DE4136142A1 - Automatisches stufenschaltgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Automatisches stufenschaltgetriebe fuer kraftfahrzeuge

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Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei den weltweit unternommenen Bemühungen, die Entstehung von Luftschadstoffen beim Betrieb von Kraftfahrzeugen zu verrin­ gern, wurden den Motorabgasen durch Einsatz von Katalysatoren bereits ein großer Teil ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung genommen. Eine weitere Schadstoffminderung kann dadurch er­ zielt werden, daß die Abgasmenge durch Verbesserung des Motor­ wirkungsgrades sowie des mechanischen Wirkungsgrades von Schalt- und Achsantrieben verringert wird. Dadurch wird vor allem auch die CO2-Erzeugung gedrosselt.
Heute vielfach benutzte Automatik-Schaltgetriebe mit hydro­ dynamischem Wandler und nachgeschalteten, mittels im Getriebe­ öl umlaufender Kupplungen und Bremsen betätigter Planetengetrie­ besätzen verringern den Antriebswirkungsgrad von Kraftwagen um 5 bis 80% gegenüber mit Klauen und trocken betriebenen Kupp­ lungen betätigten, manuell bedienten Schaltgetrieben. Das einzige eingeführte stufenlos übersetzende Getriebe erreicht nicht einmal den Wirkungsgrad der mit Hydrodynamikwandlern aus­ gerüsteten automatisch schaltenden Getriebe, obwohl dessen Charakteristik die besonders bei Dieselmotoren erwünschte Motor­ belastung in einem schmalen Drehzahlbereich gewährleisten wür­ de. Außerdem ist der Anwendungsbereich dieser stufenlos dreh­ momentwandelnden Getriebe wegen ihrer mechanischen Leistungs­ grenze auf sehr kleine Fahrzeuge begrenzt.
Die Entwicklung vollautomatisch schaltender, eng gestufter Ge­ triebe ist in der Automobiltechnik eine wichtige Aufgabe der Gegenwart. Zur Lösung dieser Aufgabe soll die vorliegende Er­ findung den Beitrag, welcher durch die Merkmale des Hauptan­ spruchs gekennzeichnet ist, leisten.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird bei Verwendung des Getriebes für einen Quermotorantrieb die Schalt- und An­ fahrkupplung am Getriebeende angeordnet, wobei der Antrieb vom Motor auf die Kupplung durch eine Welle erfolgt, welche innerhalb der hohlen Schaltwelle angeordnet ist. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß die Antriebswelle der Kupplung dreh­ elastisch ausgebildet wird, wodurch Drehmomentstöße vermie­ den werden.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Nebenwellen als dünnwandige Glockenkörper ausgebildet, welche aus Temper- oder Sphäroguß im Schleuderguß mit vorgegossener Verzahnung erzeugt werden können. Bei der sehr kurzen Dreiwellenausbildung des Erfindungsgegenstandes brauchen die Schaltzahnräder nicht radial, sondern nur axial gelagert zu werden, zumal eine Selbst­ zentrierung durch den um 180° versetzten Kraftangriff der Ne­ benwellenräder erfolgt. Bei Anwendung einer elastischen, gera­ den Hochverzahnung bei sämtlichen Getriebezahnrädern entstehen bei angetriebenem oder schiebenden Fahrzeug keine die Zahnräder und die Getriebelager belastende Axialkräfte. Erfahrungsgemäß fällt deshalb ein in Dreiwellenbauart ausgebildetes Getriebe der Erfindung wegen der ausgeglichenen Zahnbelastung der Räder und der geringen Axial- und Radialbelastung der Getriebewellen nur halb so lang wie eine Zweiwellenlösung mit Schrägverzahnung und dafür entsprechend bemessenen Lagern aus und es wird trotz der dritten Welle Gewicht und Aufwand eingespart.
Die Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes mit der geometri­ schen Stufung der Getriebegänge bedeutet, daß nur zwei Sensoren und eine sehr einfach programmierte Recheneinheit für die auto­ matische Schaltung benötigt werden.
In den Abbildungen ist eine Ausbildung des Erfindungsgegen­ standes für den Quermotorantrieb eines Personenkraftwagens ver­ anschaulicht. Fig. 1 zeigt den Antrieb in einem in Fig. 2 mit A-B/C-D) gekennzeichneten Längsschnitt und Fig. 2 die Seiten­ ansicht von der Kupplungsseite aus.
In den Abbildungen ist mit 1 der Motor, mit 2 dessen Schwung­ rad gekennzeichnet. Über die an das Schwungrad angeflanschte Welle 4 wird die am Ausgang des Getriebes sitzende Kupplung 6 1 bis 6 7 angetrieben. Ist die Kupplung durch Betätigung des Elek­ tromagneten 6 7 geöffnet, so ist die Lamelle 6 4 von den Reib­ flächen der Kupplungsplatte 6 1 sowie dem, die Kupplungsplatte durchdringenden, Kupplungsring 6 6 gelöst. Die Kupplung wird durch die am Außenumfang der Kupplungsplatte anliegende radial geschlitzte Tellerfeder 6 3 geschlossen. Sie stützt sich dabei auf dem an Fortsätzen des Kupplungsringes anliegenden Runddraht­ sprengring 6 5 ab.
Bei geschlossener Kupplung wird das Motordrehmoment über den Hohlwellenfortsatz 10 1 auf das Getriebeantriebsrad 13 über­ tragen. Gemäß eingeschalteter Schaltmuffe 19 1 bis 19 3 wird das Motormoment mit entsprechender Übersetzung vom Rad 13 über beide Nebenwellen 14 und 15 auf das durch die betreffende Schalt­ muffe mit der Schaltwelle 7 verbundene Schaltzahnrad 20 2 bis 20 6 auf das Getriebeabtriebsrad 8 und von hier über das Achs­ antriebsrad 9 mit Differential 10 über die beiden Antriebswel­ len 11 und 12 in die Räder des Kraftwagens weitergeleitet. Die Schaltmuffen werden durch die jeweils mit drei Magnetringspu­ len ausgerüsteten Magnetbetätigungen 22 1, 22 2, 22 3 über die an deren Anker angeschlossene Schaltstangen auf die Schaltgabeln 21 1, 21 2, 21 3 aus ihrer eingestellten Ausgangslage heraus kraft­ schlüssig mit den Axial- oder Radialverzahnungen der Schalträ­ der verbunden.
Das vorliegende Getriebebeispiel weist 6 Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf. Die Schaltstufen werden durch folgende Zahnrad- und Schaltmuffenketten erzeugt:
Die Rückwärtsgangstufe wird durch ein im Fahrzeugstillstand mechanisch oder elektromagnetisch zwischen das Rad 14 7 der Nebenwelle 14 und das fest mit der Schaltwelle 7 verbundene Zahnrad 20 7 zu schiebende Zwischenrad 14 8 erzeugt.
Auf den kupplungsseitigen, die Getriebetrennwand 3 1 durch­ dringenden Wellenfortsätzen 14 und 15 sind die Kurzschluß­ ankerscheiben 16 und 17 der zum Synchronisieren beim Schalt­ vorgang dienenden Brems- und Beschleunigungseinrichtungen mit den Statoren 16 1 und 17 1 angebracht. Beim gewählten Ausfüh­ rungsbeispiel kann eines der beiden Geräte als Bremseinrich­ tung mit in Umfangsrichtung stehendem und das zweite mit um­ laufendem Stator-Wechselstrom beaufschlagt werden, was auch mit einem einzigen Gerät durchgeführt werden könnte. Bei engen Platzverhältnissen können dann bei der Doppelnebenwellen­ bauart zwei kleinere, jeweils das halbe Synchronisiermoment aufbringende Geräte benutzt werden. Drehmomente und Drehzah­ len werden beim Synchronisiervorgang vom Rechner gesteuert.
Die automatischen Schaltvorgänge spielen sich dabei folgender­ maßen ab:
Beim Abwärtsschalten auf einer Steigungsstrecke gibt der Motorkennfeld-programmierte Prozessor nach Befragung des Gas­ hebelwegsensors beispielsweise das Signal, vom direkten 5. Gang in den 4. Gang umzuschalten. Die Kupplung wird durch Beauf­ schlagung der Magnetbetätigung 6 9, dann die Schaltungsmuffe 19 1 aus der Muffenverzahnung des Rades 13 gelöst; gleichzeitig stellt die betreffende Recheneinheit des Prozessors den ist- Sprung der Sensorsignale 18 1/18 2 fest und löst die Erzeugung der Drehfelddrehzahl im Stator der Beschleunigungseinrichtung 16 1/16 für den erforderlichen Drehzahlsprung vom 5. in den 4. Gang aus, der Prozessor veranlaßt über die Schalteinrichtung 22 1 das Einlegen der Schaltmuffe mit Hilfe der Schaltgabel 21 1 in die Verzahnung des Schaltrades 20 3 und schließt die Haupt­ kupplung 6 1/6 9.
Beim Aufwärts schalten läuft dieser Vorgang umgekehrt ab, wobei die Zahnraddrehzahl auf der Schaltwelle vom Prozessor über die Bremse 17 1/17 eingestellt wird.

Claims (5)

1. Automatisches Stufenschaltgetriebe für Kraftfahrzeuge mit einer Schaltwelle, welche die zwischen den Schalt­ zahnrädern mittels Schaltgabeln axial verschiebbaren Schaltmuffen trägt, sowie einer oder mehreren, nicht schaltbare Zahnräder tragenden Nebenwellen, gekennzeich­ net durch die Vereinigung folgender Merkmale:
  • a) im Trockenraum vor oder hinter dem Stufengetriebeteil (3) des Schaltgetriebes angeordnete, zum Anfahren und Unterbrechen des Kraftschlusses zwischen Motor und Ab­ trieb zum Schalten dienende elektromagnetisch betätig­ te, federzugespannte Reibungskupplung (6 1 bis 6 12),
  • b) auf mindestens einer Nebenwelle (14, 15) angeordnete, elektromotorisch wirkende, aus Kurzschlußanker (16, 17) und Stator mit Wechselstromwicklung (16 1, 17 1) be­ stehende Brems- und Beschleunigungseinrichtung, deren Drehzahl beim Schaltvorgang mit Hilfe von Sensoren (18 1, 18 2) rechnergesteuert eingestellt wird,
  • c) durch Elektromagnete (22 1, 22 2, 22 3) über Schaltgabeln (23 1, 23 2, 23 3) eingelegte und gelöste, auf der Schalt­ welle (7) in Umfangsrichtung kraftschlüssig, axial be­ weglich gelagerte Schaltmuffen (19 1, 19 2, 19 3) zur Ein­ stellung der manuell gewählten oder von einer Rechen­ einheit bestimmten Getriebeübersetzung.
2. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Anwendung für einen Quermotorantrieb die Schalt- und Anfahrkupplung am Getriebeende, angetrieben von einer die Schaltwelle (7) durchdringenden Antriebs­ welle (4), angeordnet ist.
3. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Nebenwellen (14, 15) verwendet werden und die mit den Gegenverzahnungen zu den Schaltmuffen (19 1, 19 2, 19 3) ausgerüsteten Schaltzahnräder (20 2, 20 3, 20 4, 20 5, 20 6) ausschließlich axial gelagert sind.
4. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nebenwellen (14, 15) aus dünnwandigen, glockenförmigen, vorzugsweise aus Temper- oder Kugelgraphit­ graugußteilen mit vorgegossener, nachträglich geräumter gerader Hochverzahnung bestehen.
5. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch geometrische Stufung der Schaltübersetzungen.
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