Fahrzeuggetriebe mit zwei Vorgelegewellen
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeuggetriebe mit zwei Vorgelegewellen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise sind in konstruktiver Hinsicht und ganz besonders mit Rücksicht auf den Preis eine sehr günstige Getriebelösung. Sie besitzen in der Regel je eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle sowie eine zu diesen parallel angeordnete Vorgelegewelle. Der Kraftfluß fließt über einen Radsatz von der Antriebswelle auf die Vorgelegewelle und von dort über einen weiteren Radsatz auf die Abtriebswelle. Einer der Radsätze, der bei allen Gängen beteiligt ist, besitzt zwei Festräder, die miteinander kämmen und jeweils auf der Vorgelegewelle bzw. der Antriebswelle oder der Abtriebswelle sitzen. Der andere Radsatz besitzt ein Losrad und ein Festrad. Er ist jeweils einem Gang zugeordnet. Der Radsatz für den Rückwärtsgang besitzt außerdem ein Zwischenrad, das einerseits mit dem Losrad und andererseits mit dem Festrad kämmt und so für eine Drehrichtungsumkehr sorgt. In der Regel sitzen die Festräder für die Vorwärtsgänge und den Rückwärtsgang auf der Vorgelegewelle, während die Losräder auf der Antriebswelle oder Abtriebswelle gelagert sind und durch Schaltkupplungen mit der jeweiligen Welle gekoppelt werden können.
Um einen Fahrzeugmotor während der Fahrt im optimalen Betriebsbereich betreiben zu können, sind Getriebe mit vielen Gängen wünschenswert, wobei die Stufensprünge zwischen den einzelnen Gängen vom höchsten Gang zum niedrigsten Gang progressiv ansteigen sollen. Dadurch wird erreicht, dass
der Fahrer im Bereich, in dem am meisten gefahren wird, durch ein feine Abstufung eine bessere Anpassungsmöglichkeit besitzt. Ferner soll der gesamte Übersetzungsbereich zwischen dem ersten und höchsten Gang trotz einer geringen Gangzahl möglichst groß sein.
Um diese Forderungen zu erfüllen, sind mehrgängige Getriebe in Vorgelegebauweise bekannt, die neben einem konstanten Radsatz und einem Wendesatz für jeden Vorwärtsgang einen Radsatz benötigen. Es ist auch ein Sechsgang-Vorge- legegetriebe für Lastkraftwagen bekannt, Konstruktionsbücher Band 26, Johannes Loomann, Zahnradgetriebe, 1970 Springer-Verlag Berlin, Seite 4, bei dem ein konstanter Radsatz auf der Antriebsseite des Getriebes angeordnet ist. Das auf der Antriebswelle sitzende Festrad dieses Radsatzes kann über ein Schaltelement mit der Abtriebswelle gekoppelt werden, wodurch die Abtriebswelle direkt mit der Antriebswelle verbunden ist und somit einen direkten sechsten Gang bildet. Der Wenderadsatz für den Rückwärtsgang liegt auf der Abtriebsseite des Getriebes. Ein solches Getriebe benötigt für sechs Vorwärtsgänge nur fünf Radsätze.
Es ist ferner ein Zehnganggetriebe bekannt, Konstruktionsbücher Band 26 a.a.O., Seite 186 bis 187, das eine Hauptgetriebegruppe mit fünf Gängen und eine nachgeschaltete Zusatzgetriebegruppe mit zwei Gängen aufweist. Das Eingangsdrehmoment wird durch jeweils einen konstanten Radsatz auf zwei Vorgelegewellen verteilt, die parallel zu einer Antriebs- und Abtriebswelle angeordnet sind. Auf einer Hauptwelle ist für jeden Gang der Hauptgetriebegruppe ein Losrad gelagert, das mittels einer pneumatisch betätigten Synchronkupplung mit der Hauptwelle koppelbar ist und mit jeweils einem Festrad auf den beiden Vorgelegewellen kämmt.
Durch die Leistungsteilung kann das Getriebegehäuse flach und breit gebaut werden, was für die Bodenfreiheit eines Fahrzeugs vorteilhaft ist. Allerdings erfordert die Leistungsteilung Maßnahmen zum Lastausgleich zwischen den Wellen bzw. Zahnrädern, damit die im Leistungsfluß liegenden Bauteile des Getriebes gleichmäßig belastet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes, relativ kurzes Fahrzeuggetriebe in Vorgelegebauweise zu schaffen, das im Wesentlichen die oben genannten Forderungen erfüllt. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen-.
Nach der Erfindung sitzen die Festräder der schaltbaren Radsätze auf der Antriebswelle oder Abtriebswelle, je nachdem ob die konstanten Radsätze antriebsseitig oder ab- triebsseitig angeordnet sind. Mindestens ein Festrad kämmt mit einem Losrad auf einer ersten Vorgelegewelle und mit einem Losrad auf der zweiten Vorgelegewelle, wobei jedes Losrad einem Gang zugeordnet ist. Somit können in einer Radebene zwei Radsätze für zwei Gänge angeordnet werden, die ein gemeinsames Festrad haben. Da keine Leistungsverzweigung vorliegt, brauchen keine Maßnahmen zum Lastausgleich getroffen zu werden. Die beiden konstanten Radsätze werden zweckmäßigerweise ebenfalls in einer Ebene angeordnet, wobei ihre auf den Vorgelegewellen sitzenden Festräder mit einem gemeinsamen Festrad auf der Antriebswelle oder Abtriebswelle kämmen, je nachdem wo die konstanten Radsätze angeordnet sind.
Je nach Getriebeaufbau können ein oder mehrere Festräder auf der Antriebswelle oder Abtriebswelle mit zwei Los-
rädern kämmen, die auf verschiedenen Vorgelegewellen gelagert sind. Zwei Gänge können somit durch zwei Radsätze dargestellt werden, die ein gemeinsames Festrad besitzen, wodurch sich die Teilevielfalt reduziert. Da die beiden Radsätze für zwei Gänge in einer Radebene liegen, baut das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe sehr kurz und kompakt. Es kann auch flach ausgelegt werden, indem die beiden Vorgelegewellen diametral zu der Antriebswelle bzw. Abtriebswelle angeordnet werden.
So kann ein kurz bauendes Fahrzeuggetriebe mit sieben Vorwärtsgängen realisiert werden, indem das erste Losrad des ersten Radsatzes und das zweite Losrad des zweiten Radsatzes ein gemeinsames erstes Festrad, das dritte Losrad des dritten Radsatzes und das vierte Losrad des vierten Radsatzes ein gemeinsames zweites Festrad und das fünfte Losrad des fünften Radsatzes und das sechste Losrad des sechsten Radsatzes ein gemeinsames drittes Festrad haben. Ein siebter Radsatz für den siebten Gang sowie ein Wenderadsatz für den Rückwärtsgang sind in einer eigenen Radebene angeordnet, so dass für das Getriebe insgesamt nur sechs Radebenen notwendig sind.
In vorteilhafter Weise besitzen die Radsätze folgende Übersetzungen, und zwar der erste Radsatz von 2.56, der zweite Radsatz von 4.00, der dritte Radsatz von 0.85, der vierte Radsatz von 1.60, der fünfte Radsatz von 0.40, der sechste Radsatz von 0.96, der siebte Radsatz 0.80 sowie der erste konstante Radsatz von 3.50 und der zweite konstante Radsatz von 1.25 sowie der Wenderadsatz von 2.37. Dabei ist der erste konstante Radsatz dem ersten, dritten und fünften Radsatz sowie dem Wenderadsatz zugeordnet, während die übrigen Radsätze dem zweiten konstanten Radsatz zugeordnet
sind. Mit den angegebenen Übersetzungen wird vom sechsten bis zum ersten Gang eine Gangabstufung mit progressiven Stufensprüngen erzielt.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Fahrzeuggetriebe in fünf Radebenen mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zu realisieren. Zweckmäßigerweise erhalten die Radsätze ungefähr folgende Übersetzungen, und zwar der erste Radsatz von 2.27, der zweite Radsatz von 7.28, der dritte Radsatz von 1.25, der vierte Radsatz von 4.73, der fünfte Radsatz von 0.34, der sechste Radsatz von 2.43, der erste konstante Radsatz, der dem ersten, zweiten, fünften Radsatz und Wenderadsatz zugeordnet ist, von 4.00 und der zweite konstante Radsatz, der den übrigen Radsätzen zugeordnet ist von 0.41 sowie der Wenderadsatz von 2.08. Auch bei diesen Übersetzungen wird eine Gangabstufung vom sechsten zum ersten Gang mit progressiven Stufensprüngen erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeuggetriebe mit sechs Gängen vorgeschlagen, wobei der sechste Gang als direkter Gang ausgebildet ist. Dabei sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial angeordnet und mittels einer Schaltkupplung im sechsten Gang koppelbar. Das Fahrzeuggetriebe kommt mit fünf Radebenen aus, wobei der erste Radsatz und der zweite Radsatz sowie der dritte Radsatz und der vierte Radsatz ein gemeinsames Festrad besitzen und somit jeweils zwei Radsätze in einer Radebene liegen, während der Wenderadsatz und der fünfte Radsatz eine eigene Radebene beanspruchen.
Für diesen Getriebeaufbau sind folgende Übersetzungen der Radsätze vorteilhaft, und zwar für den ersten Radsatz
von 1.72, den zweiten Radsatz von 5.45, den dritten Radsatz von 0.96, für den vierten Radsatz von 3.64, für den fünften Radsatz von 0.96, für den ersten konstanten Radsatz, der dem ersten und zweiten Radsatz sowie dem Wenderadsatz zugeordnet ist, von 5.20 und der zweite konstante Radsatz, der den übrigen Radsätzen zugeordnet ist, von 0.55 sowie für den Wenderadsatz von 1.59. Auch hierbei wird eine progressive Gangabstufung erzielt mit Stufensprüngen zwischen 1.37 und 1.77.
Die Übersetzung der einzelnen Radsätze ist in Antriebsrichtung zu verstehen, und zwar gibt sie das Drehzahlverhältnis der getriebenen Welle zur antreibenden Welle wieder.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes mit sieben Vorwärtsgängen,
Fig. 2 eine tabellarische Aufstellung der Einzelübersetzungen der Radsätze des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 1,
Fig. 3 eine tabellarische Schaltlogik des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Zahnradgetriebes mit sechs Vorwärtsgängen,
Fig. 5 eine tabellarische Aufstellung der Einzelübersetzungen der Radsätze des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 4,
Fig. 6 eine tabellarische Schaltlogik des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 4,
Fig. 7 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen
Zahnradgetriebes mit fünf Vorwärtsgängen und einem direkten Gang,
Fig. 8 eine tabellarische Aufstellung der Einzelübersetzungen der Radsätze des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 7 und
Fig. 9 eine tabellarische Schaltlogik des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 7.
Das Fahrzeuggetriebe nach Fig. 1 besitzt sieben Vorwärtsgänge 1 bis 7 und einen Rückwärtsgang R. Es benötigt dafür sieben schaltbare Radsätze I bis VII für die Vorwärtsgänge 1 bis 7 und einen Wenderadsatz W sowie zwei konstante Radsätze KI und KII. Die konstanten Radsätze KI und KII sind abtriebsseitig angeordnet, wobei ein gemeinsames Festrad 18 auf einer Abtriebswelle 9 befestigt ist und mit zwei Festrädern 19 und 20 kämmt, die auf einer ersten Vorgelegewelle 10 bzw. einer zweiten Vorgelegewelle 11 sitzen.
Auf einer Antriebswelle 8 sitzen ein erstes bis fünftes Festrad 13 bis 17 der schaltbaren Radsätze I bis VII und W. Ein erstes Losrad 22 des ersten Radsatzes I ist auf der ersten Vorgelegewelle 10 drehbar gelagert und kämmt zusammen mit einem zweiten Losrad 23 des zweiten Radsatzes II auf der zweiten Vorgelegewelle 11 mit dem gemeinsamen ersten Festrad 13. In gleicher Weise besitzt der dritte Radsatz III ein drittes Losrad 24 auf der ersten Vorgelege-
welle 10 und der vierte Radsatz -IV ein viertes Losrad 25 auf der zweiten Vorgelegewelle 11, wobei die Losräder 24, 25 mit dem gemeinsamen zweiten Festrad 14 kämmen. In gleicher Weise sind der fünfte Radsatz V und der sechste Radsatz VI in einer Radebene angeordnet, indem ein fünftes Losrad 26 auf der ersten Vorgelegewelle 10 und ein sechstes Losrad 27 auf der zweiten Vorgelegewelle 11 mit dem gemeinsamen dritten Festrad 15 kämmen. Der siebte Radsatz VII wird durch das vierte Festrad 16 auf der Antriebswelle 8 und einem siebten Losrad 28 auf der zweiten Vorgelegewelle 11 gebildet. Der Wenderadsatz W besteht aus dem fünften Festrad 17 auf der Antriebswelle 8, einem Zwischenrad 21 sowie aus einem achten Losrad 29 auf der ersten Vorgelegewelle 10. Die Antriebswelle 8, die beiden Vorgelegewellen 10, 11 und die Abtriebswelle 9 sind in Lagern 12 eines nicht näher dargestellten Getriebegehäuses gelagert. Die Losräder 22 bis 29 sind mittels Schaltkupplungen a bis h mit der ersten Vorgelegewelle 10 bzw. zweiten Vorgelegewelle 11 koppelbar.
Fig. 3 zeigt eine Schaltlogik, aus der hervorgeht, welche Schaltkupplung a bis h in dem jeweiligen Gang 1 bis 7 und R geschaltet ist, und zwar ist die erste Schaltkupplung a dem ersten Radsatz I zugeordnet und schaltet den ersten Gang 1. Für die übrigen Schaltkupplungen b bis g und den Radsätzen II bis VII gilt Entsprechendes. Die achte Schaltkupplung h ist dem Wenderadsatz W zugeordnet und schaltet den Rückwärtsgang R.
Aus Fig. 2 gehen die Übersetzungen i der einzelnen Radsätze I bis VII, KI, KII und W hervor. Die Übersetzung i ist in Antriebsrichtung zu sehen und entspricht dem Drehzahlverhältnis der angetriebenen Welle zur antreibenden
Welle. So entspricht die Übersetzung i des ersten Radsatzes I dem Drehzahlverhältnis des ersten Losrads 22 zum ersten Festrad 13, während die Übersetzung i des ersten konstanten Radsatzes KI dem Drehzahlverhältnis des sechsten Festrads 18 zum siebten Festrad 19 entspricht. Aus dem Produkt der Einzelübersetzungen i der Radsätze I bis VII, KI, KII und W, über die der Leistungsfluß bei dem jeweils geschalteten Gang 1 bis 7 und R geführt wird, ergibt die Getriebeübersetzung u in dem jeweils geschalteten Gang 1 bis 7 und R entsprechend der vorletzten Spalte in Fig. 3. Aus der letzten Spalte der gleichen Fig. ergibt sich der Stufensprung φ, der vom sechsten Gang 6 zum ersten Gang 1 progressiv ansteigt.
Das Fahrzeuggetriebe nach Fig. 4 unterscheidet sich von dem Fahrzeuggetriebe nach Fig. 1 vor allem dadurch, dass der siebte Radsatz VII mit der siebten Schaltkupplung g entfallen ist, der Wenderadsatz W antriebsseitig angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt für das Fahrzeuggetriebe nach Fig. 4 eine ähnliche Schaltlogik wie Fig. 3 für das Fahrzeuggetriebe nach Fig. 1, wobei die erste Schaltkupplung a dem ersten Radsatz I, usw. zugeordnet ist. Die Schaltkupplung e ist dem Radsatz VI und die Schaltkupplung f dem Radsatz V zugeordnet. Die zweckmäßigen Einzelübersetzungen i für die einzelnen Radsätze I bis VI und W nach Fig. 5 ergeben Getriebeübersetzungen u entsprechend der vorletzten Spalte in Fig. 6, aus denen sich wiederum Stufensprünge ergeben, die vom sechsten Gang 6 zum ersten Gang 1 in progressiver Weise von 1.36 nach 1.82 zunehmen. Eine Progression der Stufensprünge φ ist in bekannter Weise für Fahrzeuggetriebe besonders vorteilhaft, um bei einer großen Getriebespreizung,
z. B. von neun zu eins, in den oberen Gängen eine feine Abstufung zu erhalten, durch die die Motordrehzahlen in diesen Fahrbereichen der Fahrzeuggeschwindigkeit gut an- passt werden können.
Das Fahrzeuggetriebe nach Fig. 7 besitzt eine zur Antriebswelle 8 koaxial angeordnete Abtriebswelle 9, die über eine sechste Schaltkupplung f mit der Antriebswelle 8 koppelbar ist und damit einen direkten sechsten Gang 6 bildet. Bei diesem Fahrzeuggetriebe sind der erste Radsatz I, der dritte Radsatz III, der Wenderadsatz W und der erste konstante Radsatz KI der ersten Vorgelegewelle 10 zugeordnet, während der zweite Radsatz II, der vierte Radsatz IV, der fünfte Radsatz V und der zweite konstante Radsatz KII der zweiten Vorgelegewelle 11 zugeordnet sind. Der Wenderadsatz W ist zwischen den Radsätzen I bis V für die Vorwärtsgänge 1 bis 5 und den konstanten Radsätzen KI und KII angeordnet.
Die zweckmäßigen Einzelübersetzungen i für die einzelnen Radsätze I bis V und W des Fahrzeuggetriebes nach Fig. 7 sind in Fig. 8 dargestellt. Sie ergeben in gleicher Weise wie bei den zuvor beschriebenen Fahrzeuggetrieben nach Fig. 1 und Fig. 4 eine Schaltlogik nach Fig. 9 mit Getriebeübersetzungen u in einzelnen Gängen 1 bis 6 und R, zu denen Stufensprünge φ gemäß der letzten Spalte in Fig. 9 gehören.
Die Ausführungsbeispiele zeigen, dass das erfindungsgemäße Konzept zahlreiche Varianten zulässt, wobei die angegebenen Übersetzungen i vorteilhafte Übersetzungen sind, die aber im Rahmen der Erfindung auch abgeändert werden können. Ferner ist es möglich, das erfindungsgemäße Prinzip
auf Getriebekonzepte anzuwenden, die mehr als Vorgelegewellen 10, 11 besitzen, so dass mehrere Radsätze für mehrere Gänge in einer Radebene angeordnet werden können. Da eine mechanische Betätigung der Schaltkupplungen a bis h und m mit mechanischen Schaltelementen nur schwierig zu realisierten ist, empfiehlt es sich, die Schaltkupplungen a bis h und m durch Hilfskraft, hydraulisch, pneumatisch, elektrisch zu betätigen. Diese Art der Betätigung eignet sich besonders zur Automatisierung der Schaltabläufe in Abhängigkeit von Fahr-, Umgebungs- und Betriebsparametern sowie deren Ableitungen nach der Zeit.
Bezugszeichen
1 erster Gang 28 siebtes Losrad
2 zweiter Gang 29 achtes Losrad
3 dritter Gang
4 vierter Gang R Rückwärtsgang
5 fünfter Gang a erste Schaltkupplung
6 sechster Gang b zweite Schaltkupplung
7 siebter Gang c dritte Schaltkupplung
8 Antriebswelle d vierte Schaltkupplung
9 Abtriebswelle e fünfte Schaltkupplung
10 erste Vorgelegewelle f sechste Schaltkupplung
11 zweite Vorgelegewelle g siebte Schaltkupplung
12 Lager h achte Schaltkupplung
13 erstes Festrad
14 zweites Festrad I erster Radsatz
15 drittes Festrad II zweiter Radsatz
16 viertes Festrad III dritter Radsatz
17 fünftes Festrad IV vierter Radsatz
18 sechstes Festrad V fünfter Radsatz
19 siebtes Festrad VI sechster Radsatz
20 achtes Festrad VII siebter Radsatz
21 Zwischenrad KI erster konstanter Radsatz
22 erstes Losrad KII zweiter konstanter Radsatz
23 zweites Losrad w Wenderadsatz
24 drittes Losrad u Getriebeübersetzung
25 viertes Losrad i Übersetzung
26 fünftes Losrad φ Stufensprung
27 sechstes Losrad