DE19627895C1

DE19627895C1 - Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE19627895C1
Application number: DE1996127895
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr Ing Boll
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2016-07-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnräderwechselgetriebe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der WO 85/05427 A1 ist ein Zahnräderwechselgetriebe der ein gangs genannten Art mit folgenden Merkmalen bekannt:
Auf wenigstens zwei nebeneinander liegenden Getriebewellen sind mehrere Zahnradgruppen angeordnet, von denen jede wenigstens zwei dauernd in Eingriff befindliche Zahnräder umfaßt; zur Schaltung der Gänge sind Schaltmuffen vorgesehen, die auf einer der Wellen, vorzugsweise der Hauptwelle, angeordnet und relativ zu dieser axial verschiebbar und nicht verdrehbar sind, wobei jede Schaltmuffe formschlüssig an wenigstens ein Zahnrad kop pelbar ist; es sind Betätigungszylinder, vorgesehen, in denen zur Verschiebung der Schaltmuffen mit Schaltgabeln verbundene, von einem Servomittel beaufschlagbare Betätigungskolben gela gert sind. Bei diesem bekannten Zahnräderwechselgetriebe wurde angestrebt, daß man ohne Reibungs-Synchronisiereinrichtungen für die Schaltmuffen auskommen und somit das Getriebe möglichst kurz bauen kann; trotzdem soll das Umschalten von einem Gang in einen anderen mit möglichst hoher Schaltgeschwindigkeit erfol gen können, um die Kraftschluß-Unterbrechung möglichst weit gehend abzukürzen. Weiterhin wurde angestrebt, das Getriebe derart auszubilden, daß es entweder mit einer manuellen oder mit einer halbautomatischen oder mit einer vollautomatischen Betätigungseinrichtung ausgerüstet werden kann. Zu diesem Zweck sind bei dem bekannten Zahnräderwechselgetriebe die folgenden weiteren Merkmale vorgesehen:
Zur Erzeugung von Gleichlauf an der einzurückenden Schaltmuffe ist eine mit einer Bremse oder einer Kupplung versehene Be schleunigungseinrichtung sowie eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen, die beide auf die Nebenwelle bzw. auf wenigstens eine der Nebenwellen wirken; eine elektrische Steuereinrich tung, z. B. Mikroprozessor, der Drehzahlmeßwerte und Schaltbe fehle zuführbar sind, steuert die Zuführung des Servomittels zu dem betreffenden Betätigungskolben in Abhängigkeit vom Er reichen des Gleichlaufs an der betreffenden Schaltmuffe.

Aus der DE-AS 18 04 533 ist eine elektro-hydraulische Schalt einrichtung für Zahnräderwechselgetriebe im automatischen oder halbautomatischen Betrieb mit Vorwahl bekannt, insbesondere für Kraftfahrzeuge, welche einen hydraulischen Schaltmotor, eine Kupplungsbetätigungsvorrichtung, eine elektrische bzw. elektro nische Steuereinheit und wenigstens zwei Drehzahlgeber zur An zeige der Drehzahl von Getriebeeingangs-, Getriebeneben- und Getriebeausgangswelle sowie gegebenenfalls die Motorbelastung signalisierende Geber aufweist, wobei die Steuereinheit bei ei nem von der Motorbelastung oder durch Vorwahl verursachten Gangwechsel die Kupplung zwischen Motor und Getriebe löst, das Getriebe in Leerlaufstellung bringt, die Drehzahl von der Ge triebeeingangs- und -ausgangswelle vergleicht, bei beabsichtig ter Schaltung in einen höheren Gang ein hydraulisches Aggregat zur Abbremsung der Nebenwelle betätigt, bei Erreichen des Syn chronlaufs der zu schaltenden Getriebeteile das Einrücken des neuen Ganges über den Schaltmotor bewirkt und die Kupplungsbe tätigung über die Kupplungsbetätigungsvorrichtung vornimmt. Bei dieser bekannten Schalteinrichtung wird davon ausgegangen, daß es üblich sei, daß nach Vergleich der Drehzahlen von Antriebs- und Abtriebsseite des Getriebes der Motor vom Getriebe abgekup pelt und das Getriebe in Leerlaufstellung gebracht wird, worauf einerseits der Motor und andererseits die Getriebenebenwelle getrennt voneinander auf eine Synchrondrehzahl abgebremst wer den, bei der das Wiedereinrucken des höheren Ganges erfolgt. Die Abbremsung der Nebenwelle geschieht durch eine Trägheits bremse. Das insbesondere bei schweren Lastfahrzeugen und vor allem bei Bergfahrt im vollbeladenen Zustand schwierige Wech seln in einen niedrigeren Gang erfolgt durch konventionelles Zwischengasgeben. Bei der bekannten Schalteinrichtung wird nun angestrebt, die Schaltzeiten beim Gangwechsel, und zwar beim Gangwechsel sowohl nach oben als auch nach unten, wesentlich zu verkürzen. Zu diesem Zweck ist bei der bekannten Schalteinrich tung eine von der Steuereinheit gesteuerte, an das während des Gangwechsels vom Motor abgekuppelte, in Synchronlauf zu brin gende Getriebeteil angeschlossene, wahlweise als Motor und als Bremse umsteuerbare, hydraulische Baueinheit, vorzugsweise ein auf Pumpbetrieb umsteuerbarer Hydromotor, zur Beschleunigung bzw. Verzögerung des Getriebeteils vorgesehen.

Aus der EP 0 348 622 A2 ist ein synchrongliederfreies Stufen wechselgetriebe für ein Fahrzeug bekannt mit einer Getriebeein gangswelle, die über eine Kupplung mit einer Antriebseinheit verbunden ist, und mit einer mit den Antriebsrädern des Fahr zeugs verbundenen Antriebswelle, die über Zahnräder der jewei ligen gewählten Getriebestufe formschlüssig mit der Getriebe eingangswelle verbunden ist, und mit den Synchronlauf der Zahn räder ermöglichenden Mitteln zur Beschleunigung oder Verzö gerung der Getriebeeingangswelle. Bei diesem bekannten Stufen wechselgetriebe wurde angestrebt, daß eine Synchronisiervor richtung geschaffen wird, die einen geringen Aufwand für Kon struktion und Steuerung erfordert und darüber hinaus verlustarm arbeitet. Zu diesem Zweck ist bei dem bekannten Stufenwechsel getriebe vorgesehen, daß die Mittel durch eine mit der Getrie beeingangswelle verbundene Synchronisiervorrichtung gebildet sind, welche unabhängig von der Antriebseinheit sowohl die Be schleunigung als auch die Verzögerung der Getriebeeingangswelle ermöglicht.

Aus der EP 0 403 127 A1 ist es bei automatischen Gangwechselge trieben bekannt, bei Hochschaltungen zum Synchronisieren der Drehzahl der Getriebeeingangswelle (Abbremsen) durch die elek tronische Getriebesteuerung

a) sowohl auf die Motorsteuerung zur Verringerung der Motordrehzahl einzuwirken als auch ein intermittierend arbeitendes Nebenaggregat (Luftkompressor) an den Motor anzukuppeln,
b) auf den Regler der Lichtmaschine im Sinne einer höheren Motorlast einzuwirken,
c) eine an sich nur bei Leerlaufbedingungen arbeitende Dämpfereinheit zur Dämpfung von Drehzahlschwingungen des Antriebsmotores in Betrieb zu setzen, und
d) eine das Turbinenrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einem Gangwechselgetriebe der Umlaufräderbauart verbindende Getriebeeingangswelle durch eine besondere reibschlüssige Bremse in ihrer Drehzahl zu verzögern.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, aus Gründen der Kraft stoffersparnis Stufenschaltgetriebe mit hoher Gangzahl darzu stellen.

Aus Gründen des Raumbedarfs sowie der Kosten und des Gewichtes soll wegen der großen Zahl der Gänge auf die getriebeinternen Synchronisiereinrichtungen verzichtet werden.

Vielmehr soll das Getriebe nach dem lastfrei Schalten der An triebsmaschine und dem Trennen der Schaltklauen durch Fremdsyn chronisation der Getriebeeingangswelle soweit synchronisiert werden, daß ein problemloses Einklauen des neuen Ganges ermög licht ist.

Gemäß dem Stand der Technik sind Fremdsynchronisationen an sich vorbekannt, z. B. bei Elektroantrieben durch aktives Ansteuern der Synchrondrehzahl mit Hilfe des Antriebsmotors im Generator- oder Motorbetrieb.

Bei Verbrennungsmotoren ist dies schwieriger. Zwar können Ver brennungsmotoren ihre Drehzahl ausreichend schnell beschleuni gen, um eine Gangstufe in kurzer Zeit herunterzuschalten; beim Heraufschalten ist das Verzögerungsmoment auch bei geschlosse ner Drosselklappe jedoch nicht immer ausreichend, um in kurzer Zeit eine Komfortsynchronisation (d. h. ohne Massenstoß) zu er reichen. (Bei Rennfahrzeugen läßt man den Massenstoß als Be schleunigungshilfe zu).

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, zu m Zwecke des schnellen Hochschaltens ein zusätzliches Verzö gerungsmoment darzustellen, indem getriebeseitig in erfin derischer Weise eine neuartige Bremse dargestellt wird, die zur Erzielung einer kleinen Bauweise auch durch ein zusätzliches motorseitiges Verzögerungsmoment unterstützt sein kann, welches herkömmlicher und/oder erfinderischer Art ist.

Die getriebeseitige Bremse kann bei einer Ausführungsform durch eine Doppelbandbremse dargestellt sein, die von einem gemeinsa men Aktuator (z. B. Hydraulikkolben) beaufschlagt wird.

Die Doppelbandbremse befindet sich im Kupplungsgehäuse und läuft deshalb trocken. Die beiden Bremsbänder beaufschlagen zwei gegenläufig rotierende Bremstrommeln, die jeweils auf der Getriebeeingangswelle und der Vorgelegewelle sitzen. Aufgrund der gegenläufigen Drehrichtung ist es möglich, den Leertrumm der beiden Bremsbänder so zu legen, daß ein gemeinsamer Kraft angriffspunkt für den Aktuator gefunden wird, von dem aus in der gleichen Richtung an beiden Bremsbändern gezogen werden kann.

Dadurch, daß die Reibleistung auf zwei Bremsen übertragen wird, können die Gesamtabmessungen des Getriebes kleingehalten werden und eine ausreichend hohe Schalthäufigkeit ohne Bremsenüber hitzung gewährleistet werden.

Die motorseitige zusätzliche Bremsmomentunterstützung kann z. B. konventionell durch Schließen der Drosselklappe oder erfin derisch durch beträchtliche Vorverlegung des Zündzeitpunktes mit der Folge eines Gegenmomentes erreicht werden. Zum Zwecke des Motorschutzes soll dies nicht bei Motorvollast geschehen, sondern unter einer Laststellung, die die Lebensdauer nicht be einträchtigt und gegebenenfalls auch den NO_x-Stoß in Grenzen hält (innerhalb der Pufferfähigkeit des Katalysators; gegebe nenfalls anschließend kurze Fettbetriebsphase zur NO_x-Reduk tion).

Ein weiteres Bremsmoment kann durch Lastzuschalten von Neben aggregaten dargestellt werden, z. B. die Lichtmaschine wird auf Vollast (und Heizwiderstand) geschaltet oder der Klimakompres sor wird zugeschaltet; das Getriebesteuergerät kennt den Schaltzeitpunkt und kann den Kompressor kurz zuvor abschalten, um anschließend den Einschaltstoß zu nutzen. Ebenso kann mit anderen intermittierend betriebenen Verbrauchern verfahren wer den.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Zahnräderwech selgetriebes nach der Erfindung schematisch dargestellt. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Antriebsaggregates eines Kraftfahrzeuges mit einem Zahnräderwechselgetriebe nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Antriebsaggregat von Fig. 1 nach Linie II-II.

Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotores 1 ist durch eine Trennkupplung 5 mit einer Getriebeeingangswelle 6 eines Zahnrä derwechselgetriebes 4 verbunden, dessen Abtriebswelle 9 in der üblichen Weise wenigstens eine Antriebsachse eines Fahrzeuges antreibt.

Das Getriebegehäuse des Zahnräderwechselgetriebes 4 weist eine vordere Kupplungsglocke 3 auf, welche die Trennkupplung 5 und zwei Bandbremsen 7/11 und 8/10 aufnimmt sowie bei 2 an das Mo torgehäuse des Verbrennungsmotores 1 angeflanscht ist.

Die durch die Bandbremse 8/10 abbremsbare bzw. in ihrer Dreh zahl verzögerbare Getriebeeingangswelle 6 steht in der üblichen Weise über eine Zahnradstufe (Getriebekonstante) in ständiger Antriebsverbindung mit einer parallelen Vorgelegewelle 13, welche in bekannter Weise wahlweise über eine von mehreren Zahnradstufen, deren Losräder durch jeweils eine zugehörige un synchronisierte formschlüssige Zahnradkupplung mit ihrer Ge triebewelle kuppelbar sind, mit der Abtriebswelle 9 in An triebsverbindung bringbar ist.

Die Vorgelegewelle 13 ist durch die Bandbremse 7/11 abbremsbar bzw. in ihrer Drehzahl verzögerbar.

Beide Bandbremsen 7/11 und 8/10 arbeiten in der Kupplungsglocke 3 im Trockenbetrieb. Ihre Bremstrommeln 7 und 8 weisen aufgrund der Getriebekonstanten ständig entgegengesetzten Drehsinn auf, so daß die Bremsbänder 10 und 11, deren eines Bandende jeweils bei 10A und 11A gegenüber der Kupplungsglocke 3 festgelegt ist, über ihre anderen Bandenden 10B und 11B durch einen gemeinsamen Aktuator 12 gleichsinnig im Einrücksinne und synchron betätig bar sind.

Claims

1. Zahnräderwechselgetriebe, bei dem eine Eingangswelle und eine parallele Vorgelegewelle durch eine Zahnradstufe (Getriebekonstante) in ständiger gegenseitiger Antriebsverbin dung stehen und die Vorgelegewelle sowohl mit einer parallelen Hauptwelle über wenigstens zwei Zahnradstufen, deren Losräder durch jeweils eine nichtsynchronisierte formschlüssige Zahnrad kupplung mit ihrer Welle kuppelbar sind, als auch mit einer reibschlüssigen Bremse verbunden ist, wobei die Bremse bei Hochschaltungen im Sinne einer Verringerung der Drehzahl der Eingangswelle steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (6) mit einer zweiten reibschlüssigen Bremse (8/10) verbunden ist, und daß beide Bremsen (7/11 und 8/10) gleichsinnig und synchron steuerbar sind.

2. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bremsen (7/11 und 8/10) Bandbremsen verwendet sind.

3. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsbänder (10 und 11) der beiden Bremsen (8/10 und 7/11) durch ein gemeinsames Stellglied (12) betätigbar sind.

4. Zahnräderwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsen (7/11 und 8/10) in einem Kupplungsgehäuse (3) einer im Kraftfluß zwischen dem Zahnräderwechselgetriebe (4) und einem Verbrennungsmotor (1) angeordneten Trennkupplung (5) angeordnet sind.

5. Zahnräderwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zahnräderwechselgetriebe ein Verbrennungsmotor im Kraftfluß vorgeschaltet ist, der bei Hochschaltungen als Bremse betrieben wird.

6. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor bei Hochschaltungen durch Vorverlegung des Zündzeitpunktes mit der Folge eines Gegenmomentes gesteuert wird.

7. Zahnräderwechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hochschaltungen ein vom Verbrennungsmotor angetriebenes Nebenaggregat (Lichtmaschine, Kompressor) unter Last betrieben wird.