DE10239540A1 - Rückwärtsgang und Zentralsynchronisierung für Lastschaltgetriebe - Google Patents
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Abstract
Description
- Stand der Technik
- In der
DE 198 50 549 A1 wird ein mehrgängiges Getriebe10 (10a) beschrieben, das zwei Eingangswellen12 ,13 und eine Ausgangswelle25 aufweist. Jede der Eingangswellen12 ,13 ist mit einer Kupplung29 ,30 verbunden und mit dieser vom Verbrennungsmotor11 des Kraftfahrzeuges trennbar. Ferner sind den beiden Eingangswellen12 ,13 eine oder zwei Elektromaschinen34 ,35 ,40 zugeordnet und mit diesen kraftschlüssig verbunden, die sich auf der dem Verbrennungsmotor11 abgewandten Seite der Kupplungen29 ,30 befinden. Mittels des bzw. der Elektromaschinen34 ,35 ,40 kann insbesondere auf einen Anlasser und eine Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor11 verzichtet werden. Ferner lassen sich sowohl die Synchrondrehzahl der Eingangswelle12 ,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 202C2 (D1) wird eine Getriebeanordnung beschrieben, bei der eine Brennkraftmaschine direkt mit dem Seitenzahnrad11 eines Differentialgetriebes10 verbunden ist. Das parallel dazu angeordnete Seitenzahnrad12 ist über ein Stirnradgetriebe24 ,25 mit einem Elektromotor5 verbunden. Die Ritzelzahnräder13 und14 führen über die Ritzelwelle15 und über ein Stirnradgetriebe16 ,20 zu einem weiteren Getriebe3 . Das Differentialgetriebe10 kann weder verblockt noch auf einer Seite (Seitenzahnrad12 ) festgesetzt werden, so daß das Seitenzahnrad12 bei angetriebenem Kraftfahrzeug immer das gleiche Drehmoment aufweisen muß wie das Seitenzahnrad11 , damit eine Drehmomentübertragung zur Ritzelwelle15 hin erfolgen kann. Dieses Drehmoment muß damit permanent vom Elektromotor5 geliefert werden. Die in der Beschreibung angegebene Funktion, daß während des Antriebsvorganges der Elektromotor als Generator dienen kann, führt zu dem Zustand, daß die Ritzelwelle15 (nahezu) steht und das Seitenzahnrad12 gegenüber dem Seitenzahnrad11 rückwärts dreht und so den Generator antreibt. Für die Fortbewegung des Fahrzeuges muß also vom Elektromotor5 permanent ein Antriebsdrehmoment geliefert werden, was letztendlich schnell zum Entladen der Bordnetzbatterie führen wird. - In der Offenlegungsschrift
DE l96 50 723 A1 (D2) wird ein Steuersystem für Fahrzeugantriebseinheiten vorgestellt, bei dem ein Motor – Generator21 direkt mit dem Sonnenrad eines Planetensatzes30 verbunden ist. Der Planetensatz kann über eine Kupplung36 verblockt werden. Im Gegensatz zur vorliegenden Anmeldung benötigt die in D2 beschriebene Fahrzeugantriebseinheit eine Anfahrkupplung31 , das Sonnenrad des Planetensatzes30 kann nicht festgesetzt werden (der Planetensatz30 hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge) und der Motor–Generator21 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes4 . - In der Patentschrift
DE 196 06 771C2 (D3) wird ein Hybridantrieb beschrieben, bei dem zwischen der Eingangswelle1 (mit der Brennkraftmaschine verbunden) und der Ausgangswelle12 (zu den Antriebsrädern führend) zwei Elektromaschinen3 und4 und umschaltbare Planetensätze5 ,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 Kupplung11 immer ein von der Elektromaschine3 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 Elektromaschine2 auf das Sonnenrad eines Planetensatzes35 wirkt (siehe z.B.2 ) und daß dieser Planetensatz über eine Kupplung36 verblockt werden kann. Ähnlich wie in D2 kann aber das Sonnenrad des Planetensatzes35 nicht festgesetzt werden und dieser Planetensatz hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge und die Elektromaschine2 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes4 . - Die Anmeldung
WO 98/406 47 18 , wobei das Getriebe über eine Reibkupplung mit der Brennkrafmaschine koppelbar ist und eine elektrische Maschine mit Hilfe einer Kupplung und eines Zwischengetriebes mit dem Getriebe18 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 synchronisier 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 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 Welle1 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. Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 102 06 584.5 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe, die aber keine Möglichkeit der Zentralsynchronisation besitzen.
- Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 102 25 331.5 beschreibt kurzbauende Lastschaltgetriebe mit einer Vorgelegewelle und einer Nebenwelle, bei der Zentralsynchronisierungsmöglichkeiten für weitere Gänge benutzt werden. Dadurch ist die Startergeneratoranbindung aber nicht bei allen Betriebszuständen vorteilhaft und es entfallen günstige Möglichkeiten für Rückwärtsgänge, wie sie in dieser Anmeldung beschrieben werden.
- Vorbemerkungen Beispielhaft werden zwei Getriebevarianten mit jeweils 7 Vorwärtsgängen mit progressiven Gangabstufungen vorgestellt (wobei der jeweils 7. Gang auch entfallen kann). Beide Getriebevarianten haben zwei Vorgelegewellen
21 und22 (wie bekannt), deren Drehung über die beiden mit dem Zahnrad3e kämmenden Zahnrädern3c und3e zur Welle13 übertragen wird (die zu den nicht gezeichneten Antriebsrädern führt). - Bedingt durch die beiden Vorgelegewellen
21 und22 ergeben sich günstige Möglichkeiten für einen Rückwärtsgang, der mit einem zusätzlichen Zahnrad und einem mit einem Vorwärtsgang gekoppelten Schaltelement auskommt. Beispiele werden bei den Varianten beschrieben. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, ein Zahnrad eines Vorwärtsganges durch ein Schieberad zu ersetzen, dann benötigt der Rückwärtsgang kein zusätzliches Zahnrad (siehe Beschreibung von Variante2 ). - Die Zentralsynchronisierung erfolgt über eine Welle
50 (wie bei der Anmeldung 102 25 331.5), wobei hier der Verzicht auf zusätzliche Gänge über diese Welle50 eine günstigere Anbindung eines Startergenerators ermöglicht. Was so bei zwei Vorgelegewellen beachtet werden muß, wird ebenfalls bei den Varianten beschrieben. Außerdem können bei Bedarf über die Welle50 weitere Gänge ermöglicht werden. - Bei beiden Varianten sind von den 4 doppelt wirkenden Schaltelementen (für insgesamt 8 Gänge) jeweils 2 der Welle
21 und2 der Welle22 zugeordnet. Dies ermöglicht, dass alle Schaltelemente vom Inneren der zugehörigen Welle her (z.B. nach Anmeldung 102 25 331.5) betätigt werden können. Das Schaltelement für den Rückwärtsgang und dem zugehörigen Vorwärtsgang muß dabei aber an die jeweiligen Erfordernisse angepasst sein. - Wie bekannt, haben die Getriebevarianten zwei Eingangswellen
23 und24 , die z.B. über Doppelkupplungen mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest gekoppelt werden können (was ja Lastschaltungen ermöglicht). Bei beiden Varianten arbeitet der 1. Gang über Welle24 und der Rückwärtsgang bei weiterhin eingeschaltetem 1. Gang über die Zahnräder des 1. Ganges von der Welle23 her (bei dann rückwärts drehender Welle24 ), was ermöglicht, dass 1. und Rückwärtsgang gleichzeitig eingeschaltet sein können und nur durch wechselnde Betätigung der Doppelkupplungen aktiviert werden. - 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. Dadurch Ergeben sich Lücken in der Reihenfolge der Numerierung.
- Beschreibung der Erfindung
- Die Beschreibung erfolgt anhand der zugehörigen Prinzipzeichnungen. Es zeigen
-
1 Prinzipdarstellungen eines 7-Gang–Getriebes mit progressiven Gangabstufungen in einer Variante1 -
2 Prinzipdarstellungen eines 7-Gang–Getriebes mit progressiven Gangabstufungen in einer Variante2 - Variante
1 - Die in
1a ) skizzierte Variante1 ist ein 7-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiven Gangabstufungen in Vorgelegebauweise mit 2 Vorgelegewellen21 und22 und den beiden Eingangswellen23 und24 . Die Zentralsynchronisierung erfolgt über Welle50 , wobei das mit Welle50 verbundene Bauteil60 ein Startergenerator oder eine Drehverbindungsmöglichkeit zu einem Startergenerator sein kann. Das zur Vorgelegewelle21 gehörige Zahnrad3c und das zur Vorgelegewelle22 gehörige Zahnrad3d kämmt jeweils mit dem Zahnrad3e , die zugehörige Welle13 leitet die Drehung weiter zu den Antriebsrädern. - Der 1. Gang arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelement
37 über das Zahnradpaar4.4 ,4a4 , der 2. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement35 über das Zahnradpaar3.2 ,3a2 , der 3. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement37 über das Zahnradpaar4.3 ,4a3 und der 4. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement35 über das Zahnradpaar3.1 ,3a1 . Diese Gänge arbeiten über Welle21 , Während der 5., 6. und 7. Gang über Welle22 arbeiten. Der 5. Gang arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelement38 über das Zahnradpaar4.2 ,4a2 , der 6. Gang mit geschlossenem Schaltelement34a über das Zahnradpaar3.1 ,3b1 und der 7. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement38 über das Zahnradpaar4.1 ,4a1 . Wie bekannt, ergeben die zwei Vorgelegewellen eine verkürzte Bauweise und für zwei Gänge (hier 4. und 6. Gang) genügt ein Antriebszahnrad (hier3.1 ). Da die Gänge abwechselnd über die Wellen23 und24 arbeiten und benachbarte Gänge nie ein gemeinsames Schaltelement besitzen, sind immer Lastschaltungen möglich. - Der Rückwärtsgang arbeitet mit geschlossenem Schaltelement
34b und nach rechts geschlossenem Schaltelement37 über das Zahnradpaar3.1 , 3bl (6. Gang), die Zahnräder4b3 ,4a3 und4.3 (Drehrichtungsumkehr für Welle24 ) und das Zahnradpaar4.4 ,4a4 (1. Gang). Diesen Vorgang kann man auch als Gruppengetriebe auffassen, wobei hierfür nur Zahnrad4b3 und Schaltelement34b notwendig sind. Weiter vorteilhaft ist, dass die Zahnräder4.3 und4.4 die notwendige Untersetzung für den Rückwärtsgang bewirken und nur das ohnehin stark drehmomentbelastete Zahnradpaar4.4 ,4a4 mit hohen Drehmomenten belastet wird. Weiter vorteilhaft ist, dass der 1. Gang für den Rückwärtsgang eingeschaltet bleibt und der Rückwärtsgang über Welle23 arbeitet, (der 1. Gang über Welle24 ), was „Lastschaltungen" zwischen 1. und Rückwärtsgang ermöglicht. - Notwendig für diesen Vorgang ist, dass über das Schaltelement
34b eine drehstarre Verbindung zwischen den Zahnrädern3b1 und4b3 unabhängig von Welle22 ermöglicht wird (da Welle22 im Rückwärtsgang entgegengesetzt zu den Zahnrädern 3b1 und 4b3 dreht). Notwendig dazu ist, dass die Zahnräder3b1 und4b3 unmittelbar benachbart angeordnet sind. - Wenn – wie gezeichnet – Schaltelemente
34a und34b dem Zahnrad3b1 zugeordnet sind, können sie als ein Schaltelement (mit einer Betätigungseinrichtung) ausgeführt werden, da so insgesamt nach links verschoben eine Verbindung zwischen Zahnrad3b1 und Welle22 (6. Gang) und insgesamt nach rechts verschoben eine Verbindung zwischen Zahnrädern3b1 und4b3 (Rückwärtsgang) hergestellt wird. - Die Zentralsynchronisierung kann mit geschlossenem Schaltelement
36a (Synchronelement) übel das Synchronelement36 erfolgen, wobei die Zahnräder des 2. Ganges (3.2 ), 3. Ganges (4.3 ) und 4. Ganges (3.1 ) benutzt werden. Wie bereits in der Anmeldung 102 25 331.5 beschrieben, bewirkt der kleinere Achsabstand zwischen Welle50 und Wellen 23/24 gegenüber dem Achsabstand zwischen Welle21 und den Wellen 23/24, dass die kleineren Gangsprünge der höheren Gänge in größere Gangsprünge über Welle50 umgesetzt werden. Mit den gezeichneten Abmessungen der Zahnräder3x1 und4x3 und nach rechts geschlossenem Synchronelement36 besteht zwischen den Wellen23 und24 ein Drehzahlfaktor wie der Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang. Damit wird mit nach rechts geschlossenem Schaltelement36 Welle23 abgebremst zum Hochschalten in den 2. Gang bzw. Welle24 beschleunigt zum Rückschalten in den 1. Gang. Zum Hochschalten in die höheren geraden Gänge und zum Rückschalten in die höheren ungeraden Gänge kann so eine Synchronisation durch geregeltes „Ansynchronisieren" erfolgen. Mit nach links geschlossenem Synchronelement erreicht man über die Zahnräder3x2 und4x3 einen Drehzahlfaktor zwischen den Wellen23 und24 , der um ca. 11% über dem Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang liegt. Das bedeutet, dass das Hochschalten in die ungeraden und das Rückschalten in die geraden Gänge immer durch „Ansynchronisieren" erfolgen muß. Dies ist bedingt dadurch, dass ein ungerader und zwei dazu benachbarte gerade Gänge für die Zentralsynchronisation benutzt werden (siehe auch Zwischenbemerkungen und Variante2 ). - Bei dieser Anordnung dreht die Welle
50 meist schneller als Wellen 23/24, was vorteilhaft für den Startergenerator (60 ) sein kann. Grundsätzlich kann das Synchronelement36a entfallen. Mit diesem Element ist aber eine wesentlich bessere Drehzahlanpassung des Startergenerators60 möglich, da die jeweils nicht benutzte Welle der Wellen23 und24 über das Vorgelegegetriebe auf eine gewünschte Drehzahl gebracht und über die Synchronelemente36 und36a die Drehzahl von Welle50 in einem weiten Drehzahlbereich an eine optimale Drehzahl für den Startergenerator angepasst werden kann. - Wenn Welle
50 , die Zahnräder3x2 und4x3 und die zugehörigen Synchronelemente entsprechend drehmomentstark ausgelegt werden, kann von Welle23 über die Zahnradpaare3.2 ,3x2 und4x3 ,4.3 und weiter über den 1. Gang ein Kriechgang (z.B. für Geländefahrzeuge) realisiert werden, da Welle24 so entsprechend langsamer dreht (siehe auch Anmeldung 102 25 331.5). Wegen des großen Drehzahlfaktors ist auch dieser Gangsprung progressiv. Auch zwischen Kriechgang und 1. Gang sind Lastschaltungen möglich. Ein so konzipiertes Getriebe kann also modular für 7 Vorwärsgänge (mit „schwacher" Welle50 ) und für 8 Vorwärtsgänge (mit „starker" Welle50 ) ausgelegt werden. Bei Anfahrvorgängen im Kriechgang ist allerdings kein Generatorbetrieb möglich.1b ) schließlich zeigt die räumliche Anordnung der Achsen und wo welche Zahnräder miteinander kämmen. - Zwischenbemerkungen
- Wenn der 1., 2. und 3. Gang (Zahnräder
4.4 ,3.2 und4.3 bei der Variante1 ) für die Zentralsynchronisation genommen werden, hat man bei gleichem Achsabstand von Wellen21 und50 zu Wellen 23/24 automatisch die richtigen Synchronisationsbedingungen. Dann benötigt die Welle50 aber große Zahnräder und dreht deshalb entsprechend langsam, was für den Startergenerator ungünstig sein kann. - In der Anmeldung 102 25 331.5 wurde schon gezeigt, dass auch mit dem 3., 4. und 5. Gang eine Zentralsynchronisierung möglich ist, wobei dann Welle
50 wesentlich schneller dreht. (Dort ist aber, bedingt durch geringfügig geänderte Übersetzungsverhältnisse, der Achsabstand der Welle50 größer als hier bei der Variante2 .) - Damit eine Zentralsynchronisierung über die Gänge
3 ,4 und5 einwandfrei funktioniert, müssen sie über eine Vorgelegewelle (vorzugsweise Welle 21) arbeiten. Dies ist bei der Variante1 nicht der Fall (der 5. Gang arbeitet über Welle22 ). Außerdem ist es günstig, wenn in jeder der Wellen21 und22 jeweils zwei nicht benachbarte Gänge mit einem Schaltelement betätigt werden können. Wie diese Forderungen erfüllt werden können, wird bei der Variante2 gezeigt. (Grundsätzlich ist auch eine Zentralsynchronisierung über völlig andere Gänge möglich, die über beide Wellen21 und22 arbeiten können. Ausschlaggebend ist nur der Durchmesser der Zahnräder auf den Wellen23 und24 . Über die Achsabstände von den Wellen 23/24 zu den Wellen21 und22 und die Durchmesser der Zahnräder3c und3d sind hier viele Variationsmöglichkeiten gegeben.) - Va
2 - Die in
2a ) skizzierte Variante2 ist ebenfalls ein 7-Gang-Lastschaltgetriebe mit progressiver Gangabstufungen in Vorgelegebauweise mit 2 Vorgelegewellen21 und22 . Die Eingangswellen23 und24 , Welle50 , Bauteil60 , Zahnräder3c ,3d und3e und Welle13 haben die gleichen Funktionen wie bei der Variante1 . - Damit die in den Zwischenbemerkungen aufgestellten Forderungen erfüllt werden können, arbeiten die Gänge
1 ,3 ,4 und5 über Welle21 mit Zahnrad3c , entsprechend arbeiten die Gänge2 ,6 und ? über Welle22 mit Zahnrad3d . der Rückwärtsgang kann vom Schaltelement34b her mit dem 7. Gang gekoppelt sein, ansonsten sind 1. und 4. Gang, 2. und 6. Gang und 3. und 5. Gang mit jeweils einem Schaltelement zusammengefasst (womit keine benachbarten Gänge zu einem Schaltelement gehören). Der 1. Gang arbeitet mit nach rechts geschlossenem Schaltelement35 über das Zahnradpaar4.4 ,4a4 , der 2. Gang mit geschlossenem Schaltelement34a über das Zahnradpaar3.2 ,3a2 , der 3. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement37 über das Zahnradpaar4.3 ,4a3 , der 4. Gang mit nach links geschlossenem Schaltelement35 über das Zahnradpaar3.1 ,3a1 , der 5. Gang mit nach rechts geschlossenem Schaltelement37 über das Zahnradpaar4.1 ,4a1 , der 6. Gang mit geschlossenem Schaltelement38 über das Zahnradpaar3.1 ,3b1 und der 7. Gang mit geschlossenem Schaltelement34c über das Zahnradpaar4.2 ,4a2 . Auch hier werden der 4. und 6. Gang über ein Zahnrad3.1 angetrieben. (Grundsätzlich können auch zwei andere Gänge mit einem Zahnrad angetrieben werden.) Der Rückwärtsgang arbeitet mit geschlossenem Schaltelement34a und nach rechts geschlossenem Schaltelement35 von Welle23 her über das Zahnradpaar3.2 ,3a2 (2. Gang) und das Zahnradpaar4b4 ,4a4 (Drehzahlumkehr) auf Welle21 , wobei das Zahnrad4a4 zum 1. Gang gehört und der 1. Gang für den Rückwärtsgang eingeschaltet bleibt. Deshalb ist auch hier „Lastschaltung" zwischen 1. und Rückwärtsgang möglich, da diese beiden Gänge mit unveränderten Stellungen der Schaltelemente über die Wellen23 (Rückwärtsgang) und24 (1. Gang) arbeiten. Verglichen mit der Variante1 sind hier am Rückwärtsgang weniger Zahnräder beteiligt, dafür ist das Zahnrad4b4 aber recht groß und dieses Zahnrad und das Schaltelement34b müssen die hohen Drehmomente des 2. Ganges übertragen. Über den Durchmesser des Zahnrades4b4 kann die Übersetzung des Rückwärtsganges in weiten Grenzen variiert werden (mit den gezeichneten Abmessungen ist der Rückwärtsgang bei beiden Varianten etwas schneller als der 1. Gang). - Die Schaltelemente
38 und34a können zu einem normalen zweiseitig wirkenden Schaltelement zusammengefaßt werden, Schaltelement34b und34e können axial gekoppelt sein (eine Betätigungseinrichtung), müssen sich aber gegeneinander verdrehen können (die gekoppelten Schaltelemente34a und, 34b der Variante1 müssen eine Drehung zur Welle22 gestatten). - Grundsätzlich kann das Zahnrad
4b4 auch noch entfallen. Dann müssen die Zahnräder3.1 und3.2 mit den zugehörigen Zahnrädern (2 . und 4. Gang) ihre Plätze tauschen. Wenn dann weiterhin Zahnrad4a2 (für den 7. Gang) als Schieberad ausgelegt wird, kann der Rückwärtsgang mit nach links verschobenem und mit Zahnrad4a3 kämmenden Zahnrad4a2 arbeiten, wenn das Zahnrad4a2 in dieser Stellung außerdem mit dem Zahnrad3b1 drehstarr gekoppelt wird (im Prinzip ist dann die Drehmomentübertragung so wie bei der Variante1 ). Die Positionen des Zahnrades4a2 : -
- – nach
links verschoben und direkt (über
eine Klauenkupplung) mit Zahnrad
3b1 gekoppelt für den Rückwärtsgang - – in
Mittenstellung teilweise mit dem Zahnrad
4.2 kämmend, aber noch nicht mit der Welle22 gekoppelt, für die Vorwärtsgänge ohne den 7. Gang (Umschaltung im Stillstand zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang) - – nach
rechts verschoben, voll mit Zahnrad
4.2 kämmend und (über eine Klauenkupplung) mit Welle22 gekoppelt für den 7. Gang. - So kann also ein Schieberad mit den zugehörigen Klauenkupplungen für den 7. Gang und den Rückwärtsgang zuständig sein (ohne zugehörige Zeichnung).
- Für die Zentralsynchronisation kann Synchronelement
36a grundsätzlich entfallen (dieses Element hat hier die gleiche Bedeutung wie bei der Variante1 ). Wenn Zahnrad3x1 drehfest mit Welle50 verbunden und Synchronelement36 nach links geschlossen ist, besteht zwischen den Wellen23 und24 ein Drehzahlfaktor wie der Drehzahlsprung zwischen 1. und 2. Gang (mit den gezeichneten Abmessungen), dies dient zur Synchronisation der Hochschaltvorgänge in gerade Gänge und der Rückschaltvorgänge in ungerade Gänge. Mit nach rechts geschlossenem Synchronelement36 besteht zwischen den Wellen23 und24 ein Drehzahlfaktor wie der Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang, dies dient zur Synchronisation der Hochschaltvorgänge in ungerade Gänge und der Rückschaltvorgänge in gerade Gänge. - Gegenüber der Variante
1 sind hier die Synchronisationsvorgänge besser angepasst und das Drehzahlniveau der Welle50 ist insgesamt höher. Wie beschrieben, kann das Zahnrad4b4 auch entfallen. Auch hier ist über die Zahnräder3x1 und4x1 ein Kriechgang möglich. Allerdings ist hier der Gangsprung zwischen Kriechgang und 1. Gang gleich dem Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang. -
2b ) schließlich zeigt die räumliche Anordnung der Achsen und wo welche Zahnräder miteinander kämmen. - Schlussbemerkungen, Vorteile der Erfindung
- Grundsätzlich kann auch bei der Variante l das Zahnrad
463 entfallen, wenn das Zahnrad4a1 zu einem Schieberad umfunktioniert wird und dann die gleichen Funktionen hat wie das Schieberad4a2 in der Beschreibung zur Variante2 . (Die Drehmomentvektoren für Vorwärts- und Rückwärtsgangbetrieb des Schieberades sind entgegengesetzt. Schrägverzahnte Schieberäder können also so ausgelegt werden, dass sie durch die Antriebskräfte gegen die jeweilige Begrenzung gedrückt werden.) Die Rückwärtsgänge arbeiten alle vom letzten (rechten) Zahnrad der Welle23 auf ein der Welle22 zugeordnetem und mit dem letzten Zahnrad der Welle23 kämmenden Zahnrad, von dort weiter auf ein weiteres unmittelbar rechts benachbartes Zahnrad, wobei diese beiden benachbarten der Welle22 zugeordneten Zahnräder für den Rückwärtsgang unabhängig von Welle22 drehfest miteinander verbunden werden. Das rechte der beiden genannten drehfest miteinander verbundenen Zahnräder kämmt mit einem Zahnrad der Welle21 . Wenn dieses Zahnrad der Welle21 ein Zahnrad des 1. Ganges ist, wird dieses Zahnrad im Rückwärtsgang über das Schaltelement des 1. Ganges mit Welle21 verbunden und die Drehmomentübertragung erfolgt direkt über dieses Zahnrad (z.B.2 ). Wenn dieses Zahnrad der Welle21 nicht ein Zahnrad des 1. Ganges ist, wird es nicht mit der Welle21 verbunden und die Drehmomentübertragung erfolgt weiter über die Welle24 zum Zahnradpaar des 1. Ganges und von dort zur Welle21 (z.B.l ). In allen Fällen drehen die Wellen24 und21 (und über das Zahnradpaar3e ,3d auch Welle22 ) rückwärts. Das Zahnrad zur Drehmomentübertragung von Welle22 zur Welle21 im Rückwärtsgang kann auch als Schieberad ausgeführt (und z.B. gleichzeitig ein Zahnrad des 7. Ganges) sein. (Natürlich kann die Anordnung der Zahnräder auch z.B, spiegelbildlich vertauscht sein.) Vorteilhaft dabei ist, dass für den Rückwärtsgang keine zusätzliche Welle vorhanden sein muss (Welle22 wird mitbenutzt) und dass nur maximal ein zusätzliches Zahnrad (oder ein Schieberad) für den Rückwärtsgang vorhanden sein muss. Erreicht wird dies dadurch, dass das letzte (rechte) Zahnrad der geraden Gänge der Welle22 zugeordnet ist und das erste (linke) Zahnrad der ungeraden Gänge der Welle21 , dass auf der Welle22 eine Drehmomentübertragung unabhängig von Welle22 zu einem mit dem linken Zahnrad der Welle21 kämmenden Zahnrad erfolgt und dass durch diese beiden Zahnräder eine Drehzahlumkehr erfolgt. - Weiter vorteilhaft ist, dass der Rückwärtsgang auf Welle
21 mit dem Zahnrad und Schaltelement des 1. Ganges übertragen wird. Dieser Übertragungsweg muss ohnehin für hohe Drehmomente ausgelegt sein. Und so kann, ohne weitere Schaltvorgänge, durch wechselndes Antreiben der Wellen23 und24 zwischen 1. Gang und Rückwärtsgang hin und her geschaltet werden. (Bevor in den 2. Gang geschaltet wird, muss der Rückwärtsgang allerdings ausgeschaltet werden.) - Gegenüber der Anmeldung 102 25 331.5 ist hier ein extra Zahnradpaar für den 1. Gang vorgesehen (in obiger Anmeldung arbeitet der 1. Gang über das Zahnradpaar des 2. Ganges). Verbunden mit diesem Zahnradpaar für den 1. Gang sind einmal die oben beschriebenen Vorteile für den Rückwärtsgang. Andererseits kann so z.B. im Stop and Go–Verkehr der Startergenerator (
60 ) von der Welle23 her angetrieben werden (auch bei eingelegtem 1. Gang und geöffneter zugehöriger Kupplung), wodurch sich in allen Betriebszuständen ein günstiger Generatorbetrieb ergibt, insbesondere bei eingebautem Synchronelement36a . Natürlich kann das Getriebe auch für unterschiedliche Bedingungen in eine günstige Übersetzung für den Starterbetrieb geschaltet werden. - Über Welle
50 sind weitere Gänge (z.B. ein Kriechgang) möglich, dann ist der Generatorbetrieb allerdings eingeschränkt. - Wenn jede der beiden Wellen
21 und22 maximal 2 beidseitig wirkende Schaltelemente hat (bei 7 + 1 Gängen), können diese Schaltelemente von den Enden der Wellen21 und22 her aus dem Inneren dieser Wellen betätigt werden.
Claims (9)
- Rückwärtsgang für Lastschaltgetriebe mit zwei Eingangswellen
23 und24 , zwei Vorgelegewellen21 und22 mit zugehörigen Abtriebszahnrädern3c und3d , dadurch gekennzeichnet, dass der Welle21 der 1. Gang (und vorzugsweise niedrige Gänge) und der Welle22 mindestens ein gerader (und vorzugsweise hohe Gänge) zugeordnet sind, dass dieser gerade Gang der Welle22 im inneren des Getriebes im Übergangsbereich zwischen Welle23 und24 der Welle mit den geraden Gängen (hier Welle23 ) zugeordnet ist, dass auf der Welle22 unmittelbar benachbart zu diesem Zahnrad ein weiteres Zahnrad angebracht ist oder in diese Stellung verschoben werden kann und mit einem Zahnrad für ungerade Gänge der Welle21 kämmt oder im verschobenen Zustand mit diesem Zahnrad kämmt und eine drehfeste Verbindung zwischen diesem Zahnrad und dem Zahnrad des unmittelbar benachbarten geraden Ganges unabhängig von Welle22 hergestellt werden kann. - Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese von Welle
22 unabhängige drehfeste Verbindung zwischen Zahnrädern3b1 und4b3 über ein Schaltelement34b erfolgt und dies Schaltelement34b mit einem Schaltelement34a gekoppelt sein kann und über diese Schaltelemente34a und34b das Zahnrad3b1 (als Losrad der Welle22 ) entweder mit Welle22 drehfest verbunden werden kann (z.B. für den 6. Gang) oder frei gegeben werden kann oder mit dem Zahnrad4b3 drehfest verbunden werden kann (für den Rückwärtsgang) (Variante1 ) oder dass diese von Welle22 unabhängige drehfeste Verbindung von Zahnrad3a2 und Zahnrad4b4 über ein Schaltelement34b erfolgt und dass dieses Schaltelement34 für Axialverschiebungen aber ansonsten drehbar mit einem Schaltelement34c gekoppelt sein kann. - Lastschaltgetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zahnrad
4a1 (Variante 1) oder 4a2 (Variante 2) axial so verschiebbar angebracht ist, dass entweder das Zahnrad4a1 in eine mit dem Zahnrad4.1 oder das Zahnrad4a2 in eine mit dem Zahnrad4.2 kämmende Position verschoben werden kann und in dieser Position mit Welle22 z.B. über eine Klauenkupplung oder ein Schaltelement drehfest verbunden werden kann, dass das Zahnrad4a1 oder4a2 in eine mit einem Zahnrad4a3 kämmende Position gebracht werden kann und in dieser Position eine von Welle22 unabhängige drehfeste Verbindung zwischen Zahnrad4a1 bzw. 4a2 und Zahnrad3b1 hergestellt werden kann. - Lastschaltgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schiebezahnräder
4a1 bzw. 4a2 so schrägverzahnt sind, dass die Zahnräder 4al bzw. 4a2 in ihren jeweiligen Endpositionen im Antriebsbetrieb gegen den jeweiligen Anschlag gedrückt werden. - Lastschaltgetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad
4a4 für den Rückwärtsgang über Schaltelement35 drehfest mit Welle21 verbunden wird und der Rückwärtsgang damit direkt vom Zahnrad4b4 auf das Zahnrad des 1. Ganges4a4 übertragen wird (Variante2 ). - Lastschaltgetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad
4b3 mit dem Zahnrad4a3 kämmt (Variante1 ohne Schieberad) oder dass das Zahnrad4a1 oder4a2 (Variante1 oder Variante2 mit Schieberad) in eine mit dem Zahnrad4a3 kämmende Position gebracht werden kann, dass das Zahnrad4a3 nicht mit Welle21 drehfest verbunden wird, dass das mit einem Zahnrad4.3 kämmende Zahnrad4a3 die mit Zahnrad4.3 fest verbundene Welle24 rückwärts antreibt und dass von Welle24 her über ein Zahnradpaar4.4 ,4a4 (sonst für den 1. Gang zuständig) und ein zum Zahnrad4a4 geschlossenes Schaltelement37 eine drehfeste Verbindung zur Welle21 hergestellt wird und so der Rückwärtsgang übertragen wird. - Lastschaltgetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Wellen
21 und22 mit höchstens 2 beidseitig wirkenden Schaltelementen bestückt wird. - Zentralsynchronisation für Lastschaltgetriebe mit zwei Eingangswellen
23 und24 , zwei Vorgelegewellen21 und22 und einer Nebenwelle50 , dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Zahnräder des 2., 3. und 4. Ganges einer Vorgelegewelle (Variante1 , hier Welle21 ) oder die Zahnräder des 3., 4. und 5. Ganges einer Vorgelegewelle (Variante2 , hier ebenfalls Welle21 ) zugeordnet werden, dass Zahnräder3.1 ,3.2 und4.3 mit jeweils einem zur Welle50 gehörigen Zahnrad3x1 ,3x2 und4x3 kämmen, dass mindestens die Zahnräder3x1 und3x2 als Losräder ausgelegt sind und über ein zweiseitig wirkendes Synchronelement36 mit Welle50 verbunden werden können, dass optional auch Zahnrad4x3 über ein Synchronelement36a von Welle50 gelöst werden kann und dass der Abstand zwischen Welle50 und den Wellen 23/24 so gewählt wird, dass zwischen den Wellen23 und24 über die Welle50 ein Drehzahlfaktor erzielt werden kann, der mindestens dem Gangsprung zwischen 1. und 2. Gang entspricht (Variante1 ) oder dass die Zahnräder3.1 ,4.1 und4.3 mit jeweils einem zur Welle50 gehörigen Zahnrad3x1 ,4x1 und4x3 kämmen, dass mindestens die Zahnräder4x1 und4x3 als Losräder ausgelegt sind und über ein zweiseitig wirkendes Synchronelement36 mit Welle50 verbunden werden können, dass optional auch Zahnrad3x1 über ein Synchronelement36a von Welle50 gelöst werden kann und dass der Abstand zwischen Welle50 und den Wellen 23/24 so gewählt wird, dass zwischen den Wellen23 und24 über die Welle50 ein Drehzahlfaktor erzielt werden kann, der mindestens dem Gangsprung zwischen 2. und 3. Gang entspricht (Variante2 ) und dass mit der Welle50 ein Startergenerator direkt verbunden oder über ein Bauteil60 verbunden werden kann. - Zentralsynchronisation für Lastschaltgetriebe mit zwei Eingangswellen
23 und24 , zwei Vorgelegewellen21 und22 mit zugehörigen Abtriebszahnrädern3c und3d und einer Nebenwelle50 , dadurch gekennzeichnet, dass die Achsabstände zwischen den Wellen21 bzw.22 und Wellen 23/24, die Durchmesser der Zahnräder3e und 3d und ein Gangpaar mit einem gemeinsamen Zahnrad für die Wellen21 und22 so gewählt werden, dass die Forderungen in Anspruch 8 für die Drehzahlfaktoren zwischen Wellen23 und24 über Welle50 angenähert auch über Gänge erfüllt werden, die nicht nur einer der Wellen21 oder22 zugeordnet sind.
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