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Diese
Erfindung betrifft ein Doppelvorgelege-Mehrganggetriebe, das zur
Anwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet ist.
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Herkömmlicherweise
weist ein Zahnradgetriebe mit mehreren Vorwärtsübersetzungen koaxiale Eingangs-
und Ausgangswellen und eine einzige Vorgelegewelle auf. Zahnradpaare
zwischen der Vorgelegewelle und den Eingangs-/Ausgangswellen ergeben
unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und
sind vom Fahrzeugführer
einzeln wählbar.
Mehrganggetriebe dieser Art sind relativ lang, weil die Zahnradpaare
entlang der Getriebehauptachse nebeneinander liegen.
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Aus
Gründen
der Kraftstoffeinsparung hat in den letzten Jahren die Anzahl an
Vorwärtsgängen zugenommen,
so dass Sechsganggetriebe nun bevorzugt sind. Solche Getriebe ermöglichen,
dass der Fahrzeugmotor eine angemessene Beschleunigung erbringt,
während
er bei Fahrgeschwindigkeit wirtschaftlich und ruhig ist. Es ist
jedoch schwierig, ein Sechsganggetriebe mit einzelner Vorgelegewelle
in einem Fahrzeug mit Vorderradantrieb bei quer liegendem Motor/Antriebsstrang
unterzubringen, insbesondere bei Kleinwagen, weil die Motor/Getriebeeinheit
im Vergleich zum verfügbaren
Raum zwischen den Antriebsrädern
lang ist.
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Getriebe
mit zwei Vorgelegewellen (Doppelvorgelege-Getriebe) bieten die Möglichkeit,
zu Lasten einer erhöhten
Getriebebreite, die Getriebelänge zu
verringern und sind eine potentielle Lösung für dieses Problem.
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Ein
weiteres Problem, das sich Fahrzeug- und Getriebekonstrukteuren
stellt ist, sowohl von Hand geschaltete wie automatische Varianten
zur Verfügung
zu stellen. Allgemein sind diese Varianten traditionell sehr verschieden,
aber es wäre
für beide vorteilhaft,
wenn sie eine sehr ähnliche
Größe und Form
aufweisen, um unnötige
Kompromisse beim Fahrzeugdesign zu vermeiden. Sogenannte Doppelkupplungsgetriebe
bieten eine solche Möglichkeit,
da die innere Anordnung sowohl bei von Hand geschalteten wie automatischen
Varianten sehr ähnlich
sein kann. Sowohl von Hand geschaltete wie sequentielle Automatikvarianten
können
mit fast der gleichen äußeren Hülle und
der gleichen Anzahl von Gangübersetzungen
angeboten werden.
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Zur
Herstellung von handgeschalteten und automatischen Varianten zu
minimalen Kosten, sollte jede Variante die maximale Anzahl an gemeinsamen Teilen
aufweisen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Mehrganggetriebe
zur Verfügung
gestellt, das eine von zwei Varianten darstellt und einen Eingang,
einen Ausgang und zwei Vorgelegewellen umfasst, wobei Zahnradpaare
zwischen dem Eingang und den Vorgelegewellen vorgesehen sind, so
dass eine Fahrstufe nach Bedarf wählbar ist, und jede Vorgelegewelle
in Antriebseingriff mit dem Ausgang steht, wobei das Getriebe sechs
wählbare Zahnradpaare
vorsieht, die sechs beabstandete Vorwärtsgänge ergeben, wobei die Eingangswelle
umfasst:
- A: eine allen Zahnradpaaren gemeinsame
Antriebswelle, und
- B: zwei koaxiale Antriebswellen, deren eine den Zahnradpaaren
der ungeraden Gänge
zugeordnet ist und deren andere den Zahnradpaaren der geraden Gänge zugeordnet
ist,
wobei sowohl bei A wie bei B fünf der Zahnradpaare den gleichen
Vorgelegewellen zugeordnet sind und die Gänge 3, 5 oder 4, 6 am äußeren Ende
des Getriebes liegen.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht,
dass die Eingangs-, die Ausgangs- und
die beiden Vorgelegewellen für
beide Varianten A und B auf dem gleichen Mittelpunkt liegen. Darüber hinaus
sind die fünf
Zahnradpaare bei den Varianten A und B gemeinsam. Bevorzugt sind
die geraden Gänge
von B einer äußeren Antriebswelle
zugeordnet.
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In
dieser Beschreibung werden gemeinsame Teile für beide Getriebevarianten vorgeschlagen.
Mit "gemeinsam" ist gemeint, dass
die jeweiligen fertigen Teile funktional identisch sind und eine
im Wesentlichen identische Form aufweisen, mit Ausnahme sehr kleiner
und unbedeutender Merkmale. Auf diese Weise sind Wellen und Zahnräder in Material,
Abmessungen und Form typischerweise identisch. Schaltgestängekomponenten,
Wellen und Gabeln können ebenfalls
im Wesentlichen identische Fertigteile umfassen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der zweiten Gangübersetzung
eine Vorgelegewelle für
Variante A und eine andere Vorgelegewelle für Variante B zugeordnet.
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Typischerweise
liegen die Achsen der Vorgelegewellen in einem unterschiedlichen
Abstand zur Eingangsachse. Dementsprechend ist in der bevorzugten
Ausführungsform
die zweite Gangübersetzung
bei beiden Varianten identisch, aber die zugeordneten Zahnradpaare
weisen einen unterschiedlichen Durchmesser auf.
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Bevorzugt
sind die Vorgelegewellen für
die Varianten A und B im Wesentlichen identisch. Auf diese Weise
definiert in der bevorzugten Ausführungsform jede Vorgelegewelle
vier Gangstellungen, die entsprechenden Zahnradpaaren zugeordnet
werden können.
Diesen Stellungen sind im Betrieb frei drehbare Antriebsräder zugeordnet,
die nach Bedarf mit zugehörigen
Vorgelegewellen in Eingriff kommen können. Bei der bevorzugten Ausführungsform
sind diese Stellungen auf beiden Vorgelegewellen identisch, so dass
im Betrieb die Stellungen in vier aufeinanderfolgenden Querebenen
liegen. Die Stellungen sind bevorzugt paarweise vorgesehen und das
Getriebe umfasst ferner eine Mehrzahl von Schaltmuffen, wobei jeweils
eine jedem Stellungspaar zugeordnet ist. Bevorzugt liegen die Muffen
in zwei aufeinanderfolgenden Querebenen.
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Typischerweise
ist eine Schaltmuffe relativ zu einer zugehörigen Vorgelegeachse axial
hin und her verschiebbar, so dass sie an einem der beiden zugeordneten
Antriebsräder
angreift.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind die Zahnradpaare auf den zugehörigen Vorgelegewellen für die Varianten
A und B unterschiedlich angeordnet. Daher ist bei Variante A die
erste Vorgelegewelle den Gängen 1, 2, 5, 6 zugeordnet,
während
in Variante B die gleiche Vorgelegewelle den Gängen 1, 5, 6 zugeordnet
ist.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind die am Ende gelegenen Gangübersetzungen
für beide Varianten 3, 5.
Bevorzugt ist die Vorgelegewellen-/Abtriebsverbindung axial an der
Eingangsseite des Getriebes.
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Das
Getriebe der Erfindung weist für
eine Mehrzahl von Zahnradpaaren gemeinsame Antriebszahnräder auf.
Auf diese Weise sind bei beiden Varianten gemeinsame Antriebszahnräder für die Gänge 4, 6 und 3, 5 vorgesehen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind Schaltschienen für
Schaltgabeln vorgesehen, von denen jeweils eine einer zugehörigen Schaltmuffe zugeordnet
ist. Die Schaltstangen und -gabeln sind für beide Varianten A und B identisch
und weisen Achsen in den gleichen Querpositionen zur Eingangsachse
auf. Bevorzugt sind die Schaltmuffen im Wesentlichen identisch.
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Bevorzugt
ist ein Rückwärtsgang
vorgesehen und umfasst ein Antriebsrad, das einem Vorwärtsgang
zugeordnet ist, und auf jeder Vorgelege welle jeweils ein sequentiell
angetriebenes Zahnrad, wobei das Zwischenrad ein Mitläufer oder
Laufrad ist.
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Ein
Getriebe gemäß der Erfindung
stellt mit Getriebesträngen,
die in vier aufeinanderfolgenden Querebenen entlang der Eingangsachse
angeordnet sind, sechs Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang
zur Verfügung.
Darüber
hinaus können
vier Schaltmuffen in zwei Querebenen zwischen den Ebenen der ersten
und zweiten sowie dritten und vierten Zahnräder angeordnet sein.
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In
einem alternativen Aspekt der Erfindung weist ein Doppelvorgelege-Getriebe einen Rückwärtsgang
auf, der durch ein zusammengesetztes Zahnrad gebildet ist, das zwei
Ritzelprofile nebeneinander aufweist, die gemeinsam rotieren. Eine
solche Anordnung verwendet bevorzugt ein gemeinsames Antriebsritzel,
wie das Antriebsrad des ersten oder zweiten Gangs, und ein Abtriebsritzel,
das einer der Vorgelegewellen zugeordnet und über eine einseitig wirkende
Schaltmuffe wählbar
ist. Das zusammengesetzte oder mehrstufige Zahnrad ist auf einer
zusätzlichen
Vorgelegewelle vorgesehen und erzielt einen Gangwechsel entsprechend
dem Verhältnis
zum Antriebsrad und zum Abtriebsrad. In der bevorzugten Ausführungsform
umfasst das zusammengesetzte Zahnrad Zahnradprofile mit unterschiedlichem Durchmesser.
Weitere Vorteile der Gemeinsamkeiten zwischen Getrieben mit einer
oder zwei Vorgelegewellen bleiben erhalten.
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Eine
solche Anordnung ermöglicht,
dass das Abtriebs- oder Ausgangsrad des Rückwärtsgangs in einer anderen Ebene
als die Vorwärtsgänge liegt, was
bei der Raumausnutzung Vorteile bringen kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Rückwärtsgang
vom Antriebsrad des ersten Gangs über eine unabhängige Vorgelegewelle
mit darauf angeordnetem, zusammengesetztem Zahnrad angetrieben,
wo bei das Antriebsrad des ersten Gangs unmittelbar benachbart zum
Eingangsende der Eingangswelle liegt und die Ebene des Abtriebsrads
des Rückwärtsgangs
distal dazu liegt.
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Bevorzugt
sind die Gänge 3, 4, 5, 6 in
zwei Zahnradebenen vorgesehen, die zum Eingangsende der Eingangswelle
von den Zahnradebenen, die den Gängen 1, 2 zugeordnet
sind, beabstandet sind. Auf diese Weise sind vier Zahnradebenen
für Vorwärtsgänge und
eine fünfte
Zahnradebene für
das Abtriebsrad des Rückwärtsgetriebestrangs
vorgesehen, wobei dessen Antriebsräder in einer der Ebenen liegen,
die einem Vorwärtsgang
zugeordnet ist. Die Ebene des Rückwärtsgangabtriebsrads
liegt bevorzugt im Wesentlichen in der Leerlaufebene der Schaltmuffe
von zwei Vorwärtsgangübersetzungen, bevorzugt
den Vorwärtsgängen, die
dem ersten und zweiten Gang zugeordnet sind.
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Weitere
Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
ersichtlich, die nur als Beispiel in den begleitenden Zeichnungen
gezeigt sind, in denen:
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1 ein
entwickelter schematischer Plan eines Sechsganggetriebes mit zwei
Vorgelegewellen und einer Kupplung ist.
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2 eine
repräsentative
Stirnseitenansicht ist, die die wahren räumlichen Verhältnisse
von Wellen zeigt.
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3 entsprechend 1 ist
und ein Sechsganggetriebe mit zwei Vorgelegenwellen und Doppelkupplung
zeigt.
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4 entsprechend 2 ist,
aber die getreue Anordnung von Wellen der 3 darstellt.
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5 entsprechend 1 ist
und einen Rückwärtsgang über eine
unabhängige
Vorgelegewelle zeigt.
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6 entsprechend 5 ist
und einen Rückwärtsgang über ein
Antriebsrad des ersten Gangs zeigt.
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7 eine
alternative Ausführungsform
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist und ein Getriebe mit einzelner
Kupplung und mehrstufigem Umlenker zeigt.
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Mit
Bezug zu den Zeichnungen der 1 und 2 ist
ein manuell betätigtes
Getriebe mit einzelner Kupplung für sechs Vorwärtsgänge und
einen Rückwärtsgang
dargestellt. Es sind eine Antriebswelle 10 und zwei Vorgelegewellen 11, 12 vorgesehen, die
dazwischen Zahnradpaare aufweisen. Jede Vorgelegewelle 11, 12 weist
ein Abtriebsrad 13, 14 auf, das mit einem gemeinsamen
Gangrad 15 gekoppelt ist, wie es am deutlichsten in 2 dargestellt
ist.
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Es
sind sechs Vorwärtsgänge durch
zugehörige
Zahnradpaare vorgesehen und durch die Bezugszahlen "1 bis 6" identifiziert. Jedes
Paar umfasst ein Antriebsrad der Antriebswelle 10 und ein
zugehöriges
angetriebenes Rad, die auf einer der Vorgelegewellen 11, 12 drehbar
und durch herkömmliche Schaltmuffen 16 damit
verbindbar ist. Die Muffen 16 werden von der in 1 angegebenen
Leerlaufposition entweder nach links oder nach rechts versetzt, so
dass sie ein zugehöriges
Gangrad zur Rotation mit der Vorgelegewelle koppeln, die dazu koaxial
ist.
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Ein
Rückwärtsgang
("R") ist über zwei
angetriebene Zahnräder
vorgesehen, wobei jeweils eines auf jeder Vorgelegewelle vorgesehen
ist, und das Zwischenrad als Mitläufer dient, so dass auf diese Weise
eine separate Vorgelegewelle für
den Rückwärtsgang
vermieden wird.
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Die
physikalischen Durchmesser der in den Zeichnungen dargestellten
Zahnräder
sind repräsentativ,
der Fachmann kann Durchmesser gemäß den erforderlichen Verhältnissen
und zur Vermeidung von Kollisionen benachbarter Zahnräder auswählen. Gleichermaßen können die
jeweiligen Mittelpunkte der Wellen und der axiale Abstand der Zahnräder darauf
gemäß den konstruktiven
Erfordernissen bestimmt werden.
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Im
Betrieb wird das Getriebe von 1 auf herkömmliche
Weise in Verbindung mit der Kupplung 17 betätigt. Ein
nicht gezeigter Schaltmechanismus ermöglicht, dass die Schaltmuffen 16 jeweils
einzeln nach Bedarf in Eingriff kommen, um einen Momentübertragungsweg
vom Motor zu den Laufrädern
zu definieren. Die Gangübersetzungen
können
in beliebiger Reihenfolge gewählt
werden.
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Die 3 und 4 zeigen
ein entsprechendes Doppelkupplungsgetriebe mit koaxialen Eingangswellen 18, 19,
die über
eine Kupplung eines Doppelkupplungspakets 20 angetrieben
werden. Wie aus 4 ersichtlich ist, sind die
räumlichen
Verhältnisse
der Vorgelegewellen 21, 22 zu denen von 2 identisch,
was bedeutet, dass die Getriebeumhüllung sehr ähnlich sein kann. Die Zahnradpaare sind
unterschiedlich angeordnet, wie es durch die Bezugszeichen "1 bis 6" und "R" gezeigt ist.
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Das
Getriebe von 3 wird betätigt durch Vorwählen des
nächsten
gewünschten Übersetzungsverhältnisses
(das der nicht angetriebenen Eingangswelle zugeordnet sein muss)
und Lösen
einer Kupplung, während
die andere in Eingriff kommt. Gangwechsel sind normalerweise automatisch
oder halbautomatisch gesteuert. In der Praxis sind solche Getriebe
häufig
sequentiell, obwohl auf Wunsch einige Gangübersetzungen übersprungen
werden können.
Zum Beispiel kann es beim Getriebe möglich sein, vom 6-ten Gang
zum 3-ten Gang herunterzuschalten, wenn die Bedingungen geeignet
sind.
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Ein
bedeutendes Merkmal der Erfindung liegt darin, dass die Getriebe
der 1 und 3 eine große Gemeinsamkeit bei Komponenten
aufweisen, obwohl in 3 die "ungeraden" und "geraden" Gänge
so gruppiert sein müssen,
dass sie der zugehörigen
Eingangswelle zugeordnet sind.
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Daher
sind die folgenden Teile gemeinsam:
- • Antriebszahnräder für den 3-ten/5-ten
und 4-ten/6-ten Gang
- • alle
Vorgelegewellenräder
außer
dem 2-ten
- • beide
Vorgelegewellen
- • endseitige
Antriebszahnräder
(einschließlich
Differential)
- • Schaltgabeln,
Gabelschienen und ein Großteil des
Schaltmechanismus
- • Schaltmuffenposition
auf den Vorgelegewellen
- • Schaltmuffenteile
- • Kleinteile
wie Lager und Dichtungen
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5 stellt
eine Variante von 1 dar, in der ein Rückwärtsgang über eine
zusätzliche
Vorgelegewelle 23 vorgesehen ist, auf der ein Mitläuferrad 24 gelagert
ist. Dieser Rückwärtsgang
verwendet nicht mehr das erste Abtriebsrad als Mitläufer, und diese
Anordnung kann die erforderliche Drehmomentkapazität vermindern.
Die gleiche Anordnung ist in einer ähnlichen Modifikation des Getriebes
von 3 möglich.
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Ein
weiterer Vorteil von 5 liegt darin, dass der Rückwärtsgang
nicht mehr von der ersten Übersetzung
abhängig
ist, und dadurch eine größere Konstruktionsfreiheit
zu Lasten einer zusätzlichen Vorgelegewelle
und eines Mitläuferrads
verfügbar
ist.
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Es
ist ebenso erkennbar, dass die Anordnungen der 1, 3 und 5 weitere
Modifikationen erfahren können,
um zu ermöglichen,
dass der Rückwärtsgang
vom Antriebsrad des zweiten Gangs statt vom Antriebsrad des ersten
Gangs angetrieben wird. Die alternative Anordnung ergibt, in Abhängigkeit
von den physikalischen Randbedingungen und dem geforderten Gangwechselmuster
weitere Möglichkeiten
für den
Rückwärtsgang.
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Noch
eine weitere potentielle Variation ist, eine Anordnung von Vorwärts- und
Rückwärtsgängen von 1 in
parallelen Ebenen, aber von einem gemeinsamen, breiten Antriebsrad
angetrieben vorzusehen. 6 stellt eine solche Möglichkeit
durch Variation von 5 dar, wobei das erste Antriebsrad 25 über einen
Mitläufer 24 umgekehrt
antreibt, aber in einer Ebene, die zum Abtriebsrad des ersten Gangs
parallel ist. Eine solche Anordnung ist selbstverständlich auch
unter Verwendung eines breiten Antriebsrads des zweiten Gangs möglich.
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Eine
weitere Option, nicht dargestellt, ist es, zwei Antriebsräder für Rückwärtsgang
und ersten Gang nebeneinander vorzusehen. Dabei ist das breite Rad 25 von 6 unterteilt,
so dass ein separater Drehmomentweg für den ersten Gang und den Rückwärtsgang
vorgesehen ist. Eine solche Anordnung ermöglicht weitere Unabhängigkeit
der Gangwahl.
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In
noch einer weiteren Alternative, ist die Rückwärtsgangmuffe von 1 auch
nach rechts verschiebbar, und wirkt dadurch beidseitig. In der rechten
Position ist die Vorgelegewelle 12 so angeordnet, dass
sie am Getriebegehäuse
festgelegt ist, was dadurch eine Drehsperreigenschaft ergibt, die der
PARK-Position bei einem herkömmlichen
Automatikfahrzeuggetriebe äquivalent
ist. Es versteht sich, dass ein solches Merkmal eine herkömmliche Feststellbremse
ersetzen oder ergänzen
kann.
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7 stellt
eine alternative Ausführungsform dar,
bei der ein Rückwärtsgang über eine
unabhängige
Vorgelegewelle und ein mehrstufiges Zahnrad 31 vorgesehen
ist, das zwei Zahnradprofile nebeneinander und gleichlaufend drehbar
umfasst. Sowohl der erste wie der Rückwärtsgang werden von einem gemeinsamen
Antriebsrad 32 angetrieben, das unmittelbar neben der Kupplung 17 liegt.
Eine Rückwärtsschaltmuffe 33 greift
an einem losen Rad 34 bei einer Abtriebswelle 11 ein,
das mit den mehrstufigen Rädern 31 in
Eingriff ist. Es sind weitere Vorwärtsgang übersetzungen am äußersten
Ende (d. h. am zur Kopplung gegenüberliegenden Ende) vorgesehen, wie
es durch die Gänge 4, 6 angegeben
ist.
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Es
ist zu erkennen, dass durch Wechseln der Gangpaarpositionen der
Ausführungsform
von 7, die Gänge 1, 3, 5,
R von einer Eingangswelle und die Gänge 2, 4, 6 von
einer koaxialen Eingangswelle angetrieben werden können. Auf
diese Weise wird ein Doppeleingangsgetriebe zur Verfügung gestellt,
wie es in 3 dargestellt ist. Weitere Gänge 3, 5 können am
Ende gelegen sein.
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Obwohl
diese Beschreibung mit Bezug zu einem Getriebe für ein Fahrzeug angegeben wurde, versteht
es sich, dass die hier beschriebenen Anordnungen für andere
Einsatzarten geeignet sind, bei denen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse nach
Bedarf erforderlich sind.
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Zusammenfassung
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Es
werden verschiedene Konfigurationen eines Doppelvorgelege-Getriebes
offenbart, die typischerweise eine große Zahl von gemeinsamen Teilen bei
Einzel- und Doppelkupplungsvarianten aufweisen. In einer Ausführungsform
ist ein Rückwärtsgang über einen
unabhängigen
mehrstufigen Mitläufer
(31) vorgesehen und wird von einem Antriebsrad (32)
angetrieben, das auch einem Vorwärtsgang
zugeordnet ist.