DE3618515A1

DE3618515A1 - Kupplungsgeschaltetes stufengetriebe fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3618515A1
Application number: DE19863618515
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr Ing Klaue; Urs Dipl Ing Beerli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-02
Filing date: 1986-06-02
Publication date: 1987-12-03
Anticipated expiration: 2006-06-03
Also published as: DE3618515C2

Description

Heute verwendete PKW-Automatikgetriebe benutzen Hydrodynamikwandler und durch in Oel laufende Kupplungen und Bremsen betätigte Planetenstufen. Hydrodynamikwandler weisen im Wandlerbereich einen schlechten Wirkungsgrad auf. In Oel laufende Reibungselemente setzen diesen Wirkungsgrad weiter herab, weil sie im Leerlauf auch bei Zwangsrückstellung ein Restmoment aufweisen. Zudem ist es bisher nicht gelungen, damit ein ruckfreies Schalten zu gewährleisten.

Es sind Getriebe bekannt, bei denen die Schaltstufen durch trocken laufende Kupplungen erzeugt werden, mit denen die genannten Nachteile nicht auftreten; jedoch war es bisher nicht möglich, bei der erforderlichen, mindestens fünffachen Stufung mit reiner Kupplungsschaltung bei nur zwei Getriebewellen auszukommen. Die Kombination von Kupplungs- und Klauenschaltung ist nachteilig, weil beim Schalten der Klauen zwangsläufig Kraftschlussunterbrechung auftritt und auch mittels Mikroprozessor gesteuerter Synchronisierung ein völlig ruckfreies Schalten nicht gewährleistet werden kann.

Diese Nachteile zu beseitigen hat sich die Erfindung zur Aufgabe gesetzt.

Das aussschliesslich durch Kupplungen geschaltete Stufengetriebe der Erfindung mit m × n möglichen Vorwärtsgängen weist folgende Merkmale auf:

a) n konzentrische Antriebswellen, von denen mindestens n-1 Hohlwellen sind
b) eine zu den Antriebswellen achsparallel liegende Abtriebswelle
c) n im Trockenraum zwischen der Motorkurbelwelle und den Antriebswellen angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare, als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebeeingangskupplungen, von denen jeweils eine Kupplung eine Antriebswelle mit der Motorkurbelwelle verbindet
d) m koaxial zur Abtriebswelle am Getriebeende angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare Schaltkupplungen
e) p = (m + n) - 1 Radzüge für m × n mögliche Vorwärtsgänge
f) m koaxial zur Abtriebswelle angeordnete, den m Schaltkupplungen zugeordnete Kupplungshohlwellen, welche drehfeste Kupplungslamellen und Zahnräder tragen, die mit auf den Antriebswellen drehfest sitzende Zahnräder in Eingriff stehen
g) mindestens eine der an Kupplungshohlwellen und Antriebswellen in gleicher oder kleinerer Anzahl vorhandenen Wellen weist mindestens eine Anzahl von drehfest mit ihr verbundener Zahnräder auf, die höchstens um eins geringer ist, als die grössere oder gleiche Anzahl der an Kupplungshohlwellen und Antriebswellen vorhandenen Wellen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung weisen die koaxial zur Abtriebswelle angeordneten m Schaltkupplungen ein gemeinsames, mit der Abtriebswelle starr gekoppeltes Kupplungsgehäuse auf.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Anzahl der als Anfahr- und Schaltkupplungen verwendeten Getriebeeingangskupplungen kleiner oder gleich der Anzahl der koaxial zur Abtriebswelle liegenden Schaltkupplungen.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind für mindestens fünf und mögliche sechs Vorwärtsgangstufen zwei als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebeeingangskupplungen, drei koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Schaltkupplungen sowie vier Radzüge vorgesehen.

In noch weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Uebersetzungen der einzelnen Radzüge derart festgelegt, dass bei unterschiedlichen Stufensprüngen zumindest zwischen den beiden kleinsten Gangstufen ein grösserer Stufensprung als zwischen den anderen Gängen vorgesehen ist.

Schliesslich kann in noch weiterer Ausbildung der Erfindung die im Durchmesser kleinste Antriebswelle oder die Antriebshohlwelle mindestens so viele mit ihr drehfest verbundene Zahnräder aufweisen wie die anderen Antriebs- und Kupplungshohlwellen.

Mit einem derart ausgerüsteten Schaltgetriebe ist es infolge Fortfalls der Schaltklauen möglich, die das Drehmoment übertragenden Zahnräder auf kleinstem axialen Raum unterzubringen, wodurch geringe Lagerabstände und damit geräuscharmer Lauf des Getriebes gewährleistet werden kann. Durch ausschliessliche Verwendung von im Trockenraum laufenden Schaltkupplungen kann beim Gangwechsel durch Ueberschneiden der Kupplungsmomente ein ruckfreies Schalten gewährleistet werden.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es handelt sich um ein durch Druckluft geschaltetes, sechsstufiges Personenkraftwagen-Schaltgetriebe mit zwei trocken laufenden auf den Antriebswellen sitzenden, gleichzeitig zum Anfahren dienenden Getriebeeingangskupplungen sowie drei am Ende der Abtriebswelle, ebenfalls trocken laufende Schaltkupplungen mit vier Radzügen für die Vorwärtsgänge.

Beim vorliegenden Beispiel handelt es sich um einen Fahrzeugantrieb mit quergestelltem Motor, bei dem der Achsantrieb über eine Stirnradübersetzung erfolgt. Die Getriebebauart kann auch für einen längs angeordneten Motor verwendet werden, bei dem die Stirnradübersetzung durch eine Kegelradübersetzung ersetzt ist.

Im dargestellten Beispiel sind mit K ₁ und K ₂ die zum Schalten und Anfahren dienenden Getriebeeingangskupplungenn und mit K ₃, K ₄, K ₅ die koaxial zur Abtriebswelle sitzenden Schaltkupplungen bezeichnet. Mit einem derartigen Getriebe kann beispielsweise die in nachstehender Aufstellung mögliche Abstufung erzielt werden:

In der Aufstellung sind nacheinander die Gangstufe, die Zahl der zur Kraftübertragung notwendigen Zahneingriffe, die eingeschalteten Kupplungen, die Uebersetzungen sowie die Getriebesprünge angegeben.

In der Abbildung ist mit 1 der Motor mit dem Schwungrad 2 gekennzeichnet. Mit dem Schwungrad 2 sind die beiden Kupplungsglocken 3 und 4 verschraubt. Die Ringzylinder 5 und 6 mit den axial beweglich angeordneten Ringkolben 7 und 8 sind Bestandteile der Kupplungsglocken. In der Trennebene der Kupplungsglocken 3 und 4 ist die Stützscheibe 9 befestigt. Die Kupplung K ₁ weist eine Reibbelaglamelle 10 auf, welche das Antriebsmoment des Motors überträgt, sobald in den Ringraum des Ringzylinders 5 Druckluft geführt wird. Die Druckluft beaufschlagt den Ringkolben 7, wodurch die Belaglamelle 10 zwischen der axial beweglichen Kupplungsscheibe 11 und der Stützscheibe 9 festgeklemmt wird. Die Kupplung K ₂ ist in Aufbau und Funktion der Kupplung K ₁ gleich mit entsprechender Belaglamelle 12 und Kupplungsscheibe 13. Die Belaglamelle 10 steht mit der Antriebswelle 14 und die Belaglamelle 12 mit der Antriebshohlwelle 15 in drehfester Verbindung.

Die Antriebswelle 14 trägt die Zahnräder 16, 17 und 18 für die Vorwärtsgänge sowie das Zahnrad 19 des Rückwärtsganges, die Hohlwelle 15 das Zahnrad 20. Letzteres kämmt mit dem Zahnrad 21, welches mit dem, mit Zahnrad 16 in Eingriff stehenden Zahnrad 22 mit der Hohlwelle 23 und mit der Belaglamelle 24 der Schaltkupplung K ₅ verbunden ist. Das mit dem Zahnrad 17 der Antriebswelle 14 kämmende Zahnrad 25 ist über die Hohlwelle 26 mit der Belaglamelle 27 der Schaltkupplung K ₄ und die Zahnräder 28 ₁ und 28 ₂ über die Hohlwelle 29 mit der Belaglamelle 30 der Schaltkupplung K ₃ verbunden. Die über die Schaltgabel 59 bewegte Schaltklaue 60 ist, wie dargestellt, bei Vorwärtsfahrt mit dem Rad 28 ₁ gekuppelt. Die Schaltgabel 59 steht über eine Schaltstange 59 ₁ mit dem federbelasteten Kolben 59 ₂ eines Zylinders 59 ₃ in Verbindung, in den zur Schaltung des Rückwärtsganges Druckluft geführt wird, welcher gegen den Druck der Kolbenfeder 59 ₄ die Schaltklaue 60 mit dem Rad 28 ₂ kuppelt, welches über ein Umkehrrad mit dem Rad 19 in Zahneingriff steht. Die drei Schaltkupplungen K ₃, K ₄ und K ₅ besitzen ein gemeinsames Kupplungsgehäuse 31, welches über die Welle 32 das Abtriebsstirnrad 33 antreibt. Letzteres steht mit dem Achsantriebzahnrad 34 mit Differential 35 und Abtriebswelle 36 und 37 in Zahneingriff.

In den einzelnen Getriebestufen sind die folgenden Zahnräder der Antriebs- und Kupplungshohlwellen an der Kraftübertragung beteiligt:

GangZahnräder 1. 20, 21; 22, 16; 18, 28 ₁ 2. 18, 28 ₁ 3. 20, 21; 22, 16; 17, 25 4.
5. 17, 25 6. 16, 22 R 20, 21; 22, 16; 19, Umkehrrad, 28 ₂

Die Betätigung der Schaltkupplungen erfolgt über Magnetsteuerventile. Die beiden Ventile 38 und 39 betätigen die Getriebeeingangskupplungen K ₁ und K ₂, die Ventile 40, 41 und 42 die Schaltkupplungen K ₃, K ₄ und K ₅. Sämtliche fünf Ventile erhalten ihre Druckluft über die Leitung 43. Gesteuert werden sie von einer elektrischen Steuereinheit 44 (z. B. Mikroprozessor) aus über die Steuerleitungen 45, 46, 47, 48, 49. Die Druckluftzufuhr zu den beiden Getriebeeingangskupplungen K ₁ und K ₂ erfolgt über die Druckluftleitungen 50 und 51 sowie eine der Uebersichtlichkeit halber nicht dargestellte Drehzuführung in die Rohre 52 und 53 in der Antriebswelle 14. Die in den Kupplungsglockenhälften 3 und 4 angeordneten Bohrungen zu den Ringzylindern 5 und 6 sind ebenfalls die Uebersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Die Betätigung der Schaltkupplung K ₃ mit der Belaglamelle 30 erfolgt durch den Ringkolben 54 und die axial bewegliche Kupplungsscheibe 56. Der Deckel 55 ist als Ringzylinder für den Kolben 54 der Kupplungsglocke 31 ausgebildet. Die Kupplungsglocke weist die fest mit ihr verbundene Anlaufscheibe 57 sowie den Doppelringzylinder 58 auf. Letzterer trägt die Ringkolben 61 und 62, welche bei Druckbeaufschlagung über die Kupplungsscheiben 63 und 64 die Schaltkupplungen K ₄ und K ₅ schliessen.

Die Druckmittelzuführung zu den Schaltkupplungen K ₃, K ₄ und K ₅ erfolgt über U-förmige Gleitringe 65, 66 und 67, welche auf der Aussenfläche des Deckels 55 gleiten. Die Weiterleitung zu den Ringzylindern erfolgt durch Bohrungen im Deckel 55 und der Kupplungsglocke 31. Sie sind der Uebersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.

Die Getriebeschaltung kann automatisch oder halbautomatisch erfolgen. Die beiden Schaltarten unterscheiden sich im wesentlichen durch die Erteilung des Befehls zur Schaltauslösung. Während bei der automatischen Schaltung der Schaltbefehl durch eine elektronische Steuereinheit (Mikroprozessor) aufgrund von Informationen, welche ihr von verschiedenen Sensoren und einem vorgegebenen Programm zur Schaltpunktermittlung mitgeteilt werden, erfolgt, bestimmt bei der halbautomatischen Schaltung der Fahrer den Schaltzeitpunkt. Es gibt den Schaltbefehl z. B. über eine Drucktastatur an die elektronische Steuereinheit. Bei beiden Schaltarten können aber auch gegenseitige Beeinflussungen vorgesehen werden. So kann bei der halbautomatischen Schaltung die elektronische Steuereinheit dem Fahrer Schaltempfehlungen geben und ihm den zu wählenden Gang beispielsweise durch eine Leuchtanzeige mitteilen. Umgekehrt kann der Fahrer bei der automatischen Schaltung über ein geeignetes Eingabegerät (z. B. Drucktastatur), welches mit der elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt ist, Getriebestufen sperren und die Steuereinrichtung veranlassen, nur in seinem gewünschten Gangbereich Schaltungen durchzuführen. Bei beiden Schaltarten erfolgt der Schaltablauf nach Erteilung des Schaltbefehls in gleicher Weise.

In der Abbildung sind die Elemente für eine automatische Schaltung mit dargestellt. Diese elektronische Steuereinheit 44 erhält vom Drehzahlsensor 68 über die elektrische Leitung 68 ₁ die in elektrische Grössen umgewandelte Motordrehzahl, vom Drehzahlsensor 69 über die elektrische Leitung 69 ₁ die Getriebeausgangsdrehzahl ebenfalls als elektrische Grösse und vom Wegsensor 70, der die Stellung des Gaspedals 71 aufnimmt, über die elektrische Leitung 70 ₁ elektrische Signale der Motorlast. Das Motorlastsignal kann auch von einem Sensor, der die Drosselklappenstellung aufnimmt, gebildet werden. Die Signale der Sensoren werden in der elektrischen Steuereinheit nach einem vorgegebenen Rechenprogramm verarbeitet und der zu schaltende Gang bestimmt. Ueber die entsprechenden elektrischen Leitungen 45 bis 49 aktiviert dann die Steuereinheit die als Proportionalventile ausgebildeten jeweiligen Magnetventile 38 bis 42 der entsprechenden Kupplungen, wodurch Druckluft aus oder in die Betätigungszylinder strömt. Um weiche Schaltübergänge zu erzielen, verändert die Steuereinheit die Strombeaufschlagung der den ein- und auszuschaltenden Kupplungen zugeordneten Magnetventile je nach den Eingangssignalen der Sensoren 68 bis 70. Dadurch lassen sich die Druckaufbau- bzw. Druckabbaugradienten sowie die Ueberschneidungszeiten der einzuschaltenden und auszurückenden Kupplungen je nach Lastzustand des Motors verändern und ruckarme Schaltübergänge erreichen. Diese Information für die Druckgradienten und Ueberschneidungszeiten sind in elektronischen Speichern in der Steuereinheit abgelegt.

Ueber die Drucktastatur 72 kann der Fahrer die automatische Schaltung beeinflussen. Durch Betätigung der entsprechenden Tasten werden die Wünsche des Fahrers über die den Tasten zugeordneten elektrischen Leitungen 72 ₁ bis 72 ₈ der Steuereinheit 44 mitgeteilt. Der Fahrer hat die Möglichkeit, durch Drücken der Taste "R" den Rückwärtsgang einzuschalten, durch Betätigen der Taste "O" das Getriebe in Neutralstellung zu bringen, d. h. vom Motor zu trennen, oder beispielsweise bei Talfahrten durch Drücken der den unteren Gängen zugeordneten Tasten die normalerweise bei Erreichen des Schaltpunktes durch die Steuereinheit ausgelöste Hochschaltung zu verhindern.

Weiter kann zusätzlich eine vom Fahrer zu betätigende Schaltprogrammeingabe vorgesehen werden mit der Möglichkeit der Wahl zwischen einem Spar- und Leistungsprogramm. Die Steuereinheit löst dann die Schaltung je nach dem gewählten Programm bei unterschiedlichen Motorbelastungen aus, d. h. bei niedrigen Motordrehzahlen im Sparprogramm und zu höheren Motordrehzahlen verschoben im Leistungsprogramm.

Claims

1) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge mit m × n möglichen Vorwärtsgängen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) n konzentrische Antriebswellen (14, 15), von denen mindestens n-1 (15) Hohlwellen sind
b) eine zu den Antriebswellen (14, 15) achsparallel liegende Antriebswelle (32)
c) n im Trockenraum zwischen der Motorkurbelwelle und dee Antriebswellen (14, 15) angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare, als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebeeingangskupplungen (K ₁, K ₂), von denen jeweils eine Kupplung eine Antriebswelle mit der Motorkurbelwelle verbindet
d) m koaxial zur Antriebswelle (32) am Getriebeende angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare Schaltkupplungen (K ₃, K ₄, K ₅)
e) p = (m + n)-1 Radzüge (20, 21; 16, 22; 17, 25; 18, 28) für m × n mögliche Vorwärtsgänge
f) m koaxial zur Abtriebswelle (32) angeordnete, den m Schaltkupplungen (K ₃, K ₄, K ₅) zugeordnete Kupplungshohlwellen (23, 26, 29), welche drehfeste Kupplungslamellen (24, 27, 30) und Zahnräder (21, 22; 25; 20) tragen, die mit auf den Antriebswellen (14, 15) drehfest sitzenden Zahnrädern (16, 17, 18; 20) in Eingriff stehen
g) mindestens eine der an Kupplungshohlwellen (23, 26, 29) und Antriebswellen (14, 15) in gleicher oder kleinerer Anzahl vorhandenen Wellen weist mindestens eine Anzahl von drehfest mit ihr verbundener Zahnräder (16, 17, 18) auf, die höchstens um eins geringer ist als die grössere oder gleiche Anzahl der an Kupplungshohlwellen (23, 26, 29) und Antriebswellen (14, 15) vorhandenen Wellen.

2) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxial zur Abtriebswelle angeordneten m Schaltkupplungen (K ₃, K ₄, K ₅) ein gemeinsames, mit der Abtriebswelle (32) starr gekoppeltes Kupplungsgehäuse (31, 55) aufweisen.

3) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der als Anfahr- und Schaltkupplungen verwendeten Getriebeeingangskupplungen (K ₁, K ₂) kleiner oder gleich der Anzahl der koaxial zur Abtriebswelle (32) liegenden Schaltkupplungen K ₃, K ₄, K ₅) ist.

4) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens fünf und mögliche sechs Vorwärtsgangstufen zwei als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebeeingangskupplungen (K ₁, K ₂) drei koaxial zur Abtriebswelle (32) angeordnete Schaltkupplungen (K ₃, K ₄, K ₅) sowie vier Radzüge (20, 21; 16, 22; 17, 25; 18, 28) vorgesehen sind.

5) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebersetzungen der einzelnen Radzüge (20, 21; 16, 22; 17, 25; 18, 28) derart festgelegt sind, dass bei unterschiedlichen Stufensprüngen zumindest zwischen den beiden kleinsten Gangstufen ein grösserer Stufensprung als zwischen den anderen Gängen vorgesehen ist.

6) Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die im Durchmesser kleinste Antriebswelle (14) oder die Antriebshohlwelle (15) mindestens so viele mit ihr drehfest verbundene Zahnräder (16, 17, 18; 20) aufweisen wie die anderen Antriebs- und Kupplungshohlwellen.