DE10225331A1

DE10225331A1 - Lastschaltgetriebe mit Zentralsynchronisiertung

Info

Publication number: DE10225331A1
Application number: DE2002125331
Authority: DE
Inventors: Richard Boisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-15
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2003-12-24

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
ISBN 3-8169-1808-5
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 Drahzahlen) 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 10 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 ihr Lastschaltvorgänge zwei Planetensätze 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 ihr 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 diese 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 Nebenwelle. 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.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 102 06 584.5 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe, die aber keine Möglichkeit der Zentralsynchronisation besitzen.

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, den dazugehörigen Zahnrädern und den Schaltelementen 36a und 36b eine Zentralsynchronisierung erfolgen kann, so dass in der Regel die anderen Schaltelemente unsynchronisiert ausgeführt werden können. Wie in den vorausgegangenen Anmeldungen sind über Welle 50 zusätzliche Gänge (einschließlich Rückwärtsgänge) möglich. Dadurch ergeben sich kurzbauende Getriebe mit einfachen Schaltelementen.
Außerdem wird beschrieben, wie ABS-Pumpe und Servopumpe für die Schaltaktoren über ein Speicherelement gekoppelt werden und sich damit gegenseitig unterstützen können und die Aktoren in das Getriebe integriert werden können.

Beschreibung der Erfindung

Die Beschreibung erfolgt anhand der zugehörigen Prinzipzeichnungen. Es zeigen
Fig. 1 Prinzipdarstellungen eines 7(8)-Gang-Getriebes mit progressiven Gangabstufungen in einer Variante 1
Fig. 2 Prinzipdarstellungen eines 9-Gang-Getriebes mit geometrischen Gangabstufungen in einer Variante 2
Fig. 3 Prinzipdarstellung eines Speicherelementes für 2 Speichermedien
Fig. 4 Prinzipdarstellung eines integrierten Aktors

Vorbemerkungen

Die Getriebevarianten, vorzugsweise ihr Kraftfahrzeuge, haben alle konzentrische Eingangswellen 23 und 24, die z. B. über Doppelkupplungen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt werden können. Die Drehung der Vorgelegewelle 21 wird über ein Zahnrad 3c (Variante 1) oder über eine Welle 13 (Variante 2) zur Achsübersetzung und damit zu den Antriebsrädern weiter geleitet. Die Schaltelemente werden z. B. über elektrische, pneumatische oder hydraulische Betätigungselemente mit Hilfe eines elektronischen 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 7(8)-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiven Gangsprüngen in Gruppenbauweise. Das Grundgetriebe ist ein Vorgelegegetriebe mit den Wellen 23/24 und 21. Hier sind zwei Möglichkeiten für Rückwärtsgänge eingezeichnet. Eine Möglichkeit besteht aus dem mit dem Zahnrad 4a2 kämmenden Zahnrad 4x2 und dem zweiseitig wirkendem Schaltelement 36c. Dann sind Welle 50a, Zahnräder 3y2 und 4y1 und Schaltelement 36d nicht vorhanden. Die andere Möglichkeit besteht aus der Welle 50a mit den Zahnrädern 3y2 und 4y1 und dem Schaltelement 36d. Dann sind das Zahnrad 4x2 und das Schaltelement 36c nicht vorhanden und das Zahnrad 4x1 ist fest mit Welle 50 verbunden.
Für die Vorwärtsgange ist Zahnrad 4x1 (entweder über Schaltelement 36c oder direkt) mit Welle 50 verbunden. Die Schaltelemente 36a und 36b sollen leistungsfähige Synchronelemente sein, alle anderen Schaltelemente können unsynchronisiert sein. Mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 und geschlossenem Schaltelement 36b arbeitet der 1. Gang von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3.2, 3x2 und 4x1, 4.1 und 4.2, 4a2 zur Welle 21 hin, wobei Welle 24 im 1. Gang um den Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang langsamer dreht als Welle 23. Der 2. Gang arbeitet von Welle 24 her bei weiterhin nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 direkt über das Zahnradpaar 4.2, 4a2 zur Welle 21, der 3. Gang arbeitet mit nach links geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 3.2, 3a2, der 4. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 4.1, 4a1, der 5. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 3.1, 3a1 und der 6. Gang mit geschlossenem Schaltelement 38 über das Zahnradpaar 4.3, 4a3. Da der Antrieb abwechselnd über die Wellen 23 und 24 erfolgt, sind immer Lastschaltungen möglich.
Bei geschlossenem Schaltelement 36 und angetriebener Welle 24 dreht die Welle 23 um den Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang schneller als Welle 24. Damit ist noch ein 7. Gang möglich, wenn Schaltelement 35 nach rechts geschlossen ist und damit der 5. Gang zu einem 7. Gang hochgesetzt wird. Vom 6. zum 7. Gang ist keine Lastschaltung möglich. Allerdings ist vom 5. zum 7. Gang Last- Schaltung möglich, was für schnelle Rückschaltungen vom 7. zum 5. Gang (z. B. bei Überholvorgängen) wichtig sein kann.
Bei geschlossenem Schaltelement 36a und angetriebener Welle 23 dreht Welle 24 um den Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang schneller als Welle 23. Damit kann mit geschlossenem Schaltelement 38 der 6. Gang zu einem 3. Gang hochgesetzt werden. Auch hier besteht keine Lastschaltmöglichkeit zwischen 7. und 3. Gang, allerdings wieder zwischen 6. und 3. Gang. Wenn das Zahnradpaar 4.3, 4a3 und das Schaltelement 38 entfällt, kann der 4. Gang zu einem 6. Gang hochgesetzt werden. Man hat mit dieser Getriebekonzeption also viele Möglichkeiten.
Der Rückwärtsgang mit Welle 50a (und ohne Zahnrad 4x2 und Schaltelement 36c) arbeitet mit geschlossenem Schaltelement 36d und nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 (alle anderen Schaltelemente sind geöffnet) von Welle 23 her über die Zahnräder 32, 3a2, 3y2 zur Welle 50a und über das Zahnradpaar 4y1, 4.1 zur Welle 24, die jetzt rückwärts dreht. Diese Drehung wird über das Zahnradpaar 42, 4a2 auf Welle 21 übertragen. Der Rückwärtsgang ohne Welle 50a (mit Zahnrad 4x2 und Schaltmuffe 36c) arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelementen 35 und 36e und geschlossenem Schaltelement 36a (alle anderen Schaltelemente sind geöffnet) bei angetriebener Welle 24 über Zahnradpaar 4.2, 4a2, 4x2 zur Welle 50, die jetzt rückwärts dreht und weiter über die Zahnräder 3x1, 3.1, 3a1 zur Welle 21. So ist noch ein weiterer sehr langsamer Rückwärtsgang möglich, wenn Schaltelement 35 statt nach rechts nach links geschlossen ist.
Die Variante mit Welle 50a benötigt ein Zahnrad und eine Welle mehr, dafür ist das Schaltelement 36d einfacher als das Schaltelement 36c. Die Umschaltvorgänge zwischen dem 1. und Rückwärtsgang sind sehr viel einfacher als bei der anderen Variante und der Rückwärtsgang wird über die Zahnräder des 2. Ganges (und nicht des 5. bzw. 3. Ganges) übertragen, was von der Belastung her günstiger ist. Wenn bei dieser Variante kein 3. Gang benutzt wird (bzw. der 4. Gang nicht zu einem 6. Gang hochgesetzt wird), muß das Zahnrad 3x1 nur Synchronisierungsmomente übertragen und kann entsprechend schwach ausgelegt werden. Andererseits hat die Variante ohne Welle 50a weniger Bauteile und es ist noch ein zusätzlicher sehr langsamer Rückwärtsgang (z. B. für Rangierfahrt) möglich.
Das (für die Vorwärtsgänge) mit Welle 50 verbundene Zahnrad 4x1 und die beiden Zahnräder 3x1 und 3x2 mit den zugehörigen Schaltelementen 36a und 34b ermöglichen eine Zentralsynchronisierung. Wenn die Welle 23 angetrieben und Schaltelement 36b geschlossen wird, ändert sich die Drehzahl von Welle 24 um den Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang zu niedrigen Drehzahlen hin. Für Hochschaltvorgänge in den 4. und 6. Gang (mit kleineren Gangsprüngen) kann dieser Drehzahlsprung durch geregeltes "Ansynchronisieren" ausgenutzt werden, d. h. das Schaltelement 36b wird nur so lange betätigt, bis die gewünschte Drehzahl von Welle 24 erreicht ist. (Außerdem bewirkt - wie oben beschrieben - das geschlossene Schaltelement 36b den 1. Gang.) Wenn weiterhin Welle 23 angetrieben und Schaltelement 36a geschlossen wird, dreht Welle 24 um den Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang schneller als Welle 23 (mit den gezeichneten Abmessungen der Zahnräder). Dieser Drehzahlsprung wird für den Rückschaltvorgang vom 3. zum 2. Gang benötigt. Für den Rückschaltvorgang vom 5. zum 4. Gang wird eine kleinerer Drehzahlsprung benötigt, dies ist wiederum durch "Ansynchronisieren möglich. (Außerdem kann so auch der 2. Gang zu einem 3. Gang hochgesetzt werden, allerdings mit eingeschränkten Lastschaltmöglichkeiten.) Wenn Welle 24 angetrieben wird und Schaltelement 36a geschlossen ist, wird die Drehzahl von Welle 23 um den Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang ins Langsame übersetzt. Dieser Drehzahlsprung ist notwendig zur Synchronisation des Hochschaltvorganges zwischen 2. und 3. Gang. Der Hochschaltvorgang vom 4. zum 5. Gang kann wieder durch geregeltes "Ansynchronisieren" erfolgen. Wenn bei angetriebener Welle 24 Schaltelement 36b geschlossen wird, dreht Welle 23 um den Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang schneller als Welle 24. Dieser Drahzahlsprung wird durch "Ansynchronisieren" ihr die Rückschaltungen in den 5. und 3. Gang benutzt (die Rückschaltung in den 1. Gang erfolgt direkt über Schaltelement 36b.) Hier werden also die Zahnräder des 3., 4. und 5. Ganges (Zahnräder 32,4.1, 3.1) mit den zugehörigen Zahnrädern 3x2, 4x1, 3x1 benutzt, um die Sprünge zwischen 1. und 2. Gang und 2. und 3. Gang zu erzeugen. Dies ist trotz der progressiven Stufung möglich, wenn der Abstand zwischen den Wellen 23/24 und Welle 50 kleiner ist als der Abstand zwischen den Wellen 23/24 und der Welle 21. Außerdem können über die Welle 50, wie oben beschrieben, weitere Gänge erzeugt werden. So sind auch temporäre Zusatzgänge möglich, indem eine schnelle Rückschaltung über zwei Gänge durch die Drehzahlsprünge zwischen 1. und 2. bzw. 2. und 3. Gang simuliert wird (als Lastschaltung ist dann allerdings nur ein Hochschaltvorgang in den ursprünglichen Gang möglich). Natürlich können die Schaltelemente 36a und 36b auch zu einem zweiseitig wirkenden Schaltelement zusammengefasst werden. Grundsätzlich sind auch andere Anordnungen möglich, dies ist aber wohl der günstigste Fall.
Die Vorwärtsgänge können also alle über die Schaltelemente 36a und 36b synchronisiert werden bzw. werden direkt über diese Schaltelemente geschaltet (1. Gang, 7. und 8. bzw. 6. und 7. Gang). Die Umschaltung in den Rückwärtsgang (Schaltelement 36c bzw. 36d) kann beim Stillstand des Fahrzeuges erfolgen. Hier sind aber noch weitere Möglichkeiten gegeben, wie im nächsten Absatz beschrieben wird.
Das Bauteil 60 kann eine außerhalb des Getriebegehäuses angebrachte Riemenscheibe mit einer elektronisch steuerbaren Kupplung oder ein ähnliches Funktionsteil sein (ab jetzt Riemenscheibe 60 genannt). Diese Riemenscheibe 60 kann über einen Riemen mit einer Elektromaschine verbunden sein, wobei der Riementrieb zur Elektromaschine hin ins Schnelle übersetzen kann. Über die schaltbare Riemenscheibe kann die Elektromaschine also mit Welle 50 drehzahlmäßig gekoppelt oder entkoppelt werde. Damit sind viele Funktionen möglich. Diese Elektromaschine kann wie ein herkömmlicher Startermotor ausgelegt sein. Der Startvorgang erfolgt dann mit gekoppelter Riemenscheibe 60, geschlossenem Schaltelement 36a und zur Welle 23 gehörigen Kupplung geschlossen. Dies hat den Vorteil, dass die Getriebeübersetzung der Zahnräder 3x1 und 3.1 für den Startvorgang mit ausgenutzt wird und deshalb die Übersetzung über den Riementrieb nicht so groß sein muss und damit das Drehmoment für den Riementrieb entsprechend kleiner ist. Denkbar ist, dass die Elektromaschine nach dem Startvorgang bei niedrigen Motordrehzahlen weiterhin (kurzfristig) gekoppelt bleibt und im Generatorbetrieb den Ladungsverlust der Starterbatterie ausgleichen kann. Während der Synchronisationsvorgänge sollte die Elektromaschine abgekoppelt sein, damit die Synchronisationseinrichtungen nicht zu stark belastet werden. Weiterhin kann diese Elektromaschine Synchronisationen für die Umschaltung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang bei rollendem Fahrzeug bewirken, Außerhalb der Synchronisationsvorgänge und wenn nicht im 1. oder Rückwärtsgang gefahren wird, kann über ein Batteriemanagement die Drehzahl von Welle 50 so eingestellt werden, dass sie schneller als Welle 23/24 dreht (durch Schließen von Schaltelement 36a oder 36c nach links), so dass die Elektromaschine (Startermotor) in diesem Betriebszustand als zusätzlicher Generator arbeiten kann. Im Generatorbetrieb kann außerdem eine Synchronisation für Hochschaltvorgänge erfolgen, da im Generatorbetrieb die Drehzahl von Welle 50 abgebremst wird. Im automatisierten Betrieb, wenn also die Synchronisationsvorgänge nicht sehr schnell erfolgen müssen, kann die Elektromaschine immer mitlaufen. Bei einem Schaltvorgang zur Welle 23 hin wird Welle 50 über das Zahnradpaar 4.1, 4x1 von Welle 24 angetrieben und ist vom Synchronisationsvorgang nicht betroffen. Bei Hochschaltungen zur Welle 24 hin bewirkt der Generatorbetrieb einen (langsamen) Synchronisationsvorgang (wie oben beschrieben). Und bei Rückschaltungen zur Welle 24 hin kann die Elektromaschine in den Motorbetrieb geschaltet werden (bei gleichzeitig kurzfristig erhöhter Leistung des Generators). Vorteilhaft ist es also, wenn der Startermotor schaltbar mit der Welle 50 gekoppelt werden und in verschiedenen Betriebszuständen weitere Aufgaben erfüllen kann, z. B. den herkömmlichen Generator und Synchronisationsvorgänge zu unterstützen.
Wenn Schaltelement 36a durch eine Kupplung ersetzt wird, kann ohne Schaltelement 38 und Zahnradpaar 4.3, 4a3 ein 6. Gang als hochgesetzter 4. Gang mit Lastschaltmöglichkeit realisiert werden, wobei so Rückschaltsynchronisierungen zur Welle 24 hin mit eingeschalteten Generator erfolgen können. Wenn Schaltelement 36b durch eine Kupplung ersetzt wird, kann eine Lastschaltung vom 6. Gang zum 7. Gang als hochgesetzter 5. Gang erfolgen. Man hat also viele Möglichkeiten zur Auslegung des Getriebes.
Fig. 1b) zeigt die räumliche Anordnung der Achsen und wo welche Zahnräder miteinander kämmen.
Fig. 1c) schließlich zeigt die relative Lage der Übersetzungen in logarithmischer Darstellung.

Variante 2

Die in Fig. 2a) skizzierte Variante 2 ist ein 9-Gang-Lastschaltgetriebe mit geometrischer Gangabstufung in Gruppenbauweise. Das Grundgetriebe hat 4 Gänge und wird über die Welle 50 mit 2 zusätzlichen Gängen ausgestattet, wobei hier wieder eine Zentralsynchronisierung über die Schaltelemente 36a und 36b erfolgt. Bei geschlossenem Schaltelement 38 sind 3 weitere Gänge möglich. Das Zahnradpaar 3c, 3d überträgt die unteren 6 Gänge zur Welle 13, die zu den Antriebsrädern führt.
Die Vorwärtsgänge arbeiten mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 36c. Der 1. Gang arbeitet mit nach links geschlossenem Schaltelement 35 und geschlossenem Schaltelement 36b von der Welle 24 her über die Zahnradpaare 4.2, 4x2 und 3x1, 3.1 und 3.2, 3a2 zur Welle 21, wobei jetzt Welle 23 um einen Gangsprung langsamer dreht als Walte 24. Der 2. Gang arbeitet mit weiterhin nach links geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 3.2, 3a2, der 3. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 4.2, 4a2, der 4. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 35 über das Zahnradpaar 3.1, 3a1 und der 5. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement 37 über das Zahnradpaar 4.1, 4a1 zur Welle 21. Der 6. Gang schließlich arbeitet mit weiterhin nach links geschlossenem Schaltelement 37 und geschlossenem Schaltelement 36b von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3.1, 3x1 und 4x2, 42 und 4.1, 4a1, wobei Welle 24 jetzt um einen Gangsprung schneller dreht als Welle 23. Da diese Gänge abwechselnd über Welle 23 und 24 arbeiten, sind immer Lastschaltungen möglich.
Die Gange 7 bis 9 arbeiten mit geschlossenem Schaltelement 38 und geöffneten Schaltelementen 35 und 37 (Welle 21 läuft dann leer mit). Vom 6. zum 7. Gang ist keine Lastschaltung möglich (was bei Nutzfahrzeuggetrieben in den höheren Gängen auch nicht mehr so wichtig ist). Schaltelement 38 kann von der Zentralsynchronisierung (siehe unten) nicht synchronisiert werden und sollte deshalb eine Synchronisationseinrichtung haben. (Wenn die Welle 50 entsprechend der Variante 1 mit einer Elektromaschine gekoppelt ist, kann von dort her eine Synchronisation erfolgen.)
Der 7. Gang arbeitet (mit weiterhin nach rechts geschlossenem Schaltelement 36c) von Welle 23 her mit geschlossenem Schaltelement 36a aber die Zahnradpsare 3.1, 3x1 und 4x1, 4.1 zur Welle 24 (die jetzt um einen Gangsprung langsamer dreht als Welle 23) und von dort direkt zur Welle 13. Der 8. Gang ist die direkte Durchschaltung von Welle 24 zur Welle 13 und der 9. Gang arbeitet mit geschlossenem Schaltelement 36b von Welle 23 her über die Zahnradpaare 3.1, 3x1 und 4x2, 42 zur Welle 24 (die jetzt um einen Gangsprung schneller dreht als Welle 23) und von dort direkt zur Welle 13.
Der Rückwärtsgang arbeitet mit geöffnetem Schaltelement 38 (wie bei den unteren 6 Gängen), nach links geschlossenen Schaltelementen 35 und 36c und geschlossenem Schaltelement 36b von der Welle 24 her über die Zahnradpaare 4.2, 4x2 und 3x2, 3a2 zur Welle 21 (die jetzt rückwärts dreht) und von dort weiter über das Zahnradpaar 3c, 3d zur Welle 13. (Schnellere Gänge sind möglich.)
In den Vorwärtsgängen mit nach rechts geschlossenem Schaltelement 36c bewirken die der Welle 50 zugeordneten Zahnräder 3x1, 4x1 und 4x2 mit den zugehörigen Schaltelementen 36a und 36b (die leistungsfähige Synchronisationseinrichtungen haben sollten), dass sowohl Welle 23 bei angetriebener Welle 24 als auch Welle 24 bei angetriebener Welle 23 um einen Gangsprung nach oben und nach unten synchronisiert werden kann und deshalb eine Zentralsynchronisierung erfolgen kann (mit Ausnahme der Übergänge zwischen 6. und 7. Gang). Auch hier wird diese Zentralsynchronisierung zu weiteren Gängen (hier 4) ausgenutzt und aber die Welle 50 kann mit einem zusätzlichen Zahnrad und Schaltelement ein Rückwärtsgang realisiert werden. Aufgrund der geometrischen Gangabstufungen ist dies einfacher als bei der Variante 1. Der Achsabstand Wellen 23/24 zur Welle 50 kann hier gleichgroß sein wie zur Welle 21. Die Streuungen der Übersetzungen sollten so gewählt werden dass über die Welle 50 die größeren Gangsprünge realisiert werden, damit immer eine sichere Zentralsynchronisierung gewährleistet ist. Dies kann auf jeden Fall erreicht werden, wenn der Abstand zwischen Wellen 23/24 und Welle 50 etwas kleiner gewählt wird als der Abstand zur Welle 21.
Auch hier kann es sinnvoll sein, den Startermotor (schaltbar) mit Welle 50 zu koppeln. Wenn der Startvorgang mit geschlossenem Schaltelement 36a über die Welle 24 erfolgt, ist auch hier die Getriebeübersetzung hilfreich. Außerdem kann dann der Startermotor zur Synchronisation des Schaltelementes 38 herangezogen werden und die bei der Variante 1 beschriebenen Zusatzfunktionen ausführen.
Bei entsprechender Auslegung der Zahnräder kann jeder Gang aber die Zentralsynchronisation zu 3 Gangen erweitert werden. Dann kann aber keine Lastschalung über diese Dreiergruppen hinweg erfolgen und dieser Synchronisationsvorgang muss über den Startermotor erfolgen. Die Auslegung des Getriebes kann so erfolgen, dass bei den unteren Gängen (1, 2, 3, . . . Gange) eine Lastschaltung mit der Erweiterung um 2 Gänge erfolgen kann und die oberen Gänge in Dreiergruppen zusammengefasst werden.
Fig. 2b) zeigt die räumliche Anordnung der Achse und wo welche Zahnräder miteinander kämmen. Mit den gezeichneten Abmessungen beträgt der Gangsprung etwa 1,3 und der 9. Gang wird tun einen Gangsprung ins Schnelle Übersetzt.

Variante 3

ABS-Pumpe und Servopumpe für z. B. hydraulisch betätigte Getriebeaktoren haben etwa den gleichen Druckbereich. Allerdings sind unterschiedliche Arbeitsmedien üblich. Eine Kopplung beider Vorgänge kann man über einen gemeinsamen Druckspeicher 90 erreichen, der durch zwei elastische Membranen 91 in drei Bereiche geilt wird. Der Anteil 92 möge das Druckspeichermedium enthalten, der Anteil 93 z. B. die Bremsflüssigkeit (mit der Zuführung 95) und der Anteil 94 das Hydrauliköl (mit der Zuführung 96). Dies hat die Vorteile, dass nur ein Speicher benötigt wird und dass sich die beiden Pumpen (in Grenzen) gegenseitig unterstützen können. Wenn eine Pumpe total ausfällt, kann im Rahmen des noch vorhandenen Speicheranteils die andere Pumpe vorübergehend eine Notlaufeigenschaft bereitstellen. Und bei momentan hohem Leistungsbedarf einer Pumpe (oder bei reduzierter Pumpenleistung z. B. wegen eines Defektes) kann die andere Pumpe vorübergehend (unter Vergrößerung des eigenen Speichervolumens) zusätzlichen Druck aufbauen.

Variante 4

In der Anmeldung 102 06 584.5 wurden in die Getriebewellen integrierte mitrotierende Aktoren vorgestellt. Das bedeutet dass kein spezielles Hydrauliköl benutzt werden kann (wegen der Leckverluste), sondern dass Getriebeöl (oder Luft) als Arbeitsmedium benutzt werden muss. Hier wird nun vorgestellt, wie nicht mitrotierende Elemente platzsparend integriert werden können.
Dazu ist (z. B.) Welle 21 von den Enden her so aufgebohrt, dass eine Stange 80 in die kleinere Bohrung und ein äußeres nicht rotierendes Gehäuse 83 in die größere Bohrung der Welle 21 passt. In dem äußeren Gehäuse 83 steckt ein inneres Gehäuse 81 als Arbeitszylinder, der durch einen Kolben 82 in die Bereiche 70a und 70b geteilt wird. Der Zwischenraum zwischen beiden Gehäusen sollte in zwei abgegrenzte Bereiche aufgeteilt sein, dessen oberer Bereich eine Ölversorgung des Bereiches 70a vom Anschluss 72 her über die Zuführung 84 sicherstellt. Der Bereich 70b kann direkt vom Anschluss 73 her mit Öl versorgt werden (und von hier kann auch ein Messvorgang für die Kolbenstellung erfolgen). Im Bereich des Durchtrittes der Stange 80 durch die Gehäuse 81 und 83 sollte eine Ringnut 87 vorhanden sein, die über den anderen Zwischenraum mit dem Anschluss 88 verbunden ist, aber den eventuell vorhandenes Lecköl abgeführt werden kann.
Die Stange 80 ist mit einer Bohrung oder besser (aus Festigkeitsgründen) einem Schlitz 87 versehen, durch den ein Verbindungsteil zum Schaltelement hindurchgeführt werden kann. Dann rotiert die Stange 80 mit der Drehzahl von Welle 21. Diese Rotation kann z. B. durch ein Lager zwischen Stange 80 und Kolben 82 aufgefangen werden. Dann ist es sinnvoll, eine Positionierungseinrichtung bestehend z. B. aus einer Nase 85 und einer Nut 86 anzubringen (oder eine Markierung 86a), damit für Montagezwecke die Lage des Schlitzes 87 festgelegt werden kann.
Der Aktor ist also feststehend mit dem Getriebegehäuse 89 verbunden und wird in eine Bohrung der (rotierenden) Welle 21 geschoben, wobei der Obergang zwischen rotierenden Anteil und stehendem Anteil im Aktor, in der Welle 80 mit einem (für Montagezwecke vorübergehend festgesetztem) Drehlager oder in dem Übergang zwischen Welle 80 und dem Verbindungsteil erfolgen kann. Diese Bauart ermöglicht eine platzsparende Integration von Aktoren.

Schlußbemerkungen

Die Getriebevarianten 1 und 2 sind so konzipiert, dass die Schaltelemente möglichst von den Enden der Wellen her zugänglich sind und Aktoren nach Variante 4 einsetzbar sind. Deshalb ist das Schaltelement 38 der Welle 24 zugeordnet und nicht der Welle 21 (gilt nicht für das Schaltelement 38 der Variante 2).
Wenn bei der Variante 1 das Schaltelement 36a oder 36b durch eine Kupplung ersetzt wird, ist es sinnvoll, die Anordnung der Zahnräder so zu vertauschen, dass das zur Kupplung zugehörige Zahnrad 3x1 oder 3x2 die äußere Lage des Zahnrades 4x2 einnimmt und somit genügend Platz für diese Kupplung vorhanden ist.

Claims

1. Lastschaltgetriebe mit Zentralsynchronisierung und zwei Eingangswellen 23 und 24, einer Vorgelegewelle 21 und einer Nebenwelle 50, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad 4x1 mit einem Zahnrad 4.1 der Welle 24 kämmt (Variante 1) oder dass ein Zahnrad 3x1 mit einem Zahnrad 3.1 der Welle 23 kämmt (Variante 2) und über ein Schaltelement 36c mit der Welle 50 drehfest verbunden werden kann oder dauernd drehfest verbunden ist, dass ein Zahnrad 3x2 mit einem Zahnrad 32 des nächstniedrigeren Ganges kämmt (Variante 1) oder dass ein Zahnrad 4x2 mit einem Zahnrad 4.2 des nächstniedrigeren Ganges kämmt (Variante 2) und mit einem Schaltelement mit Synchronisationseinrichtung 36b mit Welle 50 drehfest verbunden werden kann, dass ein Zahnrad 3x1 mit einen Zahnrad 3.1 des nächsthöheren Ganges kämmt (Variante 1) oder dass ein Zahnrad 4x1 mit einem Zahnrad 4.1 das nächsthöheren Ganges kämmt (Variante 2) und mit einem Schaltelement mit Synchronisierungseinrichtung 36a mit Welle 50 drehfest verbunden werden kann.

2. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad 4x2 mit einem Zahnrad 4a2 der Welle 21 kämmt (Variante 1) oder dass ein Zahnrad 3x2 mit einem Zahnrad 3a2 der Welle 21 kämmt (Variante 2) und über das Schaltelement 36c mit der Welle 50 drehfest verbunden werden kann.

3. Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad 3y2 fest verbunden mit einer Welle 50a mit dem Zahnrad 3a2 der Welle 21 kämmt und dass ein Zahnrad 4y1 mit dem Zahnrad 4.1 der Welle 24 kämmt und über ein Schaltelement 36d drehfest mit der Welle 50a verbunden werden kann (Variante 1).

4. Lastschaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die meisten anderen Schaltelemente (außer Schaltelement 36a und 36b) ohne Synchronisierungseinrichtung sind und dass die Schaltelemente 36a und 36b zu einem zweiseitig wirkenden Schaltelement zusammengefasst werden können.

5. Lastschaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Schaltelemente 36a oder 36b durch eine Kupplung ersetzt wird und dass die Anordnung der Zahnräder so verändert wird, dass das zu dieser Kupplung zugehörige Zahnrad an der Stelle des Zahnrades 4x2 der Variante 1 angebracht wird.

6. Lastschaltgetriebe nach mindestens Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Bauteil 60 mit der Welle 50 drehfest verbunden werden kann und eine Drehverbindung zwischen einer Elektromaschine und der Welle 50 herstellen kann und dass diese Elektromaschine als Startermotor mit Zusatzfunktionen arbeiten kann.

7. Lastschaltgetriebe mit Servopumpe, dadurch gekennzeichnet, dass diese Servopumpe mit der ABS- Pumpe einen gemeinsamen Druckspeicher 90 hat und dass dieser Druckspeicher durch zwei elastische Membranen 91 in drei Bereiche geteilt wird, von denen ein Anteil 92 das Druckspeichermedium enthält, ein Anteil 93 die Bremsflüssigkeit und ein Anteil 94 das Hydrauliköl.

8. Lastschaltgetriebe mit Aktoren, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Aktor fest mit einem Getriebegehäuse 89 verbundene Gehäuse 81/83 hat, dass diese Gehäuse in eine Bohrung der rotierenden Welle 21 (z. B.) gesteckt werden, dass die Gehäuse 81/83 eine Ringnut 87 für Lecköl haben und dass dieses Lecköl über einen Anschluss 88 abgeführt werden kann.