DE4136142A1 - Automatisches stufenschaltgetriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei den weltweit unternommenen Bemühungen, die Entstehung von
Luftschadstoffen beim Betrieb von Kraftfahrzeugen zu verrin
gern, wurden den Motorabgasen durch Einsatz von Katalysatoren
bereits ein großer Teil ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung
genommen. Eine weitere Schadstoffminderung kann dadurch er
zielt werden, daß die Abgasmenge durch Verbesserung des Motor
wirkungsgrades sowie des mechanischen Wirkungsgrades von
Schalt- und Achsantrieben verringert wird. Dadurch wird vor
allem auch die CO2-Erzeugung gedrosselt.
Heute vielfach benutzte Automatik-Schaltgetriebe mit hydro
dynamischem Wandler und nachgeschalteten, mittels im Getriebe
öl umlaufender Kupplungen und Bremsen betätigter Planetengetrie
besätzen verringern den Antriebswirkungsgrad von Kraftwagen
um 5 bis 80% gegenüber mit Klauen und trocken betriebenen Kupp
lungen betätigten, manuell bedienten Schaltgetrieben. Das
einzige eingeführte stufenlos übersetzende Getriebe erreicht
nicht einmal den Wirkungsgrad der mit Hydrodynamikwandlern aus
gerüsteten automatisch schaltenden Getriebe, obwohl dessen
Charakteristik die besonders bei Dieselmotoren erwünschte Motor
belastung in einem schmalen Drehzahlbereich gewährleisten wür
de. Außerdem ist der Anwendungsbereich dieser stufenlos dreh
momentwandelnden Getriebe wegen ihrer mechanischen Leistungs
grenze auf sehr kleine Fahrzeuge begrenzt.
Die Entwicklung vollautomatisch schaltender, eng gestufter Ge
triebe ist in der Automobiltechnik eine wichtige Aufgabe der
Gegenwart. Zur Lösung dieser Aufgabe soll die vorliegende Er
findung den Beitrag, welcher durch die Merkmale des Hauptan
spruchs gekennzeichnet ist, leisten.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird bei Verwendung
des Getriebes für einen Quermotorantrieb die Schalt- und An
fahrkupplung am Getriebeende angeordnet, wobei der Antrieb
vom Motor auf die Kupplung durch eine Welle erfolgt, welche
innerhalb der hohlen Schaltwelle angeordnet ist. Diese Lösung
bietet den Vorteil, daß die Antriebswelle der Kupplung dreh
elastisch ausgebildet wird, wodurch Drehmomentstöße vermie
den werden.
In noch weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Nebenwellen
als dünnwandige Glockenkörper ausgebildet, welche aus Temper- oder
Sphäroguß im Schleuderguß mit vorgegossener Verzahnung
erzeugt werden können. Bei der sehr kurzen Dreiwellenausbildung
des Erfindungsgegenstandes brauchen die Schaltzahnräder nicht
radial, sondern nur axial gelagert zu werden, zumal eine Selbst
zentrierung durch den um 180° versetzten Kraftangriff der Ne
benwellenräder erfolgt. Bei Anwendung einer elastischen, gera
den Hochverzahnung bei sämtlichen Getriebezahnrädern entstehen
bei angetriebenem oder schiebenden Fahrzeug keine die Zahnräder
und die Getriebelager belastende Axialkräfte. Erfahrungsgemäß
fällt deshalb ein in Dreiwellenbauart ausgebildetes Getriebe
der Erfindung wegen der ausgeglichenen Zahnbelastung der Räder
und der geringen Axial- und Radialbelastung der Getriebewellen
nur halb so lang wie eine Zweiwellenlösung mit Schrägverzahnung
und dafür entsprechend bemessenen Lagern aus und es wird trotz
der dritten Welle Gewicht und Aufwand eingespart.
Die Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes mit der geometri
schen Stufung der Getriebegänge bedeutet, daß nur zwei Sensoren
und eine sehr einfach programmierte Recheneinheit für die auto
matische Schaltung benötigt werden.
In den Abbildungen ist eine Ausbildung des Erfindungsgegen
standes für den Quermotorantrieb eines Personenkraftwagens ver
anschaulicht. Fig. 1 zeigt den Antrieb in einem in Fig. 2 mit
A-B/C-D) gekennzeichneten Längsschnitt und Fig. 2 die Seiten
ansicht von der Kupplungsseite aus.
In den Abbildungen ist mit 1 der Motor, mit 2 dessen Schwung
rad gekennzeichnet. Über die an das Schwungrad angeflanschte
Welle 4 wird die am Ausgang des Getriebes sitzende Kupplung 6 1
bis 6 7 angetrieben. Ist die Kupplung durch Betätigung des Elek
tromagneten 6 7 geöffnet, so ist die Lamelle 6 4 von den Reib
flächen der Kupplungsplatte 6 1 sowie dem, die Kupplungsplatte
durchdringenden, Kupplungsring 6 6 gelöst. Die Kupplung wird
durch die am Außenumfang der Kupplungsplatte anliegende radial
geschlitzte Tellerfeder 6 3 geschlossen. Sie stützt sich dabei
auf dem an Fortsätzen des Kupplungsringes anliegenden Runddraht
sprengring 6 5 ab.
Bei geschlossener Kupplung wird das Motordrehmoment über den
Hohlwellenfortsatz 10 1 auf das Getriebeantriebsrad 13 über
tragen. Gemäß eingeschalteter Schaltmuffe 19 1 bis 19 3 wird
das Motormoment mit entsprechender Übersetzung vom Rad 13 über
beide Nebenwellen 14 und 15 auf das durch die betreffende Schalt
muffe mit der Schaltwelle 7 verbundene Schaltzahnrad 20 2 bis
20 6 auf das Getriebeabtriebsrad 8 und von hier über das Achs
antriebsrad 9 mit Differential 10 über die beiden Antriebswel
len 11 und 12 in die Räder des Kraftwagens weitergeleitet. Die
Schaltmuffen werden durch die jeweils mit drei Magnetringspu
len ausgerüsteten Magnetbetätigungen 22 1, 22 2, 22 3 über die an
deren Anker angeschlossene Schaltstangen auf die Schaltgabeln
21 1, 21 2, 21 3 aus ihrer eingestellten Ausgangslage heraus kraft
schlüssig mit den Axial- oder Radialverzahnungen der Schalträ
der verbunden.
Das vorliegende Getriebebeispiel weist 6 Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang auf. Die Schaltstufen werden durch folgende
Zahnrad- und Schaltmuffenketten erzeugt:
Die Rückwärtsgangstufe wird durch ein im Fahrzeugstillstand
mechanisch oder elektromagnetisch zwischen das Rad 14 7 der
Nebenwelle 14 und das fest mit der Schaltwelle 7 verbundene
Zahnrad 20 7 zu schiebende Zwischenrad 14 8 erzeugt.
Auf den kupplungsseitigen, die Getriebetrennwand 3 1 durch
dringenden Wellenfortsätzen 14 und 15 sind die Kurzschluß
ankerscheiben 16 und 17 der zum Synchronisieren beim Schalt
vorgang dienenden Brems- und Beschleunigungseinrichtungen mit
den Statoren 16 1 und 17 1 angebracht. Beim gewählten Ausfüh
rungsbeispiel kann eines der beiden Geräte als Bremseinrich
tung mit in Umfangsrichtung stehendem und das zweite mit um
laufendem Stator-Wechselstrom beaufschlagt werden, was auch
mit einem einzigen Gerät durchgeführt werden könnte. Bei engen
Platzverhältnissen können dann bei der Doppelnebenwellen
bauart zwei kleinere, jeweils das halbe Synchronisiermoment
aufbringende Geräte benutzt werden. Drehmomente und Drehzah
len werden beim Synchronisiervorgang vom Rechner gesteuert.
Die automatischen Schaltvorgänge spielen sich dabei folgender
maßen ab:
Beim Abwärtsschalten auf einer Steigungsstrecke gibt der
Motorkennfeld-programmierte Prozessor nach Befragung des Gas
hebelwegsensors beispielsweise das Signal, vom direkten 5.
Gang in den 4. Gang umzuschalten. Die Kupplung wird durch Beauf
schlagung der Magnetbetätigung 6 9, dann die Schaltungsmuffe 19 1
aus der Muffenverzahnung des Rades 13 gelöst; gleichzeitig
stellt die betreffende Recheneinheit des Prozessors den ist-
Sprung der Sensorsignale 18 1/18 2 fest und löst die Erzeugung
der Drehfelddrehzahl im Stator der Beschleunigungseinrichtung
16 1/16 für den erforderlichen Drehzahlsprung vom 5. in den
4. Gang aus, der Prozessor veranlaßt über die Schalteinrichtung
22 1 das Einlegen der Schaltmuffe mit Hilfe der Schaltgabel 21 1
in die Verzahnung des Schaltrades 20 3 und schließt die Haupt
kupplung 6 1/6 9.
Beim Aufwärts schalten läuft dieser Vorgang umgekehrt ab,
wobei die Zahnraddrehzahl auf der Schaltwelle vom Prozessor
über die Bremse 17 1/17 eingestellt wird.
Claims (5)
1. Automatisches Stufenschaltgetriebe für Kraftfahrzeuge
mit einer Schaltwelle, welche die zwischen den Schalt
zahnrädern mittels Schaltgabeln axial verschiebbaren
Schaltmuffen trägt, sowie einer oder mehreren, nicht
schaltbare Zahnräder tragenden Nebenwellen, gekennzeich
net durch die Vereinigung folgender Merkmale:
- a) im Trockenraum vor oder hinter dem Stufengetriebeteil (3) des Schaltgetriebes angeordnete, zum Anfahren und Unterbrechen des Kraftschlusses zwischen Motor und Ab trieb zum Schalten dienende elektromagnetisch betätig te, federzugespannte Reibungskupplung (6 1 bis 6 12),
- b) auf mindestens einer Nebenwelle (14, 15) angeordnete, elektromotorisch wirkende, aus Kurzschlußanker (16, 17) und Stator mit Wechselstromwicklung (16 1, 17 1) be stehende Brems- und Beschleunigungseinrichtung, deren Drehzahl beim Schaltvorgang mit Hilfe von Sensoren (18 1, 18 2) rechnergesteuert eingestellt wird,
- c) durch Elektromagnete (22 1, 22 2, 22 3) über Schaltgabeln (23 1, 23 2, 23 3) eingelegte und gelöste, auf der Schalt welle (7) in Umfangsrichtung kraftschlüssig, axial be weglich gelagerte Schaltmuffen (19 1, 19 2, 19 3) zur Ein stellung der manuell gewählten oder von einer Rechen einheit bestimmten Getriebeübersetzung.
2. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß bei Anwendung für einen Quermotorantrieb die
Schalt- und Anfahrkupplung am Getriebeende, angetrieben
von einer die Schaltwelle (7) durchdringenden Antriebs
welle (4), angeordnet ist.
3. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß zwei Nebenwellen (14, 15) verwendet werden und
die mit den Gegenverzahnungen zu den Schaltmuffen (19 1,
19 2, 19 3) ausgerüsteten Schaltzahnräder (20 2, 20 3, 20 4,
20 5, 20 6) ausschließlich axial gelagert sind.
4. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Nebenwellen (14, 15) aus dünnwandigen,
glockenförmigen, vorzugsweise aus Temper- oder Kugelgraphit
graugußteilen mit vorgegossener, nachträglich geräumter
gerader Hochverzahnung bestehen.
5. Stufenschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet
durch geometrische Stufung der Schaltübersetzungen.
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