeten Zahnräder können gerad verzahnte oder schrägverzahnte Zahnräder sein. Das erste Festrad kann mit der Antriebswelle direkt verbunden sein. Das erste Schaltelement kann mit dem ersten Festrad fest verbunden sein und eine selektive Verbindung zwischen dem ersten Festrad und dem ersten Zwischenrad hersteilen. Das zweite Schaltelement kann mit dem zweiten Festrad fest verbunden sein und eine selektive Verbindung zwischen dem zweiten Festrad und dem zweiten Zwischenrad hersteilen. Das zweite Festrad kann direkt mit der Ausgangswelle verbunden sein. Ebenso kann das dritte Schaltelement mit dem dritten Festrad fest verbunden sein und eine selektive Verbindung zwischen dem dritten Festrad und dem dritten Zwischenrad hersteilen. Mit dem Lastschaltgetriebe kann im eingerückten Zustand des ersten Schaltelements und im ausgerücktem Zustand des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements eine erste Schaltstufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis bezüglich der Drehung an der Eingangswelle und der Drehung an der Ausgangswelle herbeigeführt werden. Ferner kann im eingerückten Zustand des zweiten Schaltelements und im ausgerücktem Zustand des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements eine zweite Schaltstufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis bezüglich der Drehung an der Eingangswelle und der Drehung an der Ausgangswelle herbeigeführt werden. Dabei kann sich das erste Übersetzungsverhältnis sich von dem zweiten Übersetzungsverhältnis unterscheiden.

Insbesondere kann das erste Übersetzungsverhältnis kleiner als das zweite Übersetzungsverhältnis sein, so dass beim Anfahren oder bei dem Bedarf nach einer größeren Antriebskraft an Antriebsrädern das erste Übersetzungsverhältnis verwendet werden kann, während das zweite Übersetzungsverhältnis bei höheren Geschwindigkeiten verwendet werden kann. Die Übersetzungsverhältnisse der ersten und zweiten Schaltstufe können entsprechend dem Anwendungsfall durch verschiedene Durchmesserverhältnisse der Zahnräder eingerichtet werden.

Mit dem Lastschaltgetriebe kann im eingerückten Zustand des dritten Schaltelements und im ausgerücktem Zustand des zweiten Schaltelements und des ersten Schaltelements eine dritte Schaltstufe mit einem dritten Übersetzungsverhältnis bezüglich der Drehung an der Eingangswelle und der Drehung an der Ausgangswelle herbeigeführt wird, wobei die Drehrichtung der Ausgangswelle in der dritten Schaltstufe der Drehrichtung der Eingangswelle entspricht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Getriebes kann die dritte Schaltstufe als Rückwärtsschaltstufe verwendet werden, während die erste und zweite Schaltstufe als Vorwärtsschaltstufe dienen können. Es ist jedoch auch möglich, das Getriebe mit einer Vorwärtsschaltstufe und zwei Rückwärtsschaltstufen zu verwenden, indem die Verknüpfung des Getriebes mit der Arbeitsmaschine entsprechend eingerichtet wird. Die Drehrichtung der Ausgangswelle ist in der ersten und zweiten Schaltstufe entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Eingangswelle. Durch die Anordnung von Zahnradsätzen, die in der ersten und zweiten Schaltstufe paarweise Zahnräder aufweisen, wird die Drehrichtung bezüglich der Eingangsdrehzahl umgekehrt.

Bei dem Lastschaltgetriebe können das erste, zweite und dritte Schaltelement als Lamellenkupplung ausgebildet sein. Eine Lamellenkupplung kann durch eine hydraulische oder mechanische Betätigung ein- und ausgerückt werden. Dabei wird auch ein gewisser Schlupf bei Übergang zwischen eingerücktem und ausgerücktem Zustand gestattet und können somit Stöße beim Umschalten der Schaltstufen verringert werden. Das Schaltelement kann auch eine andere Ausgestaltung haben, solange die Funktion zum selektiven Verbinden und Trennen zwischen den Elementen ermöglicht wird, zwischen denen das Schaltelement vorgesehen ist.

Bei dem Lastschaltgetriebe wird das Umschalten der Schaltstufen durch Betätigen der Schaltelemente unter Last ermöglicht. Dies wird durch den besonderen Aufbau bewirkt, bei dem ein Zahnradsatz durch Einrücken eines Schaltelements in den Kraftfluss einbezogen wird, während gleichzeitig ein anderer Zahnradsatz durch Ausrücken eines Schaltelements vom Kraftfluss ausgeschlossen wird.

Bei dem Lastschaltgetriebe können die Abtriebswelle und die Zwischenwelle parallel zu der Antriebswelle angeordnet sein. Hierdurch wird ein kompakter Aufbau erzielt, bei dem insbesondere die axiale Abmessung des Getriebes kurz ausgebildet werden kann. Dabei können die Zentren der Zwischenwelle, der Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Dreieck bilden, so dass die Abmessung des Getriebes insgesamt verringert werden kann. Das erste, zweite und dritte Schaltelement können in einem axialen Bereich des Getriebes, insbesondere zwischen zwei Ebenen aneinander ausgerichtet angeordnet sein, um die Nutzung des Bauraumes weiter zu optimieren.

Bei dem Lastschaltgetriebe kann die Antriebwelle mit einem Drehmomentwandler verbunden sein, der von einer Antriebsquelle in diesen eingeleitete Antriebskraft auf die Antriebwelle überträgt. Der Drehmomentwandler kann dabei ein hydrodynamischen Wandler sein, der in Abhängigkeit von der Eingangsdrehzahl die Verbindung zwischen Antriebsquelle und Antriebswelle herstellt oder unterbricht. Die Antriebsquelle kann eine Brennkraftmaschine, beispielsweise ein Dieselmotor oder Ähnliches sein, und kann auch einen Hybridantrieb oder einen Hydraulikantrieb umfassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische und vereinfachte Darstellung eine Lastschaltgetriebes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und

Figs. 2 a-c zeigen das Getriebe in einer schematischen Darstellung mit darin angedeuteten Kraftflüssen für die verschiedenen Schaltstufen.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das Lastschaltgetriebe gemäß der dargestellten Ausführungsform weist ein Getriebegehäuse 14 auf, in dem die Elemente des Lastschaltgetriebes untergebracht sind. Eine Antriebswelle 1 erstreckt sich durch das Getriebegehäuse 14 und ist außerhalb des Getriebegehäuses 14 mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler 13 verbunden. Der Drehmomentwandler 13 ist eingangsseitig mit einer Ausgangswelle einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine verbunden. Die in den Drehmomentwandler 13 eingeleitete Antriebskraft wird in bekannter Weise auf die Antriebswelle 1 übertragen. Mit dem Eingangselement des Drehmomentwandlers 13 ist eine Ölpumpe 15 verbunden, die einen erforderlichen Öldruck erzeugt.

An der Antriebswelle 1 ist ein ersten Festrad 4 fest angebracht, so dass dieses sich mit der Antriebwelle 1 dreht. An dem ersten Festrad 4 ist ein erstes Schaltelement 5 in der Form einer Lamellenkupplung vorgesehen. Das erste Schaltelement 5 ist fest mit dem ersten Festrad 4 verbunden und ist vorgesehen, um ein erstes Zwischenrad 6 mit dem ersten Festrad 4 zu verbinden, wenn es eingerückt wird. Im ausgerückten Zustand des ersten Schaltelements 5 sind das erste Festrad 4 und das erste Zwischenrad 6 relativ zueinander drehbar. Parallel versetzt zu der Antriebswelle 1 ist eine Abtriebswelle 2 vorgesehen, mit der ein zweites Festrad 9 fest verbunden ist und die durch das Getriebegehäuse 14 nach außen geführt ist. An dem zweiten Festrad 9 ist ein zweites Schaltelement 8 in der Form einer Lamellenkupplung vorgesehen. Das zweite Schaltelement 8 ist fest mit dem zweiten Festrad 9 verbunden und ist vorgesehen, um ein zweites Zwischenrad 7 mit dem zweiten Festrad 9 zu verbinden, wenn es eingerückt wird. Im ausgerückten Zustand des zweiten Schaltelements 8 sind das zweite Festrad 9 und das zweite Zwischenrad 7 relativ zueinander drehbar.

Parallel zu der Antriebswelle 1 und zu der Ausgangswelle 2 ist eine Zwischenwelle 3 vorgesehen, mit der ein drittes Festrad 10 fest verbunden ist. An dem dritten Festrad 10 ist ein drittes Schaltelement 11 in der Form einer Lamellenkupplung vorgesehen. Das dritte Schaltelement 11 ist fest mit dem dritten Festrad 10 verbunden und ist vorgesehen, um ein drittes Zwischenrad 12 mit dem dritten Festrad 10 zu verbinden, wenn es eingerückt wird. Im ausgerückten Zustand des dritten Schaltelements 11 sind das dritte Festrad 10 und das dritte Zwischenrad 12 relativ zueinander drehbar.

Das erste Festrad 4 greift kämmend mit dem zweiten Zwischenrad 7 ein. Das zweite Festrad 9 greift kämmend mit dem dritten Zwischenrad 12 ein. Ferner greift das erste Festrad 4 auch mit dem dritten Festrad 10 ein. Die Anordnung der Wellen in Relation zueinander ist derart ausgelegt, dass die vorstehend angegebenen Eingriffe realisiert werden können. Die Durchmesser der vorstehen genannten Stirnräder und Zwischenräder ist so ausgelegt, dass ein Zahneingriff mit der Möglichkeit einer Kraftübertragung kontinuierlich beibehalten werden kann.

Die Schaltelemente ermöglichen verschiedene Kraftflüsse zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 2. Dabei sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Schaltstufen in Vorwärtsrichtung und eine Schaltstufe in Rückwärtsrichtung möglich.

Die erste Schaltstufe in Vorwärtsrichtung wird erzielt, indem das erste Schaltelement 5 eingerückt wird und somit das erste Festrad 4 mit dem ersten Zwischenrad 6 gekoppelt wird. Bei einer Drehung der Eingangswelle 1 wird somit diese über das erste Festrad 4 und das eingerückte erste Schaltelement 5 auf das erste Zwischenrad 6 übertragen. Das erste Zwischenrad 6 überträgt dabei seine Drehung auf das zweite Festrad 9, das die Drehung an die Ausgangswelle 2 abgibt. Dabei sind das zweite Schaltelement 8 und das dritte Schaltelement 11 ausgerückt. Der Kraftfluss in der ersten Schaltstufe ist in Fig. 2a mit einem Pfeil angedeutet.

Die zweite Schaltstufe in Vorwärtsrichtung wird erzielt, indem das zweite Schaltelement 8 eingerückt wird und somit das zweite Festrad 9 mit dem zweiten Zwischenrad 7 gekoppelt wird. Bei einer Drehung der Eingangswelle 1 wird somit diese über das erste Festrad 4 und das zweite Zwischenrad 7 und das eingerückte Schaltelement 8 auf das zweite Festrad 9 übertragen. Das zweite Festrad 9 gibt dabei die Drehung an die Abtriebswelle 2 ab. Dabei sind das erste Schaltelement 5 und das dritte Schaltelement 11 ausgerückt. Der Kraftfluss in der zweiten Schaltstufe ist in Fig. 2b mit einem Pfeil angedeutet.

Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des ersten Festrads 4 und dem Durchmesser des zweiten Zwischenrads 7 ist dabei größer als das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des ersten Zwischenrads 6 und dem Durchmesser des zweiten Festrads 9. Somit wird in der ersten Schaltstufe ein anderes Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle 1 und Ausgangswelle 2 erzielt als in der zweiten Schaltstufe. Aufgrund der Anordnung von Zahnrädern im Kraftfluss ist in der ersten und zweiten Schaltstufe in Vorwärtsrichtung die Drehrichtung der Ausgangswelle 2 umgekehrt zur der Drehrichtung der Eingangswelle 1.

Die Rückwärtsschaltstufe wird erzielt, indem das dritte Schaltelement 11 eingerückt wird und somit das dritte Festrad 10 mit dem dritten Zwischenrad 12 gekoppelt wird. Bei einer Drehung der Eingangswelle 1 wird somit diese Drehung über das erste Festrad 4 auf das dritte Festrad 10 und über das eingerückte dritte Schaltelement 11 auf das dritte Zwischenrad 12 übertragen. Von dem dritten Zwischenrad 12 wird die Drehung auf das zweite Festrad 9 und übe dieses auf die Ausgangswelle 2 übertragen. Dabei sind das erste Schaltelement 5 und das zweite Schaltelement 8 ausgerückt. Der Kraftfluss in der Rückwärtsstufe ist in Fig. 2c mit einem Pfeil angedeutet. Aufgrund der Anordnung von Zahnrädern im Kraftfluss ist in der Rückwärtsschaltstufe die Drehrichtung der Ausgangswelle 2 dieselbe wie die Drehrichtung der Eingangswelle 1 . Somit kann in der Rückwärtsschaltstufe eine gegenüber den Vorwärtsschaltstufen umgekehrte Drehrichtung an der Ausgangswelle 2 bei gleichbleibender Eingangswellendrehrichtung erzielt werden.

Die Schaltvorgänge des Lastschaltgetriebes werden zeitlich koordiniert vorgenommen, so dass ein Drehmomentabfall während eines Schaltvorganges verringert werden kann. Dabei wird der Schlupf der als Lamellenkupplungen ausgeführten Schaltelemente eingesetzt, um Stöße bei Schaltvorgängen reduzieren. Die Ansteuerung der Schaltelemente wird durch eine Steuereinrichtung der Arbeitsmaschine und ein damit verbundenes Hydrauliksystem durchgeführt.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung sind die Schaltelemente jeweils auf einer Welle vorgesehen, an denen die zugehörigen Zahnradpaare angebracht sind. Aufgrund der achsparallelen Ausgestaltung von Antriebswelle 1 , Abtriebswelle 2 und Zwischenwelle 3 können die zugehörigen mit einem geringen axialen Bauraum im Getriebegehäuse 14 untergebracht werden.

Mit dieser Ausgestaltung kann ferner eine sehr einfache Ansteuerung des Getriebes verwirklicht werden, da für jede der drei verfügbaren Schaltstufen nur eines der Schaltelemente angesteuert werden muss.

Aufgrund der besonderen Ausgestaltung wird in der ersten und zweiten Schaltstufe in Vorwärtsrichtung die Antriebskraft über nur ein Zahnradpaar übertragen. Auch in der Rückwärtsstufe befinden sich nur zwei Zahnradpaare im lastübertragenden Eingriff. Hierdurch wird der Wartungsbedarf verringert und die Lebensdauer verlängert.

Das Lastschaltgetriebe ist in der vorstehend erläuterten Ausführungsform mit einer ersten und zweiten Vorwärtsstufe und einer Rückwärtsstufe beschrieben worden. Jedoch kann das Getriebe bei entsprechender Einbindung in die Architektur der Arbeitsmaschine auch mit einer Vorwärtsstufe und zwei Rückwärtsstufen verwendet werden. Bezuqszeichen Antriebswelle

Abtriebswelle

Zwischenwelle

erstes Festrad

erstes Schaltelement

erstes Zwischenrad

zweites Zwischen rad

zweites Schaltelement

zweites Festrad

drittes Festrad

drittes Schaltelement

drittes Zwischenrad

Drehmomentwandler

Getriebegehäuse

Ölpumpe