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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei Geschwindigkeits-Wechselgetrieben bzw. Schaltgetrieben ist es allgemein bekannt, die Getriebespreizung sowie die Anzahl der Vorwärtsgänge dadurch zu erhöhen, dass den Zahnradsätzen der Vorwärtsgänge ein sogenanntes Vorgelege mit zum Beispiel zwei Übersetzungsstufen vorgeschaltet wird, mittels dem die Anzahl der Vorwärtsgänge um den Faktor 2 erhöht werden kann. Das Vorgelege kann zum Beispiel ein entsprechend umschaltbares Planetengetriebe sein.
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Aus der
US 2005/0 229 732 A1 ist eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für ein Fahrzeug bekannt. Die Schaltvorrichtung weist eine Getriebe-Eingangswelle, eine Abtriebswelle sowie mehrere, auf den Wellen angeordnete Zahnradsätze mit Festzahnrädern und Loszahnrädern auf, die Vorwärtsgänge bilden. Ein Loszahnrad der schaltbaren Loszahnräder zur Bildung der Vorwärtsgänge kann über eine Schaltkupplung mit einem gehäusefesten Sperrelement gekuppelt werden, um eine Parksperre zu bilden. Aus der
DE 10 2005 015 161 A1 ist eine Parksperranordnung für ein automatisiertes Getriebe bekannt. Aus der
DE 101 11 258 A1 ist ein Wechselgetriebe für ein Fahrzeug bekannt, das durch eine Schaltvorrichtung in eine P-Stellung bringbar ist. In der P-Stellung ist die Drehmomentübertragung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle unterbrochen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, mittels der bei einer getriebetechnisch einfachen Gestaltung die Getriebespreizung erhöht und dabei die Anzahl der benötigten Zahnradsätze vermindert ist.
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Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die Unteransprüche an.
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Die Erfindung betrifft allgemein eine Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einer mit einem Antriebsaggegrat trieblich verbundenen Getriebe-Eingangswelle, zumindest einer Abtriebswelle, mit mehreren auf den Wellen angeordneten Zahnradsätzen mit Festzahnrädern und über Synchronkupplungen schaltbaren Loszahnrädern zur Bildung von Vorwärtsgängen. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Loszahnrad über eine Schaltkupplung mit einem gehäusefesten Sperrelement zur Bildung einer Parksperre kuppelbar.
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Die Schaltkupplung weist eine innenverzahnte Schaltmuffe auf, die in der Parksperren-Schaltposition mit Schaltverzahnungen auf dem Loszahnrad und mit dem gehäusefesten Sperrelement in Eingriff geschaltet ist.
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Erfindungsgemäß wird somit eine Parksperren-Funktion über die Schaltmuffe integriert. Nachfolgend werden optionale Weiterbildungen diese Parksperren-Integration speziell im Zusammenhang mit einem Doppelkupplungsgetriebe beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Parksperren-Integration auch auf andere Bauarten von Geschwindigkeits-Wechselgetriebe anwendbar sind. Insofern treffen die nachfolgend genannten Vorteile auch auf Getriebe-Anordnungen zu, die nicht als Doppelkupplungsgetriebe bzw. ohne Vorschalteinheit ausgebildet sind.
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So kann in einer speziellen Getriebe-Anordnung lediglich beispielhaft den Zahnradsätzen der Vorwärtsgänge eine in zwei Übersetzungsstufen umschaltbare Schalteinheit, insbesondere ein Planetengetriebe, vorgeschaltet sein, in dem ferner durch Drehrichtungsumkehr eines Abtriebselements ein Rückwärtsgang R schaltbar ist, wobei der Kraftfluss im Rückwärtsgang vom Planetengetriebe über eine Schaltkupplung unmittelbar auf ein Loszahnrad eines Vorwärtsganges auf der Eingangswelle übertragen wird. Dem gemäß treibt das Planetengetriebe einerseits auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes in den zwei Übersetzungsstufen ab, andererseits über das weitere, in der Drehrichtung umgekehrte Abtriebselement unmittelbar auf einen Vorwärtsgang-Zahnradsatz. Damit kann sowohl ein separater Rückwärtsgang-Zahnradsatz entfallen, als auch im Planetengetriebe der Umschaltaufwand (Kupplungen, Bremsen) vereinfacht werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Loszahnrad über die Schaltkupplung in einer weiteren Schaltposition mit einem gehäusefesten Sperrzahnrad zur Bildung einer Parksperre kuppelbar sein. So kann bei geringem Mehraufwand bei einem gegebenenfalls automatisierten Getriebe mit hydraulisch gesteuerten Umschalteinrichtungen eine Parkbremse realisiert werden, die vom Kraftfluss her über die gemeinsame Schaltkupplung und den betreffenden Vorwärtsgang auf die Abtriebswelle des Getriebes geschaltet ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird des Weiteren vorgeschlagen, dass das Planetengetriebe als Eingangselement ein erstes Sonnenrad aufweist, das mit dem Gehäuse der Trennkupplung ständig trieblich verbunden ist, dass das Planetengetriebe ferner ein zweites Sonnenrad als auf die Eingangswelle abtreibendes Ausgangselement aufweist, dass ein Steg mit Stufenplanetenrädern als drittes Übertragungselement des Planetengetriebes mit den beiden Sonnenrädern in Eingriff und auf die Trennkupplung geschaltet ist, wobei der Steg mittels einer gehäusefesten Bremse B festbremsbar ist, und dass das abtreibende Sonnenrad und die korrespondierenden Zahnräder der Stufenplanetenräder mit einem Hohlrad als Abtriebselement für den Rückwärtsgang zusammenwirken. Daraus resultiert ein besonders einfach aufgebautes Planetengetriebe mit vier Getriebeelementen, die über die Trennkupplung (1:1-Übersetzung), die Bremse (reduzierte Übersetzung) und die Schaltkupplung für den Rückwärtsgang und gegebenenfalls die Parksperre steuerungstechnisch einfach umschaltbar sind.
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Die Schaltkupplung kann zur Erzielung einer robusten Konstruktion durch eine innenverzahnte Schaltmuffe gebildet sein, die mit Schaltverzahnungen auf dem Loszahnrad, auf einem Schaltzahnrad auf dem Abtriebselement und gegebenenfalls mit dem Sperrzahnrad in Eingriff schaltbar ist. Besonders zweckmäßig kann dabei die Schaltkupplung an dem Loszahnrad des dem Planetengetriebe unmittelbar benachbarten Vorwärtsganges angeordnet und zur Erzielung eines günstigen Übersetzungsverhältnisses der als Rückwärtsgang schaltbare Zahnradsatz dem ersten oder zweiten Vorwärtsgang zugeordnet sein.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann das Wechselgetriebe ein automatisiertes Doppelkupplungsgetriebe sein, mit zwei koaxialen Eingangswellen, die über zwei Trennkupplungen (K1, K2) aktivierbar sind und die auf ein Teilgetriebe A mit Vorwärtsgängen und ein Teilgetriebe B mit Vorwärtsgängen auf zumindest eine Abtriebswelle abtreiben, wobei das Planetengetriebe und das über die Schaltkupplung in den Rückwärtsgang schaltbare Loszahnrad des Vorwärtsganges auf der Eingangs-Hohlwelle des Teilgetriebes A angeordnet sind. Demzufolge sind die Vorwärtsgänge der Zahnradsätze des Teilgetriebes A verdoppelt und zugleich der Rückwärtsgang und gegebenenfalls die Parksperre in das Teilgetriebe A integriert, während die Zahnradsätze des Teilgetriebes B einfache, über Synchronkupplungen schaltbare Vorwärtsgänge bilden.
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Dabei kann bevorzugt das Teilgetriebe A drei Zahnradsätze mit Loszahnrädern und Festzahnrädern aufweisen, über die die Vorwärtsgänge 2/3, 8/9, 5/6 und der Rückwärtsgang R über den Zahnradsatz 2/3 schaltbar sind, während im Teilgetriebe B die einfachen Vorwärtsgänge 1, 4, 7 angeordnet sind. Daraus resultieren im Zusammenwirken mit dem Planetengetriebe einfach steuerbare Vorwärtsgang-Schaltfolgen, wie sie in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert sind.
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Schließlich kann in einer bevorzugten Übersetzungsauslegung das vorgeschaltete Planetengetriebe durch Festbremsen des Stegs in eine niedrigere Übersetzung zur Bildung der Vorwärtsgänge 2, 8, 5 und des Rückwärtsganges R und in eine höhere 1:1-Übersetzung zur Bildung der Vorwärtsgänge 3, 9, 6 durch Schließen der Trennkupplung K1 schaltbar sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand eines beigefügten Blockschaltbilds eines Doppelkupplungsgetriebes für Kraftfahrzeuge mit einem vorgeschalteten Planetengetriebe, 9 Vorwärtsgängen, einem Rückwärtsgang und einer Parksperre näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt grob schematisch ein Doppelkupplungsgetriebe 12 als Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit zwei koaxialen Getriebe-Eingangswellen 14, 16, die über zwei Trennkupplungen K1, K2 mit einem antreibenden Antriebsaggregat bzw. einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) trieblich verbindbar sind. Die Eingangswelle 14 ist als Hohlwelle ausgeführt.
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Achsparallel zu den Eingangswellen 14, 16 ist eine Abtriebswelle 18 vorgesehen, die hier als Hohlwelle ausgeführt ist und das Ausgleichsgehäuse 20 eines Zwischenachsdifferenziales 22 antreibt.
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Die eine Ausgangswelle 28 des Zwischenachsdifferenzials 22 (als Kegelraddifferenzial dargestellt) treibt über Stirnzahnräder 24, 26 auf ein an das Getriebegehäuse 30 angebautes Vorderachsdifferenzial 32 (nur angedeutet) ab, während die zweite Ausgangswelle 34 zum Antrieb eines hinteren Achsdifferenzials (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs dient.
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Die Abtriebswelle 18 kann im Falle eines Abtriebs nur auf ein Achsdifferenzial 32 (Frontantrieb) oder über die Ausgangswelle 34 auf ein hinteres Achsdifferenzial (Heckantrieb) auch als Einzelwelle und ohne Zwischenachsdifferenzial 22 ausgeführt sein.
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Die besagten Wellen 14, 16, 18, etc. sind über nicht dargestellte Wälzlager in dem Getriebegehäuse 30 drehbar gelagert.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 12 ist in ein Teilgetriebe A und ein Teilgetriebe B unterteilt, wobei sich die Eingangs-Hohlwelle 14 nur innerhalb des Teilgetriebes A erstreckt, während die Eingangswelle 16 durch die Eingangswelle 14 hindurch in das Teilgetriebe B bis zu dessen Abschlusswand 30a geführt ist.
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Im Teilgetriebe A sind drei Zahnradsätze für die Vorwärtsgänge 2/3, 8/9, 5/6 angeordnet, die sich in bekannter Weise aus Festzahnrädern und Loszahnrädern zusammensetzen, wobei die Loszahnräder über Synchronkupplungen (allgemein mit 36 bezeichnet) geschaltet werden können.
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Im Teilgetriebe B sind ebenfalls drei Zahnradsätze vorgesehen, die sich ebenfalls aus Festzahnrädern und über Synchronkupplungen 36 schaltbaren Loszahnrädern zusammensetzen und die in der entsprechenden Übersetzungsauslegung die Vorwärtsgänge 1, 4 und 7 bilden.
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Dem Teilgetriebe A ist axial benachbart der Doppelkupplung K1, K2 ein Planetengetriebe 38 vorgeschaltet, das koaxial zur Eingangs-Hohlwelle 14 ausgeführt ist und das in zwei Übersetzungsstufen bzw. in eine niedrigere Übersetzungsstufe und eine höhere 1:1 Übersetzungsstufe umschaltbar ist.
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Dabei ist das Eingangselement des Planetengetriebes 38 durch ein erstes Sonnenrad 40 gebildet, das an das Gehäuse 42 der Doppelkupplung K1, K2 angeschlossen und somit ständig angetrieben ist.
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Der Steg 44 als Übertragungselement des Planetengetriebes 38 ist trieblich mit der Trennkupplung K1 verbindbar und trägt mehrere, drehbar gelagerte Stufenplanetenräder 46, von denen das eine, größere Zahnrad mit dem Sonnenrad 40 kämmt.
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Das kleinere Zahnrad der Stufenplanetenräder 48 ist mit einem zweiten Sonnenrad 48 als Ausgangselement des Planetengetriebes 38 mit der Eingangs-Hohlwelle 14 des Teilgetriebes A verbunden.
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Ferner ist der Steg 44 an eine ähnlich einer Lamellenkupplung aufgebaute, gehäusefeste Bremse B angeschlossen, über die der Steg 44 hydraulisch gesteuert festbremsbar ist.
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Die kleineren Zahnräder der Stufenplanetenräder 46 kämmen ferner mit einem als zweites Abtriebselement kämmenden, innenverzahnten Hohlrad 50, das mit einer eine Schaltverzahnung 54 tragenden Hohlwelle 52 verbunden ist.
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Die Hohlwelle 52 erstreckt sich durch ein gehäusefestes Sperrelement mit einer zumindest teilumfänglichen Sperrverzahnung 56, die komplementär zur Schaltverzahnung 54 ausgeführt ist.
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Des Weiteren trägt das Loszahnrad 58 auf der Eingangswelle 14 des dem Planetengetriebe 38 am nächsten liegenden Zahnradsatzes für den Vorwärtsgang 2/3 an der der Synchronkupplung 36 abgewandten Seite eine weitere Schaltverzahnung 60, auf der eine innenverzahnte Schaltmuffe 62 axial verschiebbar geführt ist.
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Die Schaltmuffe 62 ist Teil einer nicht dargestellten Schaltvorrichtung mit zum Beispiel einer Schaltgabel, einer Stellvorrichtung, etc. Die Schaltmuffe 62 kann in einer ersten Schaltposition nur auf der Schaltverzahnung 60 auf dem Loszahnrad 58 positioniert sein, also keine Funktion ausüben.
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In einer zweiten Schaltposition verbindet die Schaltmuffe 62 die Hohlwelle 52 bzw. das Hohlrad 50 des Planetengetriebes 38 mit dem Loszahnrad 58 und bildet somit eine triebliche Verbindung zur Bildung des Rückwärtsganges R in umgekehrter Drehrichtung.
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In der dritten, möglichen Schaltposition verbindet die Schaltmuffe 62 das Loszahnrad 58 mit dem gehäusefesten Sperrelement bzw. dessen Sperrverzahnung 56, wodurch der Zahnradsatz für die Vorwärtsgänge 2/3 bzw. den Rückwärtsgang R im Getriebegehäuse 30 blockiert ist und somit eine unabhängig von den Funktionen der Kupplungen K1, K2, und 36 sowie der Bremse B eine Parksperre P bildet, die selbstverständlich nur bei Stillstand des Kraftfahrzeugs geschaltet werden kann.
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Die Funktion des Planetengetriebes 38 ist wie folgt:
Ist die Kupplung K1 geöffnet und die Bremse B betätigt, so treibt das Sonnenrad 40 über die Stufenplanetenräder 46 das Sonnenrad 48 und dieses die Eingangswelle 14 in der niedrigeren Übersetzungsstufe an; dies entspricht bei entsprechend über die Synchronkupplungen 36 geschalteten Zahnradsätzen des Teilgetriebes A den Vorwärtsgängen 2, 5, und 8. Wird die Bremse B gelöst, so ist die Antriebsleistung unterbrochen.
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Zum Umschalten des Planetengetriebes 38 in die höhere 1:1 Übersetzungsstufe wird die Kupplung K1 geschlossen, wobei nunmehr das Sonnenrad 40 und der Steg 44 zusammengeschaltet und das Planetengetriebe 38 in sich blockiert ist. Das Antriebsmoment teilt sich über die Kupplung K1 und das Gehäuse 42 entsprechend auf. In der 1:1 Übersetzungsstufe des Planetengetriebes 38 können die Vorwärtsgänge 3, 6 und 9 geschaltet werden.
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Zum Schalten der Vorwärtsgänge 1, 4 und 7 des Teilgetriebes B werden in herkömmlicher Weise die Zahnradsätze über die Synchronkupplungen 36 geschaltet und über die Trennkupplung K2 aktiviert. Dabei sind die Kupplung K1 und die Bremse B des Planetengetriebes 38 gelöst.
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Der Rückwärtsgang R im Teilgetriebe A wird geschaltet, in dem zunächst die Schaltmuffe 62 in die zweite Schaltposition zur Verbindung mit dem Hohlrad 50 geschaltet und dann die Bremse B des Planetengetriebes 38 geschlossen wird. Das Anfahrmoment kann dabei über die Bremse B gezielt gesteuert werden.
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Das Sonnenrad 40 treibt dann über die Stufenplanetenräder 46 des festgebremsten Stegs 44 das Hohlrad 50 und dieses über die Schaltkupplung mit den Schaltverzahnungen 54, 60 und der Schaltmuffe 62 in umgekehrter Drehrichtung den Zahnradsatz der Vorwärtsgänge 2/3 an.
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Soweit nicht beschrieben, ist die Funktion des Doppelkupplungsgetriebes 12 wie üblich, wobei bei Gangwechseln vom Teilgetriebe A zum Teilgetriebe B (zum Beispiel vom 3. Gang in den 4. Gang) jeweils der nächstfolgende Gang vorgewählt und dann durch Wechsel der Trennkupplungen K1, K2 aktiviert werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Das Wechselgetriebe kann auch als einfaches, gegebenenfalls automatisiertes Schaltgetriebe ohne Teilgetriebe B, ohne einer zweiten Trennkupplung K2 und einer zweiten Eingangswelle 16 ausgeführt sein. Die Eingangswelle 14 könnte dann als Einzelwelle die erforderlichen Vorwärtsgang-Zahnradsätze tragen.
