DE10206584A1 - Schaltgetriebe mit reduzierter Anzahl von Schaltelementen - Google Patents

Schaltgetriebe mit reduzierter Anzahl von Schaltelementen

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DE10206584A1 DE2002106584 DE10206584A DE10206584A1 DE 10206584 A1 DE10206584 A1 DE 10206584A1 DE 2002106584 DE2002106584 DE 2002106584 DE 10206584 A DE10206584 A DE 10206584A DE 10206584 A1 DE10206584 A1 DE 10206584A1
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shaft
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    • F16H63/3023—Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by fluid pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    Stand der Technik
  • In der DE 198 50 549 A1 wird ein mehrgängiges Getriebe 10 (10a) beschrieben, das zwei Eingangswellen 12, 13 und eine Ausgangswelle 25 aufweist. Jede der Eingangswellen 12, 13 ist mit einer Kupplung 29, 30 verbunden und mit dieser vom Verbrennungsmotor 11 des Kraftfahrzeuges trennbar. Ferner sind den beiden Eingangswellen 12, 13 eine oder zwei Elektromaschinen 34, 35, 40 zugeordnet und mit diesen kraftschlüssig verbunden, die sich auf der dem Verbrennungsmotor 11 abgewandten Seite der Kupplungen 29, 30 befinden. Mittels des bzw. der Elektromaschinen 34, 35, 40 kann insbesondere auf einen Anlasser und eine Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor 11 verzichtet werden. Ferner lassen sich sowohl die Synchrondrehzahl der Eingangswelle 12, 13 eines Zielgangs auf einfache Weise einstellen als auch verschiedene Betriebszustände realisieren. Hier sind keine Gruppen- Lastschaltungen möglich und Doppelkupplungen sind erforderlich.
  • In der Patentschrift DE 41 02 202 C2 (D1) wird eine Getriebeanordnung beschrieben, bei der eine Brennkraftmaschine direkt mit dem Seitenzahnrad 11 eines Differentialgetriebes 10 verbunden ist. Das parallel dazu angeordnete Seitenzahnrad 12 ist über ein Stirnradgetriebe 24, 25 mit einem Elektromotor 5 verbunden. Die Ritzelzahnräder 13 und 14 führen über die Ritzelwelle 15 und über ein Stirnradgetriebe 16, 20 zu einem weiteren Getriebe 3. Das Differentialgetriebe 10 kann weder verblockt noch auf einer Seite (Seitenzahnrad 12) festgesetzt werden, so daß das Seitenzahnrad 12 bei angetriebenem Kraftfahrzeug immer das gleiche Drehmoment aufweisen muß wie das Seitenzahnrad 11, damit eine Drehmomentübertragung zur Ritzelwelle 15 hin erfolgen kann. Dieses Drehmoment muß damit permanent vom Elektromotor 5 geliefert werden. Die in der Beschreibung angegebene Funktion, daß während des Antriebsvorganges der Elektromotor als Generator dienen kann, führt zu dem Zustand, daß die Ritzelwelle 15 (nahezu) steht und das Seitenzahnrad 12 gegenüber dem Seitenzahnrad 11 rückwärts dreht und so den Generator antreibt. Für die Fortbewegung des Fahrzeuges muß also vom Elektromotor 5 permanent ein Antriebsdrehmoment geliefert werden, was letztendlich schnell zum Entladen der Bordnetzbatterie führen wird.
  • In der Offenlegungsschrift DE 196 50 723 A1 (D2) wird ein Steuersystem für Fahrzeugantriebseinheiten vorgestellt, bei dem ein Motor-Generator 21 direkt mit dem Sonnenrad eines Planetensatzes 30 verbunden ist. Der Planetensatz kann über eine Kupplung 36 verblockt werden. Im Gegensatz zur vorliegenden Anmeldung benötigt die in D2 beschriebene Fahrzeugantriebseinheit eine Anfahrkupplung 31, das Sonnenrad des Planetensatzes 30 kann nicht festgesetzt werden (der Planetensatz 30 hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge) und der Motor-Generator 21 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes 4.
  • In der Patentschrift DE 196 06 771 C2 (D3) wird ein Hybridantrieb beschrieben, bei dem zwischen der Eingangswelle 1 (mit der Brennkraftmaschine verbunden) und der Ausgangswelle 12 (zu den Antriebsrädern führend) zwei Elektromaschinen 3 und 4 und umschaltbare Planetensätze 5, 6, 16 angeordnet sind. Die umschaltbaren Planetensätze dienen als Stufengetriebe und in Zusammenarbeit mit den Elektromaschinen ergibt sich ein umschaltbares stufenloses Getriebe, wodurch günstige Arbeitspunkte gewählt werden können. Es handelt sich aber um einen Hybridantrieb, bei dem außer bei geschlossener Kupplung 11 immer ein von der Elektromaschine 3 erzeugtes Drehmoment zur Drehmomentübertragung notwendig ist, bei dem kein mit der Elektromaschine gekoppelter Planetensatz als Gruppengetriebe zur Verdopplung der Zahl der Gänge dient und bei dem keine Synchronisationsvorgänge mit Hilfe eines Planetensatzes und einer Elektromaschine durchgeführt werden.
  • In der Offenlegungsschrift DE 198 18 108 A1 (D4) wird ebenfalls ein Hybridantrieb vorgestellt, wobei hier - ähnlich wie in D2 - eine Elektromaschine 2 auf das Sonnenrad eines Planetensatzes 35 wirkt (siehe z. B. Fig. 2) und daß dieser Planetensatz über eine Kupplung 36 verblockt werden kann. Ähnlich wie in D2 kann aber das Sonnenrad des Planetensatzes 35 nicht festgesetzt werden und dieser Planetensatz hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge und die Elektromaschine 2 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes 4.
  • Die Anmeldung WO 98/406 47 betrifft ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit einem Getriebe 18, wobei das Getriebe über eine Reibkupplung mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist und eine elektrische Maschine mit Hilfe einer Kupplung und eines Zwischengetriebes mit dem Getriebe 18 gekoppelt werden kann. Die elektrische Maschine dient als Startermotor, als Generator und zur Getriebesynchronisation. Dazu sind mindestens zwei Reibkupplungen erforderlich und es werden nicht die Vorteile genutzt, die mit einem Dreiwellenbetrieb möglich sind.
  • Die Patentanmeldung US 560 32 42 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei der mindestens eine elektrische oder hydraulische Drehmaschine eine Synchronisation von Getrieben mit zwei Wellen ermöglicht. Hier sind mindestens zwei Reibkupplungen (bzw. eine doppelt wirkende Reibkupplung) erforderlich und es werden keine Synchronisationsvorgänge ermöglicht, die über mehrere Gruppen hinweg gehen.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene Anmeldung 199 01 414 (G1) beschreibt den integralen Aufbau von Getrieben bestehend aus mindestens einem Planetensatz gekoppelt mit mindestens einem (vorwiegend) unsynchronisierten Vorgelegegetriebe. Eine Welle eines Planetensatzes (hier vorwiegend die Sonnenradwelle) ist direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden, die zweite Welle (hier vorwiegend die Stegwelle) ist direkt mit dem integrierten Vorgelegegetriebe verbunden, während die dritte Welle (hier vorwiegend die Hohlradwelle) mit einer Bremse und einer Drehmaschine verbunden ist. Außerdem kann der Planetensatz mit einer (Klauen-)Kupplung verblockt werden. Damit sind mehrere Funktionen auszuführen. Bei gelöster Bremse und gelöster (Klauen-)Kupplung kann mit Hilfe der Drehmaschine das Hohlrad so gedreht werden, daß ein Gang synchronisiert eingeschaltet werden kann (z. B. der 1. Gang bei stehendem Fahrzeug). Wird danach die Bremse angezogen, so wird dieser Gang in der unteren Gruppe aktiviert, d. h. die Antriebsräder setzen sich in Bewegung. So können alle Gänge des Vorgelegegetriebes geschaltet werden, dies ist dann die untere Gruppe der Gänge. Werden danach noch einmal die Gänge des Vorgelegegetriebes - wieder synchronisiert über die Drehmaschine - der Reihe nach geschaltet und danach jeweils der Planetensatz verblockt, so erhält man die obere Gruppe der Gänge. Werden zwei Planetensätze jeweils mit einem Vorgelegegetriebe gekoppelt, wobei die Gänge alternierend den beiden Planetensätzen zugeordnet sind, so ist in der unteren Gruppe der Gänge eine Lastschaltung ohne Drehmomentunterbrechung möglich. Neben den Synchronisationsaufgaben kann eine elektrische Drehmaschine auch die Funktionen Startermotor und Generator mit übernehmen.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 199 21 064 (G2) beschreibt eine Anordnung der Drehmaschine in Flucht mit der Welle (den Wellen) des Planetengetriebes (der Planetengetriebe), mit der die Drehmaschine direkt mit dem (den) Planetengetriebe(n) gekoppelt werden kann. Eine notwendige Untersetzung für den Starterbetrieb erfolgt über eine innere Leistungsverzweigung des (der) Planetengetriebe(s). Bei mehrteilig ausgeführten elektrischen Drehmaschinen kann u. U. ohne zusätzliche mechanische Umschaltung rein elektrisch zwischen den Funktionen Synchronisationsbetrieb, Starterbetrieb und Generatorbetrieb umgeschaltet werden. Weitere Detailverbesserungen werden angegeben.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 33 373 (G3) beschreibt den gegenüber den vorangegangenen Anmeldungen vereinfachten Aufbau eines 6-Gang- Getriebes (+ Rückwärtsgang), bei dem die unteren 3 Gänge durch Betätigung von Bremsen ohne Drehmomentunterbrechung umgeschaltet werden können. Außerdem ist eine Möglichkeit der Montage des Getriebes im Heckbereich angegeben. Weitere Detailverbesserungen werden aufgezeigt.
    • Vorbemerkung zu den weiteren Anmeldungen
  • In dem Buch
    Alfred Krappel und 26 Mitautoren Kurbelwellenstartgenerator (KSG) Basis für zukünftige Fahrzeugkonzepte expert-verlag Renningen ISBN3-8169-1808-5
    werden verschiedene Möglichkeiten und Anwendungen von Kurbelwellenstartgeneratoren (KSG) beschrieben. Dies sind Elektromaschinen, die direkt mit der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verbunden sind. Sie können sowohl als Starter mit großem Drehmoment (bei niedrigen Drehzahlen) als auch als Generator mit hoher Leistung (bei höheren Drehzahlen) benutzt werden. Bei den weiteren Zusatzanmeldungen werden die mit dem KSG gegebenen Möglichkeiten dahingehend erweitert, daß der KSG in das Getriebe integriert wird und dort die zusätzlichen Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung mit übernimmt. Er wird deshalb hier Getriebesynchronisationsstartgenerator GSSG genannt. Natürlich können die vom GSSG ausgeführten Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung auch von einer andersartigen Drehmaschine, z. B. einem Hydraulikaggregat, übernommen werden.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 62 854 (G4) beschreibt Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG ausnutzen, um auch ohne Planetengetriebe Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausführen zu können. Dazu wird die Eingangswelle des Getriebes in zwei Teilabschnitte aufgeteilt, denen jeweils alternierend Gänge zugeordnet sind. Zur Erhöhung des Anfahrdrehmomentes kann eine Reibkupplung eingesetzt werden, ansonsten genügen Klauenkupplungen. Anordnungen mit Gruppengetrieben werden beschrieben, wobei aber jede Gruppe ihre eigene Synchronisations- und Lastschalteinrichtung benötigt.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 01 602 (G5) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG für Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausnutzen, jetzt aber wieder unter Benutzung von wenigstens einem Planetensatz. Im Gegensatz zu den Anwendungen in G1, G2 und G3 genügt jetzt aber ein einfacher bzw. ein doppelt wirkender Planetensatz für alle Lastschaltvorgänge, während in G1, G2, G3 für Lastschaltvorgänge zwei Panetensätze erforderlich sind und Lastschaltungen nur in der unteren Gruppe möglich sind. Die beschriebenen Getriebe mit weiteren Gruppen benötigen für jede weitere Gruppe jeweils ihre eigenen Synchronisations- und Lastschalteinrichtungen.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 13 734 (G6) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment von GSSG für Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausnutzen. Dabei können (beliebig viele) Gruppengetriebe hintereinander geschaltet sein, die alle von einem einzigen GSSG synchronisiert und lastgeschaltet werden. Dabei sind die angegebenen Varianten für verhältnismäßig viele Gänge ausgelegt und die Rückführung von Welle 13 auf Welle 1 gestaltet sich unter Umständen schwierig. Außerdem werden nicht alle möglichen Gänge ausgenutzt.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 100 21 837 (G7) beschreibt Erweiterungen und Verfeinerungen der Anmeldung G7 und ineinander geschachtelte Getriebebauweisen.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 34 656 (G8) beschreibt die Anwendung von KSG in Booten, vorwiegend in Segelbooten. Zusätzlich zu seinen bisherigen Aufgaben dient der KSG hier als Kupplungsersatz, als Elektroantrieb und als Wellengenerator.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene Anmeldung 100 62 693.9 (G9) beschreibt Lastschalt- Gruppengetriebe, bei denen ein GSSG 9 integraler Bestandteil ist. Für jeweils eine Haupt- und Untergruppe werden vereinfachte Aufbaumöglichkeiten angegeben, wobei keine exzentrischen Nebenwellen vorkommen und nur geometrische Gangabstufungen benutzt werden.
  • Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 33 629.2 (G10) beschreibt Lastschaltgetriebe, die über eine exzentrische Nebenwelle zusätzliche Vorwärts- und mehrere Rückwärtsgänge erzeugen. Hier wird keine verkürzte Hohlwelle benutzt und die Nebenwelle wird über zusätzliche Zahnräder bzw. Schaltmuffen zurückgeführt.
  • In der Patentschrift DE 195 24 233 C2 wird ein Sechsgang-Getriebe mit 2 Vorgelegewellen und einer zusätzlichen Welle für den Rückwärtsgang beschrieben, wobei zwei Abtriebszahnräder benutzt werden und ein Zahnrad der Eingangswelle für zwei Gänge zuständig ist. Hier werden nicht die Vorteile einer exzentrischen Nebenwelle benutzt und es sind keine Lastschaltungen möglich.
  • Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 41 309.2 beschreibt Lastschaltgetriebe mit exzentrischen Nebenwellen. Diese Getriebe sind aber wesentlich voluminöser als die Getriebe dieser Anmeldung.
  • Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 45 790.1 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe, die aber eine Zahnradebene mehr benötigen als die hier vorgestellten Getriebe.
  • Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 50 522.1 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe, die aber mehr Schaltmuffen benötigen als die hier vorgestellten Getriebe.
  • Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 54 955.5 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe, die ebenfalls mehr Schaltmuffen benötigen als die hier vorgestellten Getriebe.
  • Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 57 791.5 beschreibt kurzbauende 6-Gang-Getriebe, die ebenfalls mehr Schaltelemente benötigen als die hier vorgestellten Getriebe.
    • Vorteile der Erfindung
  • In dieser Anmeldung werden Lastschaltgetriebe mit zwei Eingangswellen 23 und 24 beschrieben (die z. B. über Doppelkupplungen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt werden können), bei denen über eine Welle 50 mit zugehörigen Zahnrädern 3y, 4y1 und 4y2 zwischen den Wellen 23 und 24 Drehzahlunterschiede erzeugt werden können. Die Wellen 23 und 24 gehören außerdem zu einem Vorgelegegetriebe mit einer Vorgelegewelle 21. Die Drehzahlunterschiede der Wellen 23 und 24 ergeben in diesem Vorgelegegetriebe zusätzliche Gänge. Dabei sind meist keine zusätzlichen Schaltmuffen erforderlich, da bei diesen zusätzlichen Gängen jeweils eine der Wellen 23 oder 24 freigegeben werden kann (z. B. über die zugehörige Kupplung). Diese zusätzlichen Gänge können z. B. der 1., der höchste und der Rückwärtsgang sein (weitere Gänge sind möglich). Damit ergeben sich Getriebevarianten mit reduzierter Anzahl von Schaltelementen und Zahnrädern. Außerdem werden modifizierte Synchron-Schaltelemente vorgestellt, die so konzipiert sind, daß die Schaltbewegungen von innen her (von der zugehörigen hohlen Welle her) ausgeführt werden können. Dazu passende Aktoren und Sensoren werden ebenfalls vorgestellt.
  • Alle Vorschläge führen zu kosten-, gewichts- und volumenreduzierten Getriebevarianten.
    • Vorbemerkungen
  • Die Getriebevarianten, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, haben alle konzentrische Eingangswellen 23 und 24, die z. B. über Doppelkupplungen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt werden können. Die Vorgelegewelle ist hier meist Ausgangswelle der Getriebe, wobei ein Zahnrad 3c mit einem weiteren (meist nicht gezeichnetem) Zahnrad z. B. die Achsuntersetzung bewirken kann (andere Anordnungen sind möglich).
  • Die Schaltelemente werden z. B. über elektrische, pneumatische oder hydraulische Betätigungselemente mit Hilfe eines elektrischen Steuergerätes geschaltet.
  • Die Bezugszeichen sind weitgehend an die vorausgegangenen Anmeldungen angepaßt, deshalb ergeben sich Lücken in der Reihenfolge der Numerierung.
    • Variante 1
  • Die in Fig. 1a) skizzierte Variante 1 ist ein 5-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiven Gangsprüngen in Gruppenbauweise. Das Grundgetriebe ist ein Vorgelegegetriebe mit den Wellen 23/24 und 21. Hier sind die Gänge 2 bis 4 angeordnet. Bei geöffnetem Schaltelement 36 arbeitet der 2. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 von Welle 24 über Zahnradpaar 4.2, 4a2 zur Welle 21, der 3. Gang mit geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 3, 3a und der 4. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 4.1, 4a1. Da die Gänge abwechselnd über die Wellen 23 und 24 arbeiten, sind hier immer Lastschaltungen möglich.
  • Über die Welle 50 mit den zugehörigen Zahnradpaaren 3x, 3y, 4.1, 4y1 und 4a2, 4y2 können Drehzahlunterschiede zwischen den Wellen 23 und 24 erzeugt werden, wobei mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und angetriebener Welle 23 die Drehzahl von Welle 24 (über die Zahnradpaare 3x, 3y und 4y1, 4.1) ins Langsame untersetzt wird, während bei angetriebener Welle 24 die Drehzahl von Welle 23 (über die Zahnradpaare 4.1, 4y1 und 3y, 3x - also in der entgegengesetzten Richtung) ins Schnelle übersetzt wird. Mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 36 und angetriebener Welle 23 wird über die Zahnradpaare 3x, 3y und 4y2, 4a2 eine Drehrichtungsumkehr der Welle 21 erreicht. (Grundsätzlich kann so bei angetriebener Welle 24 auch eine Drehrichtungsumkehr erreicht werden, der zugehörige Rückwärtsgang wäre aber sehr schnell.)
  • Mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 arbeitet der 1. Gang über die Zahnradpaare 3x, 3y, 4y1, 4.1 und 4.2, 4a2 zur Welle 21. (Das nach rechts geschlossene Schaltelement 35 ist normalerweise für den 2. Gang zuständig. Da mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und angetriebener Welle 23 die Welle 24 langsamer dreht, erhält man so den 1. Gang.) Zwischen 1. Gang und 2. Gang sind Lastschaltungen möglich, da der 1. Gang von Welle 23 und der 2. Gang von Welle 24 arbeitet und keine weiteren Umschaltungen nötig sind. (Im 2. Gang dreht die Welle 23 aber hoch, deshalb sollte Schaltelement 36 geöffnet werden, sobald keine Rückschaltungen in den 1. Gang mehr wahrscheinlich sind.)
  • Mit nach rechts geschlossenen Schaltmuffen 35 und 36 und angetriebener Welle 23 erhält man den Rückwärtsgang. Da Rückwärts- und 1. Gang von Welle 23 her angetrieben werden, ist keine "Lastschaltung" zwischen Rückwärts- und 1. Gang möglich, denn zwischen diesen beiden Gängen muß das Schaltelement 36 umgeschaltet werden. Zwischen dem Rückwärts- und dem 2. Gang wäre aber eine "Lastschaltung" möglich (z. B. zum "Rausschaukeln" bei schwierigen Anfahrverhältnissen).
  • Der 5. Gang arbeitet mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und geschlossenem Schaltelement 37 angetrieben von der Welle 24. Im Grundgetriebe ist dies der 3. Gang. Bei geschlossenem Schaltelement 36 und angetriebener Welle 24 dreht die Welle 23 schneller als die Welle 24, dadurch wird jetzt aus dem 3. Gang der 5. Gang. Eine Lastschaltung zwischen 4. und 5. Gang ist allerdings nicht möglich, da beide Gänge von Welle 24 her angetrieben werden. Bei den im 4. und 5. Gang vorhandenen hohen Geschwindigkeiten und damit geringen Beschleunigungen ist diese Lastschaltung aber nicht so wichtig. Eine Lastschaltung zwischen 3. und 5. Gang ist möglich. Dies kann insbesondere für schnalle Schubschaltungen zwischen 5. und 3. Gang wichtig sein. Im 5. Gang dreht Welle 23 sehr schnell. Dies ist unkritisch, wenn der 5. Gang als Schnellgang ausgelegt ist und in diesem Gang nicht die Höchstdrehzahl erreicht wird (bzw. für Dieselmotoren mit niedrigem Drehzahlniveau).
  • Bei dieser Anordnung ist der Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang gleich dem Gangsprung zwischen 3. und 5. Gang, was bei progressiv gestuften Getrieben sinnvoll ist.
  • Das Getriebe arbeitet also wie ein Gruppengetriebe (1., 2. und Rückwärtsgang über ein Zahnradpaar, 3. und 5. Gang über ein weiteres Zahnradpaar). Alle kombinierten Gänge werden über Drehzahländerungen von Welle 23 und 24 erreicht. Deshalb können z. B. die (nicht gezeichneten) Doppelkupplungen die Aufgaben von Schaltelementen mit übernehmen, indem jeweils eine der Wellen 23 oder 24 mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden und die andere Welle freigegeben wird.
  • Fig. 1b) zeigt die räumliche Lage der Achsen zueinander und wo welche Zahnräder miteinander kämmen (im gestrichelt gezeichneten Bereich kämmen die Zahnräder nicht). Fig. 1c) schließlich zeigt die relative Lage der Übersetzungen der einzelnen Gänge in logarithmischer Darstellung.
  • Das Grundgetriebe ist ein Vorgelegegtriebe mit 3 Gängen (und 6 Zahnrädern), das durch eine zusätzliche Welle 50 mit 3 weiteren Zahnrädern zu einem Gruppengetriebe mit 2 weiteren Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang erweitert wird (ohne Zahnrad 3c also 9 Zahnräder, 2 doppelte und ein einfaches Schaltelement). Ein übliches Vorgelegegetriebe hätte 13 Zahnräder und 3 doppelte Schaltelemente (oder 2 doppelte und 2 einfache Schaltelemente).
  • Bedingt durch die progressive Gangabstufung arbeiten jeweils der 1. und 2. Gang und der 3. und 5. Gang über ein Zahnradpaar. Dabei ist zwischen 1. und 2. Gang Lastschaltung möglich, nicht aber zwischen 4. und 5. Gang. (Bei geometrisch gestuften Getrieben könnten der 1. und 2. Gang und der zweithöchste und höchste Gang jeweils über ein Zahnradpaar arbeiten, wobei diese Anordnung Lastschaltungen zwischen allen Gängen ermöglicht.)
  • Das zusätzliche Zahnrad 3x ist erforderlich, weil ein mit dem Zahnrad 3 kämmendes Zahnrad 3y Überschneidungen mit dem Zahnrad 3a hätte (wegen des Rückwärtsganges). Außerdem hätten dann die Zahnräder der Achse 50 sehr kleine Durchmesser.
  • Beim 1. Gang wird weiterhin vorteilhaft ausgenutzt, daß das größere Zahnrad 4.1 von der Achse 50 her angetrieben wird und das kleinere Zahnrad 4.2 die Achse 21 antreibt, was günstige Zahnraddurchmesser ergibt. (Grundsätzlich können die Zahnräder der Welle 50 für die Vorwärtsgänge auch mit Zahnrädern der Welle 21 kämmen und das Zahnrad für den Rückwärtsgang mit dem Zahnrad 4.1.)
  • Ein weiterer Vorwärtsgang ist möglich mit angetriebener Welle 23 und nach links geschlossenen Schaltelementen 35 und 36. Von der Übersetzung her würde dieser Gang zwischen 2. und 3. Gang liegen.
    • Variante 2
  • Die in Fig. 2a) skizzierte Variante 2 ist ein 6-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiven Gangsprüngen in Gruppenbauweise und einem zusätzlichen Schnellgang. Die untersten 5 Gänge sind vergleichbar mit der Variante 1, hier sind nur andere Gangabstufungen gewählt. Da die Bezugszeichen teilweise verändert sind, erfolgt nochmals eine Beschreibung.
  • Das Grundgetriebe ist ein Vorgelegegetriebe mit den Wellen 23/24 und 21. Hier sind die Gänge 2 bis 4 und der 6. Gang angeordnet. Bei geöffnetem Schaltelement 36 arbeitet der 2. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 von Welle 24 über Zahnradpaar 4.2, 4a2 auf Welle 21, der 3. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 3.2, 3a2 und der 4. Gang mit links geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 4.1, 4a1. Da die Gänge abwechselnd über die Wellen 23 und 24 arbeiten, sind immer Lastschaltungen möglich.
  • Den 1. und 5. Gang erhält man wieder mit nach links geschlossenem Schaltelement 36, wobei der 1. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 und angetriebener Welle 23 und der 5. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement 37 und angetriebener Welle 24 arbeitet. Auch hier ist keine Lastschaltung zwischen 4. und 5. Gang möglich. Den Rückwärtsgang erhält man mit nach rechts geschlossenen Schaltelementen 35 und 36 und angetriebener Welle 23. (Die Welle 50 mit den zugehörigen Zahnrädern und das Zahnrad 3x haben die gleichen Funktionen wie bei der Variante 1. Bei beiden Varianten ist noch ein schnellerer Rückwärtsgang mit nach links geschlossenem Schaltelement 35 möglich, aber wohl nicht sinnvoll.)
  • Bei der Variante 2 ist noch ein 6. Gang vorgesehen, der bei angetriebener Welle 23 und nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 3.1, aal wie ein normaler Vorgelegegang arbeitet. Da vom 5. zum 6. Gang keine Lastschaltmöglichkeit besteht, ist hier das Zahnrad mit Welle 23 verbunden. Das hat die Vorteile, daß eine Lastschaltung zwischen 4. und 6. Gang möglich ist (wichtig für Schubschaltungen vom 6. zum 4. Gang) und daß noch ein weitere Schnellgang möglich ist, nämlich mit nach links geschlossenem Schaltelement 36, nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 und angetriebener Welle 24 (Lastschaltung ist möglich). Dies ist der 6. Gang mit einer schneller drehenden Welle 23.
  • Fig. 2b) zeigt die räumliche Lage der Achsen zueinander und wo welche Zahnräder miteinander kämmen. Fig. 1c) schließlich zeigt die relative Lage der Übersetzungen der einzelnen Gänge in logarithmischer Darstellung (R: Rückwärtsgang, S: Schnellgang).
  • Bei der Variante 2 werden die über die Welle 50 erzeugten Drehzahländerungen der Wellen 23 und 24 also für 4 Gänge ausgenutzt, nämlich für den Rückwärts, den 1., 5. und Schnellgang, wobei im 5. und Schnellgang Welle 23 sehr schnell dreht.
  • In einer etwas anderen Auslegung kann das Zahnradpaar 3.1, 3a1 für den 5. Gang benutzt werden. Dann sind Lastschaltungen vom 1. bis zum 5. Gang möglich und der 5. Gang kann noch (wie zuvor der 6. Gang) als zusätzlicher Schnellgang benutzt werden (mit Lastschaltmöglichkeit). Damit hat man einen Gang weniger, aber immer Lastschaltmöglichkeit und Welle 23 dreht nur im Schnellgang höher, was bei den dort vorhandenen niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors keine Rolle spielt. Das Zahnradpaar 3x, 3y kann auch hier weiter links (wie bei der Variante 1) angeordnet werden. Die Wahl der Anordnung ist vom Platzbedarf des Schaltelementes 37 abhängig.
    • Variante 3
  • Die in Fig. 3a) skizzierte Variante 3 ist ein 6-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiven Gangsprüngen in Vorgelegebauweise. Die Gänge 2 bis 6 sind vergleichbar mit den Gängen 1 bis 5 der Variante 1, nur mit anderen Gangsprüngen. Hier kommt noch der 1. Gang und ein Schaltelement 35a für Lastschaltungen hinzu.
  • Das Grundgetriebe ist ein Vorgelegegetriebe mit den Wellen 23/24 und 21. Hier sind die Gänge 1 und 3 bis 5 angeordnet. Die Gänge 2 und 6 und der Rückwärtsgang benötigen die Welle 50 mit den zugehörigen Zahnrädern.
  • Der 1. Gang arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 von Welle 24 über das Zahnradpaar 4.3, 4a3 zur Welle 21 (das Zahnrad 3c kann wieder zur Achsuntersetzung gehören). Für eine Lastschaltung zwischen 1. und 2. Gang muß Schaltelement 35a geöffnet sein (deshalb ist dieses Schaltelement vorgesehen). Mit nach links geschlossenem Schaltelement 35 und nach rechts geschlossenem Schaltelement 36 ist der 2. Gang eingeschaltet und läuft leer mit. Der 2. Gang wird aktiviert, indem Welle 23 mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest verbunden und Welle 24 gelöst wird. Bedingt durch die Zahnradpaare 3x, 3y und 4y1, 4.1 dreht Welle 24a jetzt langsamer als Welle 23 und aus einem 3. Gang wird dadurch der 2. Gang. Im 2. Gang und gelöstem Schaltelement 37 kann Schaltelement 35a geschlossen werden (und bei den höheren Gängen geschlossen bleiben). Damit ist der 3. Gang eingeschaltet und läuft leer mit. Der 3. Gang wird aktiviert, indem Welle 24 mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest verbunden und Welle 23 gelöst wird. (Der 2. und 3. Gang arbeiten mit nach links geschlossenem Schaltelement über das Zahnradpaar 4.2, 4a2.) Der 4. Gang arbeitet mit nach links geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 3, 3a, während der 5. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 (und geschlossenem Schaltelement 35a) über das Zahnradpaar 4.1, 4a1 übertragen wird. (In den Gängen 3 bis 5 muß Schaltelement 36 geöffnet sein.) Der 6. Gang schließlich arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 36 und nach links geschlossenem Schaltelement 37 wie der 4. Gang über das Zahnradpaar 3, 3a, wobei jetzt über die Zahnradpaare 4.1, 4y1 und 3y, 3x die Drehzahl von Welle 23 ins Schnelle übersetzt wird. (Wenn im 6. Gang die Höchstdrehzahl nicht erreicht wird, ist dies unkritisch.)
  • Mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 arbeitet der Rückwärtsgang von der Welle 23 her über die Zahnradpaare 3x, 3y und 4y2, 4a3 zur Welle 21 (Welle 24 dreht dabei rückwärts). Durch das nach rechts geschlossene Schaltelement 37 ist gleichzeitig auch der 1. Gang eingeschaltet, der von Welle 24 angetrieben wird. Damit ist eine "Lastschaltung zwischen 1. und Rückwärtsgang möglich, indem jeweils Welle 23 oder 24 mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest verbunden wird.
  • Fig. 3b) zeigt die räumliche Lage der Achsen zueinander und wo welche Zahnräder miteinander kämmen (im gestrichelt gezeichneten Bereich kämmen die Zahnräder nicht). Fig. 3c) schließlich zeigt die relative Lage der Übersetzungen der einzelnen Gänge in logarithmischer Darstellung.
  • Die Variante 2 ist ein 5-Gang-Getriebe mit einem zusätzlichen 6. Gang, während man Variante 3 als ein 5-Gang-Getriebe mit zusätzlichem 1. Gang auffassen kann. Da hier eine Drehzahländerung über Welle 50 (für Welle 24a) zwischen 2. und 3. Gang erfolgt, ist das zusätzliche Schaltelement 35a für Lastschaltungen zwischen 1. und 2. Gang erforderlich. Andererseits erlaubt diese Anordnung aber "Lastschaltungen" zwischen 1. und Rückwärtsgang. Der 1. Gang ist hier räumlich in die Mitte des Getriebes gelegt, damit die Schaltelemente 35 und 37 nicht für benachbarte Gänge zuständig sind (für Lastschaltungen). Eine Lastschaltung zwischen 5. und 6. Gang ist nicht möglich, dafür aber zwischen 4. und 6. Gang. Bei dieser Anordnung ist der Sprung zwischen 2. und 3. Gang gleich dem Sprung zwischen 4. und 6. Gang.
    • Variante 4
  • Die in Fig. 4a skizzierte Variante 4 ist ein 7-Gang-(Last)schaltgetriebe mit geometrischen Gangabstufungen in Gruppenbauweise. In den unteren Gängen wird von der Achse 21 über ein Zahnradpaar 3c, 3d zu einer Achse 13 zurück gekoppelt, die mit der Achse 24 fluchtet. Damit ist über ein Schaltelement 35a eine direkte Verbindung zwischen Achsen 24 und 13 möglich. Die Achse 13 führt zum (nicht gezeichneten) Differential und damit zu den Antriebsrädern.
  • Das Grundgetriebe besteht aus den Zahnradpaaren 3, 3a und 4, 4a. Dieses Grundgetriebe wird mit Hilfe der Achse 50 und den zugehörigen Zahnrädern 3y, 4y1 und 4y2 (und 3x) zu einem Getriebe mit insgesamt 7 Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang erweitert.
  • Bei den untersten 4 Gängen ist Schaltmuffe 35a nach rechts geschlossen. Der 1. Gang arbeitetf von der Welle 23 her mit geschlossenem Schaltelement 35 und nach links geschlossenem Schaltelement 36 über dis Zahnradpaare 3, 3a, 3x, 3y, 4y1, 4a und 3c, 3d zur Welle 13, der 2. Gang von Welle 24 her die Zahnradpaare 4, 4a und 3c, 3d, der 3. Gang (bei geöffnetem Schaltelement 36) und geschlossenem Schaltelement 37 von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3, 3a und 3c, 3d und der 4. Gang mit wieder nach links geschlossenem Schaltelement 36 und weiterhin geschlossenem Schaltelement 37 von Welle 24 her über die Zahnräder 4, 4a, 4y1 und die Zahnradpaare 3y, 3x und 3c, 3d. Da abwechselnd von Welle 23 und 24 angetrieben wird, sind zwischen diesen Gängen Lastschaltungen möglich. Dabei bewirkt Welle 50 mit nach links geschlossenem Schaltelement 36, daß im 1. Gang Welle 24 langsamer dreht als Welle 24 und im 4. Gang Welle 23 schneller dreht als Welle 24 (um jeweils einen Gangsprung). (Grundsätzlich sind weitere zwischengeschaltete "normale" Vorgelegegänge möglich, z. B. mit zweiseitig wirkenden Schaltmuffen 35 und 37 die Gänge 2 bis 5 und dem 1. und 6. Gang über Welle 50.)
  • Beim 5. bis 7. Gang muß Schaltelement 35a nach links geschlossen sein, wobei zwischen 4. und 5. Gang keine Lastschaltung möglich ist. (Geometrisch gestufte Getriebe werden vorwiegend bei Nutzfahrzeugen eingesetzt, hier sind Lastschaltungen nur bei den niedrigen Gängen wichtig).
  • Der 5. Gang arbeitet mit nach links geschlossenem Schaltelement 36 und geschlossenem Schaltelement 37 von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3, 3a und 3x, 3y und die Zahnräder 4y1, 4a, 4 zur Welle 13, wobei jetzt wieder Welle 24 um einen Gangsprung langsamer dreht als Welle 23. Der 6. Gang arbeitet von Welle 24 her (über das nach links geschlossene Schaltelement 35a) direkt zur Welle 13. Der 7. Gang schließlich arbeitet von der Welle 23 her mit gleichzeitig geschlossenen Schaltelementen 35 und 37 über die Zahnradpaare 3, 3a und 4a, 4, wobei Welle 24 jetzt um einem Gangsprung schneller dreht als Welle 23. (Vom 5. bis 7. Gang sind wieder Lastschaltungen möglich, aber nicht so wichtig.)
  • Der Rückwärtsgang arbeitet mit geöffneten Schaltelementen 35 und 37 und nach rechts geschlossenen Schaltelementen 35a und 36 von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3, 3a, 3x, 3y und 4y2, 3d zur Welle 13. Mit den gezeichneten Abmessungen hat der Rückwärtsgang die gleiche (negative) Übersetzung wie der 1. Gang. Mit einer Variation des Durchmessers von Zahnrad 4y2 sind andere Übersetzungen des Rückwärtsganges möglich.
  • Die zwei Vorwärtsgänge des Grundgetriebes (Zahnradpaare 3, 3a und 4, 4a) werden in der unteren Hauptgruppe (Schaltelement 35a nach rechts geschlossen) über Welle 50 und den zugehörigen Zahnrädern zu insgesamt 4 Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang erweitert. In der oberen Hauptgruppe (Schaltelement 35a nach links geschlossen) sind nur 3 Gänge möglich, da hier immer Welle 24 direkt beteiligt ist. Grundsätzlich können Zahnräder 3 und 4 ihre Plätze tauschen, dann sind nur die Schaltelemente anders zu betätigen.
    • Varianten 5
  • In den Fig. 5a) bis 5e) sind Möglichkeiten für Schaltelemente mit "innerer" Betätigung und daran angepaßte Betätigungseinrichtungen (Aktoren) aufgeführt.
  • Fig. 5a) zeigt ein Schaltelement am Beispiel von Welle 21 mit den zugehörigen Zahnrädern 4a1 und 4a2 (nadelgelagerte Losräder) im Ausschnitt. (Die obere und untere Hälfte von Fig. 5a) sind etwa 45° gegeneinander verdreht, deshalb die unterbrochene Darstellung.) Die innere Betätigung der Schaltmuffe 60 erfolgt über einen Verbindungsstift 64, der sich axial in Schlitzen 69 der hohlen Welle 21 bewegen kann (wegen der 45° Verdrehung ist nur ein Schlitz gezeichnet 69 gezeichnet). Damit dieser (ebenfalls nur halbseitig gezeichnete) Verbindungsstift 64 bei kompakter Bauweise des Schaltelementes genügend axiale Bewegungsfreiheit hat, muß das Schaltelement so aufgebaut sein, daß Synchronringe 63 und Reibflächen 67 außen liegen. Dann muß zwangsläufig auch der Synchronkörper 61 die Schaltmuffe 60 umschließen.
  • Eine Verbindung zwischen Welle 21 und Synchronkörper 61 kann über Verbindungsteile 62 erfolgen, von denen beispielsweise 4 gleichmäßig verteilt über den Umfang angeordnet sind. Diese Verbindungsteile 62 sollten auf einer Seite (hier links) des Synchronkörpers angeordnet sein und in Breite und Länge etwa R der Länge des Synchronkörpers aufweisen. Wenn die Montageverhältnisse es zulassen, können die Verbindungsteile direkt aus der (hier dann dickeren) Welle 21 herausgefräst werden, ansonsten müssen Sie auf einem Ring mit Innenverzahnung (zwecks Formschluß mit der Welle 21) befestigt sein. Da der Synchronkörper 61 nach innen gerichtete Nuten hat (in denen die Schaltmuffe 60 mit passenden Nuten gleitet), können die Verbindungsteile außen mit passenden Nuten in Preßpassung ausgestattet sein, auf die der Synchronkörper dann aufgedrückt wird.
  • Die Schaltmuffe 60 muß im Winkelbereich der Verbindungsteile 62 Einfräsungen 62a aufweisen, die über etwa x der Länge der Schaltmuffe laufen. Damit kann die in den Nuten des Synchronkörpers 61 verschiebbare Schaltmuffe 60 nach rechts und links verschoben werden (für die üblichen Synchronisations und Schaltvorgänge). Zum Schluß des Schaltvorganges rastet die Schaltmuffe 60 in die Schaltverzahnung 68 der Zahnräder 4a1 oder 4a2 ein. Nach links (zum Zahnrad 4a1) fehlen in der Schaltmuffe 60 Nuten im Bereich der Einfräsungen 62a. Deshalb sollte die Anordnung so gewählt werden, daß über das Zahnrad 4a1 geringere Momente übertragen werden als über das Zahnrad 4a2. (Das Verbindungsteil 62 kann auch in der Mitte von Synchronkörper 61 angeordnet sein, dann muß die Schaltmuffe 60 aber zweigeteilt sein.)
  • Durch zwei gegenüberliegende Schlitze 69 (nur unten gezeichnet) kann die Schaltmuffe 60 aus der hohlen Welle 21 heraus über einen Verbindungsstift 64 verschoben werden, der starr mit der Schaltmuffe 60 verbunden ist. Dieser Verbindungsstift 64 kann durch eine (nicht gezeichnete) Bohrung im Synchronkörper 61 montiert werden (z. B. mit Preßpassungen in der Schaltmuffe 60).
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Stellung der Schaltmuffe 60 überwacht werden kann. In Fig. 5a) ist eine Möglichkeit angedeutet. Die Bewegung der Schaltmuffe 60 wird über einen drehbar im Synchronkörper 61 gelagerten Stift 66 nach außen übertragen (verkleinert und seitenverkehrt), wo die Stellung des Stiftes 66 beim Vorbeidrehen von einem Sensor 65 erfaßt werden kann. Außerdem kann der Sensor 65 auch die Stellung der Synchronringe 63 erfassen. (Wenn zwischen Synchronkörper 61 und Synchronringe 63 Platz gelassen wird, kann ein breiterer Sensor auch die Gesamtbewegung erfassen.)
  • Dieses Schaltelement ist also "andersrum" aufgebaut als übliche Schaltelemente, denn hier liegen Synchronkörper und Synchronringe außen und die Schaltmuffe innen. Dies ermöglicht in einer kompakten Bauweise eine Axialbewegung der Schaltmuffe 60 von innen her, da die Synchronringe den Bewegungsspielraum nicht einschränken. Eine Drehmomentübertragung von der Welle 21 her zum Synchronkörper kann über seitliche Verbindungsteile 62 erfolgen, wobei Einfräsungen 62a in der Schaltmuffe 60 die Bewegungsmöglichkeit und Montierbarkeit dieser Schaltmuffe ermöglichen.
  • Fig. 5b) zeigt eine in die hohle Welle 21 integrierte mitrotierende Hydraulikeinheit. Diese Hydraulikeinheit befindet sich in einer Bohrung 70, die nach rechts von einer Ölzufuhreinheit 77 verschlossen wird. In der Bohrung 70 befindet sich ein Kolbenhalter 71 mit zwei Kolben 71a und 71b. Dadurch wird die Bohrung 70 in zwei ölgefüllte Abschnitte 70a und 70b und einen ölfreien Rest aufgeteilt. Im Kolbenhalter 71 befindet sich eine Bohrung, durch die der Verbindungsstift 64 durchgesteckt werden kann. Damit wird eine starre Verbindung zur zugehörigen Schaltmuffe hergestellt. (Da dieser Teil der Bohrung ölfrei ist, sind hier keine Ölabdichtungen erforderlich.)
  • Der Abschnitt 70b wird direkt über die (nicht rotierende) Leitung 73 der Ölzufuhreinheit 77 versorgt, während der Abschnitt 70a von der Leitung 72 her über die Ringnut 78 und einen Ölkanal 74 mit Öl versorgt wird (es können auch mehrere Ölkanäle vorhanden sein).
  • Da im Kolbenhalter 71 Platz für eine Bohrung 76 vorhanden ist und die Ölzufuhreinheit 77 nicht rotiert, kann hier ein Sensor 75 vorhanden sein, der die Stellung des Kolbenhalters und damit der Schaltmuffe erfaßt (Alternative zu den Teilen 65 und 66).
  • Eine einfache Bohrung 70 in der Welle 21 mit zwei zugehörigen Schlitzen 69 (nur einer davon gezeichnet in Fig. 5a) unten) und den weiteren beschriebenen Teilen ergibt also einen Aktor, bei dem alles außer der Ölzufuhreinheit 77 und dem damit verbundenem Sensor 75 mitrotiert. So kann also platzsparend und kostengünstig ein Betätigungselement für die Schaltmuffe realisiert werden.
  • Fig. 5c zeigt eine Abwandlung der in Fig. 5b) gezeigten Anordnung, wobei hier die Bohrung(en) 74 in der Welle 21 entfallen. (Welle 21 ist durch Bohrung 70 schon geschwächt, die fehlende Bohrung 74 kann also vorteilhaft sein.) Die mit Fig. 5b) identischen oder vergleichbaren Anteile werden nicht immer neu beschrieben.
  • Die Bohrung 74 (und die zugehörige Ringnut 78) wird ersetzt durch die hier koaxial angeordnete Leitung 72 (nicht rotierend) der Ölzufuhreinheit 77. Leitung 72 mündet in einer Bohrung 76, die eine axiale Verschiebung des Kolbenhalters 71 zuläßt. Von der Bohrung 76 wird das Öl an dem Verbindungsstift 64 vorbei durch z. B. zwei Bohrungen 79 in den Abschnitt 70a geleitet. Alternativ kann die Bohrung 76 auch weitergeführt werden (z. B. nach links hin mit größerem Durchmesser), wobei so der Verbindungsstift 64 von Öl umspült wird und z. B. durch Preßpassungen abgedichtet werden muß. Alternativ kann der Verbindungsstift auch zweigeteilt in Sacklöchern mit z. B. Gewinden befestigt sein. Dann kann die durchgehende Bohrung 76 leicht zusätzlich mit einem Sensor ausgerüstet werden (ist grundsätzlich auch bei den anderen Vorschlägen möglich).
  • Die Ölzufuhreinheit wird hier durch eine konzentrisch zur Leitung 72 angeordnete Leitung 73 komplettiert, die den Anteil 70b mit Öl versorgt. Abgeschlossen wird der Anteil 70b durch ein Drehteil 77a, das zwecks Reibungsminimierung mit der Achse 21 fest verbunden sein kann und auf der Leitung 73 reibt.
  • Bei den Fig. 5b) und 5c) wird jeweils eine der Leitungen 72 oder 73 mit Öldruck beaufschlagt und die andere Leitung freigegeben, was eine zugehörige Kraft und damit Bewegung der Kolben ergibt. Da dieser Aktor fast in der Welle 21 verschwindet (nur die Ölzufuhreinheit 77 ragt heraus), ist eine sehr kompakte Bauweise möglich. Nachteilig dabei ist, daß die Welle 21 durch die Bohrung 70 und die Schlitze 69 geschwächt wird und deshalb im Außendurchmesser entsprechend größer sein muß. Wie man mit einer wesentlich kleineren Bohrung 70 auskommt (die Schlitze 69 müssen bleiben) und wie die Drehbewegung der Achse 21 einfach aufgefangen werden kann, wird bei den Fig. 5d) und 5e) gezeigt.
  • Fig. 5d) zeigt an einem z. B. pneumatischem Aktor eine Möglichkeit des Überganges von der drehenden Achse 21 (nicht gezeichnet) zu einem stehenden Gehäuse 81. Eine axial verschiebbare Achse 80 wird in einer kleinen Bohrung 70 der Welle 21 (hier nicht gezeichnet) geführt und ist mit einer Schaltmuffe verbunden. Die Achse 80 rotiert also mit und ist direkt mit einem Kolben 82 verbunden, der also im stehenden Gehäuse 81 rotiert. Hierbei ist die Luftreibung recht klein. Das Gehäuse 81 wird über (nicht gezeichnete) Leitungen mit Druckluft beaufschlagt, wodurch eine axiale Bewegung des Kolbens 82 erzeugt wird. (Grundsätzlich kann so (mit rotierendem Kolben) auch eine Hydraulikeinheit aufgebaut werden, dann ist die Reibung aber größer.)
  • Fig. 5e) zeigt schematisch einen weiteren Aktor, bei dem der Übergang von der Drehbewegung zum stehenden Anteil problemlos ist. Die Achse 80 ist wieder mit der zugehörigen Schaltmuffe verbunden und rotiert mit. Mit der Achse 80 rotiert ein Dauermagnet 83, der entweder ein axiales oder radiales rotationssymmetrisches Magnetfeld erzeugt. (Das rotierende rotationssymmetrische Magnetfeld erzeugt zunächts keine Effekte.) Ein axial ausgerichtetes Magnetfeld kann durch ein inhomogenes Magnetfeld beeinflußt werden, das z. B. durch zwei getrennte Spulen 84 erzeugt werden kann. Ein radial ausgerichtetes Magnetfeld kann durch die Stromrichtung in einer Spule beeinflußt werden. Somit kann man nach rechts oder links gerichtete Kräfte im Magneten 83 erzeugen, die eine axiale Bewegung der Achse 80 bewirken. Die Übertragung vom stehenden zum rotierenden Anteil erfolgt hier über rotationssymmetrische Magnetfelder. Diese Kräfte können noch durch (nicht gezeichnete) ferromagnetische Bauteile verstärkt werden, die stehend oder mitrotierend sein können.
  • Hier kann es sinnvoll sein, den Magneten 83 durch ein auf einer Achse 85 axial verschiebbarem Lager (z. B. Kugellager) zu stabilisieren, wobei die Achse 85 in eine Bohrung 86 eintauchen kann. Die Achse 85 kann auch als Sensor ausgebildet sein, der die Lage des Magneten 83 (und damit der Schaltmuffe) erkennt. Alternativ können die Spule(n) 84 mit einem hochfrequenten Strom beaufschlagt werden und somit als induktiver Sensor dienen.
  • Grundsätzlich können natürlich auch magnetische und pneumatische Aktoren in die Achse 21 integriert werden. Andererseits kann in die Achse 80 ein axial belastbares Drehlager eingebaut werden, das die Drehbewegung der Achse 21 auffängt und einen nichtrotierenden Aktor ermöglicht.
    • Schlußbemerkungen
  • Die Varianten 1 bis 4 sind beispielhaft zu sehen. Progressiv gestufte Getriebe (Varianten 1 bis 3) sind dabei als Gruppengetriebe schwieriger zu gestalten als geometrisch gestufte Getriebe (Variante 4). Wert gelegt wurde darauf, mit möglichst wenigen Schaltelementen auszukommen. Dafür wurde auf Lastschaltmöglichkeiten vorzugsweise bei den hohen Gängen verzichtet, wo Lastschaltungen auch nicht mehr so wichtig sind.
  • Schaltelemente können eingespart werden, weil die beiden Eingangswellen 23 und 24 mit ihren ohnehin vorhandenen Schaltmöglichkeiten (meist über Doppelkupplungen) in das Konzept mit einbezogen werden.
  • Bei allen Getriebevarianten besteht eine Welle 50 mit einem fest damit verbundenem Zahnrad 3y und zwei Losrädern 4y1 und 4y2, die über ein Schaltelement 36 mit Welle 50 verbunden werden können. Wenn das Zahnrad 4y2 drehfest mit Welle 50 verbunden ist, wird zwischen den Wellen 32 und 24 eine Drehrichtungsumkehr erzeugt, die für den Rückwärtsgang benutzt werden kann (hier immer mit angetriebener Welle 23, bei angetriebener Welle 24 wäre der zugehörige Rückwärtsgang sehr schnell). Bei den Varianten 1 und 2 arbeitet der Rückwärtsgang über ein Zahnrad und die Schaltelementstellung des 2. Ganges, bei der Variante 3 arbeitet der Rückwärtsgang über ein Zahnrad und die Schaltelementstellung des 1. Ganges und bei der Variante 4 arbeitet der Rückwärtsgang mit dem Zahnrad 36 und der Schaltelementstellung für die untere Hauptgruppe. Die weiteren Funktionen sind unabhängig von den Rückwärtsgängen, das Zahnrad 4y2 mit der zugehörigen Schaltelementstellung kann für die weiteren Funktionen also auch entfallen.
  • Wenn das Zahnrad 4y1 mit Welle 50 drehfest verbunden ist, wird zwischen den Drehzahlen der Wellen 23 und 24 ein konstanter Faktor (mit gleichem Drehsinn) erzeugt, wobei (hier) bei angetriebener Welle 23 die Drehzahl von Welle 24 ins Langsame und bei angetriebener Welle 24 die Drehzahl von Welle 23 ins Schnelle übersetzt wird. Dadurch kann ein zur Welle 24 gehöriger Gang (meist der 2. Gang) für einen weiteren Gang (meist der 1. Gang) benutzt werden, dies ist so bei den Varianten 1, 2 und 4 der Fall. (Bei der Variante 3 wird so aus dem 3. Gang der 2. Gang.) Außerdem kann ein zur Welle 23 gehöriger Gang für einen schnelleren Gang benutzt werden, dies ist der 5. Gang (vom 3. Gang her) bei den Varianten 1 und 2, der 6. Gang (vom 4. Gang her) bei der Variante 3 und der 4. Gang (vom 3. Gang her) bei der Variante 4. (Hier wird der 7. Gang vergleichbar über Welle 21 erzeugt.) Weitere Gänge sind möglich (siehe z. B. Variante 2).
  • Bei geometrisch gestuften Getrieben ohne weitere Gruppenumschaltungen sind so immer Lastschaltungen möglich (z. B. Gänge 1 bis 4 der Variante 4). Bei progressiv gestuften Getrieben geht der schnellere der beiden oberen gemeinsamen Gänge über 2 Gänge, und vom darunter liegenden Gang ist keine Lastschaltung möglich. Bei geometrisch gestuften Getrieben ergeben sich so gerade Gangzahlen, bei progressiv gestuften Getrieben ungerade Gangzahlen (Variantel mit 5 Gängen). Oder es sind weitere Maßnahmen notwendig (Varianten 2 und 3 mit 6 Gängen). Natürlich sind auch progressiv gestufte 7-Gang-Getriebe möglich.
  • Abgesehen von Variante 3 haben alle andern Getriebevarianten weniger Schaltelementstellungen als Gänge. Variante 3 hat mit 6 Vorwärts- und einem Rückwärtsgang auch 7 Schaltelementstellungen (weil ein zusätzliches Schaltelement für die Lastschaltung zwischen 2. und 3. Gang vorhanden ist). Dafür ist hier aber eine "Lastschaltung" zwischen 1. und Rückwärtsgang möglich.
  • Gegenüber herkömmlichen Getrieben werden hier also, bedingt durch die Drehzahländerungen der Wellen 23 und 24, sowohl Schaltelemente als auch Zahnräder eingespart.

Claims (16)

1. Schaltgetriebe mit reduzierter Anzahl von Schaltelementen mit zwei Eingangswellen 23 und 24, einer Vorgelegewelle 21 und einer weiteren Welle 50, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad 3x entweder fest mit Welle 23 verbunden ist (Varianten 1 bis 3) oder über ein Zahnradpaar mit Welle 23 kämmend verbunden ist (Zahnradpaar 3, 3a bei der Variante 4), daß mindestens ein weiteres Zahnrad als Losrad über ein Schaltelement mit Welle 50 drehfest verbunden werden kann, daß in der Regel zwei Zahnräder 4y1 und 4y2 über ein Schaltelement 36 mit Welle 50 drehfest verbunden werden können, daß das Zahnrad 4y1 entweder mit einem Zahnrad der Welle 24 kämmt (Zahnrad 4.1 bei den Varianten 1 bis 3) oder mit einem Zahnrad kämmt, das zu einem Zahnradpaar der Welle 24 gehört (Zahnrad 4a bei der Variante 4) und daß die Zahnraddurchmesser der Zahnradpaare 3x, 3y und 4y1 mit zugehörigem Zahnrad (4.1 bzw. 4a) so gewählt werden, daß mit Welle 50 drehfest verbundenem Zahnrad 4y1 und angetriebener Welle 23 die Drehzahl von Welle 24 ins Langsame bzw. bei angetriebener Welle 24 die Drehzahl von Welle 23 ins Schnelle übersetzt wird.
2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit drehfest mit Welle 50 verbundenem Zahnrad 4y2 und angetriebener Welle 23 die Welle 24 rückwärts dreht (Varianten 1 bis 3) oder daß ein Zahnrad 3d rückwärts dreht (Variante 4), weil der Weg über das Zahnrad 4y2 sich um eine Achse vom Weg über das Zahnrad 4y1 unterscheidet und daß das Zahnrad 4y1 und das Zahnrad 4y2 über die gemeinsame Achse 50 mit dem Zahnrad 3y drehfest gekoppelt werden können mit Hilfe des Schaltelementes 36.
3. Schaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn Zahnrad 4y1 über Schaltelement 36 drehfest mit Welle 50 verbunden ist, noch ein weiteres Schaltelement geschlossen wird, nämlich Schaltelement 35 zum Zahnrad 42a hin (Varianten 1 bis 3) oder Schaltelement 35 zum Zahnrad 4a hin (Variante 4) und damit bei angetriebener Welle 23 und langsamer drehender Welle 24 ein 2. Gang zu einem 1. Gang reduziert wird(Varianten 1, 2 und 4) oder ein 3. Gang zu einem 2. Gang reduziert wird (Variante 3) oder daß mit Schaltelement 37 geschlossen zum Zahnrad 3a hin (Varianten 1, 3 und 4) oder zum Zahnrad 3a2 hin (Variante 2) und bei angetriebener Welle 24 und damit schneller drehender Welle 23 ein 3. Gang zu einem 5. Gang erhöht wird (Varianten 1 und 2) oder ein 4. Gang zu einem 6. Gang erhöht wird (Variante 3) oder ein 3. Gang zu einem 4. Gang erhöht wird (Variante 4).
4. Schaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem zum Zahnrad 4y2 geschlossenem Schaltelement 36 zusätzlich ein weiteres Schaltelement geschlossen wird, und zwar Schaltelement 35 zum Zahnrad 4a2 hin (Varianten 1 und 2) oder Schaltelement 37 zum Zahnrad 4a3 hin (Variante 3) oder Schaltelement 35a zum Zahnrad 3d hin und daß so Rückwärtsgänge erzeugt werden.
5. Schaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad 4y1 mit einem größerem Zahnrad 4.1 der Welle 24 kämmt und der 1. Gang über ein kleineres Zahnrad 4.2 der Welle 21 weiter übertragen wird (Variante 1 und 2) oder daß das Zahnrad 4y1 mit einem größerem Zahnrad 4.1 einer Welle 21a kämmt und der 2. Gang über ein kleineres Zahnrad 4.2 der Welle 21a weiter übertragen wird (Variante 3) und mit dieser ohnehin schon vorhandenen Übersetzung zwischen den Zahnrädern 4.1 und 4.2 günstige Zahnraddurchmesser erzielt werden.
6. Schaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad 3.1 für den 6. Gang mit der Welle 23 für die ungeraden Gänge fest verbunden ist und dadurch eine Lastschaltung zwischen 4. und 6. Gang möglich ist und daß mit schneller drehender Welle 23 zusätzlich zum 5. Gang (vom 3. Gang her) noch ein Schnellgang (vom 6. Gang her) möglich ist (Variante 3).
7. Schaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle 21a durch ein Schaltelement 35a von Welle 21 gelöst werden kann, was eine Lastschaltung zwischen 1. und 2. Gang ermöglicht (Variante 3)
9. Schaltelement mit einer Schaltmuffe 60, einem Synchronkörper 61, einem Synchronring 63, einer Schaltverzahnung 68 auf z. B. einer Welle 21 mit z. B. Losrädern 4a1 und 4a2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmuffe 60 innerhalb des Synchronkörpers 61 angebracht ist, daß Synchronring 63 und Reibfläche 67 einen größeren Maximaldurchmesser besitzen als Schaltmuffe 60, daß der Synchronkörper 61 über einseitig angebrachte Verbindungsteile 62 mit Welle 21 verbunden ist, daß die Schaltmuffe 60 im Winkelbereich der Verbindungsteile 62 mit Einfräsungen 62a versehen ist, daß Welle 21 Schlitze 69 aufweist und daß ein Verbindungsteil 64 fest mit Schaltmuffe 60 verbunden ist und durch Schlitze 69 hindurch eine Verbindung zwischen Betätigungselementen in der hohlen Welle 21 und der Schaltmuffe 60 ermöglicht.
10. Schaltelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Synchronkörpers 60 über einen drehbar gelagerten Stift 60 nach außen übertragen und von einem Sensor erfaßt wird oder daß ein breiterer Sensor 65 in einem Zwischenraum zwischen Synchronkörper 61 und Synchronring 63 gelagert wird und die Gesamtbewegung der Schaltmuffe 60 erfassen kann.
11. Betätigungselement in einer Bohrung 70 der Welle 21 mit einem oder mehreren Ölkanälen 74, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung 70 durch einen Kolbenhalter 71 mit zwei Kolben 71a und 71b in zwei ölgefüllte Anteile 70a und 70b und einen ölfreien Rest aufgeteilt wird, daß im ölfreien Rest der Verbindungsstift 64 durch eine Bohrung im Kolbenhalter 71 gesteckt wird, daß die Bohrung 70 durch eine nicht rotierende Ölzufuhreinheit 77 abgeschlossen wird und daß der Anteil 70b direkt von der nicht rotierenden Leitung 73 mit Öl versorgt wird.
12. Betätigungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhalter 71 eine Bohrung 76 aufweist, daß in diese Bohrung 76 ein nicht rotierender Sensor 75 eintaucht und die Stellung des Kolbenhalters 71 erfassen kann.
13. Betätigungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenhalter 71 eine konzentrische Bohrung 76 besitzt, daß in diese Bohrung 76 eine konzentrische nicht rotierende Leitung 72 eintaucht und der Anteil 70a von der Bohrung 76 aus über Bohrungen 79 oder eine weitergeführte Bohrung 76 mit Öl versorgt wird.
14. Betätigungselement mit einer Bohrung 70, Schlitzen 69 und einem Verbindungsstift 64, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial verschiebbare und mitrotiernde Achse 80 direkt mit einem mitrotierenden Kolben 82 verbunden ist, der in einem stehenden Gehäuse 81 als Betätigungselement wirkt.
15. Betätigungselement mit einer Bohrung 70, Schlitzen 69, einem Verbindungsstift 64 und einer mitrotierenden axial verschiebbaren Achse 80, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet 83 direkt mit der mitrotierenden Achse 80 verbunden ist, durch nicht rotierende Spulen 84 beeinflußt wird und über eine Achse 85 mit einem axial verschiebbaren Lager abgestützt werden kann.
16. Betätigungselement mit einer Bohrung 70, Schlitzen 69, einem Verbindungsstift 64 und einer mitrotierenden axial verschiebbaren Achse 80, dadurch gekennzeichnet, daß von der Achse 80 durch ein Drehlager ein nicht rotierender Abschnitt abgekoppelt wird und so eine axiale Betätigung erfolgen kann.
17. Betätigungselement nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bewegung der Achse 80 durch einen äußeren Sensor erfaßt wird.
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