DE19548622C1 - Zugkraftunterbrechungsfrei schaltbares Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Zugkraftunterbrechungsfrei schaltbares Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zugkraftunterbrechungs­ frei schaltbares Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahr­ zeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art.
Aus der DE-OS 40 31 851 ist ein zugkraftunterbrechungsfrei schaltbares Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art be­ kannt.
Bei diesem bekannten Vorgelege-Wechselgetriebe ist zwischen einem Schwungrad, das den Eingangsteil einer Reibungskupplung bildet, eine direkte, treibende Verbindung zu einer ersten Getriebeeingangswelle vorgesehen und der Ausgangsteil der Reibungskupplung ist mit einer die erste Getriebeeingangs­ welle umfassenden zweiten Getriebeeingangswelle in Form einer Hohlwelle verbunden. Auf der ersten Getriebeeingangswelle sind hierbei im wesentlichen die Festräder der Gangstufen und auf einer parallel zu den beiden Getriebeeingangswellen ange­ ordneten Vorgelegewelle sind im wesentlichen die Losräder der Gangstufen angeordnet, wobei zwischen paarweise angeordneten Losrädern auf der Vorgelegewelle Klauen- oder Synchronkupp­ lungen angeordnet sind um die einzelnen Gangstufen zu schalten.
Auf der zweiten Getriebeeingangswelle sind hierbei die Fest­ räder der niedrigsten und der höchsten Gangstufe angeordnet und im Gegensatz zu den übrigen Gangstufen ist bei der zweit­ höchsten Gangstufe das Festrad auf der Vorgelegewelle und das Losrad auf der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
Soll bei diesem bekannten Vorgelege-Wechselgetriebe das Kraftfahrzeug angefahren werden, so muß durch Einlegen der Schiebemuffe für den 1. Gang eine treibende Verbindung zwi­ schen dem Losrad des 1. Ganges und der Vorgelegewelle herge­ stellt werden. Darauffolgend wird durch gesteuertes Einrücken der Reibungskupplung der Anfahrvorgang durchgeführt. Soll nunmehr vom 1. Gang in den 2. Gang geschaltet werden, so muß zu Beginn des Schaltvorganges die Reibungskupplung ausgerückt werden, damit die Schiebemuffe, die für den 1. und den 5. Gang vorgesehen ist, vom 1. Gang ausgelegt und in den 5. Gang eingelegt werden kann. Nunmehr wird wieder die Reibungskupp­ lung gesteuert eingerückt, wodurch sich durch die schleifende Reibungskupplung in Verbindung mit der Übersetzung des 5. Ganges eine Anpassung der Drehzahl an die Einlegedrehzahl für den 2. Gang ergibt. Sobald die entsprechende Einlegedrehzahl erreicht ist, kann nun durch Verschieben der Verschiebemuffe für den 2. Gang ein stoßfreies und zugkraftunterbrechungs­ freies Schalten in den 2. Gang erfolgen.
Das bekannte Vorgelege-Wechselgetriebe weist dabei jedoch den Nachteil auf, daß durch das zu Beginn der Schaltung vom 1. Gang in den 2. Gang erforderliche Ausrücken der Reibungs­ kupplung eine kurzfristige Zugkraftunterbrechung auftritt, die zu einem unerwünschten Hochdrehen des Verbrennungsmotors führen kann.
Aus der EP-PS 0 173 117 ist ein zugkraftunterbrechungsfrei schaltbares Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge be­ kannt, bei dem ein Antriebsmotor über eine direkte Verbindung eine erste Getriebeeingangswelle antreibt, auf der eine Viel­ zahl von Festrädern von Gangstufen angeordnet ist und pa­ rallel zu der eine Vorgelegewelle angeordnet ist, auf der eine Vielzahl von Losrädern für die verschiedenen Gangstufen angeordnet sind, wobei zwischen paarweise angeordneten Los­ rädern jeweils eine Klauen- oder Synchronkupplung angeordnet ist.
Mit der Getriebeeingangswelle, die direkt mit dem Antriebsmo­ tor verbunden ist, ist der Eingangsteil einer Reibungskupp­ lung drehfest verbunden, deren Ausgangsteil mit einer zweiten Getriebeeingangswelle in Form einer Hohlwelle verbunden ist, auf der die Festräder der 5. Gangstufe und des Rückwärts­ ganges angeordnet sind.
Ein Anfahrvorgang des Kraftfahrzeuges wird durch Einlegen der Schiebemuffe in den 5. Gang begonnen, wobei zunächst die Reibungskupplung ausgerückt ist. Nachfolgend wird nun die Reibungskupplung gesteuert, also schleifend eingerückt, der­ art, daß, sobald die Einlegedrehzahl für den 1. Gang erreicht ist, die Schiebemuffe in den 1. Gang stoßfrei eingelegt wer­ den kann und danach die Reibungskupplung ausgerückt wird, da­ mit erfolgt die Drehmomentübertragung über den Radsatz des 1. Ganges. Zum Einlegen des 2. Ganges wird wieder die Rei­ bungskupplung in gesteuerter Weise schleifend eingerückt, so daß die Einlegedrehzahl des 2. langes eingestellt werden kann, worauf bei Erreichen dieser Drehzahl die Schiebemuffe für den 2. Gang verschoben wird, um den Radsatz für den 2. Gang in Drehmomentübertragung zu bringen. Darauffolgend wird wieder die Reibungskupplung ausgerückt.
Das bekannte Vorgelege-Wechselgetriebe weist den Nachteil auf, daß, da der Anfahrvorgang über die Gangstufe des höch­ sten Ganges, z. B. des 5. Ganges, durchgeführt wird, die Rei­ bungskupplung eine erhebliche Reibleistung bzw. Schlupffähig­ keit aufweisen muß, wodurch meist nicht mehr die bei Kraftfahr­ zeugen übliche einfache Einscheiben-Reibungskupplung ange­ wendet werden kann, sondern eine in Schmieröl laufende nasse Mehrscheibenreibungskupplung eingesetzt werden muß.
Aus der DE-PS-6 13 408 ist ein Vorgelege-Gangwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Diesellokomotiven be­ kannt, bei dem eine von einem Antriebsmotor antreibbare Rei­ bungskupplung mit einer ersten Getriebeantriebswelle treibend verbindbar ist und mit einer zweiten Getreibeantriebswelle in Form einer Hohlwelle, die ein Zahnrad trägt, verbunden ist. Der Reibungskupplung ist hierbei eine Klauenkupplung vorge­ schaltet, mit der der Antriebsmotor zunächst mit der Rei­ bungskupplung verbindbar ist. Ist die Reibungskupplung einge­ schaltet, so erfolgt der Antrieb der Ausgangswelle über die zweite Getriebeantriebswelle in Form der Hohlwelle und das Fahrzeug bewegt sich. Sobald die beiden Kupplungshälften der Reibungskupplung gleiche Drehzahl haben (Synchronlauf), wird die Klauenkupplung eingerückt, die eine unmittelbar treibende Verbindung zwischen der Welle des Antriebsmotors und der er­ sten Getriebeantriebswelle herstellt. Die zuvor zwischen der Welle des Antriebsmotors und der Reibungskupplung eingerückte Klauenkupplung wird hierbei ausgerückt.
Die Schaltungen in die verschiedenen Vorwärtsgänge erfolgt jeweils ohne Unterbrechung der Leistungsübertragung, also ohne Drehmomentunterbrechung und entspricht somit der ersten Merkmalsgruppe des Patentanspruches 1.
Aus der DE-PS 6 19 130 ist hierbei eine weitere Ausführungs­ form eines Vorgelege-Gangwechselgetriebes für Fahrzeuge, ins­ besondere für Diesellokomotiven bekannt, bei denen die mit der Welle des Antriebsmotors und der Reibungskupplung zusam­ menwirkenden Klauenkupplungen der Haupt-Reibungskupplung nachgeschaltet angeordnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Vorgelege-Wechselge­ triebe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art derart zu verbessern, daß unter Anwendung der ein­ facheren Einscheiben-Reibungskupplung ein zugkraftunterbre­ chungsfreies Schalten sämtlicher Gangstufen ermöglicht wird, ohne daß im kritischen Anfahrbereich beim Gangwechsel zwi­ schen dem 1. und 2. Gang eine Drehmomentunterbrechung auf­ tritt.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Vor­ gelege-Wechselgetriebe der im Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1 erläuterten Art, die im Kennzeichenteil des Patentan­ spruches 1 aufgezeigten Merkmale aufweist.
Dadurch, daß die zwischen dem Eingangsteil der Reibungskupp­ lung und der ersten Getriebeeingangswelle vorgesehene direkte Verbindung als eine schaltbare Klauenkupplung ausgebildet ist und zwischen dem Ausgangsteil der Reibungskupplung und den beiden Getriebeeingangswellen eine schaltbare Synchronkupp­ lung vorgesehen ist, kann der Anfahrvorgang über die ge­ steuerte Reibungskupplung und die Übersetzung des 1. Ganges erfolgen, worauf dann erst die direkte Verbindung zwischen dem Eingangsteil der Reibungskupplung und der ersten Ge­ triebeeingangswelle durch die schaltbare Klauenkupplung her­ gestellt wird.
Wird nun zum Schalten vom 1. in den 2. Gang die Reibungskupp­ lung ausgerückt, so bleibt ein Drehmomentweg über die ge­ schaltete Klauenkupplung zum Radsatz des 1. Ganges aufrecht­ erhalten und es erfolgt kein störendes Hochdrehen der An­ triebsmaschine. Die schaltbare Synchronkupplung, die in Ver­ bindung mit dem Ausgangsteil der Reibungskupplung steht, wird nunmehr in Eingriff mit dem Rädersatz des 5. Ganges gebracht und daraufhin wieder die Reibungskupplung gesteuert einge­ rückt. Sobald die Einlegedrehzahl des 2. Ganges erreicht ist, wird die Schiebemuffe des 2. Ganges verschoben, um den Rad­ satz des 2. Ganges kraftschlüssig zu machen und nach Aus­ rücken der Reibungskupplung erfolgt die Drehmomentübertragung nunmehr ausschließlich über den Radsatz des 2. Ganges.
In den weiteren Ansprüchen sind zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
Die Erfindung wird anhand eines in den beiliegenden Zeich­ nungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Getriebeschaubild eines Vorgelege-Wechsel­ getriebes gemäß der Erfindung in Neutralstel­ lung;
Fig. 2 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 in der Schalt­ stellung für einen Anfahrvorgang, die den Dreh­ momentübertragungsweg bildenden Getriebeteile sind hierbei in ihrer entsprechenden Schaltlage gezeichnet und der Drehmomentverlauf durch ver­ stärkte Striche dargestellt;
Fig. 3 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 nach abge­ schlossenem Anfahrvorgang im 1. Gang;
Fig. 4 das Getriebeschaubild in der Schaltstellung für die Vorbereitungsphase eines Gangwechsels vom 1. Gang zum 2. Gang;
Fig. 5 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 während der Synchronisationsphase für eine Schaltung vom 1. zum 2. Gang und
Fig. 6 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 in seiner Schaltstellung nach einer abgeschlossenen Schal­ tung vom 1. Gang zum 2. Gang;
Fig. 7 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 in der Vorbe­ reitungsphase für eine Schaltung vom 2. Gang in den 1. Gang und
Fig. 8 das Getriebeschaubild nach Fig. 1 nach der durchgeführten Schaltung vom 2. Gang in den 1. Gang.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Vorgelege-Wechselgetriebes wird in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert, in der die ein­ zelnen Getriebeelemente mit entsprechenden Bezugszeichen ver­ sehen sind, die sich in den weiteren Fig. 2 bis 8 ledig­ lich mit dem Unterschied wiederholen, daß die in den Drehmo­ mentweg eingeschalteten Getriebeteile in ihren geschalteten Lagen gezeichnet sind und der Drehmomentfluß durch verstärkte Striche angedeutet ist.
Ein Antriebsmotor 1, vorzugsweise ein Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle 2 treibt ein Schwungrad 3 an, das in her­ kömmlicher Weise mit einer Reibscheibenkupplung 4 verbunden ist, die im wesentlichen aus einem Eingangselement 5 und einem Ausgangselement 6 besteht.
Das Vorgelege-Wechselgetriebe besteht aus einer ersten Ge­ triebeeingangswelle 7 und einer zweiten Getriebeeingangswelle 8, wobei die zweite Getriebeeingangswelle als eine die erste Eingangswelle 7 umfassende Hohlwelle 8 ausgebildet ist. Im Vorgelege-Wechselgetriebe sind Zahnradsätze für die Gänge 1 bis 5 angeordnet, wobei vorzugsweise die Festräder 9, 11, 13 und 15 auf der ersten Getriebeeingangswelle 7 angeordnet sind und deren Gegenräder oder Losräder 10, 12, 14 und 16 auf einer parallel zu den Getriebeeingangswellen 7 und 8 angeord­ neten Vorgelegewelle 17 angeordnet sind. Die Vorgelegewelle 17 steht in Verbindung mit einem Endabtrieb 18.
Vom Zahnradsatz 19 und 20 des 5. Ganges ist das Festrad 19 auf der Vorgelegewelle 17 fest angeordnet und das Losrad 20 ist auf der zweiten Getriebeeingangswelle 8 angeordnet.
Zwischen zwei benachbarten Losrädern 10 und 12 bzw. 14 und 16 sind in an sich bekannter Weise Synchronkupplungen mit ent­ sprechenden Schiebehülsen 21 und 22 angeordnet.
Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik ist die direkte Verbindung zwischen dem Schwungrad 3 und der ersten Getriebe­ eingangswelle 7 als eine schaltbare Klauenkupplung 23 ausge­ bildet und das Ausgangselement 6 der Reibungskupplung 4 steht nicht in direkter treibender Verbindung mit der ersten Ge­ triebeeingangswelle 7, sondern ist mit dieser über eine schaltbare Synchronkupplung 24 bzw. mit dem auf der Hohlwelle 8 angeordneten Losrad 20 des 5. Ganges verbindbar.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Vorgelege-Wechselge­ triebes wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 8 erläutert, in denen die den jeweiligen Drehmomentüber­ tragungsweg bildenden Getriebeelemente durch eine größere Strichstärke hervorgehoben sind.
Aus Fig. 2 ist der Anfahrvorgang ersichtlich, bei dem bei zu­ nächst noch ausgerückter Reibungskupplung 4 die Synchronkupp­ lung 24 derart verschoben wird, daß eine treibende Verbindung zwischen dem Ausgangselement 6 der Reibungskupplung und der ersten Getriebeeingangswelle hergestellt wird. Wird nun durch gesteuertes Einrücken der Reibungskupplung 4 ein Drehmoment übertragen, so wird dieses Drehmoment über die Synchronkupp­ lung 24 auf die erste Getriebeeingangswelle 7 übertragen und von dieser über den Zahnradsatz des 1. Ganges und der in der Stellung für den 1. Gang befindlichen Synchronkupplung 21 auf der Vorgelegewelle auf diese übertragen und dem Endab­ trieb 20 zugeleitet.
Ist der Anfahrvorgang abgeschlossen, so wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, die Reibungskupplung 4 ausgerückt und an ih­ rer Stelle die Klauenkupplung 23 eingerückt, die eine direkte treibende Verbindung zwischen dem Schwungrad 3 und der ersten Getriebeeingangswelle 7 herstellt. Der weitere Drehmomentfluß verbleibt über dem Zahnradsatz des 1. Ganges und dessen Syn­ chronkupplung auf die Vorgelegewelle und zum Endabtrieb.
Soll nun ausgehend von der Schaltposition in Fig. 3 eine Schaltung vom 1. Gang in den 2. Gang vorbereitet werden, so wird zunächst die Synchronkupplung 24 in Eingriff mit dem Losrad 20 des 5. Ganges gebracht und darauffolgend wird die Reibungskupplung 4 gesteuert eingerückt, bis der durch den Zahnradsatz des 5. Ganges verlaufende Drehmomentenfluß eine Entlastung des Zahnradsatzes des 1. Ganges herbeiführt, wo­ durch dieser, wie aus Fig. 5 ersichtlich, in die Neutralstel­ lung und anschließend in die aus Fig. 6 ersichtliche Stellung für den 2. Gang geschaltet werden kann. Nachfolgend dieser Schaltung wird die Reibungskupplung 4 wieder ausgerückt und der Drehmomentübertragungsfluß verläuft über die Klauenkupp­ lung 23 und den Zahnradsatz des 2. Ganges.
Soll nun z. B. wieder eine Abwärtsschaltung vom 2. Gang zum 1. Gang erfolgen, so wird wieder die Reibungskupplung 4 ge­ steuert eingerückt, wodurch sie Drehmoment über die nach wie vor eingerückte Synchronkupplung 24 auf das Losrad 20 des 5. Ganges überträgt und das solange, bis wieder der Zahnradsatz des 2. Ganges drehmomentlos wird, weil die mit schleifender Kupplung eingelegte 5. Gangstufe die Drehmomentübertragung übernimmt. Daher kann wieder ohne Probleme eine Schaltung der Synchronkupplung aus der Stellung des 2. Ganges in die Neu­ tralstellung und anschließend in die Stellung für den 1. Gang erfolgen und durch Ausrücken der Reibungskupplung 4 wird nachfolgend wieder ein Drehmomentfluß über die Klauenkupplung 23 und den Zahnradsatz des 1. Ganges bereitgestellt.
Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Vorgelege-Wechselge­ triebes wird der Vorteil erreicht, daß der Anfahrvorgang über den Zahnradsatz des 1. Ganges erfolgen kann und gleichzeitig wird durch die zusätzlichen Kupplungen 23 und 24 sicherge­ stellt, daß bei einem Gangwechsel vom 1. Gang zum 2. Gang und dem hierbei erforderlichen Ausrücken der Reibungskupplung 4 kein Durchgehen des Antriebsmotors auftreten kann.
Selbstverständlich sind nachfolgend der erfindungsgemäßen Verknüpfung der gesteuerten Reibungskupplung 4 und der Ge­ triebeeingangswellen 7 und 8 die verschiedensten Getriebeaus­ legungen möglich, ohne daß hierdurch der Umfang der vorlie­ genden Erfindung verlassen wird.
So kann z. B. das Ausgangselement der Reibungskupplung über weitere Kupplungen wahlweise mit dem Losrad des höchsten Ganges, mit der ersten Getriebeeingangswelle oder mit einem beliebigen weiteren Losrad eines Ganges verbunden werden.
Das Ausgangselement der Reibungskupplung kann auch über wei­ tere Kupplungen wahlweise mit beliebigen Losrädern oder mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden werden.
Anstelle der einfachen Reibungskupplung kann selbstverständ­ lich eine Mehrscheibennaßkupplung oder andere geeignete Kupp­ lungen verwendet werden.

Claims (2)

1. Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer von einem Antriebsmotor getriebenen Reibungskupplung (4) deren Eingangselement (5) mit einer ersten Getriebeein­ gangswelle (7) treibend verbindbar ist und deren Aus­ gangselement (6) mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (8) in Form einer Hohlwelle verbindbar ist und wobei auf der ersten Getriebeeingangswelle (7) im wesentlichen Festräder (9, 10, 13 und 15) angeordnet sind, die mit auf einer Vorgelegewelle (17) angeordneten Losrädern (10, 12, 14 und 16) in ständigem Eingriff stehen und zwischen paarweise angeordneten Losrädern (10 und 12 bzw. 14 und 16), Synchronkupplungen (21 und 22) zum Schalten der ver­ schiedenen Gangstufen angeordnet sind und wobei mit der zweiten als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle (8) der Zahnrädersatz (19/20) des 5. Ganges verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Eingangselement (5) der Reibungskupplung (4) über eine formschlüssige Klauenkupplung (23) mit der ersten Getriebeeingangswelle (7) verbindbar ist und
  • - das Ausgangselement (6) der Reibungskupplung (4) über eine Synchronkupplung (24) entweder mit dem Losrad (20) des 5. Ganges oder mit der ersten Getriebeein­ gangswelle (7) verbindbar ist.
2. Vorgelege-Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - anstelle der einfachen Reibungskupplung (4) eine Mehrscheibennaßkupplung oder andere geeignete Kupp­ lungen verwendet werden.
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