DE3739898A1 - Automatisches, vielstufiges nutzfahrzeuggetriebe - Google Patents

Description

Ausschließlich mit Kupplungen und Bremsen geschaltete Auto­ mobilgetriebe können mit sechs, höchstens acht Stufen ausge­ bildet werden. Da sie gegenüber Getrieben mit hydrodynamischen Elementen eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung gewähr­ leisten, stellen diese Getriebe, angewendet bei Stadtomni­ bussen, bei denen sechs Stufen völlig ausreichen, bezüglich Aufwand und Fahrkomfort die optimale Lösung dar. Getriebe von schweren Lastkraftwagen müssen dagegen schon wegen der gefor­ derten Gesamtübersetzung, sowie aus Wirtschaftlichkeitsgründen, mit mehr als acht Gängen, nach Möglichkeit bis zu zwanzig Schaltstufen aufweisen, wobei es nicht möglich ist, ohne kraft­ schlußunterbrechende Schaltvorgänge auszukommen.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, ein vielstufiges Schaltgetriebe zu schaffen, mit welchem bei kleinem Raum- und Bauaufwand eine überwiegende Anzahl von Stufenwechseln durch Kupplungen oder Bremsen, d.h. durch Reibungselemente mit über­ schleifenden Reibungsschlüssen, vorgenommen werden, so daß bei weniger als der Hälfte aller Schaltvorgänge eine Kraft­ schlußunterbrechung stattfindet. Die erfinderische Lösung der gestellten Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Mit dem Getriebe der Erfindung ist es möglich, mit zwei trocken laufenden Eingangskupplungen, fünf Radzügen mit zwei Doppel­ schaltmuffen, sowie der mit Kupplung und Bremse ausgerüsteten Abschluß-Planetengruppe sechzehn Vorwärtsgänge, bei Verwendung von sechs Radzügen mit zwei Doppel- und einer Einfachschalt­ muffe (wobei die zweite Muffenseite zum Schalten der Rückwärts­ gänge dienen kann) sowie der Abschluß-Planetengruppe zwanzig Vorwärtsstufen zu erzeugen.

Dadurch werden die mit Kraftschlußunterbrechung und auto­ matischer Synchronisierung geschalteten Stufen auf sieben bei insgesamt sechzehn und auf neun bei insgesamt zwanzig Gängen, also auf weniger als die Hälfte der Gesamtstufenzahl, reduziert. Die Beschleunigung der Nebenwellen beim Synchroni­ sieren erfolgt vom Abtrieb aus. Wie bereits vorgeschlagen, dient dabei ein vom Abtrieb auf den Steg eines Planetensatzes bei durch eine Bremse festgehaltener Glocke auftretende Be­ schleunigung des mit der Nebenwelle verbundenen Zentralrades dazu, die Synchrondrehzahl zu durchfahren, wobei im richtigen Drehzahlpunkt über einen Mikroprozessor die Schaltung ausge­ löst wird.

Für ein ohne Endplanetenstufe ausgerüstetes Getriebe (P 34 17 504.0) ist eine derartige automatische Synchronisierung be­ kannt. Da dort auf einer Nebenwelle sowohl die Bremse als Ver­ zögerungsglied zum Aufwärtsschalten, als auch am entgegenge­ setzten Ende der Nebenwelle das zu ihrer Beschleunigung beim Abwärtsschalten dienende Planetengetriebe mit Betätigungsbremse angeordnet ist, kann bei dieser Lösung auf beiden Seiten mit wirkungsgrad-optimierten trockenen Reibungsgliedern gearbeitet werden. Bei Anordnung einer Endplanetenstufe müßte bei Anwen­ dung dieser Ausführung zwischen dem Hauptgetriebe und dem Gruppengetriebe ein getrennter Trockenraum angeordnet werden.

Um diese Komplikation, welche das Getriebe sehr aufwendig gestal­ ten würde, zu vermeiden, wird in weiterer Ausbildung der Erfin­ dung eine Nebenwelle des Dreiwellen-Hauptgetriebeteiles an der in den vorderen Kupplungs-Trockenraum ragenden Stirnseite mit einer Scheibenbremse zum Abbremsen der einen Nebenwelle beim Abwärtsschalten ausgerüstet und an der Stirnseite der zweiten Nebenwelle eine Bremse angeordnet ist, welche über eine, diese Nebenwelle durchdringende Welle mit dem Glockenrad eines am Ende des Dreiwellen-Hauptgetriebeteiles vorgesehenen Planeten­ getriebes verbunden ist. Das Zentralrad des Planetengetriebes sitzt auf der Nebenwelle und der Steg, welcher die das Zentral­ rad mit dem Glockenrad verbindenden Planetenräder trägt, wird vom Abtrieb des Dreiwellen-Hauptgetriebeteils angetrieben. Bei Betätigung der Bremse wird die Nebenwelle, damit das betreffende Schaltrad, beim Abwärtsschalten beschleunigt.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt wiedergegeben. Es handelt sich um das Schema eines 16stufigen Lastzuggetriebes.

In der Darstellung ist mit 1 die Motorkurbelwelle gekennzeichnet, welche im Getriebegehäuseteil 2, also im vorderen Trockenraum des Getriebes, das Schwungrad 3 trägt. Am Schwungrad ist mit elastischen Haltegliedern 4 das Kupplungsgehäuse 5 befestigt. Im Kupplungsgehäuse sind zwei Lamellen 6 und 7 gelagert, welche einzeln durch Ringkolben 9 ₁ und 9 ₂ über Druckplatten 8 ₁ und 8 ₂ durch Druckmittel, welches in den betreffenden Ringraum des mit dem Kupplungsgehäuse 5 fest verbundenen Doppel-Ringzylinders 10 geführt wird, zugespannt werden. Die Rückführung der Druckplatten 8 ₁ und 8 ₂ erfolgt durch gleichmäßig am Umfang verteilt ange­ ordnete Rückzugfedern 79.

Die Lamelle 7 steht über die Welle 11 mit dem Zahnrad 14 und die Lamelle 6 über die, die Welle 11 umfassende Hohlwelle 12 mit dem Zahnrad 13 des Dreiwellen-Hauptgetriebeteils in, in Umfangs­ richtung kraftschlüssiger Verbindung. Die Dreiwellengetriebe- Antriebsräder 13 und 14 kämmen mit den Rädern 15 und 16 bzw. 17 und 18 der beiden Getriebenebenwellen 27 und 28. Die an der Welle 11 durch das Lager 40 abgestützte Zentralwelle 39 des im Gehäuse 34 untergebrachten Dreiwellen-Hauptgetriebeteiles trägt die auf ihr gelagerten Schalträder 80 bis 83, welche nach Durch­ führung des elektronisch gesteuerten Synchronisiervorgangs durch von Schaltgabeln 42, 44 und 46 verschobene Schaltklauen 41, 43, 45 mit der Hauptwelle verbunden werden können. Das Schaltrad 80 kämmt mit den Nebenwellenrädern 19 und 20, Rad 81 mit den Rädern 21 und 22, Rad 82 mit den Rädern 23 und 24 und schließlich das Rückwärtsgangrad 83 über Umkehrräder 84 mit den Rädern 25 und 26 der Nebenwellen 27 und 28.

Zum Synchronisieren sind im vorderen Kupplungstrockenraum zwei Vollscheibenbremsen 30 bis 33 sowie 35 bis 38 angeordnet. Beim Aufwärtsschalten wird das Druckmittel im Ringzylinder 36 der Bremse 35 bis 38 im Augenblick der Kraftschlußunterbrechung unter Druck gesetzt und der im vorliegenden Beispiel als Ge­ genreibfläche ausgebildete Ringkolben 37 gegen die Ringreib­ fläche der Lamelle 35 gedrückt. Die Gegenreibfläche der Lamelle stützt sich dabei auf dem mit dem Bremsgehäuse verbundenen Deckel 38 ab und bremst über die Nebenwelle die auf der Zentral­ welle freilaufenden Schalträder ab. Zum Synchronisieren beim Abwärtsschalten dient die Bremse 30 bis 33, welche ebenso auf­ gebaut ist wie die Bremse 35 bis 38. Ihre Lamelle steht über die in der als Hohlwelle ausgebildeten Nebenwelle 28 unterge­ brachte Welle 29 mit dem Glockenrad 73 des im, mit dem Ölraum des Hauptgetriebeteiles verbundenen Ölraum des Abschlußgruppen­ getriebes untergebrachten Planetengetriebes in Verbindung. Der Steg 75 dieses Planetengetriebes wird vom Zentralrad 52 des Abschluß-Gruppengetriebes, welches die Ausgangsdrehzahl des Hauptgetriebeteiles aufweist, über dessen Zahnkranz 76 angetrie­ ben. Über die am Steg gelagerten Planetenräder 74 wird die Verbindung mit dem mit der Nebenwelle 28 verbundenen Zentral­ rad hergestellt. Wird beim Abwärtsschalten durch Lösen der betreffenden Schaltklaue die Verbindung zwischen An- und Abtrieb gelöst, so wird durch Betätigung der Bremse 30 bis 33 durch Zu­ führung von Druckmittel in den Ringzylinderraum 31 das Glocken­ rad 73 festgehalten und das Zentralrad 86 zusammen mit der Nebenwelle 29 sowie den Schalträdern der Zentralwelle 39 ent­ sprechend der Planetengetriebe-Übersetzung, welche größer als ein Stufensprung des Hauptgetriebeteiles sein muß, be­ schleunigt. Die betreffende Schaltklaue des zu schaltenden Zahn­ rades auf der Zentralwelle wird bei Feststellung der Synchron­ drehzahl durch einen Mikroprozessor über die der Übersichtlich­ keit halber nicht mit dargestellten Eingangs- und Ausgangsdreh­ zahlsensoren eingelegt.

Das zum Anfahren sowie zur Erzeugung des Gruppen-Drehzahlsprungs dienende Abschlußgetriebe treibt bei durch geschlossene Voll­ scheibenbremse 68 festgehaltener Außenglocke 87 von der Zen­ tralwelle 39 aus über das Zentralrad 52 sowie die mit letzterem kämmenden Planetenräder 55 den Steg 54 und über die Welle 59 den Kupplungsträger 61, damit den Abtriebsflansch 77 mit Kar­ danwelle 78 an. Die durch Tellerfedern 72 geschlossene Bremse 68 wird in den oberen acht Gängen dadurch gelöst, daß in den Ringraum zwischen den die Bremsscheiben anlegenden Druckring 69 mit Ringplatte 71 und Ringkolben 70 Druckmittel geleitet wird, welches die Tellerfedern 72 spannt. Dadurch können die hohl gegossenen Bremsringe 88 frei umlaufen. Die große Kühl­ oberfläche der Bremsen ermöglicht auch bei voller Nutzlast zur Schonung von Motor und Antrieb ein ruckfreies Anfahren mit schleifender Bremse. Zum Außchalten des Gruppengetriebes, also beim durch Schließen der Kupplung 67 erzeugten Durchtrieb, wird die Bremse schlagartig gelöst und umgekehrt beim Einschalten der Gruppenübersetzung kurzzeitig geschlossen.

Die Kupplung 65 wird wie die Bremse durch eine Tellerfeder be­ tätigt. Bei abgestelltem Fahrzeug erfolgt somit automatisch ein Feststellen, weil dann sowohl Bremse 68 wie Kupplung 65 geschlossen sind. Die Tellerfeder 64 der Kupplung ist radial geschlitzt und umfaßt die axialen, die Drucklamellen der Kupp­ lung tragenden Arme des Kupplungsträgers, an denen der Abtriebs­ flansch 77, der die Kardanwelle 78 trägt, befestigt ist. Das Kurzschließen des Planetensatzes des Abschluß-Gruppengetriebes erfolgt durch die geschlossene Kupplung dadurch, daß der Pla­ netensteg 54 mit der Außenglocke 87 verbunden wird. Dadurch erfolgt der Abtrieb durch die Welle 59 über den Kupplungsträger 61 auf die Kardanwelle. Der sowohl die Bremsringe 88 wie die mit Sinterbelag ausgerüsteten Außenlamellen 89 der Kupplung 65 tragende Bremsträger 67 ist über die Hohlwelle 57 mit der Außenglocke 87 verbunden. Bei geschlossener Kupplung ist also das Abschlußplanetengetriebe durch die Verbindung von Außen­ glocke 87 mit Kupplungsträger 61 sowie zum Abtriebsflansch 77 ausgeschaltet.

Die Steuerung des Druckmittels für die Anfahr- und Schaltvor­ gänge des Getriebes erfolgt durch Magnetventile 50, welche in einer Reihe auf der die Zuführungsbohrungen aufweisenden, gleich­ zeitig die Lager von Zentral- und Nebenwellen tragenden Steuer­ platte 48 befestigt sind. Nach Abnahme der Schutzkappe 49 sind die Ventile von außen zugänglich. Die Zuführung des Druckmittels zu den beiden Eingangs-Schaltkupplungen 6 bis 10 sowie zu der Abschlußkupplung 61 bis 65, 89 erfolgt über die in einem an die Steuerplatte gesetzten Rohrfortsatz 89 in Umfangsrichtung fest gelagerte Drehzuführung 90. Die Drehzuführung weist die er­ forderlichen Ringkanäle sowie die zwischen diesen, bei Verwen­ dung von Luft als Betriebsmittel zweckmäßigerweise aus Poly­ imid bestehenden Dichtringe auf. In den Eingangsschaltkupp­ lungen wird das Druckmittel über eine Bohrung sowie ein darin untergebrachtes Rohr geleitet, wobei an den Trennstellen für die Bohrung jeweils ein Überleitungsrohrstück vorgesehen ist. Die Bohrungen zu dem Doppel-Ringzylinder 10 sind im Kupplungs­ gehäuse 5 angebracht. Die Druckmittelzuführung zu der Ab­ schlußkupplung 65 erfolgt entweder über eine beidseitig durch Dichtringe abgedichtete Überleitung 55 sowie eine Bohrung in der Welle 59 oder ein bis in den Zylinder des Kolbens 62 ge­ führtes, außen abgedichtetes Rohr. Die Betriebsmittelzufüh­ rungen zu den drei Bremsen 30 bis 33, 35 bis 38 und 67 bis 72 erfolgt von den Magnetventilen aus über Bohrungen im Getriebe­ gehäuse. Die Schaltgabeln werden ebenfalls durch Druckmittel bewegt (US-Ser.No. 8 23 490). Auch hierfür sind Magnetventile erforderlich, welche auf der Steuerplatte angeordnet und deren Zuführungsbohrungen, ausgehend von der Steuerplatte, in den Gehäusewänden untergebracht sind.

Das Getriebe der Erfindung kann sowohl mit manueller Bedienung als auch mit vollautomatischer Schaltung ausgerüstet werden. Auch bei manueller Stufenwahl werden die Kupplungs-Bremsbetä­ tigungen sowie die Synchronisierung und Schaltmuffenbewegung bei den mit Kraftschlußunterbrechung geschalteten Stufen durch einen Mikroprozessor vorgenommen, welcher aufgrund der ihm von den Drehzahl- und Gashebelstellungssensoren gelieferten Signale die Magnetventile zur Auslösung der Druckmittel-Druckverände­ rungen bedient.

Bei vollautomatischer Schaltung wird das Getriebe zweckmäßiger­ weise mit einer zusätzlichen manuellen Bedienung zur Beein­ flussung der Stufenwahl ausgerüstet, um beispielsweise bei Ge­ fällen die Bremswirkung des Motors ausnutzen zu können. Aller­ dings gibt es auch dafür die Möglichkeit einer vollautomati­ schen Steuerung dahingehend, daß der Mikroprozessor von den Bremsen bzw. deren Betätigung gelieferte Informationen bei der Wahl der Schaltstufen verwertet.

Bei dem als Beispiel gewählten Getriebe sind bei den Schalt­ stufen folgende Zahnräder im Eingriff. Die beiden Eingangs- Schaltkupplungen sind mit K₁ (Lamelle 6) und K ₂ (Lamelle 7), die Kupplung im Abschluß-Gruppengetriebe mit K ₃ und die Bremse mit B bezeichnet.

Mit Schlupf zwischen Motor und Abtrieb angefahren wird in den Gängen 1 bis 8. Bei einer Ausführung des Getriebes mit Voll­ automatik erhält der Mikroprozessor eine Drehmomentinforma­ tion, mit welcher gemäß einem im Prozessor gespeicherten Programm die zum Anfahren geeignete Schaltstufe eingestellt wird.

Claims (2)

1. Stufenschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ge­ kennzeichnet durch die Vereinigung folgender, zum Teil für sich bekannter Merkmale:

• a) im Trockenraum (2) des Motor-Schwungrades (3) angeord­ netes, mit dem Schwungrad fest oder drehelastisch ver­ bundenes Kupplungsgehäuse (5) mit zwei, getrennt durch Druckmittelringzylinder (10) in Reibungsschluß gebrach­ te, trocken laufende Reiblamellen (6, 7)
• b) Dreiwellen-Hauptgetriebeteil mit Muffenschaltungen auf der Zentralwelle (39) mit zwei Eingangsradzügen (13, 15/16; 14, 17/18), wovon das Antriebsrad (14) des zweiten Rad­ zuges mit einer zentrisch zur Zentralwelle angeordneten Welle (11), das Antriebsrad (13) des ersten Radzuges mit einer die erste Welle umschließenden Hohlwelle (12) verbunden ist und durch eine Schaltmuffe (41) mit der Zentralwelle gekuppelt werden kann, sowie ⁿ /₄-1 weitere, durch Schaltmuffen mit der Zentralwelle kuppelbare Rad­ züge (80, 19/20; 81, 21/22; 82, 23/24) bei n Vorwärts­ schaltstufen des gesamten Stufengetriebes
• c) Abschluß-Gruppengetriebe mit angetriebenem Zentralrad (52) und Abtrieb über den Planetensteg (54) sowie ein durch eine im Trockenraum laufende Mehrscheibenbremse (68) feststellbares Glockenrad (87), welches andererseits mit dem Steg durch eine Kupplung (65) verbunden werden kann.

2. Stufenschaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Nebenwelle (27) des Dreiwellen-Hauptge­ triebeteiles an der in den vorderen Kupplungs-Trockenraum (2) ragenden Stirnseite mit einer Scheibenbremse (35 bis 38) zum Abbremsen der einen Nebenwelle (27) beim Abwärtsschalten ausgerüstet und an der zweiten Nebenwelle (28) eine Bremse (30 bis 33) angeordnet ist, welche über eine, diese Neben­ welle durchdringende Welle (29) das Glockenrad (73) eines am Ende des Dreiwellen-Hauptgetriebeteiles vorgesehenen Planetengetriebes (73 bis 75, 86) antreibt und dessen Zen­ tralrad (86) mit der Nebenwelle (28) verbunden ist, wobei der Steg (75), welcher die das Zentralrad (86) mit dem Glockenrad (73) verbindenden Planetenräder (74) trägt, vom Abtrieb des Dreiwellen-Hauptgetriebeteiles (52) angetrieben wird, so daß bei Betätigung der Bremse (30 bis 33) die zweite Nebenwelle (28) und damit die Schalträder (80 bis 83) beim Abwärtsschalten beschleunigt werden.