DE4340338A1

DE4340338A1 - Stirnradautomatikgetriebe

Info

Publication number: DE4340338A1
Application number: DE4340338A
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl Ing Heidemeyer; Romanus Dipl Ing Scholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-12-07
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1994-06-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Stirnradautomatikgetriebe für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges gattungsbildendes Stirnradautomatikgetriebe ist beispielsweise aus der Zeitschrift Auto Motor Sport (Jahrgang 1990, Nr. 22, Seite 62 bis 64) bekannt. Von seinem Aufbau her ähnelt dieses Automatikgetriebe einem normalen Zweiwellen- Schaltgetriebe mit je einem Räderpaar für jeden der Vorwärts gänge. Die Schaltung der Gänge erfolgt mit Hilfe von elektro hydraulisch betätigbaren Lamellenkupplungen, von denen jeweils eine Lamellenkupplung für ein Gangradpaar vorgesehen ist.

Vorteilhaft an diesem Automatikgetriebe ist, daß dessen Bautei le weitgehend baugleich mit denen eines konventionellen Schalt getriebes sind, wodurch beide Getriebevarianten kostengünstig hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil dieses Getrie bes ist darin zu sehen, daß die Reibungsverluste der Getriebe bauteile geringer sind als etwa bei einem Planeten-Automatik getriebe.

Nachteilig an diesem Getriebe ist aber, daß für jedes Gangzahn radpaar kostenerhöhend und bauraumvergrößernd je eine Kupplung vorgesehen werden muß. Die Aufgabe der Erfindung liegt nun dar in, ein gattungsgemäßes Stirnradautomatikgetriebe derart wei terzubilden, daß es kostengünstiger und bauraumsparender her stellbar und mit geringeren Reibungsverlusten betreibbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehm bar.

Erfindungsgemäß wird demnach vorgeschlagen, das Getriebe mit Kupplungen zu versehen, mit denen jeweils zwei Gang-Stirnrad paare unter Last betätigbar sind. Diese Kupplungen verfügen über Synchronisiereinrichtungen zur Anpassung der Drehzahl des jeweiligen Kupplungsaußenteils (nämlich einer Kupplungsaußenla mellen tragenden Schiebehülse) an die jeweilige Losraddrehzahl, und über Schaltverzahnungen zur formschlüssigen Verbindung die ser Schiebehülse mit dem jeweiligen (Gang-)Losrad.

Mit jeder dieser Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen ist es möglich, nur durch die mechanische Synchronisierung von Schiebehülse und Synchronring auch unter Last eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Losrad und der mit der Getriebeabtriebswelle verbindbaren Schiebehülse zu schaffen.

Die Betätigung der jeweiligen Kupplung erfolgt mit Hilfe einer Kolbenzylinderanordnung, die innerhalb der jeweiligen Kupp lungs- und Synchronisiereinrichtung angeordnet ist. Der Zylin der einer jeden Kolbenzylinderanordnung, die vorzugsweise hy draulisch betätigt werden, erhält sein Druckmittel über Boh rungen in der Getriebeeingangs- oder Getriebeausgangswelle.

Das erfindungsgemäße Stirnradautomatikgetriebe läßt sich gut mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung erläutern. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Zahnrad- und Kupplungsanordnung des Getriebes,

Fig. 2a bis 2c eine elektrohydraulisch ansteuerbare Be tätigungsvorrichtung für die Kupplungen,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Darstellung des Getriebes gemäß Fig. 1 im Bereich der Zahnrad-Gangstufen des ersten und des drit ten Ganges und

Fig. 4 eine Variante des Getriebes gemäß Fig. 1 mit einer zusätzlichen Schaltkupplung für den vierten Gang.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfin dung wird in schematischer Darstellung ein Automatikstirnradge triebe vorgestellt, bei dem die Getriebeeingangswelle 1 über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 25 mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor verbunden ist. Auf der Getriebeein gangswelle 1 sind Gangzahnräder 2, 3, 36, 40, 37 drehfest ange ordnet, die mit Stirnzahnrädern 5, 6, 38, 39 auf der Getriebe abtriebswelle kämmen. Die Zahnräder auf der Abtriebswelle 4 sind als Losräder ausgeführt, die in Abhängigkeit von dem zu schaltenden Gang mit Hilfe der weiter unten näher erläuterten Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen K1, K2 wahlweise mit dieser Abtriebswelle drehfest verbindbar sind.

Auf dieser Getriebeabtriebswelle 4 ist außerdem ein Zahnrad 47 befestigt, das mit einem Differentialgetriebe 33 kämmt. Von diesem Differentialgetriebe 33 werden in bekannter Weise die Fahrzeugräder 34 und 35 angetrieben.

Bei dem Automatikgetriebe gemäß Fig. 1 sind insgesamt zwei Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen K1, K2 vorgesehen. Während die Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung K1 auf der Getriebeabtriebswelle 4 zwischen den Zahnradpaaren des ersten Gangs G1 und des dritten Gangs G3 mit ihren Zahnrädern 2, 5 und 3, 6 angeordnet ist, sitzt die zweite Kupplungs- und Synchroni siereinrichtung K2 zwischen dem Zahnradpaar 36, 38 des zweiten Gangs G2 und dem Zahnradpaar 37, 39 des vierten Gangs G4.

Schließlich verfügt dieses Getriebe über einen Rückwärtsgang GR, der über die Zuschaltung der Zahnräder 40, 41 und der Rück wärtsgangverzahnung 21 auf einer Schiebehülse 19 der Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung K2 betätigbar ist.

Zum Zu- oder Herausschalten der jeweiligen Gänge mit Hilfe der Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen K1, K2 ist eine an sich bekannte elektrohydraulisch betätigbare Stelleinrichtung je Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung vorgesehen. Diese in Fig. 2a bis Fig. 2c dargestellte Stelleinrichtung greift me chanisch in eine Schaltnut 20 der Schiebehülse 19 der jeweili gen Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung K1, K2, und sorgt so für die Zu- oder Herausschaltung der jeweils zugeordneten Gänge.

Die Stelleinrichtung gemäß Fig. 2a bis 2c besteht im wesentli chen aus einem Zylindergehäuse 53, in dem ein Kolben 42 in zwei Druckräumen 46a, 46b verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben 42 verfügt über einen Mitnehmerring 54, mit dessen Hilfe ein Ring kolben 43 im Druckraum 46a verschiebbar ist. Die Verschiebung des Kolbens 42 und des Ringkolbens 43 erfolgt mit Hilfe eines Druckmediums, das über elektrisch betätigbare Schaltventile 44, 45 in die Druckräume 46a, 46b leitbar ist.

Geht man davon aus, daß die in den Fig. 2a bis 2c darge stellte Stelleinrichtung für die Betätigung der Schiebehülse 19 der Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung K1 gemäß dem Aus führungsbeispiel der Fig. 1 vorgesehen ist, dann markiert die Stellung des Kolbens 42 in Fig. 2a eine Nullauslenkung der Schiebehülse 19 und somit eine Nichtbetätigung der Getriebegän ge G1, G3. Die Verschiebung des Kolbens 42 und des Ringkolbens 43 nach links gemäß Fig. 2b bewirkt demzufolge eine Aktivie rung des dritten Ganges G3, während die Verschiebung des Kol bens 42 an seinen rechten Anschlag gemäß Fig. 2c eine Aktivie rung des ersten Ganges G1 bewirkt.

Durch die mit dieser Stelleinrichtung mögliche Mittelstellung, in der kein Gang geschaltet wird, treten die sonst bei übli cherweise verwendeten Lamellenkupplungen anfallenden Leerlauf verluste (in der Größenordnung von 60 Watt pro Gangradpaar) nicht mehr auf.

Die Kupplungs- und Synchronisiereinrichtung K1 ist in Fig. 3 in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Sie besteht im we sentlichen aus einer druckmittelbetätigbaren Lamellenkupplung, und jeweils einer mit Synchronringen versehenen Synchronisie reinrichtung für die Zuschaltung des hier ersten und dritten Zahnradgangpaares 2, 5 bzw. 3, 6.

Demnach sind auf der Getriebeeingangswelle 1 die Stirnzahnräder 2, 3 drehfest fixiert. Auf der Getriebeabtriebswelle 4 sind die Losräder 5, 6 angeordnet, die mit den oben genannten Zahnrädern 2, 3 ständig kämmend im Eingriff stehen. Auf der der Kupplung zugewandten Seite der Losräder 5, 6 sind Schaltverzahnungsräder 7, 8 befestigt, auf denen jeweils ein Synchronring 9, 10 ange ordnet ist. Die Auflageflächen zwischen den Synchronringen und den Schaltverzahnungsrädern sind in bekannter Weise kegelförmig ausgebildet. Die Synchronringe 9, 10 stützen sich zudem auf Zwischenbuchsen 30, 31 ab, die ihrerseits drehfest mit der Wel le 4 verbunden sind.

Auf der Getriebeabtriebswelle 4 ist ein Druckzylindergehäuse 12 befestigt, auf dessen Außenseite eine Schiebehülse 19 axial verschieblich angeordnet ist. Diese Schiebehülse weist eine Schaltnut 20 auf, in die, wie bereits oben dargestellt, eine Stelleinrichtung (Fig. 2a bis Fig. 2c) eingreift.

Die Schiebehülse 19 verfügt an den den Zahnradpaaren 2, 5 und 3, 6 zugewandten Enden über eine Innenverzahnung 22a, 22b, die bei axialer Verschiebung der Schiebehülse 19 zunächst in die Verzahnung 48, 49 der Synchronringe 9, 10, und bei Angleichung der Drehzahlen schließlich in die Verzahnungen 50, 51 der Schaltverzahnungsräder 7, 8 eingreift (Borg-Warner-Prinzip).

Außerdem weist die Schiebehülse 19 im Bereich ihrer axialen En den Axialnuten 26a, 26b auf, in der tellerfederartige Ringe 23, 24 angeordnet sind. Die Federelemente 23, 24 fassen nach innen spielbehaftet in Nuten 27a, 27b der Synchronringe 9, 10, um durch deren Verdrehung und Verschiebung eine Vorsynchronisie rung bis zum Drehzahlgleichlauf zu erreichen.

Zwischen den Synchronisiereinrichtungen ist eine Lamellenkupp lung angeordnet, deren Innenlamellen 16 über einen Träger 15 auf der Getriebeabtriebswelle befestigt sind. Die Verankerung der Innenlamellen 16 auf dem Träger 15 erfolgt vorzugsweise über eine Steckverzahnung 17. Die Außenlamellen 18 sind an der Schiebehülse 19 axial verschiebbar befestigt.

Zur Betätigung der Lamellenkupplung ist eine Kolbenzylinderan ordnung vorgesehen, deren Druckraum über einen axialen Druck mittelkanal 11 und einen radialen Druckmittelkanal 52 in der Getriebeabtriebswelle 4 mit einem Druckmittel, vorzugsweise ei nem Hydrauliköl, versorgt wird.

Der Druckzylinder 12 ist wie schon erwähnt mit der Getriebeab triebswelle 4 drehfest verbunden. Innerhalb des Druckzylinders ist ein Kolben 13 angeordnet, der über einen Zwischenfederring 14 auf eine Druckplatte der Lamellenkupplung drückt.

Zur Betätigung beispielsweise des dritten Ganges mit seinen Zahnrädern 3, 6 wird zunächst die leer auf der Abtriebswelle 4 mitlaufende Schiebehülse 19 mit den Ringen 23 und 24, den Syn chronringen 9 und 10 und den Außenlamellen 18 mittels der in die Schaltnut 20 eingreifenden, in Richtung der Position gemäß Fig. 2b verschobenen Stelleinrichtung durch die Wirkung der Synchronisiereinrichtung auf die Drehzahl des von der Eingangs welle 1 über Zahnrad 3 angetriebenen Losrades 6 gebracht. Nun kann die Schiebehülsenverzahnung 22b in die Verzahnung 50 des Schaltverzahnungsrades 7 eingreifen.

Danach wird der Druck auf den Kolben 13 gegeben, so daß durch Kraftschluß in der Kupplung die Schiebehülse 19 und damit der gesamte Antriebsstrang mit der Abtriebswelle 4 verbunden wird und die gewünschte Drehzahlangleichung erfolgen kann (Schaltung unter Last).

Nur andeutungsweise ist in Fig. 3 auf der Schiebehülse 19 eine Rückwärtsgangverzahnung 21 für die Zuschaltung des Rückwärts ganges angedeutet. In der Kupplungs- und Synchronisiereinrich tung K2 (Fig. 1), die zwischen den Gangzahnradpaaren für den zweiten und vierten Gang G2, G4 angeordnet ist, ist außerdem wie schon erwähnt ein Zwischenrad 41 vorgesehen, mit dessen Hilfe die Rückwärtsgangverzahnung 21 mit dem Rückwärtsgangzahn rad 40 verschaltbar ist.

In einem letzten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind die Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen K1, K2, die im we sentlichen baugleich ausgeführt sind, sowohl auf der Getriebe eingangswelle 1 als auch auf der Getriebeausgangswelle 4 ange ordnet. Bei dieser Variante ist auch der Rückwärtsgang synchro nisiert schaltbar, dazu ist allerdings eine weitere Kupplung K3 für die Schaltung des vierten Gangs G4 auf der Getriebeaus gangswelle 4 notwendig. Eine derartige Anordnung hat den Vor teil, daß jeweils nur eine Druckmittelbohrung für die Druckzy linder pro Welle vorgesehen werden braucht. Diese wird in vor teilhafter Weise jeweils zu den größeren Gangrädern geführt. Auf diese Weise lassen sich auch Stirnradautomatikgetriebe mit fünf und mehr Gängen realisieren.

Bezugszeichenliste

1 Getriebeeingangswelle
2 Zahnrad
3 Zahnrad
4 Getriebeabtriebswelle
5 Zahnrad
6 Zahnrad
7 Schaltverzahnungsrad
8 Schaltverzahnungsrad
9 Synchronring
10 Synchronring
11 Hydraulikleitung
12 Druckzylinder
13 Kolben
14 Zwischenfederring
15 Träger für Innenlamellen
16 Innenlamellen
17 Steckverzahnung
18 Außenlamellen
19 Schiebehülse
20 Schaltnut
21 Rückwärtsgangzahnrad
22a Innenverzahnung
22b Innenverzahnung
23 tellerfederartiger Ring
24 tellerfederartiger Ring
25 hydrodynamischer Drehmomentwandler
26a Axialnut
26b Axialnut
27a Nut
27b Nut
28 Rückwärtsgangzahnrad
29 Rückwärtsgangzahnrad
30 Zwischenbuchse
31 Zwischenbuchse
32 Steckverzahnung
33 Differentialgetriebe
34 Fahrzeugrad
35 Fahrzeugrad
36 Zahnrad
37 Zahnrad
38 Zahnrad
39 Zahnrad
40 Rückwärtsgangzahnrad
41 Zwischenrad
42 Kolben
43 Ringkolben
44 Ventil
45 Ventil
46a Druckraum
46b Druckraum
47 Zahnrad
48 Verzahnung
49 Verzahnung
50 Verzahnung
51 Verzahnung
52 Druckmittelkanal
53 Zylindergehäuse
54 Mitnehmerring
G1 erster Gang
G2 zweiter Gang
G3 dritter Gang
G4 vierter Gang
GR Rückwärtsgang
K1 Kupplungs- u. Synchronisiereinrichtung
K2 Kupplungs- u. Synchronisiereinrichtung
K3 Kupplungseinrichtung

Claims

1. Stirnradautomatikgetriebe für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle (1) und einer Getriebeausgangswelle (4), bei dem die Getriebe eingangswelle (1) über einen hydrodynamischen Drehmoment wandler (25) mit einem Antriebsmotor und die Getriebeaus gangswelle (4) über ein Differentialgetriebe mit den anzu treibenden Fahrzeugrädern (34, 35) verbindbar ist, mit meh reren, den einzelnen Getriebegängen zugeordneten Paaren von Gangzahnrädern, von denen jeweils das eine Stirnrad als Festrad (2, 3) auf einer Getriebewelle und das andere Stirnrad als Losrad (5, 6) auf der anderen Getriebewelle gelagert ist, wobei das jeweilige Losrad (5, 6) zum Zwecke des Einrückens des gewählten Ganges form- und reibschlüssig mit der zugehörigen Getriebewelle verbindbar ist, und mit druckmittelbetätigbaren Vorrichtungen zum synchronisierten Zu- oder Herausschalten der jeweiligen Gangradpaare, da durch gekennzeichnet, daß diese Schaltvorrichtungen als Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen (K1, K2) ausge bildet sind, mit denen jeweils zwei Gang-Stirnradpaare be tätigbar sind.

2. Stirnradautomatikgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jede der Kupplungs- und Synchronisiereinrich tungen (K1, K2) für jedes Stirnradgangpaar über eine Syn chronisiereinrichtung nach dem Borg-Warner-Prinzip verfügt, bei dem jeweils ein Synchronring (9, 10) mit seiner kegel förmigen Reibfläche auf einem Schaltverzahnungsrad (7, 8) des Losrades (5, 6) sitzt, und bei dem die Synchronringe (9, 10) und die Schaltverzahnungsräder (7, 8) Verzahnungen (48, 49, 50, 51) aufweisen, in die eine Schiebehülse (19) mit ihren Verzahnungen (22a, 22b) eingreifbar ist.

3. Stirnradautomatikgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kupplungs- und Synchronisiereinrichtungen (K1, K2) mit Hilfe je einer Kolbenzylinderanordnung (12, 13) betätigbar sind, deren Druckzylinder mit der Getriebe eingangs- oder Getriebeausgangswelle (1, 4) verbunden ist.

4. Stirnradautomatikgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Welle (1, 4) einen axialen Druckmittel kanal (11) sowie einen mit diesem und dem Druckraum des Druckzylinders (12) verbundenen radialen Druckmittelkanal (52) aufweist.

5. Stirnradautomatikgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Kupplungs- und Synchronisier einrichtungen (K1, K2) mit einer Schaltkupplung für nur ei nen Gang (K3) kombinierbar sind.