DE102014019011A1

DE102014019011A1 - Stufengetriebe für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen

Info

Publication number: DE102014019011A1
Application number: DE102014019011.0A
Authority: DE
Inventors: Manfred Guggolz; Werner Hillenbrand; Stephan Terwen; David Ulmer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stufengetriebe (10) für einen Kraftwagen, mit einer Mehrzahl von schaltbaren Gangstufen (24, 26, 28, 30, 32, 34, 36), welche jeweilige, relativ zu einer Welle (20) des Stufengetriebes (10) drehbare Zahnräder (18, 38a–m) aufweisen, und mit wenigstens einer mit der Welle (20) gekoppelte Synchronisiereinrichtung (52), welche zwischen zumindest einer Synchronisierstellung, in welcher die Synchronisiereinrichtung (52) mit einem der Zahnräder (18, 38a–m) zusammenwirkt, und zumindest einer Ruhestellung bewegbar ist, in welcher das Zusammenwirken zwischen der Synchronisiereinrichtung (52) und dem einen Zahnrad (18) aufgehoben ist, wobei das Stufengetriebe (10) dazu ausgebildet ist, bei einer Kopplung zumindest eines anderen der Zahnräder (18, 38a–m) mit der Welle (20) die Synchronisiereinrichtung (52) in die Synchronisierstellung zu bewegen, wobei die Synchronisiereinrichtung (52) in der Synchronisierstellung mit dem Zahnrad (18) der höchsten Vorwärtsgangstufe (34) zusammenwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stufengetriebe für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Ein solches Stufengetriebe für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen, ist beispielsweise der EP 0 988 472 B1 als bekannt zu entnehmen. Das Stufengetriebe umfasst eine Mehrzahl von schaltbaren Gangstufen. Zumindest ein Teil der Gangstufen sind Vorwärtsgangstufen. Bei den Vorwärtsgangstufen handelt es sich um Gangstufen, welche bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftwagens beziehungsweise zum Bewirken einer Vorwärtsfahrt des Kraftwagens eingelegt werden. Die Vorwärtsgangstufen werden üblicherweise auch als Vorwärtsgänge bezeichnet. Ferner kann wenigstens eines der Gangstufen als Rückwärtsgangstufe oder Rückwärtsgang ausgebildet sein, welcher eingelegt wird, um eine Rückwärtsfahrt des Kraftwagens zu bewirken.
Die Gangstufen umfassen jeweilige, relativ zu einer Welle des Stufengetriebes drehbare Zahnräder. Bei zumindest einem Teil der Zahnräder kann es sich um Losräder handeln, welche auf der Welle des Stufengetriebes relativ zu dieser drehbar angeordnet sind. Beispielsweise umfasst zumindest eine Teilmenge der Vorwärtsgangstufen zumindest ein Losrad, das auf der Welle, insbesondere einer Hauptwelle, des Getriebes angeordnet ist. Ein solches Losrad ist ein Zahnrad, welches auf der Welle relativ zu der Welle drehbar angeordnet ist. Üblicherweise umfasst ein solches Stufengetriebe eine weitere Welle in Form einer Vorgelegewelle, mit welcher weitere Zahnräder der Gangstufen drehfest verbunden sind. Dabei kämmen die weiteren Zahnräder mit den ersten Zahnrädern beziehungsweise den Losrädern, sodass sich die ersten Zahnräder, insbesondere die Losräder, – wenn diese nicht mit der Welle gekoppelt sind – relativ zur Welle drehen.
Um die jeweiligen Gangstufen einlegen beziehungsweise schalten zu können, sind üblicherweise Schaltelemente vorgesehen, welche beispielsweise als Schiebemuffen beziehungsweise Schaltmuffen ausgebildet sind. Die jeweilige Schaltmuffe ist drehfest mit der Welle verbunden und kann beispielsweise zwischen wenigstens einer Lösestellung und wenigstens einer Verbindungsstellung relativ zur Welle bewegt, insbesondere in axialer Richtung der Welle verschoben, werden. In der Verbindungsstellung ist die Schaltmuffe mit einem der Zahnräder der Gangstufen gekoppelt, sodass dieses eine Zahnrad über die Schaltmuffe mit der Welle drehfest gekoppelt ist. Dadurch kann die Welle über die Schaltmuffe und das über die Schaltmuffe mit der Welle gekoppelte Zahnrad von Vorgelegewelle angetrieben werden beziehungsweise umgekehrt. In der Lösestellung ist die Schaltmuffe nicht mehr mit dem einen Zahnrad gekoppelt, sodass sich das Zahnrad wieder relativ zur Welle drehen kann.
Ferner umfasst das Stufengetriebe wenigstens eine mit der Welle gekoppelte Synchronisiereinrichtung, welche zwischen zumindest einer Synchronisierstellung und zumindest einer Ruhestellung bewegbar ist. In der Synchronisierstellung wirkt die Synchronisiereinrichtung mit einem der Zahnräder der Gangstufen zusammen, sodass Drehmomente beziehungsweise Kräfte zwischen dem einen Zahnrad und der Welle über die Synchronisiereinrichtung übertragbar sind. Dadurch ist es möglich, das eine Zahnrad, das heißt dessen Drehzahl, mit der Welle, das heißt mit deren Drehzahl, zu synchronisieren, sodass das eine Zahnrad und die Welle nach dem Synchronisieren die gleiche Drehzahl aufweisen beziehungsweise dass ein Drehzahlunterschied zwischen der Welle und dem einen Zahnrad durch das Synchronisieren verringert wird. In der Folge ist es möglich, die zu dem einen, mit der Welle synchronisierten Zahnrad gehörende Gangstufe einzulegen, das heißt zu schalten, ohne dass es zu einer übermäßigen Belastung und zu unangenehmen Geräuschen kommt.
In der zumindest einen Ruhestellung ist das Zusammenwirken zwischen der Synchronisiereinrichtung und dem einen Zahnrad aufgehoben, sodass – im Gegensatz zur Synchronisierstellung – keine Kräfte beziehungsweise Drehmomente zwischen der Synchronisiereinrichtung und dem einen Zahnrad übertragen werden können.
Zum Synchronisieren des einen Zahnrads mit der Welle umfasst die Synchronisiereinrichtung beispielsweise wenigstens ein Reibelement, insbesondere einen Reibkonus, welches beziehungsweise welcher in der Synchronisierstellung mit einem korrespondierenden und an dem einen Zahnrad vorgesehenen Reibelement, insbesondere Reibkonus, zusammenwirken kann. Üblicherweise bilden die Synchronisiereinrichtung und die zuvor genannte Schaltmuffe eine Einheit, sodass beim Schalten in die zu dem einen Zahnrad gehörende Gangstufe das eine Zahnrad in besonders kurzer Zeit zunächst mit der Welle synchronisiert und dann über die Schaltmuffe mit der Welle drehfest gekoppelt werden kann.
Bei der EP 0 988 472 B1 ist das Stufengetriebe ferner dazu ausgebildet, bei einer Kopplung zumindest eines anderen der Zahnräder mit der Welle die Synchronisiereinrichtung in die Synchronisierstellung zu bewegen. Mit anderen Worten gehört das in der Synchronisierstellung mit der Synchronisiereinrichtung zusammenwirkende eine Zahnrad zu einer der Gangstufen. Wird das Stufengetriebe in diese eine Gangstufe geschaltet, das heißt wird diese eine Gangstufe eingelegt, so wirkt die Synchronisiereinrichtung mit dem einen Zahnrad zusammen. Das vom einen Zahnrad unterschiedliche, andere Zahnrad hingegen gehört zu einer von der einen Gangstufe unterschiedlichen, anderen Gangstufe. Wird nun diese andere Gangstufe eingelegt, das heißt wird in diese andere Gangstufe geschaltet, so wird die Synchronisiereinrichtung in ihre Synchronisierstellung bewegt, in welche die Synchronisiereinrichtung mit dem einen Zahnrad zusammenwirkt, das jedoch nicht mit der Welle drehfest gekoppelt wird. Dies bedeutet, dass die Synchronisiereinrichtung sowohl beim Einlegen der einen Gangstufe als auch beim Einlegen der anderen Gangstufe zum Synchronisieren beziehungsweise Angleichen von Drehzahlen des Stufengetriebes verwendet wird. Dadurch kann eine mit dem anderen Zahnrad zusammenwirkende Synchronisiereinrichtung entfallen, sodass die Teileanzahl, der Bauraum und das Gewicht des Stufengetriebes gering gehalten werden können.
Zwar ist beispielsweise dem anderen Zahnrad ein Kupplungselement, insbesondere in Form einer Schaltmuffe, zugeordnet, über welches das andere Zahnrad mit der Welle drehfest gekoppelt werden kann, jedoch ist keine Synchronisiereinrichtung erforderlich, die mit dem anderen Zahnrad zusammenwirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stufengetriebe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass bei einem Gangstufenwechsel Getriebeelemente des Stufengetriebes synchronisiert werden können, bei gleichzeitiger Realisierung eines geringen Gewichts, geringer Kosten und einer geringen Teileanzahl des Stufengetriebes.
Diese Aufgabe wird durch ein Stufengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Stufengetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass bei einem Gangstufenwechsel des Stufengetriebes Getriebeelemente des Stufengetriebes synchronisiert werden können bei gleichzeitiger Realisierung einer geringen Teileanzahl, geringer Kosten und eines geringen Gewichts des Stufengetriebes, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Synchronisiereinrichtung in der Synchronisierstellung mit dem Zahnrad der höchsten Vorwärtsgangstufe zusammenwirkt. Unter der höchsten Vorwärtsgangstufe ist diejenige der Vorwärtsgangstufen beziehungsweise derjenige der Vorwärtsgänge des Stufengetriebes zu verstehen, die beziehungsweise der bezogen auf alle Vorwärtsgangstufen des Getriebes die kleinste beziehungsweise geringste Übersetzung aufweist. Diejenige der Vorwärtsgangstufen mit der höchsten Übersetzung ist die kleinste Vorwärtsgangstufe beziehungsweise der kleinste Vorwärtsgang. Bei dem erfindungsgemäßen Stufengetriebe ist es somit möglich, Getriebeelemente des Stufengetriebes, welche mit unterschiedlicher Drehzahl rotieren, bei einem Gangstufenwechsel des Stufengetriebes zu synchronisieren, und zwar sowohl dann, wenn die höchste Vorwärtsgangstufe eingelegt beziehungsweise in die höchste Vorwärtsgangstufe geschaltet wird, als auch dann, wenn wenigstens eine andere der Gangstufen eingelegt wird.
Die Synchronisiereinrichtung des erfindungsgemäßen Stufengetriebes wird zum Synchronisieren verwendet, wenn die höchste Vorwärtsgangstufe eingelegt wird, als auch dann, wenn die andere Gangstufe, insbesondere eine andere Vorwärtsgangstufe, des Stufengetriebes eingelegt wird. Aufgrund dieser Doppelfunktion kann eine Synchronisiereinrichtung für ein Zahnrad der anderen Gangstufe verzichtet werden, da die mit dem Zahnrad der höchsten Vorwärtsgangstufe zusammenwirkende Synchronisiereinrichtung zum Synchronisieren verwendet wird, wenn die andere Gangstufe eingelegt wird. Dadurch können die Teileanzahl, der Bauraumbedarf, die Kosten und das Gewicht des Stufengetriebes gering gehalten werden. Gleichzeitig ist es möglich, das Stufengetriebe zu synchronisieren, sodass übermäßige Belastungen und eine übermäßige Geräuschentwicklung bei einem Gangstufenwechsel vermieden werden können. Ferner können bereits bestehende Stufengetriebe zu dem erfindungsgemäßen Stufengetriebe weiterentwickelt werden, ohne dass hierzu eine Neukonstruktion erforderlich ist. Insbesondere ist es möglich, bereits bestehende Baukastensysteme beizubehalten. Im Vergleich zu herkömmlichen Stufengetrieben können jedoch Synchronelemente wie Synchronringe beziehungsweise Synchronpakete entfallen.
Hintergrund der Erfindung ist, nicht jede der Gangstufen, sondern nur genau eine oder lediglich einen Teil der Gangstufen mit einer jeweiligen Synchronisiereinrichtung auszustatten. Die Synchronisiereinrichtung wird dann als so genannte Zentralsynchronisierung genutzt, da mittels dieser Zentralsynchronisierung Getriebeelemente, beispielsweise Zahnräder, insbesondere Losräder, und Wellen, des Stufengetriebes synchronisiert werden, wenn unterschiedliche Gangstufen eingelegt werden. Obwohl somit im Vergleich zu herkömmlichen Stufengetrieben Synchronelemente entfallen können, bleiben alle Möglichkeiten eines vollsynchronisierten automatisierten Getriebes erhalten. Insbesondere bleibt das Stufengetriebe – je nach Ausführungsform – autonom schaltbar, sodass die Möglichkeit besteht, einen Fail-Safe-Modus für eine Eco-Sail-Anwendung darzustellen.
Die Synchronisiereinrichtung stellt somit eine Zentralsynchronisierung dar, welche beispielsweise für Hochschaltungen beziehungsweise das Einlegen eines Anfahrgangs verwendet werden kann. Bei Rückschaltungen erfolgen jeweilige Synchronisierungen beispielsweise wie bei Klauengetrieben über eine Kupplung und ein Antriebsaggregat, mit welchem das Stufengetriebe durch Schließen der Kupplung koppelbar ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Gangstufen des Stufengetriebes ein Rückwärtsgang.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist höchstens genau einem weiteren der Zahnräder eine Synchronisiereinrichtung zugeordnet, welche mit der Welle verbunden und zwischen einer weiteren Synchronisierstellung, in welcher die weitere Synchronisiereinrichtung mit dem weiteren Zahnrad zusammenwirkt, und einer weiteren Ruhestellung bewegbar ist, in welcher das Zusammenwirken zwischen der weiteren Synchronisiereinrichtung und dem weiteren Zahnrad aufgehoben ist.
Vorzugsweise ist dabei das weitere Zahnrad das Zahnrad des Rückwärtsgangs.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das weitere Zahnrad ein Zahnrad (38i) einer weiteren Vorwärtsgangstufe.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die weitere Vorwärtsgangstufe ein Anfahrgang, insbesondere die erste Vorwärtsgangstufe oder die zweite Vorwärtsgangstufe.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Stufengetriebe als automatisches Getriebe ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Stufengetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einer Mehrzahl von schaltbaren Gangstufen, wobei die höchste Vorwärtsgangstufe und ein Rückwärtsgang des Getriebes synchronisiert sind;
2 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei die höchste Vorwärtsgangstufe und die niedrigste Vorwärtsgangstufe synchronisiert sind;
3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei lediglich die höchste Vorwärtsgangstufe synchronisiert ist;
4 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Gangstufenwechsels von der dritten Vorwärtsgangstufe in die vierte Vorwärtsgangstufe bei dem Stufengetriebe gemäß der dritten Ausführungsform; und
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Gangstufenwechsels von der fünften Vorwärtsgangstufe in die dritte Vorwärtsgangstufe, wobei eine Synchronisierung über die erste Vorwärtsgangstufe oder den Rückwärtsgang erfolgt.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Stufengetriebe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Kraftwagen, insbesondere einen Nutzkraftwagen. Der Kraftwagen umfasst dabei ein Antriebsaggregat 12, welches auch als Antriebsmaschine bezeichnet wird und beispielsweise als eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, ausgebildet ist. Das Stufengetriebe 10 ist über eine Kupplung 14 mit dem Antriebsaggregat 12 koppelbar, wobei die Kupplung 14 als Anfahr- und Trennkupplung verwendet wird. Die Kupplung 14 ist zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand verstellbar. Im geschlossenen Zustand ist das Stufengetriebe 10 über die geschlossene Kupplung 14 mit dem Antriebsaggregat 12 verbunden, sodass Drehmomente zwischen dem Antriebsaggregat 12 und dem Stufengetriebe 10 übertragen werden können. In geöffnetem Zustand ist das Stufengetriebe 10 von dem Antriebsaggregat 12 entkoppelt, sodass keine Drehmomente zwischen dem Antriebsaggregat 12 und dem Stufengetriebe 10 übertragen werden können.
Das Stufengetriebe 10 umfasst eine erste Welle in Form einer Eingangswelle 16, welche mit einem Zahnrad 18 drehfest gekoppelt ist. Ferner umfasst das Stufengetriebe 10 eine zweite Welle in Form einer Hauptwelle 20 sowie eine dritte Welle in Form einer Vorgelegewelle 22. Darüber hinaus umfasst das Stufengetriebe 10 eine Mehrzahl von schaltbaren Gangstufen. Bei diesen Gangstufen handelt es sich vorliegend um eine erste Vorwärtsgangstufe 24, eine zweite Vorwärtsgangstufe 26, eine dritte Vorwärtsgangstufe 28, eine vierte Vorwärtsgangstufe 30, eine fünfte Vorwärtsgangstufe 32 und eine sechste Vorwärtsgangstufe 34. Schließlich weist das Stufengetriebe 10 eine Gangstufe in Form eines Rückwärtsgangs 36 auf. Bei den Vorwärtsgangstufen 24, 26, 28, 30, 32 und 34 handelt es sich um so genannte Vorwärtsgänge, welche zum Bewirken einer Vorwärtsfahrt des Kraftwagens eingelegt werden. Zum Bewirken einer der Vorwärtsfahrt entgegengesetzten Rückwärtsfahrt des Kraftwagens wird der Rückwärtsgang 36 eingelegt. Dies bedeutet, dass somit Gangstufenwechsel oder Gangwechsel durchführbar sind, in deren Rahmen von einer der Gangstufen in eine andere der Gangstufen umgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass die eine Gangstufe ausgelegt und die andere Gangstufe eingelegt wird.
Die Gangstufen weisen jeweilige Übersetzungen auf. Dies bedeutet, dass insbesondere die Vorwärtsgangstufen 24, 26, 28, 30, 32 und 34 jeweilige Übersetzungen aufweisen.
Bezogen auf die Vorwärtsgangstufen 24, 26, 28, 30, 32 und 34 weist die erste Vorwärtsgangstufe 24 die höchste Übersetzung auf, sodass die erste Vorwärtsgangstufe 24 der kleinste und erste Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist. Die zweite Vorwärtsgangstufe 26 weist die zweithöchste Übersetzung auf, sodass die zweite Vorwärtsgangstufe 26 der zweite Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist. Die dritte Vorwärtsgangstufe 28 weist die dritthöchste Übersetzung auf, sodass die dritte Vorwärtsgangstufe 28 der dritte Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist. Die vierte Vorwärtsgangstufe 30 weist die vierthöchste Übersetzung auf, sodass die vierte Vorwärtsgangstufe 30 der vierte Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist. Die fünfte Vorwärtsgangstufe 32 weist die fünftgrößte beziehungsweise zweitkleinste Übersetzung auf, sodass die fünfte Vorwärtsgangstufe 32 der fünfte Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist. Die sechste Vorwärtsgangstufe 34 weist die kleinste Übersetzung auf, sodass die sechste Vorwärtsgangstufe 34 der höchste und sechste Vorwärtsgang des Stufengetriebes 10 ist.
Aus 1 ist erkennbar, dass die Gangstufen jeweilige Zahnräder 38a–m umfassen, wobei die sechste Vorwärtsgangstufe 34 auch das Zahnrad 18 umfasst. Die Zahnräder 38a–m und 18 sind relativ zur Hauptwelle 20 drehbar. Dabei sind die Zahnräder 38a–m so genannte Losräder, die auf der Hauptwelle 20 angeordnet und relativ zur Hauptwelle 20 drehbar sind. Das Zahnrad 18 ist kein Losrad und auch nicht auf der Hauptwelle 20 angeordnet, sondern auf der Eingangswelle 16 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden ist. Wie nun im Folgenden erläutert wird, können jedoch die Zahnräder 38h–m und 18 mit der Hauptwelle 20 gekoppelt werden.
Die Zahnräder 38a–g sind ebenfalls keine Losräder, sondern auf der Vorgelegewelle 22 angeordnet und drehfest mit der Vorgelegewelle 22 gekoppelt. Die Zahnräder 38b–g kämmen mit den jeweils korrespondierenden Zahnrädern 38i–m beziehungsweise 18. Der Rückwärtsgang 36 umfasst ein Zahnrad 40 als Zwischenzahnrad, wobei das Zahnrad 40 mit dem Zahnrad 38a und dem Zahnrad 38h des Rückwärtsgangs 36 kämmt. Mittels des Zwischenzahnrads ist eine Richtungsumkehr realisiert, wodurch die Rückwärtsfahrt des Kraftwagens bewirkt werden kann.
Um den Rückwärtsgang 36 einzulegen, das heißt in den Rückwärtsgang 36 zu schalten, ist ein Kopplungselement in Form einer Schaltmuffe 42 vorgesehen, welche auch als Schiebemuffe bezeichnet wird. Die Schaltmuffe 42 ist drehfest mit der Hauptwelle 20 verbunden und zwischen wenigstens einer Lösestellung und wenigstens einer Kopplungsstellung relativ zur Hauptwelle 20 bewegbar und vorliegend in axialer Richtung der Hauptwelle 20 verschiebbar. In der Kopplungsstellung ist die Schaltmuffe 42 mit dem Zahnrad 38h verbunden, sodass das Zahnrad 38h über die Schaltmuffe 42 mit der Hauptwelle 20 gekoppelt ist. Dann ist der Rückwärtsgang 36 eingelegt. In der Lösestellung ist das Zusammenwirken zwischen der Schaltmuffe 42 und dem Zahnrad 38 aufgehoben, sodass keine Drehmomente zwischen dem Zahnrad 38h und der Hauptwelle 20 über die Schaltmuffe 42 übertragen werden können. In der Folge kann das Zahnrad 38h relativ zur Hauptwelle 20 rotieren und der Rückwärtsgang 36 ist ausgelegt beziehungsweise nicht eingelegt.
Aus 1 ist erkennbar, dass bei der ersten Ausführungsform der Rückwärtsgang 36 synchronisiert ist. Dies bedeutet, dass dem Rückwärtsgang 36 eine Synchronisiereinrichtung 44 zugeordnet ist, welche vorliegend mit der Schaltmuffe 42 eine Bauteileinheit bildet und somit mit der Schaltmuffe 42 zwischen der Lösestellung und der Kopplungsstellung mitbewegbar ist. Dabei ist die Synchronisiereinrichtung 44 mit der Hauptwelle 20 drehfest gekoppelt und zwischen wenigstens einer Synchronisierstellung und wenigstens einer Ruhestellung relativ zur Hauptwelle 20 bewegbar und vorliegend in axialer Richtung der Hauptwelle 20 relativ zu dieser verschiebbar. In der Synchronisierstellung wirkt die Synchronisiereinrichtung 44 mit dem als Losrad ausgebildeten Zahnrad 38h zusammen, sodass über die Synchronisiereinrichtung 44 Kräfte beziehungsweise Drehmomente zwischen dem Losrad in Form des Zahnrads 38h und der Hauptwelle 20 übertragen werden können. Somit ist es in der Synchronisierstellung möglich, das Zahnrad 38h als ein Getriebeelement des Stufengetriebes 10 mit der Hauptwelle 20 als ein weiteres Getriebeelement des Stufengetriebes 10 zu synchronisieren und somit Drehzahlunterschiede zwischen den Getriebeelementen zumindest zu verringern.
In der Ruhestellung ist das Zusammenwirken zwischen der Synchronisiereinrichtung 44 und dem Zahnrad 38h aufgehoben, sodass keine Kräfte und Drehmomente mehr zwischen dem Zahnrad 38h und der Synchronisiereinrichtung 44 übertragen werden.
Den Vorwärtsgangstufen 24 und 26 ist ein Kopplungselement in Form einer Schaltmuffe 46 zugeordnet, welche relativ zur Hauptwelle 20 zwischen zwei Kopplungsstellungen und wenigstens einer Lösestellung bewegbar und vorliegend in axialer Richtung der Hauptwelle 20 relativ zu dieser verschiebbar ist. Die Schaltmuffe 46 ist drehfest mit der Hauptwelle 20 verbunden und in ihrer Lösestellung von den Zahnrädern 38i und 38j, welche Losräder sind, entkoppelt. Dadurch können sich die Zahnräder 38i und 38j relativ zur Hauptwelle 20 drehen. In einer ihrer Kopplungsstellungen ist die Schaltmuffe 46 drehfest mit dem Zahnrad 38i verbunden, sodass das Zahnrad 38i über die Schaltmuffe 46 mit der Hauptwelle 20 verbunden ist. Dann ist der zweite Gang des Stufengetriebes 10 eingelegt. In ihrer anderen Kopplungsstellung ist die Schaltmuffe 46 mit dem Zahnrad 38j verbunden, sodass dann das Zahnrad 38j über die Schaltmuffe 46 mit der Hauptwelle 20 drehfest verbunden ist. Dann ist der dritte Gang (dritte Vorwärtsgangstufe 26) des Stufengetriebes 10 eingelegt.
Den Vorwärtsgangstufen 28 und 30 ist ein Kopplungselement in Form einer Schaltmuffe 48 zugeordnet, welche ebenfalls zwischen wenigstens einer Lösestellung und wenigstens zwei Kopplungsstellungen relativ zur Hauptwelle 20 bewegbar und vorliegend in axialer Richtung der Hauptwelle 20 relativ zu dieser verschiebbar ist. In der Lösestellung ist die Schaltmuffe 48 von den Zahnrädern 38k und 38l entkoppelt, sodass sich die Zahnräder 38k und 38l relativ zur Hauptwelle 20 drehen können. In einer ihrer Kopplungsstellungen ist die Schaltmuffe 48 mit dem Zahnrad 38k verbunden, sodass dann das Zahnrad 38k über die Schaltmuffe 48 mit der Hauptwelle 20 verbunden ist. Dann ist der dritte Gang des Stufengetriebes 10 eingelegt. In ihrer anderen Kopplungsstellung ist die Schaltmuffe 48 mit dem Zahnrad 38l verbunden, sodass das Zahnrad 38l über die Schaltmuffe 48 mit der Hauptwelle 20 gekoppelt ist. Dann ist der vierte Gang des Stufengetriebes 10 eingelegt.
Den Vorwärtsgangstufen 32 und 34 ist ein Kopplungselement in Form einer Schaltmuffe 50 zugeordnet. Auch die Schaltmuffe 50 ist relativ zur Hauptwelle 20 zwischen wenigstens einer Lösestellung und wenigstens zwei Kopplungsstellungen bewegbar und dabei in axialer Richtung der Hauptwelle 20 relativ zu dieser verschiebbar. In ihrer Lösestellung ist die Schaltmuffe 50 von den Zahnrädern 38m und 18 entkoppelt, sodass sich die Zahnräder 38m und 18 relativ zur Hauptwelle 20 drehen können. In einer ihrer Kopplungsstellungen ist die Schaltmuffe 50 mit dem Zahnrad 38m (Losrad) verbunden, sodass das Zahnrad 38m über die Schaltmuffe 50 mit der Hauptwelle 20 gekoppelt ist. Dann ist der fünfte Gang des Stufengetriebes 10 eingelegt. In ihrer anderen Kopplungsstellung ist die Schaltmuffe 50 mit dem Zahnrad 18 und somit der Eingangswelle 16 verbunden, sodass das Zahnrad 18 über die Schaltmuffe 50 mit der Hauptwelle 20 gekoppelt ist. Dann ist der sechste Gang des Stufengetriebes 10 eingelegt.
Bei der ersten Ausführungsform ist auch der sechste Gang, das heißt die höchste und vorliegend sechste Vorwartsgangstufe 34 synchronisiert. Dies bedeutet, dass dem sechsten Gang eine Synchronisiereinrichtung 52 zugeordnet ist, welche vorliegend mit der Schaltmuffe 50 eine Baueinheit bildet und demzufolge mit der Schaltmuffe 50 mitbewegbar, insbesondere mitverschiebbar, und mit der Hauptwelle 20 drehfest gekoppelt ist. Hierbei ist auch die Synchronisiereinrichtung 52 zwischen wenigstens einer Synchronisierstellung und wenigstens einer Ruhestellung bewegbar. In der Synchronisierstellung wirkt die Synchronisiereinrichtung 52 mit dem Zahnrad 18 zusammen, sodass zwischen der Synchronisiereinrichtung 52 und dem Zahnrad 18 Kräfte beziehungsweise Drehmomente übertragbar sind. Somit sind zwischen dem Zahnrad 18 und der Hauptwelle 20 über die Synchronisiereinrichtung 52 Kräfte beziehungsweise Drehmomente übertragbar, sodass das Zahnrad 18 mit der Synchronisiereinrichtung 52 in deren Synchronisierstellung mit der Hauptwelle 20 synchronisiert werden kann. In der Ruhestellung jedoch ist das Zusammenwirken der Synchronisiereinrichtung 52 und dem Zahnrad 18 aufgehoben, sodass in der Ruhestellung der Synchronisiereinrichtung 52 keine Drehmomente beziehungsweise Kräfte zu dem Zahnrad 18 und der Synchronisiereinrichtung 52 übertragen werden.
Insgesamt ist aus 1 erkennbar, dass von den schaltbaren Gangstufen des Stufengetriebes 10 nur der Rückwärtsgang 36 und der sechste Vorwärtsgang synchronisiert, das heißt mit Synchronisiereinrichtungen 44 und 52 versehen sind. Die übrigen Gangstufen sind zwar mit der Hauptwelle 20 koppelbar, dabei jedoch nicht mit Synchronisiereinrichtungen ausgestattet. Mit anderen Worten sind die übrigen Gangstufen und vorliegend der erste Vorwärtsgang, der zweite Vorwärtsgang, der dritte Vorwärtsgang, der vierte Vorwärtsgang und der fünfte Vorwärtsgang nicht synchronisiert. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und der Bauraumbedarf des Stufengetriebes 10 besonders gering gehalten werden.
Das Stufengetriebe 10 ist dabei als automatische beziehungsweise automatisiertes Getriebe ausgebildet, sodass Gangwechsel beziehungsweise Gangstufenwechsel automatisch durchgeführt werden.
Wird beispielsweise der Rückwärtsgang 36 eingelegt, so kann dabei das Zahnrad 38h mittels der Synchronisiereinrichtung 44 mit der Hauptwelle 20 synchronisiert werden. Dadurch ist es möglich, bei einer Vorwärtsfahrt eine Schaltung entgegen der Fahrtrichtung durchführen zu können, da auch der Rückwärtsgang 36 synchronisiert ist. Das Zahnrad 38h wird mit der Hauptwelle 20 synchronisiert, indem die Synchronisiereinrichtung 44 in ihre Synchronisierstellung bewegt wird.
Bei einem Schalten in den sechsten Vorwärtsgang kann das Zahnrad 18 mittels der Synchronisiereinrichtung 52 mit der Hauptwelle 20 synchronisiert werden, indem die Synchronisiereinrichtung 52 in ihre Synchronisierstellung bewegt wird.
Um das Stufengetriebe 10 auch dann zu synchronisieren, wenn in einen der unsynchronisierten Vorwärtsgänge, das heißt in den ersten, zweiten, dritten, vierten und auch fünften Vorwärtsgang geschaltet wird, ist das Stufengetriebe 10 dazu ausgebildet, bei einer Kopplung der Zahnräder 38i–m mit der Hauptwelle 20, das heißt bei einem Einlegen des ersten, zweiten, dritten, vierten beziehungsweise fünften Vorwärtsgangs, die Synchronisiereinrichtung 52 des sechsten Vorwärtsgangs in die Synchronisierstellung zu bewegen. Die dem höchsten Vorwärtsgang zugeordnete Synchronisiereinrichtung 52 wird somit nicht nur zur Synchronisierung beim Einlegen des sechsten Vorwärtsgangs genutzt, sondern auch zum Synchronisieren beim Einlegen eines der anderen Vorwärtsgänge. Dadurch kann mit einer nur geringen Teileanzahl eine besonders vorteilhafte Synchronisierung des Stufengetriebes 10 realisiert werden.
Insbesondere erfolgt die geschilderte Synchronisierung mittels der Zentralsynchronisierung bei Hochschaltungen. Bei Rückschaltungen kann das Stufengetriebe 10 beziehungsweise wie bei Klauenbetrieben mittels der Kupplung 14 und des Antriebsaggregats 12 synchronisiert werden.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Stufengetriebes 10, bei welcher auch Rückschaltungen getriebeautonom durchgeführt werden können. Dies bedeutet, dass bei der zweiten Ausführungsform die Kupplung 14 und das Antriebsaggregat 12 bei Rückschaltungen nicht zur Synchronisierung des Stufengetriebes 10 erforderlich sind. Um dies zu realisieren, sind bei der zweiten Ausführungsform nicht nur der sechste und somit höchste Vorwärtsgang, sondern auch der erste Gang des Stufengetriebes 10 synchronisiert. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Synchronisiereinrichtung 44 nicht vorgesehen, jedoch ist bei der zweiten Ausführungsform eine Synchronisiereinrichtung 54 vorgesehen, welche vorliegend mit der Schaltmuffe 46 eine Bauteileinheit bildet und somit mit der Schaltmuffe 46 mitbewegbar und mit der Hauptwelle 20 drehfest gekoppelt ist. Hierbei ist die Synchronisiereinrichtung 54 zwischen wenigstens einer Ruhestellung und wenigstens einer Synchronisierstellung relativ zur Hauptwelle 20 bewegbar und vorliegend relativ zur Hauptwelle 20 in deren axialer Richtung verschiebbar. In der Synchronisierstellung wirkt die Synchronisiereinrichtung 52 mit dem Zahnrad 38i des ersten Vorwärtsgangs zusammen, sodass das Zahnrad 38i mittels der Synchronisiereinrichtung 54 mit der Hauptwelle 20 synchronisiert wird, da die Synchronisiereinrichtung 54 mit der Hauptwelle 20 verbunden, das heißt drehfest gekoppelt ist.
In der Ruhestellung ist das Zusammenwirken zwischen dem Zahnrad 38i (Losrad) und der Synchronisiereinrichtung 54 aufgehoben, sodass zwischen dem Zahnrad 38i und der Synchronisiereinrichtung 54 keine Kräfte beziehungsweise Drehmomente übertragen werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Stufengetriebe 10 bei Hochschaltungen, das heißt bei einem Schalten von einer der Gangstufen in eine demgegenüber höhere Gangstufe, mittels der Synchronisiereinrichtung 52 synchronisiert wird, indem die Synchronisiereinrichtung 52 in ihre Synchronisierstellung bewegt wird. Bei Rückschaltungen jedoch, das heißt bei einem Wechsel von einer der Gangstufen in eine demgegenüber geringere Gangstufe, wird das Stufengetriebe 10 beispielsweise mittels der Synchronisiereinrichtung 54 synchronisiert, indem diese in ihre Synchronisierstellung bewegt wird.
Für Getriebe, die den ersten Vorwärtsgang nur als Anfahrgang verwenden, kann anstelle des ersten Vorwärtsgangs der zweite Vorwärtsgang synchronisiert werden, sodass beispielsweise Rückschaltungen mittels einer dem zweiten Vorwärtsgang zugeordneten Synchronisiereinrichtung synchronisiert werden.
3 zeigt schließlich eine dritte Ausführungsform des Stufengetriebes 10, wobei es sich um eine Basisvariante handelt. Bei dieser Basisvariante ist von den Gangstufen des Stufengetriebes 10 lediglich die sechste, das heißt höchste Vorwärtsgangstufe 34 synchronisiert, sodass mittels der Synchronisiereinrichtung 52 das Stufengetriebe 10 insbesondere bei Hochschaltungen synchronisiert werden kann. Dabei dient die Synchronisiereinrichtung 52 sowohl dazu, das Stufengetriebe 10 zu synchronisieren, wenn der sechste Vorwärtsgang eingelegt wird. Ferner dient die Synchronisiereinrichtung 52 auch dazu, das Stufengetriebe 10 zu synchronisieren, wenn ein anderer Vorwärtsgang eingelegt wird.
Als Synchronisiereinrichtung 44, 52 beziehungsweise 54 können aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Synchronpakete zum Einsatz kommen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, andere mechanische Synchronelemente wie beispielsweise Lamellenbremsen und/oder Umschlingungsbremsen einzusetzen, welche zwischen dem jeweiligen Zahnrad und der Hauptwelle 20 wirken.
4 zeigt ein Diagramm, anhand dessen ein Schaltablauf beziehungsweise ein Gangwechsel mit Zentralsynchronisierung im sechsten Vorwärtsgang veranschaulicht wird. Dabei ist anhand von 4 eine Hochschaltung vom dritten in den vierten Vorwärtsgang veranschaulicht. Ein Verlauf n_mot veranschaulicht die Drehzahl des Antriebsaggregats 12, wobei ein Verlauf m_VGW den Verlauf der Drehzahl der Vorgelegewelle 22 veranschaulicht. Ein Verlauf n_VGW,syn, veranschaulicht eine Synchronisationsdrehzahl der Vorgelegewelle 22. Ein Verlauf 56 veranschaulicht den Gangwechsel und ein Verlauf 58 veranschaulicht die Wahl einer jeweiligen Schaltgasse.
Zunächst wird der dritte Gang ausgelegt und das Stufengetriebe 10 in seine Neutralstellung N geschaltet, in welcher keine der Gangstufen eingelegt ist. Wie durch einen Bereich B veranschaulicht ist, wird dann das Stufengetriebe 10 mittels der Synchronisiereinrichtung 52 des sechsten Vorwärtsgangs synchronisiert. Daran anschließend wird – wie durch einen Bereich D veranschaulicht ist – der vierte Vorwärtsgang eingelegt.
5 zeigt ein Diagramm, anhand dessen ein Schaltablauf mit Zentralsynchronisierung im ersten Vorwärtsgang oder im Rückwärtsgang 36 veranschaulicht wird. Dabei wird der Schaltablauf anhand einer Rückschaltung vom fünften Vorwärtsgang in den dritten Vorwärtsgang veranschaulicht. Zunächst wird der fünfte Vorwärtsgang ausgelegt und das Stufengetriebe 10 in seine Neutralstellung N geschaltet. Wie anhand eines Bereichs E zu erkennen ist, erfolgt dann ein Ansynchronisieren mittels der Synchronisiereinrichtung 44 des Rückwärtsgangs 36 oder mittels der Synchronisiereinrichtung 54 des ersten Vorwärtsgangs. Dann wird – wie anhand eines Bereichs F erkennbar ist – der dritte Vorwärtsgang eingelegt.
Ist bei Rückschaltungen keine Zentralsynchronisierung vorgesehen, so kann dann das Stufengetriebe 10 dennoch synchronisiert werden. Hierbei erfolgt beispielsweise eine Synchronisierung ähnlich wie bei Klauenschaltungen durch die Verwendung des Antriebsaggregats 12 und der Kupplung 14.
Bezugszeichenliste

10: Stufengetriebe
12: Antriebsaggregat
14: Kupplung
16: Eingangswelle
18: Zahnrad
20: Hauptwelle
22: Vorgelegewelle
24: erste Vorwärtsgangstufe
26: zweite Vorwärtsgangstufe
28: dritte Vrwärtsgangstufe
30: vierte Vorwärtsgangstufe
32: fünfte Vorwärtsgangstufe
34: sechste Vorwärtsgangstufe
36: Rückwärtsgang
38a–m: Zahnrad
40: Zahnrad
42: Schaltmuffe
44: Synchronisiereinrichtung
46: Schaltmuffe
48: Schaltmuffe
50: Schaltmuffe
52: Synchronisiereinrichtung
54: Synchronisiereinrichtung
56: Verlauf
58: Verlauf
B: Bereich
D: Bereich
E: Bereich
F: Bereich
N: Neutralstellung
n_mot: Verlauf
n_VGW: Verlauf
n_VGW,syn: Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0988472 B1 [0002, 0008]

Claims

Stufengetriebe (10) für einen Kraftwagen, mit einer Mehrzahl von schaltbaren Gangstufen (24, 26, 28, 30, 32, 34, 36), welche jeweilige, relativ zu einer Welle (20) des Stufengetriebes (10) drehbare Zahnräder (18, 38a–m) aufweisen, und mit wenigstens einer mit der Welle (20) gekoppelte Synchronisiereinrichtung (52), welche zwischen zumindest einer Synchronisierstellung, in welcher die Synchronisiereinrichtung (52) mit einem der Zahnräder (18, 38a–m) zusammenwirkt, und zumindest einer Ruhestellung bewegbar ist, in welcher das Zusammenwirken zwischen der Synchronisiereinrichtung (52) und dem einen Zahnrad (18) aufgehoben ist, wobei das Stufengetriebe (10) dazu ausgebildet ist, bei einer Kopplung zumindest eines anderen der Zahnräder (18, 38a–m) mit der Welle (20) die Synchronisiereinrichtung (52) in die Synchronisierstellung zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung (52) in der Synchronisierstellung mit dem Zahnrad (18) der höchsten Vorwärtsgangstufe (34) zusammenwirkt.
Stufengetriebe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Gangstufen (24, 26, 28, 30, 32, 34, 36) des Stufengetriebes (10) ein Rückwärtsgang (36) ist.
Stufengetriebe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens genau einem weiteren der Zahnräder (18, 38a–m) eine Synchronisiereinrichtung (44, 54) zugeordnet ist, welche mit der Welle (20) verbunden und zwischen einer weiteren Synchronisierstellung, in welcher die weitere Synchronisiereinrichtung (44, 54) mit dem weiteren Zahnrad (38h, 38i) zusammenwirkt, und einer weiteren Ruhestellung bewegbar ist, in welcher das Zusammenwirken zwischen der weiteren Synchronisiereinrichtung (44, 54) und dem weiteren Zahnrad (38h, 38i) aufgehoben ist.
Stufengetriebe (10) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Zahnrad (38h, 38i) das Zahnrad (38h) des Rückwärtsgangs (36) ist.
Stufengetriebe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Zahnrad (38h, 38i) ein Zahnrad (38i) einer weiteren Vorwärtsgangstufe (24) ist.
Stufengetriebe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Vorwärtsgangstufe (24) ein Anfahrgang, insbesondere die erste Vorwärtsgangstufe (24) oder die zweite Vorwärtsgangstufe (26), ist.
Stufengetriebe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufengetriebe (10) als automatisches Getriebe ausgebildet ist.