DE19725512A1

DE19725512A1 - Synchronisiertes Stufengetriebe

Info

Publication number: DE19725512A1
Application number: DE19725512A
Authority: DE
Inventors: Bernd Doebele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 1998-12-24
Also published as: EP0988472B1; EP0988472A2; DE59800540D1; WO1998058193A1; JP2002504982A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein synchronisiertes Stufengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.

Derartige synchronisierte Stufengetriebe weisen eine Getriebehauptwelle mit mehreren Gangstufen auf, wobei die Zahnräder der einzelnen Gangstufen jeweils über Synchroni sierungskupplungen mit der Hauptwelle des Getriebes gekup pelt werden, wenn Drehzahlgleichheit besteht. Zur Einstel lung der Drehzahlgleichheit einer zu schaltenden Gangstufe ist die Änderung der Drehzahl der primärseitigen rotieren den Getriebemassen erforderlich. Zur Einstellung des Kraft schlusses muß zwischen den zu kuppelnden Massen in der Re gel zwischen dem Ganglosrad der jeweiligen Gangstufe und der Antriebswelle Synchronlauf herrschen.

Der Angleich der Drehzahlen wird bei synchronisierten Getriebe häufig durch eine sog. Sperrsynchronisation er reicht, d. h. durch eine Kombination einer Reibungskupplung mit einem unter Reaktionsmoment axial sperrenden Schaltme chanismus. Bei unsynchronisierten klauengeschalteten Ge trieben wird der Angleich der Drehzahlen durch Öffnen oder Schließen der Kupplung bei paralleler Beeinflussung der Getriebeeingangsdrehzahl über die Anhebung der Motordreh zahl oder durch Ansteuern einer Kupplungsbremse erzeugt, d. h. daß Zwischengas gegeben oder zwischengekuppelt wird.

Es sind auch Zentralsynchronisierungen bekannt, bei denen eine zusätzliche Radstufe zwischen der Abtriebswelle und der Antriebswelle mit einer zwischengeschalteten Rei bungskupplung als Beschleuniger und eine zweite Reibungs kupplung, die bei offener zwischengeschalteter Reibungs kupplung die Antriebswelle reibschlüssig mit dem Getriebe gehäuse verbindet, als Verzögerungsstufe verwendet werden. Ein Nachteil einer solchen Zentralsynchronisierung ist der erhebliche mechanische Mehraufwand für das Getriebe. Außer dem ist ein Reversieren nicht möglich.

Bei modernen synchronisierten Stufengetrieben wird mehr und mehr eine elektronische Steuerung verwendet, mit der die einzelnen Gänge geschaltet und die dabei auftreten den Funktionsabläufe kontrolliert werden. Ziel der Erfin dung ist es, die elektronische Steuerung derartiger Getrie be auszunutzen und eine Drehzahlsynchronisation eines Viel ganggetriebes mit einfachen Mitteln zu realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Viel ganggetriebe mit einer einfachen Synchronisiermöglichkeit anzugeben, so daß auch einfache klauengeschaltete Getriebe ohne Motornachführung und Getriebebremse geschaltet werden können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merk male des Patentanspruches 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung elektronischer Steuerungen für die Schaltung von Getrieben ein Gleichlauf der anzupassenden Teile elek tronisch geregelt werden kann, und daß somit der Sperrme chanismus bei einer Synchronisation von der Einrichtung zur Veränderung der Drehzahl, d. h. im allgemeinen einer Rei bungskupplung, entkoppelt sein kann. Somit geht es nur noch darum, jedes Drehzahlniveau an der Mitnehmerscheibe ein stellen zu können, wobei dieses Niveau begrenzt ist von der höchsten Gangübersetzung und dem Stillstand.

Die Lösung gemäß der Erfindung liegt darin, eine Rei bungskupplung, z. B. eine Synchronisierungskupplung mit einem Reibkonus zwischen einem Anfahrgang-Losrad z. B. dem Losrad des ersten Ganges, und der Hauptwelle als Beschleu niger einzusetzen und eine weitere Kupplung, vorzugsweise wiederum eine Reibungskupplung, zwischen einer Rückwärts gangstufe, z. B. dem Losrad des Rückwärtsganges, und der Hauptwelle als Verzögerer einzusetzen.

Diese Anordnung ermöglicht es, ein klauengeschaltetes Getriebe ohne Motornachführung und Getriebebremse schalten zu können.

Mit der Kupplung zwischen Getriebeeingang und Getrie beausgang über eine Anfahrstufe ist eine zur Drehzahlanpas sung der Getriebeteile erforderliche steigende Drehzahl am Getriebeeingang für jeden Vorwärtsgang erreichbar. Durch eine vorzugsweise wiederum reibschlüssig kuppelbare Verbin dung zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang über eine Rückwärtsgangstufe, z. B. den Radsatz des ersten Rückwärts ganges, ist die zur Drehzahlanpassung der rotierenden Ge triebeteile notwendige fallende Drehzahl ebenfalls für je den Gang erreichbar. Außerdem ist auch eine steigende re versierende Drehzahl zum Schalten des Rückwärtsganges er reichbar.

Durch die Konfiguration mit einem Beschleuniger und einem Verzögerer ist ein exakter Gleichlauf für das Schal ten eines Rückwärtsganges und eines ersten Ganges unabhän gig von der Richtung der Drehzahländerung einstellbar. Auf diese Weise müssen Beschleuniger und Verzögerer, d. h. die beiden eingefügten Reibungskupplungen, nicht wechselweise benutzt werden, wodurch die Steuerung des Getriebes verein facht wird.

Die beiden Kupplungen zur Drehzahlanpassung, d. h. zur Drehzahlerhöhung oder Drehzahlerniedrigung, werden aufgrund von Meßsignalen gesteuert, die mit einfachen Drehzahlsenso ren an der Antriebswelle des Getriebes und an der Antriebs welle ermittelt werden. Die Funktion der Kupplungen wird dann aufgrund dieser Signale durch die elektronische Steu ereinheit kontrolliert, wobei die Schaltung der einzelnen Gangstufen bei einer Differenzdrehzahl von im wesentlichen Null erfolgt.

Für die Betätigung der Kupplungen zum Beschleunigen bzw. Verzögern der Drehzahl sind herkömmliche Stelleinrich tungen möglich, z. B. elektrisch/hydraulische, elektrisch/pneu matische, elektrisch/mechanische oder elektrisch/magne tische Stelleinrichtungen für die Einstellung des Reib- und Kraftschlusses möglich. Mit diesen Stelleinrichtungen ist auch eine Servoschaltung möglich. Die Stelleinrichtungen werden bevorzugt über die elektronische Steuerungseinheit, z. B, mit Hilfe eines Mikrocomputers gesteuert, wobei dann auch andere Eingangsgrößen wie z. B. Istgang, Zielgang, Istdrehzahl der Antriebswelle und der Antriebswelle etc. berücksichtigt werden können.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

In dieser stellen dar:

Fig. 1 schematisch ein Stufengetriebe mit einer doppelt wirkenden Reibungskupplung zum Be schleunigen bzw. Absenken der Drehzahl der primärseitigen rotierenden Teile des Getrie bes und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Stufenge triebes, bei dem beim Schalten ein Kraft schluß bei der Drehzahlanpassung möglich ist.

In Fig. 1 ist ein Zahnräderstufengetriebe 1 darge stellt, dessen Eingangswelle 2 über eine Fahrkupplung 3 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor kuppelbar ist. Mit der Eingangswelle 2 ist drehfest verbunden ein Eingangs zahnrad 4, das mit einem drehfest auf einer Vorgelegewel le 5 sitzenden Zahnrad 6 ständig kämmt. Auf der Vorgelege welle 5 sind weitere Zahnräder 7, 8 und 9 für drei Vor wärts-Gangstufen angeordnet, wobei das Zahnrad 7 den ersten Gang, d. h. der Anfahrstufe zugeordnet ist. Das Zahnrad 8 ist einer zweiten Vorwärtsgangstufe und das Zahnrad 9 einer dritten Vorwärtsgangstufe zugeordnet.

Diesen Zahnrädern auf der Vorlegewelle 5 sind entspre chende Losräder 10, 11 und 12 auf der Hauptwelle 15 zuge ordnet, wobei diese Losräder über Doppelklauenkupplungen 13 und 14 mit der Hauptwelle 15 des Getriebes verbindbar sind. Hauptwelle und Abtriebswelle sind in der gezeigten Anord nung identisch. Die Klauenkupplungen weisen jeweils nicht dargestellte Synchronisiereinrichtungen auf. Die Klauen kupplung 13 ist hierbei zwischen den Zahnrädern der ersten und zweiten Gangstufe, die Klauenkupplung 14 zwischen den Zahnrädern der dritten Gangstufe und dem Eingangszahnrad 4 geschaltet.

Auf der Vorgelegewelle 5 ist noch ein Zahnrad 16 für eine Rückwärtsgangstufe vorgesehen, das ggf. über Zwischen räder mit einem Losrad 17 auf der Hauptwelle 15 verbunden ist.

Zwischen dem Losrad 10 der ersten Vorwärtsgangstufe und dem Rad 17 der Rückwärtsgangstufe ist eine doppelt wir kende Reibungskupplung 18 vorgesehen, die mit der Hauptwel le 15 verbunden ist. Die Reibungskupplung kann hierbei ent weder mit dem Losrad 10 des ersten Vorwärtsganges und der Hauptwelle 15 verbunden werden, wodurch die primärseitigen rotierenden Teile des Getriebes 1 beschleunigt werden. Ebenso ist durch diese Reibungskupplung 18 eine Verbindung zwischen dem Losrad 17 des Rückwärtsganges und der Haupt welle 15 möglich, wodurch die primärseitigen rotierenden Getriebeteile abgebremst werden. Die Verschiebung der Rei bungskupplung erfolgt mit Hilfe eines Schaltzylinders 19.

Zur Messung der Drehzahlen der Antriebswelle 2 und der Hauptwelle 15 sind zwei Drehzahlsensoren 20 und 21 vorgese hen, deren Signale einer elektronischen Steuereinheit 22 zugeführt werden. Die elektronische Steuereinheit steuert auch die Funktion der Fahrkupplung 3, der Klauenkupplungen 13 und 14 sowie des Schaltzylinders 19. Die Beeinflussung der einzelnen Elemente des Getriebes durch die elektroni sche Steuereinheit 22 ist in der Fig. 1 durch gestrichelte Linien bezeichnet.

Wenn ein Gangwechsel stattfinden soll, wird die Fahr kupplung 3 ausgerückt, wonach die elektronische Steuerein heit 22 die Reibungskupplung 18 in eine der beiden mögli chen Richtungen verschiebt, um entweder beim Herabschalten des Getriebes 1 die primärseitigen rotierenden Getriebetei le durch Verbinden der Reibkupplung 18 mit dem Losrad 10 des ersten Vorwärtsganges zu beschleunigen oder beim Hin aufschalten die primärseitigen rotierenden Teile des Ge triebes 1 durch Verbinden der Reibkupplung 18 mit dem Los rad 17 der Rückwärtsgangstufe zu verzögern.

In Fig. 2 ist eine alternative Lösung zum Verzögern bzw. Beschleunigen der primärseitigen rotierenden Getriebe teile gezeigt. Der in Fig. 1 vorgesehene Schaltzylinder 19, mit dem die Reibkupplung 18 betätigt wurde, wird hier er setzt durch zwei Schaltzylinder 19A und 19B, die auf die Reibkupplung 18 zwischen der Hauptwelle 15 und den Losrä dern 10 und 17 des ersten Ganges bzw. des Rückwärtsganges wirken. Durch entsprechende Ausbildungen der Kupplungsflä chen an den Losrädern 10 bzw. 17 mit entsprechenden Syn chronisationskörpern 23 ist hierbei auch ein Kraftschluß zwischen der Kupplung 18 und den Losrädern möglich. Mit dem Schaltzylinder 19A wird hierbei zunächst, wie bei dem obi gen Ausführungsbeispiel, ein Reibschluß hergestellt, wonach anschließend der auf die gleiche Schaltschiene 24 wirkende Schaltzylinder 19B die kraftschlüssige Kupplung zwischen Reibungskupplung und den Losrädern über die Elemente 23 einstellt.

Bezugszeichenliste

1

Zahnräderstufengetriebe

2

Eingangswelle

3

Fahrkupplung

4

Eingangszahnrad

5

Vorgelegewelle

6

Eingangszahnrad der Vorgelegewelle

5

7

/

8

/

9

Zahnräder auf Vorgelegewelle

5

für Vorwärtsgangstufen

10

/

11

/

12

Losräder auf Getriebewelle für Vorwärtsgangstufen

13

/

14

Doppelklauenkupplungen

15

Hauptwelle

16

Zahnrad für Rückwärtsgang

17

Losrad für Rückwärtsgang

18

Reibungskupplung

19

/

19

A/

19

B Schaltzylinder

20

/

21

Drehzahlsensor

22

Elektronische Steuereinheit

23

Synchronisationskörper

24

Schaltschiene

Claims

1. Synchronisiertes Zahnräderstufengetriebe (1) mit einer Getriebehauptwelle (15) und mehreren Gangstufen, de ren Zahnräder (7, 8, 9, 10, 11, 12, 16, 17) jeweils über Synchronisierungskupplungen (13, 14) mit der Hauptwel le (15) des Getriebes (1) bei Drehzahlgleichheit der pri märseitigen rotierenden Getriebeelemente und der Hauptwel le (15) kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (18) zwischen der Gangstufe eines Anfahrganges (7, 10) und der Hauptwelle (15) zur Steigerung der Drehzahl am Getriebeeingang und eine Kupp lung (18) zwischen der Gangstufe eines Rückwärtsganges (16, 17) und der Hauptwelle (15) zum Erniedrigen der Drehzahl vorgesehen sind.

2. Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kupplungen (18) als Reibungskupplungen ausgebildet sind.

3. Getriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (18) Elemente (23) für einen Kraft-Formschluß aufweisen.

4. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die bei den Kupplungen zu einer doppelt wirkenden Reibungskupp lung (18) zusammengefaßt sind, die zwischen Losrädern (10, 17) des Anfahrganges (7, 10) und des Rückwärtsganges (16, 17) angeordnet ist.

5. Getriebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß Dreh zahlsensoren (20, 21) vorgesehen sind, mit denen die Dreh zahl der Antriebs- bzw. Abtriebswelle (2, 15) das Getriebe gemessen wird, und daß diese Drehzahlsensoren (20, 21) mit einer elektronischen Steuereinheit (22) verbunden sind, die die Kupplungen (18) zwischen Vorwärts- und Rückwärtsgang stufe betätigt, bis annähernd Drehzahlgleichheit erreicht ist.

6. Getriebe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schalt zylinder (19A, 19B) zur Betätigung der Reibkupplung (18) vorgesehen sind, von denen ein Schaltzylinder (19A) zur Bildung von Reibschluß in der Reibkupplung (18) vorgesehen ist und der zweite Schaltzylinder (19B) zur Bildung einer kraftschlüssigen Kupplung zwischen Reibkupplung (18) und Losrädern (10, 17) vorgesehen ist.