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Mehrgängiges, synchronisiertes Hand-
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schaltgetriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrgängiges, synchronisiertes
Kandschaltgetriebe für Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahrzeuge, bei dem der
Synchronkörper des aus dem dritten und vierten Getriebegang bestehenden Gangpaares
mit der Antriebswelle drehfest verbunden ist.
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Um das nur in engen Grenzen veränderliche Drehmoment des üblicherweise
durch eine Eubkolben-Brennkraftmaschine gebildeten Antriebsmotors den stark schwankenden
Fahrwiderständen anzupassen, wird bekanntlich bei einem Kraftfahrzeug ein Wechselgetriebe
mit einer Anzahl von Gängen mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen vorgesehen.
Die Zahl der Gänge wird dabei im allgemeinen aus Gründen des Aufwands sowie einer
einfachen und genauen Handhabung bei Hand schaltgetrieben für Personenkraftfahrzeuge
auf vier, mitunter auch fünf Vorwärts- und einen Rückwärtsfahrgang begrenzt. Eine
derartige Begrenzung bringt jedoch notwendigerweise auch eine relativ grobe Getriebeabstufung
mit sich, die eine auch unter dem Gesichltspunkt der Kraftstoffeinsparung keineswegs
optimale Anpassung der Motordrehzahl an den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs
ermöglicht.
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Die dor vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher
darin zu sehen, ein Handschaltgetriebe der eingangs genannten Bauart zu schafen,
bei dem ohne Vergrößerung des Schaltaufwandes eine größere Zahl von Getriebegängen
mit einer entsprechend engeren Getriebeabstufung erreicht werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß
die Festräder des dritten und vierten Getriebeganges auf einer mit der Abtriebswelle
durch eine Uberholkupplung verbindbaren Vorgelegewelle gehalten sind und daß das
Losrad eines dieser Getriebegänge über eine schaltbare Kupplung mit des Zahnrad
eines ttbersetzungsgotriebes verbindbar ist, dessen Gegenrad auf der Abtriebswelle
gehalten ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Getriebe erreicht,
das bei Stellung des Randschalthebels im dritten und vierten Gang jeweils zwei unterschiedliche
Getriebeübersetzungen ermöglicht, je nachdem, ob die Eupplung ein oder ausgerückt
ist. Da die Kupplungsbetätigung dabei nicht von Hand, sondern vorzugsweise selbsttätig
in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals durchgeführt werden soll, ergibt
sich praktisch ein 6-Gang-Getriebe mit dem Handschaltungsaufwand eines 4-Gang-Getriebes.
Zur Verwirklichung der beiden zusätzlichen Gänge, die auch als Overdrive-Übersetzungen
des dritten und vierten Getriebeganges bezeichnet werden können, sind lediglich
ein zusätzliches Gkngradpaar, eine vorzugsweise konzentrisch zur Abtriebswelle angeordnete
Vorgelegewelle, eine Überholkupplung und eine Schaltkupplung sowie deren Betätigungsmechanismus
erforderlich. Die Anordnung wird dabei so getroffen, daß im normalen Fahrbetrieb
des Fahrzeugs bei Einschaltung des dritten oder vierten Getriebeganges automatisch
jeweils deren kraftstoffsparende Overdrive-Version mit einer entsprechend langen
Getriebeübersetzung eingeschaltet ist. Wird dagegen eine stärkere Beschleunigung
mit erhöhter Motordrehzahl angestrebt, kann durch Niedertreten des Gaspedals die
Schaltkupplung ausgerückt und die jeweils direkte, kürzere Getriebeübersetzungeingeschaltet
werden, was praktisch einem Zurückschalten in einen niedrigeren Gang entspricht.
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Eine gute Möglichkeit zur Verwirklichung günstiger Getriebeabstufungen
ergibt sich insbesondere dann, wenn die Kupplung zwischen dem Losrad des vierten
Getriebeganges und dem zusätzlichen Ubersetzungsgetriebe angeordnet ist.
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Um zu verhindern, daß bei Rückwärtsfahrt die Uberholkupplung eine
Blockiermlg des gesamten Getriebes bewirkt, soll die Kupplung zumindest im Stillstand
und bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs ausgerückt und erst bei Vorwärtsfahrt mit einer
Mindestgoschwindigkeit eingerückt, sowie bei durchgetretenem Gaspedal wieder ausgerückt
sein.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Kupplung könnte als Lamellenkupplung,
als Konuskupplung, oder auch als elektromagnetische Kupplung ausgebildet sein. Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Kupplung als hydraulisch entgegen
einer Rückstellfeder betätigbare Lamellenkupplung ausgebildet ist. Eine besonders
einfache und zweckmäßige Ausgestaltug ergibt sich dann, wenn zur Beaufschlagung
des Betätigungsservos mit Druckmittel eine Zahnradpumpe vorgesehen ist, die von
der Getriebeabtriebswelle antreibbar ist. Durch entsprechend kleine Ausbildung dieser
Zahnradpumpe kann dabei dafür gesorgt werden, daß erst oberhalb einer vorgegebenen
bestimmten Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs ein genügend hoher Druckmitteldruck
zur Betätigung der Kupplung bereitgestellt wird und daß andererseits bei Rückwärtsfahrt
das Druckmittel von der Pumpe abgesaugt wird. Damit bleibt die Kupplung sowohl bei
niedrigen Fahrgeschwindigkeiten in den unteren beiden Gängen, insbesondere aber
im Stillstand sowie bei Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs ausgerückt und wird erst bei
höheren Vorwartsfahrgeschwindigkeiten automatisch eingerückt. Dies sichert dann
beim Einrücken des dritten oder vierten Getriebeganges den Antrieb der Abtriebswelle
des Getriebes über die Kupplung und das zusätzliche Ubersetzungsgetriebe, das heißt
also in der Overdrive-Version. Bei durchgetretenem Gaspedal wird die Kupplung, beispielsweise
durch Eingriff eines in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals gesteuerten
Steuerventils, ausgerückt,
so daü dann die direkten, kürzer übersetzten
Getriebegänge zur Yerfüglmg stehen.
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Schließlich ist es zweckmäßig, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der
erfindung der Synchronkörper des aus dem ersten und zweiten Getriebegang bestehenden
Gangpaares auf der Getriebeabtriebswelle drehfest gehalten ist. Durch diese Ausbildung
wird erreicht, daß die insbesondere beim Zurückschalten in den zweiten und ersten
Getriebegang zu synchronisiexenden Nassen klein gehalten werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt ein schematisches Schaltbild
des erfindungsgemäßen Randsehaitge triebes.
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In der Zeichnung ist mit 1 die mit der hier nicht gezeigten Kurbelwelle
eines Fahrzeugantriebsmotors kuppelbare Antriebswelle des Getriebes gezeigt, während
mit 2 die Getriebeabtriebswelle bezeichnet ist. Bei dem skizzierten Getriebe sind,
wie dies an sich bekannt ist, die Gangradpaare des ersten und zweiten sowie des
dritten und vierten Getriebeganges jeweils zu einem Gangpaar zusammengefaßt, die
mittels hier nicht gezeigter Schaltmittel unter Heranziehung jeweils einer für ein
Gangpaar gemeinsamen Synchronisiereinrichtung einschaltbar sind. Dabei stellt 3
das auf der Antriebswelle 1 gehaltenc Festrad und 4 das auf der Abtriebswelle 2
gelagerte Losrad des ersten Getriebeganges dar, während mit 5 und Ó das Pestrad
bzw.
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das Losrad des zweiten Getriebeganges bezeichnet sind. Der diesem
Gangpaar zugeordnete Synohronkörper 7 ist drehfest auf der Abtriebswelle 2 gehalten
und trägt eine Schiebemuffe 8 zur wechselweisen Zuschaltung des ersten oder zweiten
Getriebeganges.
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Mit 9 ist ein dem Rückwärtsgang zugeordnetes, auf der Antriebswelle
1 drehfest gehaltenes Gangrad bezeichnet, das durch Axialverschiebung eines auf
einer festen Achse gelagerten Schaltrades 11 mit desto in Verlängerung des Synchronkörpers
7 angeordneten Gegenzahnrad
10 verbindbar ist. Dabei bewirkt das
zwischen dem Rückwärtsgangsimrad 9 und dem Gegenrad 10 angeordnete Schaltrad 11
eine Drehrichtungsumkehr, so daß die hier nicht weiter geæeigten Antriebsräder des
Fahrzeugs in Rückwärts-Fahrtrichtung angetriebes werden.
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Bei dem den dritten und vierten Getriebegang einschließenden Gangpaar
sind die Fest- und Losräder gerade umgekehrt angeordnet, so daß die Losräder 12
und 14 für den dritten und vierten Gang auf der Antriebswelle 1 drehbar gelagert
sind und erst durch entsprechende Axialverschiebung der diesem Gangpaar zugeordneten
Schiebe muffe 17 mit dem auf der Antriebswelle drehfest gehaltenen Synohronkörper.
16 verbindbar sind. Die Festräder 13 und 15 des dritten und vierten Getriebeganges
sind nun aber nicht direkt auf der Abtriebswelle 2, sondern auf einer zur Abtriebswelle
konzentrisch angeordneten Vorgelegewelle 18 befestigt, die ihrerseits unter Zwischenschaltung
von einer oder mehreren Überholkupplungen 19 mit der Abtriebswelle 2 verbunden ist.
Diese Überholkupplungen sind so ausgebildet, daß eine drehmomentübertragende Verbindung
von der Vorgelegewelle 18 zur Abtriebswelle 2 nur dann erreicht wird, wenn die Vorgelegewelle
18 mindestens so schnell dreht wie die Abtriebswelle 2.
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Ist dagegen die Drehzahl der Abtriebswelle 2 größer -als die der Vorgelegewelle
18, so lösen die Uberholkupplungen bzw. Freiläufe 19 automatisch und unterbrechen
die direkte Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen.
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Erfindungsgemäß ist nun weiter vorgesehen, daß das dem vierten Gang
zugeordnete Losrad 14 über eine Kupplung 20 mit dem Losrad 23 eines zusätzlichen
Gangradpaares verbindbar ist, dessen Festrad 24 direkt auf der Abtriebswelle 2 gehalten
ist. Dazu ist das Losrad 14 des vierten Getriebeganges über eine konzentrisch zur
Antriebswelle 1 angeordnete Hohlwelle 21 mit den Innenlamellen der als hydraulisch
beau£schlabbare Lamellenkupplung ausgebildeten Kupplung 20 verbunden, während deren
Außenlamellen drehfest über eine konzentrisch zur Antriebswelle 1 und der Hohlwelle
21 angeordnete Nabe 22 mit
dem Losrad 23 des zusätzlichen Gangradpaares
verbunden sind.
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Mit 25 ist eine direkt von der Getriebeabtriebswelle 2 angetriebene
Zahnradölpumpe zur Versorgung eines der Lamellenkupplung 20 zugeordiloten hier nicht
weiter gezeigten Betätigungsservos vorgesehen, während mit 2G der am Ende der Abtriebswelle
2 angeordnete rUriebling bezeichnet ist, über den der Abtrieb auf das Tellerrad
27 des Achsgetriebes bewirkt wird.
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Die Betätigung der Kupplung 20 soll nach Art einer Kick-down-Schaltung
in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals erfolgen, und zwar in der Weise,
daß die Kupplung solange eingerückt bleibt, bis das Gaspedal vollständig durchgetreten
wird. Dazu könnte die Lamellenkuppiung 20 beisplelsweise hydraulisch beaufschlagbar
und mit einem 33ei;ätigun£sservo ausgerüstet sein, dessen Druckmittelzufuhr von
der Ölpumpe 25 von einem hier nicht gezeigten Steuerventil gesteuert wird. Dieses
beispielsweise als Magnetventil ausgebildete Steuerventil würde dann unter dem Einfluß
eines am Gaspedal angebrachten Schalters so gesteuert sein, daß bei durchgetretenem
Gaspedal die Druckmittelzufuhr von der Ölpumpe 25 zum Betätigungsservo unterbrochen
ist, während bei allen anderen Gaspedalstellungen die Druckmittelzufuhr zum Betätigungsservo
freigegeben ist.
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Nachfolgend soll nun kurz die Funktion und Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Handschaltgetriebes erläutert werden. Während sich das erfindungsgemäße Getriebe
im ersten, zweiten und Rückwärtsgang nicht von einem herkömmlichen Handschaltgetriebe
unterscheidet, ergeben sich bei der Stellung des Gangschalthebels im dritten und
vierten Getriebegang jeweils zwei unterschiedliche Übersetzungen, und zwar je nach
Stellung des Gaspedals. Während nämlich bei nur teilweise getretenem Gaspedal im
dritten und vierten Getriebegang jeweils durch Zuschaltung des zusätzlichen Gangradpaares
23 und 24 überdie eingerückte Kupplung 20 eine relativ lange übersetzung und damit
ein kraftstoffsparender Betrieb des Fahrzeugs erreicht wird, ergibt sich bei voll
durchgetretenem Gaspedal durch Ausrücken der Kupplung 20 eine kürzere übersetzung
auf direkterem Wege, so daß
zwecks Beschleunigung des Fahrzeugs
ein höheres Zugkraftangebot zur Verfügung steht. Die Aktivierung dieser kürzeren
Übersetzungen im dritten und vierten Getriebegang ergibt sich dabei ohne eine zusätzliche
Schaltbetätigung von Hand allein infolge des Durchtretens des Gaspedals, wobei wegen
des Eingreifens der Überholkupplungen 19 eine verhältnismäßig weiche und ruckfreie
irehmomentübernahme erreicht wird.
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Danach ergibt sich also bei dem erfindungsgemäßen Handschaltgetriebe
in der "overdrive-Stellung" des dritten Ganges der Kraftfluß von der Antriebswelle
1 über den Synchronkörper 16 zu dem mittels der Schiebemuffe 17 mit diesem verbundenen
Losrad 12. Dieses Losrad 12 kämmt dabei mit den Festrad 13, das seinerseits über
die Vorgelegewelle 18 das Festrad 15 des vierten Getriebeganges antreibt. Über das
mit diesem kämmende Losrad 14 und die eingerückte Kupplung 20 wird. das Drehmoment
dann auf das Losrad 23 des zusätzlichen Gangradpaares übertragen, das mit dem auf
der Abtriebswelle 2 drehfest gehaltenen Festrad 24 kämmt. Da auf diese Weise die
Abtriebswelle 2 infolge der zusätzlichen Getriebeübersetzungen über die Zahnräder
15, 14, 23 und 24 mit einer höheren Drehzahl dreht als die Vorgelegewelle 18, sind
die Überholkupplungen 19 gelöst. Wird dagegen die Kupplung 20 nach Durchtreten des
Gaspedals ausgerückt, dann erfolgt die Drehmomentübertragung von der Antriebswelle
1 über die Zalrnräder 12 und 13 des dritten Getriebeganges sowie über die zufassende
Überholkupplung 19 direkt auf die Antriebswelle 2, wobei die Übersetzung nur durch
die Zähnezahl der-Zahnräder 12 und 13 bestimmt wird. Entsprechend verhält es sich
bei der Stellung des Gangschalthebels im vierten Gang. Auch hier erfolgt bei eingerückt
er Kupplung 20 eine Drehmomentübertragung-über das zusätzliche Zahnradpaar 23 und
24, wodurch eine längere Übersetzung erzielt wird. Wird dagegen die Kupplung bei
durchgetretenem Gaspedal ausgerückt, ergibt sich eine kürzere Übersetzung, die allein
durch die Zähnezahl der Zahnräder 14 und 15 festgelegt ist.
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In der nachfolgenden Tabelle wird ein Beispiel für die in den einzelnen
Getriebegängen des erfindungsgemäßen Getriebes verwirklichbaron Übersetzungen angegeben,
wobei mit i die Übersetzung in den jeweiligen Getriebegang und mit zn die Zähnezahl
der in dem betreffenden Getriebegang beteiligten Zahnräder n angegeben ist:
| Abstufung: |
| 1. Gang i=##=##=3,55 |
| #1,83 |
| 2. Gang i=##=##=1,94 |
| 3. Gang i=##=##=1,45 #1,66 |
| #1,24 |
| 3. Gang i=###########=########=1,17 |
| "over- |
| drive" |
| 4. Gang i=##=##=0,94 #1,54 |
| #1,24 |
| 4. Gang i=##=##=0,76 |
| "over- |
| drive" |
Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Öl pumpe 25 direkt auf der Abtriebswelle 2
gehalten und von diescr angetrieben wird, ergibt sich automatisch, daß erst von
einer gewissen Vorwärtsdrehzahl der Abtriebswelle, das heißt also von einer gewissen
Vorwärtsfahrgeschwindigkeit an, ein zum Einrücken der Kupplung ausreichender Druckmitteldruck
erzeugt wird. Wenn diese Fahrgeschwindigkeit erreicht wird, wird die Kupplung 20
automatisch eingerückt und verbindet damit das Losrad 14 des vierten Getriebeganges
mit dem zusätzlichen Gangzahnradpaar 23 und 24. Andererseits ergibt sich bei Rückwärtsfahrt
des Fahrzeugs eine umgekehrte Drehrichtung der Zahnradpumpe, so daß durch Leersaugen
des der Lamellenkupplung 20 zugeordneten Betätigungsservos in keinem Fall die Kupplung
20 eingerückt werden kann. Das Ausrücken der Kupplung bei Rückwärtsfahrt ist
im
übrigen unbedingt erforderlich, da ansonsten infolge del bei Rückwärtsfahrt eingerückten
Überholkupplung 19 eine Blockierung des gesamten Getriebes erfolgen würde und damit
ein Rückwärtsfahren oder auch nur Anschieben nicht möglich wäre.
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Abschließend ist noch darauf hinzuweisen, daß die jeweils direkte
Übersetzung in dem dritten und vierten Getriebegang bei ausgerückter Kupplung 20
nur so lange in Betrieb bleibt, wie das Gaspedal völlig durchgetreten ist. Wird
das Gaspedal zurückgenommen, etwa weil eine erhöhte Zugkraft nach Beendigung eines
Beschleunigungsvorganges nicht mehr erforderlich ist, ergibt sich wieder ein Einrücken
der Kupplung 20 und damit der Betrieb in der jeweiligen over- -drive-Version
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