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Geschwindigkeitswechselgetriebe für
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Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge Die Erfindung
bezieht sich auf ein Geschwindigkeitswechselgetriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere
Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Solche Geschwindigkeitswechselgetriebe, bei denen dem herkömmlichen
Stirnradgetriebe ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist, sind bekannt.
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Dabei dient das im allgemeinen gesondert im Abtriebsstrang hinter
dem Stirnradgetriebe angeordnete Planetengetriebe dazu, einen weiteren Getriebegang
mit einer Übersetzung ins Schnelle zur Verfügung zu stellen, wobei die Zuschaltung
dieser zusätzlichen Getriebestufe auf hydraulischem Wege erfolgen kann. Dazu war
bei den bekannten Getriebeausführungen dieser Bauart (Laycock de Normanville) der
zu den Antriebsrädern bzw. zu dem Ausgleichgetriebe führende Abtrieb mit dem Ringrad
verbunden, während der Antrieb über den Planetenträger vorgenommen wurde. Dies hatte
zur Folge,daß in der ersten,das Sonnenrad mit dem Ringrad verbindenden Stellung
der Kupplungsscheibe die von dem Stirnradgetriebe vorgegebene Übersetzung wegen
des blockierten Umlaufs des Planetengetriebes unsich verändert beibehalten wurde,
während/bei der Verstellung der Kupplungsscheibe
in deren zweite
Stellung eine entsprechende,zusätzliche Übersetzung ergab, die die Gesamtübersetzung
für den Fall, daß das Stirnradgetriebe im vierten Gang mit einer Übewsetzung von
etwa 1 : 1 betrieben wurde, sehr lang werden ließ, also eine Übersetzung ins Schnelle
(overdrive) bewirkte.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, dieses
bekannte Getriebe weiterzubilden und dabei eine einfache Integrierung des Planetengetriebes
in das Stirnradgetriebe anzustreben.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs
1.
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Dadurch, daß der Planetensatz nun nicht mehr als zusätzliches in dem
Abtriebsstraxgunterzubringendes separates Getriebe ausgebildet ist, sondern zwischen
dem dem höchsten Getriebegang zugeordneten Stirnradpaar und der Getriebeabtriebswelle
angeordnet ist, läßt er sich bauraumsparend in dem Gehäuse des herkömmlichen Stirnradgetriebes
unterbringen.
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Gleichzeitig wird sichergestellt, daß diese zusätzliche Getriebeabstufung
nur bei der Stellung des Gangschalthebels in der dem höchsten Getriebegang zugeordneten
Gangstellung zuschaltbar ist.
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Die Erfindung ermöglicht nun eine besonders kraftstoffsparende und
für den Fahrzeugführer wegen Fehlens besonderer zusätzlicher Betätigungen einfache
Bedienungsweise dadurch, daß der höchste Getriebegang des Stirnradgetriebes eine
Übersetzung ins Schnelle aufweist und daß das diesem Getriebegang zugeordnete Abtriebszahnrad
mit dem Ringrad bzw. die Getriebeabtriebswelle mit dem Planetenträger des Planetensatzes
verbunden sind.
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Dadurch ergibt sich dann, wenn die Kupplungssch-eibein ihrer ersten,
das Planetengetriebe verblockenden Stellung steht, immer die von dem höchsten Getriebegang
vorgesehene Übersetzung ins Schnelle, bei der wegen Absenkung der Motordrehzahl
eine wirkungsvolle Kraftstoffverbrauchsminderung erzielt wird. Gleichzeitig werden
durch die Verblockung des Planetensatzes etwa durch diesen bedingte Wirkungsgradverluste
in dem als normalen Schnellgang ausgebildeten Getriebegang weitgehend vermieden.
Durch Umschalten der Kupplungsscheibe in ihre zweite Stellung wird dann der kürzere,
im allgemeinen etwa direkte Getriebegang eingestellt,
bei dem allerdings
die von dem Planetensatz bedingten Verluste auftreten. Dieser direkte Getriebegang
sollte dann allerdings nur zum extremen Beschleunigen und zur Erzielung der Höchstfahrgeschwindigkeit
herangezogen werden.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das im folgenden näher erläutert wird. Dabei zeigen Figur 1 ein schematisches Schaltbild
des erfindungsgemäßen Geschwindigkeitswechselgetriebes in seiner dem fünften Gang
zugeordneten Stellung und Figur 2 das Getriebe in seiner dem vierten Gang zugeordneten
Stellung.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein Teil des mechanischen, aus mehreren
wahlweise einschaltbaren Stirnradpaaren bestehenden Stirnradgetriebes und at 2 das
diesem nachgeschaltete Planetengetriebe bezeichnet, das jedoch nur in dem dem höchsten
Getriebegang zugeordneten Getriebezweig angeordnet ist Mit 3 ist die Antriebswelle
des mechanischen Getriebes 1 und mit 4 dessen Abtriebswelle angedeutet. 5 stellt
ein dem dritten Vorwärtsgang zugeordnetes Losrad dar, das auf der Antriebswelle
3 drehbar gelagert ist und mit einem auf der Abtriebswelle 4 gehaltenen Festrad
6 in ständigem Eingriff steht. Auf dem mit der Antriebswelle 3 drehfest verbundenen
Synchronkörper 7 ist in herkömmlicher Weise eine Schiebemuffe 8 verschiebbar gehalten,
die durch einen hier nicht weiter gezeigten Schaltfinger bei entsprechender Verstellung
des Handschalthebels zur synchronisierten Verbindung des Synchronkörpers 7 mit einem
der Losräder 5 oder 9 verschoben werden kann. In der in der Zeichnung gezeigten
Schaltstellung verbindet die Schaltmuffe 8 den Synchronkörper 7 mit dem dem höchsten
Getriebegang zugeordneten Losrad 9, das ebenfalls drehbar auf der Antriebswelle
3 gehalten ist Dieses Losrad befindet sich in ständigem Eingriff mit einem Abtriebszahnrad
10, das jedoch im Gegensatz zu sonst üblichen Getriebeausführungen nicht direkt,
sondern unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes 2 mit der Abtriebswelle 4
verbunden ist.
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Dazu ist das Abtriebszahnrad 10 auf einer auf der Abtriebswelle 4
durch Lager 12 drehbar gelagerten Hohlwelle 11 gekalten, die ihrerseits mit einem
Ringrad 13 des Planetengetriebes 2 verbunden ist.
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Das Ringrad 13 weist eine Innenverzahnung auf, mit der über den Umfang
gleichmäßig verteilte Planetenräder 14 im Kämmeingriff stehen.
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Die Planetenräder 14 kämmen auch mit einem zentralen Sonnenrad 15
und sind auf einem Planetenträger 16 gelagert, der starr mit der Abtriebswelle 4
verbunden ist.
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Mit 17 ist eine ringförmige Kupplungsscheibe bezeichnet, die an ihrem
inneren Umfang drehfest, aber axial verschiebbar auf dem Außenring eines Freilaufs
28 gehalten ist, dessen Innenring mit dem Sonnenrad 15 starr verbunden ist. Am Außenumfang
weist die Kupplungsscheibe 17 eine konusförmige, beidseitig mit Reibbelägen versehene
Kupplungsglocke 18 auf, die entweder mit einer entsprechend konischen Reibfläche
19 des Ringrades 13 oder einer konischen Fläche 20 des feststehenden Getriebegehäuses
21 in Reibeingriff bringbar ist. Die dazu erforderliche Axialverstellung der Kupplungsscheibe
17 wird durch einen hydraulisch beaufschlagbaren Kolben 22 bewirkt, der in einem
Zylinder 23 verstellbar ist.
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Die den beiden Stirnseiten des Verstellkolbens 22 zugeordneten Druckbeaufschlagungsräume
24 und 25 sind an Druckleitungen 26 und 27 angeschlossen, die in gesteuerter Weise
mit einer druckfuhrenden Leitung oder dem Atmosphärendruck verbindbar sind.
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Dazu führen diese beiden Leitungen 26 und 27 zu einem Schaltschieber
30, der aus einem in einem Zylinder 31 verschiebbaren Schieberkolben 32 besteht
und die zu den Druckbeaufschlagungsräumen des Betätigungskolbens 22 führenden Leitungen
26 und 27 entweder mit einer druckführenden Leitung 43a oder aber mit einer Auslaßleitung
41 verbindet. Dieser Schieberkolben 32 weist drei Kolbenbünde 34, 35 und 36 auf
mit dazwischenliegenden Kolbenabsätzen 37 und 38, die je nach Stellung des Schieberkolbens
die gewünschten Verbindungen herstellen, wobei der Kolbenabsatz 38 über eine Querbohrung
39 und eine Längsbohrung 40 zu der mit dem Auslaß 41 verbundenen Schieberkammer
führt.
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Auf der rechten Stirnseite wird der Schieberkolben 32 von einer Druckfeder
33 belastet, während an der gegenüberliegenden Stirnseite des Schieberkolbens
über
eine Leitung 42 je nach Stellung des Magnetventils 50 der von der Leitung 43b abgezweigte
Druckmitteldruck oder aber Atmosphärendruck zuführbar ist.
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Das Magnetventil 50 besteht aus einem von einem Elektromagneten 51
über einen Stößel 52 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 57 verstellbaren
Steuerkolben 53, der zwischen zwei Kolbenbünden 54 und 55 einen Absatz 56 aufweist.
Dieser Kolbenabsatz verbindet je nach Stellung des Steuerkolbens 53 die Schaltschieberbeaufschlagungsleitung
42 mit der Druckanschlußleitung 43b oder dem Atmosphärendruck auslaß 59. Mit 58
ist ein zweiter zur Atmosphäre führenderAuslaß bezeichnet, Siber den an dem Kolbenbund
54 vorbeiströmendes Lecköl austreten kann.
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Die sich zu den Leitungsteilen 43a und 43b verzweigende Druckleitung
43 kommt ender Druckseite einer Pumpe 47, die das Druckmittel aus einem Druckmittelbehälter
46 ansaugt. Diese Pumpe kann über einen besonderen Motor, beispielsweise einem Elektromotor,
oder aber auch über hier nicht weiter gezeigte Antriebsmittel von dem Verbrennungskraftmotor
des Fahrzeugs angetrieben werden. Mit 48 ist dabei ein in einer Rücklaufleitung
49 angeordnetes Druckhalteventil bezeichnet, das für die Aufrechterhaltung eines
vorgegebenen Druckes in der Druckleitung 43 sorgt.
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Mit 44 und 45 sind noch Akkumulatoren bezeichnet, die in Zweigleitungen
26a und 27a der zu den Druckbeaufschlagungsseiten 24 und 25 des Betätigungskolbens
22 führenden Druckleitungen angeordnet sind und für eine sanfte Druckbeaufschlagung
des Betätigungskolbens 22 sorgen sollen.
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In der den Elektromagneten 51 elektrisch versorgenden Stromleitung
67 ist noch ein in Abhängigkeit von der Stellung des um den Punkt 62 schwenkbar
angeordneten Gaspedals 61 stehender Schalter 60 sowie ein in Abhängigkeit von der
Stellung der Schaltmuffe 8 stehender Schalter 68 angeordnet. Dabei besteht der Schalter
60 aus einer über einen Stößel 63 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 65 verstellbaren
Kontaktplatte 64, die bei vollständig durchgetretenem Gaspedal 61 (Kickdown ) die
beiden gontakte 66a und 66b der Versorgungsleitung 67 schließt.
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Auch der Schalter 68 weist eine von einem Stößel 70 verstellbare Kontaktplatte
71 auf1 die entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 72 in eine die Kontakte 73a
und 73b schließende Stellung verstellt werden kann. Der Betätigungsstößel 70 ist
dabei mit dem die Schaltmuffe 8 betätigenden Schaltfinger verbunden, der in der
Zeichnung mit der strichpunktierten Linie 69 angedeutet ist und wird bei der der
höchsten Gangstellung entsprechenden Stellung des Schaltfingers zum Schließen des
Schalters 68 beaufschlagt.
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Auf diese Weise wird der Elektromagnet 51 dann zur Umschaltung des
Magnetventils 50 in die in der Figur 2 gezeigte Stellung beaufschlagt, wenn der
Schalter 68 bei der Stellung der Schaltmuffe 8 in der der höchsten Gangstufe entsprechenden
Stellung geschlossen und zusätzlich auch der Schalter 60 infolge vollständigen Durchtretens
des Gaspedals 61 geschlossen ist. In diesem Moment wird der Kolbenschieber 53 des
Magnetventils 50 aus der in der Figur 1 gezeigten Stellung in die in der Fi-Sr 2
angedeutete Stellung umgestellt 9 bei der die Leitung 42 mit dem Leitungsabschnitt
43b verbunden und folglich der Schieberkolben 32 des Schaltschiebers 30 an seiner
linken Stirnseite mit dem von der Pumpe 47 gelieferten Druckmitteldruck beaufschlagt
wird Diese Druckbeaufschlagung des Schieberkolbens 32 bewirkt dessen Umschaltung
in die in der Figur 2 gezeigte Stellung, bei der der Druckleitungsabschnitt 43a
mit der zu der Druckbeaufschlagungsirammer 25 des Betätigungskolbens 22 führenden
Leitung 27 verbunden ist, so daß der Betätigungskolben 22 aus der in der Figur 1
gezeigten Stellung nach links in die in der Figur 2 gezeigte Stellung -verstellt
wird. Gleichzeitig wird durch den Schaltschieber 30 die zu der Druckbeaufschlagungskammer
24 führende Leitung 26 über den Kolbenabsatz 38, die Querbohrung 39 und die Längsbohrung
40 mit der an die Auslaßleitung 41 angeschlossene Kammer des Schaltschiebers 30
verbunden, so daß der in diesen Leitungen anstehende Druck auf Atmosphärendruck
absinken kann.
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Diese Umschaltung bewirkt nun eine Änderung der Getriebe-Übersetzung.
Dabei ergab sich bei der in der Figur 1 gezeigten Stellung, bei der über die Kupplungsscheibe
17 und die
Konuskupplung 18 das Sonnenrad 15 mit dem Ringrad 13
verbunden war und somit das gesamte Planetengetriebe als Block umlief, die von dem
Stirnradpaar 9 und 10 vorgegebene Übersetzung als Gesamtübersetzung.
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Diese ist jedoch sehr lang ausgelegt, bringt also eine Übersetzung
ins Schnelle, wobei beispielsweise eine Übersetzung von 1 : 0,75 realisierbar ist.
Die Übersetzung ist als Dauerfahrgang bei höheren Geschwindigkeiten ausgelegt und
bringt durch Absenkung der Motordrehzahl eine wesentliche Kraftstoffeinsparung gegenüber
einem Dauerfahrgang mit direkter Übersetzung von etwa 1 : 1.
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Da jedoch bei einer derart langen Übersetzung nur schlechte Beschleunigungsleistungen
des Fahrzeugs erzielbar sind und zudem aufgrund des mit der Übersetzung abfallenden
Drehmoments kaum ausreichend Leistung zur Erzielung der Höchstgeschwindigkeit übertragen
werden kann, wird durch das nachgeschaltete Planetengetriebe 2 die Möglichkeit geschaffen,
eine weitere Getriebestufe mit kürzerer Übersetzung einzuschalten. Dies erfolgt
im wesentlichen ohne Unterbrechung der Zugkraft durch die axiale Verstellung der
Kupplungsscheibe 17, deren konische Kupplungsglocke 18 an der konischen Reibfläche
20 des Gehäuses zur Anlage kommt und somit das Sonnenrad 15 des Planetengetriebes
2 feststellt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem Ringrad 13 und dem mit der
Abtriebswelle 4 verbundenen Planetenträger 16 eine zusätzliche Übersetzung, die
so ausgelegt werden kann, daß die Gesamtübersetzung des letzten Stirnradpaares 19
und des Planetensatzes 2 etwa derjenigen eines herkömmlichen vierten Ganges mit
etwa 1 : 1 entspricht.
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Dieser vierte Gang wird dabei, wie schon oben erwähnt wurde, nur in
der Vollgasstellung des Gaspedals 61 (Kickdown) erreicht und dient demzufolge nur
zur Erzielung einer maximalen Beschleunigung des Fahrzeugs bzw.
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der Erreichung der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs ebenfalls bei
Vollgas. In allen anderen Gaspedalstellungen schaltet das erfindungsgemäße Getriebe
dagegen automatisch in den verbrauchsgünstigeren, da länger übersetzten 5.Gang,
i*em auch die etwa durch das Planetengetriebe 2 entstehenden zusätzlichen Verluste
infolge des Umlaufs des Planetengetriebes als Block vermieden werden. Die Besonderheit
dieser Getriebeausführung besteht auch darin, die vierte und insbesondere die fünfte
Gangstufe wählen zu können ohne dem Fahrzeugführer eine zusätzliche
gewöhnungsbedürftige
Schaltgass anzubIeten.
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Der in der Zeichnung mit 28 bezeichnetc Freilauf, der zwischen dem
Sonnenrad 15 und der Kuppsungsscheibe 17 angeordnet ist und im Schubbetrieb lösen
soll, dient einer weiteren KraftstoffersXoarnis durch Vermeidung der Motorbremswirkung
im Dauerfahrgang. Der Motor kann also in solchen Betriebszuständen,in denen die
Räder den Motor antreiben würden, verbrauchsgünstiger im Leerlauf weiterlaufen.
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