Schaltgetriebe in Voraeleαewellenbauweise
Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe in Vorgelegewellenbauweise mit einer Antriebs- und einer Abtriebsweile, mindestens einer Lastschaltkupplung sowie mindestens einer ersten Vorgelegewelle und mindestens einem ersten Teilgetriebe. Als Teilgetriebe wird hier eine Getriebebaugruppe mit Stirnradpaaren bezeichnet, welche als Los- bzw. Festräder ausgebildet und auf Wellen drehbar oder drehfest gelagert und zur Schaltung von Gangstufen mittels Schaltvorrichtungen zur Übertragung eines Drehmoments miteinander verbindbar sind, unabhängig davon, ob das Schaltgetriebe ein, zwei oder mehrere Teiigetriebe aufweist.
Derartige Schaltgetriebe sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt. So beschreibt beispielsweise die EP 1 141 580 B1 ein Zahnräder- Wechselgetriebe, bei dem eine Eingangs- und eine Ausgangswelle durch zumindest ein erstes und ein zweites Teilgetriebe verbunden sind. Die Teilgetriebe sind dabei im Kraftfluß parallel zueinander angeordnet und weisen je eine reibschlüssige Lastschaltkupplung sowie je eine Zwischenwelle auf.
Aus der DE 10228501 A1 ist ein automatisches Wechselgetriebe für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einer Eingangs- und einer Ausgangswelle sowie zwei Getriebeeinheiten, die zwei parallele Zweige ausbilden, von denen ein Zweig ein Stufengetriebe und der andere ein Summiergetriebe mit einer Reibkupplung aufweisen. Die Reibkupplung besteht dabei aus einem ersten und einem zweiten Reibelement, wodurch mindestens ein erster und ein zweiter Leistungsführungsbereich eingerichtet wird.
Die DE 19821 164 A1 betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten, mit einer Antriebswelle verbundenen
und wahlweise mit je einer Kupplung verbindbaren Eingangswellen, und einer ersten und einer zweiten Nebenwelle.
Schließlich ist aus der DE 19923 185 A1 ein Zahnräder-Wechselgetriebe bekannt, bei dem eine Eingangswelle mit einem Differentialgetriebe durch ein erstes und ein zweites Teilgetriebe verbunden ist. Die im Kraftfluß parallel zueinander angeordneten Teilgetriebe weisen je eine reibschlüssige Lastschaltkupplung und eine Zwischenwelle auf, die zueinander konzentrisch und koaxial zur Eingangswelle angeordnet sind.
Neben den Stufenautomatgetrieben in Planetenbauweise ist es bekannt, Schaltgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, in Vorgelegebauweise zu verwenden, welche sich wie die Stufenautomatgetriebe durch zugkraft- unterbrechungsfreies Schalten auszeichnen. Getriebe in Vorgelegebauweise sind jedoch im Vergleich zu Planetengetrieben gekennzeichnet durch eine niedrigere Leistungsdichte. Außerdem liegt der Verzahnungswirkungsgrad bei einem Getriebe in Vorgelegebauweise für Standard-Anwendung, d. h. Heck- Längs-Anordnung, in einem Kraftfahrzeug auf dem Niveau eines Handschaltgetriebes. Ferner ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben, insbesondere Doppelkupplungsgetrieben, bekannt, dass der in den einzelnen Gängen üblicherweise vorhandene zweifache Stirnradeingriff einen ungünstigen Verzahnungswirkungsgrad für jeden Gang bedingt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schaltgetriebe in Vorgelegewellenbauweise, insbesondere für eine Standard-Antriebsbauweise, anzugeben, welches einen verbesserten Verzahnungswirkungsgrad sowie eine kompaktere Bauform und eine erhöhte Leistungsdichte ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Schaltgetriebe der eingangs beschriebenen Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Es wird demnach vorgeschlagen, ein Schaltgetriebe in Vorgelegebauweise derart auszubilden, dass ein Hohlrad zur Verbindung mindestens eines Stirnrads eines Teilgetriebes mit der Abtriebswelle vorgesehen ist. Damit wird der bei Schaltgetrieben in Vorgelegebauweise üblicherweise verwendete zweite Stirntrieb vermieden, welcher die Leistung von der mindestens einen Vorgelegewelle auf die Abtriebswelle leitet. Durch die Verwendung eines Hohlrads wird der Verzahnungswirkungsgrad vorteilhafterweise verbessert und eine kompaktere Bauweise erzielt. Das Hohlrad kämmt hierbei mit mindestens einem auf einer Vorgelegewelle angeordneten Stirnrad des Teilgetriebes. Es kann hier das Stirnrad jedes beliebigen Vorwärtsgangs verwendet werden; eine feste Zuordnung einer bestimmten Gangstufe zu dem Hohlrad ist nicht erforderlich. Der Eingriff eines Stirnrads zu einem Hohlrad ist im Verzahnungswirkungsgrad um ca. 1 % besser als der Eingriff eines Stirnrads zu einem anderen Stirnrad, wie im Stand der Technik bislang üblich. Die vorhandene Umkehr der Drehrichtung von der Antriebs- zur Abtriebswelle im Getriebe wird durch ein angepaßtes Hinterachsdifferential ausgeglichen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Hohlrad, je nach Anforderung durch den Bauraum in einem Kraftfahrzeug, entweder koaxial oder nicht koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Bei der zweiten Variante ist vorteilhafterweise das Hohlrad koaxial zur Abtriebswelle des Schaltgetriebes vorgesehen.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, das Hohlrad einstückig mit der Abtriebswelie zu verbinden.
Die Getriebeeingangswelle ist vorteilhafterweise direkt in dem Hohlrad gelagert.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Hohlrad mit einem Stirnrad der ersten Vorgelegeweile zur Übertragung eines Drehmoments zu verbinden. Vorteilhafterweise wird das Stirnrad der Gangstufe verwendet, welche getriebeausgangsseitig dem Hohlrad benachbart angeordnet ist. Damit wird der Verzahnungswirkungsgrad bei der vorgeschlagenen Stirnrad-Hohlrad-Paarung verbessert gegenüber einem Eingriff Stirnrad- Stirnrad.
Zur Erhöhung der Leistungsdichte in dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe wird vorgeschlagen, zwei oder mehr Vorgelegewellen zur Leistungsverzweigung vorzusehen. Diese zwei oder mehr Vorgelegewellen sind ähnlich Stufenplaneten in einem festgesetzten Steg um die Getriebeeingangswelle angeordnet, wodurch vorteilhafterweise eine Leistungsverzweigung erreicht wird.
Bei der vorgenannten Weiterbildung der Erfindung mit zwei oder mehr Vorgelegewellen ist vorteilhafterweise das Hohlrad mit jeweils einem Stirnrad jeder Vorgelegewelle zur Übertragung eines Drehmoments verbunden.
Die Achsen der Vorgelegewellen sind vorteilhafterweise auf einem zum Hohlrad konzentrischen Teilkreis angeordnet. Damit ergibt sich eine symmetrische Leistungsverteilung innerhalb des Getriebes.
Alternativ zu der vorgenannten symmetrischen Anordnung der Wellen können die Achsen der Antriebs- bzw. Abtriebs- und Vorgelegewellen auch eine gemeinsame Ebene bilden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Verwendung von zwei Vorgelegewellen, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebs- und Abtriebs- bzw. Getriebeeingangswellen angeordnet sind.
Als weitere Alternative bezüglich der Anordnung der Wellen können die Achsen der Antriebs- und/oder der Abtriebswellen mit einer ersten Vorgelegewelle eine erste Ebene und mit einer zweiten Vorgelegewelle eine zweite Ebene bilden. Dadurch kann bei Bedarf das Hohlrad versetzt zur Antriebswelle angeordnet sein,1 wobei jedoch die Achsen von Hohlrad und Abtriebswelle vorzugsweise konzentrisch angeordnet sind. Dadurch wird vorteilhafterweise ein geringerer Hohlraddurchmesser bei einem erweiterten Übersetzungsspektrum ermöglicht.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle und der ersten Vorgelegewelle verschieden auszubilden gegenüber der Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle und einer mindestens zweiten Vorgelegewelle. Damit wird auch die Übersetzung zwischen der ersten Vorgelegewelle und dem Hohlrad verschieden zur Übersetzung zwischen der zweiten Vorgelegewelle und dem Hohlrad. Dadurch kann weitere Baulänge und Bauaufwand eingespart werden.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Schaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe mit einem ersten und mit einem zweiten Teilgetriebe und einer ersten und einer zweiten Lastschaltkuppiung ausgebildet ist. Damit werden vorteilhafterweise die mit einem Doppelkupplungsgetriebe erzielbaren Vorteile des zugkraft-unter- brechungsfreien Schaltens mit den Vorteilen der vorliegenden Erfindung kombiniert, nämlich einen verbesserten Verzahnungswirkungsgrad sowie eine kompaktere Bauform mit einer erhöhten Leistungsdichte zu ermöglichen.
Für eine Ausbildung des Schaltgetriebes als Doppelkupplungsgetriebe ist vorteilhafterweise die erste und die zweite Lastschaltkupplung mit zwei konzentrisch zueiannder angeordneten Getriebeeingangswellen verbunden,
wobei die Welle der ersten Kupplung als Hohlwelle ausgebildet ist und diese die Getriebeeingangswelle der zweiten Kupplung, wenigstens abschnittsweise, umgibt. Dabei sind üblicherweise die Gangstufen einer ersten Gruppe, beispielsweise die ungeraden Gänge, in einem ersten Teilgetriebe und die Gangstufen einer zweiten Gruppe, beispielsweise die geraden Gänge, in einem zweiten Teilgetriebe angeordnet. Zum Vorsynchronisieren der Gänge in einem Doppelkupplungsgetriebe bzw. zum Schalten der Gänge in einem Schaltgetriebe mit nur einer Schaltkupplung können dabei sowohl synchronisierte als auch unsynchronisierte Schaltvorrichtungen, beispielsweise Schaltklauen, verwendet werden. Auch hier kann die axiale Reihenfolge der Gänge nach Bedarf verändert werden.
Vorteilhafterweise ist bei einem Doppelkupplungsgetriebe mit mehreren Vorgelegewellen zur Vorsynchronisierung einer Gangstufe nur eine synchronisierte Schaltvorrichtung auf nur einer ersten Vorgelegewelle vorgesehen. Auf der zweiten bzw. den weiteren Vorgelegewellen sind unsynchronisierte Schaltvorrichtungen vorgesehen. Selbstverständlich können auch bei einem Schaltgetriebe mit nur einer Schaltkupplung und mehreren Vorgelegewellen zum Schalten einer Gangstufe nur eine synchronisierte Schaltvorrichtung auf einer ersten Vorgelegewelle und unsynchronisierte Schaltvorrichtungen auf der zweiten bzw. den weiteren Vorgelegewellen vorgesehen sein.
Das vorgeschlagene Schaltgetriebe kann besonders vorteilhaft für einen Standard-Antrieb, beispielsweise für eine Heck-Längs-Anordnung, in einem Kraftfahrzeug vorgesehen werden. Dabei befindet sich die Antriebsmaschine im Bereich der Fahrzeugfront und die Antriebsräder im Fahrzeugheck, so dass das Getriebe parallel zur Fahrzeuglängsachse zwischen Maschine und Antriebsräder angeordnet ist. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Schaltgetriebe auch für eine Front-Längs- oder eine Front-Quer-Anordnung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Kennzeichen für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung. Es zeigen jeweils abwechselnd im Längs- und Querschnitt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe mit drei Vorgelegeund 2 wellen in koaxialer Bauweise;
Fig. 3 eine alternative Ausbildung eines Schaltgetriebe mit einer und 4 Vorgelegewelle in nicht koaxialer Bauweise;
Fig. 5 eine alternative Ausbildung eines Doppelkupplungsgeund 6 triebes mit drei Vorgelegewellen in koaxialer Bauweise;
Fig. 7 eine alternative Ausbildung eines Doppelkupplungsgeund 8 triebes mit zwei Vorgelegewellen in koaxialer Bauweise;
Fig. 9 eine alternative Ausbildung eines Doppelkupplungsgeund 10 triebes mit einer Vorgelegewelle in. nicht koaxialer Bauweise sowie
Fig. 11 eine alternative Ausbildung eines Doppelkupplungsge- und 12 triebes mit zwei Vorgelegewellen in nicht koaxialer Bauweise.
In den Fig. 1 und 2 sind die wesentlichen Baugruppen bzw. Bauteile der erfindungsgemäßen Schaltgetriebe beispielhaft erläutert. Gleiche Bauteile in den übrigen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe 1 (Fig. 1 , 2) besteht im wesentlichen aus einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 3, wobei die Welle 2 über eine Lastschaltkupplung K1 mit einer Getriebeeingangswelle 9 verbindbar ist. Die Welle 9 ist, je nach Anzahl der erforderlichen Gangstufen, über Stirnradpaare mit einer Vorgelegewelle 4 in Verbindung. Dabei sind die Stirnradpaare in einem Teilgetriebe 7 angeordnet. Die Stirnräder sind dabei als Losbzw. Festräder ausgebildet und auf den Wellen 9, 4 drehbar oder drehfest gelagert. Zur Schaltung von Gangstufen sind diese Stirnräder mittels Schaltvorrichtungen 11 , beispielsweise synchronisierter Schaltklauen, zur Übertragung eines Drehmoments miteinander verbindbar. Die Schaltvorrichtungen 11 können dabei sowohl auf der Getriebeeingangswelle 9 als auch auf der Vorgelegewelle 4 angeordnet sein. Ein Schaltvorgang erfolgt bei einem derartigen Getriebe manuell oder auch in einem automatisierten Verfahren. Mit der Abtriebswelle 3 ist ein Hohlrad 12 verbunden, welches beispielsweise mit dem Stirnrad 13 der Gangstufe des vierten Gangs kämmt. Das Teilgetriebe 7 sowie das Hohlrad 12 sind innerhalb eines Getriebegehäuses 19 angeordnet.
Bei einem Schnitt durch das Schaltgetriebe 1 entlang der Schnittlinie J-J ergibt sich eine Schnitt-Darstellung, wie in Fig. 2 gezeigt. Dabei sind die Antriebswelle 2, die Abtriebswelle 3 und die Getriebeeingangswelle 9 zentrisch in der Getriebemitte angeordnet. Das angetriebene Stirnrad 20 der vierten Gangstufe befindet sich konzentrisch um die Getriebeeingangswelle 9 und kämmt mit den Stirnrädern 13, 14, 15 der Vorgelegewellen 4, 5, 6. Die Achsen der Vorgelegewellen 4, 5, 6 befinden sich auf einem zur Getriebeeingangswelle 9 konzentrischen Teilkreis 16. Die Stirnräder 13, 14, 15 sind dabei symmetrisch
zur Getriebeeingangswelle 9 angeordnet und kämmen gleichzeitig mit dem Hohlrad 12, welches mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist.
Bei einem Schaltgetriebe 1 (Fig. 3, 4) mit nur einer Vorgelegewelle 4 ist das abtriebsseitige Hohlrad 12 nicht koaxial zur Antriebswelle 2 bzw. zur Getriebeeingangswelle 9 angeordnet. Hierdurch wird ein Achsversatz zwischen der Antriebswelle 2 und der zum Hohlrad 12 koaxialen Abtriebswelle 3 erreicht. Das Hohlrad 12, welches die beiden abtriebsseitigen Stirnräder 20 und 13 umgibt, kann somit im Durchmesser kleiner ausgebildet sein kann. Die Schaltvorrichtungen 11 sind dabei sowohl auf der Getriebeeingangswelle 9 als auch auf der Vorgelegewelle 4 angeordnet und können sowohl manuell als auch automatisiert geschaltet werden.
Bei einer Ausbildung des Schaltgetriebes 1 als Doppelkupplungsgetriebe (Fig. 5, 6) sind getriebeeingangsseitig zwei Lastschaltkupplungen K1 , K2 vorgesehen. Die Kupplung K2 ist mit einer Getriebeeingangswelle 9 drehfest verbunden. Diese ist, zumindest abschnittsweise, von einer als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Getriebeeingangswelle 10 umgeben, welche mit der Kupplung K1 verbunden ist. Die ungeraden Gangstufen sind in einem ersten Teilgetriebe 7 und die geraden Gangstufen sowie der Rückwärtsgang sind in einem zweiten Teilgetriebe 8 vorgesehen. Die beiden Getriebeeingangsweilen 9, 10 sind von drei Vorgelegewellen 4, 5, 6 umgeben, welche symmetrisch um die Getriebehauptachse auf einem Teilkreis 16 gelagert sind. Die getriebeaus- gangsseitigen Stirnräder 13, 14, 15 der Vorgelegewellen 4, 5, 6 sind mit dem Hohlrad 12 in Verbindung. Das Hohlrad 12 ist konzentrisch zur Antriebswelle 2 sowie zur Getriebeeingangswelle 9, 10 und zur Abtriebswelle 3 gelagert.
In einer alternativen Ausbildung (Fig. 7, 8) sind in einem Doppelkupplungsgetriebe zwei Vorgelegewellen 4, 5 vorgesehen. Die Achsen der Wellen 4 und 5 bilden zusammen mit der Antriebswelle 2 sowie den Getriebeeingangs-
wellen 9, 10 eine Ebene 17, wobei die Achsen der Vorgelegewellen 4, 5 auf einem Teilkreisdurchmesser 16 gleich weit beabstandet von der Antriebswelle 2 angeordnet sind. Der übrige innere Aufbau des Schaltgetriebes 1 mit Teilgetrieben 7, 8 entspricht im wesentlichen den vorhergehenden Figuren. Synchronisierte Schaltvorrichtungen 11 sowie unsynchronisierte Schaltvorrichtungen 21 sind dabei zum Teil auf den Getriebeeingangsweilen 9, 10 und auf den Vorgelegewellen 4, 5 angeordnet. Für die auf den Vorgelegewellen 4 und 5 plazierten Schaltvorrichtungen 11, 21 ist es im Fall einer notwendigen Vorsynchronisierung ausreichend, dass nur auf einer Vorgelegewelle, beispielsweise Vorgelegeweile 4, eine Vorsynchronisierung durch die Schaltvorrichtung 11 stattfindet, weil die Losräder auf der anderen Vorgelegewelle, beispielsweise Vorgelegewelle 5, über die mit den mit der Vorsynchronisierung ausgestatteten Losräder kämmenden Festräder auf der Getriebeeingangswelle 9 bzw. Hohlwelle 10 angetrieben werden und somit stets dieselbe Drehzahl wie die Losräder mit den vorsynchronisierten Schaltklauen 11 aufweisen, und deshalb ebenfalls vorsynchronisiert in der für Doppelkupplungsgetriebe bzw. Schaltgetriebe mit nur einer Schaltkupplung üblichen Weise zur Gangwechselvorbereitung lastlos geschaltet werden.
In den Fig. 9, 10 ist ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer Vorgelegewelle 4 gezeigt. Das abtriebsseitige Stirnrad 13 der Vorgelegewelle 4 kämmt mit dem Hohlrad 12, welches koaxial zur Abtriebswelle 3 angeordnet ist. Die Drehachsen der Antriebswelle 2, der Getriebeeingangswellen 9, 10 sowie der Abtriebswelle 3 und der Vorgelegewelle 4 sind dabei in einer Ebene 17 angeordnet.
Schließlich ist in einerweiteren Ausbildung ein Doppelkupplungsgetriebe (Fig. 11, 12) gezeigt, welches zwei Vorgelegewellen 4, 5 aufweist. Der Aufbau der Teilgetriebe 7, 8 ist dabei im wesentlichen gleich zu den vorbeschriebenen Getrieben, wobei die Schaltvorrichtungen 11 sämtlich auf den Getriebe-
eingangswellen 9, 10 angeordnet sind. Die Drehachsen der Vorgelegewellen 4 und 5 liegen dabei mit der Antriebswelle 2 bzw. den Getriebeeingangswellen 9, 10 jeweils in einer Ebene 17 bzw. 18. Das mit der Abtriebswelle 3 koaxial verbundene Hohlrad 12 kämmt mit den beiden Stirnrädern 13 und 14, wobei die Drehachse des Hohlrads 12 bzw. der Abtriebswelle 13 versetzt angeordnet ist zur Antriebswelle 2 bzw. zu den Getriebeeingangsweilen 9, 10. Damit wird insbesondere eine raumsparende Anordnung des Hohlrads 12 in dem Schaltgetriebe 1 ermöglicht.
Bezugszeichen
1 Schaltgetriebe 2 Antriebswelle 3 Abtriebswelle 4 Vorgelegewelle 5 Vorgelegewelle 6 Vorgelegewelle 7 erstes Teiigetriebe 8 zweites Teilgetriebe 9 Getriebeeingangswelle
10 Hohlwelle
11 Schaltvorrichtungen, synchronisiert
12 Hohlrad
13 Stirnrad
14 Stirnrad
15 Stirnrad
16 Teilkreis
17 erste Ebene
18 zweite Ebene
19 Gehäuse
20 Stirnrad
21 Schaltvorrichtungen, unsynchronisiert
K1 Lastschaltkupplung
K2 Lastschaltkupplung