DE19851895A1

DE19851895A1 - Vielgängiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19851895A1
Application number: DE19851895A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-05-18
Also published as: US6196944B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein vielgängiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Grundgetriebe und mit einer dieser nachgeschalteten Bereichsgruppe in Planetenbauweise und mit einer auf der Ausgangswelle des Grundgetriebes, die zugleich die Eingangswelle der Bereichsgruppe ist, angeordneten Synchronisierung. Die Synchronisierung ist entweder gegen eine Verdrehung relativ zum Sonnenrad zur Schaffung eines Untersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Planetengetriebes oder gegen eine Verdrehung relativ zum Planetenträger und damit zur Ausgangswelle des Planetengetriebes zur Schaffung eines direkten Antriebs zwischen den Wellen gesperrt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein vielgängiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Grundgetriebe und mit einer diesem nachgeschalteten Bereichsgruppe in Planetenbauweise und mit einer auf der Ausgangswelle des Grundgetriebes, die zugleich die Eingangswelle der Be reichsgruppe ist, angeordneten Synchronisierung.

Vielganggetriebe für Nutzfahrzeuge können nicht mit nebeneinander angeordneten Zahnradpaaren ausgebildet wer den, da ein solches Getriebe so zu lang baut, eine starke Wellendurchbiegung besitzt sowie ein schlechtes Tragbild der Zahnräder. Getriebe mit mehr als sechs Gängen werden deshalb üblicherweise in Mehrgruppenbauweise ausgeführt, d. h. dass an das Grundgetriebe eine Vorschalt- oder Nach schalt-Gruppe angebaut wird, die auch in das Grundgetriebe integriert sein kann. Dabei wird zwischen einer Split- und einer Bereichsgruppe unterschieden.

Die Splitgruppe verdoppelt die Anzahl der Gänge, d. h. dass bei einem Viergang-Vorgelege-Getriebe als Grundgetrie be der Stufensprung im Mittel halbiert wird. Dies führt zu acht feinen Gangabstufungen im gesamten Übersetzungsbe reich.

Die Bereichsgruppe ist ein nachgeschaltetes kurzbauen des einstufiges Planetengetriebe, das die Gangfolge jedoch nicht verdichtet, sondern sie verlängert. Dies bedeutet, dass die erste Gangstufe der zugeschalteten Bereichsgruppe sich an die direkt antreibende Fahrstufe der letzten Stufe des Grundgetriebes anschliesst. Dies wird dadurch erreicht, dass der Übersetzungssprung der Bereichsgruppe grösser ist als der gesamte Übersetzungsbereich im Hauptgetriebe. In Kombination mit einer vorgeschalteten Splitgruppe und einem Grundgetriebe kann damit ein Getriebe mit sechzehn Gängen verwirklicht werden. Ein derartige Getriebe erfüllt alle Anforderungen sowie den kostengünstigen Einsatz von schwe ren Nutzfahrzeugen im Strassenverkehr. Die bekannten Mehr gruppengetriebe dieser Bauart haben eine hohe mechanische Gesamtübersetzung von ca. 10 bis 17,5.

Aus der DE-A 31 29 414 ist ein Umlaufräder-Wendege triebe für ein stufenlos regelbares Zugorgangetriebe eines Kraftfahrzeuge bekannt mit einem koaxial zur Antriebswelle und der diese als Hohlwelle umfassenden Primärwelle des Zugorgangetriebes angeordnetem Umlaufrädergetriebe, dessen Eingangselement mit der Antriebswelle und dessen Ausgangse lement mit der Primärwelle verbunden ist. Zwei weitere Ele mente zum Schalten eines Vorwärts- und eines Rückwärtsgang bereiches sind über eine Bremse bzw. über eine Kupplung festlegbar, wobei bei gelösten Einrichtungen ein Leerlauf- bzw. Neutralbereich geschaltet ist. Bei einem als Eingang selement vorgesehenen Planetenradträger mit zwei unterein ander in Eingriff stehenden Planetenradsätzen, von denen der eine mit dem als Ausgangselement vorgesehenen Sonnenrad und der andere mit dem als Reaktionselement vorgesehenen Ringrad in Eingriff steht, wird das Ringrad in seinem Um fang als Synchronnabe für eine Synchronisiermuffe verwen det, die einerseits über einen Synchronring mit einem an einem Getriebedeckel drehfest festgelegten Synchronkegel ring oder aber über einen Synchronring mit einer ard Plane tenradträger ausgebildeten Synchronkegelscheibe zusammen wirken.

Dieses bekannte Getriebe weist einen geringen Bauraum und einen geringen Bauaufwand für seine Steuerung auf; das Hohlrad dient zusätzlich als Kupplungsträger mit dem zusam menwirkenden Synchronkegel und der Schaltmuffe, wobei es seitlich als Scheibenteil abgesetzt ist und mittels zweier Anlaufscheiben gegen Steg und Getriebedeckel axial festge halten wird. Dieses bekannte Getriebe weist eine obere Syn chronpaketposition auf, mit axial fixiertem Hohlrad, wobei eine Minderung von Schaltstössen durch zwischengeschaltete Synchronringe erzielt wird.

Aus der EP-PS 239 555 ist ein Planetengetriebe bekannt mit einem axial verschiebbaren Hohlrad, das ebenfalls als Schiebemuffe ausgebildet ist und an den Enden Eingriffszäh ne aufweist, die zu Innenzähnen zusammenlaufen, welche mit den Planetenrädern kämmen. Die Eingriffszähne können in axialer Richtung mit einem Kupplungskörper zusammenwirken, wobei die Synchronringe mit äusseren Sperrzähnen und Reib flächen versehen sind, die als Konen am Kupplungskörper reiben. Aussen liegende Zähne der Synchronringe stehen mit tels einer Federeinrichtung unter Federdruck gegen die Au ssenverzahnung des Synchronrings. Dadurch entsteht ein Win kelspiel von einer Zahnbreite in tangentialer Richtung. Die in der Innenverzahnung des Hohlrades liegende Federeinrich tung soll eine Anschlagposition der Synchronringe, d. h. eine Winkelbewegung relativ zum Hohlrad erzeugen. Auch hier wird zur Erzielung einer kompakten Bauweise eine obere Syn chronpaketposition vorgesehen, wobei das Hohlrad axial be weglich und als Schaltmuffe konzipiert ist, während das Sperren über tangential angeordnete Federeinrichtungen im Hohlrad erfolgt.

Schliesslich beschreibt die EP-PS 423 863 ein Getrie be, bei dem ein axial verschiebbares Hohlrad zugleich als Schiebemuffe ausgebildet ist, wobei die Enden an der Innen verzahnung Eingriffszähne aufweisen, die zu Innenzähnen zusammenlaufen, welche mit den Planetenrädern kämmen. Die Eingriffszähne können in axialer Richtung mit dem Kupp lungskörper in Eingriff kommen; Synchronringe mit äusseren Sperrzähnen und Reibflächen, die als Konen am Kupplungskör per reiben, sind mit aussenliegenden Riegeln versehen. Die Aussenverzahnung des Synchronrings drückt über eine Feder einrichtung auf einen Riegel; das Winkelspiel in tangentia ler Richtung des Synchronrings beträgt eine Zahnbreite.

Eine Federeinrichtung liegt an den axialen Enden des Hohlrades in Aussparungen, wobei der Sperrkörper von aussen auf den Synchronring drückt. Auch hier wird eine kompakte Bauweise über eine obere Synchronpaketposition erzielt bei axial beweglichem Hohlrad, das als Schaltmuffe konzipiert ist. Das Sperren erfolgt ebenfalls über radial angeordnete Federeinrichtungen im Hohlrad.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein viel gängiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einem Grund getriebe und mit einer diesem nachgeschalteten Bereichs gruppe in Planetenbauweise zu schaffen, wobei die Bereichs gruppe einen einstufigen Planetentrieb mit hoher Überset zung aufweist, dessen zwei Gänge mittels einer Synchroni sierung umgeschaltet werden können und das eine geringere Umschaltzeit, ein schnelleres Entsperren, stark verringer tes Ratschen, erheblich kleinere Einspurhemmungen und eine Herabsetzung der Getriebegeräusche ermöglicht.

Ausgehend von einem Schaltgetriebe der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäss wird also vorgeschlagen, dass dem Grundgetriebe ein einstufiges Planetengetriebe nachgeschal tet ist, wobei die Ausgangswelle des Grundgetriebes zu gleich die Eingangswelle des Planetengetriebes bildet, auf der eine Synchronisierung vorgesehen ist, die entweder ge gen eine Drehung relativ zum Sonnenrad des Planetengetrie bes zur Schaffung eines Untersetzungsverhältnisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Planetengetrie bes oder gegen eine Drehung relativ zum Planetenträger und damit zur Ausgangswelle des Planetengetriebes zur Schaffung eines direkten Antriebs zwischen den Wellen gesperrt werden kann.

Das erfindungsgemässe Schaltgetriebe weist den Vorteil eines geringeren Massenträgheitsmomentes und eines geringe ren Schleppmomentes auf, da das Hohlrad in beiden Schalt stellungen fest mit dem Gehäuse verbunden ist. Dadurch wer den auch weniger drehende Bauteile benötigt bei gleichzeit ger Verringerung der Schaltkräfte. Die Dimension der Syn chronisierung kann im Vergleich zu den herkömmlichen Schaltgetrieben verkleinert werden; im schnellen Gang er folgt ein direkter Momenten- und Leistungsfluss, da PLane tenräder und Sonnenrad momentenfrei umlaufen. Eine Oberflä chenabplattung an der Verzahnung wird vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei spiel schematisch dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch ein Schaltgetriebe mit nachgeschalteter Bereichsgruppe und Syn chronisierung und

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittdarstellung der Synchronisierung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Teilschnitt ist mit 9 der hintere Abschnitt eines Gehäuses für ein Grundgetriebe bezeichnet, an dem ein Flansch 10 eines offenen Gehäuses 8 einer Bereichsgruppe in Planetenbauweise angeschraubt ist. Die hintere Endwand 11 des Gehäuses 9 bildet damit gleich zeitig die vordere Endwand des Gehäuses 8 der Bereichsgrup pe.

Das Grundgetriebe weist eine Ausgangswelle 2 auf, die sich in das Gehäuse 8 der Bereichsgruppe erstreckt und zu gleich die Eingangswelle dieser Bereichsgruppe bildet; das Planetengetriebe 12 der Bereichsgruppe weist eine Ausgangs welle 4 auf, die mit einem Flansch zur Verbindung mit der Antriebswelle des Fahrzeugs versehen ist.

Das Planetengetriebe 12 umfasst ein Sonnenrad, das mit in einem Planetenträger 5 gelagerten Planetenrädern 6 kämmt, die auf Spindelwellen 13 befestigt sind, welche vom Planetenträger 5 getragen werden, wobei der Planetenträger die Ausgangswelle bildet. Die Planetenräder 6 kämmen mit dem Zahnkranz eines Hohlrades 7, welches in jeder Schalt stellung mittels einer Aussenverzahnung 14 fest mit dem Gehäuse 8 verbunden ist.

Zum Schalten der Bereichsgruppe dient nun die Synchro nisierung 1, die auf der Seite der Eingangswelle 2 angeord net ist. Bei der in der Zeichnung dargestellten Stellung der Schiebemuffe 15 mit inneren Kupplungszähnen 16 gelangt diese über entsprechende Zähne an der Eingangswelle 2 mit dieser in Eingriff. Die Schiebemuffe 15 ist axial ver schiebbar und schaltet einmal zur Innen-Konus-Synchronisie rung 17, 18 und einmal zur Aussen-Konus-Synchronisie rung 19, 20.

Das Sonnenrad 3 ist auf der Seite der Eingangswelle 2 als Kupplungskörper 17 mit einem Konus ausgebildet, auf dem der Synchronring 18 reibt, der einerseits relativ zum Son nenrad 3 in begrenztem Mass drehbar ist und andererseits äussere Sperrzähne 18a aufweist.

Während der Gangschaltbewegung wird die axiale Ver schiebung der Schiebemuffe 15 und das Kuppeln mit dem be treffenden Kupplungskörper 17, 20 bis zum Erreichen der synchronen Bewegung gesperrt. Zu diesem Zweck ist am Ende der Synchronringe 18, 20 je eine Aussparung angeordnet, in der Sperrkörper 22, 23 in Form von Ringfedern angeordnet sind, die radial nach innen auf den Synchronring 18 einwir ken oder radial nach aussen auf den Synchronring 20 einwir ken und so die Axialkraft der Schiebemuffe 15 über eine Radialprofilierung 24, 25 der Verzahnung 16, 21 auf die Synchronringe 18, 20 übertragen und auf diese Weise eine Berührung zwischen den Reibflächen (Konen) der Synchronrin ge 18, 20 und der Kupplungskörper 17, 19 herstellen.

Wird die Innenverzahnung 16 der Schiebemuffe 15 mit Kupplungsklauen über die Verzahnung 17a, 18a des Synchron rings 18 und des Kupplungskörpers 17 verbunden, so wird die Drehzahl der Abtriebswelle 4 ins Langsame übersetzt.

Der Kupplungskörper 19 ist mit dem Planetenträger 4 über eine Aussenverzahnung fest verbunden. Wird die Aussen verzahnung 21 der Schaltmuffe 15 über die Verzahnung 19a, 20a des Synchronrings 20 und des Kupplungskörpers 19 ver bunden, so wird die Abtriebswelle 4 mit direkter Überset zung, d. h. i = 1,0, angetrieben.

Bezugszeichen

1

Synchronisierung

2

Ausgangswelle

3

Sonnenrad

4

Ausgangswelle

5

Planetenträger

6

Planetenzahnrad

7

Hohlrad

8

Gehäuse

9

Gehäuse

10

Flansch

11

Endwand

12

Planetengetriebe

13

Spindelwelle

14

Aussenverzahnung

15

Schiebemuffe

16

Kupplungszähne

17

Innen-Konus-Synchronisierung

18

Innen-Konus-Synchronisierung

19

Aussen-Konus-Synchronisierung

20

Aussen-Konus-Synchronisierung

21

Verzahnung

22

Sperrkörper

23

Sperrkörper

24

Profil

25

Profil

Claims

1. Vielgängiges Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge, mit einem Grundgetriebe und mit einer dieser nachgeschalteten Bereichsgruppe in Planetenbauweise und mit einer auf der Ausgangswelle des Grundgetriebes, die zugleich die Ein gangswelle der Bereichsgruppe ist, angeordneten Synchroni sierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung (1) entweder gegen eine Verdrehung relativ zum Sonnenrad (3) zur Schaffung eines Untersetzungsverhält nisses zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle (4) des Planetengetriebes oder gegen eine Verdrehung relativ zum Planetenträger (5) und damit zur Ausgangswelle (4) des Planetengetriebes zur Schaffung eines direkten Antriebs zwischen den Wellen (2, 4) gesperrt ist.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch die folgenden Bauteile:

1. das Planetengetriebe (12) weist ein Sonnenrad (3) auf, das mit in einem Planetenträger (5) gelagerten Plane tenrädern (6) kämmt, die auf Spindelwellen (13) befe stigt sind, wobei der Planetenträger die Ausgangswelle (4) bildet;
2. die Planetenräder (6) kämmen mit einem Innenkranz eines Hohlrades (7), welches in jeder Schaltstellung mittels einer Aussenverzahnung (14) fest mit dem Gehäuse (8) verbunden sind;
3. die Synchronisierung (1) ist auf der Seite der Ein gangswelle (2) angeordnet;
4. eine auf der Eingangswelle (2) angeordnete Schiebemuf fe (15) weist innere Kupplungszähne (16) auf, die in entsprechende Zähne auf der Eingangswelle (2) eingrei fen;
5. die Schiebemuffe (15) ist axial verschiebbar zwischen einer Innen-Konus-Synchronisierung (17, 18) und einer Aussen-Konus-Synchronisierung (19, 20);
6. das Sonnenrad (3) ist auf der Seite der Eingangswel le (2) als Kupplungskörper (17) mit einem Konus ausge bildet, auf dem der Synchronring (18) reibt, der ei nerseits relativ zum Sonnenrad (3) in begrenztem Mass drehbar ist und andererseits äussere Sperrzähne (18a) aufweist;
7. am Ende der Synchronringe (18, 20) ist je eine Ausspa rung angeordnet, in der Sperrkörper (22, 23) liegen, die radial nach innen auf den Synchronring (18) oder radial nach aussen auf den Synchronring (20) einwir ken;
8. die Verzahnung (16, 21) weist eine radiale Profilie rung (24, 25) dergestalt auf, dass die Axialkraft der Schiebemuffe (15) auf die Synchronringe (18, 20) über tragbar ist, um einen Reibkontakt zwischen den Konen der Synchronringe (18, 20) und der Kupplungskör per (17, 19) herzustellen;
9. der Kupplungskörper (19) ist mit dem Planetenträ ger (5) über eine Aussenverzahnung fest verbunden.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Sperrkörper (22, 23) Ringfedern sind.