DE3417504A1

DE3417504A1 - Stufenschaltgetriebe, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3417504A1
Application number: DE19843417504
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-Ing. 3302 Cremlingen Klaue
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1984-05-11
Publication date: 1985-11-14
Also published as: US4727764A; WO1985005427A1; EP0181386A1

Description

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Die Erfindung betrifft Stufenschaltgetriebe mit

a) einer zentralen, mit Schaltschiebemuffen ausgerüsteten Hauptwelle

b) zwei, zusammen mit der Hauptwelle in einer Hbene liegenden Vorgelegewellen

Diese bekannte Schaltgetriebebauart weist gegenüber der üblichen Bauweise mit einer Nebenwelle den Vorteil auf, dass die als Schaltwelle ausgebildete Hauptwelle infolge Leistungsverzweigung auf die beiden Nebenwellen keine nennenswerten Lagerkräfte zu übertragen braucht. Durch die ürehmomentverteilung auf zwei Wellen wird darüberhinaus in der Länge Platz eingespart. Dieser Vorteil kann voll genutzt werden, wenn die Stufenschaltung durch Schaltschiebemuffen ohne Reibsynchronisierung vorgenommen wird, weil letztere einen erheblichen axialen Platzbedarf erfordern, so dass mit auf der Hauptwelle angeordneten, mit Reibsynchronisierung ausgerüsteten Schaltmuffen die Länge des Getriebes nahezu verdoppelt würde.

Ohne den Wirkungsgrad verschlechternde, in OeI laufende Reibflächen, also auch ohne zwischen den Schalträdern angeordnete Reibsynchronisierungen auszukommen, sowie sämtliche Stufen über jeweils eine Verzögerungs- und Beschleunigungseinrichtung zu synchronisieren, hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt. Ferner besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mit hoher Schaltgeschwindigkeit schalten zu können, um die Kraftschluss-

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unterbrechung abzukürzen, in einer Weiterbildung ohne Betätigung der Anfahrkupplung auszukommen und schliesslich eine automatische Betätigung zu ermöglichen und dabei Gewicht, Raum und Fertigungsaufwand einzusparen.

i!rfindungsgemäss weist das Nutzfahrzeug-Stufenschaltgetriebe der eingangs beschriebenen Bauart Betätigungszylinder auf, in denen zur Verschiebung der auf der Hauptwelle angeordneten Schaltmuffen mit Schaltgabeln verbundene, von einem hydraulischen oder pneumatischen Betriebsmittel bediente Betätigungskolben gelagert sind und eine oder beide Nebenwellen mit einer mit Bremse oder Kupplung versehenen Beschleunigungs- sowie Verzögerungseinrichtung ausgerüstet sind und ein, durch im Getriebeantriebs- und -abtriebsstrang angeordnete Drehzahlsensoren sowie durch vom Fahrer oder von Reglern gegebene Schaltimpulse informierter Mikroprozessor die Zuführung des Betriebsmittels zu dem betreffenden Betätigungskolben bei Erreichen des Gleichlaufs zum Schalten freigibt.

Zum Synchronisieren sind in weiterer Ausbildung der Erfindung die Nebenwellen mit einer Synchronisierbremse und mit einem, den erforderlichen Schaltsprung erzeugenden Planetengetriebe ausgerüstet, welches zum Einschalten eine Bremse besitzt.

Jn noch weiterer Ausbildung der Erfindung ist dem 3-Wellen-Stufengetriebeteil zur Verdoppelung der Gangstufen ein PIanetengetricbeteil vorgeschaltet, welches durch eine im Trockenraum des Getriebegehäuses untergebrachte, zusätzlich als Anfahrkupplung dienende Schaltkupplung zu- und abgeschaltet wird. Die Lamelle dieser Kupplung treibt das Planetengetriebe über eine Hohlwelle an, welche die das 3-Wellen-

getriebeteil antreibende Welle umfasst, wobei die direkt antreibende Kupplungslamelle zusammen mit der das Planetengetriebe antreibenden Kupplungslamelle in einem Kupplungsgehäuse untergebracht sind und der Gehäusemittelring als Gegenlauffläche für beide Kupplungslamellen dient.

Schliesslich wird in noch weiterer Ausbildung der Erfindung bei manueller Getriebeschaltbetätigung die zu jeder Schaltstufe des 3-Wellenstufengetriebes gehörige Splitstufe durch eine Bewegung des Schalthebels oder Schaltknaufs senkrecht zur Schaltbewegung der Hauptgangstufen geschaltet.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es ist ein 14-gängiges Nutzfahrzeuggetriebe gewählt, bei dem Druckluft als Servomittel dient.

In Fig. 1 ist der in Fig. 3 mit A-B gekennzeichnete Längsschnitt durch das Getriebe dargestellt. In Fig. 2 ist das Getriebe in einem in Fig. 3 mit C-D gekennzeichneten Teillängsschnitt durch die Schaltelemente und in Fig. 3 in einer Ansicht von der Abtriebsseite her mit einem Schnitt durch eine Schaltgabel zusammen mit dem Räderplan veranschaulicht. In Fig. 4 bis 7 ist das Betätigungsgerät für manuelle Schaltung, und zwar in Fig. 4 in einem in Fig. 5 mit G-H gekennzeichneten Längsschnitt, in Fig. 5 im in Fig. 4 mit I-K gekennzeichneten Querschnitt und schliesslich in Fig. 6 in der Draufsicht wiedergegeben. Fig. 7 zeigt die Anordnung des in Fig. 4 bis b dargestellten Betätigungsgerätes im Fahrzeug. Fig. 8 gibt das Schema des Getriebes mit manueller Bedienung und elektronischer Synchronisierung wieder.

In Fig. 9 ist ein Teillängsschnitt durch eine Betätigung des mechanisch gleich aufgebauten Nutzfahrzeuggetriebes mit elek-

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tromagnetischer Betätigung des Drucklufteintritts in die Betätigungszylinder veranschaulicht. Die am Fahrersitz getroffene Anordnung der dafür gewählten Betätigung zeigt Fig. Jü und 11 das Tasten-Tablar. Die Schalt-Schemata der halb- und vollautomatischen Schaltungen sind in den Figuren 12 und 13 dargestellt. Schliesslich ist in Fig. 14 in einem Teillängsschnitt ein auf einer Seite angebrachter Nebenantrieb mit einem Retarder wiedergegeben. Bei symmetrischer Anordnung, also bei Retardern auf jeder Getriebeseite, ist dadurch ein symmetrischer Abtrieb auf die Hauptwelle, auch bei der Retarder-Bremsung, gewährleistet.

in den Abbildungen ist mit 1 die Kurbelwelle des Motors, mit 2 das Schwungrad, mit 3 die an das Schwungrad angeflanschte Aiifahr- und Schaltkupplung gekennzeichnet. Die Kupplung weist drei Kupplungsringe 3.. , 3„ und 3.. auf, von denen nur der Mittelring axial beweglich angeordnet ist und über Fortsätze 7>. durch eine, auf Bolzen 3r abgestützte Zweiplatten-Tellerfeder 4 entweder die Kupplungslamelle 6 oder in entgegengesetzter Richtung die Lamelle 7 zur Anlage bringt. Zur Betätigung zum Anfahren sowie zum Schalten des zum Splitten der Schaltstufen des Stufenschaltgetriebeteils dienenden, letzterem vorgesetzten Planetengetriebes dienen zwei druckluftbeaufschlagte Ringkolben 10. und 1O₂, welche im, mit dem Getriebegehäuse 30 verbundenen, zweiteiligen Ringzylindergehäuse 5,, 5_?,im Druckraum durch vorgespannte Federn 9 abgestützt, gelagert sind. Zwischen den Ringkolben sitzt das Drucklager 8, dessen Aussenring mit der Kupplungsfeder 4 verbunden ist. Zur Entlastung des Drucklagers im gekuppelten Zustand erfolgt die axiale Mitnahme dei Feder 4 durch den Aussenring mit Spiel. Zu diesem Zweck sind auch die zur Anlage der Ringkolben im Ringzylindergehäuse dienenden Abstandsringe 5·,, 5. vorgesehen. Die Zuführung der Druck-

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luft zu den Betätigungsräumen im Ringzylindergehäuse erfolgt über die Leitungen 42. und 42r· In der vorliegenden Darstellung steht die Druckluftzuführung 42. unter Druck; der Ringkolben 10 hat gegen die Spannung der Federn hinter dem Ringkolben 10_? bis zu dessen Anschlag am Ring 5. die Kupplungsfeder in die Lage gebracht, in welcher die Lamelle 6 das vom Motor eingeleitete Drehmoment über die Antriebswelle 13 das Antriebsrad 6 des Stufenschaltgetriebeteils antreibt. Schliesst die Kupplung durch Zuführung von Druckluft über die Leitung 42^ die Lamelle 7 ein, so wird über die Hohlwelle 14 das Planetengetriebe, bestehend aus der Antriebsglocke 27,, den Stufenplanetenrädern 27₂> 27, und einem Steg 28, der mit der Welle 13 verbunden ist, angetrieben.

Der Stufenschaltgetriebeteil besteht aus den auf der Hauptwelle 24 sitzenden Schalträdern 17 bis 23. Die Hauptwelle ist an ihrem Flanschende im Getriebegehäuse 30 und auf der Kupplungsseite im Antriebsrad 16 gelagert. Das Antriebsrad 16 treibt die beiden Nebenwellen 24.. und 24₂ über die Räder 1O₁ und 16₂ an. Die Zahnräder 17.. bis 22, bzw. 17- bis 22₂ auf den beiden, Nebenwellen bilden die Gegenräder der Schalträder 17 bis 23. Zwischen den Schalträdern sitzen die Schaltmuffen 24·, bis 24 , die über die Schaltgabeln 25.. bis 25. axial bewegt werden können. Die Schaltgabeln stehen mit den im Servozylinder 29 gelagerten Doppelkolben 39₆ bis 39_g axial in formschlüssiger Verbindung. Der Betätigungszylinder 39 ist durch die Zwischenwände 39. bis 39r in vier Betätigungsdoppelzylinder mit ihren Druckräumen 4I₁ bis 41_O aufgeteilt. Die Zufüh-

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rungsleitungen zu den Druckräumen sind mit 41-, bis 41_fi, gekennzeichnet. Zur Verhinderung von Fehlschaltungen sind die Schaltgabeln 25 bis 25. mit vier Stangen verbunden, die in bekannter Weise durch Verriegelungen für jeweils nur eine Schaltstange eine Schaltbewegung zulassen.

Die Zahnräder des Stufenschaltgetriebeteils sind schräg verzahnt, und zwar die Antriebsräder 16, 1O₁ und 16₂ mit einem dem Schrägungswinkel der Schaltzahnräder entgegengesetzten Schräßungswinkel. Um eine möglichst gleichmässige Leistungsverzweigung auf beide Nebenwellen zu erhalten und die Fertigungstoleranzen zu kompensieren, ist sowohl das Antriebsrad 16.-, der einen Nebenwelle als auch die Nebenwelle selbst axial beweglich gelagert und durch Federn 16, und 26 gegen den jeweiligen Schrägungswinkel der Verzahnung verspannt.

Zum Synchronisieren weist die Nebenwelle 24.. auf ihrer kupplungsseitigen Stirnseite eine Lamellenbremse 36 auf, welche über Druckluft betätigt wird. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist ein Planetengetriebe angeordnet, dessen Aussensonnenrad 33 über das auf der Hauptgetriebewelle 24 angeordnete Zahnrad 31 und das Zahnrad 32 angetrieben wird. Beim Abwärtsschalten wird zum Beschleunigen der Nebenwellen das Zentralrad 24, des Planetengetriebes durch Abbremsen des Leges der Planetenräder 34 durch die ebenfalls druckluftbetätigte Bremse 35 auf eine höhere Drehzahl gebracht. Der Drehzahlsensor 37, beaufschlagt vom Zahnrad 21. des Abtriebs, und der Sensor 38, beaufschlagt durch die Aussenverzahnung des Aussensonnenradcs 33, welches von der Abtriebsseite angetrieben ist, leiten ihre Drehzahlinformationen über die elektrischen Leitungen 37. und 38. an den Mikroprozessor, der den Gleichlauf zum Schalten ermittelt. Beim Abwärtsschalten wird dann die Bremse 35 und beim Aufwärtsschalten die Bremse 36 durch Druckluft betätigt.

Das Getriebe des Ausführungsbeispiels weist folgende Abstufung auf:

1. Gang 11,15 1+ 9,29

2. Gang 7,72 2+ 6,41

3. Gang 5,32 3+ 4,42

4. Gang 3,6 7 4+ 3,05

5. Gang 2,53 5+ 2,1

6. Gang 1,75 6+ 1,45

7. Gang 1,2

7+ 1,0 .../10

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Die Rückwärtsgänge haben dieselben Uebersetzungen wie der 1. und 1+ Gang. Es ist demnach geometrisch abgestuft, wobei der Sprung des Splitgetriebes 1,2 beträgt.

Nachfolgend werden die bei den einzelnen Schaltstufen übertragenden Räder genannt:

Gang 1 /1+ 16, 16,, 16₂, 22,, 22₂, 22 Gang 2 /2+ 16, 16,, 16-, 21 , 21 , 21

JL L· X Lt

Gang 3 /3+ 16, 16,, 16₂, 20,, 20_?, 20

Gang 4 /4+ 16, 16,, 16₂, 19,, 19₂, 19

Gang 5 /5+ 16, 16,, 16₂, 18,, 18₂, 18

Gang 6 /6+ 16, 16,, 16_2> 17,, 17₂, 17

Gang 7 /7+ direkt

Bei den Gängen 1 bis 7 sowie R ist die aus den Planetenrädern 27., 27„, 27., und dem Steg 28 bestehende Planetengruppe eingeschaltet. Im Rückwärtsgang R und R+ sind im Stufenschaltgetriebeteil die Räder 16, 16,, 16,,, 22,, 22₂, 23,, 23_? und 23 im Eingriff.

Das in Fig. 4 im Längs- und in Fig. 5 im Querschnitt dargestellte Betätigungsgerät dient zur manuellen Schaltung. Es besteht aus dem Gehäuse 42 mit den Abschlussdeckeln 42, und 42,, und umfasst die Schaltstange 43, die durch den Schaltknauf 43, axial längs bewegt und geschwenkt werden kann. Das Gerät dient zum Schalten der Vorwärts- und Rückwärtsgangstufen im Schaltgetriebeteil sowie zur Betätigung der beiden Kupplungslamellen ϋ und 7, mit denen der Planetengetriebeteil 27,, 27,,, 28, 29

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zu- und abgeschaltet werden kann. Die Schaltung der Gangstufen des Stufenschaltgetriebeteils erfolgt durch Längsbewegung des

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Schaltknaufs und die der Schaltkupplungen durch eine Schwenkbewegung. Die Schaltstellungen des Betätigungsgerätes sind in Fig. 6 punktiert angegeben.

Der Schaltknauf ganz herausgezogen, stellt die Rückwärtsübersetzung her, und zwar mit (R) und ohne Splitübersetzung (R+). In einer Stufenstellung weiter nach vorn wird der Leerlauf eingestellt. Aus dem Leerlauf kann beidseitig an den Schaltstufen vorbei durchgeschaltet werden, ohne dass die betreffenden Schaltübersetzungen eingelegt werden, liine Raste 44, welche in Nuten 43,, der Schaltstange eingreift, markiert die einzelnen Schaltstufen. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass beim Schwenken der Schaltstange durch die Nocken 43., bzw. 43, das Ventil 46 oder 47, somit entweder die Lamelle 6 oder 7 über die Rohrleitungen 42. und 42,., welche mit den Druckräumen vor und hinter der Membran 11 zum Betätigen der beiden Lamellen 6 und 7 verbunden sind, beaufschlagt werden kann. Bei dem Verschwenken der Schaltstange 43 bleibt der betreffende Gang im Stufenschaltgetriebeteil eingeschaltet. Der Aufbau der Ventile 46 und 47 entspricht dem der Ventile 4S₁ bis 45_O.

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In Fig. 5 ist der direkte Gang 7+ durch das Ventil 45,, welches über die Leitung 41„, Druckluft in den Druckraum 4I₂ schickt und damit die Hauptgetriebewelle 24 mit dem Antriebsrad 16 verbindet, dargestellt. In gleicher Weise werden auch die anderen Stufen durch die Ventile 45₂, 45,, 45-, 45., 45.,, 45« geschaltet. 45_g ist kein Ventil. Hier dient die Druckfeder mit der Kugel als Raste in der Leerlaufstellung.

Der Aufbau der Ventile 45, bis 45_g, 46, 47 ist folgender: Der Nocken 43₅ der Schaltstange hat die Kugel 45... und damit den Ventilschieber 45,- so weit heruntergedrückt, dass von der Zu-

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führungsbohrung 42, Druckluft über den Ringkanal 45,- in die Leitung 41_?, geführt wird, die über ein Ventil, das im Augenblick des Gleichlaufs der zu schaltenden Räder, in diesem FaIl der direkten Uebersetzung des Gleichlaufs des Antriebsrades 16 und der Hauptgetriebewelle 24, vom Rechner geöffnet wird, die Druckluft in den Druckraum 4I₂ durchleitet und die Schaltmuffe 24, in die Schaltklauen des Rades 16 einführt.

Wie bereits erwähnt, ist Ventil 45. mit dem Druckraum 4I₂ über die Leitung 41_?1 verbunden. Die Zuordnungen der weiteren Ventile ist folgende:

Ventil 45₂ Druckraum 41. über Leitung 4I₁₁ Gänge 7+, 7

Ventil 45, Druckraum 41, über Leitung 41.. Gänge 6+, 6

Ventil 45* Druckraum 41, über Leitung 41,-. Gänge 5+, 5

Ventil 45r Druckraum 41. über Leitung 41,, Gänge 4+, 4

Ventil 45, üruckraum 4I₅ über Leitung 41". Gänge 3+, 3

Ventil 45₇ Druckraum 41„ über Leitung 41«. Gänge 2+, 2

Ventil 45_g 0

Ventil 45^ Druckraum 41„ über Leitung 4I₇₁ Gänge R+, R

Die Ventile werden im vorliegenden Beispiel durch einen annähernd kegelförmigen Nocken bedient, um von allen Bewegungsrichtungen her denselben Druckanstieg zu erreichen. Es handelt sich ferner um eine Schlitz-, d.h. Drosselsteuerung, welche auch bei Ausfall der Elektronik in Verbindung mit dem Kegelnocken einen ausreichend gedämpften Servoantrieb ermöglicht. Um völlig handdruckabhängig zu steuern, könnten die Ventile auch mit dem Handdruck annähernd proportionaler Dreikanalventile ausgebildet werden.

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Das Betätigungsgerät ist durch eine Blechkappe 42,- abgedeckt, in welcher Kontakte 42- angebracht sind, die in Verbindung mit dem Schleifkontakt 43,, der am Blechbügel 43_? die Schaltbewegungen des Schaltknaufs 43, mitmacht, die Schaltstellungen an den Rechner weitergibt und damit den Synchronisiervorgang einleitet.

In Fig. 9 ist die Druckluftbetätigung der Schaltgabel 25. dargestellt, wie sie bei halb- und vollautomatischer Schaltung ausgebildet ist. Hierbei erfolgt die Druckluftbetätigung nicht mechanisch mit in die Zuführungsleitung eingesetztem, vom Rechner gesteuerten Zusatzventil, sondern direkt vom Rechner aus, nachdem dieser Gleichlauf der zu schaltenden Räder festgestellt hat. Die elektrischen Steuerleitungen 4,,, und 4₂,, bedienen Magnete 4,,- und 4₂,~, welche die Steuerkolben 4,,, und 4„,^ umschliessen und beim Oeffnen, wie es beim Steuerkolben 4,,, der Fall ist, die Leitung 4,,. vom Druckraum 41, über die liindrehung 4,,,. mit der Druckluftzuführung 4,,, verbindet. In geschlossenem Zustand ist der betreffende Druckraum 4I₂ über die Leitung 4₂₁« sowie Leitung 4..,- mit der Atmosphäre verbunden.

Das Getriebe der Erfindung kann auf folgende Weise betätigt werden:

1) manuell

Zum Anfahren und Schalten dient ein Kupplungspedal. In den Steuerkreis des Druckluft-Steuerventiles zur Kupplungsbetätigung ist ein Umschaltventil gesetzt, welches beim Umlegen der Tellerfeder 4 auf den betreffenden Druckraum der Druckluft-Kupplungs-Doppelbetätigung 5j, 52 schaltet. Die Getriebeschaltung erfolgt über das in Fig. 4 bis 7 darge-

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stellte Betätigungsgerät. Das weiter unten beschriebene Schaltschema mit der elektronischen Synchronisierung gibt Fig. 8 wieder. Das manuell geschaltete Getriebe erfordert einen grösseren Aufwand als die halb- und vollautomatischen Lösungen. Derzeit besteht bei seiner Anwendung jedoch der Vorteil, dass es bei fehlerhafter oder ganz ausfallender Elektronik weiterbetrieben werden und die Splitgruppe dabei ohne Kupplungspedalbedienung geschaltet werden kann.

I) halbautomatisch

Anfahren und Schalten erfolgt ohne Kupplungspedal. Zum Anfahren wird die zum Schliessen der Kupplung in die Doppelbetätigung 5i, 52 zu leitende Druckluft von einem durch den Motor angetriebenen Regler gesteuert. Die Schaltung erfolgt manuell über das mit elektrischen Schaltern ausgerüstete, in Fig. 10 in der Anordnung im Fahrzeug und in Fig. 11 in der Ansicht gezeigte Kommandogerät. Fig. stellt das unten beschriebene Schaltschema dar. Verschaltet sich der Fahrer - schaltet er beispielsweise beim Fahren im direkten Gang, mit der Absicht in die 6+ bzw. 6 Schaltstufe zu gelangen, die 3. Gangstufe - so leuchtet der in Fig. 7 und 8 mit 49 gekennzeichnete, normalerweise die eingeschaltete Gangstufe anzeigende Signalgeber pulsierend auf, wobei die vom Rechner aus der Getriebeausgangsdrehzahl ermittelte, erforderliche Gangstufe angezeigt wird. Diese Anzeige kann auch durch eine weitere, dem Rechner übermittelte Information der Gaspedalstellung korrigiert werden.

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3) vollautomatisch

Anfahren und Schalten erfolgt ohne Kupplungspedal. Zusammen mit der Synchronisierung erfolgt die Stufenschaltung elektronisch ■ mit Hilfe von im Getriebean- und -abtrieb angeordneten Drehzahlfühlern, welche mit dem Mikroprozessor verbunden sind, automatisch bis zur obersten Gangstufe, wenn nicht am Kommandogerät eine tiefere Schaltstufe gewählt ist. Bei normalem Verkehr in der Hbene wird vorwärts 7+ gewählt, dann schaltet das Getriebe die 1+ bis 7+ Kolonne durch; wird 7 eingestellt, so fährt das Getriebe nach dieser Kolonne. Wird sowohl 7+ wie 7 vorgewählt, werden sämtliche Gänge durchgeschaltet. Ist der Fahrer bei grosser Belastung seines Fahrzeugs der Meinung, dass im zusätzlich übersetzten Gang 1 angefahren, dann aber auf die 1+ bis 7+ Kolonne übergegangen werden kann, wählt er 1 und 7+ vor. Dann werden die Gänge 1, 1+ bis 7+ gefahren; meint er, dass bis zum 3. Gang feiner gestuft gefahren werden muss, so wählt er 3 und 7+, dann schaltet das Getriebe 1, 1+, 2, 2+,3,3+ bis 7+. Will der Fahrer verhindern, dass das Getriebe unter einen bestimmten Gang schaltet, dann muss er in der 1 bis 7-Kolonne die betreffende Stufe vorwählen. Beispiel: Der Fahrer will auf einer Bergstrecke mit gleichmässiger Steigung verhindern, dass ständig zwischen 4 und 3+ (bei Vorwahl beider Kolonnen) geschaltet wird, dann kann er dieses durch Wahl der 4-Taste verhindern. Das Schaltschema ist in Fig. 13 wiedergegeben und weiter unten beschrieben.

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In dem in l^;ig. 8 wiedergegebenen pneumatischen Schaltplan des manuell geschalteten Getriebes mit elektronischer Synchronisierung steht der Druckluftspeicher 50 über die Leitung 42., mit dem in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Betätigungsgerät, über dessen Ventile 45, bis 45„ sowie den Leitungen 4I₂, bis 41_O, und elektrisch betätigten 3/2-Wegeventil mit den entsprechendcn Druckräumen 41_? bis 41_g der Betätigungskolben der Schaltgabeln in Verbindung. Im Schaltplan sind die 3/2-Wegeventile 51., 51„ und die Druckräume 4I₂, 41_g der Betätigungskolben für die Schaltstufen 7 und 1 verdeutlicht, während diese Elemente für die anderen Schaltstufen durch die entsprechende Zahl symbolisiert werden. Ferner ist der Speicher 50 über die Leitung 50, und über das elektrisch geschaltete 3/2-Wegeventil 52 an den Druckraum 35, der die Nebenwelle 24, beschleunigendenBremse 35 sowie über die Leitung 5O₂ und das 3/2-Wegeventil 53 an den Druckraum 36, der die Nebenwelle 24, verzögernden Lamellenbremse 36 angeschlossen. Ueber die Leitungen 5O₃, 42g, das Umschaltventil 54, das mechanisch durch Schwenken der Schaltstange 43 betätigte 4/3-Wegeventil 55, welches sich aus den in Fig. 5 mit 46 und 47 bezeichneten Ventilen zusammensetzt, sowie über die Leitungen 42. bzw. 42r gelangt je nach Stellung des Ventils 55 Druckluft vom Speicher in den betreffenden Betätigungsringraum des doppelt wirkenden Pneumatikzylinders 5 , 5„ zur Betätigung der betreffenden Schaltkupplung. Ebenso kann den Betätigungsringräumen geregelt Druckluft vom Speicher 50 über die Leitung 50,, das vom Kupplungspedal 57 betagte üruckregelventil 56, die Leitung 56,, das Wegeventil und die Leitung 42. bzw. 42r zugeführt werden.

Die 3/2-Wegeventile 51 stehen über elektrische Leitungen 58, bis 58„, die 3/2-Wegeventile 52 und 53 über elektrische Leitungen 59 und 60 mit dem Mikroprozessor 61 in Verbindung. Ein-

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gangssignale erhält der Prozessor über die Leitung 38. vom Sensor 38 sowie über die Leitung 37, vom Sensor 37. Beide nehmen kontinuierlich die Drehzahl des Abtriebs- bzw. Antriebsstranges auf. Darüberhinaus werden dem Mikroprozessor über die Leitungen 62, bis 62_g, welche mit dem Schleifkontakt 43₆ verbunden werden, Informationen über Schaltstufe und -richtung mitgeteilt. Weiterhin erhält der Mikroprozessor über den vom Kupplungspedal betätigten elektrischen Schalter 63 und die Leitung 63, die Mitteilung, ob die Verbindung zwischen Motor- und Getriebe unterbrochen oder hergestellt ist.

Den Schaltvorgang im Stufenschaltgetriebeteil löst der Fahrer durch Betätigen des Kupplungspedals und Verschieben der Schaltstange in die Position des gewünschten Ganges aus. Bei Niederdrücken des Kupplungspedals wird die direkte Druckluftzuführung zum augenblicklich beaufschlagten Druckraum des Pneumatikzylinders 5,, 5_ durch Schliessung der Leitung 5O₃ über das Umschaltventil 54 unterbrochen. In Abhängigkeit von der Stellung des 4/3-Wegeventils 55 wird der unter Druck stehende Ringzylinderraum des Ringzylinder 5,, 5₂ über die Entlüftung 56. des Druckregelventils 56 drucklos gemacht. Dadurch wird der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen, unabhängig davon, ob eine normale Schaltstufe oder eine Splitstufe eingelegt war. Dem Mikroprozessor, der die elektronische Synchronisierung steuert, wird die Kraftschlussunterbrechung über den bei betätigtem Kupplungspedal geschlossenen Schalter 6 3 mitgeteilt. Bewegt nun der Fahrer mit dem Schaltknauf 43, die Schaltstange 43 in Längsrichtung, so bringt er über den Nocken 43r das dem geschalteten Gang entsprechende Ventil 45, bis 45_t) in Lösestellung, wodurch der dem eingelegten Gang zugeordnete

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üruckraum 4L bis 41_g des Betätigungskolbens der Schaltgabel über das entsprechende stromlose 3/2-Wegeventil 51, bis 51„ entlüftet wird. Somit wird die Schaltmuffe durch die auf den Betätigungskolben und auf die Schaltgabel wirkende Rückdruckfeder aus der Mitnehmerverzahnung des geschalteten Zahnrades ausgerückt.

Die Elektromagnetventil 51, bis 51_O werden vom Mikroprozessor

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betätigt und sind durch Strombeaufschlagung normalerweise, d.h. wenn die ihnen zugeteilte Schaltstufe nicht geschaltet ist, in der Stellung gehalten, welche die Druckräume 41- bis 41_O entlüftet. Ist der dem Elektromagnetventil zugeordnete

Gang eingelegt, so ist der Stromfluss zum Ventil unterbrochen und der üruckraum direkt mit dem entsprechenden Ventil 45, bis 45y des Betätigungsgerätes gekoppelt. Dadurch wird bei Ausfall der Synchronisierungselektronik ein konventionelles Schalten der Gänge ermöglicht. Während der Schaltbewegung der Schaltstange, die dem Mikroprozessor durch den Schleifkontakt 43, mitgeteilt wird, erhält der Fahrer über eine vom Prozessor gesteuerte Digitalanzeige 49 die augenblickliche Stellung, und somit die von ihm gewählte Schaltstufe, durch Erscheinen der Zahl auf der Anzeige. Während des Schaltvorganges blinkt diese Zahl und teilt dem Fahrer mit, dass die Synchronisierung der gewählten Schaltstufe noch nicht abgeschlossen ist. Um bei Abwär-tsschaltung unnötig lange Synchronisierungszeiten zu vermeiden und dem Fahrer bei der Wahl der niedrigeren Schaltstufe zu helfen, kann der Mikroprozessor über eine weitere Digitalanzeige die Zahl des kleinstmöglichen Ganges, bei dem die Antriebsseite des Getriebes nicht überdreht wird, oder das Fahrzeug mit der Betriebsbremse verlangsamt werden muss, blinkend aufleuchten lassen. Diesen Wert kann der Mikropro-

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zessor aus der eingelegten Schaltstufe, der kontinuierlich erfassten Drehzahl des Abtriebsstranges und den festgelegten Zahnradübersetzungen ermitteln.

Hat der Fahrer die Schaltstange in die vorgesehene Position verschoben, d.h. stimmen die Zahlen der beiden Leuchtanzeigen überein, so ist die Befehlseingabe an den Mikroprozessor abgeschlossen und die Synchronisierung kann ablaufen. Das dem eingelegten Gang zugeordnete Ventil 45 bis 45^ im Betätigungsgerät ist geöffnet und Druckluft steht über die entsprechende Leitung 41.,, bis 41_O, am Elektromagnetventil 5I₁ bis 51_O an.

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Der Mikroprozessor erfasst die Drehzahlen des An- und Abtriebsstranges und betätigt je nach Schaltrichtung (Auf- oder Abwärtsschaltung) das Elektromagnetventil 52 oder 53. Dadurch wird entweder der Druckraum 35.. der Bremse 35 oder der Druckraum 36, der Bremse 36 mit dem Druckluftspeicher verbunden und die Nebenwelle 24,, und somit die zu schaltenden Zahnräder, beschleunigt oder verzögert. Ist der Gleichlauf des entsprechenden Zahnrades auf der Abtriebswelle und der Schiebemuffe erreicht, so löst der Mikroprozessor das Elektromagnetventil 52 oder 53 durch Abschaltung des Stromes in der Leitung 59 bzw. 60, d.h. die Druckkammer 35, bzw. 36, wird entlüftet. Gleichzeitig betätigt der Mikroprozessor das der gewählten Schaltstufe entsprechende 3/2-Wegeventil 51. bis 51„ durch Stromunterbrechung der zugehörigen elektrischen Leitung 5S₁ bis 58„. Dadurch wird die Druckluftzuführung in den Druckraum 41, bis 41g des entsprechenden Betätigungskolbens der Schaltmuffe geöffnet und die Muffe eingerastet. Dies alles spielt sich im Zehntelsekunden-Bereich ab.

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Dem Fahrer wird die Beendigung des Synchronisierungsvorganges dadurch angezeigt, dass die blinkenden Zahlen der Digitalanzeigen konstant leuchten.Er kann das Kupplungspedal lösen und dabei durch das Ventil 56 gesteuert Druck im betreffenden Betätigungsringraum des Ringzylinders 5,,S- aufbauen, womit der Kraftschluss zwischen Getriebe und Motor wieder hergestellt ist. Während der normalen Fahrt informiert die Digitalanzeige den Fahrer über die eingelegte Schaltstufe.

Das in Fig. 12 wiedergegebene, vereinfachte Schaltschema betrifft das Getriebe mit halbautomatischer Schaltung. Der Schaltzeitpunkt und die Schaltstufe werden vom Fahrer durch Betätigen der entsprechenden Schalter am Kommandogerät 70 bestimmt. Zur Übermittlung von Schaltabsicht und Schaltstufe ist jeder Schalter durch eine elektrische Leitung 70, bis 70,₇ mit dem Mikroprozessor 71 verbunden. Informationen über die Drehzahlen im An- und Abtriebsstrang werden dem Mikroprozessor über die Leitungen 37. und 38. von den Sensoren 37 und 38 geliefert. Die Synchronisierung wird durch den Mikroprozessor gesteuert. Zu diesem Zweck ist er über die elektrischen Schaltleitungen 72. bis 72_O mit den Elektromagnetventilen 73, bis

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73g zum Regulieren der Druckbeaufschlagung der Betätigungskolben der Schaltschiebemuffen sowie über die Schaltleitungen 59 und 60 mit den Elektromagnetventilen 52 und 53, welche den Schaltzustand der Bremsen 35 und 36 zur Verzögerung bzw. Beschleunigung der Getriebewellen 24, und 24₂ bestimmen, verbunden. Der Mikroprozessor stellt durch Betätigen des Umschaltventils 74 über die Schaltleitung 74. und das 4/3-Wegeventil 76 über die Leitung 76. die Kraftschlussverbindung oder -unterbrechung von Motor und Getriebe sowie die Zuschaltung des Planetengetriebes für die Splitübersetzung her. Über das in drei Stellungen schaltbare Magnetventil 76 wird

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der Druckzustand in den Betätigungsräumen des doppelt wirkenden Pneumatikzylinders 5.., 5_ bestimmt. In der Ventilmittelstellung sind beide Kammern drucklos, somit beide Kupplungslamellen 6 und 7 ausgerückt und der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen. In den beiden anderen Ventilstellungen ist jeweils eineKammer druckbeaufschlagt, demnach entweder die Kupplungslamelle 6 oder 7 eingerückt. Um- beim Anfahren ein gesteuertes Einkuppeln zu erzielen, stellt das Umschaltventil 74 die Druckluftverbindung vom Druckluftspeicher 75 über ein Druckregelventil 77 zu den Druckräumen des Pneumatikzylinders 5.. , S₂ her. Als Steuerungsgrössen wirken auf das Druckregelventil 7 7 ein vom Motor angetriebener Regler sowie-die Stellung des Gashebels 79.

Nachfolgend werden verschiedene Schaltvorgänge beschrieben:

1) Muss der Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe unterbrochen werden, so drückt der Fahrer die Taste "O" am Kommandogerät 70. Daraufhin stellt der Mikroprozessor 71 das Ventil 76 auf Mittelstellung und entlüftet die beiden Kammern des Pneumatikzylinders 5,, 5~ über die Druckluftleitungcn und 42-· Diese Stellung des Ventils 76 schaltet der Mikroprozessor auch ohne Befehlseingabe des Fahrers ein, sobald der Sensor 37 eine bestimmte Mindestdrehzahl meldet, um ein Abwürgen des Motors zu verhindern. Anschliessend bringt der Mikroprozessor automatisch durch Umschalten des Ventils 74 die Eingangsleitung 74₂ des 4/3-Wegeventils 76 mit der Ausgangsleitung 77 des Druckregelventils 77 in Verbindung, damit für das nachfolgende Anfahren im Pneumatikzylinder 5., S₉ gesteuert Druck aufgebaut werden kann.

2) Gibt der Fahrer die Anweisung, von der normalen in die gesplittete Stufe überzugehen oder umgekehrt, so betätigt der Mikroprozessor das 4/3-Wegeventil 76 von der einen lindste llung über die Mittelstellung in die andere Endstellung. Dadurch wechselt die Druckbeaufschlagung des doppelt wirkenden Pneu-

matikzylinders von der einen zur anderen Kolbenseite und das Planetengetriebe zur Splitübersetzung wird ein- oder ausgeschaltet.

3 J Wählt der Fahrer eine andere Schaltstufe, so prüft der Mikroprozessor bei Abwärtsschaltung über den Sensor 38,ob der vorgesehene Gang ohne Überdrehen der Antriebsseite schaltbar ist. Ist dies nicht der Fall, so leuchtet die Digitalanzeige 49 blinkend mit der Zahlangabe des niedrigst möglichen Ganges auf. Der Fahrer muss dann diesen Gang neu einlegen und der Mikroprozessor bringt über die Leitung 76, das 4/3-Wegeventil in Mittelstellung, unterbricht damit den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe und schaltet von den Elektromagnetventilen 73, bis 73., das dem eingelegten Gang zugeordnete Ventil über dessen Schaltleitung Ί2_Λ bis 72 in diejenige Stellung, welche den Druckraum 41, bis 41. des dem eingelegten Gang zugeteilten Schaltgabel-Betätigungskolbens entlüftet. Dadurch wird die Schaltmuffe infolge der auf den Betätigungskolben wirkenden Kraft der Rückdruckfeder aus der Mitnehmerverzahnung des geschalteten Zahnrades ausgerückt.

Die Elektromagnetventile 73, bis 73_ft und die Druckräume 41, bis 41g der Schaltgabel-Betätigungskolben sind in Fig. 12 für den 7. Vorwärts- und den Rückwärtsgang verdeutlicht und für die anderen Schaltstufen durch die entsprechende Zahl symbolisiert. Die Ventile 73, bis73_R sind in zwei Stellungen schaltbar. In der Ausgangsstellung, welche sie einnehmen, wenn die ihnen zugeordnete Schaltstufe nicht eingelegt ist, entlüften sie den Druckraum 41, bis 41„, in der Endstellung, also bei eingelegter Schaltstufe, verbinden sie diesen Druckraum über die Leitung 60 mit dem Druckspeicher 75.

Nach dem Ausrücken der Schaltmuffe des eingelegten Ganges erfasst der Mikroprozessor die Drehzahlen des An- und Abtriebsstranges über die Sensoren 37 und 38 und betätigt je nach Schaltrichtung das Elektromagnetventil 52 oder 53. Dadurch wird entwederder Druckraum 35, der Bremse 35 oder der Druckraum

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36, der Bremse 36 mit dem Druckluftspeicher 75 verbunden und die Nebenwellen 24, und 24₂ beschleunigt oder verzögert. 1st der Gleichlauf des zu schaltenden Zahnrades auf der Hauptwelle 24 und der entsprechenden Schiebemuffe erreicht, so löst der Mikroprozessor das Elektroventil 52 oder 53 wieder und der Druckraum 35, bzw. 36, wird entlüftet. Gleichzeitig wird über den Mikroprozessor der dem gewählten Gang zugeordnete Druckraum 41, bis 41„ durch Betätigung des entsprechenden Elektromagnetventils 73, bis 73. druckbeaufschlagt und die Schaltmuffe durch den Betätigungskolben eingerastet. Dann schaltet der Mikroprozessor das 4/3-Wegeventil 76 aus der Mittelstellung in diejenige Endstellung, welche der Schaltstufenwahl gemäss durch Druckbeaufschlagung des entsprechenden Betätigungsraumes des Rinzylinders 5,,5_ die Kupplungslamelle 6 oder 7mit dem Schwungrad verbindet und den Kraftschluss zwischen Motor und Getriebe wieder herstellt. Der Schaltvorgang ist abgeschlossen und die bis dahin blinkende Digitalanzeige leuchtet permanent mit Angabe der Zahl des eingelegten Ganges auf.

4) Wählt der Fahrer den Rückwärtsgang durch Drücken der Taste R oder R+, so läuft der Schaltvorgang wie unter 3) beschrieben ab, jedoch mit dem Unterschied, dass der Mikroprozessor nach Schalten des4/3 Wegeventils in Mittelstellung die weiteren Ventile erst betätigt, wenn ihm der Sensor die Abtriebsdrehzahl Null meldet.

5) Zum Anfahren, also bei Erhöhung der Motordrehzahl bei Vorwärts- wie Rückwärtsfahrt, schaltet der Mikroprozessor nach Eingabe des vom Fahrer gewählten Anfahrganges das 4/3-Wegeventil 76 von seiner Mittelstellung in die entsprechende lindstellung. Das Umschaltventil 74 belässt er bis zu einer bestimmten, vom Sensor 38 gemeldeten Drehzahl in der Stellung, welche den angeschlossenen Druckraum des Ringzylinders 5., S₇ über das Druckregelventil 77 mit dem Speicher 75 verbindet. Dadurch wird der Kupplungsdruck in Abhängigkeit von der Stellung des

Gashebels und der Motordrehzahl, gesteuert über den Regler 78, aufgebaut. Von einer festgelegten Drehzahl ab schaltet der Mikroprozessor das Umschaltventil in Ausgangsstellung und verbindet den Druckraum des Ringzylinders 5,,5₂ direkt mit dem Druckluftspeicher 75.

Fig. 13 zeigt den Schaltplan des vollautomatisch geschalteten Getriebes. Der Plan entspricht weitgehend dem Schema Fig. des halbautomatischen Getriebes. Die gleichen Elemente von Fig. 12 und Fig. 13 sind daher mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Im Unterschied zu der halbautomatischen Lösung wird das Wechseln sämtlicher Vorwärtsschaltstufen vom Mikroprozessor ausgelöst. Zu diesem Zweck wird ihm die Motorbelastung durch den Motordrehzahlsensor 83 über die Leitung 83,, die Stellung des Gashebels 84 über die Kontaktschiene 85 und die Leitung 85,

sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit über den Sensor 38 des Abtriebstranges mitgeteilt. Der Prozessor vergleicht diese Werte mit den einprogrammierten Schaltpunkten und löst den entsprechenden Gangwechsel aus. Der Schaltvorgang, d.h. die Betätigung der Ventile für die Synchronisierung, die Kraftschlussunterbrechung von Motor und Getriebe und die Betätigung der einzelnen Elemente verläuft gleich wie beim halbautomatischen Getriebe. Im Gegensatz dazu wird lediglich das Druckregelventil 86 zum gesteuerten Druckaufbau in den Druckkammern des Ringzylinders 5.,5_ beim Anfahren über die Leitung 86, ebenfalls vom Mikroprozessor betätigt. Als Steuergrössen dafür werden Motordrehzahl und Gashebelstellung verwendet. Im Schema sind die erforderlichen Verbindungsleitungen zwischen Kommandogerät und Mikroprozessor mit 82.. bis 82, „ gekennzeichnet. Wie auf Seite 15 beschrieben, kann der Fahrer die einprogrammierten Schaltpunkte durch das Kommandogerät beeinflussen. Zum Andern des Schaltprogramms ist am Kommandogerät des vollautomatischen Getriebes eine Löschtaste vorgesehen.

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In Fig. 14 ist in einem, in der Ebene A-B gemäss Fig. 3 gelegten Teil-Längsschnitt die Anordnung eines Nebenantriebs, beispielsweise für Baustellenfahrzeuge und eine Ausbildung dieses Antriebs zur Anordnung eines hydrodynamischen Retarders wiedergegeben. Vom Nebenwellenrad 16_ wird die Aussenwelle 48 über das Rad 48, angetrieben. Die Aussenwelle weist einen Flansch 48_? zum Antrieb von Nebengeräten auf, wobei für diesen auch eine getrennt bedienbare Kupplung vorgesehen werden kann. Im vorliegenden Beispiel treibt die Welle den Läufer eines Retarders48, an, welcher in eingeschaltetem Zustand während eines Schaltvorganges durch ein Kommando des Mikroprozessors ausgeschaltet werden muss.

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Claims

Dr. Ing. Hermann Klaue ^V^l

Blumenstrasse 6

Cremlingen-Weddel

Stufenschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Patentansprüche

1) Stufenschaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit

a) einer zentralen, mit Schaltschiebemuffen ausgerüsteten Hauptwelle

b) zwei, zusammen mit der Hauptwelle in einer iibene liegenden Vorgelegewellen

dadurch gekennzeichnet, dass Betätigungszylinder (39) vorgesehen sind, in denen zur Verschiebung der auf der Hauptwelle (24) angeordneten Schaltmuffen (24, bis 24 ) mit Schaltgabeln (25. bis 25.) verbundene, von einem hydraulischen oder pneumatischen Betriebsmittel bediente Betätigungskolben (39,- bis 39y) gelagert sind, eine oder beide Nebenwellen (24., 242) "¹^* ^e^^{ner m}^^t Bremse (35, 36) oder Kupplung versehenen Beschleunigungs- sowie Verzögerungseinrichtung ausgerüstet sind und ein, durch im Getriebeantriebsund -abtriebsstrang angeordnete Drehzahlsensoren (37, 38) sowie durch vom Fahrer oder von Reglern gegebene Schaltimpulse informierter, Mikroprozessor (61, 71, 81) die Zuführung des Betriebsmittels zu dem betreffendem Betätigungskolben bei Erreichen des Gleichlaufs zum Schalten freigibt.

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2) Stufenschaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenwellen (24,, 24_) mit einer Synchroni-

J. Lt

sierbremse (36) und mit einem, den erforderlichen Schaltsprung erzeugenden Planetengetriebe (33, 34, 24,), welches zum Hinschalten eine Bremse (35) besitzt, ausgerüstet sind.

3J Stufenschaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdoppelung der Gangstufen vor dem 3-Wellen-Stufengetriebeteil (24, 24,, 24_?) ein Planetengetriebeteil (27,, 2I₁, 27,, 28, 29) angeordnet ist, welches durch eine im Trockenraum des Getriebegehäuses untergebrachte, zusätzlich als Anfahrkupplung dienende Schaltkupplung (3) zu- und abgeschaltet wird.'

4) Stufenschaltgetriebe, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lamelle (7) das Planetengetriebe (27 , 27₂, 27₃, 28, 29) über eine Hohlwelle (4) antreibt, welche die das 3-Wellengetriebeteil (24, 24,, 24₂) antreibende Welle (13) umfasst, wobei die direkt antreibende Kupplungslamelle (6) zusammen mit der das Planetengetriebe antreibenden Kupplungslamelle (7) in einem Kupplungsgehäuse (3,, 3_, 3,) untergebracht sind und der Gehäusemittelring (3_?) als Gegenlauffläche für beide Kupplungslamellen (6, 7) dient.

5) Stufenschaltgetriebe, nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei manueller Getriebeschaltbetätigung die zu jeder Schaltstufe des 3-Wellenstufengetriebes (24, 24,, 24₂) gehörige Splitstufe durch eine Bewegung des Schalthebels oder Schaltknaufs (43,) senkrecht zur Schaltbewegung der Hauptgangstufen geschaltet wird.