DE3730339A1 - Mehrstufiges wechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Wechselgetriebe, insbe­ sondere für Fahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Getriebe dieser Gattung ist bekannt aus der DE-PS 34 15 909. Dieses weist zum Synchronisieren der Gangstufen eine regelbare Strömungskupplung auf, deren Primärteil dauernd mit der Eingangswelle und deren Sekundärteil dauernd mit der Ge­ triebeabtriebswelle verbunden ist. Zum Synchronisieren wird die Strömungskupplung teilgefüllt, so daß das Drehmoment durch den von der Strömungskupplung gebildeten Kraftweg übertragen wird. Dabei kann im Wechselgetriebe die bislang eingerückte Gangstufe lastlos ausgerückt werden, und in der Leerlaufstellung findet eine sensorisch überwachte Schlupfregelung in der Strömungs­ kupplung in der Weise statt, daß die Klauen für die der neu einzurückenden Gangstufe gleiche Drehzahl haben. Nach lastlosem Einrücken der betreffenden Schaltklauen kann die Strömungskupp­ lung wieder entleert werden, so daß der Kraftfluß wieder über die Getriebezahnräder erfolgt. Die Umschaltung von einer Gang­ stufe zur anderen erfolgt dabei unter Last, d.h. in keinem Be­ triebszustand ist die Drehmomentübertragung zur Abtriebswelle unterbrochen.

Das bekannte Getriebe eignet sich vor allem für Antriebe, bei denen es auf unterbrechungsfreie Umschaltungen ankommt, d.h. vor allem für schwere Radfahrzeuge oder Schienenfahrzeuge. Nachteilig an dieser Bauart ist jedoch der für ein Fahrzeugge­ triebe verhältnismäßig große Aufwand für die nur zum Synchroni­ sieren vorgesehene Strömungskupplung, was sich in vergrößertem Bauraum, Gewicht und erhöhten Herstellungskosten niederschlägt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das diese Nachteile vermeidet und eine Synchronisiereinrichtung aufweist, die mit einfachen Mitteln dennoch zuverlässig und verschleißfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruches 1 dadurch gelöst, daß zum Synchronisieren der bei einer Schaltung zu verbindenden formschlüssigen Getriebeglie­ der, also in der Regel Schaltklauen, der in dem Getriebe vor­ handene hydrodynamische Retarder mit dessen Regeleinrichtung herangezogen wird. Dieser ist gemäß der Erfindung so angeord­ net, daß sein Rotor dauernd mit der Getriebeeingangswelle dreh­ fest verbunden ist. Der Retarder ist ferner als Stellretarder ausgebildet, so daß mittels einer für sich allein bekannten Regeleinrichtung durch Teilfüllung eine bestimmte Drehzahl ge­ nau eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, die mit der Getriebeeingangswelle verbundenen und an der Schaltung be­ teiligten Getriebeteile einschließlich des dabei mit ihnen ver­ bundenen Antriebsmotors beim Synchronisieren auf eine Drehzahl zu regeln, die der Drehzahl der mit der Abtriebswelle verbunde­ nen Getriebeteile entspricht. Dadurch können die formschlüssi­ gen Kupplungsglieder, also die Schaltklauen, lastlos ineinander geschoben werden. Es ist ferner eine Steuereinrichtung vorhan­ den, mit deren Hilfe die über Sensoren erfaßten momentanen Wer­ te der Getriebeingangsdrehzahl, Getriebeabtriebsdrehzahl und Übertragungsleistung in ein Umschaltsignal umgewandelt werden, so daß eine Umschaltung ausgelöst wird. Diese läuft dann selbsttätig wie folgt ab:

Erfassen der für eine Umschaltung repräsentativen Getriebeab­ triebsdrehzahl bei einer bestimmten Übertragungsleistung, Fül­ len des Retarders, dadurch Entlasten der Klauen der noch einge­ legten Gangstufe, Ausrücken der Klauen dieser Gangstufe, Rege­ lung bzw. Annäherung der Getriebeeingangsdrehzahl mittels des Retarders an die der vorgegebenen Abtriebsdrehzahl entsprechen­ de Drehzahl der Klauen der nächsten Gangstufe, d.h. Bildung eines bestimmten Verhältnisses der beiden Drehzahlen, Einrücken der Klauen für die nächste Gangstufe, Entleeren des Retarders.

Während bei dem bekannten Getriebe die Umschaltung ohne Zug­ kraft-Unterbrechung abläuft (weil dort die Strömungskupplung während des Synchronisierens das Drehmoment überträgt), findet gemäß der Erfindung der Schaltvorgang mit Zugkraftunterbrechung statt. Erfindungsgemäß aber reagiert ein Retarder außerordent­ lich rasch auf Veränderung der Füllung und entsprechende Re­ gelvorgänge so daß mit einer nur sehr kurzen Zugkraftunterbre­ chung von etwa einer Sekunde gerechnet werden kann.

Die Drehzahlen, die die Steuereinrichtung zur Füllungsregelung während des Synchronisiervorganges vergleicht, werden von Sen­ soren erfaßt, die an der Getriebeeingangs- und Getriebeab­ triebswelle in bekannter Weise angebracht sind. Das Signal für die übertragene Leistung wird von der Antriebsmaschine abgenom­ men oder z. B. vom Fahrpedal des Fahrzeuges.

Gemäß der Erfindung wird dem ohnehin im Getriebe vorhandenen zur Geschwindigkeitsreduktion des Fahrzeuges dienenden hydrody­ namischen Retarder eine weitere Funktion zugewiesen, nämlich das Synchronisieren bei der Umschaltung. Dabei ist vorgesehen, daß auch der Motor gleich die der neu eingerückten Gangstufe entsprechende Drehzahl aufweist. Dadurch wird der beim Synchro­ nisieren in bekannten Schaltgetrieben durch Reibglieder auftre­ tende Verschleiß vermieden und die Synchronisierarbeit von einem verschleißfrei und mit optimaler Wärmeabfuhr ausgestatte­ ten Element geleistet. Für den Fahrzeugführer ist vorteilhaft, daß der Umschaltvorgang selbsttätig abläuft und am Motor dazu kein Steuervorgang notwendig ist. Es entfällt vor allem auch das bei bekannten Schaltgetrieben übliche Wiedereinkuppeln des Motors mit einem Reibsynchronisiervorgang nach einem Gangwech­ sel.

Bei einer Umschaltung in die höhere Gangstufe wird der Motor mit den entsprechenden Getriebeteilen während des Synchronisie­ rens abgebremst. Bei einer Umschaltung in eine niedrigere Gang­ stufe hingegen, wird der Motor soweit entlastet, daß er auf eine der neu einzulegenden Gangstufe entsprechende Drehzahl hochlaufen kann, wobei der Retarder, überwacht durch die Senso­ ren, die Drehzahl für den Gleichlauf nach oben begrenzt. Der Motor bleibt somit während einer Umschaltung belastet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben. Vorteile bietet die Erfindung gemäß An­ spruch 2 insbesondere auch für Getriebe mit einem hydrodynami­ schen Drehmomentwandler als Anfahrglied, wobei der Drehmoment­ wandler gemäß den Ansprüchen 4 und 5 eine Überbrückungskupplung bzw. zwischen dem Turbinenrad und einer Zwischenwelle eine Trennkupplung aufweisen kann, welche mittels des Retarders syn­ chronisiert werden. Dasselbe gilt für eine mechanische Durch­ kupplung, wenn gemäß Anspruch 6 der Drehmomentwandler auf einer Nebenwelle angeordnet ist. Außer dem Vorzug eines weichen An­ fahrvorganges mit Drehmomenterhöhung liegt in der Verwendung eines Drehmomentwandlers ein weiterer Vorteil darin, daß wäh­ rend einer Umschaltung, die sich an den Betriebsbereich des Drehmomentwandlers anschließt, nur eine kurzfristige Reduktion der Zugkraft stattfindet. Dies ist wichtig, solange sich das Fahrzeug in einem unteren Geschwindigkeitsbereich mit hohem Zugkraftbedarf in der Beschleunigungsphase befindet.

Der Rotor des Retarders kann gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ent­ weder auf der Getriebeeingangswelle oder gemeinsam mit der Wandlerpumpe auf einer Nebenwelle angeordnet sein. Dadurch kann der Retarderdurchmesser kleiner bemessen werden, insbesondere wenn zum Antrieb langsam laufende Motoren dienen.

Die erfindungsgemäße Synchronisierung mittels eines Retarders kann, wie beschrieben, innerhalb eines Getriebes zur Synchroni­ sierung der Getriebestufen dienen. Darüber hinaus ist auch das Synchronisieren weiterer Gangstufen möglich in einem sich z.B. dem Drehmomentwandler anschließenden Stufengetriebe.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben und es zeigen jeweils in schemati­ schen Längsschnitten

Fig. 1 ein Wechselgetriebe mit Retarder auf der Getrie­ beeingangswelle;

Fig. 2 ein Wechselgetriebe mit Retarder auf einer Neben­ welle;

Fig. 3 ein Wechselgetriebe mit koaxial angeordnetem Re­ tarder und Drehmomentwandler.

In allen Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen Positionszahlen versehen.

Die Fig. 1 zeigt ein Wechselgetriebe, das als Anfahrglied einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 5 aufweist und über eine Eingangswelle 1 mit einer nicht dargestellten Antriebsmaschine verbunden ist. Auf der Antriebswelle 1 ist ferner der Rotor 3 eines hydrodynamischen Retarders 2 befestigt. Der Stator 4 des Retarders 2 ist drehfest im Getriebegehäuse gelagert. Weitere Einrichtungen zur Füllung und Entleerung des Retarders sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Mit der Eingangswelle 1 ist ferner ein ins Schnelle übersetzendes Zahnradvorgelege 8 verbunden zum Antrieb eines Drehmomentwandlers 5. Der Antrieb des Wandlerpumpenrades 6 erfolgt über eine Hohlwelle 9, die mit dem Zahnradvorgelege 8 verbunden ist, und das Turbinenrad 7 ist mit einer Vollwelle 10 verbunden, welche sich durch die Hohl­ welle 9 hindurch erstreckt. Die Turbinenwelle 10 ist mit einem Abtriebsvorgelege 11 verbunden, das die Verbindung herstellt zu einer Zwischenwelle 12, die koaxial zur Antriebswelle 1 ange­ ordnet ist und sich in eine weitere Getriebeeingangswelle 16 fortsetzt. Die Turbinenwelle 10 weist im Bereich des Zahnrad­ vorgeleges 8 eine formschlüssige Klauenkupplung 13 auf. Eine weitere Klauenkupplung 15 befindet sich zwischen der Nabe des Rotors 3 und der Zwischenwelle 12. Der aus Drehmomentwandler 5 und Retarder 2 bestehenden Anordnung schließt sich ein weiteres Stufengetriebe 17 an, dessen Antrieb über die Getriebeeingangs­ welle 16 erfolgt mit Antrieb der nicht dargestellten Fahrzeug­ achsen über eine Getriebeabtriebswelle 19. Die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle 1, der Zwischenwelle 12 und der Getriebe­ abtriebswelle 19 werden wie bekannt über Sensoren 21, 22, 23 erfaßt und einer Steuereinrichtung 20 zugeführt. Ein Signal für die momentan übertragene Leistung wird vom Fahrpedal des Fahr­ zeuges abgenommen, z.B. über einen als Drehwinkelgeber ausge­ bildeten Sensor 24.

Das dargestellte Getriebe weist als erste Gangstufe den Be­ triebsbereich des Drehmomentwandlers 5 auf, der zum Anfahren gefüllt wird. Als nächste Stufe werden das Pumpenrad 6 und das Turbinenrad 7 über die Klauenkupplung 13 überbrückt. Dem schließt sich der Betrieb mit durchgekuppelter Getriebeein­ gangswelle 1 mit der Zwischenwelle 12 an, wobei die Klauenkupp­ lung 15 geschlossen und die Klauenkupplung 13 geöffnet wird. Weitere Getriebegangstufen können im Stufengetriebe 17 unterge­ bracht sein.

Liegt von den Sensoren 23 und 24 ein entsprechendes Signal für das Einleiten einer Umschaltung vor, z.B. vom Betrieb des Dreh­ momentwandlers 5 (Gang 1) zum Betrieb mit überbrücktem Drehmo­ mentwandler 5 (Gang 2), so wird der Retarder 2 über die Steuer­ einrichtung 20 gefüllt. Der Rotor 3 verzögert dabei die Getrie­ beeingangswelle 1 samt dem Antriebsmotor sowie dem Zahnradvor­ gelege 8 und dem Wandlerpumpenrad 6 auf eine Drehzahl, die mit der Turbinenwelle 10 annähernd nahezu identisch ist, so daß die Klauenkupplung 13 lastlos eingerückt werden kann. Während die­ ses Synchronisiervorgangs werden die Drehzahlen über die Senso­ ren 21 und 22 verglichen, und nach erfolgter Umschaltung wird der Drehmomentwandler 5 und der Retarder 2 entleert. Entspre­ chend verläuft eine Umschaltung in den dritten Gangbereich, also Erfassen der Getriebeabtriebsdrehzahl am Sensor 23 und der momentan übertragenen Leistung am Sensor 24, Füllung des Retar­ ders 2, so daß die Klauenkupplung 13 entlastet wird und ausge­ rückt werden kann, daran anschließendes Synchronisieren der Getriebeeingangswelle 1 und der Zwischenwelle 12 bis auf Dreh­ zahlgleichheit, Einrücken der Klauenkupplung 15, Entleeren des Retarders 2. Sinngemäß verlaufen auch weitere Umschaltvorgänge im Stufengetriebe 17, wobei für alle Gangstufen der Retarder 2 als Synchronisiereinrichtung dient.

Das in Fig. 2 dargestellte Getriebe weist einen ähnlichen Auf­ bau auf wie dasjenige der Fig. 1. Abweichend davon ist der Retarder 2 koaxial zum Drehmomentwandler 5 auf der über das Zahnradvorgelege 8 angetriebenen Hohlwelle 9 angeordnet. Da üblicherweise das Zahnradvorgelege 8 ins Schnelle übersetzt ist, ergibt sich für den Retarder der Vorteil kleinerer Abmes­ sungen und Gewichtseinsparungen sowie kürzerer Reaktionszeiten beim Füllen und Regeln. Die Anordnung der Klauenkupplungen 13 und 15 entspricht derjenigen der Fig. 1. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel ist jedoch eine weitere Klauenkupplung 14 zwi­ schen dem Abtriebsvorgelege 11 und der Turbinenwelle 10 vorge­ sehen. In den beiden ersten Gangstufen, nämlich Wandlerbetrieb und Betrieb mit überbrücktem Drehmomentwandler muß diese Klauenkupplung 14 eingerückt sein, um den Kraftfluß von der Turbinenwelle 10 über das Abtriebsvorgelege 11 zur Zwischen­ welle 12 zu gewährleisten. In der dritten Gangstufe, also wenn die Klauenkupplung 15 eingerückt ist, muß die Klauenkupplung 14 gelöst sein, solange auch die Klauenkupplung 13 eingerückt ist. Das Lösen der Klauenkupplung 14 beim Einrücken der Klauenkupp­ lung 13 hat den Vorteil, daß das Turbinenrad 7 aufgrund der Überbrückung höchstens die Drehzahl des Pumpenrades 6 annehmen kann. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1, bei der die Klauenkupp­ lung 14 nicht vorhanden ist, nimmt das Turbinenrad 7 die Dreh­ zahl an, die vom Abtriebsvorgelege 11 bei der höchsten Drehzahl der Zwischenwelle 12 bestimmt ist. Da das Zahnradvorgelege 8 ins Schnelle übersetzt ist, und zusammen mit dem Abtriebsvorge­ lege 11 an der Zwischenwelle 12 eine niedrigere Drehzahl ergibt als bei Durchkupplung mittels der Klauenkupplung 15, ist deswe­ gen für das Turbinenrad 7 mit einer Maximaldrehzahl zu rechnen, die deutlich höher liegt als die Drehzahl des Pumpenrades 6. Dies bedeutet im Falle des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 eine erhöhte Verlustleistung des Drehmomentwandlers. Will man diese Verlustleistung vermeiden, so bietet sich die Anordnung gemäß Fig. 2 mit einer Klauenkupplung 14 an.

Bei diesem Ausführungsbeispiel schließt sich der Wandler-Retar­ der-Kombination ein als Wendegetriebe ausgebildetes Getriebe 18 an, das im Stillstand geschaltet wird und keine Synchronisier­ einrichtung im Sinne der Erfindung benötigt.

Die Fig. 3 zeigt eine Getriebeanordnung, bei der der Drehmo­ mentwandler 5 und der Retarder 2 koaxial zur Getriebeeingangs­ welle 1 angeordnet sind, wobei sich ein Stufengetriebe 17 gemäß Fig. 1 oder ein Wendegetriebe 18 gemäß Fig. 2 anschließen kann. Der Rotor 3 des Retarders 2 ist direkt auf der Getriebe­ eingangswelle 1 zusammen mit dem Wandlerpumpenrad 6 befestigt. Zur Überbrückung des Turbinenrades 7 und des Wandlerpumpenrades 6 dient eine zentral angeordnete Klauenkupplung 25.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele umfassen Getrie­ bebauarten, bei denen ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 5 zum Anfahren herangezogen wird. Das Bremsen des Fahrzeuges mit Hilfe des Retarders 2 ist in allen Betriebszuständen möglich, weil der Rotor 3 dauernd mit der Getriebeabtriebswelle 19 und auch mit der Antriebsmaschine verbunden ist. Ein Bremsen des Fahrzeuges mittels des Retarders in einem dem Drehmomentwandler 5 zugeordneten unteren Geschwindigkeitsbereich nicht möglich, weil dabei die Klauenkupplung 13 bzw. 25 gelöst ist. Das Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 3 hat den Vorteil, daß der Retar­ der zum Synchronisieren eines Stufengetriebes 17 sowie der Klauenkupplung 25 auch nachträglich in bestehende Getriebeanla­ gen eingesetzt werden kann.

Claims (9)

1. Mehrstufiges Wechselgetriebe, insbesondere für Fahrzeuge, dessen Gangstufen über formschlüssige Kupplungsglieder, vorzugsweise mechanische Schaltklauen, geschaltet werden und das einen durch Füllen und Entleeren ein- und aus­ schaltbaren sowie regelbaren hydrodynamischen Retarder aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale

• a) der hydrodynamische Retarder (2) steht mit der Getrie­ beeingangswelle (1) mittelbar oder unmittelbar in dauernder Drehverbindung und dient als Synchronisier­ einrichtung für die jeweils an einer Schaltung betei­ ligten Getriebeglieder des Wechselgetriebes;
• b) der Retarder (2) ist als Stellretarder mit einstellba­ rer Drehzahl des Rotors (3) ausgebildet;
• c) zur Herstellung des Gleichlaufes der an der Schaltung jeweils beteiligten Getriebeglieder ist eine Steuer­ einrichtung (20) vorgesehen, mit welcher nach einem aus momentanen Werten für Motorleistung, Getriebeein­ gangsdrehzahl und Getriebeausgangsdrehzahl gebildeten Umschaltsignal selbsttätig eine Umschaltung ausgelöst wird, die in folgenden Schritten abläuft: Füllen des Stellretarders (2), Ausrücken der in der bisherigen Gangstufe eingelegten Schaltklaue, Regelung der Ge­ triebeeingangsdrehzahl mittels des Stellretarders (2) auf eine der neu einzulegenden Gangstufe entsprechen­ den Getriebeeingangsdrehzahl, Einrücken der der neuen Gangstufe zugeordneten Schaltklaue, Entleeren des Stellretarders (2).

2. Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen hydro­ dynamischen, durch Füllen und Entleeren ein- und ausschalt­ baren Drehmomentwandler (5), dessen Pumpenrad (6) mit dem Rotor (3) des Retarders (2) in dauernder Drehverbindung steht.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentwandler (5) auf einer Nebenwelle (9, 10) angeord­ net ist und über ein ins Schnelle übersetzendes Antriebs­ vorgelege (8) mit der Getriebeingangswelle (1) sowie über ein Abtriebsvorgelege (11) mit einer zur Getriebeantriebs­ welle (1) koaxialen Zwischenwelle (12) in Drehverbindung steht.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerpumpenrad (6) auf einer Hohlwelle (9), und das Wand­ lerturbinenrad (7) auf einer die Hohlwelle (9) durchsetzen­ den Vollwelle (10) angeordnet ist, und daß beide Wellen (9, 10) über eine formschlüssige Kupplung (13) verbindbar sind.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit dem Wandlerturbinenrad (7) verbundene Vollwelle (10) mit der Zwischenwelle (12) über eine form­ schlüssige Kupplung (14) verbindbar ist.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Getriebeeingangswelle (1) mit der Zwi­ schenwelle (12) über eine formschlüssige Kupplung (15) ver­ bindbar ist.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (3) des Retarders (2) auf der Ge­ triebeeingangswelle (1) angeordnet ist.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (3) des Retarders (2) auf der Hohl­ welle (9) des Wandlerpumpenrades (6) angeordnet ist.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zwischenwelle (12) mit der Eingangswelle (16) eines sich daran anschließenden Stufengetriebes (17) und/oder Wendegetriebes (18) verbunden ist.