DE102010032316A1

DE102010032316A1 - Kraftfahrzeug und Schaltgetriebe dafür

Info

Publication number: DE102010032316A1
Application number: DE201010032316
Authority: DE
Inventors: Christian Kunze; Mathias Remmler
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Eingangswelle (4), eine Ausgangswelle (28), eine Mehrzahl von Radsätzen, die jeweils wenigstens ein an der Eingangswelle (4) angeordnetes antreibendes Rad (16–21) und ein an der Ausgangswelle (28) angeordnetes angetriebenes Rad (22–27) umfassen und zum Übertragen von Drehmoment von der Eingangswelle (4) auf die Ausgangswelle (28) auswählbar sind, und ein Differential (8), das mit einem Rad (27; 23) der Ausgangswelle (28) kämmt. Das mit dem Differential kämmende Rad (27; 23) ist Teil wenigstens eines der Radsätze (21, 27; 17, 23).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, in dem ein solches Schaltgetriebe verwendet ist.
Moderne Schaltgetriebe brauchen eine hohe Gangzahl und exakt aufeinander abgestimmte Getriebespreizungen, um einen kraftstoffsparenden Betrieb in einem großen Geschwindigkeitsbereich zu ermöglichen. Eine große Gangzahl macht eine große Baulänge des Getriebes erforderlich, was jedoch dem Bestreben, durch kompakten Aufbau und geringes Gewicht eine Kraftstoffeinsparung zu erreichen, zuwider läuft. Zwar ist es grundsätzlich möglich, eine große Zahl von Gängen bei geringer Baulänge des Getriebes durch Verwendung mehrerer Vorgelegewellen und Mehrfachnutzung einzelner Getrieberäder zu erreichen, doch führt eine solche Mehrfachnutzung in der Regel zu störenden Randbedingungen hinsichtlich der realisierbaren Getriebespreizungen. Es besteht daher ein starker Bedarf nach einem kompakten Schaltgetriebe, das eine hohe Zahl von Gängen mit einem Minimum an Randbedingungen zu realisieren erlaubt.
Aufgabe der Erfindung ist, dieses Bedürfnis zu erfüllen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und einer Mehrzahl von Radsätzen, die jeweils wenigstens ein an der Eingangswelle angeordnetes antreibendes Rad und ein an der Ausgangswelle angeordnetes angetriebenes Rad umfassen und zum Übertragen von Drehmoment von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle auswählbar sind, und mit einem Differenzial, das mit einem Rad der Ausgangswelle kämmt, dieses mit dem Differenzial kämmende Rad Teil wenigstens eines der Radsätze ist.
Das mit dem Differenzial kämmende Rad ist zweckmäßigerweise ein Festrad, während ein mit ihm zu einem gleichen Radsatz gehörendes antreibendes Rad vorzugsweise als Losrad ausgebildet ist.
Um einen kompakten Aufbau zu realisieren, ist das mit dem Differenzial kämmende Rad auf der Ausgangswelle vorzugsweise zentral angeordnet, das heißt es ist beiderseits von angetriebenen Rädern verschiedener Radsätze umgeben.
Um über das mit dem Differenzial kämmende Rad auf die Ausgangswelle einwirkende Biegemomente abzufangen, kann ein Gehäuse des Schaltgetriebes eine Zwischenwand umfasst, die wenigstens die Ausgangswelle benachbart zum mit dem Differential kämmenden Rad abstützt.
Die Eingangswelle kann zwei Teilwellen umfassen, von denen die erste eine Hohlwelle ist und die zweite sich durch die Hohlwelle hindurch erstreckt. Diese zwei Teilwellen sind zweckmäßigerweise über eine Doppelkupplung selektiv antreibbar.
Um eine ideal zentrale Anordnung des mit dem Differenzial kämmenden Rades in dem Getriebe zu erreichen, ist ein antreibendes Rad, das zusammen mit dem mit dem Differenzial kämmenden Rad einen Radsatz bildet, vorzugsweise einem Ende der Hohlwelle unmittelbar benachbart. In diesem Fall kann die Zwischenwand zusätzlich zur Stabilisierung des Getriebes beitragen, indem sie ein Ende der Hohlwelle aufnimmt.
Das mit dem Differential kämmende Rad ist seiner hohen Beanspruchung wegen zweckmäßigerweise breiter als andere zu einem Radsatz gehörende Räder, insbesondere als das mit ihm zum gleichen Radsatz gehörende antreibende Rad.
Vorzugsweise greift das antreibende Rad außermittig an dem mit dem Differential kämmenden Rad an, so dass letzteres überwiegend auf einer Seite über das antreibende Rad übersteht. Auf dieser Seite des antreibenden Rades kann eine Synchronisiereinrichtung zum Ankoppeln des antreibenden Rades an die Eingangswelle platzsparend untergebracht werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug mit einem Schaltgetriebe der oben beschriebenen Art.
Das Festrad ist in einem solchen Kraftfahrzeug vorzugsweise in Breitenrichtung mittig angeordnet, so dass sich von dem Differenzial zu den angetriebenen Laufrädern des Fahrzeugs erstreckende Wellen im wesentlichen gleich lang sind.
Um eine hierfür zweckmäßige zentrale Platzierung des Getriebes im Motorraum zu ermöglichen, sollte die Eingangswelle gegen eine Kurbelwelle eines Motors des Kraftfahrzeugs versetzt angeordnet sein. Dies ermöglicht anstelle einer Anordnung nebeneinander entlang der Wellen eine Anordnung von Motor und Schaltgetriebe, bei der beide in Richtung der Eingangswelle überlappen.
Die Kurbelwelle und die Antriebswelle sind zweckmäßigerweise miteinander über einen Radsatz verbunden, dessen Räder miteinander kämmen oder über eine Kette gekoppelt sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf die Frontpartie eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes für das Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
4 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt den vorderen Bereich eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung. Der Umriss einer Karosserie 1 des Kraftfahrzeugs ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. In einem Motorraum des Kraftfahrzeugs befinden sich ein Verbrennungsmotor 2 und ein Schaltgetriebe 3. Eine Kurbelwelle des Motors 2 und eine zu dieser parallel versetzte Eingangswelle 4 des Schaltgetriebes 3 tragen jeweils ein Kettenrad 5 bzw. 6. Die Kettenräder 5, 6 sind durch eine sie umschlingende Kette 7 gekoppelt. Das Schaltgetriebe 3 überlappt mit dem Verbrennungsmotor 1 in Breitenrichtung des Fahrzeugs und teilweise auch in dessen Längsrichtung.
An einer Unterseite des Schaltgetriebes 3 ist ein Differenzial 8 von dem Fachmann an sich bekannter Bauart angeordnet, von dem aus sich Wellen 9 zu vorderen Laufrädern 10 des Fahrzeugs erstrecken. Infolge der im wesentlichen mittigen Anordnung des Differenzials 8 bezogen auf eine Längsmittelebene der Karosserie 1 sind beide Wellen 9 gleich lang.
2 ist eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes 3 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Die Eingangswelle 4 ist durch eine Doppelkupplung 11 in einen motorseitigen Abschnitt 12 und einen radseitigen Abschnitt 13 gegliedert, wobei der radseitige Abschnitt 13 zwei über die Doppelkupplung 11 wahlweise antreibbare Teilwellen, eine Vollwelle 14 und eine die Vollwelle 14 auf einem Teil ihrer Länge umgebende und zu ihr koaxiale Hohlwelle 15, umfasst.
Beide Teilwellen sind an jeweils einem Ende in einer Wand 38 eines Gehäuses des Getriebes 3 in Wälzlagern 39 gehalten. Ein kupplungsseitiges Ende der Vollwelle 14 ist durch ein sie umgebendes Wälzlager 40 in der Hohlwelle 15 abgestützt, und ein weiteres Wälzlager 40 stabilisiert das von der Kupplung 11 abgewandte Ende der Hohlwelle 15 an der Vollwelle 14.
Beide Teilwellen 14, 15 tragen je drei antreibende Räder 16 bis 21, denen jeweils angetriebene Räder 22 bis 27 an einer Ausgangswelle 28 zugeordnet sind, um ein Getriebe mit insgesamt sechs Gängen zu bilden. Geradzahlige und ungeradzahlige Gänge sind jeweils den antreibenden Rädern 16 bis 18 beziehungsweise 19 bis 21 verschiedener Teilwellen 14, 15 zugeordnet, um ein unterbrechungsfreies Schalten zwischen jeweils aufeinander folgenden Gängen zu ermöglichen, indem mit Hilfe der Doppelkupplung 11 der Drehmomentfluss vom Motor 2 zu den Rädern 10 jeweils von einer Teilwelle 14, 15 auf die andere verlagert wird.
Wie anhand der Größenverhältnisse der Räder 16 bis 27 leicht zu erkennen, bilden die Räder 16, 22 einen Radsatz zur Realisierung des ersten Gangs, die Räder 20, 26 einen Radsatz für den zweiten Gang, die Räder 18, 24 den dritten Gang, die Räder 20, 26 den vierten, die Räder 17, 23 den fünften und die Räder 21, 17 den sechsten Gang.
Mit Ausnahme des Rades 21 sind alle antreibenden Räder Festräder; das Rad 21 ist über eine Synchronisiereinrichtung 29 bekannter Art an die Hohlwelle 15 koppelbar. Das Rad 27 ist als einziges angetriebenes Rad ein Festrad; alle anderen Räder 22 bis 26 sind über Synchronisiereinrichtungen 30, 31, 32 an die Ausgangswelle 28 koppelbar.
Eine Nebenwelle 33 mit Rädern 34, 35 sowie ein weiteres, durch die Synchronisiereinrichtung 30 an die Ausgangswelle 28 koppelbares Rad 36 dienen der Realisierung eines Rückwärtsgangs. Das Rad 34 kämmt mit dem Rad 16. Das Rad 16 ist wenigstens doppelt so breit wie die Räder 17 bis 26, 34 bis 36, und die mit ihm kämmenden Räder 22, 34 sind axial gegeneinander versetzt, um eine platzsparende Anordnung der Nebenwelle 33 zu ermöglichen, in der, in axialer Richtung gesehen, die Räder 22, 34 miteinander überlappen.
Das Festrad 27 kämmt gleichzeitig mit einem Zahnkranz 37 des Differenzials 8, dessen Aufbau und Funktion, da dem Fachmann allgemein bekannt, hier nicht erläutert zu werden braucht. Da das Rad 27 das einzige Rad auf den Wellen 4, 28 ist, das unabhängig vom eingelegten Gang ständig belastet ist, und weil es beim Fahren in Gängen mit hoher Übersetzung wie insbesondere erstem Gang und Rückwärtsgang hohen Drehmomenten ausgesetzt sein kann, ist es breiter als die Räder 16 bis 26, und das mit ihm den Radsatz des sechsten Gangs bildende Rad 21 ist nur auf einem Teil dieser Breite im Eingriff. Der Zahnkranz 37 hingegen kämmt mit dem Rad 27 auf dessen gesamter Breite. An der Eingangswelle 4 ist die Breite des Rades 27, auf der das Rad 21 nicht eingreift, zur Unterbringung der Synchronisiereinrichtung 29 genutzt.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes. Dieses Schaltgetriebe umfasst nur fünf Radsätze für fünf Vorwärtsgänge, die, vom ersten bis zum fünften Gang, jeweils durch die Räder 16 und 22, 19 und 25, 18 und 24, 20 und 26 bzw. 17 und 23 gebildet sind. Hier ist es das angetriebene Rad 23 des fünften Gangs, das gleichzeitig mit dem Zahnkranz 37 des Differenzials 8 kämmt und deswegen verbreitert ist. Das Rad 18 ist an der Vollwelle 14 unmittelbar dem von der Doppelkupplung 11 abgewandten Ende der Hohlwelle 15 gegenüberliegend angeordnet, so dass das Rad 24 in axialer Richtung in etwa mittig im Getriebe angeordnet ist.
Um die Biegebeanspruchung aufzufangen, der die Ausgangswelle 28 einerseits dadurch, dass das Rad 23 mit dem Zahnkranz 37 ständig im Eingriff ist, andererseits durch ein eventuell hohes beim Fahren mit Gängen mit hoher Übersetzung oder im Schubbetrieb am Rad 23 wirkenden Drehmoment ausgesetzt ist, ist in das Gehäuse des Getriebes 3 eine Zwischenwand 41 eingezogen, die über Wälzlager 39 die Ausgangswelle 28 und das kupplungsferne Ende der Hohlwelle 15 abstützt.
Eine Synchronisiereinrichtung 29 für das Rad 17 ist axial mit dem Rad 23 überlappend an der Vollwelle 14 angeordnet. Indem diese Synchronisiereinrichtung 29 in zwei Richtungen wirksam ist, um wahlweise das Rad 17 oder das hier ebenfalls als Losrad ausgebildete Rad 18 an die Vollwelle 14 zu koppeln, kann die Zahl der Synchronisiereinrichtungen an der Ausgangswelle 28, die an der Realisierung der ungeradzahligen Gänge und des Rückwärtsgangs beteiligt sind, von zwei im Falle der 2 auf eine, 30, reduziert werden, was ebenfalls zur Platz- und Gewichtsersparnis beiträgt.
Das Getriebe der 4 ist wieder ein Sechsganggetriebe. Die Positionen der Radsätze des zweiten, vierten und sechsten Gangs sind gegenüber der Ausgestaltung der 2 vertauscht, so dass die Räder 21, 27 des sechsten Gangs und mit ihnen das Differenzial 8 in zentraler Stelle des Getriebes, am Ende der Hohlwelle 15, zu liegen kommen.
Eine die Ausgangswelle 28 und die Hohlwelle 15 abstützende Zwischenwand 41 erstreckt sich hier zwischen den Rädern 21 und 19, und die Synchronisiereinrichtung 29, die zum Ankoppeln des Rades 21 an die Hohlwelle 15 dient, ist an deren von der Kupplung 11 abgewandten Ende angeordnet.
Die Erfindung wurde oben nur mit Bezug auf ein Schaltgetriebe mit Doppelkupplung und geteilter Eingangswelle beschrieben, doch versteht sich, dass sie ohne weiteres auch auf ein Getriebe mit einfacher Kupplung anwendbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Karosserie
2: Verbrennungsmotor
3: Schaltgetriebe
4: Eingangswelle
5: Kettenrad
6: Kettenrad
7: Kette
8: Differenzial
9: Welle
10: Laufrad
11: Doppelkupplungmotorseitiger
12: Abschnitt
13: radseitiger Abschnitt
14: Vollwelle
15: Hohlwelle
16–21: antreibendes Rad
22–27: angetriebenes Rad
28: Ausgangswelle
29–32: Synchronisiereinrichtung
33: Nebenwelle
34–36: Rad
37: Zahnkranz
38: Wand
39, 40: Walzlager
41: Zwischenwand

Claims

Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle (4), einer Ausgangswelle (28) und einer Mehrzahl von Radsätzen, die jeweils wenigstens ein an der Eingangswelle (4) angeordnetes antreibendes Rad (16–21) und ein an der Ausgangswelle (28) angeordnetes angetriebenes Rad (22–27) umfassen und zum Übertragen von Drehmoment von der Eingangswelle (4) auf die Ausgangswelle (28) auswählbar sind, und mit einem Differential (8), das mit einem Rad (27; 23) der Ausgangswelle (28) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Differential kämmende Rad (27; 23) Teil wenigstens eines der Radsätze (21, 27; 17, 23) ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Differential (8) kämmende Rad (27; 23) ein Festrad ist und mit einem Losrad (21; 17) an der Antriebswelle (28) zum gleichen Radsatz (21, 27; 17, 23) gehört.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Differential (8) kämmende Rad (27; 23) auf der Ausgangsachse (28) beiderseits von angetriebenen Rädern (24; 25) verschiedener Radsätze (18, 24; 19, 25) umgeben ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse des Schaltgetriebes (3) eine Zwischenwand (41) umfasst, die wenigstens die Ausgangswelle (28) benachbart zum mit dem Differential (8) kämmenden Rad (27; 23) abstützt.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) zwei Teilwellen (14, 15) umfasst, von denen die erste eine Hohlwelle (15) ist und die zweite (14) sich durch die Hohlwelle (15) hindurch erstreckt.
Schaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein antreibendes Rad (21; 17), das zusammen mit dem mit dem Differential (8) kämmenden Rad (27; 23) einen Radsatz (21, 27; 17, 23) bildet, einem Ende der Hohlwelle (15) unmittelbar benachbart ist.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Differential (8) kämmende Rad (27; 23) breiter ist als andere zu einem Radsatz gehörende Räder (16–26; 16–20, 22, 24–26).
Schaltgetriebe nach Anspruch 7, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Losrad (21; 17) zusammenwirkende Synchronisiereinrichtung (29) mit dem mit dem Differential (8) kämmenden Rad (27; 23) axial überlappt.
Kraftfahrzeug mit einem Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Festrad (27; 23) in Breitenrichtung mittig in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (4) gegen eine Kurbelwelle eines Motors (2) des Kraftfahrzeugs versetzt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2) und das Schaltgetriebe (3) in Richtung der Eingangswelle (4) überlappend angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle mit der Antriebswelle (4) über einen Radsatz (5, 6) miteinander kämmender oder über eine Kette gekoppelter Räder verbunden ist.