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Dokumentenidentifikation DE10145790A1 24.12.2003
Titel Kurzbauende Lastschaltgetriebe
Anmelder Boisch, Richard, Prof. Dr., 26723 Emden, DE
Erfinder Boisch, Richard, Prof. Dr., 26723 Emden, DE
DE-Anmeldedatum 17.09.2001
DE-Aktenzeichen 10145790
Offenlegungstag 24.12.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.12.2003
IPC-Hauptklasse B60K 17/08
IPC-Nebenklasse F16H 3/08   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

In der DE 198 50 549 A1 wird ein mehrgängiges Getriebe 10 (10a) beschrieben, das zwei Eingangswellen 12, 13 und eine Ausgangswelle 25 aufweist. Jede der Eingangswellen 12, 13 ist mit einer Kupplung 29, 30 verbunden und mit dieser vom Verbrennungsmotor 11 des Kraftfahrzeuges trennbar. Ferner sind den beiden Eingangswellen 12, 13 eine oder zwei Elektromaschinen 34, 35, 40 zugeordnet und mit diesen kraftschlüssig verbunden, die sich auf der dem Verbrennungsmotor 11 abgewandten Seite der Kupplungen 29, 30 befinden. Mittels des bzw. der Elektromaschinen 34, 35, 40 kann insbesondere auf einen Anlasser und eine Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor 11 verzichtet werden. Ferner lassen sich sowohl die Synchrondrehzahl der Eingangswelle 12, 13 eines Zielgangs auf einfache Weise einstellen als auch verschiedene Betriebszustände realisieren. Hier sind keine Gruppen- Lastschaltungen möglich und Doppelkupplungen sind erforderlich.

In der Patentschrift DE 41 02 202 C2 (D1) wird eine Getriebeanordnung beschrieben, bei der eine Brennkraftmaschine direkt mit dem Seitenzahnrad 11 eines Differentialgetriebes 10 verbunden ist. Das parallel dazu angeordnete Seitenzahnrad 12 ist über ein Stirnradgetriebe 24, 25 mit einem Elektromotor 5 verbunden. Die Ritzelzahnräder 13 und 14 führen über die Ritzelwelle 15 und über ein Stirnradgetriebe 16, 20 zu einem weiteren Getriebe 3. Das Differentialgetriebe 10 kann weder verblockt noch auf einer Seite (Seitenzahnrad 12) festgesetzt werden, so daß das Seitenzahnrad 12 bei angetriebenem Kraftfahrzeug immer das gleiche Drehmoment aufweisen muß wie das Seitenzahnrad 11, damit eine Drehmomentübertragung zur Ritzelwelle 15 hin erfolgen kann. Dieses Drehmoment muß damit permanent vom Elektromotor 5 geliefert werden. Die in der Beschreibung angegebene Funktion, daß während des Antriebsvorganges der Elektromotor als Generator dienen kann, führt zu dem Zustand, daß die Ritzelwelle 15 (nahezu) steht und das Seitenzahnrad 12 gegenüber dem Seitenzahnrad 11 rückwärts dreht und so den Generator antreibt. Für die Fortbewegung des Fahrzeuges muß also vom Elektromotor 5 permanent ein Antriebsdrehmoment geliefert werden, was letztendlich schnell zum Entladen der Bordnetzbatterie führen wird.

In der Offenlegungsschrift DE 196 50 723 A1 (D2) wird ein Steuersystem für Fahrzeugantriebseinheiten vorgestellt, bei dem ein Motor-Generator 21 direkt mit dem Sonnenrad eines Planetensatzes 30 verbunden ist. Der Planetensatz kann über eine Kupplung 36 verblockt werden. Im Gegensatz zur vorliegenden Anmeldung benötigt die in D2 beschriebene Fahrzeugantriebseinheit eine Anfahrkupplung 31, das Sonnenrad des Planetensatzes 30 kann nicht festgesetzt werden (der Planetensatz 30 hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge) und der Motor-Generator 21 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes 4.

In der Patentschrift DE 196 06 771 C2 (D3) wird ein Hybridantrieb beschrieben, bei dem zwischen der Eingangswelle 1 (mit der Brennkraftmaschine verbunden) und der Ausgangswelle 12 (zu den Antriebsrädern führend) zwei Elektromaschinen 3 und 4 und umschaltbare Planetensätze 5, 6, 16 angeordnet sind. Die umschaltbaren Planetensätze dienen als Stufengetriebe und in Zusammenarbeit mit den Elektromaschinen ergibt sich ein umschaltbares stufenloses Getriebe, wodurch günstige Arbeitspunkte gewählt werden können. Es handelt sich aber um einen Hybridantrieb, bei dem außer bei geschlossener Kupplung 11 immer ein von der Elektromaschine 3 erzeugtes Drehmoment zur Drehmomentübertragung notwendig ist, bei dem kein mit der Elektromaschine gekoppelter Planetensatz als Gruppengetriebe zur Verdopplung der Zahl der Gänge dient und bei dem keine Synchronisationsvorgänge mit Hilfe eines Planetensatzes und einer Elektromaschine durchgeführt werden.

In der Offenlegungsschrift DE 198 18 108 A1 (D4) wird ebenfalls ein Hybridantrieb vorgestellt, wobei hier - ähnlich wie in D2 - eine Elektromaschine 2 auf das Sonnenrad eines Planetensatzes 35 wirkt (siehe z. B. Fig. 2) und daß dieser Planetensatz über eine Kupplung 36 verblockt werden kann. Ähnlich wie in D2 kann aber das Sonnenrad des Planetensatzes 35 nicht festgesetzt werden und dieser Planetensatz hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge und die Elektromaschine 2 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes 4.

Die Anmeldung WO 98/406 47 betrifft ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit einem Getriebe 18, wobei das Getriebe über eine Reibkupplung mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist und eine elektrische Maschine mit Hilfe einer Kupplung und eines Zwischengetriebes mit dem Getriebe 18 gekoppelt werden kann. Die elektrische Maschine dient als Startermotor, als Generator und zur Getriebesynchronisation. Dazu sind mindestens zwei Reibkupplungen erforderlich und es werden nicht die Vorteile genutzt, die mit einem Dreiwellenbetrieb möglich sind.

Die Patentanmeldung US 560 32 42 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei der mindestens eine elektrische oder hydraulische Drehmaschine eine Synchronisation von Getrieben mit zwei Wellen ermöglicht. Hier sind mindestens zwei Reibkupplungen (bzw. eine doppelt wirkende Reibkupplung) erforderlich und es werden keine Synchronisationsvorgänge ermöglicht, die über mehrere Gruppen hinweg gehen.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene Anmeldung 199 01 414 (G1) beschreibt den integralen Aufbau von Getrieben bestehend aus mindestens einem Planetensatz gekoppelt mit mindestens einem (vorwiegend) unsynchronisierten Vorgelegegetriebe. Eine Welle eines Planetensatzes (hier vorwiegend die Sonnenradwelle) ist direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden, die zweite Welle (hier vorwiegend die Stegwelle) ist direkt mit dem integrierten Vorgelegegetriebe verbunden, während die dritte Welle (hier vorwiegend die Hohlradwelle) mit einer Bremse und einer Drehmaschine verbunden ist. Außerdem kann der Planetensatz mit einer (Klauen-)Kupplung verblockt werden. Damit sind mehrere Funktionen auszuführen. Bei gelöster Bremse und gelöster (Klauen-)Kupplung kann mit Hilfe der Drehmaschine das Hohlrad so gedreht werden, daß ein Gang synchronisiert eingeschaltet werden kann (z. B. der 1. Gang bei stehendem Fahrzeug). Wird danach die Bremse angezogen, so wird dieser Gang in der unteren Gruppe aktiviert, d. h. die Antriebsräder setzen sich in Bewegung. So können alle Gänge des Vorgelegegetriebes geschaltet werden, dies ist dann die untere Gruppe der Gänge. Werden danach noch einmal die Gänge des Vorgelegegetriebes - wieder synchronisiert über die Drehmaschine - der Reihe nach geschaltet und danach jeweils der Planetensatz verblockt, so erhält man die obere Gruppe der Gänge. Werden zwei Planetensätze jeweils mit einem Vorgelegegetriebe gekoppelt, wobei die Gänge alternierend den beiden Planetensätzen zugeordnet sind, so ist in der unteren Gruppe der Gänge eine Lastschaltung ohne Drehmomentunterbrechung möglich. Neben den Synchronisationsaufgaben kann eine elektrische Drehmaschine auch die Funktionen Startermotor und Generator mit übernehmen.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 199 21 064 (G2) beschreibt eine Anordnung der Drehmaschine in Flucht mit der Welle (den Wellen) des Planetengetriebes (der Planetengetriebe), mit der die Drehmaschine direkt mit dem (den) Planetengetriebe(n) gekoppelt werden kann. Eine notwendige Untersetzung für den Starterbetrieb erfolgt über eine innere Leistungsverzweigung des (der) Planetengetriebe(s). Bei mehrteilig ausgeführten elektrischen Drehmaschinen kann u. U. ohne zusätzliche mechanische Umschaltung rein elektrisch zwischen den Funktionen Synchronisationsbetrieb, Starterbetrieb und Generatorbetrieb umgeschaltet werden. Weitere Detailverbesserungen werden angegeben.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 33 373 (G3) beschreibt den gegenüber den vorangegangenen Anmeldungen vereinfachten Aufbau eines 6-Gang- Getriebes (+ Rückwärtsgang), bei dem die unteren 3 Gänge durch Betätigung von Bremsen ohne Drehmomentunterbrechung umgeschaltet werden können. Außerdem ist eine Möglichkeit der Montage des Getriebes im Heckbereich angegeben. Weitere Detailverbesserungen werden aufgezeigt.

Vorbemerkung zu den weiteren Anmeldungen

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Alfred Krappel und 26 Mitautoren

Kurbelwellenstartgenerator (KSG)

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werden verschiedene Möglichkeiten und Anwendungen von Kurbelwellenstartgeneratoren (KSG) beschrieben. Dies sind Elektromaschinen, die direkt mit der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verbunden sind. Sie können sowohl als Starter mit großem Drehmoment (bei niedrigen Drehzahlen) als auch als Generator mit hoher Leistung (bei höheren Drehzahlen) benutzt werden. Bei den weiteren Zusatzanmeldungen werden die mit dem KSG gegebenen Möglichkeiten dahingehend erweitert, daß der KSG in das Getriebe integriert wird und dort die zusätzlichen Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung mit übernimmt. Er wird deshalb hier Getriebesynchronisationsstartgenerator GSSG genannt. Natürlich können die vom GSSG ausgeführten Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung auch von einer andersartigen Drehmaschine, z. B. einem Hydraulikaggregat, übernommen werden.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 62 854 (G4) beschreibt Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG ausnutzen, um auch ohne Planetengetriebe Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausführen zu können. Dazu wird die Eingangswelle des Getriebes in zwei Teilabschnitte aufgeteilt, denen jeweils alternierend Gänge zugeordnet sind. Zur Erhöhung des Anfahrdrehmomentes kann eine Reibkupplung eingesetzt werden, ansonsten genügen Klauenkupplungen. Anordnungen mit Gruppengetrieben werden beschrieben, wobei aber jede Gruppe ihre eigene Synchronisations- und Lastschalteinrichtung benötigt.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 01 602 (G5) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG für Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausnutzen, jetzt aber wieder unter Benutzung von wenigstens einem Planetensatz. Im Gegensatz zu den Anwendungen in G1, G2 und G3 genügt jetzt aber ein einfacher bzw. ein doppelt wirkender Planetensatz für alle Lastschaltvorgänge, während in G1, G2, G3 für Lastschaltvorgänge zwei Panetensätze erforderlich sind und Lastschaltungen nur in der unteren Gruppe möglich sind. Die beschriebenen Getriebe mit weiteren Gruppen benötigen für jede weitere Gruppe jeweils ihre eigenen Synchronisations- und Lastschalteinrichtungen.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 13 734 (66) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment von GSSG für Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausnutzen. Dabei können (beliebig viele) Gruppengetriebe hintereinander geschaltet sein, die alle von einem einzigen GSSG synchronisiert und lastgeschaltet werden. Dabei sind die angegebenen Varianten für verhältnismäßig viele Gänge ausgelegt und die Rückführung von Welle 13 auf Welle 1 gestaltet sich unter Umständen schwierig. Außerdem werden nicht alle möglichen Gänge ausgenutzt.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 100 21 837 (G7) beschreibt Erweiterungen und Verfeinerungen der Anmeldung G7 und ineinander geschachtelte Getriebebauweisen.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 34 656 (G8) beschreibt die Anwendung von KSG in Booten, vorwiegend in Segelbooten. Zusätzlich zu seinen bisherigen Aufgaben dient der KSG hier als Kupplungsersatz, als Elektroantrieb und als Wellengenerator.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene Anmeldung 100 62 693.9 (G9) beschreibt Lastschalt- Gruppengetriebe, bei denen ein GSSG 9 integraler Bestandteil ist. Für jeweils eine Haupt- und Untergruppe werden vereinfachte Aufbaumöglichkeiten angegeben, wobei keine exzentrischen Nebenwellen vorkommen und nur geometrische Gangabstufungen benutzt werden.

Die dieser Anmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 33 629.2 (G10) beschreibt Lastschaltgetriebe, die über eine exzentrische Nebenwelle zusätzliche Vorwärts- und mehrere Rückwärtsgänge erzeugen. Hier wird keine verkürzte Hohlwelle benutzt und die Nebenwelle wird über zusätzliche Zahnräder bzw. Schaltmuffen zurückgeführt.

In der Patentschrift DE 195 24 233 C2 wird ein Sechsgang-Getriebe mit 2 Vorgelegewellen und einer zusätzlichen Welle für den Rückwärtsgang beschrieben, wobei zwei Abtriebszahnräder benutzt werden und ein Zahnrad der Eingangswelle für zwei Gänge zuständig ist. Hier werden nicht die Vorteile einer exzentrischen Nebenwelle benutzt und es sind keine Lastschaltungen möglich.

Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 101 41 309.2 beschreibt Lastschaltgetriebe mit exzentrischen Nebenwellen. Hier sind keine "Lastschaltungen" zwischen dem 1. und dem Rückwärtsgang möglich und die Getriebe sind voluminöser als in dieser Anmeldung

Vorteile der Erfindung

In dieser Anmeldung werden Lastschaltgetriebe beschrieben, bei denen der 1. Gang und ein Rückwärtsgang gleichzeitig eingeschaltet sein können und nur durch Umlegen von Kupplungen aktiviert werden. Außerdem werden platzsparende Bauweisen vorgestellt und eine weitere als Reibfreilauf funktionierende Doppelkupplung.

Beschreibung der Erfindung

Die Beschreibung erfolgt anhand der zugehörigen Prinzipzeichnungen. Es zeigen

Fig. 1 Prinzipdarstellungen von 6-Gang-Getrieben in Varianten 1,

Fig. 2 Prinzipdarstellungen eines 6-Gang-Getriebes in einer Variante 2,

Fig. 3 Prinzipdarstellungen eines 6-Gang-Getriebes mit Geländegängen als Variante 3,

Fig. 4 Prinzipdarstellungen einer Doppelkupplung als Reibfreilauf in einer Variante 4.

Vorbemerkungen

Die Getriebevarianten, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, haben alle konzentrische Eingangswellen 23 und 24, die wahlweise über eine Welle 1 mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt werden können (eine Möglichkeit dafür wird bei der Variante 4 beschrieben). Bei allen Getriebevarianten führt eine Welle 13 zu den Antriebsrädern bzw. zum Differential.

Wie bei bekannten Doppelkupplungsgetrieben wird bei angetriebenem Fahrzeug über eine der beiden Wellen 23 oder 24 das Antriebsdrehmoment übertragen, während über die andere Welle der nächste zu erwartende Gang leer mitlaufen kann. Dabei können bei allen Varianten unterschiedliche Kupplungs- und Synchronisationsmöglichkeiten zum Einsatz kommen, wie sie z. B. bei der Variante 4 und in der Anmeldung 101 33 629.2 beschrieben werden.

Bei allen Getriebevarianten handelt es sich um automatische Schaltgetriebe, d. h. geschaltet wird z. B. über elektrische, pneumatische oder hydraulische Aktoren mit Hilfe eines elektronischen Steuergerätes.

Die Bezugszeichen sind weitgehend an die vorausgegangenen Anmeldungen angepaßt, deshalb ergeben sich Lücken in der Reihenfolge der Numerierung.

Varianten 1

Die in Fig. 1a) skizzierte Variante 1a ist ein Getriebe in Vorgelegebauweise mit (mindestens) 6 Gängen und progressiver Gangabstufung. Wellen 23 und 24 können über eine Welle 1 (z. B. nach Variante 4) mit der Kurbelwlle eines Verbrennungsmotors gekoppelt werden. Das Zahnrad 3e sorgt für die Achsuntersetzung und die zugehörige Welle 13 führt zum Differentialgetriebe. Die Zahnräder 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 3a1, 3a2, 4a1, 4a2 erzeugen mit geschlossenen Schaltmuffen 35 und 35a die Gänge 3 bis 6, wobei der 3. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 34, der 4. Gang mit geschlossener Schaltmuffe 37, der 5. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 34 und der 6. Gang mit geschlossener Schaltmuffe 33a arbeitet. Bei diesen Gängen wird die Drehung der Welle 21 über das Zahnrad 3c auf das Zahnrad 3e und damit die Welle 13 übertragen.

Wie schon in der Anmeldung 101 33 629.2 beschrieben, werden der 1. und 2. Gang über eine exzentrische Nebenwelle 50 erzeugt, wobei hier über das Zahnrad 3d auf das Zahnrad 3e gekoppelt wird und das Zahnrad 3b1 in unmittelbarer Nachbarschaft zum Zahnrad 3e angebracht ist, wodurch sich wesentlich günstigere Einbauverhältnisse ergeben. Mit geöffneten Schaltmuffen 35, 37, 33a und 36a arbeitet der 1. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 34 und geschlossener Schaltmuffe 35a über die Welle 21a, die Zahnräder 3a1, 3.1, 3b1, Schaltmuffe 36, Welle 50 und Zahnrad 3d auf Zahnrad 3e. Der 2. Gang arbeitet mit geschlossener Schaltmuffe 33, wobei diese doppelte Belegung mit Schaltmuffen des Zahnrades 4.1 für Lastschaltmöglichkeiten zwischen 1. und 2. Gang und zwischen 2. und 3. Gang sorgt, denn im 2. Gang kann Schaltmuffe 35a gelöst, Schaltmuffe 35 und Schaltmuffe 34 nach rechts geschlossen werden. Damit ist der 3. Gang eingeschaltet und läuft leer mit. In den 3. Gang wird lastgeschaltet, indem Welle 24 mit Welle 1 verbunden wird.

Diese Bauart mit dem Zahnrad 3b1 in unmittelbarer Nachbarschaft zum Zahnrad 3e bewirkt ein stark reduziertes Bauvolumen, hat aber zur Folge, daß eine hohle Welle 21a zusätzlich zur Welle 21 vorhanden sein muß und daß die Schaltmuffen 33 und 33a räumlich getrennt sind.

Bei der Variante 1a wird der Rückwärtsgang über eine zusätzliche Welle 50a und die Zahnräder 3b2 und 3c1 realisiert. Gegenüber der Variante 1d und den Varianten der Anmeldung 101 41 309.2 hat man hier zwar eine Welle und ein Zahnrad mehr, dafür können diese Zahnräder aber recht klein ausfallen und man hat breite Möglichkeiten der Übersetzungsanpassung für den Rückwärtsgang. Der Rückwärtsgang wird bei geschlossenen Schaltmuffen 36 und 36a und geöffneter Schaltmuffe 37 von der Welle 23 her über die Zahnradpaare 3.2, 3b2, 3c1, 3b1 und 3d, 3e übertragen.

Da das Losrad des 4. Ganges auf der Welle 21a sitzt und der 4. Gang über die Schaltmuffe 37 geschaltet wird, kann im Rückwärtsgang (läuft über das Zahnrad 3.2 des 4. Ganges) außerdem Schaltmuffe 34 nach rechts und Schaltmuffe 35a geschlossen sein. Damit ist gleichzeitig zum Rückwärtsgang auch der 1. Gang eingeschaltet und Welle 24 rotiert im Rückwärtsgang rückwärts. Der 1. Gang wird aktiviert, indem Welle 23 von Welle 1 abgekoppelt und Welle 24 mit Welle 1 verbunden wird. Im 1. Gang kann Schaltmuffe 36a geschlossen bleiben. Damit bleibt der Rückwärtsgang eingeschaltet und Welle 23 rotiert im 1. Gang rückwärts mit. Bei Benutzung von Doppelkupplungen kann also zwischen dem 1. und dem Rückwärtsgang durch einfaches Umschalten der Kupplungen hin- und hergeschaltet werden.

Fig. 1b) zeigt die räumliche Lage der Achsen zueinander und wo welche Zahnräder miteinander kämmen, wobei die Durchmesser der Zahnräder 3b1 und 3c2 in weiten Grenzen frei wählbar sind.

In Fig. 1c) schließlich ist die relative Lage der Übersetzungen in logarithmischem Maßstab dargestellt. Mit den gezeichneten Abmessungen der Zahnräder 3b2 und 3c1 liegt der Rückwärtsgang in der Übersetzung etwas niedriger als der 1. Gang, wie in Fig. 1c) dargestellt.

In Fig. 1d) ist ausschnittsweise eine Variante 1d dargestellt, bei der auf eine zusätzliche Welle 50a verzichtet und der Rückwärtsgang durch eine mit dem Zahnrad 3a2 kämmendes Zahnrad 3b2 realisiert wird. Der 1. und 2. Gang arbeiten nach wie vor über die Zahnräder 3.1 und 3b1, wobei gegenüber der Variante 1a die Zahnräder 3.1 und 3.2 ihre Plätze vertauscht haben, damit man mit einer Schaltmuffe 33 auskommt (gegenüber Schaltmuffen 33 und 33a bei der Variante 1a). Der nicht gezeichnete Teil des Getriebes kann identisch mit der Variante 1a ausgeführt werden.

Der 1. Gang wird über die Welle 21a von der Welle 24 her angetrieben, während der Rückwärtsgang bei geöffneter Schaltmuffe 37 von der Welle 23 angetrieben wird. Deshalb kann das Getriebe so ausgelegt werden, daß Schaltmuffe 36 gleichzeitig nach rechts und links geschlossen werden kann.

In diesem Zustand kann mit Hilfe einer Doppelkupplung durch einfaches Umschalten der Doppelkupplung zwischen Rückwärts- und 1. Gang hin- und hergeschaltet werden, wobei die jeweils nicht benutzte Welle 23 oder 24 rückwärts dreht.

Gegenüber der Variante 1a hat man hier eine Welle und ein Zahnrad weniger. Dafür fällt aber das Zahnrad 3b2 recht groß aus und die Wahl der Übersetzung des Rückwärtsganges ist eingeschränkt. (Die Lage der Achsen ist nicht extra gezeichnet, siehe Anmeldung 101 33 629.2.)

Die in Fig. 1e) skizzierte Variante 1e ist eine gegenüber Variante 1a vereinfachte Ausführung mit einer Schaltmuffe 33 und ohne die Hohlwelle 21a. Dafür baut dieses Getriebe nicht so kompakt wie die Variante 1a.

Ab dem 3. Gang aufwärts sind die Schaltmuffen 35 und 35a geschlossen und der 3. Gang arbeitet mit nach links geschlossener Schaltmuffe 33, der 4. Gang mit geschlossener Schaltmuffe 37, der 5. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 33 und der 6. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 34. Hier haben also gegenüber der Variante 1a die Wellen 23 und 24 ihre Aufgaben getauscht. Für den 1. und 2. Gang muß Schaltmuffe 35 geöffnet und Schaltmuffe 36 geschlossen sein, wobei der 1. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 33 und der 2. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 34 arbeitet (deshalb muß das Zahnrad 3.1 an dieser Stelle sitzen). Im 2. Gang kann Schaltmuffe 35a geöffnet werden und mit geschlossener Schaltmuffe 35 und nach links geschlossener Schaltmuffe 33 ist eine Lastschaltung in den 3. Gang möglich.

Der 1. Gang wird von der Welle 23 her angetrieben, während der Rückwärtsgang mit geöffneter Schaltmuffe 37 und geschlossener Schaltmuffe 36a über Welle 24 arbeitet. Deshalb können auch hier der Rückwärts- und der 1. Gang gleichzeitig eingeschaltet sein und durch Umschalten einer Doppelkupplung abwechselnd aktiviert werden.

Die Lage der Achsen ist ähnlich wie bei der Variante 1a und deshalb nicht extra gezeichnet. Hier ist auch eine etwas kompaktere Lösung möglich, indem z. B. das Zahnrad für die unteren Gänge mit dem Zahnrad 3.2 und das Zahnrad für den Rückwärtsgang mit dem Zahnrad 4.1 kämmt. Dann rücken diese Zahnräder dichter an das Zahnrad 3e heran.

Variante 2

Die in Fig. 2a) skizzierte Variante 2 ist ebenfalls ein Getriebe in Vorgelegebauweise mit (mindestens) 6 Gängen und progressiver Gangabstufung, jetzt aber ausgelegt für Heckantrieb. Die zum Zahnrad 4c gehörige Welle 13 führt zum Differentialgetriebe (mit integrierter Achsuntersetzung). Die Wellen 23 und 24 können wahlweise mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelt werden.

Mit nach links geschlossener Schaltmuffe 33 und nach rechts geschlossener Schaltmuffe 35 arbeitet der 3. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 37 über das Zahnradpaar 3.2, 3a2, der 4. Gang mit zusätzlich nach links geschlossener Schaltmuffe 35 über das Zahnradpaar 4, 4a und der 5. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 37 über das Zahnradpaar 3.1, 3a1, wobei in diesen Gängen über das Zahnradpaar 4b, 4c von Welle 21 auf Welle 13 gekoppelt wird. Der 6. Gang schließlich arbeitet mit geschlossener Schaltmuffe 34 als direkte Durchschaltung von Welle 24 auf Welle 13.

Beim 1. und 2. Gang muß Schaltmuffe 35 beidseitig geöffnet und Schaltmuffe 36 geschlossen sein. Diese Gänge arbeiten über die Zahnräder 4e und 4f mit den Wellen 50 und 50b, wobei das Zahnrad 4f nur für einen akzeptablen Durchmesser der Zahnräder 3b1 und 4e sorgt und die mit dem Zahnrad 4f verbundene Drehrichtungsumkehr dadurch kompensiert wird, daß das Zahnrad 3b1 mit dem Zahnrad 3a1 kämmt und nicht mit dem Zahnrad 3.1. Im 1. Gang ist Schaltmuffe 33 geöffnet und Schaltmuffe 37 beidseitig geschlossen, während im 2. Gang die Schaltmuffe 33 nach rechts geschlossen wird. Der 2. Gang arbeitet über Welle 24 ohne Beteiligung der Welle 21. Deshalb können im 2. Gang Schaltmuffe 37 nach links und Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen und so in den 3. Gang lastgeschaltet werden.

Für den Rückwärtsgang sind die Zahnräder 3c1 und 4d, die Welle 50a und die Schaltmuffe 36a zuständig und der Rückwärtsgang arbeitet mit geschlossenen Schaltmuffen 36 und 36a von der Welle 24 her. In diesem Zustand kann gleichzeitig Schaltmuffe 37 beidseitig geschlossen sein, wodurch der 1. Gang eingeschaltet ist und Welle 23 rückwärts mitrotiert. So kann zwischen dem Rückwärts- und dem 1. Gang geschaltet werden, indem entweder Welle 23 oder Welle 24 mit Welle 1 verbunden wird.

In Fig. 2b) ist die räumliche Lage der Achsen dargestellt und es wird gezeigt, wo welche Zahnräder miteinander kämmen. Mit den gezeichneten Abmessungen sind die Übersetzungen so wie in Fig. 1c) skizziert. Mit der Variante 2 soll gezeigt werden, daß das in Variante 1 vorgestellte Konzept in etwas modifizierter Form auch für Heckantrieb möglich ist.

Variante 3

Die in Fig. 3a) skizzierte Variante 3 ist ein 6-Gang-Getriebe mit zusätzlichen Geländegängen und hat vergleichbare Eigenschaften wie die Variante 2 der Anmeldung 101 41 309.2, nur daß hier die Rückwärtsgänge anders realisiert werden. Die Geländegänge ergeben sich, weil hier der 2. Gang über die Welle 21 übertragen wird.

Die Gänge 2 bis 6 erfordern geöffnete Schaltmuffen 36 und 36a und geschlossene Schaltmuffen 35a, 37a und 37b, wobei der 2. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 35 über das Zahnradpaar 4.3, 4a3, der 3. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 33 über das Zahnradpaar 3.2, 3a2, der 4. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 34 über das Zahnradpaar 4.2, 4a2, der 5. Gang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 33 über das Zahnradpaar 3.1, 3a1 und der 6. Gang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 34 über das Zahnradpaar 4.1, 4a1 arbeitet. Für den 1. Gang muß Schaltmuffe 37a geöffnet, Schaltmuffe 36 und Schaltmuffe 33 nach links geschlossen sein und arbeitet von der Welle 23 über die Zahnräder 3.2, 3a2, 3a1, 3.1 und 3b1 auf Welle 50 und von dort über das Zahnradpaar 3d, 3e auf Welle 13. Der 1. Gang arbeitet völlig unabhängig von der Welle 21, deshalb ist eine Lastschaltung vom 1. zum 2. Gang möglich.

Mit weiterhin geschlossenen Schaltmuffen 36, 37b und 35a arbeitet der 1. Geländegang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 35, der 2. Geländegang ist identisch mit dem 1. Gang, der 3. Geländegang arbeitet mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 34, der 4. Geländegang mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 33 und der 5. Geländegang mit nach links geschlossener Schaltmuffe 34, wobei diese Gänge alle über Welle 50 und das Zahnradpaar 3d, 3e auf Welle 13 übertragen werden. Im 5. Geländegang kann Schaltmuffe 37b geöffnet werden. Damit ist eine Lastschaltung in den 3. Gang möglich, der mit dem 6. Geländegang identisch ist. Außerdem ist vom 2. Geländegang, der ja mit dem 1. Gang identisch ist, eine Lastschaltung in den 2. Gang möglich, so daß es zwei lastschaltbare Übergänge von den Gelände- zu den Straßengängen gibt.

Die Rückwärtsgänge arbeiten mit geschlossenen Schaltmuffen 36, 36a, 37b und geöffneten Schaltmuffen 35a und 37a, wobei im unteren Rückwärtsgang die Schaltmuffe 35 nach links, im mittleren Rückwärtsgang die Schaltmuffe 33 nach links und im oberen Rückwärtsgang die Schaltmuffe 34 nach rechts geschlossen sein muß. Wenn hier das Zahnrad 4a2 als Losrad ausgeführt und über eine zusätzliche (nicht gezeichnete) Schaltmuffe mit der Welle 21a verbindbar ist, kann auch hier eine "Lastschaltung" zwischen dem 1. Gang und dem oberen Rückwärtsgang ausgeführt werden.

Fig. 3b) zeigt die räumliche Lage der Achsen zueinander und wo welche Zahnräder miteinander kämmen. In Fig. 3c) schließlich ist die relative Lage der Übersetzungen der Gänge in logarithmischer Darstellung wiedergegeben, wobei S für die Straßen- und G für die Geländegänge steht.

Variante 4

Die in Fig. 4a) und 4b) skizzierte Doppelkupplung Variante 4 besteht aus einer mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors gekoppelten Welle 1, zwei mit der Welle 1 drehfest aber axial verschiebbar verbundenen Kupplungsteilen 93 und 94 und zwei Reibflächen 23a und 24a, die mit den Wellen 23 und 24 verbunden sind. Eine Auschnittsvergrößerung des Kupplungsteiles 94 aus der Ansicht a (Pfeil) ist in Fig. 4b) skizziert. Es besteht aus einem Mitnehmer 94a und einer Reibfläche 94b. Die Teile 94a und 94b sind mit Stiften (oder Blechen) 94c verbunden, die in Bohrungen (oder Schlitzen) in den Teilen 94a und 94b gehaltert werden.

In Fig. 4b) gibt der Pfeil F die Richtung der Umfangskraft in der Kupplung an, wenn der Verbrennungsmotor im Zugbetrieb arbeitet. Die Bohrungen (oder Schlitze) sind nun, von links her gesehen, in Richtung der Umfangskraft geneigt. Die Teile 94a und 94b greifen zahnförmig derart ineinander, daß im entlasteten Zustand die Zähne gerade (mit geringer Vorspannung der Stifte bzw. Bleche) ineinander greifen. Im Zugbetrieb wird über diese Zähne die Umfangskraft übertragen. Im Schubbetrieb wirkt diese Vorrichtung als Reibfreilauf, wobei die Umfangskraft, bei der die Freilauffunktion einsetzt, einfach durch den Anpreßdruck gesteuert weden kann

Im normalen Fahrbetrieb sollte der Anpreßdruck der Kupplungsteile 93 und 94 so gewählt werden, daß die im Schubbetrieb auftretenden Kräfte nicht zu einer Freilauffunktion filmen. Bei Hochschaltvorgängen sollte der Anpreßdruck so verringert werden, daß zwar das Zugdrehmoment noch übertragen wird, die Drehzahländerung beim Hochschaltvorgang aber eine möglichst reibungsarme Freilauffunktion ermöglicht und dadurch die Wärmeverluste bei den Hochschaltvorgängen minimiert werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Kurzbauende Lastschaltgetriebe mit zwei Eingangswellen 23 und 24, einer Ausgangswelle 13 und einer exzentrischen Nebenwelle 50, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad im Übertragungsweg des Rückwärtsganges (der Rückwärtsgänge) fest mit der Welle 23 verbunden ist (Varianten 1a, 1d) oder fest mit der Welle 24 verbunden ist (Varianten 1e, 2) oder verbunden sein könnte (Variante 3), daß der 1. Gang von der jeweils anderen der Wellen 23 und 24 angetrieben wird und daß damit zwischen 1. und Rückwärtsgang durch Umschalten von Doppelkupplungen hin- und hergeschaltet werden kann.
  2. 2. Kurzbauende Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 1. Gang von einem Zahnrad 4.2 über eine Schaltmuffe 35a und eine hohle Welle 21a auf ein Zahnrad 3a1 und von dort weiter auf die Welle 50 übertragen wird, daß der 2. Gang ebenfalls über diese Welle 21a zum Zahnrad 3a1 und von dort weiter auf die Welle 50 übertragen wird, daß dieses Zahnrad aal in der einem Zahnrad 3e am nächsten liegenden Zahnradebene angebracht ist, daß ein fest mit der Welle 23 verbundenes Zahnrad 3.2 in der nächsten Zahnradebene angebracht ist, daß ein Zahnrad 3b1 in der dem Zahnrad 3e nächsten und ein Zahnrad 3b2 in der nächsten Zahnradebene angebracht ist und damit kurzbauende Lastschaltgetriebe zu realisieren sind und daß der 3. Gang von dem Zahnrad 4.2 über eine Kupplung 35 und eine Welle 21 unabhängig vom 2. Gang zu einem Zahnrad 3c übertragen wird (Variante 1a).
  3. 3. Kurzbauende Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein fest mit der Welle 23 verbundenes Zahnrad 3.2 in der dem Zahnrad 3e nächsten Zahnradebene angebracht ist und daß das mit der Welle 21a fest verbundene Zahnrad 3a1 in der nächsten Zahnradebene angebracht ist und daß Zahnräder 3b1 und 3b2 in diesen beiden dem Zahnrad 3e nächsten Zahnradebenen angebracht sind und damit kurzbauende Lastschaltgetriebe zu realisieren sind (Variante 1d).
  4. 4. Kurzbauende Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtsgang (-gänge) über eine Schaltmuffe 36a und eine Welle 50a auf ein Zahnrad 3c1 übertragen wird und daß dieses Zahnrad 3c1 mit dem Zahnrad 3b1 kämmt (Varianten 1a, 1e, 2, 3).
  5. 5. Kurzbauende Lastschaltgetriebe mit einer Doppelkupplung mit zwei Kupplungsanteilen 93 und 94 und daß (am Beispiel des Anteils 94) dieser Anteil 94 aus einem Mitnehmer 94a und einer Reibfläche 94b besteht, die durch geneigt angebrachte Stifte (oder Bleche) 94c miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile 94a und 94b miteinander verzahnt sind, daß im Zugbetrieb die Umfangskräfte über die Verzahnung übertragen werden und daß im Schubbetrieb eine Reibfreilauffunktion besteht, die durch den Anpreßdruck der Kupplung gesteuert werden kann.






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