DE3618515C2

DE3618515C2 - Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3618515C2
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: 1998-05-07
Anticipated expiration: 2006-06-03
Also published as: DE3618515A1

Description

Heute verwendete PKW-Automatikgetriebe benutzen Hydrodynamik wandler und durch in Öl laufende Kupplungen und Bremsen be tätigte Planetenstufen. Hydrodynamikwandler weisen im Wandler bereich einen schlechten Wirkungsgrad auf. In Öl laufende Reibungselemente setzen diesen Wirkungsgrad weiter herab, weil sie im Leerlauf auch bei Zwangsrückstellung ein Restmoment auf weisen. 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 ge nannten Nachteile nicht auftreten; jedoch war es bisher nicht möglich, bei der erforderlichen, mindestens fünffachen Stufung mit reiner Kupplungsschaltung bei nur zwei Getriebewellen aus zukommen. Die Kombination von Kupplungs- und Klauenschaltung ist nachteilig, weil beim Schalten der Klauen zwangsläufig Kraftschlußunterbrechung auftritt und auch mittels Mikropro zessor gesteuerter Synchronisierung ein völlig ruckfreies Schalten nicht gewährleistet werden kann.

Eine vielstufige Schaltgetriebelösung ist durch das DE-GM 19 57 144 bekannt. Bei diesem Getriebevorschlag handelt es sich wie beim Getriebe der Anmeldung um eine vielstufige Schaltgetriebelösung, bei der beim Getriebeeingang eine Zweistufigkeit durch eine Doppel-Lamellen kupplungs-Schaltung ohne Kraftschlußunter brechung erzielt werden kann.

Samtliche übrigen Abstufungen müssen jedoch durch kon ventionelle Klauenkupplungsschaltungen mit Kraftschluß unterbrechungen mit zusätzlichem Lösen der Eingangs kupplungen erzielt werden.

Diesen Nachteil, der praktisch auch eine Vollautoma tik ausschließt, zu beseitigen, hat sich die vorlie gende Erfindung zur Aufgabe gesetzt.

Das ausschließlich 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 Abtriebs welle,
c) n im Trockenraum zwischen der Motorkurbelwelle und den An triebswellen angeordnete, unabhängig voneinander betätig bare, als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebe eingangskupplungen, von denen jeweils eine Kupplung eine Antriebswelle mit der Motorkurbelwelle verbindet,
d) in koaxial zur Abtriebswelle am Getriebeende angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare Schaltkupp lungen,
e) p=(m+n)-1 Radzüge für m×n mögliche Vorwärtsgänge,
f) in koaxial zur Abtriebswelle angeordnete, den in Schaltkupp lungen zugeordnete Kupplungshohlwellen, welche drehfeste Kupplungslamellen und Zahnräder tragen, die mit auf den Antriebswellen drehfest sitzenden Zahnrädern in Eingriff stehen,
g) mindestens eine der an Kupplungshohlwellen und Antriebs wellen in gleicher oder kleinerer Anzahl vorhandenen Wellen weist mindestens eine Anzahl von drehfest mit ihr verbun dener Zahnräder auf, die höchstens um eins geringer ist, als die größere oder gleiche Anzahl der an Kupplungshohl wellen und Antriebswellen vorhandenen Wellen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung weisen die koaxial zur Abtriebswelle angeordneten in 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 Getriebeeingangs kupplungen kleiner oder gleich der Anzahl der koaxial zur Ab triebswelle 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 Überset zungen der einzelnen Radzüge derart festgelegt, daß bei un terschiedlichen 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 Antriebs hohlwelle mindestens so viele mit ihr drehfest verbundene Zahnräder aufweisen wie die anderen Antriebs- und Kupplungs hohlwellen.

Mit einem derart ausgerüsteten Schaltgetriebe ist es infolge Fortfalls der Schaltklauen möglich, die das Drehmoment über tragenden 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 Überschneiden der Kupplungsmomente ein ruckfreies Schalten gewährleistet werden.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ver anschaulicht. Es handelt sich um ein durch Druckluft geschal tetes, 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 Fahrzeug antrieb 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 K₁ und K₂ die zum Schalten und Anfahren dienenden Getriebeeingangskupplungen und mit K₃, K₄, K₅ 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 ein geschalteten Kupplungen, die Übersetzungen sowie die Getriebe sprünge angegeben.

In der Abbildung ist mit 1 der Motor mit dem Schwungrad 2 ge kennzeichnet. Mit dem Schwungrad 2 sind die beiden Kupplungs glocken 3 und 4 verschraubt. Die Ringzylinder 5 und 6 mit den axial beweglich angeordneten Ringkolben 7 und 8 sind Bestand teile der Kupplungsglocken. In der Trennebene der Kupplungs glocken 3 und 4 ist die Stützscheibe 9 befestigt. Die Kupp lung K₁ weist eine Reibbelaglamelle 10 auf, welche das Antriebs moment des Motors überträgt, sobald in den Ringraum des Ring zylinders 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 K₂ ist in Aufbau und Funktion der Kupplung K₁ gleich mit entsprechender Belaglamelle 12 und Kupplungsscheibe 13. Die Belaglamelle 10 steht mit der Antriebs welle 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 zusammen mit dem, mit Zahnrad 16 in Eingriff stehen den Zahnrad 22 mit der Hohlwelle 23 und mit der Belaglamelle 24 der Schaltkupplung K₅ verbunden ist. Das mit dem Zahnrad 17 der Antriebswelle 14 kämmende Zahnrad 25 ist über die Hohlwelle 26 mit der Belaglamelle 27 der Schaltkupplung K₄ und die Zahn räder 28 ₁ und 28 ₂ über die Hohlwelle 29 mit der Belaglamelle 30 der Schaltkupplung K₃ 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 Zy linders 59 ₃ in Verbindung, in den zur Schaltung des Rückwärts ganges Druckluft geführt wird, welcher gegen den Druck der Kol benfeder 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 K₃, K₄ und K₅ besitzen ein gemeinsames Kupplungsgehäuse 31, welches über die Welle 32 das Abtriebs stirnrad 33 antreibt. Letzteres steht mit dem Achsantriebs zahnrad 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:

Gang
Zahnräder
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 Magnetsteuer ventile. Die beiden Ventile 38 und 39 betätigen die Getriebe eingangskupplungen K₁ und K₂, die Ventile 40, 41 und 42 die Schaltkupplungen K₃, K₄ und K₅. 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 Druckluftzu fuhr zu den beiden Getriebeeingangskupplungen K₁ und K₂ erfolgt über die Druckluftleitungen 50 und 51 sowie eine der Übersicht lichkeit halber nicht dargestellte Drehzuführung in die Rohre 52 und 53 in der Antriebswelle 14. Die in den Kupplungsglocken hälften 3 und 4 angeordneten Bohrungen zu den Ringzylindern 5 und 6 sind ebenfalls die Übersichtlichkeit halber nicht darge stellt.

Die Betätigung der Schaltkupplung K₃ mit der Belaglamelle 30 erfolgt durch den Ringkolben 54 und die axial bewegliche Kupp lungsscheibe 56. Der Deckel 55 ist als Ringzylinder für den Kolben 54 der Kupplungsglocke 31 ausgebildet. Die Kupplungs glocke weist die fest mit ihr verbundene Anlaufscheibe 57 so wie den Doppelringzylinder 58 auf. Letzterer trägt die Ring kolben 61 und 62, welche bei Druckbeaufschlagung über die Kupplungsscheiben 63 und 64 die Schaltkupplungen K₄ und K₅ schließen.

Die Druckmittelzuführung zu den Schaltkupplungen K₃, K₄ und K₅ 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 Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.

Die Getriebeschaltung kann automatisch oder halbautomatisch er folgen. Die beiden Schaltarten unterscheiden dich im wesent lichen 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. Er 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 auto matischen Schaltung über ein geeignetes Eingabegerät (z. B. Druck tastatur), welches mit der elektronischen Steuereinrichtung gekoppelt ist, Getriebestufen sperren und die Steuereinrich tung veranlassen, nur in seinem gewünschten Gangbereich Schal tungen durchzuführen. Bei beiden Schaltarten erfolgt der Schaltablauf nach Erteilung des Schaltbefehls in gleicher Weise.

In der Abbildung sind die Elemente für eine automatische Schal tung mit dargestellt. Die elektronische Steuereinheit 44 erhält vom Drehzahlsensor 68 über die elektrische Leitung 68 ₁ die in elektrische Größen umgewandelte Motordrehzahl, vom Drehzahl sensor 69 über die elektrische Leitung 69 ₁ die Getriebeaus gangsdrehzahl ebenfalls als elektrische Größe und vom Wegsensor 70, der die Stellung des Gaspedals 71 aufnimmt, über die elek trische Leitung 70 ₁ elektrische Signale der Motorlast. Das Motorlastsignal kann auch von einem Sensor, der die Drossel klappenstellung aufnimmt, gebildet werden. Die Signale der Sensoren werden in der elektronischen Steuereinheit nach einem vorgegebenen Rechenprogramm verarbeitet und der zu schaltende Gang bestimmt. Über die entsprechenden elektrischen Leitungen 45 bis 49 aktiviert dann die Steuereinheit die als Proportional ventile ausgebildeten jeweiligen Magnetventile 38 bis 42 der entsprechenden Kupplungen, wodurch Druckluft aus oder in die Betätigungszylinder strömt. Um weiche Schaltübergänge zu erzie len, verändert die Steuereinheit die Strombeaufschlagung der den ein- und auszuschaltenden Kupplungen zugeordneten Magnet ventile je nach den Eingangssignalen der Sensoren 68 bis 70. Dadurch lassen sich die Druckaufbau- bzw. Druckabbaugradienten sowie die Überschneidungszeiten der einzuschaltenden und aus zurückenden Kupplungen je nach Lastzustand des Motors verändern und ruckarme Schaltübergänge erreichen. Die Informationen für die Druckgradienten und Überschneidungszeiten sind in elektro nischen Speichern in der Steuereinheit abgelegt.

Über die Drucktastatur 72 kann der Fahrer die automatische Schaltung beeinflussen. Durch Betätigung der entsprechenden Tasten werden die Wünsche des Fahrers über die den Tasten zu geordneten elektrischen Leitungen 72 ₁ bis 72 ₈ der Steuerein heit 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 Schalt programmeingabe 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 min destens n-1 (15) Hohlwellen sind,
b) eine zu den Antriebswellen (14, 15) achsparallel lie gende Abtriebswelle (32),
c) n im Trockenraum zwischen der Motorkurbelwelle und den Antriebswellen (14, 15) angeordnete, unabhängig vonein ander betätigbare, als Anfahr- und Schaltkupplungen dienende Getriebeeingangskupplungen (K₁, K₂), von denen jeweils eine Kupplung eine Antriebswelle mit der Motor kurbelwelle verbindet,
d) in koaxial zur Abtriebswelle (32) am Getriebeende angeordnete, unabhängig voneinander betätigbare Schaltkupplungen (K₃, K₄, K₅),
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 in Schalt kupplungen (K₃, K₄, K₅) zugeordnete Kupplungshohlwellen (23, 26, 29), welche drehfeste Kupplungslamellen (24, 27, 30) und Zahnräder (21, 22; 25; 28) 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, 51) vorhandenen Wellen.

2. Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial zur Abtriebswelle angeordneten m Schaltkupplungen (K₃, K₄, K₅) ein gemeinsames, mit der Abtriebswelle (32) starr ge koppeltes Kupplungsgehäuse (31, 55) aufweisen.

3. Kupplungsgeschaltetes Stufengetriebe für Kraftfahrzeuge, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die An zahl der als Anfahr- und Schaltkupplungen verwendeten Ge triebeeingangskupplungen (K₁, K₂) kleiner oder gleich der Anzahl der koaxial zur Abtriebswelle (32) liegenden Schalt kupplungen (K₃, K₄, K₅) 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 Getriebeeingangs kupplungen (K₁, K₂) drei koaxial zur Abtriebswelle (32) an geordnete Schaltkupplungen (K₃, K₄, K₅) 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 Übersetzungen der einzelnen Radzüge (20, 21; 16, 22; 17, 25; 18, 28) derart festgelegt sind, daß bei unterschiedlichen Stufensprüngen zumindest zwischen den beiden kleinsten Gang stufen 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 Antriebs hohlwelle (15) mindestens so viele mit ihr drehfest verbun dene Zahnräder (16, 17, 18; 20) aufweisen wie die anderen Antriebs- und Kupplungshohlwellen.