-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit ersten, zweiten
und dritten parallelen Wellen, die drehbar in einem Gehäuse gelagert
sind, und Zahnrädern,
die durch die Wellen getragen werden und die miteinander paarweise
für eine Übertragung eines
Drehmoments entweder zwischen der ersten Welle und der dritten Welle
oder zwischen der zweiten Welle und der dritten Welle in Eingriff
stehen und von denen wenigstens ein Zahnrad in jedem Paar in Eingriff
stehender Zahnräder
drehbar auf seiner Welle gelagert ist und mittels zugeordneter Kupplungselemente
auf seiner Welle festgestellt oder von seiner Welle gelöst werden
kann. So ein gattungsgemäßes Getriebe
ist aus der
US 5 5921 854 bekannt.
-
Die
Verwendung von Getrieben der oben beschriebenen Art in Fahrzeuggetrieben
des sogenannten „Power-Shift"-Typs mit zwei konzentrisch gelagerten
Eingangswellen, die jeweils mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors über ihre Kupplung
antriebsverbunden werden kann, ist bereits bekannt. In einem solchen „Power-Shift"- Getriebe bilden
die erste und zweite Welle zwei Zwischenwellen, wobei die dritte
Welle normalerweise die Ausgangswelle bildet, auf die ein Drehmoment
alternativ über
die eine oder andere Zwischenwelle durch abwechselnden Eingriff
der Scheibenkupplungen übertragen
wird. Wenn in einem gewählten
Gang gefahren wird, wird der nächste
Gang normalerweise durch Eingriff des relavanten Zahnrads auf der
momentan nicht angetriebenen Zwischenwelle vor dem tatsächlichen
Gangwechsel vorgewählt,
so dass der tatsächliche
Gangwechsel im Prinzip ohne Unterbrechung des Drehmoments durch
gleichzeitiges Ausrücken der
momentan eingerückten
Scheibenkupplung und Einrücken
der anderen Scheibenkupplung stattfinden kann.
-
Solche „Power-Shift" Getriebe werden
oft bei schwereren Lastwagen und Werksfahrzeugen verwendet und haben
normalerweise insgesamt zehn oder mehrere Gangübersetzungen. Je mehr Übersetzungsverhältnisse
das Getriebe haben soll, desto mehr Zahnräder und Kupplungen sind erforderlich und
um so schwieriger wird es, die geeigneten Stufen zwischen den verschiedenen
Gängen
in Kombination mit einer optimalen Spanne zwischen dem höchsten und
dem untersten Übersetzungsverhältnis zu
erreichen. Ein bekanntes Verfahren zur Mini mierung der Anzahl von
Eingangswellen mit zugeordneten Kupplungselementen besteht darin,
einige oder alle Zahnräder
an der Ausgangswelle mit entsprechenden Zahnrädern an den zwei Zwischenwellen
in Eingriff zu bringen. Dies bedeutet, dass die Freiheit zur Wahl von
Stufen zwischen den verschiedenen Gängen um so begrenzter ist,
um so größer die
Anzahl der Zahnräder
auf den Zwischenwellen ist, die mit gemeinsamen Zahnräder auf
der Ausgangswelle kämmen. Eine
maximale Freiheit wird dahingegen dann erhalten, wenn jedes Zwischenwellenzahnrad
mit seinem eigenen Zahnrad auf der Ausgangswelle kämmt, dies wird
jedoch dann auf Kosten einer erhöhten
Anzahl von Bauteilen erreicht.
-
Das
Ziel der Erfindung besteht insgesamt darin, ein Getriebe der in
dem Einleitungsteil genannten Art zu schaffen, das mit weniger Bauelementen
eine große
Anzahl von Übersetzungsverhältnissen
mit gleichmäßigen Stufen
zwischen den Gängen
ermöglicht.
-
Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass wenigstens zwei drehbar auf der ersten Welle gelagerte Zahnräder und
zwei drehbar auf der zweiten Welle gelagerte Zahnräder durch
Kupplungselemente koordiniert werden, die neutrale Positionen aufweisen,
in denen beide Zahnräder
von ihrer Welle und voneinander gelöst sind, erste Eingriffspositionen
aufweisen, in denen die Zahnräder
von der Welle gelöst,
jedoch miteinander für
eine Drehung miteinander gekoppelt sind, und zweite Eingriffspositionen aufweisen,
in denen eines der Zahnräder
gelöst
und eines auf der Welle festgestellt ist, und dass die zwei Zahnräder mit
Zahnrädern
auf der dritten Welle in Eingriff stehen, um die Übertragung
eines Drehmoments von der ersten Welle über die dritte und zweite Welle
auf die dritte oder von der zweiten Welle über die dritte und die erste
Welle auf die dritte Welle zu ermöglichen.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Getriebes
werden drei Zahnräder
auf der ersten und der zweiten Welle verwendet, wobei die Zahnräder durch
Kupplungselemente koordiniert werden, die erste Eingriffspositionen
aufweisen, in denen entweder das erste und das zweite oder das zweite
und das dritte Zahnrad von der zugeordneten Welle gelöst sind,
jedoch miteinander für eine
Drehung miteinander gekoppelt sind.
-
Durch
diese Verwendung von drei Zahnrädern
mit zugeordneten Kupplungselementen auf der ersten und zweiten Welle
ist es möglich,
mit einer Gesamtzahl von nur elf Zahnrädern ein Drehmoment von der
ersten oder zweiten Welle auf die dritte Welle oder umgekehrt mit
zehn unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
zu übertragen.
-
Die
Erfindung wird anhand in den beigefügten Zeichnungen gezeigter
beispielhafter Ausführungsformen
näher beschrieben,
wobei die 1 bis 5 schematische
Längsschnitte
durch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Getriebes zeigen,
wobei die Drehmomentübertragung
in den verschiedenen Gängen
angegeben ist.
-
Das
Getriebe weist eine erste Welle 1, die drehbar in einem
Gehäuse
(nicht gezeigt) gelagert ist und ein fest mit der Welle verbundenes
Zahnrad 2 aufweist, und drei Zahnräder 3, 4, 5 auf,
die drehbar auf der Welle gelagert sind und die durch drei Kupplungsvorrichtungen 6, 7 und 8 koordiniert
werden, die jeweils eine Nabe 9, 10 und 11,
die fest mit der Welle 1 verbunden sind, eine Kupplungsmuffe 12, 13 und 14,
die so gelagert ist, dass sie axial auf der jeweiligen Nabe 9 bis 11 verschiebbar
ist, und Synchroneingriffsvorrichtungen umfassen, die nicht näher im Detail
gezeigt sind.
-
Das
Getriebe weist weiterhin eine zweite Welle 15, die drehbar
in dem Gehäuse
gelagert ist und ein Zahnrad 16 aufweist, das fest mit
der Welle verbunden ist, und drei Zahnräder 17, 18 und 19 auf, die
drehbar auf der Welle gelagert sind und durch drei Kupplungsvorrichtungen 20, 21 und 22 koordiniert werden,
die jeweils eine Nabe 23. 24 und 25,
die fest mit der Welle verbunden ist, eine Kupplungsmuffe 26, 27 und 28,
die so gelagert ist, dass sie auf der jeweiligen Nabe 23 bis 25 axial
verschiebbar ist, und Synchroneingriffsvorrichtungen umfassen, die
nicht näher
gezeigt sind.
-
Eine
dritte, drehbar in dem Gehäuse
gelagerte Welle 30 weist zwei fest mit der Welle verbundene Zahnräder 31 und 32,
ein erstes Paar von Zahnrädern 33 und 34,
die miteinander verbunden sind und miteinander auf der Welle drehen
können,
und ein zweites Paar von Zahnrädern 35 und 36 auf,
die miteinander verbunden sind und miteinander auf der Welle drehen
können.
Die Paare von Zahnrädern 33, 34 und 35, 36 werden
jeweils durch ihre Kupplungsvorrichtung 37 bzw. 38 koordiniert,
die jeweils eine fest mit der Welle 30 verbundene Nabe 39 und 40, eine
Kupplungsmuffe 41 bzw. 42, die so gelagert ist, dass
sie auf der jeweiligen Nabe 39, 40 verschiebbar ist,
und Synchroneingriffsvorrichtungen umfasst, die nicht näher gezeigt
sind.
-
Die
Kupplungsvorrichtung 6 auf der Welle 1 hat zwei
Positionen, d. h. eine neutrale Position, in der sie das Zahnrad 3 von
der Welle 1 löst,
und eine Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 3 auf
der Welle 1 feststellt.
-
Die
Kupplung 7 auf der Welle 1 hat drei Positionen,
d. h. eine neutrale Position, in der sie die Zahnräder 3 und 4 von
der Welle 1 und voneinander löst, eine erste Eingriffsposition,
in der sie die Zahnräder 3 und 4 von
der Welle 1 löst,
sie jedoch zusammengekoppelt hält,
und eine zweite Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 3 von
der Welle 1 löst
und das Zahnrad 4 auf der Welle 1 feststellt.
-
Die
Kupplung 8 auf der Welle 1 hat drei Positionen,
d. h. eine neutrale Position, in der sie die Zahnräder 4 und 5 von
der Welle 1 und voneinander löst, eine erste Eingriffsposition,
in der sie die Zahnräder 4 und 5 von
der Welle löst,
sie jedoch zusammengekoppelt hält,
und eine zweite Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 4 von
der Welle 1 löst
und das Zahnrad 5 auf der Welle 1 feststellt.
-
Die
Kupplung 20 auf der Welle 2 hat drei Positionen,
d. h. eine neutrale Position, in der sie die Zahnräder 17 und 18 von
der Welle 2 und voneinander löst, eine erste Eingriffsposition,
in der sie die Zahnräder 17 und 18 von
der Welle 2 löst,
sie jedoch zusammengekoppelt hält,
und eine zweite Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 18 von
der Welle löst und
das Zahnrad 17 auf der Welle 2 feststellt.
-
Die
Kupplung 21 auf der Welle 2 hat drei Positionen,
d. h. eine neutrale Position, in der sie die Zahnräder 18 und 19 von
der Welle 2 und voneinander löst, eine erste Eingriffsposition,
in der sie die Zahnräder 18 und 19 von
der Welle löst,
sie jedoch zusammengekoppelt hält,
und eine zweite Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 19 von
der Welle löst und
das Zahnrad 18 auf der Welle 2 feststellt.
-
Die
Kupplung 22 auf der Welle 2 hat zwei Positionen,
d. h. eine neutrale Position, in der sie das Zahnrad 19 von
der Welle 2 löst,
und eine Eingriffsposition, in der sie das Zahnrad 19 auf
der Welle 2 feststellt.
-
Die
Kupplungen 37 und 38 auf der Welle 30 haben
zwei Positionen, d. h. eine neutrale Position, in der die Zahnradpaare 33 und 34, 35 und 36 von
der Welle 30 gelöst
sind, und eine Eingriffsposition, in der die Zahnradpaare 33 und 34, 35 und 36 auf
der Welle 30 festgestellt sind.
-
Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Getriebes
sind die Zahnräder 2 und 16 auf den
Wellen 1 bzw. 15 so gestaltet, dass sie abwechselnd
von einem Paar von Eingangswellen jeweils über ihre Scheibenkupplung (nicht
gezeigt) angetrieben werden. Die Wellen 1 und 15 bilden
dann ein Paar von Zwischenwellen und die Welle 30 eine
Ausgangswelle. Bei einem solchen Getriebe des sogenannten Power-Shift-Typs
wird ein Drehmoment über die
eine Zwischenwelle in allen ungeraden Gängen und über die andere Zwischenwelle
in alle geraden Gängen übertragen.
-
Die
1 bis
5 zeigen
den Drehmomentübertragungsweg
der verschiedenen Getriebestufen in einem Getriebe mit zehn Gängen. Durch eine
Verbindung des Getriebes mit einer Kupplung und einer Umkehreinheit
von dem Typ, wie er in der
SE
0300497-5 gezeigt und beschrieben ist, wird ein Getriebe
mit zehn Vorwärtsgängen und
zehn Rückwärtsgängen erhalten.
-
1 zeigt
die Drehmomentübertragung
im ersten und zweiten Gang. Die Kupplung 6 befindet sich
in ihrer neutralen Position, die Kupplung 7 befindet sich
in ihrer ersten Eingriffsposition und die Kupplung 8 befindet
sich in ihrer zweiten Eingriffsposition. Die Kupplungen 37 und 38 auf
der Welle 30 befinden sich ihren neutralen Positionen,
während
die Kupplung 20 auf der Welle 15 sich in ihrer
zweiten Eingriffsposition befindet und das Zahnrad 17 auf
der Welle feststellt. Die Kupplung 21 befindet sich in
ihrer ersten Eingriffsposition und die Kupplung 22 in ihrer neutralen
Position.
-
Wenn
die Welle 1 angetrieben wird und die Welle 15 ausgerückt ist,
wird ein Drehmoment im ersten Gang von der Welle 1 auf
die Welle 30 über
die Zahnräder 5, 35, 36,19, 18 und 31 übertragen.
Durch Ausrücken
der Welle 1 und Einrücken
der Welle 15 wird der erste Gang ausgerückt. Durch die oben beschriebenen
Kupplungspositionen wird der zweite Gang vorgewählt und wenn die Welle 15 angetrieben wird,
wird ein Drehmoment im zweiten Gang von der Welle 15 über die
Zahnräder 17, 34, 33, 3, 4 und 31 auf
die Welle 30 übertragen.
Deshalb sind im ersten und zweiten Gang alle drei Wellen bei der
Drehmomentübertragung
involviert, wobei die Kupplungen 7 und 21 für eine Übertragung
eines Drehmoments zwischen angrenzenden Zahnrädern verwendet werden, ohne
dass die Zahnräder
auf der zugeordneten Welle festgestellt sind.
-
2 zeigt
die Drehmomentübertragung
im dritten und vierten Gang. Wie beim ersten Gang befindet sich
die Kupplung 8 bei der Übertragung
eines Drehmoments im dritten Gang in ihrer zweiten Eingriffsposition
und stellt das Zahnrad 5 auf der Welle 1 fest,
aber anstatt nur als Zwischenrad zu dienen, ist das Zahnrad 35 nun
auf der Welle 30 durch die Kupplung 38 festgestellt,
um ein Drehmoment direkt von der Welle 1 auf die Welle 30 über die
Zahnräder 5 und 35 zu übertragen.
Wie beim zweiten Gang befindet sich die Kupplung 20 bei
einer Ü bertragung
eines Drehmoments im vierten Gang in ihrer zweiten Eingriffsposition
und stellt das Zahnrad 17 auf der Welle 15 für eine direkte
Drehmomentübertragung
von der Welle 15 auf die Welle 30 über die
Zahnräder 17 und 34 fest,
die auf der Welle 30 durch die Kupplung 37 festgestellt
sind.
-
3 zeigt
die Drehmomentübertragung
im fünften
und sechsten Gang. Wenn bei einer Drehmomentübertragung im fünften Gang
die Welle 1 antreibt, befinden sich die Kupplungen 6 und 8 in
ihren neutralen Positionen und die Kupplung 7 befindet sich
in ihrer zweiten Eingriffsposition und stellt das Zahnrad 4 auf
der Welle 1 fest. Über
das auf der Welle 30 festgelegte Zahnrad 31 wird
ein Drehmoment direkt auf die Welle 30 übertragen. Wenn bei einer Drehmomentübertragung
im sechsten Gang die Welle 15 antreibt, befinden sich die
Kupplungen 20 und 22 in ihren neutralen Positionen
und die Kupplung 21 befindet sich in ihrer zweiten Eingriffsposition
und stellt das Zahnrad 18 auf der Welle 15 fest. Über das auf
der Welle 30 festgelegte Zahnrad 31 wird ein Drehmoment
direkt auf die Welle 30 übertragen.
-
4 zeigt
die Drehmomentübertragung
im siebten und achten Gang. Wenn bei einer Drehmomentübertragung
im siebten Gang die Welle 1 antreibt, befinden sich die
Kupplungen 7 und 8 in ihren neutralen Positionen
und die Kupplung 6 befindet sich in ihrer Eingriffsposition
und stellt das Zahnrad 3 auf der Welle 1 fest.
Die Kupplung 37 befindet sich in ihrer Eingriffsposition
und stellt das Zahnradpaar 33, 34 auf der Welle 30 für eine Übertragung
eines Drehmoments von der Welle 1 auf die Welle 30 über das Zahnrad 3 und
das Zahnradpaar 33, 34 fest. Wenn bei einer Drehmomentübertragung
im achten Gang die Welle 15 antreibt, befinden sich die
Kupplungen 20 und 21 in ihren neutralen Positionen
und die Kupplung 22 befindet sich in einer Eingriffsposition und
stellt das Zahnrad 19 auf der Welle 16 fest. Die Kupplung 38 befindet
sich in ihrer Eingriffsposition für ein Feststellen des Zahnradpaars 35, 36 auf
der Welle 30 und eine Drehmomentübertragung von der Welle 15 auf
die Welle 30.
-
5 zeigt
die Drehmomentübertragung
im neunten und zehnten Gang. Wenn bei einer Drehmomentübertragung
im neunten Gang die Welle 1 antreibt, befindet sich die
Kupplung, wie im siebten Gang, in ihrer neutralen Position, während sich
die Kupplung 6 in ihrer Eingriffsposition befindet und
das Zahnrad 3 auf der Welle 1 feststellt. Der
zehnte Gang wird dadurch vorgewählt,
dass die Kupplung 8 sich in ihrer ersten Eingriffsposition
befindet. Die Kupplungen 37 und 38 befinden sich
in ihren neutralen Positionen, während
sich die Kupplung 20 auf der Welle 15 in ihrer
ersten Eingriffsposition befindet und die Zahnräder 17 und 18 miteinander
feststellt, während diese
gleichzeitig von der Welle 15 gelöst werden. Das Drehmoment wird
nun von dem Zahnrad 3 auf die Welle 1 über das
gelöste
Zahnradpaar 33, 34 auf der Welle 30 und
das gelöste
Zahnradpaar 17, 18 auf der Welle 16 auf
das festgelegte Zahnrad 31 auf der Welle 30 übertragen.
Wenn bei einer Drehmomentübertragung
im zehnten Gang die Welle 15 antreibt, sind die Zahnräder 17 und 17 von
der Welle 15 durch die Kupplungen 20 und 21 gelöst, während sich
die Kupplung 22 in ihrer Eingriffsposition befindet und das
Zahnrad 19 auf der Welle 15 feststellt. Die Kupplungen 37 und 38 befinden
sich in ihren neutralen Positionen, während sich die Kupplung 8 auf
der Welle 1 in ihrer ersten Eingriffsposition befindet
und die Zahnräder 4, 5 zusammen
feststellt, während
diese gleichzeitig von der Welle 1 gelöst werden. Das Drehmoment wird
nun von dem Zahnrad 19 auf der Welle 15 über das
gelöste
Zahnradpaar 35, 36 auf der Welle 30 und
das gelöste
Zahnradpaar 4, 5 auf der Welle 1 auf
das auf der Welle 30 festgelegte Zahnrad 31 übertragen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Getriebe
werden somit die Kupplungen 7, 8, 20 und 21 verwendet, die
zusätzlich
zu den normalen Funktionen von Übertragungskupplungen
zum Festlegen und Lösen
von Zahnrädern
auf einer zugeordneten Welle hier auch die weitere Funktion haben,
dass sie angrenzende Zahnräder
zusammen auf der Welle feststellen können, ohne die Zahnräder auf
der Welle festzustellen. Gekoppelte Zahnräder verschiedener Durchmesser können deshalb
zur Übertragung
eines Drehmoments mit einer Übersetzungsverhältnisstufe
von einer Antriebswelle über
eine Ausgangswelle auf eine dritte Welle und dann zurück auf die
Ausgangswelle verwendet werden. Dies gibt eine große Freiheit
bei der Wahl des Übersetzungsverhältnisses
der verschiedenen Gänge
im Vergleich mit einer Drehmomentübertragung zwischen den Wellen über ein
einziges gemeinsames Zahnrad. Hierdurch wird es möglich, wenig
als Bauteile dienende Zahnräder
und Kupplungen zu verwenden, um ein Getriebe herzustellen, das eine
große
Anzahl von Übersetzungsverhältnissen
mit einer großen
Spanne zwischen dem obersten und untersten Gang aufweist. Bei der
beschriebenen Ausführungsform
wird ein Zehnganggetriebe durch Verwendung von nur elf Zahnrädern außer den
Hauptantriebszahnrädern
erreicht.