DE19924501A1 - Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe - Google Patents
Lastschaltbares StufenwechselgetriebeInfo
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Abstract
Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe mit einer einzigen Lastschaltkupplung (22) und mit mindestens zwei Teilgetrieben (10, 12), die mit Schaltkupplungen versehen sind. Die Lastschaltkupplung (22) kann alternativ je einem der Teilgetriebe (10, 12) zugeordnet werden, wobei die jeweils anderen Teilgetriebe (10, 12) keine Lastschaltkupplung in ihrer Antriebsverbindung haben.
Description
Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares
Stufenwechselgetriebe mit einer Lastschaltkupplung gemäß
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein lastschaltbares Stufenwechselgetriebe dieser Art ist
aus der DE-C-196 31 983 bekannt. Sie zeigt ein
Doppelkupplungsgetriebe mit einer Synchronisiereinrichtung.
Das Doppelkupplungsgetriebe besitzt zwei Eingangswellen,
die alternativ über je eine der beiden Reibkupplungen der
Doppelkupplung mit einer Motorwelle verbindbar sind.
Hierbei befinden sich die Zahnräder der geraden Gänge
einerseits und die Zahnräder der ungeraden Gänge
andererseits auf verschiedenen Vorgelegewellen. Hierdurch
wird ein schneller und komfortabler Gangwechsel zwischen
zwei benachbarten Gängen erreicht. Allerdings wird es als
nachteilig angesehen, daß bei Umschaltungen mit
Gangsprüngen, z. B. beim Schalten vom zweiten Gang in den
vierten Gang, die Zugkraft unterbrochen wird. Eine
zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung unter Last ist somit
nur zwischen zwei Gängen möglich, bei denen der Kraftfluß
nicht über die gleiche Getriebeeingangswelle erfolgt.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird in der EP-A-0 827 861
ein Verfahren zum Schalten eines Doppelkupplungsgetriebes
vorgeschlagen, welches auch ein Schalten zwischen zwei
Gängen, die auf derselben Getriebeeingangwelle angeordnet
sind, ohne Zugkraftunterbrechung erlaubt. Hierfür wird ein
Hilfsgang, welcher auf einer anderen Welle als die beiden
Gänge angeordnet ist, zur Erzeugung eines Füllmomentes
verwendet, dessen Übersetzungsverhältnis größer ist als die
Übersetzungsverhältnisse des Quellganges und des
Zielganges. Der Ausdruck "Füllmoment" bedeutet die
Erzeugung einer die Zugkraftunterbrechung im Antriebsstrang
verhindernden Drehmomentübertragung durch einen hilfsweise
benutzten Gang während des Schaltvorganges von dem
ursprünglich eingeschalteten Quellgang und dem
einzuschaltenden neuen Zielgang. Nachteilig bei diesem
Stand der Technik ist, daß mittels des Hilfsgangs nicht
immer genügend Füllmoment zur Verfügung gestellt wird und
außerdem die Schaltzeit für den Gangwechsel normalerweise
erheblich verlängert wird. Der Drehmomentverlauf weist,
insbesondere bei Hochschaltungen unter Zug in den unteren
Gängen, am Getriebeausgang während des Schaltvorganges
starke Schwankungen auf, so daß insgesamt der Komfort bei
Gangsprüngen über einen Gang hinweg im Vergleich zu
direkten Schaltungen - wie beispielsweise bei
Automatgetrieben - prinzipbedingt bei weitem nicht erreicht
werden kann. Längere Schaltzeiten wirken sich zusätzlich
negativ auf den Fahrkomfort des Fahrzeuges aus, in welchem
ein solches Getriebe verwendet wird. Diese werden in
heutigen, bereits in Serie eingesetzten automatisierten
Schaltgetrieben, welche sequentiell ohne
Zugkraftüberbrückung schaltbar sind, vom Kunden bzw. vom
Fahrer des Fahrzeuges sehr stark bemängelt. Insbesondere
bei Rückschaltvorgängen unter Last - wie sie beispielsweise
bei Überholvorgängen auftreten - vermißt der Fahrer die
Spontanität des Schaltungsvorganges.
In der genannten DE-C-196 31 983 sind auch weitere Typen
von Getrieben für Kraftfahrzeuge beschrieben.
Handschaltgetriebe, welche üblicherweise mit Einkonus-
Synchronisiervorrichtungen nach dem System Borg-Warner
ausgestattet sind; Synchronisiervorrichtungen mit
Synchronisierringen für Getriebe; Automatikgetriebe mit
Drehmomentwandler; Motorsteuerungskonzepte, bei welchen
eine Drehzahlanpassung der Getriebewellen durch
entsprechende Regelung der Drehzahl des Verbrennungsmotors
durchgeführt wird.
Alle bekannten Ausführungsformen haben den Nachteil, daß
sie sehr viele teuere, kompliziert herzustellende und
schwere Teile benötigen.
In der EP-A-0 797 025 und in der DE-C-33 09 869 sind
Getriebe, insbesondere für Landmaschinen, beschrieben, bei
welchen zwei Eingangswellen Zahnräder mit identischen
Zähnezahlen tragen, durch welche jeder Gang doppelt
vorhanden ist. Dadurch wird ein Gangwechsel unter Last in
beliebiger Reihenfolge möglich. Jede der beiden
Eingangswellen ist über eine getrennte Lastschaltkupplung
in Form einer Reibkupplung mit einer Motorwelle alternativ
verbindbar. Diese Getriebe haben den Nachteil, daß die
Anzahl der Bauteile, insbesondere bei Getrieben mit einer
Vielzahl von Gängen, sehr groß ist, was insbesondere im
Automobilbereich zu inakzeptablen Kosten und
Wirkungsgradverlusten sowie zu einem zu hohen
Getriebegewicht führt. Außerdem benötigen diese Getriebe
einen vergrößerten Bauraum, was ihre Verwendung,
insbesondere in Personenkraftwagen, nahezu unmöglich macht.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein
Stirnradwechselgetriebe der eingangs genannten Art derart
auszubilden, daß es einen einfachen Aufbau und ein geringes
Gewicht hat und einen kleinen Bauraum benötigt, und
außerdem seine Gänge ohne Zugkraftunterbrechung in nahezu
beliebiger Reihenfolge schaltbar sind.
Dabei soll ein Getriebe geschaffen werden, welches sich
bezüglich Fertigungsaufwand und Fertigungskosten an dem
"add-on"-Prinzip von automatisierten Schaltgetrieben
orientiert.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die
kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Ferner wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die
kennzeichnenden Merkmale der Verfahrensansprüche gelöst.
Durch die Erfindung wird für mehrere (mindestens zwei)
Teilgetriebe nur eine einzige Lastschaltkupplung (unter
Last schaltbare Kupplung) benötigt. Sie kann wahlweise
jeweils mit einem von mindestens zwei Teilgetrieben
verbunden (integriert) werden, um wahlweise das eine oder
andere dieser Teilgetriebe mit einem Antriebsteil
antriebsmäßig zu verbinden. Vorzugsweise sind für
mindestens zwei Teilgetriebe Schaltkupplungen vorgesehen,
über welche jedes dieser Teilgetriebe mit der Antriebsseite
oder der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung alternativ
antriebsmäßig verbindbar ist.
Demzufolge ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung,
anstatt wie bisher eine der Anzahl der Teilgetriebe
entsprechende Anzahl von Lastschaltkupplungen -
beispielsweise in Form einer Doppelkupplung - nur noch eine
einzige Lastschaltkupplung zu verwenden. Gemäß der
Erfindung ist es möglich, auf herkömmliche Synchronringe -
zumindest in einzelnen Gangstufen - zu verzichten, um
Bauraum und Bauteile einzusparen und um Massenträgheiten
und Kosten zu reduzieren.
Durch die Erfindung kann jedes Teilgetriebe wahlweise mit
der Antriebsseite oder der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung alternativ "antriebsmäßig verbunden"
werden. Die hier verwendete Ausdrucksweise "antriebsmäßig
verbunden" beinhaltet die Möglichkeiten einer direkten
Verbindung oder einer indirekten Verbindung über weitere
Rotationselemente, insbesondere Zahnräder und
Zahnradgetriebestufen.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es
vorgesehen, daß mindestens eine Gangstufe doppelt vorhanden
ist, so daß bei definierten Schaltungen ein direkter
Gangwechsel von einem Quellgang zu einem Zielgang möglich
ist, ohne daß dazwischen hilfsweise in einen anderen Gang
geschaltet werden muß, um eine Zugkraftunterbrechung des
Antriebsstranges zu vermeiden. Durch die zusätzliche
Anordnung von ausgewählten Gangstufen in zweifacher
Anordnung ist es möglich, direkt in einen gewünschten
Zielgang zu schalten, ohne die Zugkraft mittels eines
Hilfsganges überbrücken zu müssen, um eine
Zugkraftunterbrechung zu vermeiden. Dadurch wird ein
schneller und zugleich komfortabler Gangwechsel ähnlich wie
bei den eingangs erwähnten Doppelkupplungsgetrieben
erreicht. Eine Möglichkeit besteht darin, sowohl den
dritten als auch den vierten Gang doppelt auszuführen.
Selbstverständlich können auch andere Gänge doppelt
ausgeführt werden. Damit besteht die Möglichkeit bei
Schaltungen über zwei Gangstufen hinweg, d. h. bei
Schaltungen mit Überspringen eines dazwischenliegenden
Ganges, ohne Einbruch des übertragbaren Drehmoments direkt
in den gewünschten Zielgang zu schalten. Dies ist
insbesondere bei Überholvorgängen wichtig, wo häufig
Schaltungen, beispielsweise vom fünften in den dritten oder
vom sechsten in den vierten Gang auftreten. Hierbei soll
der jeweils dazwischenliegende Gang, also der vierte bzw.
der fünfte Gang übersprungen werden. Denkbar ist natürlich
auch, das Getriebe so auszuführen, daß nur eine oder mehr
als zwei Gangstufen doppelt ausgeführt werden. Im Vergleich
zu der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform sind
auch Ausführungsformen möglich, bei welchen weniger oder
mehr Gangschaltungen zwischen zwei verschiedenen Gangstufen
lastschaltend, d. h. ohne Drehmomentunterbrechung,
ausgeführt werden können. Gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zunächst
ein Wechsel von einem Teilgetriebe auf ein anderes
Teilgetriebe und dann wieder zurück durchführbar ist, wenn
ein Quellgang und ein gewünschter Zielgang sich im gleichen
Teilgetriebe befinden.
Gemäß einem Verfahren nach der Erfindung zum Schalten des
lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes nach der Erfindung
ist vorgesehen, daß vorzugsweise das lastführende
Teilgetriebe, d. h. das Teilgetriebe, welches den Quellgang
enthält, direkt mit der Antriebsseite und damit mit der
Motorwelle verbunden ist, während das Teilgetriebe, welches
die Last übernehmen soll, d. h. das Teilgetriebe, welches
den Zielgang oder den Hilfsgang enthält, mit der als
Anfahrkupplung ausgeführten Lastschaltkupplung verbunden
wird. In bestimmten Situationen kann es vorteilhaft sein,
nach der Lastübernahme durch den Zielgang keinen Wechsel
zwischen der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung und der
Antriebsseite der Lastschaltukupplung, d. h. der Motorwelle
zu vollziehen, insbesondere dann, wenn nach einer
Rückschaltung im Zugbetrieb des Kraftfahrzeuges bereits der
Wunsch des Fahrers nach einer erneuten, weiteren
Rückschaltung vorliegt (Doppelrückschaltung). Dadurch wird
erreicht, daß ein noch schnellerer Gangwechsel vollzogen
werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die
Schaltkupplungen, welche zum Schalten der untersten
Gangstufe der Teilgetriebe vorgesehen sind, als
Synchronisierkupplungen ausgebildet, vorzugsweise als
Reibkupplungen der Konusbauart, durch welche die Drehzahlen
von zwei miteinander zu kuppelnden Wellen für den
Gangschaltvorgang aneinander angleichbar sind, insbesondere
bei Rückschaltungen im Schubbetrieb.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß mindestens einige der Schaltkupplungen
Klauenkupplungen sind und daß zur Synchronisierung der
antriebsseitigen und abtriebsseitigen Teile dieser
Klauenkupplungen eine zentrale Synchronisiereinrichtung für
alle Klauenkupplungen vorgesehen ist. Dadurch ist eine
Kostenreduzierung, Gewichtsreduzierung und eine
Verkleinerung des Bauraumes möglich. Die
Synchronisiereinrichtung kann einen Motor und/oder eine
andere zusätzliche Einrichtung zur aktiven Synchronisierung
aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, wie in der DE-A-
42 36 515 beschrieben, jeweils die Kupplungen der untersten
Gangstufe des einzelnen Teilgetriebes mit Synchron
kupplungen auszubilden, um so die Drehzahl insbesondere bei
Rückschaltungen im Schubbetrieb angleichen zu können. Die
für den Wechsel von einem Teilgetriebe auf das andere
Teilgetriebe und umgekehrt verwendeten Schaltkupplungen
zwischen diesen Teilgetrieben und der Lastschaltkupplung
einerseits und der Motorwelle andererseits können
vorzugsweise auch mit einer Synchronisiereinrichtung
versehen werden oder eine solche Synchronisiereinrichtung
enthalten. Hierdurch wird erreicht, daß ein Wechsel des
Teilgetriebes automatisch durchgeführt werden kann, ohne
daß der Fahrer des Kraftfahrzeuges, welches das Getriebe
enthält, hiervon etwas merkt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind zum Schalten der einzelnen Gänge der
Teilgetriebe in Schließrichtung und/oder in
Öffnungsrichtung vorgespannte Schaltelement vorgesehen,
insbesondere durch Federelemente vorgespannte
Schaltelemente, durch welche die Zeiten für das Einrücken
und/oder Ausrücken der Gänge erheblich verkürzt werden.
Hierdurch kann außerdem die Konstruktion der Aktorik
günstig beeinflußt werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist
eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen, durch
welche die Synchronisierung von mindestens einem Gang durch
entsprechende Drehzahleinstellung der Brennkraftmaschine
durchführbar oder mindestens unterstützbar ist.
Verfahren gemäß der Erfindung zum Betrieb des
lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes der Erfindung sind
in den Patentansprüchen beschrieben, welche durch
Bezugnahme hiermit in die Beschreibung aufgenommen werden.
Vorteil der Erfindung gegenüber der genannten DE-C-33 09 869
und der genannten EP-A-0 827 861: es wird nur eine
einzige Lastschaltkupplung benötigt; als Anfahr- und
Lastschaltkupplung ist vorzugsmäßig eine Trockenkupplung
vorgesehen; technischer Aufwand, Gewicht und Kosten sowie
benötigter Bauraum sind kleiner; für Schaltungen im
Schubbetrieb wird ein bereits im Getriebe vorhandener Gang
als Hilfsgang zur Überbrückung der Schubkraft verwendet,
wobei das Übersetzungsverhältnis des Hilfsganges größer ist
als die Übersetzungsverhältnisse von Quellgang und von
Zielgang, wodurch zusätzliche Reibradstufen, wie sie in der
DE-C-196 31 983 beschrieben sind, nicht benötigt werden.
Bei Verwendung von doppelt ausgeführten Gangstufen ergeben
sich die weiteren Vorteile: höherer Fahrkomfort, da
insbesondere bei Schaltungen über einen Gang hinweg, d. h.
bei dem Überspringen eines Ganges, beispielsweise vom
vierten Gang in den zweiten Gang, ebenfalls ein Wechsel von
einem Teilgetriebe auf das andere Teilgetriebe stattfinden
und damit direkt ohne die Verwendung eines Hilfsganges
geschaltet werden kann; die Schaltzeiten sind extrem kurz;
der Fahrer des Fahrzeuges hat mehr Fahrspaß, da die
Schaltung eine größere Spontanität besitzt.
Weitere Vorteile: Es wird nur eine einzige
Lastschaltkupplung benötigt; als Lastschaltkupplung ist
vorzugsmäßig eine Trockenkupplung vorgesehen; es wird keine
Kupplungs-Überschneidungs-Steuerungsvorrichtung benötigt,
sondern beispielsweise nur eine schlupfgeregelte oder
drehzahlgeregelte Lastschaltkupplung. Durch Verzicht auf
herkömmliche Synchronringe ergibt sich eine kompakte
Bauweise, eine Gewichtsreduzierung, und kürzere
Schaltzeiten aufgrund geringerer Massenträgheiten. Durch
Verwendung von reibschlüssigen Synchronisierkupplungen für
die untersten Gangstufen der einzelnen Teilgetriebe ist
keine weitere Einrichtung zur Synchronisierung und keine
Motorsynchronisierung notwendig. Bei Verwendung von
Synchronkupplungen zum Verbinden der Teilgetriebe der
Lastschaltkupplung und/oder der Motorwelle ist der
Gangwechselvorgang für einen Fahrer des Fahrzeuges nicht
bemerkbar. Es bestehen mehrere Möglichkeiten für das
Schaltverfahren. Alle Teile können konventionelle
Getriebeteile sein.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die
Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen als
Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 schematisch ein lastschaltbares
Stufenwechselgetriebe nach der Erfindung mit
zwei Vorgelegewellen, einer zu einer Motorwelle
koaxialen Abtriebswelle und einer mit den beiden
niedrigsten Gangstufen baulich vereinigten,
zentralen Synchronisiereinrichtung,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines
lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes nach der
Erfindung mit zwei koaxialen Eingangswellen,
einer Vorgelegewelle und mit doppelt
ausgeführten Gangstufen, wobei eine ebenfalls
vorgesehene Synchronisiereinrichtung nicht
dargestellt ist,
Fig. 3 das Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 in der
Schaltstellung für einen Anfahrvorgang im ersten
Gang,
Fig. 4 das Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 nach
abgeschlossenem Anfahrvorgang im ersten Gang,
Fig. 5 das Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 in der
Schaltstellung für ein Hochschalten vom ersten
Gang in den zweiten Gang, wobei die erste Phase
dargestellt ist, bei welcher der Quellgang noch
eingelegt ist und die Lastschaltkupplung das
Drehmoment durch Kupplungsschlupfbetrieb
übernimmt,
Fig. 6 das Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 in der
Schaltstellung für ein Hochschalten vom ersten
Gang in den zweiten Gang in der zweiten Phase,
bei welcher die Lastschaltkupplung und der
Zielgang das Drehmoment vollständig übertragen
und somit der Quellgang, d. h. der erste Gang;
lastfrei ausgerückt wird,
Fig. 7 das Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 in der
Schaltstellung für ein Hochschalten vom ersten
Gang in den zweiten Gang, wobei der
Schaltvorgang beendet ist, indem der Zielgang,
d. h. der zweite Gang, jetzt nicht mehr über die
Lastschaltkupplung, sondern direkt mit der
Motorwelle verbunden ist,
Fig. 8 schematisch eine weitere Ausführungsform eines
lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes nach der
Erfindung.
Bei allen Ausführungsformen eines lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach der Erfindung kann die
Lastschaltkupplung gleichzeitig als Anfahrkupplung für das
betreffende Fahrzeug verwendet werden. Gemäß anderer
Ausführungsform kann selbstverständlich auch eine
zusätzliche Anfahrkupplung vorgesehen sein.
Das lastschaltbare Stufenwechselgetriebe nach Fig. 1
enthält ein Teilgetriebe 10 mit einer Vorgelegewelle V1;
ein Teilgetriebe 12 mit einer Vorgelegewelle V2; eine erste
Eingangswelle 14, welche direkt oder über weitere
Rotationselement mit einer Motorwelle 16 eines
Fahrzeugsantriebsmotors 18 verbunden oder verbindbar ist;
eine zweite Eingangswelle 20, welche über eine
Lastschaltkupplung 22 mit der Motorwelle 16 direkt oder
über weitere Rotationselemente verbunden oder verbindbar
ist; und eine Abtriebswelle 24 zum Antrieb von
Fahrzeugrädern. Die zweite Eingangswelle 20 ist eine
Hohlwelle, durch welche sich die erste Eingangswelle 14
axial hindurcherstreckt. Die mit der Motorwelle 16
verbundene oder verbindbare Seite der Lastschaltkupplung 22
wird im folgenden auch "Antriebsseite" genannt. Die mit der
zweiten Eingangswelle 20 verbundene oder verbindbare andere
Seite der Lastschaltkupplung 22 wird im folgenden
"Abtriebsseite" der Lastschaltkupplung 22 genannt. Die
Lastschaltkupplung 22 ist eine Reibkupplung, vorzugsweise
eine trockene Reibkupplung. Die Lastschaltkupplung 22 kann
als Fahrzeug-Anfahrkupplung und als Synchronisierelement
zum Synchronisieren bei Gangschaltvorgängen verwendet
werden und hierfür in Abhängigkeit von einer elektronischen
Steuereinrichtung 28 gesteuert werden. Die Steuerung durch
die Steuereinrichtung 28 kann in Abhängigkeit von Wünschen
eines Fahrers des betreffenden Fahrzeuges und/oder in
Abhängigkeit von anderen Fahrzeugbetriebszuständen
erfolgen.
Das erste Teilgetriebe 10 ist durch eine erste
Schaltkupplung SK1 mit der ersten Eingangswelle 14 und
durch eine zweite Schaltkupplung SK2 mit der zweiten
Eingangswelle 20 alternativ verbindbar. Das zweite
Teilgetriebe 12 ist über eine vierte Schaltkupplung SK4 mit
der ersten Eingangswelle 14 und über eine dritte
Schaltkupplung SK3 mit der zweiten Eingangswelle 20
alternativ verbindbar. Damit ist jedes der beiden
Teilgetriebe 10 und 12 wahlweise mit der Abtriebsseite der
Schaltkupplung 22 oder mit der Antriebsseite der
Schaltkupplung 22 und damit direkt mit der Motorwelle 16
verbindbar.
Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die Lastschaltkupplung
22 nicht nur als Anfahrkupplung, sondern auch als
Synchronisierelement zur Drehzahlsynchronisierung in den
Teilgetrieben 10 und 12 zu verwenden beim Wechsel von
Gängen. Dadurch ist es ferner möglich, für die
Schaltkupplungen SK1, SK2, Sk3 und SK4 und auch für
weitere nachfolgend noch beschriebene Schaltkupplungen
formschlüssige Kupplungen, z. B. Klauenkupplungen, anstelle
von kraftschlüssigen Kupplungen, beispielsweise
Reibkupplungen, zu verwenden. Ferner ergibt sich gegenüber
dem Stand der Technik der Vorteil, daß nur eine einzige
Lastschaltkupplung 22 benötigt wird.
In den Zeichnungen sind die schaltbaren Gänge 1., 2., 3.,
4., 5. und 6. für sechs verschiedene Vorwärtsfahr-Gänge und
ein Rückwärtsgang "R" an den Getriebezügen dieser Gänge
angegeben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind auf der ersten
Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10 Zahnräder 32,
33, 34, 35 und 36 lose drehbar (Losräder) und ein Zahnrad
37 drehfest angeordnet. Die Vorgelegewelle V1 des ersten
Teilgetriebes 10 ist über die erste Schaltkupplung SK1 und
das Zahnrad 33 sowie ein Zahnrad 38 mit der ersten
Eingangswelle 14 und/oder über die zweite Schaltkupplung
SK2, das Zahnrad 32 und ein Zahnrad 39 mit der zweiten
Eingangswelle 20 antriebsmäßig verbindbar. Die beiden
Schaltkupplungen SK1 und SK2 können gleichzeitig
geschlossen sein, wenn durch Schließen der
Lastschaltkupplung 22 Drehzahlgleichheit auf beiden Seiten
der beiden Schaltkupplungen SK1 und SK2 erreicht wird. In
diesem Betriebszustand kann auch das Drehmoment von der
zweiten Schaltkupplung SK2 auf die erste Schaltkupplung SK1
übertragen werden und danach die zweite Schaltkupplung SK2
geöffnet werden.
Auf der Vorgelegewelle V2 des zweiten Teilgetriebes 12 sind
Zahnräder 40, 41, 42, 43, 44 und 45 lose angeordnet
(Losräder) und ein Zahnrad 46 ist drehfest angeordnet. Die
Schaltkupplungen SK3 und SK4 sind ebenfalls auf dieser
Vorgelegewelle V2 angeordnet. Die Vorgelegewelle V2 ist
über die vierte Schaltkupplung SK4 und die Zahnräder 41 und
38 mit der ersten Eingangswelle 14 und/oder über die dritte
Schaltkupplung SK3 und die Zahnräder 40 und 39 mit der
zweiten Eingangswelle 20 antriebsmäßig verbindbar.
Auf der Abtriebswelle 24 sind Zahnräder 50, 51, 52 und 53
drehfest und zwei weitere Zahnräder 55 und 56 lose drehbar
(Losräder) sowie eine Synchronisiereinrichtung 58 zwischen
den beiden losen Zahnrädern 55 und 56 angeordnet.
Synchronisiereinrichtungen zur Drehzahlangleichung von
zwei rotierenden Elementen sind Stand der Technik, so daß
die Synchronisiereinrichtung 58 nicht im Detail beschrieben
zu werden braucht. Das Zahnrad 50 der Abtriebswelle 24 ist
mit den Zahnrädern 34 und 42 im Eingriff, und das Zahnrad
53 der Abtriebswelle 24 ist mit den beiden Zahnrädern 36
und 44 in Eingriff, so daß der dritte Gang und der vierte
Gang doppelt vorhanden sind.
Zum Schalten des dritten, vierten und fünften Ganges im
ersten Teilgetriebe 10 sind auf der Vorgelegewelle V1
weitere Schaltkupplungen 60, 61 und 62 angeordnet, um die
Vorgelegewelle V1 alternativ mit den Zahnrädern 36, 34 oder
35 zu verbinden.
Zum Schalten des dritten, vierten und sechsten Ganges
sowie des Rückwärtsganges im zweiten Teilgetriebe 12 sind
auf dessen Vorgelegewelle V2 weitere Schaltkupplungen 64,
65, 66 und 67 angeordnet, um diese Vorgelegewelle V2 mit
den Zahnrädern 44, 42, 43 bzw. 45 zu verbinden. Zum
Schalten des ersten Ganges und des zweiten Ganges sind
keine zusätzlichen Schaltkupplungen erforderlich. Im ersten
Gang erfolgt die Verbindung der Motorwelle 16 zur
Abtriebswelle 24 über die Lastschaltkupplung 22, die beiden
Schaltkupplungen SK1 und SK2 und die
Synchronisiereinrichtung 58. Beim Schalten des zweiten
Ganges erfolgt die Drehmomentübertragung von der Motorwelle
16 auf die Abtriebswelle 24 über die Lastschaltkupplung 22,
die beiden Schaltkupplungen SK3 und SK4 sowie die
Synchronisiereinrichtung 58.
Alle Schaltkupplungen SK1, SK2, SK3, SK4, 60, 61, 62, 64,
65, 66, 67 können Reibschlußkupplungen sein, sind
vorzugsweise jedoch Formschlußkupplungen, z. B.
Klauenkupplungen, da bei allen Gängen die Synchronisierung
oder Angleichung der Drehzahlen der miteinander zu
verbindenden Rotationselemente durch Schlupfbetrieb in der
Lastschaltkupplung 22 und/oder der Synchronisiervorrichtung
58 bewirkt werden kann.
Anhand von Fig. 1 erfolgt nunmehr eine detaillierte
Beschreibung der Funktionsweise des lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach der Erfindung.
In der Neutralstellung eines von einem Fahrer eines
Fahrzeuges manuell einstellbaren Gangwahlelementes, welches
im Stand der Technik bekannt ist und nicht dargestellt ist,
sind die als Anfahrkupplung dienende Lastschaltkupplung 22
und die Schaltkupplungen SK1 und SK4 der beiden
Teilgetriebe 10 und 12 geöffnet, so daß beide
Vorgelegewellen V1 und V2 von der Motorwelle 16 getrennt
sind. Die Ausführungsform nach Fig. 1 ermöglicht zwei von
einem Fahrer manuell alternativ wählbare Betriebsmodi,
beispielsweise einen Sommer-Betriebsmodus zum Anfahren im
ersten Gang und einen Winter-Betriebsmodus zum Anfahren im
zweiten Gang. Im Sommerbetriebsmodus zum Anfahren im ersten
Gang kann in der Neutralstellung die Schaltkupplung SK2,
welche die Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10
mit der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22, d. h. der
zweiten Eingangswelle 20 verbindet, bereits geschlossen
sein, während die andere Schaltkupplung SK1 geöffnet ist.
Für den Winter-Betriebsmodus zum Anfahren im zweiten Gang
kann in entsprechender Weise in Neutralstellung die
Schaltkupplung SK3, welche die Abtriebsseite, d. h. die
zweite Eingangswelle 20, der Lastschaltkupplung 22 mit der
Vorgelegewelle V2 des zweiten Teilgetriebes 12 verbindet,
bereits geschlossen sein, wohingegen die andere
Schaltkupplung SK4 dieses zweiten Teilgetriebes 12 geöffnet
sein muß.
Im stationären Fahrbetrieb, d. h. beim Fahren des Fahrzeuges
mit eingelegtem Gang ohne Durchführung eines Gangwechsels,
sind sowohl die Lastschaltkupplung 22 als auch diejenigen
Schaltkupplungen geöffnet, welche die lastführende
Vorgelegewelle (z. B. V1 beim Fahren im ersten Gang oder V2
beim Fahren im zweiten Gang) mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 sowie die nicht-lastführende
Vorgelegewelle (V2 beim Fahren im ersten Gang bzw. V1 beim
Fahren im zweiten Gang) mit der Motorwelle 16 verbinden.
Die Schaltkupplung SK1 oder SK4, welche die lastführende
Vorgelegewelle V1 oder V2 mit der Motorwelle 16 verbindet,
ist geschlossen. Die Schaltkupplung SK2 oder SK3, welche
die nicht-lastführende Vorgelegewelle mit der Abtriebsseite
20 der Lastschaltkupplung 22 verbindet, kann entweder
geöffnet oder geschlossen sein, wobei vorzugsweise
insbesondere bei Verwendung von doppelt ausgeführten
Gangstufen (z. B. dritter Gang und vierter Gang) ein
geschlossener Zustand dieser Schaltkupplungen vorgeschlagen
wird, um die Schaltzeiten zu verkürzen.
Zur Beschreibung des Anfahrvorganges wird im folgenden ein
Anfahrvorgang mit Hilfe des ersten Ganges beschrieben,
welcher sich bei der Ausführungsform nach Fig. 1 auf der
Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10 befindet:
Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird die Wirkverbindung zwischen der als Anfahrkupplung dienenden Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 hergestellt, auf der sich der erste Gang befindet.
Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird die Wirkverbindung zwischen der als Anfahrkupplung dienenden Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 hergestellt, auf der sich der erste Gang befindet.
- 1. Die Kupplung des Anfahrganges, welche in Fig. 1 in der Synchronisiereinrichtung 58 enthalten ist, wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad 56 gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung wird gesteuert oder geregelt geschlossen, bis Drehzahlgleichheit zwischen der Antriebsseite (Motorwelle 16) und der Abtriebsseite (Eingangswelle 20) der Lastschaltkupplung 22 annähernd erreicht ist. Zur Schaltung der als Klauenkupplung ausgebildeten Schaltkupplung SK1 ist eine kleine Drehzahldifferenz notwendig, damit die Klauen ihre zugehörigen Lücken in der Kupplung finden können, so daß in der Lastschaltkupplung 22 ein kleiner Reibschlupfbetrieb vorhanden ist.
- 3. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK1 wird die Wirkverbindung zwischen der Vorgelegewelle V1 und der Motorwelle 16 auf der Antriebsseite der Lastschaltkupplung 22 hergestellt. Anschließend wird die Lastschaltkupplung 22 gesteuert oder geregelt vollständig geöffnet. Die ursprünglich geschlossene Schaltkupplung SK2 ist jetzt drehmomentfrei und wird ausgerückt, d. h. geöffnet.
Im folgenden werden als Beispiele Schaltvorgänge zwischen
zwei Gangstufen beschrieben, wobei sich der Quellgang wie
in Fig. 1 auf der Vorgelegewelle V2 des zweiten
Teilgetriebes 12 befindet und der Zielgang auf der
Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10 angeordnet
ist. Für diese Gangwechsel werden die Elemente V1, SK1, SK2
und V2, SK4, SK3 benutzt. Die Beschreibung von umgekehrten
Gangwechseln würde gleich aussehen, wobei lediglich die
Elemente bzw. die Bezeichnungen der Elemente vertauscht
werden müssten, so daß dann die Elemente V2, SK4, SK3 und
V1, SK1, SK2 verwendet werden. Die angegebene Numerierung
der einzelnen Schritte soll dabei nichts über die zeitliche
Abfolge aussagen, sondern nur eine logische Abfolge
verdeutlichen. Es ist nämlich vorteilhaft, einzelne
Schritte, wenn möglich, parallel durchzuführen, um die
Gesamtschaltzeit auf ein Mindestmaß zu begrenzen.
Das im folgenden beschriebene "Verfahren A" setzt voraus,
daß bei jedem Gangwechsel auch gleichzeitig ein Wechsel des
Teilgetriebes 10 bzw. 12 stattfindet.
Wenn der Quellgang, beispielsweise der dritte oder vierte
Gang in Fig. 1, und der gewünschte Zielgang im gleichen
Teilgetriebe liegen, dann findet zunächst ein für den
Fahrer nicht spürbarer Wechsel des Teilgetriebes statt.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10, auf welcher sich der Zielgang befindet, hergestellt.
- 2. Die Kupplung des Zielganges (58, 60, 61 oder 62) wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad (56, 36, 35, 34) gebracht.
- 3. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen, bis der Zielgang das volle Drehmoment übernommen hat. Damit wird die Welle, auf welcher sich der Quellgang befindet, lastfrei.
- 4. Die Kupplung des Quellganges wird ausgerückt, nachdem sie jetzt lastfrei ist.
- 5. Durch gesteuerte oder geregelte Betätigung der Lastschaltkupplung 22 wird die Drehzahl des Motors 18 angepaßt.
- 6. Mit Hilfe der Kupplung SK1 wird die Wirkverbindung zwischen der Vorgelegewelle V1 und der Motorwelle 16 hergestellt. Anschließend wird die Kupplung SK2 geöffnet.
Zum Einrücken (Schließen) der Kupplung SK1 und der
Kupplung (58, 60, 61, 62) für den Zielgang muß zunächst
eine Drehzahlangleichung erfolgen. Dies kann beispielsweise
mit Hilfe einzelner bekannter Synchronkupplungen, wie sie
heute in Handschaltgetrieben verwendet werden, oder mit
Hilfe mindestens einer Einrichtung zum Synchronisieren
mehrerer Schaltelemente erreicht werden. Diese Einrichtung
kann an der jeweiligen Vorgelegewelle V1 oder V2 oder
zentral an der Eingangswelle und/oder der Abtriebswelle 24
angeordnet sein und eine Wirkverbindung zu den beiden
Vorgelegewellen V1 und V2 haben, um so jede Drehzahl
erzeugen zu können. Rein mechanische Lösungen zur
Synchronisierung sind ebenso möglich wie servo-energetisch
unterstützte Ausführungsformen. Eine weitere Alternative
stellt die Drehzahlangleichung mit Hilfe des
Fahrantriebsmotors 18 oder eines anderen Hilfsmotors dar.
Unterstützend zur Drehzahlangleichung der zu kuppelnden
Rotationselemente kann zusätzlich die Lastschaltkupplung 22
verwendet werden. Eine Synchronisierung in allen
Betriebszuständen nur mit Hilfe der Lastschaltkupplung 22
ist jedoch nicht möglich, weil bei Rückschaltungen im
Schubbetrieb die erforderliche Synchrondrehzahl nicht
hergestellt werden kann.
Nachfolgend werden einige alternative Möglichkeiten für
Schaltvorgänge unter verschiedenen Lastzuständen
beschrieben, bei welchen keine zusätzliche zentrale
Synchronisiereinheit oder der Motor 18 zur Synchronisierung
der einzelnen Gangstufen benötigt werden und dennoch
Klauenkupplungen als Schaltkupplungen zum Schalten der
Gänge verwendet werden können. Es findet hier bei jedem
Gangwechsel gleichzeitig ein Wechsel des Teilgetriebes 10
bzw. 12 statt. Der Quellgang ist auf der Vorgelegewelle V2
und der Zielvorgang auf der Vorgelegewelle V1 angeordnet.
Rückschaltvorgänge im Zugbetrieb sowie Hochschaltvorgänge
im Schubbetrieb stellen besondere Anforderungen an die
Lastschaltkupplung 22, da im Schlupfbetrieb vor Einrücken
(Schließen) der Klauenkupplung für den Zielgang die
Drehmomentkapazität der Lastschaltkupplung noch sehr groß
sein muß, da sonst der Zielgang beim Einrücken (Schließen)
der Klauenkupplung schlagartig das Drehmoment überträgt,
was sich negativ auf den Fahrkomfort des betreffenden
Fahrzeugs auswirken würde.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Abtriebsseite (Eingangswelle 20) der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 des ersten Teilgetriebes 10, auf der sich der Zielgang (3., 4. oder 5.) befindet, hergestellt.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Sobald die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des gewünschten Zielganges annähernd erreicht hat, wird die Lastschaltkupplung 22 wieder geöffnet.
- 1. Die Kupplung (60, 61 oder 62) des Zielganges (3., 4. oder 5.) wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad (36, 34 oder 35) gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen, bis der Zielgang das volle Drehmoment übernommen hat.
- 3. Die Kupplung des Quellganges wird lastfrei ausgerückt.
- 4. Im Zugbetrieb wird die Drehzahl des Motors 18 durch ein weiteres gesteuertes oder geregeltes Schließen der Lastschaltkupplung 22 verringert.
- 5. Wenn die Synchrondrehzahl annähernd erreicht ist, wird mit Hilfe der Schaltkupplung SK1 die Wirkverbindung zwischen der Vorgelegewelle V1 und der Motorwelle 16 hergestellt. Anschließend wird die Schaltkupplung SK2 geöffnet.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK3 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V2 des zweiten Teilgetriebes 12, auf der sich der Quellgang (2., 3., 4. oder 6.) befindet, hergestellt. Zwischen der Motorwelle 16 und der Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 ist oder wird eine antriebsmäßige Verbindung mit Hilfe der Schaltkupplung SK1 hergestellt.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet. Im Zugbetrieb steigt dabei die Drehzahl des Motors 18, während im Schubbetrieb die Drehzahl des Motors 18 hierbei sinkt (bei konstant gehaltener Drosselklappenstellung).
- 1. Wenn der Motor 18 und damit die Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 die Drehzahl des gewünschten Zielganges annähernd erreicht, dann wird die Schaltkupplung (58, 60, 61 und 62) des Zielganges (1., 3., 4. oder 5. Gang) in Antriebsverbindung (Wirkverbindung) mit dem entsprechenden Losrad (56, 36, 34 oder 35) gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis der Zielgang (1., 3., 4. oder 5. Gang) auf der Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 das volle Moment überträgt.
- 3. Die Kupplung (64, 65 oder 66) des Quellganges (2., 3., 4. oder 6. Gang) wird lastfrei ausgerückt.
Im folgenden wird ein Lastwechsel zwischen den
Teilgetrieben 10 und 12 beschrieben. Als Beispiel wird ein
Lastwechsel von der Vorgelegewelle V2 auf die
Vorgelegewelle V1 bei gleicher Gangstufung beschrieben. Für
einen umgekehrten Wechsel müssen lediglich die
Bezeichnungen der Elemente V1, SK1, SK2 und V2, SK4, SK3
vertauscht werden in V2, SK4, SK3 und V1, SK1, SK2.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der nicht lastführenden Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 hergestellt.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt bis zur Gleitgrenze geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V2 des anderen Teilgetriebes 12 die Drehzahl des gewünschten Zielganges annähernd erreicht, wird die Lastschaltkupplung 22 wieder geöffnet.
- 4. Die Schaltkupplung des einzulegenden Ganges wird in Wirkverbinung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 5. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen, bis der Zielgang das volle Moment übernommen hat.
- 6. Die Schaltkupplung des Quellganges wird lastfrei ausgerückt.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK3 wird die Wirkverbindung zwischen der geschlossenen Lastschaltkupplung 22 und der lastführenden Vorgelegewelle V2 hergestellt. Anschließend wird die Schaltkupplung SK4 geöffnet. Zum Einrücken der vorzugsweise als Klauenkupplungen ausgebildeten Schaltkupplungen ist unter Umständen eine kurze Gleitbewegung der Lastschaltkupplung 22 notwendig.
- 2. Die Schaltkupplung SK1 wird mit der Vorgelegewelle V1 in Wirkverbindung gebracht, d. h. die Vorgelegewelle V1 und die Motorwelle 16 sind miteinander direkt verbunden. Die Schaltkupplung SK2 wurde gegebenenfalls zuvor geöffnet.
- 3. Die als Anfahrkupplung dienende Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt bis zur Gleitgrenze geöffnet.
- 4. Die Schaltkupplung des neuen Ganges oder Zielganges wird nun bei kleiner Drehzahldifferenz zwischen ihrer Eingangsseite und ihrer Ausgangsseite eingerückt.
- 5. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis die Vorgelegewelle V1 das volle Moment überträgt.
- 6. Die Schaltkupplung des Quellganges wird lastfrei ausgerückt.
Bei den bisher beschriebenen Schaltvorgängen wurde zur
Synchronisierung ausschließlich die Lastschaltkupplung 22
verwendet. Zusätzliche Hilfsmittel zur Drehzahlangleichung
der Drehzahlen auf der Antriebsseite und der Abtriebsseite
der Kupplung, wie beispielsweise Synchronringe, zentrale
Synchronisiereinheiten oder Eingriffe in das
Motormanagement zur Anpassung der Motordrehzahl sind nicht
zwingend notwendig. Bei Rückschaltvorgängen im Schubbetrieb
ist die Lastschaltkupplung 22 zur Drehzahlangleichung
allein nicht mehr ausreichend. Bei solchen
Betriebszuständen werden andere oder zusätzliche Elemente
nötig. Wie bereits erwähnt, besteht eine mögliche
vorteilhafte Ausführungsform des Lastschaltgetriebes darin,
die Kupplungen der untersten Gangstufe der Teilgetriebe 10
und 12 jeweils mit Synchronkupplungen oder Reibkupplungen
zu versehen. Diese können zusätzlich oder exklusiv dazu
eingesetzt werden, jede benötigte Drehzahl zu erzeugen.
Dies bedeutet, daß die oben beschriebenen Schritte zur
Synchronisierung nur eine von vielen Möglichkeiten
darstellen und keinen Anspruch auf Ausschließlichkeit
besitzen. Nachfolgend wird als Beispiel der
Rückschaltvorgang im Schubbetrieb beschrieben, wobei zur
Drehzahlangleichung Synchronkupplungen verwendet werden.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 (auf ihrer Abtriebsseite) und der Vorgelegewelle V1 hergestellt, auf der sich der Zielgang befindet.
- 2. Die Synchronkupplung (58) des ersten Ganges wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des gewünschten Zielganges annähernd erreicht hat, wird die Synchronkupplung wieder geöffnet.
- 1. Die Schaltkupplung des Zielganges wird mit dem betreffenden Losrad in Wirkverbindung gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen, bis der Zielgang das volle Moment übernommen hat.
- 3. Die Schaltkupplung des Quellganges wird lastfrei ausgerückt.
- 4. Im Schubbetrieb wird die Drehzahl des Motors 18 durch ein weiteres gesteuertes oder geregeltes Schließen der Lastschaltkupplung 22 erhöht.
- 5. Wenn die Synchrondrehzahl annähernd erreicht ist, wird mit Hilfe der Schaltkupplung SK1 die Wirkverbindung zwischen der Vorgelegewelle V1 und der Motorwelle 16 hergestellt. Anschließend wird die Schaltkupplung SK2 geöffnet.
Im folgenden wird ein "Verfahren B" mit der Voraussetzung
beschrieben, daß der Quellgang und der Zielgang im gleichen
Teilgetriebe 10 oder 12 liegen.
Für die Ausführung der Erfindung ist es natürlich nicht
zwingend erforderlich, Gangstufen (Gänge) in doppelter
Ausführung zu verwenden, da auch ohne doppelte Ausführung
von Gängen Schaltungen unter Last, d. h. mit
Zugkraftüberbrückung durchgeführt werden können. Wenn
Quellgang und Zielgang nicht im gleichen Teilgetriebe 10
oder 12 liegen, kann der Gangwechsel auf eine der zuvor
genannten Arten durchgeführt werden. Wenn dagegen der
Quellgang und der Zielgang im gleichen Teilgetriebe 10 oder
12 liegen, dann kann für die Überbrückung der Zugkraft
einer der Gänge als Hilfsgang verwendet werden, der in dem
betreffenden anderen Teilgetriebe angeordnet ist, und
dessen Übersetzungsverhältnis bei Schaltungen im Zugbetrieb
kleiner, jedoch bei Schaltungen im Schubbetrieb größer ist
als dasjenige des Quellganges und des Zielganges.
Alle in der EP-A-0 827 861 und in den anderen Schriften zum
Stand der Technik genannten Variationsmöglichkeiten sind
auch bei der vorliegenden Erfindung möglich, mit dem
entscheidenden Vorteil, daß keine Doppelkupplung, sondern
nur eine einzige Lastschaltkupplung 22 benötigt wird.
Als Beispiele werden die folgenden Schaltvorgänge zwischen
zwei Gangstufen bzw. Gängen beschrieben, wobei sich der
Quellgang und der Zielgang wie in Fig. 1 dargestellt auf
der Vorgelegewelle V2 des zweiten Teilgetriebes 12 befinden
und ein Gang auf der Vorgelege V1 des einen Teilgetriebes
10 als Hilfsgang verwendet wird. Für die Beschreibung einer
umgekehrten Anordnung der Gänge müssen lediglich die
Bezeichnungen V1, SK1, SK2 und V2, SK4, SK3 vertauscht
werden in V2, SK4, SK3 und V1, SK1, SK2.
Die Synchronisierung bei Schaltungen im Zugbetrieb erfolgt
bei folgenden beispielhaften Schaltvorgängen ausschließlich
mit Hilfe der Lastschaltkupplung 22, bei Schaltungen im
Schubbetrieb kommt die Synchronisierkupplung 58 der
untersten Gangstufe des betreffenden Teilgetriebes 10 bzw.
12 zum Einsatz.
In folgenden wird ein Hochschaltvorgang im Zugbetrieb
beschrieben.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 hergestellt, auf der sich der Hilfsgang befindet.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des gewünschten Hilfsganges annähernd erreicht hat, wird die Lastschaltkupplung 22 wieder geöffnet.
- 1. Die Schaltkupplung des Hilfsganges wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis sie das volle Drehmoment übernommen hat. Damit wird die Welle, auf der sich der Quellgang befindet, lastfrei.
- 3. Der Quellgang wird nun lastfrei ausgerückt.
- 4. Durch weiteres Schließen der Lastschaltkupplung 22 im Schlupfbetrieb wird die Motordrehzahl des Motors 18 verringert, jedoch das Fahrzeug, welches das Stufenwechselgetriebe enthält, aufgrund seiner weitaus höheren Trägheit nur unmerklich beschleunigt. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis die Synchrondrehzahl für den Zielvorgang annähernd erreicht ist.
- 5. Die Schaltkupplung des Zielganges wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 6. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis der mit dem Motor 18 direkt verbundene Zielgang das volle Moment überträgt.
- 7. Der Hilfsgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
Im folgenden wird ein Rückschaltvorgang im Zugbetrieb
beschrieben.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 hergestellt, auf welcher sich der Hilfsgang befindet.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des Hilfsganges annähernd erreicht hat, wird die Lastschaltkupplung 22 wieder geöffnet.
- 1. Die Schaltkupplung des Hilfsganges wird in Wirkverbindung mit dem entsprechenden Losrad gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis sie das volle Moment übernommen hat. Damit ist die Welle, auf welcher sich der Quellgang befindet, lastfrei.
- 3. Der Quellgang wird lastfrei ausgerückt.
- 4. Durch Öffnen der Lastschaltkupplung 22 wird die Drehzahl des Fahrantriebsmotors 18 erhöht. Die Lastschaltkupplung 22 wird dabei gesteuert oder geregelt so weit geöffnet, bis die Synchrondrehzahl für den Zielgang annähernd erreicht ist.
- 5. Die Schaltkupplung des Zielganges wird in Wirkverbindung mit dem entsprechenden Losrad gebracht.
- 6. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis der mit dem Motor 18 direkt verbundene Zielgang das volle Moment überträgt.
- 7. Der Zielgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
Im Schubbetrieb erfolgt der Leistungsfluß zum
Fahrantriebsmotor 18 hin. Dies bedeutet, daß zum lastfreien
Ausrücken des Quellganges das am Getriebeausgang 24
wirkende Drehmoment durch einen Hilfsgang überbrückt werden
muß, dessen Übersetzungsverhältnis größer sein muß als das
Übersetzungsverhältnis des Quellganges und des Zielganges.
Im folgenden wird ein Hochschaltvorgang im Schubbetrieb
beschrieben.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 hergestellt, auf welcher sich der Hilfsgang befindet.
- 2. Die Synchronkupplung der Synchronisiereinrichtung 58 für den ersten Gang wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des gewünschten Hilfsganges annähernd erreicht hat, wird die Synchronkupplung der Synchronisiereinrichtung 58 wieder geöffnet.
- 1. Die Schaltkupplung des Hilfsganges wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis sie das volle Drehmoment übernommen hat. Damit ist die Welle, auf welcher sich der Quellgang befindet, lastfrei.
- 3. Der Quellgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
- 4. Durch Öffnen der Lastschaltkupplung 22 wird die Drehzahl des Fahrantriebsmotors 18 verringert. Dabei wird die Lastschaltkupplung 22 gesteuert oder geregelt so weit geöffnet, bis die Synchrondrehzahl für den Zielgang annähernd erreicht ist.
- 5. Die Schaltkupplung des Zielganges wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 6. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis der mit dem Fahrantriebsmotor 18 direkt verbundene Zielgang das volle Moment überträgt.
- 7. Der Hilfsgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
Im folgenden wird ein Rückschaltvorgang im Schubbetrieb
beschrieben.
- 1. Mit Hilfe der Schaltkupplung SK2 wird oder ist bereits die Wirkverbindung zwischen der Lastschaltkupplung 22 und der Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 hergestellt, auf welcher sich der hilfsweise benutzte Gang befindet.
- 2. Die Synchronkupplung der Synchronisiereinrichtung 58 für den ersten Gang wird gesteuert oder geregelt geschlossen.
- 3. Wenn die Vorgelegewelle V1 die Drehzahl des gewünschten Hilfsganges annähernd erreicht hat, wird die Synchronkupplung wieder geöffnet.
- 1. Die Schaltkupplung des Hilfsganges wird in Wirkverbindung mit dem betreffenden Losrad gebracht.
- 2. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis sie das volle Drehmoment übernommen hat. Damit ist die Welle, auf welcher sich der Quellgang befindet, lastfrei.
- 3. Der Quellgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
- 4. Durch weiteres Schließen der Lastschaltkupplung 22 wird die Drehzahl des Fahrantriebsmotors 18 erhöht. Dabei wird die Lastschaltkupplung 22 gesteuert oder geregelt so weit geschlossen, bis die Synchrondrehzahl für den Zielgang annähernd erreicht ist.
- 5. Die Schaltkupplung des Zielganges wird in Wirkverbindung mit dem entsprechenden Losrad gebracht.
- 6. Die Lastschaltkupplung 22 wird gesteuert oder geregelt geöffnet, bis der mit dem Fahrantriebsmotor 18 direkt verbundene Zielgang das volle Moment überträgt.
- 7. Der Hilfsgang wird jetzt lastfrei ausgerückt.
Zur Überbrückung der Zugkraft wird prinzipiell ein Gang
benötigt, dessen Übersetzung in Leistungsflußrichtung
stärker ins "Schnelle" übersetzt als die Übersetzung des
Quellganges und die Übersetzung des Zielganges. Dies
bedeutet, daß im Zugbetrieb ein Gang benötigt wird, dessen
Übersetzung kleiner ist, während im Schubbetrieb ein Gang
benötigt wird, dessen Übersetzung größer ist. Hieraus
ergeben sich zwei Sonderfälle:
- 1. Rückschaltung aus dem höchsten Gang im Zugbetrieb;
- 2. Hochschaltung aus dem ersten Gang im Schubbetrieb.
Wenn der Schaltvorgang unter Verwendung eines Hilfsganges,
jedoch ohne doppelt ausgeführte Gänge erfolgen soll, dann
werden hierfür Gangstufen benötigt, deren
Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das des höchsten
Ganges bzw. größer ist als das des kleinsten Ganges. Aus
dem Stand der Technik sind Hilfseinrichtungen bekannt, die
entweder formschlüssig oder reibschlüssig arbeiten.
Es ist jedoch auch möglich, den Getriebeaufbau und das
Schaltverfahren so zu modifizieren, daß diese zusätzlichen
Hilfseinrichtungen nur teilweise oder überhaupt nicht
benötigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
Getriebes nach der Erfindung sind deshalb der höchste Gang
und der zweite Gang auf der einen Vorgelegewelle
(Vorgelegewelle V2 des anderen Teilgetriebes 12), alle
weiteren Vorwärtsgänge auf der anderen Vorgelegewelle
(Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10) angeordnet.
Bei Rückschaltvorgängen aus dem höchsten Gang liegen in der
Regel der Quellgang und der Zielgang auf unterschiedlichen
Wellen (V1 und V2), mit Ausnahme bei Rückschaltungen in den
zweiten Gang. Diese Schaltungsmöglichkeit ist nicht
gegeben, wenn die Zugkraft während des Schaltvorganges
überbrückt werden soll. Die Schaltstrategie könnte hier
einen Wechsel zunächst auf einen Gang, dessen
Übesetzungsverhältnis zwischen dem zweiten Gang und dem
höchsten Gang liegt, vorsehen. Eine andere Möglichkeit
wäre, den Antriebsstrang wie bei einem herkömmlichen
automatisierten Stufenwechselgetriebe zu unterbrechen.
Hierzu wird der lastführende Pfad mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 verbunden, die Lastschaltkupplung
gesteuert oder geregelt geöffnet, der Quellgang im
lastfreien Zustand ausgerückt, die Drehzahl mit Hilfe einer
Synchronisiereinrichtung und/oder durch
Motorsynchronisierung angepaßt, der Zielgang eingerückt,
die Lastschaltkupplung 22 gesteuert oder geregelt
geschlossen und gegebenenfalls der lastführende Pfad mit
der Motorwelle 16 formschlüssig (z. B. mit Hilfe einer
Klauenkupplung) verbunden. Bei Hochschaltvorgängen aus dem
ersten Gang kann die Schaltstrategie vorsehen, daß hier nur
eine Schaltung direkt in den zweiten Gang zulässig ist. Da
aber bei einer gewünschten Schaltung vom ersten Gang
beispielsweise in den dritten Gang, d. h. bei einem
Gangsprung, im Schubbetrieb nur eine geringe Last wirkt,
ist auch hier eine Unterbrechung des Antriebsstranges ohne
weiteres möglich.
Die vorstehend beschriebenen Schaltungsverfahren gelten in
entsprechender Weise auch für die anderen Ausführungsformen
der Erfindung, welche in den Fig. 2 bis 8 dargestellt sind.
Ferner sind bei allen Ausführungsformen der Erfindung
- a) über die Schaltkupplung SK1 die Motorwelle 16 ohne die Lastschaltkupplung mit dem einen Teilgetriebe 10,
- b) über die Schaltkupplung SK2 die Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22 mit diesem einen Teilgetriebe 10,
- c) über die Schaltkupplung SK3 die Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22 mit dem anderen Teilgetriebe 12,
- d) über die Schaltkupplung SK4 die Motorwelle 16 ohne die Lastschaltkupplung 22 mit diesem anderen Teilgetriebe 12
je antriebsmäßig verbindbar. "Antriebsmäßig" bedeutet
hierbei entweder direkt verbindbar oder über weitere
Rotationselemente, insbesondere Zahnräder, Kupplungen oder
Synchronisiereinrichtungen verbindbar.
Bei allen Ausführungsformen sind einander funktionell,
nicht notwendigerweise auch konstruktiv, einander
entsprechende Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen.
Die Ausführungsform nach den Fig. 2 bis 7 enthält eine
Lastschaltkupplung 22, vorzugsweise in Form einer
Reibkupplung, deren Antriebsseite mit einer Motorwelle 16
eines Fahrzeugantriebsmotors 18 und einer ersten
Eingangswelle 14 antriebsmäßig verbunden ist. Die
Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22 ist mit einer
zweiten Eingangswelle 20 verbunden, welches eine Hohlwelle
ist, durch welche sich die erste Eingangswelle 14 axial
erstreckt. Die erste Eingangswelle 14 erstreckt sich auch
durch eine hohle Welle V1 eines Teilgetriebes 10. Diese
hohle Welle wird zum leichteren Vergleich mit Fig. 1 als
Vorgelegewelle V1 bezeichnet.
Die hohle Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 ist
durch eine Schaltkupplung SK1 mit der ersten Eingangswelle
14 und über diese mit der Eingangsseite der
Lastschaltkupplung 22 und damit mit der Motorwelle 18
verbindbar. Ferner ist diese hohle Vorgelegewelle V1 durch
eine weitere Schaltkupplung SK2 mit der zweiten
Eingangswelle 20 und durch diese mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 verbindbar.
Eine zu den genannten Wellen parallel angeordnete weitere
Vorgelegewelle V2 eines weiteren Teilgetriebes 12 ist durch
die Schaltkupplung SK2 über einen Zahnradzug mit den
Zahnrädern 102, 103 und 104 und die zweite Eingangswelle 20
mit der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22 verbindbar.
Ferner ist diese Vorgelegewelle V2 des Teilgetriebes 12
durch eine Schaltkupplung SK4 und eine Räderkette mit den
Zahnrädern 106, 107 und 108 mit der ersten Eingangswelle
14 und damit mit der Motorwelle 18 verbindbar.
Der Rückwärtsgang ist mit "R" bezeichnet und die sechs
Vorwärtsgänge sind mit 1., 2.,.3., 4., 5. bzw. 6.
bezeichnet. Der dritte Gang und der vierte Gang sind
jeweils zweimal vorhanden.
Auf der hohlen Vorgelegewelle V1 sind ein Zahnrad 110 für
den ersten Gang drehfest, ein weiteres Zahnrad 112 für den
dritten Gang drehfrei und ein weiteres Zahnrad 114 für den
fünften Gang ebenfalls drehfrei angeordnet. Durch die
beiden Kupplungen 116 und 118 ist die Vorgelegewelle V1
wahlweise mit dem Zahnrad 112 des dritten Ganges oder dem
Zahnrad 114 des fünften Ganges verbindbar oder trennbar.
Das Zahnrad 104, welches durch die Schaltkupplung SK3 mit
der zweiten Eingangswelle 20 kuppelbar ist, ist auf dieser
Eingangswelle 20 frei drehbar angeordnet.
Auf der Vorgelegewelle V2 des Teilgetriebes 12 sind das
Zahnrad 102 für den vierten Gang und ein Zahnrad 120 für
den zweiten Gang je drehfest befestigt. Ferner sind auf der
Vorgelegewelle V2 das Zahnrad 106 und Zahnräder 122 für den
dritten Gang, 124 für den sechsten Gang und 126 für den
Rückwärtsgang je frei drehbar angeordnet. Das Zahnrad 122
für den dritten Gang ist durch eine Schaltkupplung 130 mit
der Vorgelegewelle V2 verbindbar. Die Vorgelegewelle V2 ist
außerdem über eine der beiden Kupplungen 132, 133
alternativ mit dem Zahnrad 124 des sechsten Ganges oder dem
Zahnrad 126 des Rückwärtsganges R kuppelbar oder von diesen
trennbar. Durch die Schaltkupplung SK4 ist die
Vorgelegewelle V2 wahlweise mit dem Zahnrad 106 kuppelbar,
welches auf der Vorgelegewelle V2 frei drehbar angeordnet
ist.
Auf einer Abtriebswelle 24 sind das Zahnrad 103, welches
mit den Zahnrädern 102 und 104 in Eingriff ist, das Zahnrad
107, welches mit den Zahnrädern 106 und 108 in Eingriff
ist, und ein Zahnrad 134, welches mit dem Zahnrad 120 des
zweiten Ganges in Eingriff ist, je frei drehbar angeordnet.
Ferner ist auf der Abtriebswelle 24 ein Zahnrad 136,
welches mit dem Zahnrad 124 in Eingriff ist, und ein
Zahnrad 138, welches mit dem Zahnrad 114 in Eingriff ist,
je drehfest angeordnet. Ein auf der Abtriebswelle 24
drehfest angeordnetes Zahnrad 140 ist mit den beiden
Zahnrädern 112 und 122 der beiden dritten Gänge in
Eingriff.
Die Abtriebswelle 24 ist durch eine Schaltkupplung 142 mit
dem Zahnrad 134, durch eine weitere Kupplung 144 mit dem
Zahnrad 103, durch eine Kupplung 146 mit dem Zahnrad 107
oder durch eine Kupplung 148 mit einem Zahnrad 150
wahlweise kuppelbar oder entkuppelbar, welches auf der
Abtriebswelle 124 frei drehbar angeordnet und mit dem
Zahnrad 110 des ersten Ganges in Eingriff ist.
Alle Schaltkupplungen können Reibschlußkupplungen sein,
sind jedoch vorzugsweise formschlüssige Kupplungen,
beispielsweise Klauenkupplungen. Alle Schaltkupplungen, die
Lastschaltkupplung 22 und der Fahrantriebsmotor 18 werden
von der elektronischen Steuereinrichtung 28 gesteuert oder
geregelt.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen das lastschaltbare
Stufenwechselgetriebe von Fig. 2 in verschiedenen
Schaltzuständen.
In Fig. 3 fließt der Kraftfluß zwischen der Motorwelle 16
und der Abtriebswelle 24 im ersten Gang durch die
Lastschaltkupplung 22 und die Schaltkupplung 148.
In Fig. 4 fließt der Kraftfluß zwischen der Motorwelle 16
und der Abtriebswelle 24 nicht durch die
Lastsschaltkupplung 22, sondern direkt von der Motorwelle
16 über die Schaltkupplung 148 zur Abtriebswelle 24.
Fig. 5 stellt den Wechsel zwischen dem ersten Gang und dem
zweiten Gang dar. Ausgehend von Fig. 4 wird in Fig. 5 die
Schaltkupplung SK3 geschlossen und damit die Abtriebsseite
der Lastschaltkupplung 22 über die zweite Eingangswelle 20
und die Zahnräder 104, 103 und 102, die Vorgelegewelle V2,
die Zahnräder 120 und 134 antriebsmäßig verbunden. Danach
wird durch Schlupfbetrieb der Lastschaltkupplung 22 die
Drehzahl des Zahnrades 134 an die Drehzahl der
Abtriebswelle 24 angepaßt. Wenn annähernd Synchronlauf
erreicht ist, wird die Kupplung 142 geschlossen.
Jetzt kann die Schaltkupplung SK1 geöffnet werden. Damit
ergibt sich der Schaltzustand von Fig. 6. Hier wird das
Drehmoment zwischen der Motorwelle 16 und der Abtriebswelle
24 über die Lastschaltkupplung 22 für den zweiten Gang
übertragen. Die Antriebsseite und die Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 haben, weil sie geschlossen ist,
gleiche Drehzahlen. Dadurch kann jetzt die Schaltkupplung
SK4 geschlossen und danach die Schaltkupplung SK3 geöffnet
werden. Damit ergibt sich der Schaltzustand von Fig. 7, bei
welchem für den zweiten Gang das Antriebsdrehmoment nicht
mehr über die Lastschaltkupplung 22, sondern direkt von der
Motorwelle 16 über die Schaltkupplung SK4 und die
Schaltkupplung 142 zur Abtriebswelle 24 übertragen wird.
In analoger Weise wie dies hier für die Gänge 1 und 2
beschrieben wurde, können auch die anderen Gänge unter
Verwendung der Lastschaltkupplung 22 als
Synchronisierkupplung geschaltet werden und nach dem
Synchronisiervorgang kann die Momentübertragung von der
Antriebswelle 16 auf die erste Eingangswelle 14 unter
Umgehung der Lastschaltkupplung 22 erfolgen. Die für die
Ausführungsform von Fig. 1 beschriebenen Betriebsverfahren
gelten analog auch für das lastschaltbare
Stufenwechselgetriebe nach den Fig. 2 bis 7.
Das lastschaltbare Stufenwechselgetriebe der Fig. 2 bis 7
benötigt besonders wenige Zahnräder und stellt deshalb eine
kompakte, relativ kleine Baueinheit dar, welche
beispielsweise für Kraftfahrzeug-Frontantrieb verwendet und
hierbei im Kraftfahrzeug quer angeordnet werden kann. Der
Vorteil wird unter anderem dadurch erreicht, daß die
Zahnräderketten 108, 107, 106 und 104, 103, 102 eine solche
Getriebeübersetzung haben, daß sie nicht nur zur Verbindung
der Teilgetriebe 10 und 12 dienen, sondern gleichzeitig
auch Getriebegangstufen bilden, nämlich die
Getriebegangstufen 3 und 4.
Gemäß dem Grundgedanken des Getriebes der Fig. 2 und 7
enthält es: Ein lastschaltbares Stufenwechselgetriebe,
enthaltend mindestens eine Eingangswelle (14; 20),
mindestens ein Teilgetriebe (12, V2, 24), mindestens eine
Zahnräderkette (108, 107; 106; 104,103, 102) zwischen der
mindestens einen Eingangswelle (14; 20) und dem mindestens
einen Teilgetriebe, mindestens eine Kupplungsanordnung
(146; SK3, 144), wobei die Übersetzung der Zahnräderkette
(108, 107, 106; 104, 103, 102) derart gewählt ist, daß die
Zahnräderkette einen Getriebegang (4.) bildet, der durch
Schließen der mindestens einen Kupplungsanordnung (146;
SK3, 144) einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar ist.
Gemäß einer besonderen Ausbildung des Getriebes der Fig. 2
bis 7 ist vorgesehen, Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Eingangswellen (14; 20)
vorgesehen sind, von welchen jede eine Zahnräderkette (108,
107, 106; 104, 103, 102) aufweist, deren Übersetzung derart
gewählt ist, daß sie einen Getriebegang (4.KM, 4.KK)
bildet, der durch Schließen einer Kupplungsanordnung (146;
SK3, 144) einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar ist.
Gemäß der in den Fig. 2 bis 7 gezeigten besonderen
Ausführungsform ist vorgesehen, daß die eine Eingangswelle
(14) sich durch die andere Eingangswelle (20)
hindurcherstreckt, die als Hohlwelle ausgebildet ist, daß
eine Vorgelege-Hohlwelle (V1) vorgesehen ist, welche axial
zur hohlen Eingangswelle (20) angeordnet ist und durch
welche sich die eine Eingangswelle (14) ebenfalls
erstreckt, daß die Vorgelege-Hohlwelle (V1) durch eine
Kupplungsanordnung (SK1, SK2) mit der einen und/oder
anderen der beiden Eingangswellen (14; 20) kuppelbar ist,
daß mindestens eine Vorgelege-Zahnräderkette (112, 140,
122) zwischen der Vorgelege-Hohlwelle (V1) und dem
mindestens einen Teilgetriebe (12, V2, 24) vorgesehen ist.
Ferner ist gemäß den Fig. 2 bis 7 vorgesehen, daß die
Übersetzung der Vorgelege-Zahnräderkette (112, 140, 122)
derart gewählt ist, daß sie einen Getriebegang (3.) bildet,
der durch Schließen von mindestens einer Kupplungsanordnung
(116, 130) einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar ist.
Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform eines
lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes nach der Erfindung
sind bereits beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit
gleichen Bezugszahlen versehen. Es enthält eine
Lastschaltkupplung 22, vorzugsweise in Form einer
Reibkupplung, deren Antriebssseite mit der Motorwelle 16
eines Fahrzeugantriebsmotors 18 und einer ersten Getriebe-
Eingangswelle 14 verbunden oder verbindbar ist, und deren
Abtriebsseite mit einer zweiten hohlen Getriebe-
Eingangswelle 20 drehfest verbunden oder verbindbar ist.
Eine Vorgelegewelle V1 eines Teilgetriebes 10 ist über eine
Schaltkupplung SK1 und einen Getriebezug 201 mit der ersten
Eingangswelle 14 und damit mit der Motorwelle 16
verbindbar, ohne die Lastschaltkupplung 22. Ferner ist
diese Vorgelegewelle V1 über eine Schaltkupplung SK2 und
einen Getriebezug 202 mit der hohlen Eingangswelle 20 und
damit mit der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung 22
verbindbar. Dadurch kann die Vorgelegewelle V1 über die
beiden Schaltkupplungen SK1 und SK2 wahlweise mit der
Antriebsseite und/oder der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 verbunden werden. Die Vorgelegewelle
V1 ist mit einer Synchronisiereinrichtung 204 zum
Synchronisieren der Antriebsseiten und Abtriebsseiten der
beiden Schaltkupplungen SK1 und SK2 versehen, für den Fall,
daß man beim Herunterschalten von höheren in niedrigere
Gänge ein für den Fahrer störendes Hochfahren der
Motordrehzahl (Zwischengasgeben) vermeiden möchte.
Eine Getriebewelle 212 eines weiteren Teilgetriebes 12 ist
über eine Schaltkupplung SK3, einen Getriebepfad 213 mit
einer Vorgelegewelle V2 und die hohle Getriebe-
Eingangswelle 20 mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 verbindbar und alternativ hierzu über
eine weitere Schaltkupplung SK4 mit der ersten Getriebe-
Eingangswelle 14 und damit auf der Antriebsseite der
Lastschaltkupplung 22 mit der Motorantriebswelle 16
verbindbar. Die Getriebewelle 212 des zweiten Teilgetriebes
12 ist mit einer Synchronisiereinrichtung 214 versehen und
über eine weitere Schaltkupplung 216 direkt mit der
Abtriebswelle 24 verbindbar.
Die Vorgelegewelle V1 des einen Teilgetriebes 10 ist über
Zahnräder 218 und 219 mit einer Hohlwelle 220 antriebsmäßig
verbunden, durch welche sich die Getriebewelle 212 des
anderen Teilgetriebes 12 erstreckt. Mit der Hohlwelle 220
drehfest verbundene Zahnräder 222, 223, 224 und 225 sind
mit Zahnrädern 226, 227, 228 bzw. 229 in Eingriff, die frei
drehbar auf einer Getriebewelle 230 angeordnet sind und mit
dieser je über eine Schaltkupplung 231, 232, 233 bzw. 234
verbindbar sind. Diese Getriebewelle 230 ist außerdem über
Kupplungen 235 und 236 mit Zahnrädern 240 bzw. 241
verbindbar, welche mit Zahnrädern 242 bzw. 243 in Eingriff
sind, die mit der einen Getriebewelle 212 drehfest
verbunden sind. Die Getriebewelle 230 ist über Zahnräder
246 und 248 mit Abtriebswelle 24 drehfest verbunden. Damit
ist ein Rückwärtgang "R" schaltbar und sind die sechs Gänge
1., 2., 3., 4., 5. oder 6. unter Last ohne Unterbrechung
des Kraftflusses zwischen der Motorwelle 16 und
Abtriebswelle 24 schaltbar.
Die Wellen 16, 14, 212 und 24 sind axial hintereinander
angeordnet. Die Wellen V1, V2 und 230 sind parallel dazu
angeordnet.
Durch die Verwendung der Lastschaltkupplung 22 als
Synchronisierkupplung und durch die Verwendung der
Synchronisiereinrichtungen 204 und 214 können alle
Schaltkupplungen als formschlüssige Kupplungen ausgebildet
sein, vorzugsweise als Klauenkupplungen.
Die Schaltkupplungen und die lastschaltbare Schaltkupplung
22 sowie der Fahrzeugantriebsmotor werden von der
elektronischen Steuereinrichtung 28 gesteuert.
Die mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Betriebsverfahren
zum Schalten des lastschaltbaren Stufenwechselgetriebes
gelten analog auch für das lastschaltbare
Stufenwechselgetriebe von Fig. 8, wobei in der Beschreibung
die Vorgelegewelle V2 durch die Getriebewelle 212 zu
ersetzen ist.
Claims (16)
1. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe mit einer
Lastschaltkupplung (22) und mit mindestens zwei
Teilgetrieben (10, 12), die mit Schaltkupplungen
(SK1, SK2, SK3, SK4; 60, 61, 62, 64, 65, 66, 67; 116,
118, 130, 132, 142, 144, 146, 148; 216, 231, 232,
233, 234, 235, 236) versehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lastschaltkupplung (22) durch schaltbare
Elemente (SK1, SK2, SK3, SK4) alternativ in eine
Antriebsverbindung zwischen einem Antriebsteil (16)
und einem der Teilgetriebe (10, 12) oder in eine
Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsteil (16)
einem anderen der Teilgetriebe (10, 12) schaltbar ist
und dadurch wechselweise je einem der Teilgetriebe
zugeordnet werden kann, und daß das Teilgetriebe oder
die Teilgetriebe, welchem oder welchen die
Lastschaltkupplung (22) zum gegenwärtigen Zeitpunkt
nicht zugeordnet ist, durch eine Antriebsverbindung,
welche keine Lastschaltkupplung enthält, mit dem
Antriebsteil (16) verbunden oder verbindbar ist bzw.
sind.
2. Lastschaltbare Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilgetriebe (10, 12) je über eine
Schaltkupplung (SK1, SK4) mit der Antriebsseite der
Lastschaltkupplung (22) und über eine andere
Schaltkupplung (SK2, SK3) mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung antriebsmäßig verbindbar sind.
3. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1
oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß an mindestens einer der Schaltkupplungen ein
Synchronlauf zwischen den durch sie zu kuppelnden
Rotationselementen durch Reibschlußbetrieb der
Lastschaltkupplung (22) einstellbar ist.
4. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei mindestens zwei der Schaltkupplungen das
Drehmoment von der einen Schaltkupplung (SK2, SK3)
auf die andere Schaltkupplung (SK1, SK4) übertragbar
ist und hierfür die zu kuppelnden Rotationselemente
der anderen Schaltkupplung (SK1, SK4) durch
Reibschlußbetrieb der Lastschaltkupplung (22) auf
Synchronlauf bringbar sind.
5. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine Gangstufe doppelt vorhanden ist,
so daß bei definierten Schaltungen ein direkter
Gangwechsel von einem Quellgang zu einem Zielgang
möglich ist, ohne daß dazwischen hilfsweise in einen
anderen Gang geschaltet werden muß.
6. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst ein Wechsel der Drehmomentübertragung
von einem Teilgetriebe (10, 12) auf ein anderes
Teilgetriebe (10, 12) und dann wieder zurück auf das
eine Teilgetriebe durchführbar ist, wenn ein
Quellgang und ein gewünschter Zielgang sich im
gleichen Teilgetriebe befinden.
7. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schaltkupplungen (58; 142, 148; 231, 235), welche
zum Schalten der jeweils untersten Gangstufe der
Teilgetriebe (10, 12) vorgesehen sind, als
Synchronisierkupplungen ausgebildet sind, durch
welche die Drehzahlen von zwei miteinander zu
kuppelnden Rotationselementen für den
Gangsschaltvorgang aneinander angleichbar sind,
insbesondere bei Rückschaltungen im Schubbetrieb.
8. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens einige der Schaltkupplungen
Klauenkupplungen sind und daß zur Synchronisierung
der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Teile
dieser Klauenkupplungen je mindestens eine zentrale
Synchronisiereinrichtung (22; 58; 142, 148; 204, 214;
231, 235) für mehrere dieser Klauenkupplungen
vorgesehen ist.
9. Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei Quellgang und Zielgang in unterschiedlichen
Teilgetrieben (10, 12) angeordnet sind und im
Ausgangszustand das eine, lastführende Teilgetriebe
mit einer Motorwelle (16) unter Umgehung einer
Lastschaltkupplung (22) verbindbar ist und ein
anderes, in den Leistungsfluß zu schaltendes
Teilgetriebe (12, 10) mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung (22) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lastschaltkupplung (22) gesteuert oder
geregelt geschlossen wird, bis der gewünschte
Zielgang das volle Moment übernommen hat; die
Schaltkupplung des Quellganges dann lastfrei
ausgerückt wird; und dann durch gesteuerte oder
geregelte Betätigung der Lastschaltkupplung (22) die
Drehzahl des Fahrzeugantriebmotors (18) angepaßt
wird.
10. Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei der Quellgang und der Zielgang in
unterschiedlichen Teilgetrieben (10, 12) angeordnet
sind und im Ausgangszustand das eine, lastführende
Teilgetriebe mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung (22) verbindbar ist und ein
anderes, in den Leistungsfluß zu schaltendes
Teilgetriebe unter Umgehung der Lastschaltkupplung
direkt mit der Motorwelle verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkupplung des Zielganges mit dem
betreffenden Losrad in Wirkverbindung gebracht wird;
durch eine gesteuerte oder geregelte Betätigung der
Lastschaltkupplung (22) das Drehmoment jetzt voll
ständig vom Zielgang übertragen wird; die Kupplung
des Quellganges dann lastfrei ausgerückt wird.
11. Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei Quellgang und Zielgang im gleichen
Teilgetriebe (10, 12) angeordnet sind und im
Ausgangszustand das eine, lastführende Teilgetriebe
(10, 12) unter Umgehung der Lastschaltkupplung (22)
mit der Motorwelle (16) verbindbar ist und ein
anderes, in den Leistungsfluß zu schaltendes
Teilgetriebe (12, 10) mit der Abtriebsseite der
Lastschaltkupplung (22) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in dem genannten anderen Teilgetriebe
angeordneter Hilfsgang zur Erzeugung eines
Füllmoments verwendet wird, dessen
Übersetzungsverhältnis in Leistungsflußrichtung
kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis von
Quellgang und Zielgang; die Lastschaltkupplung (22)
gesteuert oder geregelt geschlossen wird, bis der
Hilfsgang das Drehmoment vollständig übernommen hat;
die Kupplung des Quellganges dann lastfrei ausgerückt
wird; durch eine gesteuerte oder geregelte Betätigung
der Lastschaltkupplung (22) die Drehzahl des
Fahrantriebsmotors (18) angepaßt wird; die Kupplung
des Zielganges mit dem entsprechenden Losrad in
Wirkverbindung gebracht wird; durch eine gesteuerte
oder geregelte Betätigung der Lastschaltkupplung das
Drehmoment jetzt vollständig vom Zielgang übertragen
wird und damit der Hilfsgang lastfrei ausgerückt
wird.
12. Verfahren zum Schalten eines lastschaltbaren
Stufenwechselgetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis
8, wobei der Quellgang und der Zielgang im gleichen
Teilgetriebe (10, 12) angeordnet sind und im
Ausgangszustand das eine, lastführende Teilgetriebe
mit der Abtriebsseite der Lastschaltkupplung (22)
verbindbar ist und ein anderes, in den Leistungsfluß
zu schaltendes Teilgetriebe direkt mit der Motorwelle
(16) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in dem eingangs genannten anderen
Teilgetriebe angeordneter Hilfsgang zur Erzeugung
eines Füllmomentes verwendet wird, dessen
Übersetzungsverhältnis in Leistungsflußrichtung
kleiner ist als das Übersetzungsverhältnis von
Quellgang und Zielgang; die Lastschaltkupplung (22)
gesteuert oder geregelt geöffnet wird, bis die
Drehzahl des Fahrantriebsmotors (18) zum Einrücken
dieses Hilfsganges angepaßt ist; die Kupplung des
Hilfsganges mit dem betreffenden Losrad in
Wirkverbindung gebracht wird; durch eine gesteuerte
oder geregelte Betätigung der Lastschaltkupplung das
Drehmoment jetzt vollständig vom Hilfsgang übertragen
wird; die Kupplung des Quellganges damit lastfrei
ausgerückt wird; die Kupplung des Zielganges mit dem
betreffenden Losrad in Wirkverbindung gebracht wird;
durch eine gesteuerte oder geregelte Betätigung der
Lastschaltkupplung das Drehmoment jetzt vollständig
vom Zielgang übertragen wird.
13. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe, enthaltend
mindestens eine Eingangswelle (14; 20), mindestens
ein Teilgetriebe (12, V2, 24), mindestens eine
Zahnräderkette (108, 107, 106; 104, 103, 102)
zwischen der mindestens einen Eingangswelle (14; 20)
und dem mindestens einen Teilgetriebe, mindestens
eine Kupplungsanordnung (146; SK3, 144), wobei die
Übersetzung der Zahnräderkette (108, 107, 106; 104,
103, 102) derart gewählt ist, daß die Zahnräderkette
einen Getriebegang (4.) bildet, der durch Schließen
der mindestens einen Kupplungsanordnung (146; SK3,
144) einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar ist.
14. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach Anspruch
13,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Eingangswellen (14; 20) vorgesehen sind, von
welchen jede eine Zahnräderkette (108, 107, 106; 104,
103, 102) aufweist, deren Übersetzung derart gewählt
ist, daß sie einen Getriebegang (4.KM, 4.KK) bildet,
der durch Schließen einer Kupplungsanordnung (146;
SK3, 144) einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar
ist.
15. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach Anspruch
14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Eingangswelle (14) sich durch die andere
Eingangswelle (20) hindurcherstreckt, die als
Hohlwelle ausgebildet ist, daß eine Vorgelege-
Hohlwelle (V1) vorgesehen ist, welche axial zur
hohlen Eingangswelle (20) angeordnet ist und durch
welche sich die eine Eingangswelle (14) ebenfalls
erstreckt, daß die Vorgelege-Hohlwelle (V1) durch
eine Kupplungsanordnung (SK1, SK2) mit der einen
und/oder anderen der beiden Eingangswellen (14; 20)
kuppelbar ist, daß mindestens eine Vorgelege-
Zahnräderkette (112, 140, 122) zwischen der
Vorgelege-Hohlwelle (V1) und dem mindestens einen
Teilgetriebe (12, V2, 24) vorgesehen ist.
16. Lastschaltbares Stufenwechselgetriebe nach Anspruch
15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Übersetzung der Vorgelege-Zahnräderkette
(112, 140, 122) derart gewählt ist, daß sie einen
Getriebegang (3.) bildet, der durch Schließen von
mindestens einer Kupplungsanordnung (116, 130)
einkuppelbar bzw. durch Öffnen auskuppelbar ist.
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