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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen mehrgängige
Handschaltgetriebe zur Verwendung in Fahrzeugen. Genauer gesagt,
ist die vorliegende Erfindung auf ein kompaktes Handschaltgetriebe
mit einem synchronisierten Rückwärtsgang
gerichtet.
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Auf Grund der steigenden Verbrauchernachfrage
nach Fahrzeugen mit Vorderradantrieb, die stärkere Antriebe haben, welche
dennoch effizient im Kraftstoffverbrauch sind, müssen Motor und Getriebe möglichst kompakt
aufgebaut sein, um jeden zur Verfügung stehenden Platz im Motorraum
auszunutzen. Zudem müssen die
meisten modernen Getriebe in der Lage sein, zumindest fünf Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse
bereitzustellen. Daher ist es für
Getriebekonstrukteure extrem wichtig, die gesamte axiale Länge des
Getriebes sowie die Abstände
zwischen seinen Wellenmitten zu minimieren. Um diesen Anforderungen
gerecht zu werden, sind verschiedene Getriebe der Art mit drei Wellen
entwickelt worden. US-Patent Nr. 4,738,150 offenbart beispielsweise
ein fünfgängiges Handschaltgetriebe
mit einer Antriebswelle und einem Paar Gegenwellen, die das Differential
antreiben, welches wiederum die Getriebeachswellen antreibt. Zahnradsätze auf
beiden Gegenwellen können
wahlweise in Eingriff gebracht werden, um Kraft von der Antriebswelle
auf die Getriebeachswellen zu übertragen.
Ferner offenbaren die gemeinsam gehaltenen US-Patente Nr. 5,697,250
und Nr. 5,704,247 fünfgängige Getriebe
mit einer synchronisierten Rückwärtsganganordnung.
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Folglich besteht, während derartige
herkömmliche
Konstruktionen von Handschaltgetrieben den oben genannten Forderungen
nach kompakter Bauweise nachkommen, noch immer ein Bedarf an der
Entwicklung von kompakten und robusten sechsgängigen, vollsynchronisierten
Handschaltgetrieben, welche die Anforderungen moderner Fahrzeuge
mit Vorderradantrieb erfüllen
können.
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Ein Handschaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist in US-A-5,311,789
offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein sechsgängiges,
vollsynchronisiertes Handschaltgetriebe anzugeben, das die vorstehend
genannten Anforderungen erfüllt
und herkömmliche
Konstruktionen verbessert.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch ein
Handschaltgetriebe nach Anspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
ein sechsgängiges
Handschaltgetriebe gerichtet, weiches umfasst: eine Antriebswelle,
eine erste Zwischenwelle, an der ein erstes Übertragungszahnrad befestigt
ist, eine zweite Zwischenwelle, an der ein zweites Übertragungszahnrad
befestigt ist, eine Endantriebsbaugruppe mit einem Antriebszahnrad,
das mit dem ersten und zweiten Übertragungszahnrad
in Eingriff steht, ein erstes Antriebszahnrad, das an der Antriebswelle
befestigt ist, ein erstes Gangrad, das drehbar auf der ersten Zwischenwelle gelagert
ist und mit dem ersten Antriebszahnrad in Eingriff steht, ein zweites
Antriebszahnrad, das an der Antriebswelle befestigt ist, ein zweites
Gangrad, das drehbar auf der ersten Zwischenwelle gelagert ist und
mit dem zweiten Antriebszahnrad in Eingriff steht, eine erste Synchronisierkupplung
zum wahlweisen Koppeln des ersten oder zweiten Gangrads mit der
ersten Zwischenwelle, ein drittes Antriebszahnrad, das an der Antriebswelle
befestigt ist, ein drittes Gangrad, das drehbar auf der zweitem
Zwischenwelle gelagert ist und mit dem dritten Antriebszahnrad in
Eingriff steht, ein viertes Antriebszahnrad, das an der Antriebswelle
befestigt ist, ein viertes Gangrad, das drehbar auf der zweiten
Zwischenwelle gelagert ist und mit dem vierten Antriebszahnrad in
Eingriff steht, eine zweite Synchronisierkupplung zum wahlweisen
Koppeln des dritten oder vierten Gangrads mit der zweiten Zwischenwelle,
ein fünftes
Gangrad, das drehbar auf der ersten Zwischenwelle gelagert ist und
mit dem dritten Antriebszahnrad in Eingriff steht, ein sechstes
Gangrad, das drehbar auf der ersten Zwischenwelle gelagert ist und
mit dem vierten Antriebszahnrad in Eingriff steht, eine dritte Synchronisierkupplung zum
wahlweisen Koppeln des fünften
oder sechsten Gangrads mit der ersten Zwischenwelle, ein Rücklaufzahnrad,
das drehbar auf der zweiten Zwischenwelle gelagert ist und mit dem
ersten Gangrad in Eingriff steht, und eine vierte Synchronisierkupplung
zum lösbaren
Koppeln des Rücklaufzahnrads
mit der zweiten Zwischenwelle.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus dem genauen
Betrachten der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
Schnittansicht eines sechsgängigen
Handschaltgetriebes nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
schematische Darstellung ist, welche die Anordnung der Wellen und
Zahnräder
des in 1 gezeigten Getriebes
zeigt; und
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3 ein
Schaltschema für
das in 1 gezeigte Getriebe
ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Mit Bezug auf die Zeichnungen ist
ein Handschaltgetriebe 10 dargestellt, das zur Verwendung
in Fahrzeugen mit Vorderradantrieb geeignet ist. Das Getriebe 10 ist
ein sechsgängiges
Getriebe, bei dem alle Vorwärts-
und Rückwärtsgänge synchronisiert
sind, und das dennoch kompakt gebaut ist, um einen kompakten Getriebekasten
bereitzustellen.
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Mit besonderem Bezug auf 1 ist das Getriebe 10 gezeigt,
das ein Gehäuse 12 enthält, in dem
eine Antriebswelle 14 durch Lager 16 und 18 um
eine erste Achse „A" drehbar gelagert
ist. Herkömmlicherweise
ist die Antriebswelle 14 dazu geeignet, über eine
geeignete handbetriebene Kupplung (nicht dargestellt) durch den
Fahrzeugmotor angetrieben zu werden. Es ist ferner gezeigt, dass
das Getriebe 10 eine erste Zwischenwelle 20, die
durch Lager 22 und 24 um eine zweite Achse „B" drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert
ist, eine zweite Zwischenwelle 26, die durch Lager 28 und 30 um
eine dritte Achse „C" drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert
ist, und eine Endantriebsbaugruppe 32 enthält, die
durch Lager 34 und 36 drehbar um eine vierte Achse „D" in dem Gehäuse 12 gelagert
ist. Ebenfalls herkömmlicherweise
enthält
die Endantriebsbaugruppe 32 ein Differential 33,
das ein Paar axial ausgerichtete Seitenzahnräder 38 hat, an denen
Getriebeachswellen 40 befestigt sind, um das Differential 33 mit
den Antriebsrädern
des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Antriebsdrehmoment wird auf das
Differential 33 über
ein Endantriebszahnrad 42 übertragen, das an einem Differentialgehäuse 44 befestigt
ist und mit einem an der ersten Zwischenwelle 20 befestigen
ersten Übertra gungszahnrad 46 und
mit einem an der zweiten Zwischenwelle 26 befestigten zweiten Übertragungszahnrad 48 in
Dauereingriff steht. Um ein Mittel zum Verringern der Ablenkung
der Zwischenwellen 20 und 26 bereitzustellen,
sind die Übertragungszahnräder 46 und 48 jeweils
hinsichtlich der Lagerbaugruppen 22 und 28 „freitragend". Es sei darauf hingewiesen,
dass 1 eine sogenannte „abgewikkelte" Schnittansicht ist,
in der die Wellen 14, 20, 26 und 40 alle
in einer einzigen Ebene angeordnet sind. In der Realität sind diese
Wellen jedoch in kompakter Weise parallel zueinander angeordnet,
wobei drei Wellen in einer gemeinsamen Ebene liegen, wie in 2 dargestellt ist. Auf diese
Weise kann der Mittenabstand zwischen den Wellen effektiv verringert
werden.
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Das Getriebe 10 enthält eine
Reihe in Dauereingriff stehender Zahnradsätze 50, 52, 54, 56, 58 und 60,
die wahlweise in Eingriff gebracht werden können, um sechs Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse
zwischen der Antriebswelle 14 und dem Endantriebszahnrad 42 einzustellen.
Der Zahnradsatz 50 enthält
ein auf der Antriebswelle 14 befestigtes erstes Antriebszahnrad 62 und
ein drehbar auf der ersten Zwischenwelle 20 gelagertes
erstes Gangrad 64. Das erste Gangrad 64 steht
mit dem ersten Antriebszahnrad 62 in Dauereingriff, um einen
ersten Kraftübertragungsweg
zu definieren, der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um
ein erstes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Der Zahnradsatz 52 enthält
ein auf der Antriebswelle 14 befestigtes zweites Antriebszahnrad 66,
das mit einem drehbar auf der ersten Zwischenwelle 20 gelagerten
zweiten Gangrad 68 in Dauereingriff steht. Damit definiert
der Zahnradsatz 52 einen zweiten Kraftübertragungsweg, der wahlweise
in Eingriff gebracht werden kann, um ein zweites Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Der Zahnradsatz 54 enthält
ein auf der Antriebswelle 14 befestigtes drittes Antriebszahnrad 70,
das mit einem drehbar auf der zweiten Zwischenwelle 26 gelagerten
dritten Gangrad 72 in Dauereingriff steht. Damit dient
der Zahnradsatz 54 dazu, einen dritten Kraftübertragungsweg
zu definieren, der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um
ein drittes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Der Zahnradsatz 56 enthält
ein auf der Antriebswelle 14 befestigtes viertes Antriebszahnrad 74,
das mit einem drehbar auf der zweiten Zwischenwelle 26 gelagerten
vierten Gangrad 76 in Dauereingriff steht. Somit definiert
der Zahnradsatz 56 einen vierten Kraftübertragungsweg, der wahlweise
in Eingriff gebracht werden kann, um ein viertes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Der Zahnradsatz 58 enthält
ein drehbar auf der ersten Zwischenwelle 20 gelagertes
fünftes
Gangrad 78, das mit dem dritten Antriebszahnrad 70 in
Eingriff steht. Der Zahnradsatz 58 definiert somit einen
fünften
Kraftübertragungsweg,
der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um ein fünftes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Der Zahnradsatz 60 enthält
ein drehbar auf der ersten Zwischenwelle 20 gelagertes
sechstes Gangrad 80, das mit dem vierten Antriebszahnrad 76 in
Eingriff steht. Der Zahnradsatz 60 definiert somit einen
sechsten Kraftübertragungsweg,
der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um ein sechstes
Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Wie gesehen, sind das dritte Antriebszahnrad 70 und das
vierte Antriebszahnrad 74 auf einer Flanschwelle 82 befestigt
oder einstöckig
mit dieser gebildet, um eine zusammengesetzte Zahnradanordnung 84 zu
bilden. Die Flanschwelle 82 ist an der Antriebswelle 14 befestigt
(d.h. kerbverzahnt). Schließlich
enthält
das Getriebe 10 ferner einen in Dauereingriff stehenden
Rücklaufzahnradsatz
zum Einstellen eines Rückwärts-Übersetzungsverhältnisses,
der ein Rücklaufzahnrad 86 enthält, das
drehbar auf der zweiten Zwischenwelle 26 gelagert ist und
mit dem ersten Gangrad 64 in Dauereingriff steht. Der Rücklaufzahnradsatz
definiert einen siebten Kraftübertragungsweg,
der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um das Rückwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Anordnung
sind die sechs Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse
sequentiell mit der Anzahl der Zähne
für jedes
Zahnradbauteil, die in der folgenden Tabelle aufgelistet ist:
| Zahnradbauteil | Anzahl
der Zähne |
| Endantriebszahnrad 42 | 111 |
| erstes Übertragungszahnrad 46 | 27 |
| zweites Übertragungszahnrad 48 | 17 |
| erstes
Antriebszahnrad 62 | 23 |
| erstes
Gangrad 64 | 71 |
| zweites
Antriebszahnrad 66 | 33 |
| zweites
Gangrad 68 | 62 |
| drittes
Antriebszahnrad 70 | 53 |
| drittes
Gangrad 72 | 41 |
| viertes
Antriebszahnrad 74 | 57 |
| viertes
Gangrad 76 | 34 |
| fünftes Gangrad 78 | 40 |
| sechstes
Gangrad 80 | 35 |
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Wie bekannt ist, können die
in Eingriff stehenden Zahnradsätze
ausgewählt
werden, um alternative Übersetzungsverhältnisse
bereitzustellen, die für
unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten
des Getriebes benötigt
werden.
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Als Mittel zum Einstellen der verschiedenen
Vorwärts-
und Rückwärts-Übersetzungsverhältnisse durch
wahlweises Ineingriffbringen einer der sechs verfügbaren Kraftübertragungswege
ist jedem Zahnradsatz eine Synchronisierkupplung zugeordnet. Insbesondere
ist eine erste Synchronisierkupplung 88 wirkungsmäßig zwischen
dem ersten und zweiten Gangrad 64 und 68 angeordnet
und enthält
eine auf der ersten Zwischenwelle 20 befestigte Nabe 90,
eine Schaltmuffe 92, die so angebracht ist, dass sie sich
mit der Nabe 86 dreht und auf dieser axial verschiebbar
ist, und ein Paar geeignete Synchronisiereinrichtungen 94,
die zwischen der Schaltmuffe 92 und den Gangrädern 64 und 68 angeordnet
sind. Die erste Synchronisierkupplung 88 ist eine doppeltwirkende
Synchronisierkupplung, so dass eine axiale Bewegung der Schaltmuffe 92 in
eine erste Richtung aus ihrer dargestellten zentrierten neutralen
Stellung dazu geeignet ist, das erste Gangrad 64 mit der
ersten Zwischenwelle 20 zu koppeln, um das erste Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen,
bei dem das erste Übertragungszahnrad 46 das
Endantriebszahnrad 42 antreibt. Ferner ist die axiale Bewegung der
Schaltmuffe 92 in die entgegengesetzte Richtung aus ihrer
neutralen Stellung dazu geeignet, das zweite Gangrad 68 mit
der ersten Zwischenwelle 20 derart zu koppeln, dass das
erste Übertragungszahnrad 46 das Endantriebszahnrad 42 im
zweiten Vorwärts-Übersetzungsverhältnis antreibt.
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Zum Einstellen des dritten und des
vierten Übersetzungsverhältnisses
ist eine zweite Synchronisierkupplung 96 zwischen dem dritten
und dem vierten Gangrad 72 und 76 angeordnet und
enthält
eine auf der zweiten Zwischenwelle 26 befestigte Nabe 98,
eine Schaltmuffe 100, die so angebracht ist, dass sie sich
mit der Nabe 98 dreht und auf dieser axial verschiebbar
ist, und ein Paar Synchronisiereinrichtungen 102, die zwischen
der Schaltmuffe 96 und dem dritten und vierten Gangrad 72 und 76 angeordnet
sind. Wie gezeigt, ist ein Kupplungszahnrad 104 an dem
dritten Gangrad 72 und ein Kupplungszahnrad 106 an
dem vierten Gangrad 76 befestigt. Die zweite Synchronisierkupplung 96 ist
eine doppeltwirkende Synchronisierkupplung, so dass eine axiale
Bewegung der Schaltmuffe 100 in eine erste Richtung aus
ihrer dargestellten zentrierten neutralen Stellung dazu geeignet
ist, das Kupplungszahnrad 104 und das dritte Gangrad 72 mit
der zweiten Zwischenwelle 26 derart zu koppeln, dass das
zweite Übertragungszahnrad 48 das
Endantriebszahnrad 42 im dritten Vorwärts-Übersetzungsverhältnis antreibt.
Ferner ist die axiale Bewegung der Schaltmuffe 100 in die entgegengesetzte
Richtung aus ihrer neutralen Stellung dazu geeignet, das Kupplungszahnrad 106 und
das vierte Gangrad 76 mit der zweiten Zwischenwelle 26 derart
zu koppeln, dass das zweite Übertragungszahnrad 48 das
Endantriebszahnrad 42 im vierten Vorwärts-Übersetzungsverhältnis antreibt.
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Das fünfte und das sechste Vorwärts-Übersetzungsverhältnis wird
durch eine dritte Synchronisierkupplung 110 eingestellt,
die ebenfalls eine doppeltwirkende Synchronisierkupplung ist und
zwischen dem fünften
Gangrad 78 und dem sechsten Gangrad 80 angeordnet
ist. Die Synchronisierkupplung 110 enthält eine auf der ersten Zwischenwelle 20 befestigte
Nabe 112, eine Schaltmuffe 114, die so angeordnet
ist, dass sie sich mit der Nabe 112 dreht und axial auf
dieser verschiebbar ist, und ein Paar Synchronisiereinrichtungen 116, die
zwischen der Schaltmuffe 114 angeordnet sind, ein an dem
fünften
Gangrad 78 befestigtes Kupplungszahnrad 118 und
ein an dem sechsten Gangrad 80 befestigtes Kupplungszahnrad 120.
Eine Gleitbewegung der Schaltmuffe 114 aus ihrer dargestellten
zentrierten neutralen Stellung in eine erste Richtung ist dazu geeignet,
das Kupplungszahnrad 118 und das fünfte Gangrad 78 mit
der ersten Zwischenwelle 20 derart zu koppeln, dass das
erste Übertragungszahnrad 46 das
Endantriebszahnrad 42 im fünften Übersetzungsverhältnis antreibt.
Im Gegensatz dazu ist eine Gleitbewegung der Schaltmuffe 114 aus
ihrer neutralen Stellung in die entgegengesetzte Richtung dazu geeignet,
das Kupplungszahnrad 120 und das sechste Gangrad 80 mit
der ersten Zwischenwelle 20 derart zu koppeln, dass das
erste Übertragungszahnrad 46 das
Endantriebszahnrad 42 im sechsten Übersetzungsverhältnis antreibt.
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Das Rückwärts-Übersetzungsverhältnis wird
durch eine vierte Synchronisierkupplung 122 eingestellt, die
eine auf der zweiten Zwischenwelle 26 befestigte Nabe 124,
eine Schaltmuffe 126, die so angeordnet ist, dass sie sich
mit der Nabe 124 dreht und axial auf dieser verschiebbar
ist, und eine Synchronisiereinrichtung 128 enthält, die
zwischen der Schaltmuffe 126 und dem an dem Rücklaufzahnrad 86 befestigtem
Kupplungszahnrad 130 angeordnet ist. Eine Gleitbewegung
der Schaltmuffe 126 aus ihrer dargestellten neutralen Stellung
ist dazu geeignet, das Rücklaufzahnrad 86 mit
der zweiten Zwischenwelle 26 derart zu koppeln, dass das zweite Übertragungszahnrad 48 das
Endantriebszahnrad 42 im Rückwärts-Übersetzungsverhältnis und
in entgegengesetzter Richtung hinsichtlich der Drehrichtung des
während
der Vorwärtsübersetzung
beeinflussten Endantriebszahnrad 42 antreibt. Diese Richtungsumkehr
ergibt sich daraus, dass das Rücklaufzahnrad 82 durch
das erste Gangrad 64 angetrieben ist, welches wiederum
durch das Antriebszahnrad 62 angetrieben ist.
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Im ersten Vorwärtsgang wird Drehmoment von
der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die Elemente 62, 64, 92, 90, 20, 46 und 42 übertragen.
Im zweiten Vorwärtsgang
wird Drehmoment von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 66, 68, 92, 90, 20, 46 und 42 übertragen.
Im dritten Vorwärtsgang
wird Drehmoment von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 82, 70, 72, 100, 98, 26, 48 und 42 übertragen.
Im vierten Vorwärtsgang
wird Drehmoment von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 82, 74, 76, 100, 98, 26, 48 und 42 übertragen.
Im fünften
Vorwärtsgang wird
Drehmoment von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 82, 70, 78, 114, 112, 20, 46 und 42 übertragen.
Im sechsten Vorwärtsgang
wird Drehmoment von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 82, 74, 80, 114, 112, 20, 46 und 42 übertragen.
Im Rückwärtsgang
wird schließlich Drehmoment
von der Antriebswelle 14 auf das Differential 32 über die
Elemente 62, 64, 86, 126, 124, 26, 48 und 42 übertragen.
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2 ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der Wellen 14, 20, 26 und 40 sowie
der in Eingriff stehenden unterschiedlichen Zahnradsätze. Zusätzlich ist
in 3 ein Schaltschema
bzw. eine Ganganordnung für
das Getriebe 10 gezeigt. Offensichtlich kann jedes geeignete
Schaltsystem mit dem Getriebe 10 verwendet werden, das,
um die verschiedenen Vorwärts-
und Rückwärtsgänge einzustellen,
eine koordinierte Bewegung der Schaltmuffen 92, 100, 114 und 126 auf
eine Bewegung des Schalthebels (nicht dargestellt) hin bewirkt.