DE3308525A1

DE3308525A1 - Stufenschaltgetriebe, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3308525A1
Application number: DE3308525A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 3302 Cremlingen Klaue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-09-13
Anticipated expiration: 2003-03-11
Also published as: DE3308525C2

Description

R 748 - 4 -

Automobilgetriebe der Zukunft sind Vollautomatikgetriebe. Heutige Automatikgetriebe sind überwiegend Planetengetriebe mit Hydraulikwandlern. Seit der Energiekrise bemüht man sich, diese Automatikgetriebe in ihrem Wirkungsgrad zu verbessern, linergieverluste, welche nur teilweise durch Anordnung von Ueberbrückungskupplungen reduziert werden können, entstehen bei diesen Getrieben im Wandlerbereich sowie durch Panschverluste, welche wegen der im Oclbad laufenden, die Getrieberäder umgebenden Kupplungen und Bremsen zwangsläufig auftreten. Der dadurch entstehende Wärmeanfall kann nur durch eine besondere Getriebeölkühlung beherrscht werden. Dazu macht der komplizierte Aufbau dieser Automatikgetriebe, besonders der höherer Leistung, noch heute einen erheblichen Reparatur- und Gewährleitungsaufwand erforderlich.

Durch ein neues Synchronisiersystem sollte die Möglichkeit geschaffen werden, die Lagerabstände zu verkleinern, dadurch den Raumaufwand sowie die Geräuschbildung zu verringern und die Lebensdauer zu erhöhen.

Das Stufenschaltgetriebe der Erfindung, welches mit einer Druck-, Saugluft- oder Druckölbetätigung, einer zum Anfahren und zum Schalten dienenden Hingangskupplung sowie einer oder mehreren Ncbenwellen ausgerüstet ist, weist folgende Merkmale auf:

a.J bei Anwendung unterschiedlicher liinzelabstufungen sind die zu schaltenden Zahnräder des Abtriebsstranges mit Drehzah ifühlern ausgerüstet;

üj) bei geometrischer Stufung, also bei Anwendung von gleichen liinzelabstufungen, ist im Antriebsstrang ein Drehzahlfühler vorgesehen;

R 74 8 -S-

bj im Antriebsstrang ist eine Synchronisierbremse sowie eine vom Abtriebsstrang mit einer, mindestens der der Uebersetzung der grössten liinzelschaltstufe entsprechende Übersetzung angetriebene Synchronisierkupplung angeordnet;

c) Anordnung eines, mit für sich bekannten elektronischen Bauelementen ausgerüsteten Kommandogerätes, welches bei einem Getriebe nach Merkmal U₁) bei ungleicher Drehzahlmeldung des, dem noch geschalteten sowie dem zu schaltenden Zahnrad zugeordneten Drehzahlfühlers die Betätigung, der Synchronisierbremse oder der Synchronisierkupplung bis zur Meldung der Gleichheit zwischen der Drehzahl des geschalteten Zahnrades vor dem Schaltvorgang und dem während des Schaltvorgangcs verzögerten, bzw. beschleunigten, zu schaltenden Zahnrad auslöst und dann den Schaltvorgang freigibt

und bei einem Getriebe nach Merkmal a~) zur Freigabe des Schaltvorganges nach Aufnahme der Information vom Drehzahlfühler bei gemeldeter Aufwärtsschaltung die Betätigung der Synchronisierbremse bis zur, vom Drehzahlfühler gemeldeten Erreichung der Drehzahl n₂ ⁼ -^- (n,: eingangs vom Drehzahlfühler gemeldete Drehzahl; i: Uebersetzungssprung der Einzclübcrsetzungen) und bei Abwärtsschaltung die Betätigung der Synchronisierkupplung bis zur Erreichung der Drehzahl n^ = i · n. auslöst.

in einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Synchronisierbremsc sowie die Synchronisierkupplung des Getriebes auf dem Fortsatz einer Nebenwelle angeordnet und in noch weiterer Ausbildung der Erfindung wird bei Anordnung des Getriebes quer zur Fahrzeuglängsachse der Antrieb des Gctrie-

copy

R 74 8 - b -

bes annähernd in seiner Mitte durch Kegelräder derart eingeleitet, dass der S-tufengetriebetei 1 auf der einen und der Achsantrieb mit vorgeschalteter Planetenradendübcrsetzung und Differential auf der gegenüberliegenden Seite des Kegelantriebs angeordnet ist.

Dadurch wird für leichte und mittlere Personenkraftwagen ein kompakter Radantrieb geschaffen, bei dem das Motordrehmoment auf kürzestem Wege und wegen der Anwendung eines Minimums von Zahneingriffen mit gutem Wirkungsgrad in die Räder geleitet wird. Der geringe Raumbedarf wird nicht nur durch Anwendung der neuen Synchronisierung sondern auch dadurch erzielt, dass die Synchronisierbremse und -kupplung im für die beiden Kegelräder erforderlichen Breitenbereich des Getriebes untergebracht werden kann.

in den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der lirfindung dargestellt. In I^;ig. 1. ist schematisch ein 14-gängiges Stufenschaltgetriebe für schwere Nutzfahrzeuge und in l^;ig. 2 ein Achsantrieb eines mittleren Personenkraftwagens im Längsschnitt dargestellt.

Bei dem Nutzfahrzeuggetriebe von Fig. 1 ist mit 1 das Schwungrad des Motors und mit 2 die Kupplungslamelle der Hingangskupplung gekennzeichnet. Die liingangskupplung leitet ihr Drehmoment über, die Antriebswelle 3 mit dem Antriebszahnrad 4 über das Zahnrad to in die Nebenwelle-5 und von dort über

R 748 - 7 -

schaltbaren Zahnräder 14 bis 20 zur Abtriebswelle 2b weiter. Zwischen den zur Urzeugung der einzelnen Uebersetzungsstufen dienenden Schalträdern sind die Schaltklauen bis 25 axial verschiebbar auf der Abtriebswelle 26 angeordnet. Der Uebersichtlichkeit halber sind die Servobetätigungen der Schaltklauen, welche aus festen Zylindern und darin bewegten Kolben bestehen, nicht mit dargestellt.

Dem Stufenschaltgetriebe ist ein Split-Planetensatz zugeordnet, mit welchem die einzelnen Getriebesprünge aufgeteilt werden können. Dieses Planetengetriebe besteht aus der angetriebenen Aussensonne 27, den Planetenrädern 28 sowie dem Innensonncnrad 2¹J. Der Abtrieb erfolgt von den Planetenrädern 28 über den Steg 30 auf die l.^;.ndabtricbswel Ie 31. Das SpHtgctriebe wird durch Halten des Rades 29 durch die Bremse eingeschaltet und durch die Kupplung 33 kurzgeschlossen.

Auf der die Getrieberäder 6 bis 13 tragenden Nebenwelle 5 ist auf der vorderen Stirnseite die Synchronisierbremse und auf der hinteren Stirnseite die Synchronisierkupplung angeordnet. Die Glocke der Synchronisierkupplung wird vom Zahnrad 27 der Abtriebswelle 26 über das die Glocke umfassende Zahnrad 35.. angetrieben. Am Antriebszahnrad 4 ist der Drehzahlfühler 4 1 und an den Zahnrädern 14 bis 19 der Abtriebswelie 26 die Drehzahl fühler 42 bis 47 angebracht. Die Drehzahl fühler stehen über die Leitungen 41. bis 47 mit dem Kommandogerät 40, in dem die von ihnen gegebenen Informationen verarbeitet werden, in Verbindung.

Das Kommandogerät 40, in welchem die üruckluftsteuerungen sowie das elektronische Steuergerät zusammengefasst sind, er-

33UBbZb

R 74 8 - 8 -

hält über die Zuleitung 48 Druckluft, über die Anschlüsse 49 und 50 die Gangschaltinformation durch einen auf dem Abtrieb des Getriebes angeordneten, die Fahrgeschwindigkeit aufnehmenden Drehzahlgeber und durch einen die Motorbelastung (Gaspedal- oder Drosselklappenstellung) aufnehmenden Messfühler, über weitere Anschlüsse 51, 52 die Fahrzustandkommandos wie Vorwärtsfahrt, Rückwärtsfahrt, Parkieren usw. über Anschluss 53 das Einschaltkoinmando für das Splitgetriebe und schliesslich über Anschluss 54 das Ausschaltkommando für das Splitgetriebe, betätigt über die Druckluftanschlüsse 22 , 22^ die Bewegung der Schaltmuffe 22, die üruckluftanschlüsse 23,, 23₂ die der Schaltmuffe 23, die Druckluftanschlüsse 24_χ, 24_£

die der Schaltmuffe 24, die Druckluftanschlüsse 25 , 25₉ die

bewirkt ■*■ ^z

der Schaltmuffe 25 und/über die Druckluftleitung 39 die Betätigung der Anfahr- und Schaltkupplung 2, Leitung 38 die Betätigung der Synchronisierbremse 34, Leitung 37 die der Synchronisierkupplung 35, 36, Druckluftleitung 55 die Betätigung der Bremse 32 des Splitgetriebes, Leitung 5b die Betätigung der Splitgetriebekupplung 33. Die 1. Gangstufe des Schaltgetriebes ist über die Zahnräder 4, 6, 12, 19 durch Verbindung der Schaltmuffe 25 mit dem Rad 19, der 2. Gang über die Räder 4, 6, 11, 18 durch Verbindung der Schaltmuffe 24 mit dem Rad 18, der 3. Gang über die Zahnräder 4, 6, 10, 17 durch Verbindung der Schaltmuffe 24 mit dem Rad 17, der 4. Gang über die Zahnräder 4, 6, 9, 16 durch Verbindung der Schaltmuffe 23 mit dem Rad 16, der 5. Gang über die Zahnräder 4, 6, 8, 15 durch Verbindung der Schaltmuffe 23 mit dem Rad 15, der b. Gang über die Zahnräder 4, 6, 7, 14 durch Verbindung der Schaltmuffe 22 mit dem Rad 14, der direkte 7. Gang durch Verbindung der Schaltmuffe 22 mit dem Rad 4 eingeste11t.

.../11

R 748 - 9 -

Zur Beschreibung des Schaltvorganges sei als Beispiel die Abwärtsschaltung vom 6. in den 5. Gang gewählt. Im 6. Gang ist die Schaltmuffe 22 mit dem Zahnrad 14 verbunden, während die Schaltmuffen 23, 24 und 25 in der Mittelstellung gehalten werden. Die Signale des Drehzahlaufnehmers der GctriebeabtriebswelIe und des Messfühlers der Motorbelastung werden vom elektronischen Steuergerät als Umschaltbefehl vom 6. in den 5. Gang identifiziert. Zur Durchführung des Schaltvorganges wird, vom Steuergerät veranlasst, über die Druckluftleitung 39 die Kupplung 2 gelöst und die Schaltmuffe 22 vom Zahnrad 14 getrennt. Gleichzeitig wird über die Leitung 37 die Synchronisierkupplung 35, 36 solange betätigt, bis durch den Vergleich der über die Sensoren 42 und 43 gegebenen Drehzahlinformationen das Zahnrad 15 die synchrone Drehzahl erreicht hat und die Muffe 23 mit dem Rad 15 in Verbindung gebracht werden kann. Dann wird die Kupplung 2 wieder eingelassen und der Kraftschluss im 5. Gang ist. hergestellt. Bei dem umgekehrten Vorgang, also beim Aufwärtsschalten vom 5. in den 6. Gang, wird vom Kommandogerät statt der Synchronisierkupplung die Synchronisierbremse 34 über die Leitung 38 eingeschaltet.

Bei dem Getriebe nach Fig. 2 erfolgt der Antrieb von der Motorkurbelwelle 60 über die Kupplungslamelle 61, die 13ingangswelle 62 mit dem Antriebskegelrad 63. Die Betätigung der Anfahr- und Schaltkupplung erfolgt durch den Kolben 64, Betätigungshebel 65, Drucklager 66, Federteller 67. Während die mit der Kurbelwelle umlaufende Kupplungsglocke 68 und -druckplatte 69 im Motorgehäuse gelagert sind, ist die Antriebswelle 62 mit dem Antriebskegelrad 63 im Getriebegehäuse 70 untergebracht. Zum Antriebsstrang des Schaltgetrie-

COPY j

R 748 - 10 -

bes gehört noch das auf der Hohlwelle zusammen mit dem Antriebsstirnrad 72 gelagerte Eingangskegelrad 71, welches die mit den Rädern 73, 74, 75, 76, 77, 78 bestückte Nebenwelle 79 antreibt. Auf dem Fortsatz 79 der Nebenweile 79 sitzen die Lamellen 80 der Synchronisierbreiiise und Lamellen 81 der Synchronisierkupplung. Die Cegcnlamellen 82 der Synchronisierbremse sind axial frei beweglich an einem zylindrischen Fortsatz des Getriebegehäuses aufgehängt und die Gegenlamellen 83 der Synchronisierkupplung an der umlaufenden Kupplungsglocke 84, welche zusammen mit dem Antriebszahnrad 85 über das Kugellager 8ö auf dem Nebenwellenfortsatz 79. gelagert ist.

Der Abtriebsteil des■Getriebes besteht aus der Hohlwelle 87, auf der die Schaltzahnräder 88, 89, 90, 91 und 92 gelagert sind. Zwischen letzteren sind die Schaltmuffen 93, 94 und angeordnet. Die diese Muffen verschiebenden Schaltgabeln 93 , 94, und 95. stehen mit Servozylindern in Verbindung, welche der Uebersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt sind. Die Hohlwelle 87 treibt über das Innensonncnrad 96 die Planetenräder 97 des Planetenachsantriebs an, welche das als PIanetensteg ausgebildete Differentialgehäuse 99 antreiben und sich dabei auf der am Getriebegehäuse 70 befestigten Aussenglocke 98 abstützen. Ueber die Differentialkegelräder 100 und 101 werden über die Wellen 102 und 103 und die Gclenkglocken 104 und 105 die Antriebswellen der Vorderräder angetrieben. Auf einem verzahnten Fortsatz des Inncnsonnenrades 96 ist das Zahnrad 106 gesetzt, welches mit dem Zahnrad 85 der Synchronisierkupplungsglocke 84 kämmt. Synchronisierbremse und -kupplung werden über eine Betätigungsbrille 107, die durch zwei Kolben 108 und 109 auf dem Wellen-

.../13

R 748 - 11 -

fortsatz 79₁ verschoben werden kann, beim Synchronisiervorgang betätigt. Die Druckübertragung auf die Bremse erfolgt direkt und auf die Synchronisierkupplung über ein Drucklager 110. Als Drehzahl fühler ist auf der Stirnseite des Getriebegehäuses 70 ein als Impulsgenerator wirkendes Zahnrad 111 gelagert, dessen l-ühlglied 112 mit der Signalleitung 113, welche zum Kommandogerät führt, verbunden ist.

Das Getriebe weist 5 Vorwärts- und einen Rückwärtsgang auf. Bei den einzelnen Schaltstufen sind folgende Zahnräder und Schaltmuffen im Hingriff:

1.	Gang	Zahnräder	72,	7 3	, 77,	91	Schaltmuffe	95
2.	Gang	Il	72,	7 3	, 76,	90	Il	94
3.	Gang	Il	72,	7 3	, 75,	89	Il	94
4.	Gang	Il		di	rekt		Il	9 3
5.	Gang	11	7 "> Iu ,	7 3	, 74,	88	Il	9 3
Rückwärts	Il	72.	7 3	. 78.	92	Il	9 5

Die Zahnräder 78 und 92 kämmen mit einem nicht mit dargestellten Zwischenrad.

Die Gangschaltbefehle werden vom Fahrer durch Betätigen einer Druckknopfschaltung an die elektronische Hinheit im Kommandogerät eingegeben. Beim Aufwärtsschalten wird nach Speicherung der über die Signalleitung 113 zugeleiteten Drehzahlinformation, Oeffnung der Kupplung 61, 64 bis 69 und Verschiebung der Schaltmuffc der noch geschalteten Gangstufe durch Beaufschlagung des Kolbens 109 und Betätigungsbrille 107 die Synchronisierbrcmse 80, 82 bis zur vom Drehzahl fühler 111 bis 113 gemessenen Drehzahl n~ = -^- (n ist die eingangs vom

.../14

3308b2b

. AL·

Drehzahlfühler gemeldete Drehzahl und i der Uebersetzungssprung) betätigt. Dann wird die Synchronisierbremse gelöst, die Schaltmuffe der zu schaltenden Gangstufe in die Innenverzahnung des zu schaltenden Rades geschoben und die Kupplung wieder geschlossen.

Hine Abwärtsschaltung verläuft in gleicher Reihenfolge. Nur wird dabei über den Kolben 108, Betätigungsbrille 107 und Drucklager 110 die Synchronisierkupplung 81, 83 bis 85 bis zur Drehzahl n^ = i · η eingeschaltet.

- Leerseite

Claims

Dr. Ing. Hermann "Klaue* Beim Sch loss lc K) R 74 8 Kningen u.A. St u fen.se Ii al tgctr iebe, L ns be sondere Für Kraftfahrzeuge Patentansprüche

1) ätufcnschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, —■'mit einer Druck-, Saugluft- oder Druckö !betätigung, einer zum Anfahren und zum Schalten dienenden ELngangskupplung sowie einer oder mehreren Nebenwellen, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a J Bei Anwendung unterschiedlicher Iiinzelabstufungen sind dLe zu schaltenden Zahnräder (4, 14 bis 18) mit Drehzahl Fühlern (41 bis 47) ausgerüstet;

a₉) bei geometrischer Stufung, also bei Anwendung von gleichen Hinzclabstufungen, ist im Antriebsstrang (62, 03, 71, 72, 79) ein Drehzahl fühler (111) vorgesehen ;

b) im Antriebsstrang ist eine Synchronisierbremse (34; 80, 82) sowie eine vom Abtriebsstrang (26; 87) mit einer, mindestens der der Uebersetzung der grössten üinzelschaltstufe entsprechenden Uebersetzung angetriebene "Synchronisierkupplung (35, 36; 81, 83) angeordnet;

R 748 - 2 -

c) Anordnung eines mit für sich bekannten elektronischen Bauelementen ausgerüsteten Kommandogerätes (4OJ, welches bei einem Getriebe nach Merkmal a.) bei ungleicher Drehzahlmeldung des, dem noch geschalteten sowie dem zu schaltenden Zahnrad zugeordneten Drehzahlfühlers (41 bis 47) die Betätigung der Synchronisierbremse (34) oder der Synchronisierkupplung (35, 36) bis zur Meldung der Gleichheit zwischen der Drehzahl des geschalteten Zahnrades vor dem Schaltvorgang und dem während des Schaltvorganges verzögerten, bzw. beschleunigten, zu schaltenden Zahnrad auslöst und dann den Schaltvorgang freigibt

und bei einem Getriebe nach Merkmal a~) zur Freigabe des Schaltvorganges nach Aufnahme der Information vom Drehzahlfühlcr (111) bei gemeldeter Aufwärtsschaltung die Betätigung der Synchronisierbremse (80, 82) bis zur, vom Drehzahl fühler (111) gemeldeten Erreichung der Drehzahl i^ = --^ (n.: eingangs vom Drehzahlfühler gemeldete Drehzahl; i: Uebersctzungssprung der Einzelübersetzungen) und bei Abwärtsschaltung die Betätigung der Synchronisierkupplung (81, 83) bis zur Erreichung der Drehzahl n, = i · n, auslöst.

2) StufenschaItgetricbe, nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierbremse (34; 80, 82) und/oder die Synchronisierkupplung (35, 36; 81 83) auf dem Fortsatz (7¹J₁) einer Nebenwelle (5; 79) angeordnet sind.

- 3 -

3) Stufenschaltgctriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anordnung des Getriebes quer zur Fahrzeuglängsachse der Antrieb des Getriebes annähernd in seiner Mitte durch Kegelräder (63, 71) derart erfolgt, dass der Stufengetriebeteil (72 bis 95) auf der einen Seite und der Achsantrieb (99 bis 101) mit vorgeschalteter Planetenradendübersetzung (96 bis 98) und Differential (99 bis 101) auf der gegenüberliegenden Seite des Kegelradantriebs angeordnet ist.

COR? j