DE4122628A1 - Getriebeanlage - Google Patents

Getriebeanlage

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DE4122628A1 DE19914122628 DE4122628A DE4122628A1 DE 4122628 A1 DE4122628 A1 DE 4122628A1 DE 19914122628 DE19914122628 DE 19914122628 DE 4122628 A DE4122628 A DE 4122628A DE 4122628 A1 DE4122628 A1 DE 4122628A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanlage, insbesondere zum An­ trieb eines Fahrzeuges durch einen Verbrennungsmotor, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1.
Die Getriebeanlage nach der Erfindung eignet sich insbesondere für den Antrieb von Schwerlastfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, jedoch auch für andere Maschinen und Geräte, welche einen großen Regelbe­ reich in der Getriebeanlage erfordern.
Für derartige Antriebsanlagen sind Mehrgang-Klauenkupplungs- Schaltgetriebe, ferner synchronisierte Schaltgetriebe mit Anfahr- Reibkupplung oder mit vorgeschaltetem hydraulischem Wandler, soge­ nannte WSK-Getriebe (Wandler-Schaltkupplungs-Getriebe) bekannt. Diese Getriebe erfordern beim Gangwechsel eine Unterbrechung der Kraftübertragung und sind dadurch bei bestimmten Betriebszustän­ den, insbesondere in größeren Steigungen und Gefällen, nicht mehr schaltbar. Eine andere bekannte Getriebeart sind sogenannte Last­ schaltgetriebe mit oder ohne hydrodynamischem Drehmomentwandler. Diese bekannten Getriebe sind zwar unter Last, also in jedem Betriebszustand, schaltbar, jedoch benötigen sie hierfür eine Vielzahl von Reibkupplungen in Form von Lamellenkupplungen. Dies führt zu einem hohen Gewicht und größerem Raumbedarf, zu höheren Leistungsverlusten und schlechteren Übertragungswirkungsgraden, sowie zu höheren Herstellungskosten. Um den baulichen Aufwand in Grenzen zu halten, werden solche bekannten Getriebe mit relativ wenig Gangstufen und hohen Gangsprüngen ausgeführt, was dann zu Begrenzungen in der optimalen Anpassung von Drehmoment und Dreh­ zahl führt.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Getriebe­ anlage, insbesondere für Schwerlastfahrzeuge, zu schaffen, welche die Wandlung von Drehmoment und Drehzahl über den gesamten Fahrbe­ reich ohne praktisch spürbare Zugkraftunterbrechung im Antriebs­ strang ermöglicht; welche zur optimalen Ausnutzung der Antriebs­ maschine bezüglich Leistung und Brennstoffverbrauch einen großen Übersetzungsbereich mit möglichst kleinem Gangsprung sowie einen hohen Übertragungswirkungsgrad bei geringem Gewicht und geringem Raumbedarf aufweist; welche einfach und sicher bedienbar und wel­ che mit relativ geringem baulichen Aufwand und niederen Kosten wirtschaftlich herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Die Getriebeanlage nach der Erfindung vereinigt in sich folgende Vorteile:
  • - kraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang,
  • - hohen Wirkungsgrad,
  • - geringes Gewicht,
  • - kleiner Bauraum,
  • - geringe Herstellkosten,
  • - hohe Gangzahl möglich,
  • - kleiner Gangsprung,
  • - großer Regelbereich,
  • - einfache und sichere Bedienung,
  • - Anwendung einer vollautomatisierten Schalteinrichtung.
Begriffsbestimmungen zu Anspruch 1
  • a) "Doppelreibungskupplung": Die Doppelreibungskupplung besteht aus 2 einzelnen Reibungskupplungen (z. B. Scheiben- oder Lamellenkupplungen), bei welchen das Drehmoment durch Reib­ schluß übertragen wird. Die beiden Kupplungen sind einzeln auch unter Last und bei unterschiedlichen Drehzahlen am Ein­ und Ausgang betätigbar. Die Primärteile der beiden Kupplungen sind trieblich verbunden.
  • b) "Zweiweg-Mehrgang-Schaltgetriebe mit formschlüssigen Schalt­ elementen": Unter diesem Begriff ist eine Getriebeanordnung zu verstehen, bei welcher neben der jeweils geschalteten und kraftübertragenden Gangstufe (z. B. Gang 3) ein zweiter Kraft­ weg für eine andere Gangstufe (z. B. Gang 2 oder 4) im Getriebe durch Umschalten eines formschlüssigen Schaltelements vorge­ wählt und zur Kraftübernahme, beim Wechsel der Kraftübertra­ gung in der Doppelreibungskupplung, vorbereitet werden kann. Als formschlüssige Schaltelemente kommen Klauen- oder Zahn­ kupplungen in Betracht, welche nur bei Synchrondrehzahl und unbelastet schaltbar sind.
  • c) "Zentrale Synchronisiereinrichtung": Darunter ist eine Syn­ chronisiereinrichtung (z. B. unabhängig voneinander betätigbare Reibungskupplungen) zu verstehen, die so im gesamten Getrie­ besystem angeordnet ist, daß damit alle im Getriebe vorhan­ denen formschlüssigen Schaltelemente einzeln für den jeweili­ gen Schaltvorgang vor dem Einschalten auf Drehzahlgleichheit gebracht (synchronisiert) werden können.
  • d) "Getriebe-Schalteinrichtung": Die angewandte Getriebeschalt­ einrichtung besteht aus einem elektronischen Teil mit vorpro­ grammiertem Schaltprogramm zur Steuerung der Schaltvorgänge, einer elektrischen oder elektr./hydraulischen oder elektr./ pneumatischen Betätigungseinrichtung zur Durchführung der erforderlichen Schaltvorgänge für die einzelnen mechanischen Schaltelemente, sowie eingebauten Sensoren für die Überwachung und Rückmeldung des jeweiligen Schalt- und Betriebszustandes.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebeanlage ist es insbesonders für Anlagen mit hoher Leistung bezüglich Gewicht und Raumbedarf vorteilhaft, für die Kraftübertragung in den unte­ ren Gangstufen abtriebsseitig einen Planetenradsatz anzuordnen, wobei die abtriebsseitigen Radsätze der unteren Gangstufen mit dem Eingangsglied und die Radsätze der oberen Gangstufen mit dem Aus­ gangsglied des Planetenradsatzes über, mit der Zentralsynchroni­ sierung synchronisierbare, formschlüssige Kupplungen trieblich verbindbar sind.
Die Anordnung der Zahnräder, Wellen und Schaltkupplungen wird vorteilhafterweise so getroffen, daß die einzelnen Zahnradpaare für mindestens 2 oder mehr Gangstufen zur Kraftübertragung nutzbar sind und zum Gangwechsel nur jeweils eine formschlüssige Kupplung eingeschaltet wird. Zur zentralen Synchronisiereinrichtung gehören zwei schaltbare Reibungskupplungen, welche auf einer gemeinsamen Welle oder getrennt auf zwei Wellen verteilt angeordnet sein können.
Zum Anfahren schwerer Lasten empfiehlt es sich, die erfindungsge­ mäße Getriebeanlage zusätzlich mit einem verschleißlosen Anfahr­ element (Hydrodyn.-Kupplung oder -Wandler) auszurüsten, welches für die Normalfahrt mittels einer Kupplung mechanisch überbrückbar ist. Das Anfahrelement kann getrennt vom Getriebe angeordnet oder direkt mit dem Getriebe zu einem Block verbunden sein.
Für Gefällefahrten kann die Getriebeanlage mit einem verschleiß­ losen Bremselement (z. B. Hydr.-Retarder) ausgestattet werden, welches erfindungsgemäß mit dem Antriebsteil der Doppelreibkupp­ lung trieblich verbunden ist.
Bei Antriebsanlagen, welche einen kurzen Abstand von Antriebs­ flansch zu Abtriebsflansch erfordern, kann erfindungsgemäß der Ab­ trieb aus dem Schaltgetriebe oder ein zusätzlicher Abtriebszweig zwischen den zur Gangschaltung bzw. Übersetzungsänderung benützten Zahnradsätzen angeordnet werden.
Die Getriebesteuer- bzw. Schalteinrichtung (vgl. Begriffsbestim­ mung zu Anspruch 1 d) wird erfindungsgemäß so programmiert, daß die für einen manuell oder automatisch eingeleiteten Gangwechsel nacheinander auszuführenden Funktionen oder Schalttakte wie:
  • Takt 1: Synchronisieren der zu schaltenden formschlüssigen Kupplung;
  • Takt 2: Einschalten der synchronisierten formschlüssigen Kupplung (Kraftwegvorwahl);
  • Takt 3: Übergabe der Drehmomentübertragung von der einen auf die andere antriebsseitig angeordnete Reibkupplung für die jeweils zu schaltende Gangstufe;
  • Takt 4: Ausschalten der entlasteten formschlüssigen Kupplung der vorher wirksamen Gangstufe;
selbsttätig, jedoch nur dann ausgelöst werden, wenn der vorherige Schalttakt als richtig vollzogen über die jeweiligen Sensoren an die Elektronik rückgemeldet ist. Erfolgt nach einer vorgegebenen Zeitdauer keine Vollzugsmeldung, wird der entspr. Schalttakt automatisch wiederholt.
Ferner ist es vorteilhaft, bei hoher Beschleunigung oder Verzöge­ rung des Fahrzeugs mit wirksamer Gangwechselautomatik die Kraft­ wegvorwahl für die nächstfolgende Gangstufe sofort nach dem Wirk­ samwerden der geschalteten Gangstufe durchzuführen, d. h. den Programmablauf nicht wie normal zwischen Takt 1 und 4, sondern zwischen Takt 2 und 3 anzuhalten, bis das Signal für den nächsten Gangwechsel erfolgt. Dadurch werden kürzeste Schaltzeiten bei diesen Fahrzuständen erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen an­ hand von bevorzugten Ausführungsformen als Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine Getriebeanlage mit 8 Gangstufen vorwärts und 2 Gangstufen rückwärts und das Kraftwegschema Fig. 1a.
Fig. 2 schematisch einen Längsschnitt durch eine Getriebeanlage mit 12 Gangstufen vorwärts, 2 Gangstufen rückwärts, vor­ gesetztem Anfahrelement und seitlichem 2. Abtrieb.
Fig. 3 schematisch einen Längsschnitt durch eine Getriebeanlage mit 8 Gangstufen vorwärts, 1 Gangstufe rückwärts, einge­ bautem Planetenradsatz für die unteren Gangstufen und direkt angebautem Anfahrelement.
Fig. 4 schematisch die zur Getriebeanlage gehörende Steuer- und Schalteinrichtung.
Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Getriebe­ anlage nach der Erfindung enthält folgende Elemente: Die getriebe­ eingangsseitig angeordnete Doppelreibkupplung mit dem gemeinsamen Primärteil (1) und den beiden sekundärseitigen Teilen (2) und (3); das 2-Weg-Schaltgetriebe mit den beiden Eingangswellen (4) und (5), der Vorgelegewelle (6) und der Abtriebswelle (7) mit den Zahnradpaaren (8) für die Gangstufen 1, 3, 5, 8 und R1, (9) für die Gangstufen 2, 4, 6, 8 und R2, (10) für die Gangstufen R1 und R2, (11) für die Gangstufen 1 und 2, (12) für die Gangstufen 3 und 4, (13) für die Gangstufen 5 und 6, und den 8 dazugehörigen form­ schlüssigen Schaltelementen, z. B. Zahnkupplungen (14); die zen­ trale Synchronisiereinrichtung mit dem Radpaar (15) und den Reib­ kupplungen S1 und S2; das für Gefällefahrten verschleißlose Brems­ element (Retarder) (16) und die Öldruckpumpe (17), welche über Zahnräder (18) mit dem Primärteil (1) der Doppelkupplung trieblich verbunden sind.
Mit der dargestellten Getriebeanordnung ist es bei entspr. Ausfüh­ rung der Einzelübersetzungen mit vorzugsweise geometrischem Gangsprung möglich, die formschlüssigen Schaltelemente für alle Schaltvorgänge über die zentrale Synchronisiereinrichtung zu syn­ chronisieren und die Kraftwege der der jeweils kraftübertragenden Gangstufe benachbarten Gangstufen im unbelasteten Zustand durch Einschalten nur jeweils eines formschlüssigen Schaltelements vor­ zuwählen.
In Fig. 1a ist der Kraftverlauf in den einzelnen Gangstufen sche­ matisch dargestellt. Die 7. Gangstufe bzw. die jeweils zweit­ höchste Gangstufe wird ohne belasteten Zahneingriff durch direkte Verbindung der Eingangswelle (4) mit der Abtriebswelle (7) ge­ schaltet.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der neuartigen Getriebeanlage am Beispiel eines 12-Gang-Getriebes. Die höhere Gangzahl wird durch weitere Anordnung von Zahnradpaaren sinngemäß Fig. 1 er­ reicht. Der Einfachheit halber werden daher in der Beschreibung der Fig. 2 nur die gegenüber Fig. 1 geänderten baulichen Merkmale erläutert. So kann z. B., um eine kürzere Baulänge zu erzielen, die Doppelreibungskupplung und die zentrale Synchronisiereinrichtung auf 2 Wellen verteilt angeordnet werden, und zwar: Die Doppelreib­ kupplung mit den beiden Primärteilen (21) und (21′) verbunden über das Zahnradpaar (22), die beiden Sekundärteile (23) wirksam für alle ungeraden Gangstufen 1-3-5 usw. und (24) wirksam für alle ge­ raden Gangstufen 2-4-6 usw.; die zentrale Synchronisiereinrichtung mit den Kupplungen S1 und S2, sowie dem Stirnradpaar (25); der auf der Vorgelegewelle angeordnete und mit dem Kupplungsprimärteil trieblich verbundene Retarder (26).
Ferner ist dargestellt die erfindungsgemäße Anordnung des oder eines weiteren Abtriebs (27, 28, 29) zwischen den Schalt-Radsätzen und ein antriebsseitiges, getrennt vom Getriebe angeordnetes, ver­ schleißloses Anfahrelement, z. B. hydrodyn. Kupplung (30) mit primärseitig angetriebener Ölversorgungspumpe (31).
Fig. 3 zeigt eine weitere Getriebeanlage mit 8 Gangstufen, und zwar: Das direkt am Getriebe angebaute verschleißlose Anfahrele­ ment, z. B. hydrodyn. Wandler (41) mit mech. Überbrückungskupplung (42) und der Primär-Ölversorgungspumpe (43); das 2-Weg-Schaltge­ triebe (44) mit der Doppelreibkupplung (45) mit angebautem Retar­ der (46), der Synchronisiereinrichtung (47), sowie einer zusätzli­ chen Zwischenwelle (48) mit Kupplung (49) für den Rückwärtsgang. Ferner ist dargestellt die erfindungsgemäße Anordnung eines Plane­ tenradsatzes (50) derart, daß z. B. die Radsätze (51) und (52) für die unteren Gangstufen mit dem Eingangsglied (53) und die Radsätze (54) und (55) für die oberen Gangstufen mit dem Ausgangsglied (56) des Planetenradsatzes trieblich verbindbar sind.
Erfindungsgemäß können die in Fig. 1 bis 3 dargestellten kenn­ zeichnenden Merkmale für die einzelnen Getriebeanlagen untereinan­ der ausgetauscht bzw. zusätzlich angeordnet werden.
Fig. 4 zeigt schematisch und beispielsweise eine Ausführung der zur Getriebeanlage gehörenden Steuer- und Schalteinrichtung, und zwar: Die Stromquelle (61), die Öl- bzw. Luftdruckzufuhr (62) mit dem Druckregler (63) als Energiequellen; den Gangwahlschalter (64), den Fahrpedalsensor (65), den Bremspedalsensor (66) mit den Leitungen (67) für die Signaleingabe durch den Fahrer; die Druck­ sensoren (68) und (69) für die Doppelreibkupplung I und II, die Drehzahlsensoren (70) für den Antrieb, (71) für Abtrieb Kupplung I, (72) für Abtrieb Kupplung II, (73) für den Getriebe-Abtrieb, den Lagesensoren (74) für die einzelnen formschlüssigen Kupplungen und den Leitungen (75) für die Rückmeldung des Betriebszustandes an das Elektronische Steuergerät (76); die Leitungen (77), über welche die aus den Eingabe- und Rückmeldesignalen im elektroni­ schen Schaltgerät nach vorgegebenem Programm gebildeten Schalt­ signale an, die Magnetventile (78) und (79) für die Betätigungen (80) und (81) der Reibkupplungen I und II, die Magnetventile (82) und (83) für die Betätigungen (84) und (85) der Synchronkupplungen S1 und S2, sowie die Magnetventile (86) für die Betätigungen (87) der einzelnen formschlüssigen Kupplungselemente (im Bild nur 1× dargestellt), zur Durchführung der Schaltvorgänge im Getriebe zu­ geleitet werden.

Claims (12)

1. Getriebeanlage, insbesonders zum Antrieb eines Fahrzeugs durch einen Verbrennungsmotor höherer Leistung gekennzeichnet, durch die Kombination folgender Merkmale:
  • a) Antriebsseitige Anordnung einer Doppelreibungskupplung,
  • b) Verwendung eines 2-Weg-Mehrgang-Schaltgetriebes mit form­ schlüssigen Schaltelementen mit 6 und mehr Gangstufen,
  • c) Verwendung einer zentralen, aus 2 Reibelementen bestehenden Synchronisiereinrichtung für alle Schalt­ vorgänge,
  • d) Verwendung einer elektronisch-hydraulisch-mechanischen oder elektronisch-elektrisch-mechanischen oder elektronisch-pneumatisch-mechanischen Schalteinrichtung zur Betätigung der form- und kraftschlüssigen Schaltelemente.
2. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung für die unteren Gangstufen über einen abtriebsseitig angeordneten Planetenradsatz erfolgt.
3. Getriebeanlage nach Anspr. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abtriebsseitigen Radsätze der unteren Gangstufen (z. B. 1. bis 4. Gang) mit dem Eingangsglied des Planetenradsatzes und die Radsätze der oberen Gangstufen und der direkte Durchtrieb mit dem Ausgangsglied des Planeten­ radsatzes trieblich verbindbar und über die zentrale Synchro­ nisiereinrichtung synchronisierbar sind.
4. Getriebeanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung der formschlüssigen Schalt­ elemente des 2-Weg-Schaltgetriebes derart, daß alle für die Hauptdrehrichtung zur Kraftübertragung wirksamen Zahnräder und Planetensätze für mindestens 2 oder mehr Gangstufen benutzt werden können.
5. Getriebeanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung der formschlüssigen Schalt­ elemente des 2-Weg-Schaltgetriebes derart, daß die Kraftwege für die der jeweils kraftübertragenden Gangstufe benachbarten Gangstufen durch Umschalten nur jeweils eines formschlüssigen Schaltelements vorwählbar sind.
6. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein verschleißfreies Anfahrele­ ment, z. B. Hydrodyn. Kupplung oder Wandler, zwischen dem Antriebsteil der Doppelreibungskupplung und dem Antriebsmotor angeordnet ist.
7. Getriebeanlage nach Anspr. 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verschleißfreie Anfahrelement mit einer für schlupflosen Antrieb geeigneten Überbrückungs­ kupplung ausgerüstet ist.
8. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das antreibende Element der Dop­ pelreibungskupplung mit einer hydraulischen Bremse (Retarder) trieblich verbunden ist.
9. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder ein zusätzlicher Abtrieb aus dem Schaltgetriebe zwischen Radsätzen liegt, welche zur Gangschaltung dienen.
10. Getriebeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reibkupplungen der zen­ tralen Synchronisiereinrichtung sowohl einzeln als auch ge­ meinsam einschaltbar sind.
11. Getriebeanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung einer elektronisch-hydr. oder elektronisch-pneumatischen oder elektronisch-elektrischen Schalteinrichtung mit einem vorprogrammierten Schaltprogramm derart, daß die für einen Gangwechsel notwendigen einzeln nacheinander durchzuführenden Funktionen (Schalttakte) jeweils automatisch dann ausgelöst werden, wenn die vorherige Funktion bzw. der vorausgehende Schalttakt als richtig vollzogen an die Elektronik rückgemeldet ist.
12. Getriebeanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Programmierung der Schalteinrichtung derart, daß bei Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgängen mit automatischem Gangwechsel die Kraftwegvorwahl für die nächstfolgende Gangstufe sofort nach dem Wirksamwerden der ge­ schalteten kraftübertragenden Gangstufe selbsttätig ausgelöst wird.
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Cited By (37)

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