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Die Erfindung betrifft ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (bzw. Schaltgetriebe) für Kraftfahrzeuge sollen möglichst kompakt und mit den gesamten Fahrbetrieb abdeckender Spreizung in der Übersetzung ausgeführt sein, um den wachsenden Anforderungen an Schaltkomfort und Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden. Dazu gehören ein ausreichend kurz übersetzter Anfahrgang einerseits und ein die Drehzahl des Antriebsaggregates senkender Economygang (Schongang) andererseits. Entscheidend für den Schaltkomfort ist dabei, dass bei adäquaten Übersetzungssprüngen nicht allzu viele Gänge schaltbar sein sollen. Zudem bestimmt die Anzahl der Gänge wesentlich die Baulänge des Getriebes und ist begrenzt durch den zur Verfügung stehenden Einbauraum.
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Durch die
DE 37 07 580 A1 ist ein Wechselgetriebe bekannt, das neben den eigentlichen Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang durch Zahnradsätze auf einer Vorgelegewelle und einer Abtriebswelle eine zusätzliche Wandlerstufe mit zwei Übersetzungsstufen auf der Eingangswelle des Getriebes und eine durch ein Planetengetriebe gebildete, weitere Wandlerstufe mit drei Übersetzungsstufen auf der Abtriebswelle aufweist. Dieses für Lastkraftwagen und Sonderfahrzeuge konzipierte Schaltgetriebe weist zwar eine große Spreizung in den Übersetzungen auf, ist aber den Schaltkomfort betreffend nicht optimal bzw. nur für Schwerkraftfahrzeuge ausgelegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Wechselgetriebe der gattungsgemäßen Art dieses so zu konzipieren, dass bei günstigen Einbaumaßen und einer großen Spreizung in der Übersetzung ein hoher Schaltkomfort erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Wechselgetriebe zusätzlich eine Wandlerstufe für zwei unterschiedliche Ausgangsübersetzungen der Vorwärtsgänge und des Rückwärtsganges aufweist, die über zumindest eine Lamellenkupplung umschaltbar sind. Durch die über zumindest eine Lamellenkupplung automatisiert schaltbare Wandlerstufe werden die Vorwärtsgänge des Wechselgetriebes verdoppelt, ohne jedoch den Schaltkomfort zu beeinträchtigen und die Einbaumaße des Getriebes wesentlich zu erhöhen; ein Vorteil, der insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen zum Tragen kommt. Ferner kann die Umschaltung der Wandlerstufe ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Wandlerstufe in der niedrigeren Übersetzungsstufe über einen Freilauf wirksam sein, während die höhere Übersetzungsstufe über eine Lamellenkupplung zuschaltbar ist. Damit kann der Steuerungsaufwand für die Wandlerstufe wesentlich vereinfacht werden; mit dem Zuschalten der höheren Übersetzungsstufe wird der Freilauf durch die dann höhere Drehzahl eines Antriebselementes überholt und somit ohne Steuerungsaufwand wirkungslos.
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Als besonders vorteilhaft und in die vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse der Vorwärtsgänge harmonisch integrierbar hat es sich gezeigt, wenn die unterschiedlichen Übersetzungen der Wandlerstufe um ca. 20% bis 30% zueinander differieren. Daraus resultieren in den unterschiedlichen Übersetzungsstufen der Wandlerstufe adäquate Übersetzungssprünge mit harmonischem Übergang der Drehzahl- und Geschwindigkeitsänderungen.
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Die Wandlerstufe kann dem Wechselgetriebe nachgeschaltet auf der Abtriebswelle angeordnet sein, wodurch sich in baulich besonders günstiger Weise die Zahnradsätze des Getriebes auf zumindest drei Wellen, nämlich die Eingangswelle, die Zwischenwelle und die Abtriebswelle verteilen lassen und somit eine besonders kompakte Bauweise ermöglichen.
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Dabei können bevorzugt zwei Loszahnräder auf der Abtriebswelle gelagert sein, die mit Festzahnrädern auf der Zwischenwelle die unterschiedlichen Übersetzungsstufen bilden, wobei die Loszahnräder über zwei Lamellenkupplungen alternierend schaltbar sind.
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Alternativ können zwei Loszahnräder auf der Abtriebswelle gelagert sein, die mit zwei Festzahnrädern auf der Zwischenwelle die unterschiedlichen Übersetzungsstufen bilden, wobei das Loszahnrad der niedrigeren Übersetzungsstufe über den Freilauf mit der Abtriebswelle in Antriebsrichtung momentenübertragend zusammenwirkt, während das Loszahnrad der höheren Übersetzungsstufe mittels der Lamellenkupplung auf die Abtriebswelle schaltbar ist. Zur Erzielung möglichst weniger, den Wirkungsgrad des Wechselgetriebes beeinflussender Zahneingriffe wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die mit der Wandlerstufe zusammenwirkenden Festzahnräder auf der Zwischenwelle unmittelbar mit schaltbaren Loszahnrädern auf der Eingangswelle von Zahnradsätzen von Vorwärtsgängen des Wechselgetriebes zusammenwirken.
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Die Wandlerstufe kann in einer vorteilhaften, alternativen Ausgestaltung der Erfindung durch ein zweistufiges, untersetzendes Vorgelege zwischen der Eingangswelle und einer achsparallel dazu angeordneten Welle gebildet sein, wobei die Eingangswelle in zwei koaxiale Wellenabschnitte unterteilt ist, die mittels einer Lamellenkupplung zur Bildung der höheren Übersetzungsstufe H zusammenschaltbar sind und wobei ferner der eine Wellenabschnitt der Eingangswelle über den Freilauf das Vorgelege zur Bildung der niedrigeren Übersetzungsstufe L antreibt.
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Baulich und fertigungstechnisch besonders günstig kann dabei das zweistufige Vorgelege zwei fest miteinander verbundene, unterschiedliche Zähnezahlen aufweisende, relativ zur Eingangswelle drehbar angeordnete Zahnräder aufweisen, von denen das erste ständig mit dem antreibenden Wellenabschnitt über den Freilauf trieblich verbunden ist und das zweite auf ein Zahnrad auf dem anderen Wellenabschnitt zurücktreibt. Insbesondere kann das zweistufige Vorgelege an der Eingangsseite des Wechselgetriebes zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle angeordnet sein.
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Bei einem Allradantrieb des Kraftfahrzeuges kann ohne räumliche Anordnung einer weiteren Getriebewelle die Zwischenwelle des Wechselgetriebes als Hohlwelle ausgeführt sein, die auf das Ausgleichsgehäuse eines Verteilerdifferenziales abtreibt, wobei die eine Ausgangswelle des Differenziales im Rücktrieb durch die Hohlwelle hindurch über einen Zahnradsatz mit der Abtriebswelle für den Frontantrieb des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden ist. Der Allradantrieb lässt sich somit ohne nennenswerte bauliche Vergrößerung des Wechselgetriebes realisieren.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das zweistufige Vorgelege zwischen der Abtriebswelle und einer die beiden Zahnräder tragenden Nebenwelle ausgebildet sein, in die auch der Freilauf integriert ist.
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Dabei können in platzsparender Weise die beiden Zahnräder auf der Nebenwelle axial zueinander derart versetzt sein, dass in dem gebildeten Zwischenraum zwei schaltbare Loszahnräder zweier Übersetzungsstufen auf der Eingangswelle des Wechselgetriebes einragen können.
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Ferner kann in konstruktiv und baulich einfacher Weise das auf die Eingangswelle rücktreibende Zahnrad des Vorgeleges auf der Nebenwelle mit einem Festzahnrad einer Übersetzungsstufe des Wechselgetriebes auf der Eingangswelle kämmen. Durch die Integration des Festzahnrades eines Vorwärtsganges in das Vorgelege kann ein ansonsten erforderliches, zusätzliches Zahnrad eingespart werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann der antreibende Wellenabschnitt durch den als Hohlwelle ausgeführten, abtreibenden Wellenabschnitt hindurchgeführt sein, wobei die die beiden Wellenabschnitte verbindende Lamellenkupplung an der der Eingangsseite des Getriebes gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Dies vereinfacht insbesondere die hydraulische Steuerung der Lamellenkupplung bzw. deren Fluidversorgung, die hier über Kanäle im Getriebegehäuse erfolgen kann, so dass z. B. gebohrte Zuführkanäle in den korrespondierenden Getriebewellen und Wellenabdichtungen entfallen können.
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Konstruktiv einfach und zuverlässig kann dabei die an den Enden der Wellenabschnitte angeordnete Lamellenkupplung über einen hydraulisch beaufschlagbaren, in einem ringförmigen Führungsgehäuse angeordneten Stellkolben und ein Axialdrucklager betätigt sein.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Wechselgetriebes kann die Wandlerstufe durch ein Planetengetriebe mit zwei Übersetzungsstufen gebildet sein, von denen die eine eine Untersetzungsstufe und die andere wiederum eine 1:1 Übersetzung bildet.
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Eine vorteilhafte und niedrige Momentenbelastungen der Schaltelemente der Wandlerstufe (Freilauf, Lastschaltkupplung) ergebende Verknüpfung des Planetengetriebes wird dadurch erreicht, dass das mit der Antriebswelle des Antriebsaggregates verbundene Eingangselement des Planetengetriebes der Planetenradträger, das mit der Eingangswelle des Wechselgetriebes verbundene Ausgangselement das Hohlrad und das ein schaltbares Element des Planetengetriebes das Sonnenrad ist.
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Dabei kann das Sonnenrad mittels eines in Antriebsrichtung frei drehbaren Freilaufes gehäusefest abstützbar sein, während der Planetenradträger und das Hohlrad des Planetengetriebes mittels einer Lamellenkupplung miteinander kuppelbar sind.
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Des Weiteren können bei einer Ausführung der Wandlerstufe mit zwei Lamellenkupplungen (vollständige Antriebsunterbrechung) eine oder beide Lamellenkupplungen der Wandlerstufe als die übliche Trennkupplung zwischen der Antriebswelle des Antriebsaggregates und der Eingangswelle des Wechselgetriebes ersetzende Anfahrkupplung des Kraftfahrzeuges ausgelegt sein.
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Besonders bevorzugt kann ferner das Umschalten der Wandlerstufe über zumindest eine Lamellenkupplung automatisiert abhängig zumindest von Geschwindigkeits-Signalen des Kraftfahrzeuges und Lastsignalen des Antriebsaggregates über ein entsprechendes, elektronisches Steuergerät erfolgen. Z. B. kann bei einem erkannten Stillstand des Kraftfahrzeuges und nachfolgendem Anfahren die Lamellenkupplung geöffnet und der Anfahrvorgang über die Freilaufkupplung erfolgen. Bei einer definierten Geschwindigkeit wird automatisch die Lamellenkupplung geschlossen und zugkraftunterbrechungsfrei über die Wandlerstufe in die längere Anfahrübersetzung geschaltet.
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Des Weiteren kann bei einer Wandlerstufe mit integriertem Freilauf bei erkanntem Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges und/oder bei anliegendem Bremssignal der Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges die Lamellenkupplung geschlossen werden. Während bei geöffneter Lamellenkupplung das Kraftfahrzeug frei rollen kann (teilweise erwünscht), ist bei geschlossener Lamellenkupplung ein Bremsbetrieb über das Antriebsaggregat gegeben.
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Schließlich kann bei einer erkannten, hohen Lastanforderung des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges die Wandlerstufe des Wechselgetriebes auf das niedrigere Übersetzungsverhältnis umgeschaltet werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 als Blockschaltbild ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Frontantrieb, mit angebautem Achsdifferenzial und einer abtriebsseitigen Wandlerstufe, die mittels zweier Lamellenkupplungen über ein elektronisches Steuergerät schaltbar ist;
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2 das Wechselgetriebe gemäß 1 mit einer Wandlerstufe mit nur einer Lamellenkupplung und einer Freilaufkupplung;
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3 eine Grafik der Auslegung der Getriebeübersetzungen des Wechselgetriebes in den beiden Übersetzungsstufen der Wandlerstufe, veranschaulicht an der Anfahrübersetzung und der Endübersetzung (Economygang);
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4 als Blockschaltbild ein alternatives Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit einem eingangsseitigen Planetengetriebe als Wandlerstufe; und
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5 bis 7 jeweils Abwandlungen des im Geschwindigkeitswechselgetriebe eingesetzten Planetengetriebes;
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8 in schematischer Darstellung ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe nach 2, jedoch mit einer eingangsseitigen Wandlerstufe, die aus einem zweistufigen Vorgelege, einer Lamellenkupplung und einem integrierten Freilauf gebildet ist;
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9 ein weiteres, alternatives Wechselgetriebe nach 8, das für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist und bei dem die Wandlerstufe durch ein Vorgelege mit einer Nebenwelle gebildet ist; und
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10 ein weiteres, alternatives Wechselgetriebe nach 9, bei dem die Lamellenkupplung auf der der Eingangsseite des Wechselgetriebes gegenüberliegenden Seite der Antriebswelle angeordnet ist.
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In der 1 ist ein als Schaltgetriebe ausgeführtes Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 10 schematisch dargestellt, in dessen Getriebegehäuse 12 eine Eingangswelle 14, eine Zwischenwelle 16 und eine Abtriebswelle 18 drehbar gelagert sind.
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Die Eingangswelle 14 ist über ein Zweimassenschwungrad 20 von der nur angedeuteten Antriebswelle 22 des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges angetrieben und trägt fünf Loszahnräder 24, 26, 28, 30, 32, die zur Bildung von fünf Vorwärtsgängen des Wechselgetriebes mit fünf Festzahnrädern 34, 36, 38, 40, 42 auf der Zwischenwelle 16 in Eingriff sind. Ein weiteres Loszahnrad 44 auf der Eingangswelle 14 ist über ein nicht dargestelltes Umkehrzahnrad zur Bildung eines Rückwärtsganges mit einem Festzahnrad 46 auf der Zwischenwelle 16 trieblich verbunden.
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Die so gebildeten sechs Gänge sind über drei Doppelsynchronkupplungen 48, 50, 52 alternierend über eine nicht dargestellte Schaltvorrichtung schaltbar. Die Synchronkupplungen und die Schaltvorrichtung können herkömmlicher, dem Fachmann geläufiger Bauart sein.
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Die Abtriebswelle 18 trägt ein Antriebsritzel 54, das das Tellerrad 56 eines nicht weiter dargestellten Achsdifferenziales 58 zum Antrieb der vorderen Räder des Kraftfahrzeuges antreibt. Das quer abtreibende Achsdifferenzial 58 kann z. B. ein Kegelraddifferenzial sein.
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Auf der Abtriebswelle 18 sind zwei Lamellenkupplungen 60, 62 üblicher Bauart angeordnet, deren kuppelbare Lamellen mit Loszahnrädern 64, 66 trieblich verbunden sind.
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Die Loszahnräder 64, 66 auf der Abtriebswelle 18 bilden mit den Festzahnrädern 34, 36 auf der Zwischenwelle 16 eine Wandlerstufe mit zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, die zueinander um 25% differieren und im folgenden mit L (= low) oder H (= high) bezeichnet sind. Die Wandlerstufe L bildet eine kürzere Übersetzung als die Stufe H.
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In den fünf Vorwärtsgängen und dem Rückwärtsgang verläuft der Kraftfluss jeweils über das Zweimassenschwungrad 20, von der Eingangswelle 14 über das jeweils geschaltete Loszahnrad 24, 26, 28, 30, 32 oder 44 (ggf. über das Umkehrzahnrad) auf die Festzahnräder 34, 36, 38, 40, 42 oder 46 auf der Zwischenwelle 16 und schließlich über eines der Loszahnräder 64, 66 und über eine der geschlossenen Lamellenkupplungen 60, 62 auf die Abtriebswelle 18.
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Die Lamellenkupplungen 60, 62 sind als Anfahrkupplungen ausgelegt; d. h., dass eine separate Trennkupplung zwischen der Antriebswelle 22 des Antriebsaggregates und der Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 10 nicht erforderlich ist.
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Die Lamellenkupplungen 60, 62 sind in an sich bekannter Weise hydraulisch beaufschlagt (nicht dargestellt) und werden über ein elektronisches Steuergerät 68 angesteuert, in dem u. a. die Parameter V (Fahrzeuggeschwindigkeit), in (Schaltzustand der Schaltvorrichtung – neutral oder welcher Gang ist geschaltet) und ein Lastsignal α verarbeitet werden.
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Soll das Kraftfahrzeug aus dem Stillstand angefahren werden, so werden mit dem Einlegen des 1. Vorwärtsganges zunächst die beiden Lamellenkupplungen 60 und 62 geöffnet. Bei Anliegen eines eine Lastanforderung definierenden Lastsignales α (Betätigung des Gaspedales) schließt die als Anfahrkupplung dienende Lamellenkupplung 60 der Wandlerstufe L und es wird in der kürzesten Übersetzung angefahren.
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Bei zunehmender Geschwindigkeit V des Kraftfahrzeuges öffnet die Lamellenkupplung 60 bei gleichzeitigem Schließen der Lamellenkupplung 62, so dass bei gleicher Gangstufe automatisch und ohne Zugkraftunterbrechung die längere Übersetzung der Wandlerstufe H geschaltet ist.
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In der Endstufe der Vorwärtsgänge im 5. Gang schließt zunächst die Lamellenkupplung 60 für die kürzere Wandlerübersetzung. Die Gesamtübersetzung des Wechselgetriebes 10 ist dabei so ausgelegt, dass das Kraftfahrzeug in dieser Übersetzung die Höchstgeschwindigkeit erreichen kann. Solange über das Lastsignal α eine hohe Lastanforderung angezeigt ist, bleibt die Wandlerstufe in der kürzeren Übersetzung L.
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Liegt hingegen ein eine geringere Lastanforderung anzeigendes Lastsignal vor, so schaltet die Wandlerstufe durch Öffnen der Lamellenkupplung 60 und Schließen der Lamellenkupplung 62 in die Übersetzungsstufe H, die von der Gesamtübersetzung her einen die Drehzahl des Antriebsaggregates stark senkenden Economygang darstellt.
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Auch in den übrigen Vorwärtsgängen 2 bis 4 und im Rückwärtsgang können die unterschiedlichen Wandlerstufen L und H bei Bedarf entsprechend geschaltet werden. Die Vorwärtsgänge 1 bis 5 können manuell in der bei Schaltgetrieben üblichen Art z. B. mittels eines Schalthebels geschaltet werden. Das Wechselgetriebe 10 kann jedoch auch vollautomatisch gesteuert sein, wobei dann auch die Doppelsynchronkupplungen 48, 50, 52 über entsprechende elektrische oder hydraulisch wirkende Aktuatoren nach Maßgabe definierter Parameter und Schaltmuster betätigt werden.
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Die 3 zeigt in der Grafik die Gesamtübersetzungsauslegung des Wechselgetriebes 20 mit den Wandlerstufen L und H anhand des 1. Ganges 1L und 1H und des 5. Ganges 5L und 5H. L ist dabei jeweils in gestrichelten Linien eingezeichnet.
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Die beiden Linien 1L und 5H verdeutlichen die durch die Wandlerstufe erreichbare Spreizung (Doppelpfeil) des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Drehzahl nAn des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges und dessen Geschwindigkeit V. Dabei ist auch ersichtlich, dass in dem 5. Gang bei geschalteter Wandlerstufe H (5H) die Drehzahl nAn des Antriebsaggregates bei einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit V des Kraftfahrzeuges deutlich abgesenkt ist.
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Die 2 zeigt eine alternative Anordnung der zwischen der Abtriebswelle 18 und der Zwischenwelle 16 vorgesehenen Wandlerstufe des Wechselgetriebes 10 mit den unterschiedlichen Übersetzungen L und H. Das nur teilweise dargestellte Wechselgetriebe 10 ist nur soweit beschrieben, als es sich wesentlich von dem Wechselgetriebe 10 gemäß 1 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Abweichend zur 1 ist das Loszahnrad 64 der Wandlerstufe L auf der Abtriebswelle 18 über eine Freilaufkupplung 70 drehbar gelagert, wobei die Freilaufkupplung 70 in Antriebsrichtung Drehmoment übertragend wirkt.
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Die Wandlerstufe H mit dem Loszahnrad 66 ist wie vorbeschrieben zur 1 über die Lamellenkupplung 62 mit der Abtriebswelle 18 kuppelbar.
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Die Antriebswelle 22 des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges treibt über das Zweimassenschwungrad 20 und über eine Trennkupplung 72 (eine übliche Trockenreibungskupplung oder eine Lamellenkupplung) die Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 10 an.
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Durch die Freilaufkupplung 70, die üblicher Bauart sein kann und auf das gesamte Antriebsdrehmoment ausgelegt sein muss, kann ein Umschalten der Wandlerstufe von L in H dadurch bewirkt werden, dass die einzige Lamellenkupplung 62 geschlossen wird. Dadurch kann die Abtriebswelle 18 das nun langsamer drehende und die Freilaufkupplung 70 aufweisende Loszahnrad 64 ohne Umschalten der den 1. Gang festlegenden Synchronkupplung 48 überholen.
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Bei einem Anfahrvorgang (oder bei den anderen Gangwechseln) wird die Trennkupplung 72 geöffnet und der entsprechende 1. Gang geschaltet. Die Lamellenkupplung 62 der Wandlerstufe ist geöffnet.
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Durch Schließen der Trennkupplung 72 kann in üblicher Weise in der Wandlerstufe 1L angefahren werden. Bei einer definierten Anfahrgeschwindigkeit schließt die Lamellenkupplung 62, so dass nunmehr die Wandlerstufe 1H mit der längeren Übersetzung wirksam ist.
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Gleiches gilt auch für den 5. Gang und ggf. die Gänge 2 bis 4 und dem Rückwärtsgang. Zu beachten ist, dass in den Wandlerstufen L keine Bremswirkung des Antriebsaggregates im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges vorliegt.
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Dies kann ggf. zur Verbesserung eines wirtschaftlichen Fahrbetriebes dazu genutzt werden, ein freies Rollen des Kraftfahrzeuges zuzulassen, solange kein Bremssignal B (vgl. 1) der Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges am Steuergerät 68 vorliegt.
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Liegt ein Bremssignal B am Steuergerät 68 an oder ist ein definiertes Zeitintervall t im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges verstrichen, so wird die Lamellenkupplung 62 beaufschlagt und schaltet in die Wandlerstufe H um, in der eine Bremswirkung des Antriebsaggregates im Schubbetrieb gegeben ist.
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Eine automatische Rückschaltung von der Wandlerstufe H in die kürzere Wandlerstufe L kann über das Steuergerät 68 ferner geschaltet sein, um kurzfristig mehr Abtriebsleistung des Wechselgetriebes 10 bereitzustellen. Z. B. kann eine Umschaltung dann gesteuert werden, wenn das Lastsignal α eine plötzliche hohe Lastanforderung (Kick down Steuerung) anzeigt.
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Die 4 zeigt ein weiteres, alternatives Wechselgetriebe 74, das wiederum nur soweit beschrieben ist, als es sich wesentlich von dem Wechselgetriebe 10 gemäß 1 oder 2 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei dem Wechselgetriebe 74 sind analog zum Vorbeschriebenen auf der Eingangswelle 14 und der Zwischenwelle 16 die fünf Vorwärtsgänge und der Rückwärtsgang angeordnet, die über die Doppel-Sychronkupplungen 48, 50, 52 (nur teilweise dargestellt) schaltbar sind.
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Das Festzahnrad 36 eines der Vorwärtsgänge treibt über ein Festzahnrad 76 die Abtriebswelle 18 an, die wie vorbeschrieben das vordere Achsdifferenzial 58 über das Zahnritzel 54 antreibt, während die Zwischenwelle 16 wie angedeutet nach hinten geführt ist und mit einem hinteren Achsdifferenzial zum Antrieb der Hinterräder des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden ist.
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Die Antriebswelle 22 des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges treibt über das Zweimassenschwungrad 20 und die Trennkupplung 72 auf ein koaxiales Planetengetriebe 86, das in einem ortsfesten Gehäuse 87 angeordnet und mit der Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 74 trieblich verbunden ist. Das Gehäuse 87 kann unmittelbar das Gehäuse 12 des Wechselgetriebes 74 sein.
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Dabei bildet der mit der Antriebswelle 22 verbindbare Planetenradträger 88 mit den drehbar gelagerten Planetenrädern 90 das Eingangselement des Planetengetriebes 86 und das mit den Planetenrädern 90 kämmende Hohlrad 92 das Ausgangselement, das ständig mit der Eingangswelle 14 gekoppelt ist.
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Das dritte Element des Planetengetriebes 86 ist durch das Sonnenrad 94 gebildet, das in Antriebsrichtung frei drehen kann bzw. über eine Lamellenbremse 96 im Gehäuse 87 fest abgestützt ist.
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Ferner ist zwischen dem Planetenradträger 88 und dem Hohlrad 92 ein Freilauf 98 vorgesehen, mittels dem der Planetenradträger 88 und das Hohlrad 90 zur Bildung einer 1:1 Übersetzung zusammenschaltbar sind.
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Durch Schließen der Lamellenbremse 96 hingegen ist eine kürzere Übersetzung im Planetengetriebe 86 geschaltet, wobei der Kraftfluss vom Planetenradträger 88 und die Planetenräder 90 auf das Hohlrad 92 verläuft, während das über die Lamellenbremse 96 gebremste Sonnenrad 94 über die Lamellenbremse 96 abgestützt bzw. unverdrehbar gehalten ist.
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Das Planetengetriebe 86 bildet somit die der Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 74 vorgeschaltete Wandlerstufe mit einer kürzeren Übersetzungsstufe L bei geschlossener Lamellenbremse 96 und einer längeren(Direkt-)Übersetzungsstufe H bei geöffneter Lamellenbremse 96.
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Die Steuerung der Lamellenbremse 96 im Planetengetriebe 86 kann wie vorgeschrieben über das Steuergerät 68 erfolgen. Beispielsweise wird beim Anfahren des Kraftfahrzeuges der 1. Gang bei geöffneter Trennkupplung 72 geschaltet, die Lamellenbremse 96 ist ebenfalls geöffnet.
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Durch Schließen der Trennkupplung 72 wird das Antriebsdrehmoment entsprechend zum Zwischenachsdifferenzial 88 und über die Achsdifferenziale zu den Rädern des Kraftfahrzeuges mit der Übersetzung 1L geleitet. Mit zunehmender Anfahrgeschwindigkeit wird die Lamellenbremse 96 geschlossen und die längere Übersetzung 1H ohne Zugkraftunterbrechung wirksam, etc.
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Anstelle der Freilaufkupplung 98 kann im Planetengetriebe 86 analog der Lehre der 1 auch eine zweite Lamellenkupplung 60 vorgesehen sein, mittels der das Hohlrad 92 bei geöffneter Lamellenbremse 96 mit dem Planetenträger 88 des Planetengetriebes 86 verbunden wird.
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Auch ist die Anordnung des Planetensatzes nicht auf die beschriebene Stelle im Getriebe beschränkt und kann ebenfalls abtriebsseitig anstelle der beschriebenen Zahnradausführung plaziert sein. Gleiches gilt umgekehrt für die Zahnradstufenausführung.
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In den folgenden 5 bis 7 sind beispielhaft Abwandlungen des in der 4 gezeigten Planetengetriebes 86 dargestellt. So bildet gemäß der 5 der Planetenradträger 88 mit den Planetenrädern 90 das Eingangselement des Planetengetriebes 86. Das mit den Planetenrädern 90 kämmende Hohlrad 92 ist über die Lamellenbremse 96 fest am Gehäuse 87 abstützbar. Das dritte Element des Planetengetriebes 86 ist durch das Sonnenrad 94 gebildet, das ständig mit der Eingangswelle 14 gekoppelt ist. Ferner ist der Freilauf 98 gemäß der 5 zwischen dem Sonnenrad 94 und der Antriebswelle 22 vorgesehen zur Bildung einer 1:1-Übersetzung.
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In der 6 ist das Sonnenrad 94 das Eingangselement des Planetengetriebes 86. Der Planetenradträger 88 mit seinen Planetenträgern 90 ist demgegenüber ständig mit der Eingangswelle 14 gekoppelt. Ferner ist zwischen dem Planetenradträger 88 und dem Sonnenrad 94 die Lamellenkupplung 96 zwischengeschaltet. Das dritte Element des Planetengetriebes 86 ist durch das Hohlrad 92 gebildet, das gemäß der 6 über den Freilauf 98 am Gehäuse 87 abstützbar ist.
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In der 7 ist gemäß einer weiteren Abwandlung des Planetengetriebes 86 das Hohlrad 92 als Eingangselement des Planetengetriebes 86 ausgebildet.
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Der Planetenradträger 88 ist, wie in der 6, mit der Eingangswelle 14 gekoppelt. Ferner ist der Planetenradträger 88 über die Lamellenkupplung 96 mit der Antriebswelle 22 verbindbar. Das Sonnenrad 94 ist demgegenüber mittels des Freilaufes 98 am Gehäuse 87 abstützbar.
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Die 8 zeigt ein von der 2 abgeleitetes Wechselgetriebe 100. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Getriebegehäuse 12 ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Bei dem Wechselgetriebe 100 ist die Wandlerstufe L durch ein zweitstufiges, untersetzendes Vorgelege 102 gebildet, während die Wandlerstufe H durch einen Direktantrieb über die Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 100 bewirkt wird.
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Dazu ist die Eingangswelle 14 in einen eingangsseitigen Wellenabschnitt 14a und einen anschließenden, koaxialen Wellenabschnitt 14b unterteilt, die zueinander verdrehbar über ein Wälzlager 104 und über weitere Wälzlager (ohne Bezugszeichen) im Getriebegehäuse gelagert sind.
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Eingangsseitig ist auf der Eingangswelle 14 die Lamellenkupplung 62 angeordnet, deren Gehäuse 106 von dem Wellenabschnitt 14a angetrieben ist und ständig mit einem Loszahnrad 108 auf dem Wellenabschnitt 14b verbunden ist. In dem Loszahnrad 108 ist der Freilauf 70 integriert, der nur in Antriebsrichtung momentenübertragend wirkt.
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Das Loszahnrad 108 bildet mit zwei fest miteinander verbundenen und auf der Zwischenwelle 16 drehbar gelagerten Zahnrädern 110, 112 sowie einem Festzahnrad 114 auf dem Wellenabschnitt 14b das zweistufige, untersetzende Vorgelege 102 bzw. die Wandlerstufe L.
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Die in der Lamellenkupplung 62 – die soweit nicht beschrieben bekannter Bauart sein kann – befindlichen Kupplungslamellen (ohne Bezugszeichen) sind in Umfangsrichtung formschlüssig auf dem Wellenabschnitt 14b angeordnet, so dass bei hydraulisch betätigter, geschlossener Lamellenkupplung 62 der Wellenabschnitt 14b zur Bildung der Wandlerstufe H direkt angetrieben ist.
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An das Festzahnrad 114 axial anschließend sind auf dem Wellenabschnitt 14b und auf der Zwischenwelle 16 die die Vorwärtsgänge 1 bis 5 und den Rückwärtsgang R bildenden Loszahnräder 24 bis 32 und die Festzahnräder 34 bis 42 und die Zahnräder 44, 46 für den Rückwärtsgang R in einer zur 1 unterschiedlichen Anordnung verteilt. Von den Festzahnrädern 34 bis 42 und den Rückwärtsgang-Zahnrädern 44, 46 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 8 die Zahnräder 34, 42, 46 nicht dargestellt.
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Bei geöffneter Lamellenkupplung 62 wird das Wechselgetriebe 100 in der Wandlerstufe L mit einer die Drehzahl des antreibenden Wellenabschnittes 14a der Eingangswelle 14 untersetzenden Drehzahl des Wellenabschnittes 14b betrieben. Das Vorgelege 102 bzw. die Zähnezahlen dessen Zahnräder 108, 110, 112, 114 sind so ausgelegt, dass der abtreibende Wellenabschnitt 14b ca. 25% langsamer dreht als der angetriebene Wellenabschnitt 14a.
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Der Kraftfluss verläuft dabei von dem Wellenabschnitt 14a über das Gehäuse 106 der Lamellenkupplung 62 auf den Freilauf 70 und von diesen über das Loszahnrad 108 auf die Zahnräder 110, 112 und im Rücktrieb vom Zahnrad 112 auf das Festzahnrad 114 auf dem Wellenabschnitt 14b und schließlich über die besagten Los- und Festzahnräder 24 bis 46 auf die Zwischenwelle 16. Die Zwischenwelle 16 treibt dann über einen Stirnzahnradsatz mit den ständig miteinander kämmenden Zahnrädern 116, 118 auf die Abtriebswelle 18 des Wechselgetriebes 100 ab.
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Soll auf die Wandlerstufe H umgeschaltet werden, so wird die Lamellenkupplung 62 hydraulisch beaufschlagt (nicht dargestellt) bzw. geschlossen. Dadurch nimmt der Wellenabschnitt 14b in 1:1 Übersetzung die höhere Drehzahl des angetriebenen Wellenabschnittes 14a an, wobei das den Freilauf 70 aufweisende Loszahnrad 108 über das Vorgelege 102 beschleunigt wird und die Antriebsverbindung über den Freilauf 70 löst.
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Zur entsprechenden Getriebesteuerung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen.
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Die 9 zeigt ein von der 8 abgeleitetes Wechselgetriebe 120, das für einen Allradantrieb eines Kraftfahrzeuges konzipiert ist und bei dem das zweistufige Vorgelege 102 unter Verwendung einer zusätzlich im Wechselgetriebe 120 angeordneten, drehbar gelagerten Nebenwelle 122 realisiert ist. Das Wechselgetriebe 120 ist nur soweit beschrieben, als es sich von der Ausführung gemäß 8 wesentlich unterscheidet.
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Die Eingangswelle 14 ist wie vorstehend beschrieben in zwei Wellenabschnitte 14a, 14b unterteilt, die über die eingangsseitig angeordnete Lamellenkupplung 62 zusammenschaltbar sind, wobei der Wellenabschnitt 14a mit dem Kupplungsgehäuse und der Wellenabschnitt 14b mit einem Kupplungskörper der Lamellenkupplung 62 fest verbunden ist, die über die dazwischen angeordneten Kupplungslamellen in üblicher Weise hydraulisch kuppelbar sind.
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Die Nebenwelle 122 trägt die beiden fest miteinander verbundenen Zahnräder 110, 112 und ist axial derart ausgeführt, dass sie die beiden in Kraftflussrichtung hinter der Lamellenkupplung 62 liegenden Loszahnräder 28, 30 der Vorwärtsgänge 3 und 4 überspannt, so dass die entsprechenden Loszahnräder 28, 30 in den zwischen den Zahnrädern 110, 112 der Nebenwelle 122 gebildeten Freiraum einragen können. Die Drehachsen der korrespondierenden Getriebewellen 14, 16, 122 können dadurch näher zueinander ausgelegt werden.
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Das Zahnrad 110 – in dem zusätzlich der Freilauf 70 integriert ist – kämmt mit dem Festzahnrad 108 auf dem angetriebenen Wellenabschnitt 14a der Eingangswelle 14, während das andere Festzahnrad 112 der Nebenwelle 122 mit dem Festzahnrad 36 der Gangstufe für den Vorwärtsgang 2 ständig kämmt.
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Die Zwischenwelle 16 des Wechselgetriebes 120 ist zur Bereitstellung eines Allradantriebes des Kraftfahrzeuges als Hohlwelle ausgeführt und treibt auf der der Eingangsseite des Wechselgetriebes 120 gegenüberliegenden Seite auf das Gehäuse 124 eines nur angedeuteten Verteilerdifferenziales 126 ab. Das nicht weiter dargestellte Verteilerdifferenzial 126 kann bekannter Bauart sein, z. B. ein Kegelrad- oder Torsendifferenzial.
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Die nach vorne zum Vorderachsdifferenzial abtreibende Ausgleichswelle 128 des Verteilerdifferenziales 126 trägt das Zahnrad 116 des Stirnradtriebes mit dem weiteren Zahnrad 118, das auf die Abtriebwelle 18 des Wechselgetriebes 120 abtreibt. Die nach hinten führende, zweite Ausgleichswelle des Verteilerdifferenziales 126 ist nur mit dem eingezeichneten Pfeil angedeutet.
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In der Wandlerstufe L verläuft bei geöffneter Lamellenkupplung 62 der Kraftfluss von dem angetriebenen Wellenabschnitt 14a des Wechselgetriebes 120 und das Festzahnrad 108 des zweistufigen, untersetzenden Vorgeleges 102 über den Freilauf 70 und die Zahnräder 110, 112 auf der Nebenwelle 122 auf das Festzahnrad 36 und damit auf den abtreibenden Wellenabschnitt 14b.
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Wird die Lamellenkupplung 62 geschlossen, so werden wiederum im Direktantrieb in der Wandlerstufe H die Wellenabschnitte 14a, 14b miteinander verbunden, wobei die Antriebsverbindung mit dem Vorgelege 102 durch den Freilauf 70 gelöst ist.
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Die 10 schließlich zeigt ein zur 9 alternatives Wechselgetriebe 130, das nur soweit beschrieben ist, als es sich wesentlich von der Ausführung gemäß 9 unterscheidet.
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Gemäß 10 sind die beiden Wellenabschnitte 14a, 14b der Eingangswelle 14 des Wechselgetriebes 130 dadurch unterteilt, dass der abtreibende Wellenabschnitt 14b als Hohlwelle ausgeführt ist, die koaxial auf dem angetriebenen Wellenabschnitt 14a drehbar gelagert ist. Der innere Wellenabschnitt 14a erstreckt sich dabei durch das gesamte Getriebegehäuse und wirkt auf der der Eingangsseite gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes 130 mit der dort positionierten Lamellenkupplung 62 zusammen.
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Dabei ist das topfförmige Gehäuse 106 der Lamellenkupplung 62 mit dem abtreibenden Wellenabschnitt 14b fest verbunden, während ein innerer, in der 10 angedeuteter Kupplungskörper 132 mit dem angetriebenen Wellenabschnitt 14a fest verbunden. Die dazwischen angeordneten Kupplungslamellen werden über eine nicht gezeigte Anpressscheibe beaufschlagt, die über ein Axialdrucklager von einem nicht dargestellten ringförmigen Stellkolben betätigt wird.
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Der Stellkolben ist in einem in das Getriebegehäuse eingesetzten Führungsgehäuse verschiebbar geführt und kann über Versorgungskanäle im Getriebegehäuse (nicht dargestellt) mit Hydraulikfluid zum Schließen der Lamellenkupplung 62 beaufschlagt werden.
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Bei geöffneter Lamellenkupplung 62 ist die Wandlerstufe L mit dem untersetzenden Vorgelege 102 wie vorbeschrieben geschaltet. Wird die Lamellenkupplung 62 durch Druckbeaufschlagung des Stellkolbens geschlossen, so sind die Wellenabschnitte 14a, 14b miteinander gekoppelt und der Wellenabschnitt 14b wird direkt in der relativ betrachtet höher übersetzten Wandlerstufe H angetrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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