-
Die Erfindung betrifft ein automatisches Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit zwei Getriebeeingangswellen, und zwar einer Hohlwelle und einer sich durch die Hohlwelle erstreckenden Innenwelle, die mit ihrem freien Ende aus der Hohlwelle herausragt, mindestens einer Getriebeausgangswelle sowie einer Mehrzahl von miteinander im Eingriff stehenden Zahnradpaaren, von denen die auf den Getriebeeingangswellen sitzenden Zahnräder zumindest teilweise als Festräder und die auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Zahnräder als Losräder ausgebildet sind.
-
Konventionelle Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge basieren auf hydrodynamischen Wandlern, Planetenradsätzen, hydraulisch schaltbaren Kupplungen und dergleichen. Derartige Getriebe weisen neben hohen Kosten auch im Vergleich zu Handschaltgetrieben schlechtere Wirkungsgrade auf und sind deshalb den zukünftigen Anforderungen an den Treibstoffverbrauch nicht gewachsen. Ein Ansatz, den automatischen Gangwechsel von Getrieben mit einem guten Wirkungsgrad zu verknüpfen, führte in der Vergangenheit zur Entwicklung der automatisierten Handschaltgetriebe. Leider benötigen diese für den Gangwechsel eine relativ lange Zeitspanne, während der es aufgrund der hierfür zu öffnenden Kupplung zu einer Zugkraftunterbrechung kommt. Dies führt während der Fahrzeugbeschleunigung zu Pausen, wodurch die nach dem Gangwechsel wieder möglichst schnell zu schließende Kupplung ein ruckartiges Verhalten des Fahrzeugs erzeugt. Beide Effekte sind Anlass zur Kritik seitens anspruchsvoller Fahrer.
-
Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, sind in der Vergangenheit die sogenannten „power shift“-Getriebe entwickelt worden. Diese basieren auf dem kinematischen Prinzip der Handschaltgetriebe. Im Unterschied zu diesen weisen sie zwei konzentrische Eingangswellen auf, die jeweils über eine eigene Kupplung mit dem Motor verbunden sind. Eine der Eingangswellen ist dabei als Hohlwelle ausgeführt, während die andere sich als Innenwelle durch die Hohlwelle erstreckt. Diese Anordnung erlaubt bei einem Gangwechsel das vorzeitige Einlegen des Zielgangs, der nicht von der gleichen Eingangswelle wie der aktuell eingelegte Gang bedient wird, sondern von der jeweils anderen Eingangswelle. Der Gangwechsel stellt sich dann einfach als Schließen der einen Kupplung dar, während zeitgleich die andere geöffnet wird. Diese Art des Gangwechsels erzeugt keine Zugkraftunterbrechung. Diese Getriebe sind als sogenannte Doppelkupplungsgetriebe bekannt (
DE 10 2016 202 914 A1 ;
DE 10 2017 214 031 A1 ). Nachteilig ist dabei allerdings der Aufwand für zwei Kupplungen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufwand der bekannten Doppelkupplungsgetriebe zu reduzieren.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
- - dass eine der Getriebeeingangswellen direkt mit dem Motor verbunden ist,
- - dass die andere Getriebeeingangswelle über eine Kupplung wahlweise durch den Motor antreibbar ist,
- - dass die auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Losräder auf Synchronnaben angeordnet sind und
- - dass die Synchronnaben zumindest teilweise mit Freiläufen ausgestattet sind.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe braucht somit nur eine einzige Kupplung vorgesehen zu sein, wodurch sich der Aufbau des Getriebes erheblich vereinfacht.
-
Wenn die Baulänge des Getriebes für den jeweiligen Anwendungsfall nicht begrenzt ist, braucht nur eine einzige Getriebeausgangswelle vorgesehen zu sein. Dadurch ist eine weitere Vereinfachung des Getriebes möglich.
-
Eine weitere Vereinfachung kann dadurch erzielt werden, dass die Synchronnaben mit Schiebemuffen versehen sind, die in an sich bekannter Weise jeweils zur Bedienung von zwei auf der Getriebeausgangswelle benachbart angeordneten Losrädern verwendbar sind.
-
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die Hohlwelle unmittelbar mit dem Motor verbunden, während die Innenwelle wahlweise über die Kupplung antreibbar ist.
-
Herkömmliche automatische Schaltgetriebe sind häufig als 6-Gang-Getriebe ausgebildet. Das Prinzip des 6-Gang-Getriebes kann ohne weiteres auch für das erfindungsgemäße Schaltgetriebe übernommen werden.
-
Bei Ausbildung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes als 6-Gang-Getriebe können die Zahnradpaare für den zweiten, dritten, vierten und fünften Gang von der mit dem Motor verbundenen Hohlwelle und die Zahnradpaare für den ersten und sechsten Gang sowie den Rückwärtsgang von der Innenwelle ausgehen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe ist vorzugsweise ein Zusatzgang vorgesehen, dessen Übersetzung knapp größer als die Übersetzung des ersten Gangs ist.
-
Zur Schaffung des Zusatzgangs kann eines der auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Losräder mit einem zweiten Zahnkranz ausgestattet sein, wobei dieser zweite Zahnkranz mit einem auf der Hohlwelle sitzenden zusätzlichen Losrad kämmt, welches seinerseits ebenfalls einen zweiten Zahnkranz aufweist, der mit einem auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Losrad im Eingriff steht. Dieses auf der Getriebeausgangswelle sitzende Losrad sollte dabei zu derjenigen Gruppe von Losrädern gehören, deren Synchronnaben mit einem Freilauf ausgestattet sind.
-
Alternativ kann zur Schaffung des Zusatzgangs auch ein gesondertes Zahnradpaar vorgesehen sein, von dem das Festrad auf der Hohlwelle und das Losrad auf der Getriebeausgangswelle sitzt, wobei das Losrad zu derjenigen Gruppe von Losrädern gehört, deren Synchronnabe mit einem Freilauf ausgestattet ist.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können sämtliche auf den Getriebeeingangswellen sitzenden Zahnräder als Festräder und die auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Zahnräder als Losräder ausgebildet sein, wobei die für die Losräder vorgesehenen Synchronnaben mit einer einzigen Ausnahme mit Freiläufen ausgestattet sind.
-
Diejenige Synchronnabe, die keinen Freilauf aufweist, ist zweckmäßig dem sechsten Gang und dem Rückwärtsgang zugeordnet.
-
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zusatzgang von einem auf der Hohlwelle sitzenden Losrad ausgehen, welches mit einer Synchronnabe ohne Freilauf verbindbar ist.
-
Ferner ist es möglich, dass auch das für den dritten Gang vorgesehene Zahnradpaar von der mit dem Motor verbundenen Innenwelle ausgeht, während die zwischen den auf der Abtriebswelle sitzenden Zahnrädern des ersten und dritten Gangs angeordnete Synchronnabe keinen Freilauf aufweist und ein weiterer Zusatzgang vorgesehen ist, von dem ein Zahnrad als Festrad auf der Hohlwelle sitzt, während das auf der Abtriebswelle sitzende Losrad mit einer Synchronnabe verbindbar ist, die mit einem Freilauf versehen ist. Der Zusatzgang ist etwas kürzer übersetzt als der dritte Gang. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung die verbesserte Zugkraftunterstützung beim Gangwechsel.
-
Wenn für das Getriebe eine kurze Bauweise gefordert wird, besteht die Möglichkeit, zwei Abtriebswellen vorzusehen, auf die die einzelnen Gänge und Zusatzgänge verteilt werden.
-
Für sämtliche Konstruktionsmöglichkeiten gilt, dass bei denjenigen Zahnradpaarungen, zwischen denen üblicherweise von Gang zu Gang geschaltet wird, die auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Losräder nicht denselben Synchronnaben / Schiebemuffen zugeordnet sind. Andernfalls könnte es sonst zu Zugkraftunterbrechnungen kommen.
-
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe eignet sich vor allem für einen Hybridantrieb. Beispielsweise kann das Rekuperieren bei entkoppeltem Verbrennungsmotor erfolgen und das Abbremsen des Fahrzeugs mittels des Elektromotors erfolgen. Die Bremsenergie kann dann zum Aufladen der Batterien verwendet werden.
-
Ein wesentliches Verfahrensmerkmal bei dem erfindungsgemäßen Getriebe besteht darin, dass beim Gangwechsel der Motor auf eine Drehzahl abgebremst wird, die sowohl unterhalb der Drehzahl liegt, die sich bei eingelegtem Zielgang ergeben würde, als auch unterhalb derjenigen Drehzahl liegt, die bei dem eingelegten Ausgangsgang vorhanden war. Entscheidend ist dabei die jeweils niedrigere dieser beiden Drehzahlen, wobei der Motor auf ein Drehzahlniveau knapp unterhalb dieser Drehzahl abgebremst wird. Sobald die Drehzahl des Ausgangsgangs unterschritten wird, wird dessen Synchronnaben-Freilauf überrollt, sodass der Ausgangsgang kein Drehmoment mehr überträgt. Dann wird sofort der Gang ausgelegt, d.h., dass seine Schiebemuffe in die Neutralstellung bewegt wird. Sobald die Drehzahl des Zielgangs unterschritten wird, was bei einer Rückschaltung von Anfang an der Fall ist, wird der Gang eingelegt, d.h., dass seine Schiebemuffe zum Gangrad hin bewegt wird und nach dem Synchronisationsvorgang in die Splines-Verzahnung an dessen Seite einrastet. Dieses Verfahren geschieht lastlos, da der Freilauf in der Synchronnabe des Zielgangs aufgrund der Drehverhältnisse überrollt wird.
-
Das Abbremsen des Motors geschieht über das Anlegen der Kupplung, die in diesem Betriebszustand über einen höheren Gang mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden ist. Unter einem höheren Gang versteht man denjenigen Gang, dessen Übersetzung kleiner ist als die von dem Ausgangs- und Zielgang.
-
Damit dieser Mechanismus einwandfrei funktioniert, müssen die Antriebsräder von sowohl dem Ausgangs- als auch dem Zielgang auf der direkt mit dem Motor verbundenen Welle angeordnet sein. In bestimmten Fällen können auch Schaltungen in Gänge hinein und aus Gängen heraus erfolgen, deren Festräder auf der über die Kupplung antreibbaren Welle angeordnet sind. Unter der Voraussetzung, dass der jeweilige Zielgang eingelegt ist, braucht man hierfür nur die Kupplung zu schließen, um in einen höheren Gang zu schalten, bzw. zu öffnen, um in einen niedrigeren Gang zu schalten.
-
Das Drehmoment, dass die Kupplung während eines Schaltvorgangs dem Motor abnimmt und über den zuvor erwähnten höheren Gang auf die jeweilige Abtriebswelle leitet, sorgt dafür, dass es keine Zugkraftunterbrechung gibt. Das gelingt umso besser, je näher die Übersetzung des erwähnten höheren Gangs an der des Zielgangs liegt.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft veranschaulicht und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1: in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes mit nur einer Getriebeausgangswelle,
- 2: ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 3: ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung und
- 4: ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Getriebeausgangswellen.
-
In 1 der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines 6-Gang-Getriebes 1 veranschaulicht. Die einzelnen Gangstufen sind mit Ziffern im Kreis gekennzeichnet Das Getriebe weist zwei Getriebeeingangswellen auf, und zwar eine Hohlwelle 2 sowie eine Innenwelle 3, die mit ihrem freien Ende 4 aus der Hohlwelle 2 herausragt.
-
Die Hohlwelle 2 ist über die als Schwungrad dienende Antriebsscheibe 5 des Motors 6 unmittelbar mit dem Motor 6 verbunden.
-
Zwischen der Antriebsscheibe 5 und der Innenwelle 3 ist eine Kupplung 7 vorgesehen, über die die Innenwelle 3 wahlweise antreibbar ist.
-
Auf der unmittelbar mit dem Motor 6 verbundenen Hohlwelle 2 sitzen vier als Festräder ausgebildete Zahnräder 8, 9, 10, 11, die für den dritten, vierten, zweiten und fünften Gang vorgesehen sind.
-
Auf dem freien Ende 4 der Innenwelle 3 sind drei weitere Festräder 12, 13, 14 angeordnet, die für den sechsten Gang, den Rückwärtsgang R sowie den ersten Gang vorgesehen sind.
-
Ferner weist das Schaltgetriebe 1 eine einzige Getriebeausgangswelle 15 auf, auf der eine Mehrzahl von als Losräder ausgebildete Zahnräder sitzen, die mit den Festrädern der Hohlwelle 2 sowie der Innenwelle 3 im Eingriff stehen. Dabei kämmt ein Losrad 16 mit dem Festrad 8 der Hohlwelle 2, ein Losrad 17 mit in dem Festrad 9 der Hohlwelle 2, ein Losrad 18 mit dem Festrad 10 der Hohlwelle 2 sowie ein Losrad 19 mit dem Festrad 11 der Hohlwelle 2. Bei dieser Getriebestruktur bildet das Zahnradpaar 8/16 den dritten Gang, das Zahnradpaar 9/17 den vierten Gang, das Zahnradpaar 10/18 den 2ten Gang und das Zahnradpaar 11/19 den fünften Gang.
-
Die auf dem freien Ende 4 der Innenwelle 3 sitzenden Festräder 12, 13, 14 kämmen mit auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzenden Losrädern 20, 21 bzw. 22. Das Zahnradpaar 12/20 ist dabei für den sechsten Gang, das Zahnradpaar 13/21 für den Rückwärtsgang und das Zahnradpaar 14/22 für den ersten Gang vorgesehen.
-
Ferner gibt es einen Zusatzgang, dessen Übersetzung knapp größer als die Übersetzung des ersten Gangs ist. Dieser Zusatzgang, der in der Zeichnung mit 1* bezeichnet ist, wird dadurch geschaffen, dass das zu dem dritten Gang gehörende Losrad 16 mit einem zweiten Zahnkranz 23 ausgestattet ist, welches mit einem auf der Hohlwelle 2 sitzenden zusätzlichen Losrad 24 kämmt. Dieses zusätzliche Losrad 24 weist ebenfalls einen zweiten Zahnkranz 25 auf, der mit einem auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzenden Losrad 26 im Eingriff steht.
-
Für sämtliche auf der Getriebeausgangswelle 15 angeordneten Losräder sind Synchronnaben vorgesehen, wobei jeweils zwei benachbarten Losrädern jeweils eine Synchronnabe zugeordnet ist, auf der eine Schiebemuffe hin- und herschiebbar ist. Auf diese Weise kann jeweils eines der beiden benachbarten Losräder drehfest mit der Ausgangswelle 15 verbunden werden. Für die beiden Losräder 20 und 21, die dem sechsten Gang und dem Rückwärtsgang zugeordnet sind, ist eine Synchronnabe 27 vorgesehen, auf der eine Schiebemuffe 28 zwischen den beiden Losrädern 20, 21 hin- und herschiebbar ist, um diese jeweils wahlweise mit der Ausgangswelle 15 drehfest zu verbinden. In einer Mittelstellung der Synchronnabe 27 zwischen den beiden Losrädern 20, 21 sind beide Losräder ausgekoppelt.
-
In entsprechender Weise sind zwischen dem Losrad 22 des ersten Gangs und dem Losrad 16 des dritten Gangs jeweils eine Synchronnabe 29 und eine Schiebemuffe 30, zwischen dem zu dem zusätzlichen Gang 1* gehörenden Losrad 26 und dem für den vierten Gang vorgesehenen Losrad 17 eine Synchronnabe 31 und eine Schiebemuffe 32 sowie zwischen dem zu dem zweiten Gang gehörenden Losrad 18 und dem zu dem fünften Gang gehörenden Losrad 19 eine Synchronnabe 33 sowie eine Schiebemuffe 34 vorgesehen.
-
Die Synchronnaben 29, 31 und 33 sind jeweils mit einem Freilauf 35, 36 bzw. 37 versehen, während die zwischen den Losrädern 20 und 21 angeordnete Synchronnabe 27 keinen Freilauf aufweist.
-
Auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzt ferner ein Abtriebsrad 38, welches mit dem Antriebsrad 39 des Differentialgetriebes 40 im Eingriff steht. Von dem Differentialgetriebe 40 erstrecken sich die Wellen 41 zu den Antriebsrädern.
-
Das in 2 dargestellte Schaltgetriebe ist in gleicher Weise wie das in 1 dargestellte Schaltgetriebe als 6-Gang-Getriebe 42 ausgebildet und stimmt weitestgehend mit dem in 1 dargestellten Getriebe 1 überein. Insofern sind zum Teil die gleichen Positionszahlen verwendet worden wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, und die übereinstimmenden Teile sind nicht nochmals beschrieben worden.
-
Auch bei dem 6-Gang-Getriebe 42 gemäß 2 sind die Festräder auf den Eingangswellen 2 bzw. 3 angeordnet, während die Losräder auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzen.
-
Der einzige Unterschied zu dem Getriebe 1 gemäß 1 besteht darin, dass der Zusatzgang 1*, dessen Übersetzung knapp größer als die Übersetzung des ersten Gangs ist, anders gestaltet ist. Zur Schaffung dieses Zusatzgangs 1* ist auf der Hohlwelle 2 ein Festrad 43 angeordnet, welches mit einem auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzenden Losrad 44 kämmt. Das Losrad 44 ist neben dem Losrad 17 des vierten Gangs angeordnet und wird durch die Synchronnabe 31 bedient, die mit Hilfe der Schiebemuffe 32 zwischen den Losrädern 17 und 44 verschiebbar ist. Die Synchronnabe 31 ist wiederum mit einem Freilauf 36 versehen.
-
Ansonsten stimmt der Getriebeaufbau mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein.
-
Im Folgenden werden die verschiedenen Schaltphasen im Einzelnen anhand der Zeichnung näher erläutert:
- 1) Herunterschalten:
- - Wenn z.B. im vierten Gang gefahren wird (Kupplung 7 geöffnet, sechster Gang eingelegt), und der dritte Gang anvisiert ist, wird letzterer durch Schalten der entsprechenden Schiebemuffe 30 eingelegt. Das Fahrzeug fährt zunächst weiter im vierten Gang, während der Freilauf 35 der Synchronnabe 29 überrollt wird.
- - Jetzt legt die Kupplung 7 schleifend an und überträgt ein hohes Reibmoment. Dadurch reduziert sich die Motordrehzahl um einen sehr geringen Betrag (z.B. 20 oder 30 U/min), sodass sehr kurzzeitig die Drehmomentübertragung auf den sechsten Gang übergeht. Der Freilauf 36 der Synchronnabe 31 hebt ab und wird überrollt.
- - Nun wird die Schiebemuffe 32 in die Neutralposition verschoben. Dabei sind ihre Eindockzähne drehmomentmäßig völlig entlastet, was die Gefahr eines Verschleißens vermeidet.
- - Die bisher beschriebenen Schritte laufen in sehr schneller Folge ab, sodass die Drehzahlverhältnisse immer noch annähernd dem vierten Gang entsprechen. Die Drehzahl der Hohlwelle 2 ist also nur wenige Umdrehungen unterhalb ihrer Ausgangsdrehzahl.
- - Im nächsten Schritt wird die Kupplung 7 vollständig geöffnet.
- - Die Motordrehzahl läuft jetzt hoch bis zu einem Wert, der dem dritten Gang entspricht. Sobald dies der Fall ist, sperrt der Freilauf 35 der Synchronnabe 29 und verhindert ein weiteres Ansteigen der Motordrehzahl.
- - Jetzt fährt das Fahrzeug im dritten Gang weiter. Während des gesamten beschriebenen Vorgangs wurde das Motordrehmoment in voller Höhe beibehalten und es wurde immer auf die Getriebeausgangswelle 15 geleitet. Dadurch wurde eine Zugkraftunterbrechung vermieden.
- - Bei einer Herunterschaltung aus dem sechsten Gang heraus, wobei die Kupplung 7 selbstverständlich geschlossen wäre, würde man nach dem Einlegen des Zielgangs einfach nur die Kupplung 7 öffnen, woraufhin der Motor 6 auf die dem Zielgang entsprechende Drehzahl hochdrehen würde.
- 2) Hochschalten:
- - Wenn z.B. im dritten Gang gefahren wird (Kupplung 7 geöffnet, sechster Gang eingelegt), und der vierte Gang anvisiert ist, kann letzterer aufgrund der Drehzahlverhältnisse zunächst nicht eingelegt werden, denn die Synchronisierung würde sperren. Deshalb müssen zunächst die Hohlwelle 2 und der Motor 6 auf einen Wert abgebremst werden, der unterhalb derjenigen Drehzahl liegt, die sich im vierten Gang, dem Zielgang, einstellen würde.
- - Deshalb lässt jetzt die Getriebe-Steuereinheit die Kupplung 7 schleifen. Der Motor 6 und die mit diesem verbundene Hohlwelle 2 werden über die Kupplung 7 und den sechsten Gang abgebremst, weshalb der Freilauf 35 der Synchronnabe 29 überrollt wird, während der dritte Gang nicht mehr antreibt.
- - Sobald eine Drehzahl der Innenwelle 3 erreicht wird, die nur wenig unterhalb der des Zielgangs, also des vierten Gangs, liegt (z.B. 20 oder 30 U/min), wird der Freilauf 36 der Synchronnabe 31 ebenfalls überrollt, und der vierte Gang kann eingelegt werden. Sodann wird die Kupplung 7 wieder geöffnet, woraufhin die Motordrehzahl auf den dem vierten Gang entsprechenden Wert hochläuft. Ab jetzt sperrt der Freilauf 36 der Synchronnabe 31 und der Motor 6 und die Hohlwelle 2 laufen auf dem Drehzahlniveau des vierten Gangs weiter.
- - Während der gesamten Schaltphase, in der der Motor 6 und die Hohlwelle 2 über die Kupplung 7 abgebremst werden, wird über die Zahnräder 12, 20 des sechsten Gangs das Motordrehmoment auf die Getriebeausgangswelle 15 geleitet, wodurch eine Zugkraftunterbrechung vermieden wird. Dabei sorgt die kleine Übersetzung des sechsten Gangs dafür, dass der Fahrzeugvortrieb in dieser Phase geringer ist als unmittelbar zuvor, jedoch steht in dieser Phase durch das Abbremsen des Motors 6 auch ein größeres Drehmoment zur Verfügung. Es addiert sich dabei nämlich zu dem Motordrehmoment gemäß Motorkennfeld das dynamische Moment, das sich aus der Abbremsung der Schwungmasse des Motors 6 ergibt. Dieser Effekt gleicht den Einfluss der kleinen Übersetzung des sechsten Gangs teilweise wieder aus. Natürlich muss das gesamte Moment von der Kupplung 7 übertragen werden, weshalb diese eine entsprechend hohe Drehmomentkapazität aufweisen muss.
- - Die beschriebene Hochschaltung erfordert keinen Eingriff in die Motorsteuerung; der Motor 6 darf somit sein maximales Drehmoment liefern.
- - Bei der Hochschaltung in den sechsten Gang wird einfach die Kupplung 7 geschlossen. Dabei wird vorausgesetzt, dass der sechste Gang schon eingelegt ist, also sein Losrad 20 mittels der Schiebemuffe 28 der Synchronnabe 27 verbunden ist.
- 3) Anfahren:
- - Das Anfahren aus dem Stillstand heraus kann nur mit schleifender Kupplung 7 erfolgen. Dabei wird das Drehmoment des Motors 6 über die Kupplung 7 und die Innenwelle 3 auf das auf dieser Welle sitzende Zahnrad 14 des ersten Gangs übertragen. Der entsprechende Gang muss dabei eingelegt sein.
- - Dieses Arrangement führt allerdings zu einer Schwierigkeit:
- Erfolgt nach dem Anfahren eine Hochschaltung aus dem ersten in den zweiten Gang und soll diese so erfolgen, wie zuvor beschrieben, müsste dafür der von der Innenwelle 3 angetriebene sechste Gang eingelegt sein. Dies ist allerdings anfangs noch nicht möglich, weil die Kupplung 7 für das Fahren im ersten Gang benötigt wird. Der sechste Gang muss also nach dem Anfahren eingelegt werden, was wiederum erfordert, dass zuvor der ebenfalls von der Innenwelle 3 angetriebene erste Gang ausgelegt wird. Dies könnte zu einer Zugkraftunterbrechung führen, die nicht kompensiert werden kann.
- - Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, wird der bereits erwähnte Zusatzgang 1* eingeführt, dessen Übersetzung ein wenig größer bzw. kürzer ist als die des ersten Gangs. Sein Antriebszahnrad muss auf der mit dem Motor 6 verbundenen Hohlwelle 2 sitzen. In der Getriebestruktur gemäß 1 entspricht das Antriebsrad dem Zahnrad 8 des dritten Gangs.
- - Es ist schwierig, die Übersetzung des Zusatzgangs 1* mit nur einem einzigen Zahnradpaar zu erzeugen. Bei der Ausführungsform gemäß 1 wird daher im Zusatzgang 1* das Drehmoment über drei Stufen geführt, und zwar von dem auf der Hohlwelle 2 sitzenden Festrad 8 über das Losrad 16 und dessen zweiten Zahnkranz 23 auf ein zusätzliches Losrad 24 auf der Hohlwelle 2 sowie über einen zweiten Zahnkranz 25 des Losrades 24 auf das auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzende Losrad 26, und zwar in Verbindung mit dem dritten Gang. Gemäß 2 wird der Zusatzgang 1* direkt von einem auf der Hohlwelle 2 sitzenden Festrad 43 auf ein auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzendes Losrad 44 übertragen, was allerdings im Hinblick auf das hohe Übersetzungsverhältnis bei manchen Getriebestrukturen schwierig sein kann, und zwar insbesondere dann, wenn das Antriebsrad als Festrad 43 auf der Hohlwelle 2 sitzt und dieses einen sehr kleinen Wälzkreisdurchmesser haben müsste.
- - Nach dem Anfahren bzw. Schließen der Kupplung 7 - die Getriebe-Steuereinheit stellt dies fest, weil die Drehzahlsignale beider Eingangswellen 2, 3 nunmehr gleich sind - wird eine Herunterschaltung vom ersten Gang in den Zusatzgang 1* durchgeführt. Hierzu wird zuerst der Gang 1* eingelegt, was zunächst nur dazu führt, dass der Freilauf 36 in der Synchronnabe 31 überrollt wird. Der Übergang vom ersten Gang zu dem Gang 1* erfolgt nun durch einfaches Öffnen der Kupplung 7, was zu einem minimalen Hochlaufen der Motordrehzahl und zum Sperren des Freilaufs 36 der Synchronnabe 31 führt.
- - Der Fahrer nimmt diese Schaltung vom ersten Gang in den Gang 1* nicht wahr, denn
erstens läuft der Übergang der Drehmomentübertragung von der Kupplung 7 auf den Freilauf 31 sehr schnell ab, zweitens unterscheiden sich die Übersetzungen beider Gänge kaum und drittens bleibt das Motordrehmoment in voller Höhe bestehen.
- - Nach dieser für den Fahrer nicht wahrnehmbaren Schaltung erfolgt eine Beschleunigung des Fahrzeugs im Gang 1*. Währenddessen legt die Getriebe-Steuereinheit den sechsten Gang ein. Dieses Einlegen des sechsten Gangs ist der einzige Vorgang, bei dem die Kupplung 7 auf eine andere Drehzahl synchronisiert werden muss. Das heißt also, dass die Trägheit der Kupplung 7 bei allen anderen Schaltungen für die konstruktionsmäßige Auslegung der entsprechenden Synchroneinheiten keine Rolle spielt. Diese können also Einfachsynchronisationen sein, was einen Beitrag zur Kostenminimierung darstellt. Die Synchronnabe 27 des sechsten Gangs sollte jedoch eine deutlich höhere Kapazität aufweisen, da bei dem erwähnten Einlegen des sechsten Gangs nach der Schaltung vom ersten Gang in den Zusatzgang 1* die Kupplung 7 in einer relativ kurzen Zeitspanne auf ein sehr viel niedrigeres Drehzahlniveau abgebremst werden muss. Allerdings unterstützt auch schon die lange Übersetzung des sechsten Gangs ein schnelles Einlegen dieses Gangs.
- - Sobald im Zuge der weiteren Fahrzeugbeschleunigung eine Hochschaltung in den zweiten Gang erfolgen soll, kann diese genauso erfolgen wie im Zusammenhang mit dem Hochschalten beschrieben, d.h. mit aktiver Hilfe des sechsten Gangs und der Kupplung 7.
- 4) Abbremsen zum Fahrzeugstillstand:
- - Wenn das Fahrzeug zum Stillstand abgebremst wird, erfolgen zunächst in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit Herunterschaltungen in die unteren Gänge. Dies geschieht deshalb, da die Getriebe-Steuereinheit zunächst nicht feststellen kann, ob tatsächlich bis zum Stillstand abgebremst wird oder ob es zwischenzeitlich doch wieder zu einer Fahrzeugbeschleunigung kommt.
- - In diesem Zusammenhang erfolgt schließlich eine Schaltung aus dem zweiten Gang in den Zusatzgang 1*.
- - Sobald eine Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird, die mit einer nur wenig oberhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors 6 liegenden Drehzahl der mit dem Motor 6 verbundenen Hohlwelle 2 korreliert, wird der Zusatzgang 1* durch Bewegen der entsprechenden Schiebemuffe 32 herausgenommen. Dies ist problemlos möglich, da zwischen der Schiebemuffe 32 und dem Gangrad in diesem Betriebszustand kein Drehmoment übertragen wird, denn der Motor 6 befindet sich dabei nicht im Zugbetrieb. Der Motor 6 dreht dabei vielmehr entweder mit der Leerlaufdrehzahl, oder er ist ganz abgeschaltet.
- - Danach erfolgt die restliche Verzögerung des Fahrzeugs bis zum Stillstand.
- - Wenn das Fahrzeug ein Hybridsystem aufweist, erfolgt die Fahrzeugverzögerung in der Regel mittels des Elektromotors.
- 5) Rückwärtsfahren:
- - Das Einlegen des Rückwärtsgangs und das Rückwärtsfahren erfolgt in gleicher Weise wie bei automatisierten Handschaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben .
-
Das Getriebekonzept gemäß den 1 und 2 weist mit Ausnahme des sechsten Gangs und des Rückwärtsgangs Freiläufe 35, 36, 37 in den Synchronnaben 29, 31, 33 auf. Bei einer solchen Konstruktion kann kein Abbremsen des Fahrzeugs beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor erfolgen. Stattdessen erlaubt das Getriebekonzept das sogenannte Segeln, also ein Dahinrollen des Fahrzeugs mit entkuppeltem Antrieb. Der Verbrennungsmotor kann in diesem Betriebszustand sogar völlig abgeschaltet werden. Trotz des Fehlens des entsprechenden Freilaufs ist auch im sechsten Gang ein Segeln möglich. Es muss hierfür lediglich die Kupplung 7 geöffnet sein.
-
Das in 3 dargestellte Getriebe 45 ist ähnlich aufgebaut wie die in 1 und 2 dargestellten Getriebe 1 und 42. Auch das Getriebe 45 ist am Beispiel eines 6-Gang-Getriebes verwirklicht. Gegenüber den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ist das Zahnradpaar für den dritten Gang nicht auf der mit dem Motor 6 verbundenen Hohlwelle 2, sondern auf der über die Kupplung 7 antreibbaren Innenwelle 3 angeordnet. Abweichend von dem Getriebeschema gemäß 1 und 2 ist die Synchronnabe 29 die mittels der Schiebemuffe 30 die Zahnräder 22 und 16 des ersten und dritten Gangs mit der Getriebeausgangswelle 15 kuppelt, nicht mit einem Freilauf versehen. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal besteht darin, dass ein weiterer Zusatzgang 3* vorgesehen ist, dessen Festrad 46 mit einem auf der Getriebeausgangswelle 15 sitzenden Losrad 47 kämmt. Das Losrad 47 des 3*-Gangs und das Losrad 19 des fünften Gangs werden gemeinsam mittels der Synchronnabe 33 bedient, die mit Hilfe der Schiebemuffe 34 die beiden Losräder 19 und 47 abwechselnd mit der Getriebeausgangswelle 15 koppeln kann. Bei dem Getriebe 45 gemäß 3 ist allerdings das auf der Hohlwelle 2 sitzende Antriebsrad 11 des fünften Gangs als Losrad ausgebildet. Auch das auf der Hohlwelle 2 sitzende Zahnrad 10 des zweiten Gangs ist als Losrad ausgebildet. Diese beiden Losräder 10 und 11 sind über eine zusätzliche, auf der Hohlwelle 2 sitzenden Synchronnabe 48 abwechselnd mit der Hohlwelle 2 verbindbar. Die Synchronnabe 48 ist mittels einer Schiebemuffe 49 auf der Hohlwelle 2 axial verschieblich angeordnet und dient zum abwechselnden Koppeln der Zahnräder 10 und 11 des zweiten und fünften Gangs.
-
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist ähnlich wie bei dem Getriebe 1 der Zusatzgang 1* über die vorgelegeartig angeordneten Zahnräder 50 und 51 mit dem auf der Getriebeausgangswelle sitzenden Losrad 19 des fünften Gangs kuppelbar.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist insbesondere aufgrund des Zusatzgangs 3* eine verbesserte Schaltung zwischen dem ersten und zweiten und zweiten und dritten Gang möglich, ohne dass eine Zugkraftunterbrechung auftritt.
-
Bei dem in 4 dargestellten Getriebe 52 sind zwei Getriebeausgangswellen 53, 54vorgesehen. Auch bei diesem Getriebe handelt es sich um ein 6-Gang-Getriebe. Die Getriebestruktur mit zwei Getriebeausgangswellen ermöglicht gegenüber den Getrieben mit nur einer Getriebeausgangswelle 15 eine sehr kurze Bauweise.
-
Die einzelnen Gänge entsprechen im Wesentlichen denen des Getriebes 45 gemäß 3, wobei die einzelnen Gänge jedoch auf die beiden Getriebeausgangswellen 53 und 54 verteilt sind.
-
Die verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes bieten sich insbesondere für den Einsatz in Hybridantrieben an, wo es neben dem Verbrennungsmotor auch noch einen elektrischen Antriebsmotor gibt. Der Elektromotor müsste im Antriebsstrang hinter dem Getriebe angeordnet werden, was das Abbremsen des Fahrzeugs über den Elektromotor erlaubt. Bei dieser Konstellation wird die Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt (Rekuperation). Im Zugbetrieb kann der Fahrzeugantrieb wahlweise über den Elektromotor, den Verbrennungsmotor oder über beide zugleich erfolgen.
-
Das erfindungsgemäße Getriebekonzept könnte eventuell noch dahingehend abgewandelt werden, dass auch noch weitere Gänge, z.B. der fünfte Gang, von der Innenwelle 3 aus bedient werden. Dabei könnte anstelle des sechsten Gangs nunmehr der fünfte Gang bei den Schaltvorgängen zwischen den unteren Gängen benutzt werden.
-
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebekonzepts gegenüber bekannten automatischen Handschaltgetrieben besteht darin, dass beim Schalten in die einzelnen Gänge keine Zugkraftunterbrechungen auftreten.
-
Gegenüber dem Konzept der Doppelkupplungsgetriebe besteht der wesentliche Vorteil darin, dass nur eine einzige Kupplung 7 anstelle von zwei Kupplungen erforderlich ist. Darüber hinaus ist auch nur ein Kupplungsaktuator für die Kupplung erforderlich. Gegenüber Doppelkupplungsgetrieben mit hydraulischer Kupplungsbetätigung besteht ein weiterer Vorteil darin, dass kein Energieaufwand zum permanenten Geschlossenhalten der Kupplung erforderlich ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- 6-Gang-Getriebe
- 2
- Hohlwelle
- 3
- Innenwelle
- 4
- freies Ende der Innenwelle 3
- 5
- Antriebsscheibe des Motors / Schwungrad
- 6
- Motor
- 7
- Kupplung
- 8
- Festrad
- 9
- Festrad
- 10
- Festrad
- 11
- Festrad
- 12
- Festrad
- 13
- Festrad
- 14
- Festrad
- 15
- Getriebeausgangswelle
- 16
- Losrad
- 17
- Losrad
- 18
- Losrad
- 19
- Losrad
- 20
- Losrad
- 21
- Losrad
- 22
- Losrad
- 23
- zweiter Zahnkranz
- 24
- zusätzliches Losrad auf der Hohlwelle 2
- 25
- zweiter Zahnkranz des Losrades 24
- 26
- Losrad
- 27
- Synchronnabe
- 28
- Schiebemuffe
- 29
- Synchronnabe
- 30
- Schiebemuffe
- 31
- Synchronnabe
- 32
- Schiebemuffe
- 33
- Synchronnabe
- 34
- Schiebemuffe
- 35
- Freilauf
- 36
- Freilauf
- 37
- Freilauf
- 38
- Abtriebszahnrad der Getriebeausgangswelle 15
- 39
- Antriebsrad des Differentialgetriebes
- 40
- Differentialgetriebe
- 41
- Wellen
- 42
- 6-Gang-Getriebe
- 43
- Festrad
- 44
- Losrad
- 45
- 6-Gang-Getriebe
- 46
- Festrad
- 47
- Losrad
- 48
- Synchronnabe
- 49
- Schiebemuffe
- 50
- Zahnrad
- 51
- Zahnrad
- 52
- 6-Gang-Getriebe
- 53
- Getriebeausgangswelle
- 54
- Getriebeausgangswelle
- R
- Rückwärtsgang
- 1*
- Zusatzgang
- 3*
- Zusatzgang
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016202914 A1 [0003]
- DE 102017214031 A1 [0003]
