DE10202888A1 - Wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug in Querlage - Google Patents

Abstract

Ein Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge besteht aus: einem Gehäuse (7), einer Eingangswelle (10) mit Zahnrädern (11, 12, 13), einer Ausgangswelle (20) mit Zahnrädern (21, 22, 23, 24), welche mittels Kupplungen (40, 42) mit ihrer Welle (20) verbindbar sind, und einem mit der Ausgangswelle (20) antriebsverbundenen Differential (4). Um bei minimalem Raumbedarf und Gewicht ein leichtes und gleichmäßiges Schalten der Gänge zu erreichen, ist ein Planetengetriebe (30) vorgesehen, dessen Hohlrad (31) mit der Ausgangswelle (20) drehfest verbunden, dessen Planetenträger (32) über ein Abtriebsritzel (36) mit dem Differential (4) antriebsverbunden, und dessen Sonnenrad (33) mittels einer weiteren Kupplung (44) wahlweise mit einem Gehäuseteil (45) oder einem anderen Glied (31; 32) des Planetengetriebes (30) verbindbar ist, wobei der Stufensprung zwischen den sekundären Übersetzungsstufen kleiner als der Stufensprung zwischen den primären Übersetzungsstufen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem an einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Motorblock angebundenen Gehäuse, das eine Eingangswelle mit einer Anzahl Zahnrädern, und eine mit einem Differential antriebsverbundene Ausgangswelle mit einer An­ zahl Zahnrädern, welche mit den Zahnrädern auf der Eingangswelle kämmen, enthält, wobei die Zahnräder auf der einen oder anderen Welle mittels Kupplungen mit ihrer Welle verbindbar sind, womit mindestens zwei primäre Übersetzungsstufen schaltbar sind.

Ein derartiges Wechselgetriebe ist aus der EP 798 145 A1 bekannt. Es hat fünf beziehungsweise sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Das wird dadurch erreicht, dass den drei primären Übersetzungsstufen zwei sekundäre Übersetzungsstufen nachgeordnet sind, die die Anzahl der primären Übersetzungsstufen verdoppeln. Die sekundären Übersetzungs­ stufen bestehen aus zwei Zahnradpaaren, von denen jeweils eines auf der Ausgangswelle und eines auf dem Differentialkorb angeordnet ist, sie werden mit einer weiteren Kupplung geschaltet. Die Stufensprünge sind dabei so gewählt, dass die unteren drei Gänge in der langsamen und die oberen in der schnellen sekundären Übersetzungsstufe durchlaufen werden.

Nachteilig sind an dieser Anordnung die mit dem Differential vereinten sekundären Übersetzungsstufen. Die Zahnräder beiderseits des Differen­ tialkorbes erhöhen nicht nur den absoluten Raumbedarf, sondern kolli­ dieren auch mit dem Motorblock, sodass dieser relativ zum stets mittigen Achsdifferential auf die Seite verschoben werden muss. Das ist sehr ungünstig für Gewichtsverteilung und Raumausnutzung. Die großen Zahnräder beiderseits des Differentialkorbes vergrößern nicht nur das Gehäuse, sie erfordern aus Übersetzungsgründen auch entsprechende Zahnräder auf der Ausgangswelle, wodurch diese relativ langsam dreht, und machen die Ausgangswelle wegen der höheren Momente schwer, lang und damit auch durchbiegungs- und schwingungsanfällig. Ausserdem bedingen große Zahnräder nicht nur große Achsabstände, sondern auch lange und sperrige Schaltgabeln für die Betätigung der Kupplungen.

Nachteilig ist bei der bekannten Bauweise auch die daraus folgende ungünstige Verteilung der Stufensprünge. Sie führt zu verschiedenen Schaltkräften und Schaltzeiten in den verschiedenen Schaltungsstufen. Vor allem der große Stufensprung zwischen den sekundären Überset­ zungsstufen ist von einer Synchronisierung nur schwer zu bewältigen. Insgesamt ist das Getriebe dadurch schwer zu schalten, was besonders störend ist, wenn eine fernbetätigte oder hilfskraftbetätigte Schaltung vorgesehen ist.

Aus der US 5,591,097 ist ein weiteres für den Quereinbau gedachtes Sechsganggetriebe bekannt, bei dem vier Stufen konventionell und die beiden langsamen Stufen über ein auf der abtriebsfernen Seite angeord­ netes Planetengetriebe geschaltet werden. Das zwingt zu einer kompli­ zierten Bauweise mit schlechter Raumökonomie und ergibt ungünstige Stufensprünge, stark unterschiedliche Schaltkräfte und hohe Verluste, weil das Planetengetriebe keinen energiesparenden Blockumlauf kennt.

Aus der DE 37 07 580 A1 ist schließlich ein vielgängiges Getriebe für den Längs-Einbau in Schwerfahrzeuge bekannt, in dem einem Hauptgetriebe ein dreistufiges Planetengetriebe nachgeschaltet ist. Dazu sind zwei Schaltkupplungen und eine als Hohlwelle ausgebildete Ausgangswelle nötig. Die Übersetzungen von Planetengetrieben unterliegen gewissen Grenzen, woraus sich hier ergibt, dass nur sehr kleine Stufensprünge verwirklicht werden können, und der Bedarf an Bauraum sehr groß ist, was beim Längs-Einbau in Schwerfahrzeuge allerdings unerheblich ist.

Es ist somit Ziel der Erfindung, ein gattungsgemäßes Getriebe so zu ver­ bessern, dass Raumbedarf und Gewicht sinken und leichtes und gleich­ mäßiges Schalten der Gänge möglich wird. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass

• - auf der Ausgangswelle ein Planetengetriebe angeordnet ist, dessen erstes Glied mit der Ausgangswelle drehfest verbunden, dessen zweites Glied mit einem koaxialen Abtriebsritzel fest verbunden ist, das seiner­ seits mit dem Differential antriebsverbunden, und dessen drittes Glied mittels einer weiteren Kupplung wahlweise mit einem Gehäuse oder einem anderen Glied des Planetengetriebes verbindbar ist,
• - womit zwei sekundäre Übersetzungsstufen schaltbar sind, wobei das erste Glied permanent mit der Ausgangswelle verbunden beziehungsweise mit dieser einstückig ist und bei Verbindung des dritten Gliedes mit dem Gehäuseteil eine Übersetzung ins Langsame erfolgt.

Das Planetengetriebe als sekundäre Übersetzungsstufe ist platzsparend auf der Ausgangswelle unterzubringen, wodurch das Differentialgehäuse so klein wird, dass der Motor wieder in die Mitte rücken kann, und wodurch die Ausgangswelle kürzer wird. Weiters erlaubt es das Planetengetriebe, die Ausgangswelle mit höherer Drehzahl zu betreiben. Dadurch werden die auf ihr befindlichen Zahnräder kleiner und wegen des kleineren Dreh­ momentes auch schmäler, was insgesamt die Erstreckung des Gehäuses in allen drei Richtungen verringert.

Die feste Verbindung von Ausgangswelle und erstem Glied ist besonders platzsparend und bedingt gemeinsam mit der Anordnung der weiteren Kupplung, dass die Ausgangswelle nicht als Hohlwelle ausgeführt werden muss. Dadurch kommt das Abtriebsritzel in Fahrzeugquerrichtung genau richtig zu liegen: nämlich so, dass es nicht mit dem Motorblock kollidiert und dass das Achsdifferential genau in der Mitte sein kann. Dazu kommt noch als Vorteil, dass das Ritzel dank dem erfindungsgemäß angeordneten Planetengetriebe sehr klein baut.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Glied des Planetenge­ triebes dessen Hohlrad, das zweite Glied dessen Planetenträger und das dritte Glied dessen Sonnenrad, und dass die weitere Kupplung das dritte Glied wahlweise mit dem zweiten Glied verbindet, wobei das Planetenge­ triebe als Ganzes umläuft (Anspruch 2). Das Planetengetriebe ist so von der denkbar einfachsten Bauart und bestens geeignet für den erwünschten Stufensprung von größenordnungsmäßig 1,5, vom Schnellen ins Lang­ same. Das an dem Sonnenrad angreifende Drehmoment ist klein, sodaß auch die an sich schon günstig angeordnete weitere Kupplung so klein baut, dass sie zwischen dem Planetengetriebe und dem Abtriebsritzel beziehungsweise einem Gehäuseteil mühelos unterzubringen ist, und dass sie mit kurzen Schaltwegen auskommt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sitzen das zweite Glied und das Abtriebsritzel auf einer gemeinsamen Planetenträgerwelle oder sind mit ihr einstückig, wobei das dritte Glied und die mit ihm verbundene erste Hälfte der weiteren Kupplung auf dieser gelagert sind, und die wei­ tere Kupplung topographisch zwischen dem Planetengetriebe und dem Abtriebsritzel angeordnet ist (Anspruch 3). Das zweite Glied, insbeson­ dere der Planetenträger, und das Abtriebsritzel sind so durch eine sehr kurze und steife Welle verbunden, die auch eine Hohlwelle sein kann, wie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, aber nicht sein muss. Das ist gut, weil erst in diesem Teil hohe Drehmomente auftreten können, die so ohne Verformungen oder Schwingungen übertragbar sind.

Eine weitere konstruktive Vereinfachung wird erreicht, wenn die Zahn­ räder auf der Eingangswelle mit dieser fest verbunden und die Zahnräder auf der Ausgangswelle mittels Kupplungen mit dieser wahlweise verbind­ bar sind. Die Eingangswelle kann so sogar einstückig mit ihren Zahnrä­ dern ausgeführt werden (Anspruch 4).

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Stufensprung zwischen den sekundären Übersetzungsstufen kleiner als der Stufensprung zwischen den primären Übersetzungsstufen (Anspruch 5). Das Planetengetriebe erlaubt nämlich durch seine Bauweise und Anbindung Stufensprünge, die kleiner als die Stufensprünge zwischen den primären Übersetzungsstufen sind. Dadurch sind die Stufensprünge gleichmäßig verteilbar und es ergibt sich beim Durchfahren der Gänge eine vorteilhafte Schaltfolge: es wird ab­ wechselnd in der sekundären und in der primären Stufe geschaltet, wobei auf einen Gang ohne Blockumlauf immer ein Gang mit Blockumlauf des Planetengetriebes folgt und wobei ausserdem immer zwei Synchronisie­ rungen in Anspruch genommen werden können, was weiches Schalten bei kleinen Betätigungskräften gibt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Getriebe im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Schaltschema für die einzelnen Gänge.

In Fig. 1 schließt an den nur angedeuteten Motor 1 eine Kupplungsglocke 2 und daran ein Schaltgetriebe 3 an, das über ein Differential 4 die Halbachsen 5, 6 eines Kraftfahrzeuges antreibt. Das Getriebe befindet sich in einem mit der Kupplungsglocke 2 verbundenen Gehäuse 7, an das ein Differentialgehäuse 8 anschließt, insbesondere angeflanscht ist.

Im Inneren des Gehäuses 7 befindet sich eine Eingangswelle 10 und eine Ausgangswelle 20. Die Eingangswelle ist mit drei ersten Zahnrädern 11, 12, 13 drehfest verbunden oder einstückig und mittels Lagern 15, 16 im Gehäuse gelagert. Die Zahnräder 11, 12, 13 sind die treibenden Zahnräder der Primärstufen. An einem dieser greift auch noch ein Rückwärtszahnrad 14 an. Entsprechend befinden sich auf der Ausgangswelle 20 zweite Zahn­ räder 21, 22, 23, 24, die mit den entsprechenden Zahnrädern auf der Ein­ gangswelle 10 kämmen und drehbar auf der Ausgangswelle 20 gelagert sind. Die zweiten Zahnräder 21, 22, 23, 24 sind relativ klein, die Aus­ gangswelle dreht sich daher in den meisten Stufen schneller als die Eingangswelle. Die Ausgangswelle 20 ihrerseits ist von Lagern 25, 26 im Gehäuse 7 unterstützt.

Auf der Ausgangswelle 20 befindet sich weiters ein Planetengetriebe 30. Es umfaßt ein Hohlrad 31 (erstes Glied), das drehfest mit der Ausgangs­ welle 20 verbunden ist, einen Planetenträger 32 mit Planetenrädern (zwei­ tes Glied) und ein Sonnenrad 33 (drittes Glied), das auf einer Planeten­ trägerwelle 35 drehbar gelagert ist. Die Planetenträgerwelle 35 verbindet den Planetenträger 32 mit einem Abtriebsritzel 36, das mit einem mit dem Differential 4 koaxialen Abtriebsgroßrad 37 kämmt.

Zum Schalten der Gänge sind drei Kupplungen (40, 42, 44) vorgesehen, deren jede zwei Schaltstellungen und eine Neutralstellung besitzt. Die erste Kupplung 40 wird von einer Schaltgabel 41 bedient und stellt wahl­ weise die drehfeste Verbindung zwischen der Ausgangswelle 20 und einem der zweiten Zahnräder 22 oder 23 her. Die zweite Kupplung 42 mit ihrer Schaltgabel 43 stellt wahlweise die Verbindung zwischen der Aus­ gangswelle 20 und einem der zweiten Zahnräder 21 oder 24 her und die weitere Kupplung 44, die zwischen dem Planetengetriebe 30 und einem Gehäuseteil 45 angeordnet ist, wird mit einer Schaltgabel 46 betätigt. Sie stellt die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 33 des Planetengetriebes 30 und dessen Planetenträger 32 oder die Verbindung zwischen dem Sonnenrad 33 und dem festen Gehäuseteil 45 her.

Im ersteren Fall läuft das Planetengetriebe 30 als Block um, im zweiten Fall setzt es die Drehzahl um einen Faktor von größenordnungsmäßig 1,5 herab. Das bedeutet, dass sich die Ausgangswelle 20 in allen höheren Gangstufen schneller dreht als die Eingangswelle 10, mit allen damit verbundenen Vorteilen, sowohl hinsichtlich Einbaumaßen als auch hinsichtlich Schaltfolge.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das diese Schaltfolge schematisch zeigt. Die Zeilen der Matrix entsprechen den einzelnen Gangstufen, die Spalten sind paarweise je einer Kupplung 40, 42, 44 zugeordnet, wobei jede einzelne Spalte das Bezugszeichen desjenigen Elementes trägt, mit dem die jewei­ lige Kupplung die Verbindung herstellt. Dadurch, dass der Stufensprung zwischen den sekundären Übersetzungsstufen kleiner als der Stufensprung zwischen den primären Übersetzungsstufen ist, wird bei aufsteigender Gangfolge im Planetengetriebe abwechselnd zwischen der einen und der anderen Stellung der Kupplung hin und her geschaltet. Beim Übergang von der zweiten auf die dritte und von der vierten auf die fünfte Gangstufe werden zwei Kupplungen gleichzeitig geschaltet, wobei die Synchroni­ sierungsarbeit von beiden Kupplungen in wünschenswerter Weise geteilt wird.

Claims (5)

1. Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem an einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Motorblock (1) angebundenen Gehäuse (7):

• a) welches eine Eingangswelle (10) mit einer Anzahl erster Zahnräder (11, 12, 13), und eine mit einem Differential (4) antriebsverbundene Ausgangswelle (20) mit einer Anzahl zweiter Zahnräder (21, 22, 23, 24) enthält, die mit den Zahnrädern (11, 12, 13) auf der Eingangswelle (10) kämmen,
• b) wobei die Zahnräder (11, 12, 13; 21, 22, 23, 24) auf der einen (10; 20) oder anderen (20; 10) Welle mittels Kupplungen (40,42) mit ihrer Welle (10; 20) verbindbar sind, womit mindestens zwei primäre Überset­ zungsstufen schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
• c) auf der Ausgangswelle (20) ein Planetengetriebe (30) angeordnet ist, dessen erstes Glied (31) mit der Ausgangswelle (20) drehfest verbun­ den, dessen zweites Glied (32) mit einem koaxialen Abtriebsritzel (36) fest verbunden ist, welches seinerseits mit dem Differential (4) an­ triebsverbunden ist, und dessen drittes Glied (33) mittels einer weiteren Kupplung (44) wahlweise mit einem Gehäuseteil (45) oder einem anderen Glied (31; 32) des Planetengetriebes (30) verbindbar ist,
• d) womit zwei sekundäre Übersetzungsstufen schaltbar sind, wobei das erste Glied (31) permanent mit der Ausgangswelle (20) verbunden beziehungsweise mit dieser einstückig ist und bei Verbindung des dritten Gliedes (33) mit dem Gehäuseteil (45) eine Übersetzung ins Langsame erfolgt.

2. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Glied (31) des Planetengetriebes (30) dessen Hohlrad, das zweite Glied (32) dessen Planetenträger und das dritte Glied (33) dessen Sonnen­ rad ist, und dass die weitere Kupplung (44) das dritte Glied (33) wahl­ weise mit dem zweiten Glied (32) oder mit dem ersten Glied (31) verbin­ det, wobei das Planetengetriebe (30) als Ganzes umläuft.

3. Wechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zweites Glied (32) und Abtriebsritzel (36) auf einer gemeinsamen Plane­ tenträgerwelle (35) sitzen oder mit dieser einstückig sind, wobei das dritte Glied (33) und die mit ihm verbundene erste Hälfte der weiteren Kupp­ lung (44) zwischen dem Planetengetriebe (30) und dem Abtriebsritzel (36) angeordnet sind.

4. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (11, 12, 13) auf der Eingangswelle (10) mit dieser fest verbunden und die Zahnräder (21, 22, 23, 24) auf der Ausgangswelle (20) mittels Kupplungen (40, 42) mit dieser wahlweise verbindbar sind.

5. Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufensprung zwischen den sekundären Übersetzungsstufen kleiner als der Stufensprung zwischen den primären Übersetzungsstufen ist.