DE69711129T2

DE69711129T2 - Kompaktes Handschaltgetriebe

Info

Publication number: DE69711129T2
Application number: DE69711129T
Authority: DE
Inventors: Parvinder Ahluwalia; David Brown
Original assignee: New Venture Gear Inc
Current assignee: New Venture Gear Inc
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: ATE214792T1; DE69711129D1; AR007743A1; EP0821183A2; BR9704055A; MX9705531A; US5697250A; EP0821183A3; CA2211068C; CA2211068A1; EP0821183B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mehrgängige Handschaltgetriebe zur Verwendung in Kraftfahrzeugen. Genauer gesagt, ist die vorliegende Erfindung auf ein kompaktes Handschaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs gerichtet. Ein derartiges Getriebe ist in der EP-A-0 046 373 beschrieben.
Aufgrund der steigenden Käufernachfrage nach Kraftfahrzeugen 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. Beispielsweise beschreibt die EP-A-0 540 989 ein Getriebe ähnlich dem oben erwähnten Getriebe, bei dem eine Synchronisierkupplung wahlweise ein erstes oder ein zweites Gangrad und eine weitere Synchronisierkupplung wahlweise ein drittes oder ein viertes Gangrad koppelt.
Folglich besteht, während derartige herkömmliche Konstruktionen von Handschaltgetrieben den oben angesprochenen Forderungen nach kompakter Bauweise nachkommen sollen, noch immer ein Bedarf an der Entwicklung von kompakteren und robusteren Getrieben, welche die Anforderungen moderner Fahrzeuge mit Vorderradantrieb erfüllen können, d. h. eine breitere Auswahl an Übersetzungsverhältnissen, insbesondere zwischen dem dritten und dem fünften Übersetzungsverhältnis.
Die Erfindung erfüllt diese Anforderung durch ein Handschaltgetriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung hat einen Zahnradsatz, der das fünfte Antriebszahnrad enthält, welches direkt mit dem fünften Gangrad in Eingriff steht. Das fünfte Antriebszahnrad steht nur mit dem fünften Gangrad und nicht mit weiteren Gangrädern in Eingriff. Dieses Merkmal ermöglicht eine breitere Auswahl an Übersetzungsverhältnissen. Zudem steht bei der vorliegenden Erfindung das fünfte Gangrad mit dem Rücklaufzahnrad in Eingriff, und zwar an dem Umfang, der mit dem ersten Antriebszahnrad in Eingriff steht. Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Rücklaufzahnrads, was Einsparungen sowohl hinsichtlich der Fertigung als auch hinsichtlich des Gewichts ermöglicht, während gleichzeitig die Effizienz des Getriebes verbessert wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus dem Studium der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines fünfgängigen Handschaltgetriebes, das nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 2 eine teilweise Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten fünfgängigen Handschaltgetriebes;
Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die Anordnung von Wellen und Zahnrädern des in Fig. 1 gezeigten Getriebes zeigt; und
Fig. 4 ein Schaltschema für das in Fig. 1 gezeigte Getriebe.
Die Zeichnungen zeigen ein Handschaltgetriebe 10, das zur Verwendung in Kraftfahrzeugen mit Vorderradantrieb geeignet ist. Das Getriebe 10 ist eine Fünfgang-Anordnung, bei der alle Vorwärtsgänge und der Rückwärtsgang synchronisiert sind, und die dennoch kompakt gebaut ist, um einen kompakten Getriebekasten zu erhalten.
Wie insbesondere in Fig. 1 gezeigt, hat das Getriebe 10 ein Gehäuse 12, in dem eine Antriebswelle 14 durch Lager 16 und 18 um eine erste Achse "A" drehbar gelagert ist. Wie gewöhnlich, ist die Antriebswelle 14 geeignet, über eine geeignete handbetriebene Kupplung (nicht dargestellt) durch den Kraftfahrzeugmotor angetrieben zu werden. Das dargestellte Getriebe 10 hat außerdem eine erste angetriebene Welle oder Zwischenwelle 20, die durch die Lager 22 und 24 um eine zweite Achse "B" drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist, eine zweite angetriebene Welle oder Zwischenwelle 26, die durch die Lager 28 und 30 um eine dritte Achse "C" drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist, sowie ein Differential 32, das durch die Lager 34 und 36 um eine vierte Achse "D" drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist. Wie gewöhnlich, enthält der Ausgang des Differentials 32 ein Paar axial ausgerichtete Seitenzahnräder 38, an denen Halbwellen 40 befestigt sind, um das Differential 32 mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Den Eingang zu dem Differential 32 bildet ein Endantriebszahnrad 42, das an dem Differentialkäfig 44 befestigt ist und mit einem auf der ersten Zwischenwelle 20 befestigen ersten Übertragungszahnrad 46 sowie mit einem auf der zweiten Zwischenwelle 26 befestigten zweiten Übertragungszahnrad 48 in Dauereingriff steht. Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 1 eine sogenannte "abgewickelte" Schnittansicht ist, in der die Wellen 14, 20, 26 und 40 alle in ein und derselben Ebene angeordnet sind. In der Realität sind diese Wellen jedoch in kompakter Weise parallel zueinander angeordnet, wobei keine drei Wellen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, wie in Fig. 3 dargestellt. Auf diese Weise können die Mittenabstände zwischen den Wellen effektiv minimiert werden.
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 fünf Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse sowie ein Rückwärts-Übersetzungsverhältnis 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 dient der Zahnradsatz 52 dazu, einen zweiten Kraftübertragungsweg zu definieren, 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 ersten Zwischenwelle 20 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 ersten Zwischenwelle 20 gelagerten vierten Gangrad 76 in Dauereingriff steht. Somit dient der Zahnradsatz 56 dazu, einen vierten Kraftübertragungsweg zu definieren, der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um ein viertes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen. Der Zahnradsatz 58 enthält ein auf der Antriebswelle 14 befestigtes fünftes Antriebszahnrad 78, das mit einem drehbar auf der zweiten Zwischenwelle 26 gelagerten fünften Gangrad 80 in Dauereingriff steht. Der Zahnradsatz 58 dient dazu, einen fünften Kraftübertragungsweg zu definieren, der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um ein fünftes Vorwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen. Schließlich enthält der Zahnradsatz 60 ein drehbar auf der zweiten Zwischenwelle 26 gelagertes Rücklaufzahnrad 82, das mit dem ersten Antriebszahnrad 64 in Dauereingriff steht. Der Zahnradsatz 60 definiert einen sechsten Kraftübertragungsweg, der wahlweise in Eingriff gebracht werden kann, um das Rückwärts-Übersetzungsverhältnis einzustellen.
Als Mittel zum Einstellen der verschiedenen Vorwärts-Übersetzungsverhältnisse und des Rückwärts-Übersetzungsverhältnisses durch wahlweises Aktivieren eines der verfügbaren Kraftübertragungswege, ist jedem Zahnradsatz eine Synchronisierkupplung zugeordnet. Insbesondere ist eine erste Synchronisierkupplung 84 wirkungsmäßig zwischen dem ersten und dem zweiten Gangrad 64 und 68 angeordnet und enthält eine auf der ersten Zwischenwelle 20 befestigte Nabe 86, eine Schaltmuffe 88, die so angebracht ist, daß sie sich mit der Nabe 86 dreht und auf dieser in axialer Richtung verschiebbar ist, und ein Paar geeignete Sperr-Synchronisiereinrichtungen 90, die zwischen der Schaltmuffe 88 und dem Gangrad 64 bzw. dem Gangrad 68 angeordnet sind. Die erste Synchronisierkupplung 84 ist eine doppeltwirkende Synchronisierkupplung, so daß eine Vorwärtsbewegung der Schaltmuffe 88 in axialer Richtung aus ihrer dargestellten zentrierten neutralen Stellung 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. Außerdem ist eine Rückwärtsbewegung der Schaltmuffe 88 in axialer Richtung aus ihrer neutralen Stellung geeignet, das zweite Gangrad 68 mit der ersten Zwischenwelle 20 zu koppeln, so daß das erste Übertragungszahnrad 46 das Endantriebszahnrad 42 mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis antreibt.
Zum Einstellen des dritten und des vierten Übersetzungsverhältnisses ist eine zweite Synchronisierkupplung 92 zwischen dem dritten und dem vierten Gangrad 72 und 76 angeordnet und enthält eine auf der ersten Zwischenwelle 20 befestigte Nabe 94, eine Schaltmuffe 96, die so angebracht ist, daß sie sich mit der Nabe 94 dreht und auf dieser in axialer Richtung verschiebbar ist, und ein Paar geeignete Sperr-Synchronisiereinrichtungen 98, die zwischen der Schaltmuffe 96, dem dritten Gangrad 70 und einem an dem vierten Gangrad 76 befestigten Kupplungszahnrad 100 angeordnet sind. Die zweite Synchronisierkupplung 92 ist eine doppeltwirkende Synchronisierkupplung, so daß eine Vorwärtsbewegung der Schaltmuffe 96 in axialer Richtung aus ihrer dargestellten zentrierten neutralen Stellung geeignet ist, das dritte Gangrad 72 mit der ersten Zwischenwelle 20 zu koppeln, so daß das Übertragungszahnrad 40 das Endantriebszahnrad 42 im dritten Vorwärts-Übersetzungsverhältnis antreibt. Außerdem ist eine Rückwärtsbewegung der Schaltmuffe 96 in axialer Richtung aus ihrer zentrierten neutralen Stellung geeignet, das vierte Gangrad 76 mit der ersten Zwischenwelle 20 zu koppeln, so daß das erste Übertragungszahnrad 46 das Endantriebszahnrad 42 mit dem vierten Übersetzungsverhältnis antreibt.
Das fünfte Vorwärts-Übersetzungsverhältnis und das Rückwärts-Übersetzungsverhältnis werden über eine vierte Synchronisierkupplung 102 eingestellt, ebenfalls eine doppeltwirkende Synchronisierkupplung, die zwischen dem fünften Gangrad 80 und dem Rücklaufzahnrad 82 angeordnet ist. Die Synchronisierkupplung 102 enthält eine auf der zweiten Zwischenwelle 26 befestigte Nabe 102, eine Schaltmuffe 106, die so angeordnet ist, daß sie sich mit der Nabe 104 dreht und auf dieser in axialer Richtung verschiebbar ist, sowie ein Paar Sperr-Synchronisiereinrichtungen 108, die zwischen der Schaltmuffe 114, dem Rücklaufzahnrad 82 und einem an dem fünften Gangrad 80 befestigten Kupplungszahnrad 110 angeordnet sind. Eine Schiebebewegung rückwärts der Schaltmuffe 106 aus ihrer dargestellten zentrierten neutralen Stellung ist geeignet, das Kupplungszahnrad 110 und das fünfte Gangrad 80 mit der zweiten Zwischenwelle 26 zu koppeln, so daß das zweite Übertragungszahnrad 48 das Endantriebszahnrad 42 mit dem fünften Übersetzungsverhältnis antreibt. Dagegen bewirkt eine Schiebebewegung vorwärts der Schaltmuffe 106 aus ihrer neutralen Stellung das Koppeln mit dem Rücklaufzahnrad 82, so daß das Rücklaufzahnrad 82 lösbar mit der zweiten Zwischenwelle 26 gekoppelt ist. Somit treibt das zweite Übertragungszahnrad 48 das Endantriebszahnrad 42 mit dem Rückwärts-Übersetzungsverhältnis in gegenüber der normalen Drehrichtung des Endantriebszahnrads 42 beim Vorwärtsbetrieb entgegengesetzter Richtung an. Diese Richtungsumkehr ergibt sich daraus, daß das Rücklaufzahnrad 82 durch das erste Gangrad 64 angetrieben wird, welches seinerseits durch das erste Antriebszahnrad 62 angetrieben wird.
Im ersten Vorwärtsgang wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 62, 64, 88, 86, 20, 46 und 42 abgegeben. Im zweiten Vorwärtsgang wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 66, 68, 88, 86, 20, 46 und 42 abgegeben. Im dritten Vorwärtsgang wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 70, 72, 96, 94, 20, 46 und 42 abgegeben. Im vierten Vorwärtsgang wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 74, 76, 96, 94, 20, 46 und 42 abgegeben im fünften Vorwärtsgang wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 78, 80, 106, 104, 26, 48 und 42 abgegeben. Im Rückwärtsgang schließlich wird Drehkraft von der Antriebswelle 14 an das Differential 32 über die Elemente 62, 64, 82, 106, 104, 26, 48 und 42 abgegeben.
Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Anordnung der Wellen 14, 20, 26 und 40 sowie des Eingriffs der verschiedenen Zahnradsätze. Außerdem ist in Fig. 4 ein Schaltschema für das Getriebe 10 gezeigt. Selbstverständlich kann bei dem Getriebe 10 jegliches geeignete Schaltsystem verwendet werden, das jede der Schaltmuffen 88, 96 und 106 zwecks koordinierter Bewegung zum Einstellen der verschiedenen Vorwärtsgänge und des Rückwärtsgangs mit einem Schalthebel (nicht dargestellt) koppelt.

Claims

1. Handschaltgetriebe mit einer Antriebswelle (14);

einer ersten Zwischenwelle (20) mit einem fest mit ihr verbundenen ersten Übertragungszahnrad (46);

einem fest mit der Antriebswelle (14) verbundenen ersten Antriebszahnrad (62);

einem ersten Gangrad (64), das drehbar an der ersten Zwischenwelle (20) gelagert ist und mit dem ersten Antriebszahnrad (62) in Eingriff steht;

einem fest mit der Antriebswelle (14) verbundenen zweiten Antriebszahnrad (66);

einem zweiten Gangrad (68), das drehbar an der ersten Zwischenwelle (20) gelagert ist und mit dem zweiten Antriebszahnrad (66) in Eingriff steht;

einer ersten Synchronisierkupplung (84) zum wahlweisen Koppeln des ersten Gangrads (64) oder eines anderen Gangrads (68) mit der ersten Zwischenwelle (20);

einem fest mit der Antriebswelle (14) verbundenen dritten Antriebszahnrad (70);

einem dritten Gangrad (72), das drehbar an der ersten Zwischenwelle (20) gelagert ist und mit dem dritten Antriebszahnrad (70) in Eingriff steht;

einem fest mit der Antriebswelle (14) verbundenen vierten Antriebszahnrad (74);

einem vierten Gangrad (76), das drehbar an der ersten Zwischenwelle (20) gelagert ist und mit dem vierten Antriebszahnrad (74) in Eingriff steht; einer zweiten Synchronisierkupplung (92) zum wahlweisen Koppeln des vierten Gangrads (76) oder eines anderen Gangrads mit der ersten Zwischenwelle (20);

einer zweiten Zwischenwelle (26) mit einem fest mit ihr verbundenen zweiten Übertragungszahnrad (48);

einem fest mit der Antriebswelle (14) verbundenen fünften Antriebszahnrad (78);

einem fünften Gangrad (80), das drehbar an der zweiten Zwischenwelle (26) gelagert ist und mit dem fünften Antriebszahnrad (78) in Eingriff steht;

einem Rücklaufzahnrad (82), das drehbar an der zweiten Zwischenwelle (26) gelagert ist und mit dem ersten Gangrad (64) in Eingriff steht;

einer dritten Synchronisierkupplung (102) zum wahlweisen Koppeln des fünften Gangrads (80) oder des Rücklaufzahnrads (82) mit der zweiten Zwischenwelle (26); und

einem Endantriebszahnrad (42), das mit dem ersten (46) und dem zweiten (48) Übertragungszahnrad in Eingriff steht;

dadurch gekennzeichnet, daß

a) das andere Zahnrad, welches die erste Synchronisierkupplung (84) wahlweise koppelt, das zweite Gangrad (68) ist,

b) das andere Zahnrad, welches die zweite Synchronisierkupplung (92) wahlweise koppelt, das dritte Gangrad (72) ist,

c) das Antriebszahnrad, mit dem das fünfte Gangrad (80) in Eingriff steht, ein fest mit der Antriebswelle (14) verbundenes fünftes Antriebszahnrad (78) ist,

d) das fünfte Gangrad (80) ausschließlich mit dem fünften Antriebszahnrad (78) in direktem Eingriff steht, und

e) das Rücklaufzahnrad (82) mit dem ersten Gangrad (64) an dem Umfang in direktem Eingriff steht, der mit dem ersten Antriebszahnrad (62) in Eingriff steht.

2. Handschaltgetriebe nach Anspruch 1, das ferner ein von dem Endantriebszahnrad (42) angetriebenes Differentialgetriebe (32) enthält.

3. Handschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Synchronisierkupplung (84) eine erste Schaltmuffe (88) hat, die derart montiert ist, daß sie mit der ersten Zwischenwelle (20) drehbar und aus einer neutralen Stellung in eine erste Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines ersten Vorwärts-Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem ersten Gangrad (64) in Eingriff zu treten, und wobei die erste Schaltmuffe (88) aus ihrer neutralen Stellung in eine zweite Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines zweiten Vorwärts-Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem zweiten Gangrad (68) in Eingriff zu treten.

4. Handschaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die zweite Synchronisierkupplung (92) eine zweite Schaltmuffe (96) hat, die derart montiert ist, daß sie mit der ersten Zwischenwelle (20) drehbar und aus einer neutralen Stellung in eine erste Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines dritten Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem dritten Gangrad (72) in Eingriff zu treten, und wobei die zweite Schaltmuffe (96) aus ihrer neutralen Stellung in eine zweite Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines vierten Vorwärts-Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem vierten Gangrad (76) in Eingriff zu treten.

5. Handschaltgetriebe nach Anspruch 4, wobei die dritte Synchronisierkupplung (102) eine dritte Schaltmuffe (106) hat, die so montiert ist, daß sie mit der zweiten Zwischenwelle (26) drehbar und aus einer neutralen Stellung in eine erste Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines fünften Vorwärts- Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem fünften Gangrad (80) in Eingriff zu treten, und wobei die dritte Schaltmuffe (106) aus der neutralen Stellung in eine zweite Richtung bewegbar ist, um zum Einstellen eines Rückwärts-Übersetzungsverhältnisses wahlweise mit dem Rücklaufzahnrad (82) in Eingriff zu treten.