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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bei
Nutzkraftfahrzeugen der mittleren Klasse bis ca. 30 t Gesamtgewicht
und ca. 1000 Nm Motordrehmoment werden vorzugsweise manuell geschaltete
6-Gang-Getriebe eingesetzt. Ein derartiges 6-Gang-Getriebe ist in
der 1 dargestellt. Es umfasst im wesentlichen eine
Antriebswelle 1, neben der koaxial die Hauptwelle 2 angeordnet
ist, die gleichzeitig mit dem Abtrieb verbunden ist. Parallel zur
Hauptwelle 2 ist eine Vorgelegewelle 3 angeordnet.
Die Vorgelegewelle 3 wird von der Antriebswelle 1 aus über ein
Konstantradpaar, das die Stirnzahnräder 4 und 5 umfasst,
mit einer konstanten Drehzahl angetrieben. Auf der Vorgelegewelle 3 sind
voneinander beabstandet die einzelnen Zahnräder 1R-2, 2-2, 3-2, 4-2 und 5-2 jeweils
drehfest angeordnet. Auf der Hauptwelle sind die Stirnzahnräder R-1, 1-1, 2-1, 3-1, 4-1 und 5-1 jeweils
lose angeordnet.
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Die
Zahnräder 1-1 und 1R-2 sind
dem ersten Gang I, die Zahnräder 2-1 und 2-2 dem
zweiten Gang II, die Zahnräder 3-1 und 3-2 dem
dritten Gang III, die Zahnräder 4-1 und 4-2 dem
vierten Gang IV, die Zahnräder 5-1 und 5-2 dem
fünften
Gang V und die Zahnräder
R-1, 1R-2, R-3 dem Rückwärtsgang
R zugeordnet.
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Jedes
der Zahnräder 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1 und
R-1 ist über
ein Synchronisierglied S1–S4
selektiv mit der Hauptwelle 2 zum Schalten von sechs Vorwärtsgängen I bis
VI und einem Rückwärtsgang
R verbindbar.
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Die
Synchronisierglieder S1 bis S4 erfüllen zwei Funktionen. Zum einen
besteht ihre Aufgabe darin, bei einem Gangwechsel einen Drehzahlgleichlauf zwischen
der Hauptwelle 2 und dem entsprechenden losen Zahnrad der
Hauptwelle 2 zu erzeugen und beim Gangwechsel gleichzeitig
ein Zahnrad 1-1 bis 5-1 und R-1 mit der Hauptwelle 2 oder
die Hauptwelle 2 direkt mit der Antriebswelle 1 zu
kuppeln. Beispielsweise wird der dritte Gang III dadurch geschaltet, dass
zunächst
durch das Synchronisierglied S2 das auf der Hauptwelle 2 lose
angeordnete Zahnrad 3-1, das mit dem Zahnrad 3-2,
das drehfest auf der Vorgelegewelle 3 angeordnet ist, kämmt, so
beschleunigt oder gebremst wird, dass ein Gleichlauf zwischen dem
Rad 3-1 und der Hauptwelle 2 besteht, damit die
Drehzahl der Vorgelegewelle 3 und der Antriebswelle 1 der
von der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebenen Drehzahl der Hauptwelle 2 über die gewählte Gangübersetzung
angepaßt
wird, woraufhin das Einkuppeln erfolgt. Dabei wird das Synchronisierungsglied
S2 nach rechts zum Zahnrad 3-1 betätigt.
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Normalerweise
weist das Synchronglied eine Muffe S5 auf, die mit der Hauptwelle 2 rotiert
und mit dem losen Zahnrad 3-1 im Falle des Schaltens des dritten
Ganges III gekoppelt wird. Der Gleichlauf wird über das Synchronglied S3 in
der Regel durch die Bewegung der Muffe S5 und einem Reibschluss
mit dem Zahnrad 3-1 erzeugt, damit der Drehzahlgleichlauf
zwischen der Muffe S5 bzw. der Hauptwelle 2 und dem Zahnrad 3-1 entsteht.
Anschließend
wird die Muffe S5 zum Einkup peln voll durchgeschaltet. Beim Schalten
der anderen Gänge
spielen sich vergleichbare Vorgänge
ab.
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In
der erkennbaren Weise ist für
den ersten Gang I und den Rückwärtsgang
R ein Doppelzahnrad 1R-2 drehfest auf der Vorgelegewelle 3 vorgesehen, wobei
das Zahnrad R-1 des Rückwärtsganges
R nicht direkt, sondern über
das Zwischenrad R-3 mit dem Doppelradzahnrad 1R-2 kämmt.
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Ein
solches Getriebe ist bekannt aus dem Fachbuch von Johannes Looman, ”Zahnradgetriebe”, Springer-Verlag,
3. Auflage 1996, auf Seite 5.
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Aus
der
JP 10252839 A ist
eine Getriebestruktur bekannt, die ein an der Seite der Abtriebswelle
angeordnetes Konstantenradpaar aufweist.
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Schließlich ist
aus der
DE 43 20 318
C2 ein Getriebe mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem
Konstantradpaar, einer ersten Vorgelegewelle und den einzelnen Gängen jeweils
zugeordneten Zahnrädern
bekannt, die die Drehung der Antriebswelle beim Schalten von Synchronisiergliedern
selektiv von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle übertragen.
Bei wenigstens einem Teil der hoch übersetzten Gänge wird
die Drehung der Antriebswelle auf die erste Vorgelegewelle, von
der ersten Vorgelegewelle auf die zweite Vorgelegewelle und von
der zweiten Vorgelegewelle über
das Konstantradpaar auf die Abtriebswelle übertragen.
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Ein
Problem des beschriebenen 6-Gang-Getriebes besteht darin, dass es
relativ große
Handschaltkräfte
erfordert, dass die Herstellungskosten groß sind, dass die Getriebegesamtspreizung
relativ klein ist, dass das Leistungsgewicht relativ groß ist, daß um die
notwendige Gesamtgetriebespreizung zu erreichen, anstatt einer Direktgangausführung (kleinste Übersetzung
im höchsten
Gang ist gleich 1) oft eine Overdrive-Ausführung (kleinste Übersetzung im
höchsten
Gang ist kleiner als 1) gewählt
werden muß,
welche einen relativ kleinen Gesamtwirkungsgrad ergibt, und dass
die Leistungsfähigkeit
ebenfalls relativ klein ist.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein derartiges
Getriebe weiter zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Der
wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
es die aufgabengemäß gestellte
Anforderung konzeptbedingt in einem höheren Maße erfüllen kann, als andere bekannte
Getriebekonzepte. Insbesondere sind die erforderlichen Handschaltkräfte bei
dem erfindungsgemäßen Getriebe
relativ klein. Das erfindungsgemäße Getriebe ist
vorteilhafterweise vergleichsweise kostengünstig herstellbar, sodass es
einen relativ niedrigen Preis aufweist. Es besitzt eine gesteigerte
Leistungsfähigkeit
bei gleichbleibender oder höherer
Lebensdauer. Die Getriebegesamtspreizung ist vorteilhafterweise relativ
hoch. Bei relativ hohen Drehmomenten und relativ hoher Gesamtgetriebespreizung
kann ein Direktganggetriebe dargestellt werden. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass das vorliegende Getriebe ein relativ gutes Schaltbild
aufweist und ein niedriges Leistungsgewicht sowie einen hohen Wirkungsgrad besitzt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Im
folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
bekanntes NKW-6-Gang-Getriebe;
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2 eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 6-Gang-Getriebes;
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3 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 6-Gang-Getriebes
mit einer Zwischenstufe über
das zweite Gangrad;
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4 eine
dritte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen 6-Gang-Getriebes
mit allen Gängen über eine
Zwischenradstufe;
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5 eine
vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 6-Gang-Getriebes
mit einem Doppelrad und
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6 eine
fünfte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen 7-Gang-Getriebes.
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Zu
der Erfindung führten
die folgenden Überlegungen.
Durch die Verlegung des sog. Konstantradpaares auf die Abtriebsseite,
wird erreicht, weil mehr Teile immer in Verbindung mit dem Abtrieb
stehen und daher immer rotieren, dass weniger Teile beim Schalten
eines Ganges zu beschleunigen oder zu bremsen und zu kuppeln sind.
Die an den Synchronisiergliedern zu verrichtende Synchronisierarbeit
und damit die notwendige Handschaltkraft wird daher kleiner.
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Dadurch,
dass zwei Vorgelegewellen vorgesehen werden und zwar dergestalt,
dass vorzugsweise die Gänge
die hoch übersetzt
sind, wie beispielsweise der erste, zweite und dritte Gang, je nach
Auslegung des Getriebes nicht über
zwei Stirnradstufen sondern über
drei Stirnradstufen laufen, finden jeweils drei Einzelübersetzungen über jeweils
drei Stirnradstufen statt. Bei Vorgabe einer Gesamtübersetzung
kann daher dreistufig gearbeitet werden und die Einzelübersetzungen
können
kleiner gewählt werden.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die genannten hochübersetzten
Gänge,
die dreistufig übersetzt
werden, mit den zwei Vorgelegewellen mit kleinerem Achsabstand verwirklicht
werden können,
weil die Einzelübersetzungen
niedriger sind. Dadurch kann Bauraum eingespart werden und die Bauweise kann
kompakter sein. Dies führt
auch dazu, dass die Synchronisierglieder wunschgemäß auf der
ersten Vorgelegewelle oder der Antriebswelle angeordnet werden können, was
bei herkömmlichen
Konzepten nicht immer möglich
ist, weil dort die Einzelübersetzung
sehr groß und
daher das Antriebsritzel sehr klein ist. Ein beliebig kleines Ritzel
kann man jedoch nicht mit vernünftigen
Dimensionen als Losrad auf einer Welle darstellen.
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In
der 2 ist ein vorliegendes 6-Gang-Getriebe dargestellt,
wobei neben der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 eine
erste Vorgelegewelle 31 und eine zweite Vorgelegewelle 32 vorgesehen
sind.
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Der
Rückwärtsgang
R, der erste Gang I, der zweite Gang II werden über die erste Vorgelegewelle 31 und über die
zweite Vorgelegewelle 32 geschaltet. Der dritte Gang III,
der vierte Gang IV und der fünfte Gang
V werden nur über
die zweite Vorgelegewelle 32 geschaltet.
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Insbesondere
wird zum Schalten des ersten Ganges I das Synchronisierglied S6
nach rechts betätigt,
wobei das lose Zahnrad 1-2, das von der Antriebswelle über das
Doppelzahnrad 1R-1 angetrieben wird, mit der ersten Vorgelegewelle 31 verbunden
wird und die Drehung derselben über
die kämmenden
Zahnräder 3-3 und 3-1 auf
das auf der zweiten Vorgelegewelle 32 drehfest angeordnete
Zahnrad 3-2 übertragen
wird. Von der zweiten Vorgelegewelle 32 wird die Drehung über das
Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Der
zweite Gang II wird durch Betätigen
des auf der Hauptwelle 1 angeordneten Synchronisiergliedes
S7 nach links geschaltet, wobei das lose Zahnrad 2-1 an
die Antriebswelle 1 gekoppelt wird und die Drehung des
Zahnrades 2-1 über
das Zahnrad 2-2, das drehfest auf der ersten Vorgelegewelle 31 angeordnet
ist, auf diese übertragen
wird. Über die
kämmenden
Zahnräder 3-3, 3-1 und 3-2 wird
die Drehung der ersten Vorgelegewelle 31 auf die zweite Vorgelegewelle 32 und
von dieser über
das Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Der
Rückwärtsgang
R wird vom Doppelzahnrad 1R-1 in der selben Weise wie der
erste Gang I, jedoch unter Zwischenschaltung des Zwischenrades R-3
zwischen das Doppelzahnrad 1R-1 und das auf der ersten
Vorgelegewelle 31 lose angeordnete Zahnrad R-2 durch Betätigen des
Synchronisiergliedes S6 nach links geschaltet.
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Wie
schon erwähnt,
werden die Gänge
I, II und R dreistufig übertragen.
Dabei wird das Zahnrad 3-1 des dritten Ganges III als Zwischenrad
zur Verbindung der Vorgelegewellen 31 und 32 genutzt.
Die Gänge
III, IV und V werden dagegen zweistufig übertragen.
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Zum
Einlegen des dritten Ganges III wird das Synchronisierglied S7 nach
rechts betätigt,
wobei das lose auf der Hauptwelle 1 angeordnete Zahnrad 3-1 an
die Drehung der Antriebswelle 1 gekoppelt wird. Die Drehung
des Zahnrades 3-1 wird auf das auf der zweiten Vorglegewelle 32 drehfest
angeordnete Zahnrad 3-2 und von dort über das Konstantradpaar 4, 5 auf
die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Zum
Schalten des vierten Ganges IV wird bei Betätigen des Synchronisiergleides
S8 nach links die Drehung der Antriebswelle 1 durch das
lose auf der Antriebswelle 1 angeordnete Zahnrad 4-1,
das mit dem Zahnrad 4-2 kämmt, das drehfest auf der zweiten
Vorgelegewelle 32 angeordnet ist, auf die zweite Vorgelegewelle 32 und
von dort über
das Konstantradpaar 4 und 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Zum
Schalten des fünften
Ganges V wird das bereits genannte Synchronisierglied S8 nach rechts betätigt, wobei
das auf der Antriebswelle 1 angeordnete Zahnrad 5-1,
das mit dem Zahnrad 5-2, das drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle 32 angeordnet
ist, kämmt,
die Drehung der Antriebswelle 1 auf die Vorgelegewelle 32 überträgt. Von
dort wird die Drehung über
das Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Zum
Schalten des sechsten Ganges VI wird das Synchronisierglied S9 betätigt, wobei
die Drehung der Antriebswelle 1 direkt auf die Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Die
Anordnung der 3 entspricht im wesentlichen
derjenigen der Anordnung 2. Einzelheiten der 3,
die bereits im Zusammenhang mit der 2 erläutert wurden,
sind daher in der entsprechenden Weise bezeichnet.
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Der
Unterschied zwischen den Ausführungsformen
der 2 und 3 besteht darin, dass bei der 2 das
Zahnrad 3-1 die genannte Doppelfunktion ausführt, während dies
bei der Anordnung der 3 das Zahnrad 2-1 des
zweiten Ganges II tut. Dies bedeutet, dass die Gänge I, III und R dreistufig und
die Gänge
II, IV und V zweistufig geschaltet werden. Die Gänge I, IV, V, VI und R werden
in der im Zusammenhang mit der 2 bereits
erläuterten
Weise geschaltet.
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Der
dritte Gang III wird durch Betätigen
des Synchronisiergliedes S7 nach links geschaltet, wobei die Drehung
der Antriebswelle 1 über
das Zahnrad 3-1, das mit dem Zahnrad 3-2 kämmt, auf
die erste Vorgelegewelle 31 übertragen und von dort über das Zahnrad 2-3,
das mit dem als Zwischenrad dienenden Zahnrad 2-1 kämmt, auf
das drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle 32 angeordnete
Zahnrad 2-2 und von dort über das Konstantradpaar 4, 5 auf
die Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Der
zweite Gang II wird durch Betätigen
des Synchronisiergliedes S7 nach rechts geschaltet, wobei die Drehung
der Antriebswelle 1 dann über das als Gangrad dienende
Zahnrad 2-1, das mit dem Zahnrad 2-2 der zweiten
Vorgelegewelle 32 kämmt, auf
die Vorgelegewelle 32 und von dort über das Konstantradpaar 4, 5 auf
die Abtriebswelle 2 übertragen wird.
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Bei
der Ausführungsform
der 4 sind alle Gänge
I bis V und R über
eine Zwischenradstufe dreistufig schaltbar. Hierfür wird das
Zahnrad 2-1 des zweiten Ganges II dann, wenn es nicht als
Gangrad dient, zur Übertragung
der von der Antriebswelle 1 über eines der Zahnradpaare 1R-1 und
R-2 oder 1R-1 und 1-2 oder 4-1 und 4-2 oder 5-1 und 5-2 oder 3-1 und 3-2 auf
die Vorgelegewelle 31 übertragenen Drehung
auf das Zahnrad 2-2 und die Vorgelegewelle 32 verwendet.
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Bei
der Ausführungsform
der 5 ist das Zwischenrad 2'-1 als Doppelrad 2' ausgestaltet,
wodurch mehr konstruktive Auslegungsfreiheiten erzielt werden. Genauer
gesagt, kann das Doppelrad 2' neben
seiner Funktion als Gangrad für
den zweiten Gang II auch als Zwischenrad in mehreren anderen Gängen I,
III, IV, V und R dienen. Die in den 2 bis 4 dargestellten
Ausführungen
zeigen ein Zwischenrad, das gleichzeitig als Gangrad fungiert. Dadurch
entsteht ein funktionaler Zusammenhang zwischen der entsprechenden
Gangübersetzung,
der Zwischenradübersetzung
und den beiden Achsabständen.
Stellt man wie in 5 das Zwischenrad als Doppelrad
mit einer getrennten Verzahnung für Zahnrad und Zwischenstufe
dar, wird diese Abhängigkeit
aufgelöst.
Die Flexibilität
kann dadurch erhöht werden,
dass unabhängig
von der Übersetzung
des beispielsweise rechten Zahnrades 2'-2 des Doppelrades 2' die Übersetzung
des linken Zahnrades 2'-1 des
Doppelrades 2' gewählt werden
kann.
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Im
einzelnen sind auf der ersten Vorgelegewelle 31 die Zahnräder der
Gänge II,
III, IV, V und I, sowie des Rückwärtsganges
R angeordnet.
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Zur
Betätigung
des Ganges I wird das Synchronisierglied S6 nach rechts betätigt, wobei
das mit dem Doppelrad 1R-1 kämmende Zahnrad 1-2 die Drehung
der Antriebswelle 1 auf die erste Vorgelegewelle 31 überträgt. Von
dort wird die Drehung über das
Zahnrad 2-2, das als Zwischenzahnrad dienende linke Zahnrad 2'-1 des Doppelzahnrades 2', das rechte
Zahnrad 2'-2 des
Doppelzahnrades 2' und über das
Zahnrad 2-3, das drehfest auf der Vorgelegewelle 32 angeordnet
ist, auf die Vorgelegewelle 32 und von dort über das
Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Zum
Schalten des zweiten Ganges II wird das Synchronisierglied S8 nach
rechts betätigt,
wobei das Zahnrad 2'-1 des
Doppelzahnrades 2' die Drehung
der Antriebswelle 1 über
das Zahnrad 2'-2 auf
das Zahnrad 2-3 und die zweite Vorgelegewelle 32 und
von dort über
das Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle überträgt.
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Zum
Schalten des dritten Ganges III wird das Synchronisierglied S8 nach
links betätigt,
wobei die Drehung der Antriebswelle 1 über das Zahnrad 3-1 und
das Zahnrad 3-2 auf die erste Vorgelegewelle 31 und
von dort über
das Zahnrad 2-2 und das als Zwischenzahnrad dienende Zahnrad 2'-1 des Doppelzahnrades 2' und das Zahnrad 2'-2 des Doppelzahnrades 2' auf das Zahnrad 2-3 der
zweiten Vorgelegewelle 32 und von dort über das Konstantradpaar 4, 5 auf
die Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Zum
Schalten des vierten Ganges IV wird das Synchronisierglied S7 nach
links betätigt,
wobei das Zahnrad 4-1 die Drehung der Antriebswelle 1 auf das
Zahnrad 4-2 der ersten Vorgelegewelle 31 überträgt. Von
dieser wird die Drehung in der bereits beschriebenen Weise über die
Zahnradfolge 2-2, 2'-1, 2'-2, 2-3, 4 und 5 auf
die Abtriebswelle 2 übertragen.
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Zum
Schalten des sechsten Ganges VI wird das Synchronisierglied S9 betätigt, sodass
die Drehung der Antriebswelle 1 direkt auf die Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Zum
Schalten des Rückwärtsganges
R wird das Synchronisierglied S6 nach links betätigt, wobei die Drehung des
Doppelzahnrades 1R-1, über
das Zwischenrad R-3 und das Zahnrad R2 auf die erste Vorgelegewelle 31 übertragen
wird und von dort in der bereits beschriebenen Weise über die
Zahnradfolge 2-2, 2'-1, 2'-2, 2-3, 4 und 5 zur
Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Schließlich zeigt
die 6 eine Ausführungsform,
die derjenigen der 5 im wesentlichen entspricht,
wobei lediglich das Synchronisierglied S9 der 5 durch
ein zweiseitig wirkendes Synchronisierglied S10 ersetzt ist, sodass
ein siebter Gang VII schaltbar ist. Die Gänge I bis V und R werden in
der im Zusammenhang mit der 5 bereits
erläuterten Weise
geschaltet.
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Der
Gang VI wird durch Betätigen
des Synchronisiergliedes S10 nach links geschaltet, wobei die Drehung
des Zahnrades 6-1 über
das Zahnrad 6-2 auf die zweite Vorgelegewelle 32 und
von dort über
das Konstantradpaar 4, 5 auf die Abtriebswelle 2 übertragen
wird.
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Zum
Schalten des siebten Ganges wird durch Betätigen des Synchronisiergliedes
S10 nach rechts die Antriebswelle 1 direkt mit der Abtriebswelle 2 verbunden.