DE19533993A1

DE19533993A1 - Gehäusegestaltung eines Automatgetriebes

Info

Publication number: DE19533993A1
Application number: DE19533993A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Kauffeldt; Herbert Mozer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 1997-03-20
Also published as: EP0763675B1; EP0763675A2; EP0763675A3; DE59611035D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatgetriebe mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Automatgetriebe im weiteren Sinne sind Kennungswand ler, deren momentane Übersetzung sich selbsttätig in Abhän gigkeit von momentanen oder zu erwartenden Betriebszustän den, wie zum Beispiel Teillast, Schub, und Umgebungsparame tern, wie zum Beispiel Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtig keit, stufenweise oder stufenlos verändert. Zu ihnen gehö ren solche Kennungswandler, die auf einem elektrischen, pneumatischen, hydrodynamischen, hydrostatischen Prinzip oder auf einem aus diesen Prinzipien gemischten Prinzip beruhen.

Die Automatisierung bezieht sich auf die verschieden sten Funktionen, wie zum Beispiel das Anfahren, die Über setzungsauswahl, die Art der Übersetzungsveränderung bei verschiedenen Betriebssituationen, wobei unter Art der Übersetzungsveränderung zum Beispiel das Schalten von ein zelnen Stufen nacheinander, das Überspringen von Schaltstu fen und die Geschwindigkeit der Verstellung verstanden wer den kann.

Der Wunsch nach Komfort, Sicherheit und vertretbarem Bauaufwand bestimmt der Automatisierungsgrad, d. h. wievie le Funktionen selbsttätig ablaufen.

In der Regel kann der Fahrer manuell in den automati schen Ablauf eingreifen oder ihn für einzelne Funktionen begrenzen.

Automatgetriebe im engeren Sinne, wie sie heute vor allem im Fahrzeugbau verwendet werden, haben in der Regel folgenden Aufbau:

Auf der Antriebsseite des Getriebes befindet sich eine Anfahreinheit in Form einer regelbaren Kupplung, zum Bei spiel einer nassen oder trockenen Reibungskupplung, einer hydrodynamischen Kupplung oder einem hydrodynamischen Wand ler.

Zu einem hydrodynamischen Wandler wird häufig eine Überbrückungskupplung parallel zum Pumpen- und Turbinenteil geschaltet, welche durch direkte Kraftübertragung den Wir kungsgrad steigert und durch definierten Schlupf bei kriti schen Drehzahlen die Schwingung dämpft.

Die Anfahreinheit treibt ein mechanisches, stufenloses oder gestuftes Wechselgetriebe an, das eine Vorwärts-/Rück wärtsfahreinheit, eine Haupt-, Bereichs-, Splitgruppe und/ oder einen Variator enthalten kann. Zahnradgetriebegruppen werden, je nach Anforderungen an Laufruhe, Platzverhältnis se und Übertragungsmöglichkeiten, in Vorgelege- oder Plane tenbauweise mit Gerad- oder Schrägverzahnung ausgelegt.

Das Ausgangselement des mechanischen Getriebes, eine Welle oder ein Zahnrad, treibt direkt oder indirekt über Zwischenwellen bzw. eine Zwischenstufe mit einer konstanten Übersetzung auf ein Differentialgetriebe, das als separates Getriebe gestaltet sein kann oder ein integrierter Bestand teil des Automatgetriebes ist. Grundsätzlich eignet sich das Getriebe für Längs- und Quereinbau im Fahrzeug.

Zur Verstellung der Übersetzung im mechanischen Ge triebe sind hydrostatische, pneumatische und/oder elektri sche Stellglieder vorgesehen. Eine Hydraulikpumpe, die nach dem Verdrängerprinzip arbeitet, liefert Drucköl für die Anfahreinheit, insbesondere die hydrodynamische Einheit, für die hydrostatischen Stellelemente des mechanischen Ge triebes und für die Schmierung und Kühlung des Systems. Je nach erforderlichem Druck und Fördervolumen kommen Zahnrad pumpen, Schraubenpumpen, Flügelzellenpumpen und Kolbenpum pen, letztere meistens in radialer Bauart, in Frage. In der Praxis haben sich Zahnradpumpen und Radialkolbenpumpen für diesen Zweck durchgesetzt, wobei die Zahnradpumpe wegen ihres geringen Bauaufwandes und die Radialkolbenpumpe wegen des höheren Druckniveaus und der besseren Regelbarkeit Vor teile bietet.

Die Hydraulikpumpe kann an einer beliebigen Stelle des Getriebes an einer ständig von der Antriebseinheit ange triebenen Haupt- oder Nebenwelle angeordnet sein. Um das Drucköl über kurze Leitungen bzw. Kanäle den Verbrauchern zuzuführen, wird die Pumpe in der Regel an einer zentralen Stelle, nämlich zwischen der Anfahreinheit und dem Wechsel getriebe, vorgesehen. Geeignet hierfür ist eine Lagerwand zwischen der Anfahreinheit und dem Wechselgetriebe, in de ren Bereich das Getriebegehäuse quer zur Antriebswelle häu fig geteilt ist.

Die Lagerwand kann zwischen dem Gehäuseteil des Wech selgetriebes und einer Kupplungs- oder Wandlerglocke, die die Anfahreinheit umschließt und mit der das Getriebe an eine Antriebseinheit angeflanscht wird, als separates Bau teil befestigt oder ein integrierter Bestandteil der Wand lerglocke sein, die dann den stirnseitigen Abschluß des Wechselgetriebes bildet.

Zur Aufnahme einer innenachsigen Zahnradpumpe oder Radialkolbenpumpe besitzt die Lagerwand eine zylindrische Aufnahmebohrung, in die der Pumpenkörper und die übrigen Pumpenelemente eingesetzt werden.

Aufbau und Funktion der Radialkolbenpumpe sind in der Patentanmeldung "Automatge triebe mit Hydraulikpumpe (195 26 268.9)" näher ausgeführt.

Da das Getriebegehäuse quer zu den Antriebswellen ge teilt ist, entstehen formstabile, leicht zu bearbeitende Gehäuseteile, in denen Lagerungen einer Primärwelle, Lage rungen einer Sekundärwelle, Lagerungen einer Seitenwelle und Lagerungen von Wellen des Differentials aufgenommen sind. Primärwelle, Sekundärwelle, Seitenwelle und Differen tialwellen können in den Außenwandungen des Getriebes sicher gelagert werden, indem die auftretenden Kräfte gut aufgenommen werden. Die Einbauöffnungen der Wellen sind in der Regel mit Deckeln nach außen verschlossen.

Aus der Automobiltechnischen Zeitschrift 96 (1994) 6, Seite 380, Bild 3, ist ein stufenloses Automatgetriebe be kannt, bestehend aus einem hydrodynamischen Wandler als Anfahreinheit, einem Planetenwendegetriebe als Vorwärts-/ Rückwärtsfahreinheit, einer Radialkolbenpumpe, einem Varia tor, einer Zwischenwelle und einem Differential. Der Varia tor wiederum besteht aus zwei Kegelscheibenpaaren und einem Umschlingungsorgan. Jedes Kegelscheibenpaar besteht aus einer in axialer Richtung feststehenden ersten Kegelscheibe und einer in axialer Richtung verschiebbaren zweiten Kegel scheibe. Zwischen diesen Kegelscheibenpaaren läuft das Um schlingungsorgan, zum Beispiel ein Schubgliederband, eine Zugkette oder ein Riemen. Über die Verstellung der zweiten Kegelscheibe ändert sich der Laufradius des Umschlingungs organs und somit die Übersetzung des stufenlosen Automatge triebes.

Stufenlose Automatgetriebe erfordern ein besonders hohes Druckniveau, um die Kegelscheiben des Variators in allen Betriebspunkten mit der gewünschten Geschwindigkeit verstellen zu können und außerdem mit einem genügenden Ba sisanpreßdruck weitgehend verschleißfreie das Drehmomentes zu übertragen. Für diesen Anwendungsfall fällt die grund sätzliche Zielsetzung, ein Getriebegehäuse mit möglichst wenigen Öffnungen nach außen zu konstruieren, besonders ins Gewicht.

Das dem Wandler abgewandte Gehäuseteil ist im Bereich der Primär- und der Sekundärwelle schwierig zu gestalten, da das Ziel, die beiden Wellen einfach zu montieren, mit der Forderung nach einer hohen Dichtheit und Festigkeit in Einklang gebracht werden muß. Erschwerend kommt hinzu, daß hohe Drücke der Primär- und der Sekundärdruckölzuführung, die bis zu 50 bar erreichen können, bewältigt werden müs sen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gehäuseteil so zu gestalten, daß es das Getriebe gegenüber hohen Drücken nach außen sicher abdichtet, eine hohe Festigkeit aufweist und eine leichte Montage ermöglicht.

Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Da die Lagerstellen der Primär- und die Sekundärwelle auf der dem Wandler abgewandten Seite durch ein einteiliges Gehäuseteil nach außen hermetisch abgeschlossen sind und damit ein Deckel für die Primär- und ein Deckel für die Sekundärwelle vermieden werden, kann man durch Außenöffnun gen entstehende Leckagen vermeiden, benötigte Einzelbautei le reduzieren, die erforderliche Montagezeit kürzen, die Festigkeit verbessern und den erforderliche Bauraum, infol ge Einsparung von Flansch, Schrauben und Stellen mit dop pelter Wandung, reduzieren.

Von großer Bedeutung ist dabei, daß die Lagersitze für die Primär- und für die Sekundärwelle aus einem Bauteil bestehen. Dadurch können die Lagersitze der Primär- und der Sekundärwelle in einer Einspannung und in einem Bauteil bearbeitet werden, infolgedessen werden die radialen Ab stände der Wellen sowie die Lage der axialen Fixierung bei geringem Aufwand bei hoher Präzision hergestellt.

In Sonderfällen, wenn man auf die Sekundär- oder auf die Primärwelle häufig zugreifen muß, kann für diese Welle ein Deckel vorgesehen werden.

Das Öl wird ganz oder teilweise durch Kanäle in den Gehäusewandungen zu der Primär- und Sekundärwelle geführt, wodurch ebenfalls die Dichtheit des Getriebegehäuses ver bessert wird, indem erforderliche Dichtungen entfallen und kritische Bereiche vermieden werden. Die Ölkanäle können direkt in die Gehäusewand eingegossen oder durch ein teil weise oder ganz eingeschlossenes Rohr (z. B. durch Eingie ßen, Kleben, Schmieden, Pressen usw.) in der Wand gebildet werden.

Werden die Deckel der Primär- und der Sekundärwelle durch das beschriebene einteilige Gehäuseteil vermieden, so müssen die Lager der Primär- und der Sekundärwelle durch eine zusätzliche konstruktive Ausgestaltung nach innen fi xiert werden. Dies wird gemäß der Erfindung durch die Merk male des Anspruches 5 gelöst.

Nach einer weiteren Ausführungsform werden die Halte bleche für die Lager der Primär- und der Sekundärwelle von der inneren Seite des Gehäuseteils in Sacklöchern ver schraubt. Dadurch lassen sich die Lager von innen montieren und fixieren wodurch ein nach außen hin geschlossenes Ge häuseteil ohne Öffnungen sichergestellt ist.

Ferner können die Haltebleche nach Art eines Bajonett verschluß befestigt sein oder die Lager von außen durch Stifte oder Schrauben fixiert werden. Bei dem zuletzt auf geführten Ausführungsbeispiel wäre der Vorteil des ge schlossenen Gehäuseteils ohne Öffnungen nach außen nicht gegeben, dafür könnte sich die Montage der Lagerfixierung erleichtern. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahlreiche Merkmale im Zusammenhang darge stellt und beschrieben. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Systemschaubild über den Aufbau eines stufenlosen Automatgetriebes;

Fig. 2 einen ersten Querschnitt durch ein stufenlo ses Automatgetriebe und

Fig. 3 Ausschnitt aus einem zweiten Querschnitt durch das stufenlose Automatgetriebe.

Fig. 1:
In einem Gehäuse 10 des Automatgetriebes sind eine An fahreinheit 100, eine Radialkolbenpumpe 120, eine Vor wärts-/Rückwärtsfahreinheit 160, ein Variator 210, eine konstante Zwischenübersetzung 270, ein Differential 20 und ein hydraulisches Steuergerät untergebracht. Das hydrauli sche Steuergerät 3 arbeitet mit einem elektronischen Steu ergerät 4 zusammen. Das Automatgetriebe ist für einen Ein bau quer zur Fahrtrichtung eines Fahrzeuges vorgesehen.

Fig. 2:
Das Gehäuse 10 ist quer zu den Drehachsen geteilt. Mit einem Anschlußflansch 14 kann der antriebsseitige Teil des Gehäuses 10 an den symbolisch dargestellten Antriebsmotor M (Fig. 1) angeflanscht werden. Der Anschlußflansch 14 gehört zu einem als Wandlerglocke 11 bezeichneten Gehäuseteil, das die Anfahreinheit einschließt und zu einer Trennfuge 15 des Gehäuseteils 12 eine motorseitige Lagerwand 13 bildet.

In den Stirnwänden der beiden Gehäuseteile 11, 12 sind Primär- 101, Sekundär- 216, Seitenwelle 270 und Wellen des Differentials 20 gelagert. Das dem Wandler abgewandte Ge häuseteil 12 umschließt in ungeteilter Form und ohne Öff nungen nach außen die Primär- 101 und die Sekundärwelle 216 und in ungeteilter Form mit Öffnungen nach außen das Diffe rential 20. Die Lager 103, 217 der Primär- 101 und der Se kundärwelle 216 werden durch Haltebleche 104, 218, die von innen mit dem Gehäuseteil 12 in Sacklöchern verschraubt sind, fixiert.

Als Anfahreinheit 100 dient eine hydrodynamische Ein heit in Form eines Wandlers 110 mit einem Pumpenrad 111, das über ein Wandlergehäuse 116 und eine Membran 117 vom Antriebsmotor angetrieben wird. Die Membran 117 gleicht ei nen kleinen Achs- und/oder Winkelversatz zwischen dem An triebsmotor und dem Automatgetriebe aus.

Der Wandler hat ferner ein Leitrad 112, das sich über einen Freilauf 115 und eine Leitradwelle am Gehäuseteil 12 abstützt. Das Pumpenrad 111 und das Leitrad 112 arbeiten mit einem Turbinenrad 114 in einem hydrodynamischen Kreis lauf zusammen. Das Turbinenrad 114 treibt über eine Primär welle 101 die Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit 160 an. Um den Wirkungsgrad des Wandlers 110 zu verbessern und Schwingun gen im Antriebsstrang zu reduzieren, ist zwischen dem Pum penrad 111 bzw. dem damit verbundenen Wandlergehäuse und dem Turbinenrad 114 eine Überbrückungskupplung 102 vorgese hen, die im Bedarfsfall schlupfgesteuert wird.

Fig. 3:
Ein Ölkanal 301, der vollständig innerhalb des Gehäu seteils 12 liegt, führt das Öl zur Primärwelle 101 indem er ausgehend vom Steuerungskasten 300, über die Wandung des Gehäuseteils 12, in die dem Wandler abgewandten Stirnseite der Primärwelle 101 mündet. Durch eine Durchlaßöffnung 105 in der Welle und einer zweiten Durchlaßöffnung 106 in einem Kolben 107 des Tandemzylinder 108 wird das Öl in die ent sprechenden Druckräume gebracht und führt damit zur ge wünschten Stellung der dem Gehäuseteil 12 zugewandten Ke gelscheibe 212.

Fig. 2:
Ferner wird das Öl für die Sekundärwelle 216 in der Längsachse des Getriebes, in nicht dargestellten Kanälen, ausgehend vom Steuerungskasten 300 (siehe Fig. 3), der dem Wandler zugewandten Stirnseite der Sekundärwelle über den Ölraum 302 zugeführt. Das Drucköl wird ebenfalls durch Durchlaßöffnungen 219, 220 in der Sekundärwelle 217 in die entsprechenden Druckräume befördert, um hier die Stellung der inneren Kegelscheibe 213 und den Anpreßdruckes auf das Schubgliederband 215 zu steuern.

Die Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit 160 ist ein Plane tensatz mit einem Planetenträger 161, der von der Primär welle 101 angetrieben wird. In ihm sind auf Planetenbol zen 162 Planetenräder 163 gelagert, die einerseits mit ei nem Hohlrad 164 und andererseits mit einem Sonnenrad 165 kämmen. Während das Hohlrad 164 über eine Bremse 166 am Ge häuseteil 12 abgestützt werden kann und somit einen Rück wärtsgang bildet, wird zum Vorwärtsfahren der Planetensteg über eine Kupplung 167 mit dem ersten Kegelscheiben paar 211, 212 des Variators 210 gekuppelt.

Der Variator 210 ist ein Umschlingungsgetriebe mit ei nem ersten Kegelscheibenpaar 211, 212 und einem zweiten Kegelscheibenpaar 213, 214, die über ein Umschlingungsorgan, wie zum Beispiel Schubgliederband 215, zusammenwirken.

Jedes Kegelscheibenpaar besteht aus einer in axialer Richtung feststehenden Kegelscheibe 211, 214 und einer in axialer Richtung verschiebbaren Kegelscheibe 212, 213. Die Übersetzung des Getriebes wird verändert, indem die Posi tion der verschiebbaren zweiten Kegelscheibe geändert wird. Dadurch ändert sich der Laufradius des Umschlingungsor gans 215 und somit die Übersetzung. Der Variator 210 ist mit einer Sekundärwelle 216 verbunden. Eine Seitenwelle 270 ist mit der Sekundärwelle 216 über ein Zahnradpaar verbun den. Die Seitenwelle 270 dient der Drehrichtungsumkehr und einer Drehzahlanpassung. Die Seitenwelle 270 ist über ein Zahnradpaar mit dem Differential 20 verbunden. Ausgangsgrö ße des Differentials 20 sind die beiden Achshalbwellen 21 und 22, die auf die Antriebsräder des Fahrzeugs führen.

Fig. 1:
Das elektronische Steuergerät 4 steuert über nicht dargestellte elektromagnetische Stellglieder das CVT. Vom elektronischen Steuergerät 4 sind als Funktionsblöcke dar gestellt der Micro-Controller 41, ein Funktionsblock Be rechnung 43 und ein Funktionsblock Steuerung Stellglie der 42. Am elektronischen Steuergerät 4 sind Eingangsgrö ßen 44 angeschlossen. Eingangsgrößen 44 sind zum Beispiel das Signal einer Drosselklappe, das Signal der Drehzahl der Antriebseinheit, das Signal der Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drehzahlsignale der Kegelscheibenpaare. Der Micro-Con troller 41 berechnet mittels des Funktionsblocks 43 aus den Eingangsgrößen 44 die Funktionsparameter für das CVT. Diese werden mittels des Funktionsblocks Steuerung Stellglie der 42 und über die nicht dargestellten elektromagnetischen Stellglieder, welche sich im hydraulischen Steuergerät 3 des CVT befinden, eingestellt. Funktionsparameter des CVT sind zum Beispiel die Übersetzung und der Anpreßdruck der Kegelscheiben zum Schubgliederband 215.

Bezugszeichenliste

1er Nummernkreis (1/10 - 19/100 - 199):
Gehäuse
10 gesamtes Gehäuse
11 antriebsseitiger Teil des Gehäuses (Wandlerglocke)
12 Gehäuseteil auf der Seite des Variators
13 Lagerwand
14 Anschlußflansch
15 Trennfuge

Anfahreinheit
100 Anfahreinheit gesamt
110 nähere Bezeichnung (hydrodynamischer Wandler)
111 Pumpenrad
112 Leitrad
113 Leitradwelle
114 Turbinenrad
115 Freilauf
116 Wandlergehäuse
117 Membran
101 Primärwelle
102 Überbrückungskupplung
103 Lager Primärwelle
104 Halteblech der Primärlagerung
105 Durchlaßöffnung in der Primärwelle
106 Durchlaßöffnung im 1 Kolben des Tandemzylinders
107 Kolben des Tandemzylinder
108 Tandemzylinder
109 Lagersitz der Primärwelle

Hydraulikpumpe
120 Radialkolbenpumpe gesamt

Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit
160 Vorwärts/Rückwärts gesamt
161 Planetenträger
162 Planetenbolzen
163 Planetenräder
164 Hohlrad
165 Sonnenrad
166 Bremse
167 Kupplung

2er Nummernkreis (2/20 - 29/200 - 299):
Differential
2 Eingangszahnrad
20 gesamtes Differential
21 Achshalbwellen
22 Achshalbwellen

Variator
210 gesamter Variator
211, 212 erstes Kegelscheibenpaar
213, 214 zweites Kegelscheibenpaar
215 Umschlingungsorgan (Schubgliederband)
216 Sekundärwelle
217 Lager der Sekundärwelle
218 Halteblech der Sekundärwellenlagerung
219 Erste Durchlaßöffnung in der Sekundärwelle
220 Zweite Durchlaßöffnung in der Sekundärwelle
221 Lagersitz der Sekundärwelle

Seitenwelle
270 gesamte Seitenwelle

3er Nummernkreis (3/30 - 39/300 - 399):
Hydraulisches Steuergerät
3 gesamtes Gerät
300 Steuerungskasten
301 Ölzuführung der Primärwelle
302 Ölraum

4er Nummernkreis (4/40 - 49/400 - 499):
Elektronisches Steuergerät
4 gesamtes elektronisches Steuergerät
41 Micro-Controller
42 Funktionsblock Steuerung Stellglieder
43 Funktionsblock Berechnung
44 Eingangsgrößen
M Antriebseinheit

Claims

1. Stufenloses Automatgetriebe mit in Stirnwänden ge lagerter Primär- (101) und Sekundärwelle (216) und einem quer zu den drehenden Teilen geteilten Gehäuse (10), da durch gekennzeichnet, daß die Primär- (101) und/oder die Sekundärwelle (216) durch ein dem Wandler (110) abgewandtes, in sich geschlossenes, ein teiliges Gehäuseteil (12) nach außen hermetisch abge schlossen sind.

2. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß Lagersitze (109, 221) für die Primär- (101) und für die Sekundärwelle (216) aus einem Bauteil (12) bestehen.

3. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Ölzuführung (301) für die Primärwelle (101) durch eine Wand des Gehäuseteils ganz oder teilweise eingeschlossen ist.

4. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Ölzuführung (301) für die Sekundärwelle (216) durch eine Wand des Gehäuseteils ganz oder teilweise eingeschlossen ist.

5. Automatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß von innen befestigte Hal tebleche (104, 218) Lager für die Primärwelle (101) und/ oder für die Sekundärwelle (216) von der inneren Seite des Gehäuseteils (12) axial fixieren.

6. Automatgetriebe nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Befestigung der Halte bleche (104, 218) nicht durch die Wand des Gehäuse teils (12) greifen.