WO2023046594A1

WO2023046594A1 - Zapfwellengetriebe

Info

Publication number: WO2023046594A1
Application number: PCT/EP2022/075806
Authority: WO
Inventors: Stefan Igl; Thomas Oberbuchner; Christoph Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2024-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zapfwellengetriebe (1), umfassend eine Antriebswelle (2), welche über ein erstes Lastschaltelement (16) drehfest mit einem ersten Stirnrad (6) verbunden sowie mittels eines zweiten Lastschaltelements (17) drehfest mit einem zweiten Stirnrad (7) in Verbindung gebracht werden kann. Achsversetzt zu der Antriebswelle (2) ist eine Zapfwelle (3) vorgesehen, auf welcher ein drittes Stirnrad (8) und ein viertes Stirnrad (9) vorgesehen sind, wobei das dritte Stirnrad (8) mit dem ersten Stirnrad (6) kämmt, während das vierte Stirnrad (9) mit dem zweiten Stirnrad (7) im Zahneingriff steht. Um eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen darstellen und dabei Wechsel zwischen diesen Übersetzungsverhältnissen zumindest zum Teil lastschaltbar durchführen zu können, kann das dritte Stirnrad (8) über ein erstes Schaltelement (18) drehfest mit der Zapfwelle (3) verbunden werden und ist zudem mit einem fünften Stirnrad (10) gekoppelt, welches drehfest auf einer achsversetzt zu der Antriebswelle (2) und der Zapfwelle (3) liegenden Vorgelegewelle (4) platziert ist. Zudem kann das vierte Stirnrad (9) mittels eines zweiten Schaltelements (19) drehfest mit der Zapfwelle (3) in Verbindung gebracht werden und ist ferner mit einem sechsten Stirnrad (11) gekoppelt, das drehfest auf der Vorgelegewelle (4) angeordnet ist.

Description

Zapfwellengetriebe

Die Erfindung betrifft ein Zapfwellengetriebe, umfassend eine Antriebswelle, welche über ein erstes Lastschaltelement drehfest mit einem ersten Stirnrad verbindbar so- wie mittels eines zweiten Lastschaltelements drehfest mit einem zweiten Stirnrad in Verbindung bringbar ist, wobei achsversetzt zu der Antriebswelle eine Zapfwelle vor- gesehen ist, auf welcher ein drittes Stirnrad und ein viertes Stirnrad vorgesehen sind, und wobei das dritte Stirnrad mit dem ersten Stirnrad kämmt, während das vierte Stirnrad mit dem zweiten Stirnrad im Zahneingriff steht. Des Weiteren betrifft die Er- findung einen Landmaschinenantriebsstrang, eine Landmaschine sowie ein Verfah- ren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebes.

Landwirtschaftlich- oder bauwirtschaftlich nutzbare Nutzfahrzeuge sind üblicherweise heck- und/oder frontseitig mit einem als Zapfwelle oder teilweise auch als PTO (power take-off) bezeichneten Nebenabtrieb versehen. Dieser weist einen mit einem Mitnahmeprofil versehenen Zapfwellenstummel auf, von dem aus Arbeitsgeräte über eine Gelenkwelle angetrieben werden können. Je nach angebautem Arbeitsgerät sind dabei nur bestimmte maximale Antriebsdrehzahlen zulässig, die Nutzfahrzeug- seitig zu berücksichtigen sind. Zur Realisierung dieser maximal zulässigen Antriebs- drehzahlen ist in einem jeweiligen Landmaschinenantriebsstrang üblicherweise ein Zapfwellengetriebe vorgesehen, in welchem für jede Antriebsdrehzahl mindestens ein zugehöriges Übersetzungsverhältnis geschaltet werden kann. Teilweise ist ein Zapfwellengetriebe dabei mit Lastschaltelementen ausgestattet, um zumindest ein- zelne Wechsel zwischen den darstellbaren Übersetzungsverhältnissen unter Last re- alisieren zu können.

Aus der DE 10 2011 084 622 A1 geht ein Zapfwellengetriebe hervor, welches neben einer Antriebswelle und einer Zapfwelle mit zwei Eingangswellen ausgestattet ist. Da- bei kann die Antriebswelle mit jeder der Eingangswellen über je ein Lastschaltele- ment drehfest verbunden werden, wobei die erste Eingangswelle mit der Zapfwelle permanent über eine Stirnradstufe gekoppelt ist, während zwischen der zweiten Ein- gangswelle und der Zapfwelle zwei Stirnradstufen vorgesehen sind, die jeweils durch Betätigung je eines zugehörigen Schaltelements in den Kraftfluss eingebunden werden können und dabei jeweils je eine Koppelung der zweiten Eingangswelle mit der Zapfwelle herbeiführen. Jede der Stirnradstufen setzt sich dabei aus je zwei Stirnrädern zusammen, die permanent miteinander im Zahneingriff stehen. Insge- samt können dabei über die Stirnradstufen und durch selektive Betätigung der Schaltelemente und der Lastschaltelemente drei unterschiedliche Übersetzungsver- hältnisse zwischen der Antriebswelle und der Zapfwelle verwirklicht werden, wobei dabei Wechsel, für die lediglich ein Umschalten zwischen den Lastschaltelementen erforderlich ist, unter Last stattfinden können.

Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Auf- gabe der vorliegenden Erfindung, ein Zapfwellengetriebe zu schaffen, bei welchem eine höhere Anzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen darstellbar ist, wobei ein Wechsel zwischen diesen Übersetzungsverhältnissen dabei zumindest zum Teil lastschaltbar durchführbar sein soll.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen An- sprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Land- maschinenantriebsstrang, in welchem ein erfindungsgemäßes Zapfwellengetriebe vorgesehen ist, ist ferner Gegenstand von Anspruch 10. Ferner betrifft Anspruch 11 eine Landmaschine mit einem vorgenannten Landmaschinenantriebsstrang, während die Ansprüche 12 und 13 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsge- mäßen Zapfwellengetriebes zum Gegenstand haben.

Gemäß der Erfindung umfasst ein Zapfwellengetriebe eine Antriebswelle, welche über ein erstes Lastschaltelement drehfest mit einem ersten Stirnrad verbunden so- wie mittels eines zweiten Lastschaltelements drehfest mit einem zweiten Stirnrad in Verbindung gebracht werden kann. Achsversetzt zu der Antriebswelle ist eine Zapf- welle vorgesehen, auf welcher ein drittes Stirnrad und ein viertes Stirnrad vorgese- hen sind. Dabei kämmt das dritte Stirnrad mit dem ersten Stirnrad, während das vierte Stirnrad mit dem zweiten Stirnrad im Zahneingriff steht. Bei einem „Zapfwellengetriebe“ handelt es sich im Sinne der Erfindung um ein Ge- triebe, welches insbesondere bei einer Landmaschine zum Übersetzen einer Ab- triebsdrehzahl einer Antriebsmaschine auf unterschiedlicher Antriebsdrehzahlen für den Betrieb von unterschiedlichen Anbaugeräten der Landmaschine vorgesehen ist. Hierbei ist unter einer Landmaschine erfindungsgemäß ein für die Anwendung im Be- reich der Landwirtschaft vorgesehenes Nutzfahrzeug zu verstehen. So handelt es sich bei der Landmaschine im Rahmen der Erfindung bevorzugt um einen Acker- schlepper, wobei die Landmaschine aber auch als Systemfahrzeug, wie beispiels- weise als Geräteträger, oder auch als selbstfahrende Erntemaschine vorliegen kann.

Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Zapfwellen- getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines entsprechenden Lastschaltelements bzw.

Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann Komponenten des Zapfwellengetriebes dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorlie- gen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Zudem kann die jeweilige Welle als einstückiges Bauteil ausgeführt sein oder mehr- teilig vorliegen, indem sich die jeweilige Welle aus mehreren drehfest miteinander verbundenen Wellenteilen zusammensetzt.

Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittel- achse des Zapfwellengetriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen von ro- tierbaren Komponenten des Zapfwellengetriebes angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen rotierbaren Kompo- nente, insbesondere einer jeweiligen Welle oder eines jeweiligen Stirnrades, zu ver- stehen.

Die Antriebswelle ist im verbauten Zustand des Zapfwellengetriebes für eine an- triebsseitige Anbindung des Zapfwellengetriebes vorgesehen. Ist das Zapfwellenge- triebe dabei Teil eines in Gruppenbauweise ausgeführten Landmaschinengetriebes, so kann die Antriebswelle des Zapfwellengetriebes auch durch eine Welle einer anderen Getriebegruppe des Landmaschinengetriebes gebildet oder aber drehfest mit einer Welle einer anderen Getriebegruppe verbunden sein.

Hingegen ist die Zapfwelle für eine drehfeste Verbindung mit einem jeweiligen Zapf- wellenstummel ausgestaltet, über welchen im angebauten Zustand eines jeweiligen Arbeitsgeräts der Landmaschine ein Antrieb dieses Arbeitsgerät stattfinden kann. Be- sonders bevorzugt können dabei an der Zapfwelle unterschiedliche Zapfwellenstum- mel austauschbar befestigt werden, wobei diese unterschiedlichen Zapfwellenstum- mel dabei mit unterschiedlichen Mitnahmeprofilen in Abhängigkeit der jeweils darzu- stellenden Antriebsdrehzahl ausgeführt sind. Die Zapfwelle und die Antriebswelle lie- gen dabei achsversetzt zueinander, womit eine parallele Anordnung der Zapfwelle und der Antriebswelle zueinander unter einem Achsabstand gemeint ist.

Unter einem „Lastschaltelement“ ist im Sinne der Erfindung ein Schaltelement des Zapfwellengetriebes zu verstehen, mittels welchem bei Betätigung die hieran jeweils unmittelbar angebundenen Komponenten des Zapfwellengetriebes auch unter Last und bei ggf. vorhandenen Drehzahlunterschieden drehfest miteinander verbunden werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebe stehen das erste Stirnrad und das dritte Stirnrad permanent miteinander im Zahneingriff und bilden somit eine Stirnrad- stufe. Dabei ist das erste Stirnrad drehbar auf der Antriebswelle gelagert und kann mittels des ersten Lastschaltelements drehfest mit der Antriebswelle verbunden wer- den, wobei dabei im Rahmen der Erfindung denkbar ist, dass das erste Stirnrad drehfest auf einer Welle platziert ist, die als Hohlwelle axial überdeckend sowie radial umliegend zu der Antriebswelle angeordnet ist und mittels des ersten Lastschaltele- ments drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden kann. In diesem Fall ist also das erste Stirnrad mittelbar über die zwischenliegende Welle drehbar auf der An- triebswelle platziert, wobei das erste Stirnrad hierbei einstückig mit der Welle ausge- führt sein oder als separates und drehfest mit der Welle verbundenes Bauteil vorlie- gen kann. Besonders bevorzugt ist das erste Stirnrad aber als Losrad direkt drehbar auf der Antriebswelle gelagert. Ebenfalls auf der Antriebswelle ist das zweite Stirnrad vorgesehen, welches ständig mit dem vierten Stirnrad kämmt und dabei mit dem vierten Stirnrad eine Stirnradstufe bildet. Dabei ist das zweite Stirnrad bevorzugt als Losrad drehbar auf der Antriebs- welle gelagert und dort mittels des zweiten Lastschaltelements festsetzbar, wobei al- ternativ dazu auch eine drehfeste Anordnung des zweiten Stirnrades auf einer Welle denkbar wäre, die als Hohlwelle axial überdeckend sowie radial umliegend zu der Antriebswelle angeordnet ist. Diese Hohlwelle kann dann mittels des zweiten Schalt- elements drehfest mit der Antriebswelle verbunden werden und stellt dann mittelbar die Verbindung der Antriebswelle mit dem zweiten Stirnrad her.

Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das dritte Stirnrad über ein erstes Schaltelement drehfest mit der Zapfwelle verbunden werden kann und zudem mit einem fünften Stirnrad gekoppelt ist, welches drehfest auf einer achsversetzt zu der Antriebswelle und der Zapfwelle liegenden Vorgelegewelle platziert ist. Des Wei- teren kann das vierte Stirnrad mittels eines zweiten Schaltelements drehfest mit der Zapfwelle in Verbindung gebracht werden und ist ferner mit einem sechsten Stirnrad gekoppelt, das drehfest auf der Vorgelegewelle angeordnet ist.

Mit anderen Worten können also das dritte Stirnrad und die Zapfwelle durch Schlie- ßen eines ersten Schaltelements drehfest miteinander in Verbindung gebracht wer- den, wobei die Zapfwelle zudem durch Betätigen eines zweiten Schaltelements dreh- fest mit dem vierten Stirnrad verbindbar ist. Zwischen dem dritten Stirnrad und einem fünften Stirnrad besteht ferner eine permanente Koppelung, wobei das fünfte Stirnrad drehfest auf einer Vorgelegewelle angeordnet ist, die parallel und unter Achsversatz zu der Antriebswelle und der Zapfwelle liegt. Ebenfalls auf der Vorgelegewelle ist ein sechstes Stirnrad drehfest platziert, welches permanent mit dem vierten Stirnrad ge- koppelt ist.

Eine derartige Ausgestaltung eines Zapfwellengetriebes hat dabei den Vorteil, dass über die permanenten Koppelungen der auf der Zapfwelle vorgesehenen Stirnräder mit den drehfest auf der Vorgelegewelle platzierten Stirnrädern und durch selektive Betätigung der beiden Schaltelemente sowie der beiden Lastschaltelemente unter- schiedliche Kraftflussführungen im Zapfwellengetriebe verwirklicht werden können, wodurch eine hohe Anzahl an unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen realisier- bar ist. Besonders bevorzugt können dabei von der Übersetzung her genau vier un- terschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Zapf- welle realisiert werden. Aufgrund der antriebsseitigen Verbindbarkeit der beiden, auf der Antriebswelle vorgesehenen Stirnräder über die Lastschaltelemente können zu- mindest einzelne der Übersetzungsverhältnisse dabei unter Last geschaltet werden. Insgesamt wird hierdurch ein Zapfwellengetriebe realisiert, bei welchem eine hohe Anzahl von unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen zumindest teilweise last- schaltbar dargestellt werden können.

Das dritte Stirnrad ist drehbar auf der Zapfwelle vorgesehen und wird erst durch Be- tätigen des ersten Schaltelements drehfest mit der Zapfwelle verbunden, wobei das dritte Stirnrad hierbei bevorzugt als Losrad drehbar auf der Zapfwelle gelagert ist. Al- ternativ dazu kann das dritte Stirnrad drehfest auf einer Welle platziert sein, die als Hohlwelle axial überdeckend sowie radial umliegend zu der Zapfwelle angeordnet ist und über das erste Schaltelement drehfest mit der Zapfwelle in Verbindung gebracht werden kann. Ebenso ist das vierte Stirnrad bevorzugt als Losrad drehbar auf der Zapfwelle gelagert und wird an der Zapfwelle durch Betätigen des zweiten Schaltele- ments festgesetzt, wobei das vierte Stirnrad alternativ dazu aber auch drehfest auf einer Welle angeordnet sein kann, die als Hohlwelle axial überdeckend sowie radial umliegend zu der Zapfwelle platziert ist und durch Schließen des zweiten Schaltele- ments drehfest mit der Zapfwelle verbunden wird. In diesem Fall stellt dann diese Hohlwelle mittelbar die drehfeste Verbindung zwischen dem vierten Stirnrad und der Zapfwelle her.

Die Stirnräder des erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebes sind bevorzugt jeweils mit je einer Schrägverzahnung ausgestattet, an welchen der jeweilige Zahneingriff hergestellt ist. Bei einer permanenten, drehfesten Verbindung des jeweiligen Stirnra- des mit der jeweiligen Welle könnte das jeweilige Stirnrad auch einstückig mit der Welle ausgebildet sein, indem die Verzahnung an der Welle ausgestaltet und diese insofern als Ritzelwelle konzipiert ist. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Schaltelement ein formschlüssiges Schaltelement, wobei es sich bei diesem Schaltelement bevorzugt um ein Klauenschaltelement handelt. Alternativ, insbesondere aber ergänzend dazu ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei es sich bei diesem Schaltelement bevorzugt um ein unsynchronisiertes Klauenschalt- element handelt. Das einzelne Schaltelement kann im Rahmen der Erfindung aber jeweils auch als Sperrsynchronisation ausgeführt sein. Eine Ausgestaltung als form- schlüssiges Schaltelement hat dabei den Vorteil, dass in einem geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements keine oder nahezu keine Schleppverluste auftreten. Prinzipiell könnte aber auch eines oder sogar beide Schaltelemente als kraftschlüs- sige Schaltelemente ausgeführt sein, wobei hierbei insbesondere eine Ausführung als Lamellenschaltelement infrage kommt. Eine Ausführung beider Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente ermöglicht dabei eine volle Lastschaltbarkeit des erfindungsgemäßen Zapfwellengetriebes.

Bei Ausführung beider Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente sind die beiden Schaltelemente bevorzugt zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, über deren Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus zum einen eine Betäti- gung des ersten Schaltelements sowie zum anderen des zweiten Schaltelements dargestellt werden kann. In vorteilhafter Weise kann hierdurch eine Betätigung der beiden Schaltelemente über nur ein Betätigungselement und damit auch über eine gemeinsame Schaltaktuatorik erfolgen. Dadurch lässt sich der Herstellungsaufwand reduzieren und zudem ein kompakter Aufbau des Zapfwellengetriebes erreichen.

Entsprechend einer Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung steht das dritte Stirnrad mit dem fünften Stirnrad im Zahneingriff. In diesem Fall ist also die Koppelung des dritten Stirnrades mit dem fünften Stirnrad dadurch hergestellt, dass das dritte Stirn- rad und das fünfte Stirnrad permanent miteinander kämmen. Insofern bilden das dritte Stirnrad und das fünfte Stirnrad eine weitere Stirnradstufe des Zapfwellenge- triebes, wobei das dritte Stirnrad somit gleichzeitig Teil von zwei Stirnradstufen ist. Dabei sind diese beiden Stirnradstufen axial im Wesentlichen in einer Radebene an- geordnet, was einen axial kompakten Aufbau des Zapfwellengetriebes ermöglicht. Al- ternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber ebenso gut denkbar, dass die Koppelung zwischen dem dritten Stirnrad und dem fünften Stirnrad über ein weiteres, separates Stirnrad realisiert ist, welches mit dem fünften Stirnrad im Zahneingriff steht und drehfest mit dem dritten Stirnrad verbunden ist.

Alternativ, bevorzugt aber ergänzend zu der vorgenannten Ausgestaltungsmöglich- keit steht das vierte Stirnrad mit dem sechsten Stirnrad im Zahneingriff. Die Koppe- lung zwischen dem vierten Stirnrad und dem sechsten Stirnrad ist also dadurch ver- wirklicht, dass das vierte und das sechste Stirnrad miteinander kämmen und eine Stirnradstufe bilden. Somit ist das vierte Stirnrad gleichzeitig Teil von zwei Stirnrad- stufen, indem das vierte Stirnrad sowohl mit dem zweiten Stirnrad, als auch dem sechsten Stirnrad jeweils im Zahneingriff steht. In vorteilhafter Weise kann hierdurch ein axial kompakter Aufbau des Zapfwellengetriebes erreicht werden, da beide Stirn- radstufen hierdurch axial im Wesentlichen in einer Radebene liegen. Allerdings ist es alternativ dazu aber auch denkbar, dass die Koppelung zwischen dem vierten Stirn- rad und dem sechsten Stirnrad über ein weiteres, separates Stirnrad realisiert ist, welches mit dem sechsten Stirnrad kämmt und drehfest mit dem vierten Stirnrad ver- bunden ist.

In Weiterbildung der Erfindung ergibt sich zwischen der Antriebswelle und der Zapf- welle ein erstes Übersetzungsverhältnis durch Schließen des ersten Lastschaltele- ments und des zweiten Schaltelements, während ein zweites Übersetzungsverhältnis durch Betätigen des zweiten Lastschaltelements und des zweiten Schaltelements ge- schaltet ist. Des Weiteren kann ein drittes Übersetzungsverhältnis durch Schließen des ersten Lastschaltelements und des ersten Schaltelements dargestellt werden, wohingegen sich ein viertes Übersetzungsverhältnis durch Betätigen des zweiten Lastschaltelements und des ersten Schaltelements ergibt. Besonders bevorzugt han- delt es sich bei dem ersten Übersetzungsverhältnis um eine Normstufe für eine Normdrehzahl von 540 U/min, bei dem zweiten Übersetzungsverhältnis um eine Eco- Stufe für eine Normdrehzahl von 540 U/min, bei dem dritten Übersetzungsverhältnis um eine Normstufe für eine Normdrehzahl von 1000 U/min und bei dem vierten Über- setzungsverhältnis um eine Eco-Stufe für eine Normdrehzahl von 1000 U/min. Die Normdrehzahlen sind dabei jeweils die einzustellenden Abtriebsdrehzahlen der Zapf- welle zum Antrieb eines hieran angebundenen Arbeitsgeräts. In der jeweiligen Eco- Stufe für die jeweilige Normdrehzahl ist dabei eine antriebsseitige Drehzahl und da- mit auch die Drehzahl einer vorgeschalteten Antriebsmaschine aufgrund des Über- setzungsverhältnisses abgesenkt.

Bei einer Schaltung zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis sowie bei einer Schaltung zwischen dem dritten Überset- zungsverhältnis und dem vierten Übersetzungsverhältnis muss dabei jeweils lediglich zwischen den Lastschaltelementen gewechselt werden, so dass die jeweilige Schal- tung unter Last möglich ist. Insofern kann zumindest bei der jeweiligen Normdrehzahl 540 U/min bzw. 1000 U/min zwischen der Normstufe und der Eco-Stufe unter Last umgeschaltet werden.

Es ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, dass das erste Lastschaltelement als nasslaufende Reibkupplung ausgebildet ist, wobei das erste Lastschaltelement dabei insbesondere als nasslaufende Lamellenkupplung vorliegt. Alternativ, bevor- zugt aber ergänzend dazu ist auch das zweite Lastschaltelement als nasslaufende Reibkupplung ausgeführt, wobei es sich auch hier insbesondere um eine nasslau- fende Lamellenkupplung handelt.

Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Landmaschinenantriebsstrang, in welchem ein Zapfwellengetriebe nach einem oder mehreren der vorgenannten Varianten vor- gesehen ist. Dabei kann das erfindungsgemäße Zapfwellengetriebe innerhalb des Landmaschinenantriebsstranges Teil eines Landmaschinengetriebes sein, wobei das Zapfwellengetriebe dabei mit anderen Teilen des Landmaschinengetriebes, insbe- sondere in Form mindestens einer weiteren Getriebegruppe, in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein kann. Bevorzugt ist die Antriebswelle des Zapfwellen- getriebes dabei mit einem Getriebeeingang des Landmaschinengetriebes permanent gekoppelt, wobei an diesem Getriebeeingang eine Verbindung zu einer dem Land- maschinengetriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine der Landmaschinen herge- stellt ist oder hergestellt werden kann. Zudem betrifft die Erfindung eine Landmaschine, bei welcher es sich bevorzugt um einen Ackerschlepper handelt. Dabei ist diese Landmaschine mit einem vorgenann- ten Landmaschinenantriebsstrang ausgestattet.

Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zum Betreiben eines Zapfwellen- getriebes, welches entsprechend einer oder mehrerer der vorgenannten Varianten ausgeführt ist. Dabei werden zumindest einzelne Wechsel zwischen Übersetzungs- verhältnissen des Zapfwellengetriebes automatisch in Abhängigkeit einer Last einer mit dem Zapfwellengetriebe gekoppelten Antriebsmaschine durchgeführt. Besonders bevorzugt wird der jeweilige, automatische Wechsel dabei zwischen einer Normstufe und einer Eko-Stufe einer jeweils darstellbaren Normdrehzahl durchgeführt. Dabei wird insbesondere von der jeweiligen Normstufe in die jeweilige Eko-Stufe gewech- selt, wenn erfasst wird, dass die Last der Antriebsmaschine bei Betrieb eines Anbau- geräts aktuell unterhalb einer definierten Schwelle liegt. Dadurch kann eine Verschie- bung eines aktuellen Betriebspunkts der Antriebsmaschine zu einem anderen Be- triebspunkt mit niedrigerer Drehzahl und damit auch bei niedrigerem Verbrauch er- reicht werden. Umgekehrt kann auch automatisch aus der aktuell gewählten, jeweili- gen Eko-Stufe in die jeweilige Normstufe gewechselt werden, wenn die Last der An- triebsmaschine die jeweilige Schwelle übersteigt.

Besonders bevorzugt werden dabei die Wechsel automatisch durchgeführt, bei wel- chen ein Umschalten zwischen den Lastschaltelementen des Zapfwellengetriebes vorgenommen wird. Hierdurch können diese automatischen Wechsel unter Last durchgeführt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptan- spruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich dar- über hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Be- zugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Zapfwellengetriebes entsprechend ei- ner bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein beispielhaftes Schaltschema des Zapfwellengetriebes aus Fig. 1 ; und

Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen des Zapfwellengetriebes aus Fig. 1 mit je- weiligen Kraftflüssen in einzelnen Übersetzungsverhältnissen.

Aus Fig. 1 geht eine schematische Ansicht eines Zapfwellengetriebes 1 hervor, wel- ches entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet und für die Anwendung in einem Landmaschinenantriebsstrang einer Landmaschine vorgesehen ist. Dabei handelt es sich bei der Landmaschine bevorzugt um einen Ackerschlepper, wobei das Zapfwellengetriebe 1 in dem Landmaschinenantriebs- strang für eine Darstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zum Antrieb unterschiedlicher Anbaugeräte des Ackerschleppers vorgesehen ist.

Das Zapfwellengetriebe 1 umfasst eine Antriebswelle 2, eine Zapfwelle 3 und eine Vorgelegewelle 4, welche achsversetzt zueinander angeordnet sind. Dabei ist die Antriebswelle 2 für eine antriebsseitige Anbindung des Zapfwellengetriebes 1 an eine Antriebsmaschine der Landmaschine vorgesehen, während die Zapfwelle 3 einer drehfesten Verbindung mit einem jeweiligen Zapfwellenstummel 5 dient, an welchem das jeweils anzutreibende Anbaugerät trieblich angebunden wird.

Wie zudem in Fig. 1 zu erkennen ist, weist das Zapfwellengetriebe 1 mehrere Stirnrä- der 6 bis 11 auf, von welchen die Stirnräder 6 und 7 als Losräder axial nebeneinan- derliegend jeweils drehbar auf der Antriebswelle 2 gelagert sind. Dabei steht das Stirnrad 6 mit dem Stirnrad 8 permanent im Zahneingriff, welches als Losrad drehbar auf der Zapfwelle 3 gelagert ist und mit dem Stirnrad 6 eine Stirnradstufe 12 bildet. Neben dem Zahneingriff mit dem Stirnrad 6 kämmt das Stirnrad 8 ferner ständig mit dem Stirnrad 10 und bildet gemeinsam mit diesem eine Stirnradstufe 13, welche da- bei axial in einer Ebene mit der Stirnradstufe 12 angeordnet ist. Das Stirnrad 10 ist hierbei drehfest auf der Vorgelegewelle 4 platziert.

Zudem steht das Stirnrad 7 permanent mit dem Stirnrad 9 im Zahneingriff, welches als Losrad axial benachbart zu dem Stirnrad 8 drehbar auf der Zapfwelle 3 gelagert ist. Dabei bilden das Stirnrad 7 und das Stirnrad 9 gemeinsam eine Stirnradstufe 14, wobei das Stirnrad 9 zudem noch mit dem Stirnrad 11 kämmt, das dabei drehfest auf der Vorgelegewelle 4 angeordnet ist. Eine durch den Zahneingriff der Stirnräder 9 und 11 gebildete Stirnradstufe 15 liegt dabei axial in einer Ebene mit der Stirnrad- stufe 14, wobei diese Ebene axial benachbart zu der Ebene vorgesehen ist, in wel- cher die Stirnradstufen 12 und 13 vorgesehen sind.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, verfügt das Zapfwellengetriebe 1 über zwei Lastschalt- elemente 16 und 17 sowie über zwei Schaltelemente 18 und 19. Dabei sind die Last- schaltelemente 16 und 17 als nasslaufende Reibkupplungen ausgebildet, wobei die einzelne Reibkupplung hierbei als nasslaufende Lamellenkupplung vorliegen kann. Bei Betätigung verbindet das Lastschaltelemente 16 dabei das Stirnrad 6 drehfest mit der Antriebswelle 2, während das Lastschaltelement 17 im geschlossenen Zu- stand eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle 2 und dem Stirnrad 7 hervorruft. Bei dem einzelnen Lastschaltelement 16 bzw. 17 kann die jeweilige dreh- feste Verbindung zwischen Antriebswelle 2 und Stirnrad 6 bzw. 7 dabei unter Last und bei ggf. vorhandenen Drehzahldifferenzen hergestellt werden. Axial ist das Last- schaltelement 16 auf einer den Stirnradstufen 14 und 15 abgewandt liegenden Seite der durch die Stirnradstufen 12 und 13 gebildeten Radebene angeordnet. Das Last- schaltelement 17 ist hingegen hinsichtlich der durch die Stirnradstufen 14 und 15 ge- bildeten Radebene axial auf einer Seite platziert, die den Stirnradstufen 12 und 13 abgewandt liegt.

Die Schaltelemente 18 und 19 liegen hingegen als formschlüssige Schaltelemente vor, wobei das einzelne Schaltelement 18 bzw. 19 hierbei als unsynchronisiertes Klauenschaltelement ausgeführt ist. Im geschlossenen Zustand verbindet dabei das Schaltelement 18 das Stirnrad 8 drehfest mit der Zapfwelle 3, wohingegen Schaltelement 19 in seinem betätigten Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen der Zapfwelle 3 und dem Stirnrad 9 hervorruft. Die beiden Schaltelemente 18 und 19 sind axial zwischen den Stirnrädern 8 und 9 angeordnet und zu einer Schalteinrich- tung 20 zusammengefasst, der ein Betätigungselement 21 in Form einer Schaltmuffe zugeordnet ist. Dieses Betätigungselement 21 nimmt dabei bei Bewegung aus einer Neutralstellung heraus je nach Bewegungsrichtung entweder eine Betätigung des Schaltelements 18 oder des Schaltelements 19 vor.

Durch selektive Betätigung der Lastschaltelemente 16 und 17 und der Schaltele- mente 18 und 19 können unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle 2 und der Zapfwelle 3 geschaltet werden, wobei eine Darstellung die- ser Übersetzungsverhältnisse dabei in Fig. 2 tabellarisch und in den weiteren Fig. 3 bis 6 jeweils im Einzelnen anhand von angedeuteten Kraftflüssen dargestellt ist. Als Übersetzungen können dabei die Übersetzungsverhältnisse 540_Norm, 540_Eko, 1000_Norm und 1000_Eko geschaltet werden, wobei das Übersetzungsverhältnis 540_Norm einer Normstufe einer Normdrehzahl von 540 U/min und das Überset- zungsverhältnis 540_Eko einer Eko-Stufe der Normdrehzahl von 540 U/min ent- spricht. Bei dem Übersetzungsverhältnis 1000_Norm handelt es sich um eine Norm- stufe der Normdrehzahl von 1000 U/min sowie bei dem Übersetzungsverhältnis 1000_Eko um eine Eko-Stufe der Normdrehzahl von 1000 U/min.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, wird das Übersetzungsverhältnis 540_Norm durch Be- tätigen des Lastschaltelements 16 und des Schaltelements 19 geschaltet. Dadurch findet innerhalb des Zapfwellengetriebes 1 eine Kraftflussführung ausgehend von der Antriebswelle 2 über die Stirnradstufen 12 und 13 auf die Vorgelegewelle 4 statt, wo- bei der Kraftfluss dann im Weiteren über die Stirnradstufe 15 auf die Zapfwelle 3 ge- führt wird. Dies ist in Fig. 3 dargestellt.

Durch ein Umschalten zwischen den Lastschaltelementen 16 und 17 kann dann aus- gehend von dem Übersetzungsverhältnis 540_Norm in das Übersetzungsverhältnis 540_Eko gewechselt werden, wobei dies unter Last durchgeführt werden kann. Im Sinne der Erfindung kann dieses Umschalten dabei insbesondere automatisch in Ab- hängigkeit einer Last der vorgeschalteten Antriebsmaschine stattfinden, wenn bei einem Betrieb des jeweils angeschlossenen Anbaugeräts mit der Normdrehzahl 540 U/min eine niedrige Auslastung der Antriebsmaschine erkannt wird. Durch den Wechsel in die Eko-Stufe kann dabei im Vergleich zu der Normstufe eine niedrigere Drehzahl der Antriebswelle 2 und damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine erreicht werden.

In den Fig. 2 und 4 ist dabei zu erkennen, dass das Übersetzungsverhältnis 540_Eko durch das gleichzeitige Betätigen des Lastschaltelements 17 und des Schaltelements 19 geschaltet wird, wodurch der Kraftfluss im Zapfwellengetriebe 1 von der Antriebs- welle 2 über die Stirnradstufe 14 auf die Zapfwelle 3 geführt wird.

Ferner ergibt sich das Übersetzungsverhältnis 1000_Norm zwischen der Antriebs- welle 2 und der Zapfwelle 3 durch Schließen des Lastschaltelements 16 und Betäti- gen des Schaltelements 18, wie in Fig. 2 zu erkennen ist. Dadurch wird eine Kraft- flussführung von der Antriebswelle 2 über die Stirnradstufe 12 auf die Zapfwelle 3 re- alisiert (Fig. 5).

Aus dem Übersetzungsverhältnis 1000_Norm wird dann in das Übersetzungsverhält- nis 1000_Eko gewechselt, indem das Lastschaltelement 16 geöffnet und das Last- schaltelement 17 geschlossen wird. Dies kann dabei unter Last stattfinden und wird bevorzugt automatisch vorgenommen, wenn bei Betrieb eines Anbaugeräts bei der Normdrehzahl 1000 U/min in dem Übersetzungsverhältnis 1000_Norm eine niedrige Last der Antriebsmaschine erfasst wird. Denn durch Wechsel in das Übersetzungs- verhältnis 1000_Eko und damit die Eko-Stufe kann die Drehzahl der Antriebswelle 2 damit auch der vorgeschalteten Antriebsmaschine abgesenkt werden, wodurch eine Verlagerung in einen verbrauchsgünstigeren Betriebspunkt der Antriebsmaschine möglich ist.

Wie in Zusammenschau der Fig. 2 und 6 zu erkennen ist, sind in dem Übersetzungs- verhältnis 1000_Eko das Lastschaltelement 17 und das Schaltelement 18 geschlos- sen, wodurch der Kraftfluss ausgehend von der Antriebswelle 2 über die Stirnradstu- fen 14 und 15 auf die Vorgelegewelle 4 geführt und hiervon ausgehend über die Stirnradstufe 13 auf die Zapfwelle 3 geleitet wird. Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Zapfwellengetriebes kann eine hohe Anzahl an Gängen dargestellt werden, wobei ein Wechsel zwischen den Gän- gen zum Teil lastschaltbar gestaltet werden kann.

Bezugszeichen

1 Zapfwellengetriebe 2 Antriebswelle 3 Zapfwelle 4 Vorgelegewelle 5 Zapfwellenstummel 6 Stirnrad 7 Stirnrad 8 Stirnrad 9 Stirnrad

10 Stirnrad

11 Stirnrad

12 Stirnradstufe

13 Stirnradstufe

14 Stirnradstufe

15 Stirnradstufe

16 Lastschaltelement

17 Lastschaltelement

18 Schaltelement

19 Schaltelement 20 Schalteinrichtung

21 Betätigungselement

540_Norm Übersetzungsverhältnis

540_Eko Übersetzungsverhältnis

1000_Norm Übersetzungsverhältnis

1000_Eko Übersetzungsverhältnis

Claims

Patentansprüche

1. Zapfwellengetriebe (1 ), umfassend eine Antriebswelle (2), welche über ein erstes Lastschaltelement (16) drehfest mit einem ersten Stirnrad (6) verbindbar sowie mit- tels eines zweiten Lastschaltelements (17) drehfest mit einem zweiten Stirnrad (7) in Verbindung bringbar ist, wobei achsversetzt zu der Antriebswelle (2) eine Zapfwelle (3) vorgesehen ist, auf welcher ein drittes Stirnrad (8) und ein viertes Stirnrad (9) vor- gesehen sind, und wobei das dritte Stirnrad (8) mit dem ersten Stirnrad (6) kämmt, während das vierte Stirnrad (9) mit dem zweiten Stirnrad (7) im Zahneingriff steht, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Stirnrad (8) über ein erstes Schaltelement (18) drehfest mit der Zapfwelle (3) verbindbar und zudem mit einem fünften Stirnrad (10) gekoppelt ist, welches drehfest auf einer achsversetzt zu der Antriebswelle (2) und der Zapfwelle (3) liegenden Vorgelegewelle (4) platziert ist, und dass das vierte Stirnrad (9) mittels eines zweiten Schaltelements (19) drehfest mit der Zapfwelle (3) in Verbindung bringbar und ferner mit einem sechsten Stirnrad (11 ) gekoppelt ist, das drehfest auf der Vorgelegewelle (4) angeordnet ist.

2. Zapfwellengetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (18) ein formschlüssiges Schaltelement, insbesondere ein Klauen- schaltelement ist.

3. Zapfwellengetriebe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (19) ein formschlüssiges Schaltelement, insbesondere ein Klauenschaltelement ist.

4. Zapfwellengetriebe (1 ) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (18) und das zweite Schaltelement (19) zu einer Schalteinrichtung (20) zusammengefasst sind, über deren Betätigungselement (21 ) aus einer Neutralstellung heraus zum einen eine Betätigung des ersten Schaltele- ments (18) sowie zum anderen des zweiten Schaltelements (19) darstellbar ist.

5. Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das dritte Stirnrad (8) mit dem fünften Stirnrad (10) im Zahnein- griff steht.

6. Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das vierte Stirnrad (9) mit dem sechsten Stirnrad (11 ) im Zahn- eingriff steht.

7. Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass sich zwischen der Antriebswelle (2) und der Zapfwelle (3)

- ein erstes Übersetzungsverhältnis (540_Norm) durch Schließen des ersten Lastschaltelements (16) und des zweiten Schaltelements (19),

- ein zweites Übersetzungsverhältnis (540_Eko) durch Betätigen des zweiten Lastschaltelements (17) und des zweiten Schaltelements (19),

- ein drittes Übersetzungsverhältnis (1000_Norm) durch Schließen des ersten Lastschaltelements (16) und des ersten Schaltelements (18), sowie

- ein viertes Übersetzungsverhältnis (1000_Eko) durch Betätigen des zweiten Lastschaltelements (17) und des ersten Schaltelements (18) ergibt.

8. Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das erste Lastschaltelement (16) als nasslaufende Reibkupp- lung, bevorzugt als Lamellenkupplung, ausgebildet ist.

9. Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das zweite Lastschaltelement (17) als nasslaufende Reibkupp- lung, bevorzugt als Lamellenkupplung, ausgebildet ist.

10. Landmaschinenantriebsstrang, umfassend ein Zapfwellenwellengetriebe (1 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.

11 . Landmaschine, insbesondere Ackerschlepper, umfassend einen Landmaschinen- antriebsstrang nach Anspruch 10.

12. Verfahren zum Betreiben eines Zapfwellengetriebe (1 ) nach einem oder mehre- ren der Ansprüche 1 bis 9, wobei zumindest einzelne Wechsel zwischen Überset- zungsverhältnissen (540_Norm, 540_Eko; 1000_Norm, 1000_Eko) des Zapfwellengetriebes (1 ) automatisch in Abhängigkeit einer Last einer mit dem Zapf- wellengetriebe (1 ) gekoppelten Antriebsmaschine durchgeführt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechsel auto- matisch durchgeführt werden, bei welchen ein Umschalten zwischen den Lastschalt- elementen (16, 17) des Zapfwellengetriebes (1 ) vorgenommen wird.