DE19631072A1

DE19631072A1 - Gear change mechanism for propulsion of car

Info

Publication number: DE19631072A1
Application number: DE1996131072
Authority: DE
Inventors: Bernhard Sich
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Batavia Transmission LLC
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 1998-02-05

Abstract

The drive shaft (2) is connected to the spur gear (3) so that it is torsionally fixed. There is a permanent intermeshed connection with the spur gears (4,5) of the main shaft (6,7), where the spur gears are built the same. The second drive device is built across a torsionally static spur gear (13) arranged on the output shaft (12). A permanent intermeshed connection with the spur gears (14,15) of the main shaft is built but the spur gears are of unequal size. This results in the reversing point being in a different area of the speed changing gear with an asynchronous rotational speed variator. The synchronous rotational speed was brought about across the load switching without the traction isolation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wechselgetriebe nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a change gear according to the preamble of claim 1.

Ein Wechselgetriebe der eingangs genannten Bauart ist auch unter der Bezeichnung CVT in i²-Anordnung bekanntge worden (Multi-pass Continuously Variable Transmission) Mit einem derartigen Getriebe läßt sich die Übersetzungssprei zung (d. h. der Verstellbereich als Verhältnis der maxima len zur minimalen Übersetzung) eines mechanischen Variators im Quadrat erhöhen.A change gear of the type mentioned is also known as CVT in i² arrangement (Multi-pass Continuously Variable Transmission) With Such a gearbox can be used for translation tongue (i.e. the adjustment range as a ratio of the maxima len for minimal translation) of a mechanical variator increase in square.

Aus der DE-A 42 07 093 ist ein CVT in i²-Anordnung bekanntgeworden. Eine Antriebswelle kann wahlweise über eine von zwei Kupplungen mit einer ersten oder - über erste Antriebsmittel - mit einer zweiten Hauptwelle gekuppelt werden. Die erste und zweite Hauptwelle sind über einen stufenlos verstellbaren Variator miteinander verbunden. Die Abtriebswelle kann wahlweise über zwei Kupplungen entweder mit der zweiten Hauptwelle direkt oder - über zweite An triebsmittel - mit der ersten Hauptwelle in Antriebsverbin dung gebracht werden. In einem Anfahrbereich wird die An triebsleistung über die ersten Antriebsmittel (Stirnzahn räder) auf die zweite Hauptwelle, über den Variator auf die erste Hauptwelle und von hier aus über die zweiten An triebsmittel (Stirnzahnräder) auf die Abtriebswelle über tragen. In diesem Bereich wird der Variator bei geringen Drehzahlen mit einem hohen Moment belastet. Durch entspre chende Anordnung und Dimensionierung der Antriebsmittel können zum Wechsel des Übersetzungsbereiches die bislang geschlossenen Kupplungen geöffnet und die geöffneten Kupp lungen problemlos geschlossen werden. In diesem synchronen Umschaltpunkt ist demnach die Gesamtübersetzung des Lang sam-Fahrbereichs gleich groß wie die Übersetzung des sich anschließenden overdrive-Bereichs. In diesem Bereich ist die erste Hauptwelle direkt mit der Antriebswelle verbun den. Die Leistung fließt über den Variator auf die zweite Hauptwelle, die direkt mit der Abtriebswelle gekuppelt ist. In diesem Bereich wird ein relativ kleines Moment bei hohen Drehzahlen übertragen.From DE-A 42 07 093 is a CVT in i² arrangement known. A drive shaft can optionally be over one of two couplings with a first or - over first Drive means - coupled to a second main shaft will. The first and second main shafts are over one infinitely variable variator connected. The Output shaft can either be via two clutches either with the second main shaft directly or - via second input drive means - with the first main shaft in drive connection be brought. In an approach area, the An drive power via the first drive means (front tooth wheels) on the second main shaft, via the variator on the first main shaft and from here on the second type drive means (spur gears) on the output shaft carry. In this area the variator is low Speeds loaded with a high moment. By correspond appropriate arrangement and dimensioning of the drive means can change the translation area the previous closed clutches opened and the open clutch lungs can be closed easily. In this synchronous The switchover point is therefore the overall translation of the Lang sam driving range the same size as the translation of the subsequent overdrive area. Is in this area the first main shaft is directly connected to the drive shaft the. The power flows through the variator to the second Main shaft that is directly coupled to the output shaft. In this area there is a relatively small moment at high Transfer speeds.

Für die Auslegung eines Variators sind sowohl die Drehzahlen als auch die zu übertragenden Drehmomente maß geblich, so daß der Variator für unterschiedliche Bela stungsfälle ausgelegt sein muß.Both are necessary for the design of a variator Speeds as well as the torques to be transmitted bleached so that the variator for different bela event must be designed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechsel getriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine große Gesamtgetriebe-Spreizung bei einem guten Gesamtgetriebe-Wirkungsgrad und einer gleichmäßigen Bela stung des Variators in beiden Betriebsbereichen auszeich net.The invention has for its object a change to create gearboxes of the type mentioned at the outset through a large overall gear spread with a good one Overall gearbox efficiency and an even load performance of the variator in both operating areas net.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspru ches aufweisenden, gattungsgemäßen Wechselgetriebe gelöst.The object underlying the invention is achieved with one, also the characteristic features of the main claim Ches generic generic gearbox solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Wechselgetriebes sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 defi niert.Advantageous embodiments of the invention Gearboxes are defined in subclaims 2 to 5 kidney.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Details of the invention emerge from the following description of a schematic in the drawing illustrated embodiment.

Die einzige Figur zeigt in stark vereinfachter, sche matischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel für ein stu fenloses Getriebe in i²-Anordnung. Eine Antriebsmaschine 1 treibt eine Antriebswelle 2, die an ihrem in der Zeichnung rechts liegenden Ende mit einem Stirnzahnrad 3 drehfest verbunden ist. Das Stirnzahnrad 3 steht mit weiteren Stirn zahnrädern 4 und 5 in ständig kämmender Verbindung. Die Stirnzahnräder 3, 4 und 5 werden im folgenden auch als er ste Antriebsmittel bezeichnet.The single figure shows a highly simplified, schematic representation of an embodiment of a stepless transmission in i² arrangement. A drive machine 1 drives a drive shaft 2 , which is connected at its right end in the drawing to a spur gear 3 in a rotationally fixed manner. The spur gear 3 is with further spur gears 4 and 5 in constantly meshing connection. The spur gears 3 , 4 and 5 are hereinafter also referred to as he drive means.

Das Stirnzahnrad 4 ist drehfest auf einer ersten Hauptwelle 6 und das Stirnzahnrad 5 auf einer zweiten Hauptwelle 7 drehfest angeordnet. Die Hauptwellen 6 und 7 sind über einen stufenlos verstellbaren Variator 8 mitein ander verbunden. Hierzu sind in bekannter Weise paarweise angeordnete Kegelscheiben 9 und 10 auf den Hauptwellen 6 und 7 angeordnet. Zwischen den Kegelscheiben läuft ein Zu gorgan 11, z. B. ein Schubgliederband. Jeweils eine der paarweise angeordneten Kegelscheiben 9 und 10 ist axial beweglich, so daß das Übersetzungsverhältnis des Varia tors 8 in bekannter Weise verändert werden kann.The spur gear 4 is arranged in a rotationally fixed manner on a first main shaft 6 and the spur gear 5 on a second main shaft 7 in a rotationally fixed manner. The main shafts 6 and 7 are connected to each other via an infinitely variable variator 8 . For this purpose, conical disks 9 and 10 arranged in pairs on the main shafts 6 and 7 are arranged in a known manner. Between the conical disks a gorgan 11 runs , for. B. a push link belt. In each case one of the paired conical pulleys 9 and 10 is axially movable, so that the transmission ratio of the Varia gate 8 can be changed in a known manner.

Eine Abtriebswelle 12 verläuft parallel gerichtet zu den Hauptwellen 6 und 7. An dem in der Zeichnung links lie genden Ende ist ein Stirnzahnrad 13 drehfest auf der Ab triebswelle 12 montiert. Das Stirnzahnrad 13 steht in stän digem Zahneingriff mit einem Stirnzahnrad 14 der Hauptwel le 6 und einem Stirnzahnrad 15 der Hauptwelle 7. Die Stirn zahnräder 13, 14 und 15 werden nachfolgend auch als zweite Antriebsmittel bezeichnet. An output shaft 12 runs parallel to the main shafts 6 and 7 . At the left in the drawing lying end, a spur gear 13 is rotatably mounted on the drive shaft 12 from . The spur gear 13 is in constant tooth mesh with a spur gear 14 of the main shaft 6 and a spur gear 15 of the main shaft 7 . The front gears 13 , 14 and 15 are also referred to below as second drive means.

Nach dem Prinzip eines stufenlos verstellbaren Getrie bes in i²-Anordnung wird nach dem Durchfahren des ersten Verstellbereiches des Variators in den zweiten Verstellbe reich umgeschaltet. Dies geschieht, indem man den Antrieb des Variators zum Abtrieb und den Abtrieb zum Antrieb macht. Demzufolge schließt die Anordnung vier Kupplun gen K_1, K_2, K_3 und K_4 ein.According to the principle of a continuously variable transmission bes in i² arrangement is after driving through the first Adjustment range of the variator in the second adjustment richly switched. This is done by using the drive of the variator for the output and the output for the drive makes. As a result, the arrangement closes four clutches gen K_1, K_2, K_3 and K_4.

Die Kupplungen K_1 und K_4 sind auf der Hauptwelle 6 und die Kupplungen K_2 und K_3 sind auf der Hauptwelle 7 angeordnet. In einem ersten Fahrbereich, dem Langsam-Fahr bereich, sind die Kupplungen K_1 und K_2 geschlossen. Die Antriebsleistung fließt über die Stirnzahnradpaarung 3, 4, die eine Übersetzung i_1 bilden, die geschlossene Kupp lung K_1, den Variator 8 und die geschlossene Kupplung K_2 über die Stirnzahnradpaarung 15, 13, die eine Überset zung i_3 bilden, auf die Antriebswelle 12.The clutches K_1 and K_4 are arranged on the main shaft 6 and the clutches K_2 and K_3 are arranged on the main shaft 7 . In a first driving range, the slow driving range, the clutches K_1 and K_2 are closed. The drive power flows via the spur gear pair 3 , 4 , which form a ratio i_1, the closed clutch K_1, the variator 8 and the closed clutch K_2 via the spur gear pair 15 , 13 , which form a ratio i_3, on the drive shaft 12 .

Nachdem der erste Verstellbereich des Variators durch fahren ist, wird das Wechselgetriebe geschaltet, d. h. die Kupplungen K_1 und K_2 werden geöffnet, während die Kupp lungen K_3 und K_4 geschlossen werden. In dem sich nun an schließenden zweiten Bereich wird der Variator 8 in Rich tung Overdrive verstellt. Die Antriebsleistung fließt über die Stirnzahnradpaarung 3, 5, die eine Übersetzung i_2 bil den, die geschlossene Kupplung K_3, den Variator 8, die geschlossene Kupplung K_4 und die Stirnzahnradpaarung 14, 13, die eine Übersetzung i_4 bilden, auf die Abtriebswel le 12.After driving through the first adjustment range of the variator, the change-speed gearbox is switched, ie clutches K_1 and K_2 are opened, while clutches K_3 and K_4 are closed. In the now adjoining second area, the variator 8 is adjusted in the direction of overdrive. The drive power flows through the spur gear pair 3 , 5 , which form a ratio i_2, the closed clutch K_3, the variator 8 , the closed clutch K_4 and the spur gear pair 14 , 13 , which form a ratio i_4, to the output shaft 12 .

Bei der üblichen Auslegung eines CVT in i²-Anordnung werden im Umschaltpunkt zwischen den Bereichen synchrone Bedingungen eingehalten. Dies bedeutet, daß das Verhältnis der Übersetzung i_1 zu i_2 und i_4 zu i_3 gleich der Varia tor-Übersetzung sein muß.With the usual design of a CVT in i² arrangement become synchronous at the switchover point between the areas Conditions met. This means that the ratio the translation i_1 to i_2 and i_4 to i_3 is equal to the Varia Tor translation must be.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die Über setzungen i_1 und i_2 gleich oder annähernd gleich groß gewählt.In the arrangement according to the invention, the over Settlements i_1 and i_2 equal or approximately the same size chosen.

Die Übersetzungen i_3 und i_4 werden so festgelegt, daß im Umschaltpunkt zwischen den Bereichen sich die Ge samt-Übersetzung des Wechselgetriebes nur geringfügig oder nicht ändert. Dies bedeutet, daß bei der Umschaltung von einem in den anderen Bereich die Variator-Drehzahl angepaßt (synchronisiert) werden muß, ohne daß jedoch eine Verstel lung der Variator-Übersetzung vorgenommen werden soll. Da bei der Umschaltung zwischen den Bereichen keine synchronen Bedingungen aufgrund der unterschiedlichen Übersetzun gen i_3 und i_4 sowie, falls zutreffend, i_1 und i_2 vor liegen, muß die Bereichsumschaltung durch ein Lastschalt verfahren erfolgen, mit dem Lastschaltungen ohne Zugkraft unterbrechung möglich sind.The translations i_3 and i_4 are determined so that in the switching point between the areas, the Ge velvet gear ratio of the gearbox only slightly or does not change. This means that when switching from adjusted the variator speed in the other area (synchronized) must be, but without an adjustment variator translation. There no synchronous when switching between the areas Conditions due to the different translations gen i_3 and i_4 and, if applicable, i_1 and i_2 the range switch must be by a load switch procedures are carried out with the power shifts without traction interruption are possible.

Durch die nicht synchronen Bedingungen im Umschalt punkt zwischen den Bereichen lassen sich die Drehzahlen und Drehmomente so wählen, daß eine gleichmäßige Belastung des Variators in beiden Bereichen nahezu gewährleistet ist.Due to the non-synchronous conditions in the switch between the areas, the speeds and Select torques so that an even load on the Variators in both areas is almost guaranteed.

Vorstehend wurde erwähnt, daß der erste Bereich (Kupplungen K_1 und K_2 geschlossen, Kupplungen K_3 und K_4 geöffnet) der Langsam-Fahrbereich ist, aus dem heraus ange fahren wird. Dies trifft für ein Getriebe zu, das insbeson dere in Personenkraftwagen oder leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt wird. Unter der Annahme, daß das erfindungsgemä ße Wechselgetriebe in schwereren Nutzfahrzeugen, insbeson dere in landwirtschaftlich genutzten Fahrzeugen, wie Schleppern oder dergleichen, eingesetzt wird, wird man zweckmäßigerweise den Overdrive-Bereich zum Anfahren auf der Straße benutzen. Das Wechselgetriebe ist in diesem Fall so ausgelegt, daß der erste Bereich vorwiegend Feldarbei ten, z. B. dem Pflügen, vorbehalten bleibt.Above it was mentioned that the first area (Clutches K_1 and K_2 closed, clutches K_3 and K_4 open) is the slow driving range from which is indicated will drive. This applies to a gearbox, in particular in passenger cars or light commercial vehicles is used. Assuming that the invention Big gearboxes in heavy commercial vehicles, in particular in agricultural vehicles such as Tug or the like, is used expediently the overdrive area for starting use the road. The change gear is in this case designed so that the first area is mainly field work ten, e.g. B. the plowing is reserved.

Es ist ohne weiteres möglich, zumindest die Stirnzahn räder 4, 5 und 14, 15 als Losräder auszugestalten und sie mit den Kupplungen K_1, K_3 und K_4, K_5 zu einer baulichen Einheit zu verbinden. Bei geschlossener Kupplung ist dann das entsprechende Stirnzahnrad mit der Hauptwelle, auf der es gelagert ist, drehfest verbunden.It is readily possible to design at least the spur gear wheels 4 , 5 and 14 , 15 as idler gears and to connect them with the clutches K_1, K_3 and K_4, K_5 to form a structural unit. When the clutch is closed, the corresponding spur gear is rotatably connected to the main shaft on which it is mounted.

BezugszeichenlisteReference list

1 Antriebsmaschine
2 Antriebswelle
3 Stirnzahnrad
4 Stirnzahnrad
5 Stirnzahnrad
6 Hauptwelle
7 Hauptwelle
8 Variator
9 Kegelscheiben
10 Kegelscheiben
11 Zugorgan
12 Antriebswelle
13 Stirnzahnrad
14 Stirnzahnrad
15 Stirnzahnrad
K_1 Kupplungen
K_2 Kupplungen
K_3 Kupplungen
K_4 Kupplungen 1 engine
2 drive shaft
3 spur gear
4 spur gear
5 spur gear
6 main shaft
7 main shaft
8 variator
9 conical washers
10 conical washers
11 tension member
12 drive shaft
13 spur gear
14 spur gear
15 spur gear
K_1 couplings
K_2 couplings
K_3 clutches
K_4 couplings

Claims

1. change gear for driving a vehicle with a drive from a drive machine ( 1 ) ago an input shaft ( 2 ) and a continuously variable transmission ( 8 ), in which two parallel main shafts ( 6 , 7 ) by a Zugor gan ( 11 ) with each other are connected as well as first and two th drive means ( 3 , 4 , 5 and 13 , 14 , 15 ) and couplings (K_1, K_2, K_3 and K_4) for the optional connection of the drive shaft ( 2 ) to the output shaft ( 12 ), characterized that the drive shaft (2) is connected in a rotationally fixed manner to a spur gear (3) which is in constant meshing connection with spur gears (4, 5) of the main shafts (6, 7), wherein the through Stirnzahnrä of (3, 4 and 3 , 5 ) formed translations (i_1 and i_2) are the same or substantially the same, and that the two th drive means by a rotationally fixed on the output shaft ( 12 ) arranged spur gear ( 13 ) and with this in constantly intermeshing connection forehead gears ( 14 , 15 ) of the main shafts ( 6 , 7 ) are formed, the spur gear wheels ( 13 and 14 or 13 and 15 ) form translations (i_3 and i_4) which are unequal in size, so that in the switching point of one in the other area of the change-speed gearbox there are asynchronous speeds on the variator and that synchronous speeds are brought about by a power shift without interruption in the tractive effort, the overall ratio changing slightly or not at all.

2. Change gear according to claim 1, characterized in that when switching from one to the other area, the speed of the variator ( 8 ) is synchronized without an adjustment of the translation of the variator is made.

3. change gear according to claims 1 and 2, characterized in that the non-synchronous conditions in the switching point between the ranges, the speeds and the torques are selected so that a uniform loading of the variator ( 8 ) is almost guaranteed in both areas .

4. Change gear according to claims 1 to 3, there characterized in that the first loading rich (clutches K_1 and K_2 closed, clutches K_3 and K_4 open) is the slow driving range from which is approached from.

5. change gear according to claims 1 to 4, there characterized in that the second Be rich (clutches K_1 and K_2 open, clutches K_3 and K_4 closed) is the overdrive area from which is started when the change gearbox in commercial vehicles conditions, especially in agricultural vehicles gene is used.