DE19900766A1 - Schaltgetriebe für Fahrzeuge, vorzugsweise Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für Fahrzeuge, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Schaltvorgang wird in herkömmlichen Handschaltgetrieben eine Drehzahlanpassung zwischen den Drehgeschwindigkeiten der Ab­ triebswelle und eines Losrades kurz vor der formschlüssigen Drehmomentübertragung benötigt. Hierzu ist eine Synchroneinheit vorgesehen, die mit Hilfe einer Schiebemuffe betätigt wird. Solche Schaltgetriebe haben einen aufwendigen Aufbau, benötigen erhebli­ chen Bauraum und sind teuer in der Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Schaltgetriebe so auszubilden, daß es bei konstruktiv einfacher Aus­ bildung kostengünstig gefertigt werden kann und nur wenig Einbau­ raum benötigt.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schaltgetriebe erfin­ dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Schaltgetriebe sind die Getrieberäder Teile eines Planetengetriebes. Es hat einen kompakten Aufbau, so daß das Schaltgetriebe wenig Einbauraum benötigt. Mit dem Planetenge­ triebe können bei geringem Bauvolumen große Übersetzungen ver­ wirklicht werden. Eine Synchronisation ist bei Einsatz des Planeten­ getriebes nicht erforderlich, so daß das erfindungsgemäße Schaltge­ triebe kostengünstig gefertigt werden kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren An­ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in vereinfachter und perspektivischer Darstellung sowie teilweise im Schnitt ein erfindungsgemäßes Schaltgetrie­ be

Fig. 2 eine Schaltstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetrie­ bes,

Fig. 3 in einer Darstellung entsprechend Fig. 2 eine andere Schaltstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes,

Fig. 4 im Axialschnitt eine Schaltstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1,

Fig. 5 in einer Darstellung entsprechend Fig 4 eine weitere Schaltstellung des Schaltgetriebes gemäß Fig. 1.

Das Schaltgetriebe basiert auf dem Prinzip von Planetenradgetrie­ ben, die über zwei Freiheitsgrade verfügen. In Abhängigkeit vom Be­ wegungszustand des Steges oder des Hohlrades des Schaltgetriebes können unterschiedliche Übersetzungen verwirklicht werden. Die Drehrichtung und die Übersetzung werden dadurch festgelegt, daß der Steg oder das Hohlrad festgehalten werden.

Die Zeichnungen zeigen ein solches Schaltgetriebe. Es hat eine zen­ trale Antriebswelle 1, die als Stufenwelle ausgebildet ist und Sonnen­ räder 2 bis 6 trägt. Das Sonnenrad 6 hat den kleinsten und das Son­ nenrad 2 den größten Durchmesser. Vom Sonnenrad 6 bis zum Son­ nenrad 2 nimmt der Durchmesser der Sonnenräder zu. Mit den Son­ nenrädern 2 bis 6 kämmen Planetenräder 7 bis 11, die auf Stegwel­ len 19 drehbar gelagert sind. Jedem Sonnenrad 2 bis 6 sind drei Pla­ netenräder 7 bis 11 zugeordnet, die in Winkelabständen von 1200 um die Antriebswelle 1 angeordnet sind. Dementsprechend sind drei Stegwellen 19 vorgesehen, die in Winkelabständen von 120° zuein­ ander liegen. Entsprechend der Abstufung der Sonnenräder 2 bis 6 sind die Planetenräder 7 bis 11 im Durchmesser abgestuft. Das Pla­ netenrad 7 hat den größten und das Planetenrad 11 den kleinsten Durchmesser.

Die Stegwellen 19, die parallel zur Antriebswelle 1 liegen, sind mit ihren Enden in ringscheibenförmigen Planetenträgern 17, 18 aufge­ nommen, die ihrerseits über Lager 20, 21 drehbar auf der Antriebs­ welle 1 sitzen. Die Planetenträger 17, 18 sitzen axial gesichert auf der Antriebswelle 1.

Die Planetenräder 7 bis 11 sind von Hohlrädern 12 bis 16 umgeben, mit denen sie in Eingriff sind. Entsprechend der Abstufung der Außendurchmesser der Planetenräder 7 bis 11 hat das Hohlrad 16 den größten und das Hohlrad 12 den kleinsten Innendurchmesser.

Den Hohlrädern 12 bis 16 sind Bremselemente 35 (Fig. 2 und 3) zu­ geordnet, mit denen wahlweise die Hohlräder abgebremst werden können. Als potentielle Bremssysteme kommen alle Systeme in Fra­ ge, die kraftschlüssig sind, von außen auf die Hohlräder 12 bis 16 wirken und sie vollständig oder teilweise umschließen sowie ohne Drehbehinderung der nicht geschalteten Hohlräder bzw. des Plane­ tenträgers 17, 18 arbeiten. In Frage kommen z. B. Lamellenbremsen, Bandbremsen und dergleichen. Jedem Bremselement 35 ist ein Schaltelement 34 zugeordnet, so daß jedes Bremselement durch das zugehörige Schaltelement zum Schalten des jeweiligen Ganges be­ tätigt werden kann.

Mit geringem axialem Abstand vom Planetenträger 18 sitzt auf dem benachbarten Ende der Antriebswelle 1 unter Zwischenlage eines Lagers 27 eine Abtriebswelle 28, deren Achse mit der Achse der An­ triebswelle 1 fluchtet. Es ist auch möglich, daß An- und Abtrieb radial versetzt zueinander realisiert werden.

Auf der Antriebswelle 28 ist eine radial formschlüssige, axial ver­ schiebbare Schaltbuchse 29 mit einer Innenverzahnung 30 und einer stirnseitigen Verzahnung 31 angeordnet. Für die Vorwärtsgänge wird die Innenverzahnung 30 der Schaltbuchse 29 mit einer Außenver­ zahnung 32 des Planetenträgers 18 in Eingriff gebracht (Fig. 4).

Für den Rückwärtsgang wird die stirnseitige Verzahnung 31 der Schaltbuchse 29 mit einer stirnseitigen Verzahnung 33 des Hohlrades 16 in Eingriff gebracht (Fig. 4 und 5). Die Drehrichtung und die Über­ setzung werden somit dadurch festgelegt, ob der Planetenträger 17, 18 oder die Hohlräder 12 bis 16 feststehen. Dadurch kann mit Hilfe der gleichen Stufe zwischen dem Rückwärtsgang und dem Vorwärts­ gang geschaltet werden.

Abhängig von der Standübersetzung, d. h. dem Übersetzungsverhält­ nis von Hohlrad 12 bis 16 und Sonnenrad 2 bis 6 bei stillstehendem Planetenträger 17, 18 können durch die nebeneinander angeordneten Planetenräder 7 bis 11 unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse verwirklicht werden. Das Schalten zwischen den einzelnen Gängen wird durch das Festhalten des jeweiligen Hohlrades 12 bis 16 ver­ wirklicht. Der Antrieb erfolgt über die Sonnenräder 2 bis 6, die auf der als Stufenwelle ausgebildeten Antriebswelle 1 drehfest angeord­ net sind. Dagegen erfolgt der Abtrieb für die Vorwärtsgänge über die Stegwellen 19 und den Planetenträger 18. Für den Rückwärtsgang wird die Abtriebswelle 28 mit dem Hohlrad 16 des ersten Ganges ge­ koppelt, wobei zur Sicherstellung der Funktionalität die Planetenträ­ ger 17, 18 festgehalten werden müssen. Für einen Schaltvorgang muß die Bremse des gerade eingelegten Ganges gelöst und die des gewünschten zu schaltenden Ganges geschlossen werden.

So kann beispielsweise das dem dritten Gang zugeordnete Hohlrad 14 mittels des zugehörigen Schaltelementes 34 fixiert werden. Dann erfolgt der Antrieb von der Antriebswelle 1 über die Stegwellen 19 und den Planetenträger 18 auf die Abtriebswelle 28. Auf diese Weise können mit den Schaltelementen 34 in der beschriebenen Weise die unterschiedlichen Vorwärtsgänge durch Abbremsen des jeweils zu­ geordneten Hohlrades eingelegt werden.

Um den Rückwärtsgang einzulegen, drückt das Schaltelement 34 auf das Bremselement 35 des Planetenträgers 17 und bremst dieses da­ durch ab. Außerdem wird die Schaltbuchse 29 auf der Abtriebswelle 28 axial so weit verschoben, daß seine Stirnverzahnung 31 mit der Stirnverzahnung 33 des Hohlrades 16 in Eingriff kommt. Nunmehr erfolgt der Antrieb von der Antriebswelle 1 über das Hohlrad 16 des ersten Ganges auf die Abtriebswelle 28 (Fig. 3). Die Abstützung des Drehmomentes erfolgt in diesem Falle durch Fixieren der Planeten­ träger 17, 18, die infolge der Abbremsung nicht um ihre Achsen dre­ hen.

In dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Schaltgetriebe drei Stegwellen 19 auf. Dadurch wird das zu übertragende Drehmoment gleichzeitig an drei Stellen der Sonnenräder 2 bis 6 bzw. der Plane­ tenräder 7 bis 11 übertragen. Dadurch wird eine Reduzierung des Drehmomentes auf ein Drittel des tatsächlichen Motordrehmomentes erreicht, das auf die Verzahnung wirkt. Dadurch können die Verzah­ nungen kleine Module aufweisen.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat das Schaltgetriebe fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Ein weiterer Vorwärtsgang läßt sich einfach durch das Zufügen eines zusätzlichen Planeten­ radsatzes mit der entsprechenden Übersetzung erreichen. Dement­ sprechend sitzen auf den Stegwellen 19 zusätzliche Planetenräder, die mit einem zusätzlichen Hohlrad sowie mit einem zusätzlichen Sonnenrad kämmen. Ebenso ist es möglich, durch Weglassen z. B. eines Planetenradsatzes ein Schaltgetriebe mit vier Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang zu erreichen.

Fig. 4 zeigt den Fall, daß einer der Vorwärtsgänge geschaltet ist. Je nach dem entsprechend ausgewählten Gang wird eines der Hohlrä­ der 12 bis 16 in der beschriebenen Weise durch das (nicht darge­ stellte) Schaltelement 34 abgebremst und damit gegen Drehen fixiert. Dementsprechend werden die Stegwellen 19, wie zuvor erläutert, um die Achse der Antriebswelle 1 um laufend angetrieben, wodurch die Planetenträger 17, 18 auf der Antriebswelle 1 um ihre Achsen ge­ dreht werden. Die Schaltbuchse 29 ist hierbei mit der Abtriebswelle 28 und dem Planetenträger 18 in Eingriff. Die stirnseitige Verzahnung 31 der Schaltbuchse 29 ist hierbei außer Eingriff mit der Stirnverzah­ nung 33 des Hohlrades 16. In Fig. 4 ist der entsprechende Kraftver­ lauf durch einen Pfeil gekennzeichnet.

Soll der Rückwärtsgang eingelegt werden (Fig. 5), wird in der be­ schriebenen Weise das entsprechende (nicht dargestellte) Schalte­ lement 34 so geschaltet, daß es den Planetenträger 17 abbremst. Dadurch wird verhindert, daß die Stegwellen 19 um die Achse der Antriebswelle 1 umlaufen können. Außerdem wird die Schaltbuchse 29 in der beschriebenen Weise axial so weit verschoben, daß ihre Innenverzahnung 30 außer Eingriff mit der Außenverzahnung 32 des Planetenträgers 18 kommt und ihre Stirnverzahnung 31 in Eingriff mit der Stirnverzahnung 33 des Hohlrades 16 gelangt. Wie beim vorigen Ausführungsbeispiel erfolgt somit der Antrieb von der Antriebswelle 1 über das Hohlrad 16 des ersten Ganges zur Abtriebswelle 28. Die Abstützung des Drehmomentes erfolgt durch Bremsen des Planeten­ trägers 17.

Mit den beschriebenen Schaltgetrieben können große Übersetzungen bei geringem Bauraum erreicht werden. Die Schaltgetriebe können darum im Vergleich zu herkömmlichen Handschaltgetrieben wesent­ lich kompakter gebaut werden. Für das Schaltgetriebe wird keine Kupplung benötigt, da sie bereits im Aggregat integriert ist. Eine Synchronisation, die bei Handschaltgetrieben benötigt wird, ist nicht notwendig. Das Schaltgetriebe ist prinzipiell unter Last schaltbar. Aufgrund der Eingriffsverhältnisse zwischen den innenverzahnten Hohlrädern 12 bis 16 und den Planetenrädern 7 bis 11 ergibt sich ein hoher Überdeckungsgrad. Der Schrägungswinkel der Verzahnungen kann darum klein gewählt werden, was wiederum zu geringen Axial­ belastungen im Vergleich zu herkömmlichen Handschaltgetrieben führt.

Mit den Schaltgetrieben wird ein hoher Schaltkomfort bei geringem Bauraum, geringem Gewicht und wenigen Bauteilen erreicht. Sie sind einfach gestaltet und können darum kostengünstig gefertigt werden. Es sind keine Synchronringe, keine Kupplungsverzahnungen, keine Sperrelemente oder dergleichen notwendig, wie sie für herkömmliche Handschaltgetriebe benötigt werden. Aufgrund der Einfachheit der verwendeten Bauteile kann das Getriebe kostengünstig hergestellt werden. Es kann in jeden Antriebsstrang eingebaut werden, insbe­ sondere wenn die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 28 koaxial zueinander liegen. Die beschriebenen Schaltgetriebe können in Kraftfahrzeugen, aber auch in Maschinen eingesetzt werden, bei de­ nen das Schalten nicht im Stillstand erfolgt. Insbesondere kann das Schaltgetriebe im PKW-Bereich eingesetzt werden, da es Getriebe und Kupplung in sehr kleinem Bauraum im Vergleich zum herkömmli­ chen Handschaltgetriebe vereinigt. Dadurch kann Gewicht gespart werden, was zu einer Senkung des Kraftstoffverbrauches beitragen kann. Aufgrund der kompakten Bauform und des Einsatzes eines Planetenradgetriebes ergibt sich auch nur eine geringe Durchbiegung der Wellen 1, 28. Da Synchronelemente nicht benötigt werden, hat das Schaltgetriebe auch eine entsprechend geringe Baulänge. Das Schalten ist ohne Lastunterbrechung möglich.

Claims (14)

1. Schaltgetriebe für Fahrzeuge, vorzugsweise Kraftfahrzeuge, mit einer Antriebswelle, die über Getrieberäder mit einer Abtriebs­ welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Getrieberäder (2 bis 16) Teile eines Planetengetriebes sind.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schalten zwischen den Vor­ wärtsgängen des Schaltgetriebes ein Schaltelement (34) vorge­ sehen ist.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (34) zum Fest­ halten jeweils eines Hohlrades (12 bis 16) bzw. eines Planeten­ trägers (17) des Planetengetriebes vorgesehen ist.

4. Schaltgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (34) mit einem Bremssystem zusammenwirkt, das wenigstens ein Bremsele­ ment (35) aufweist.

5. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schalten eines Rückwärts­ ganges eine Schaltbuchse (29) die Abtriebswelle (28) mit einem Hohlrad (16) des Planetengetriebes verbindet.

6. Schaltgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltbuchse (29) als Schalthülse ausgebildet ist, die die Abtriebswelle (28) umgibt und mit ihr drehfest, aber axial relativ zu ihr verschiebbar ist.

7. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe wenigstens zwei, vorzugsweise drei Stegwellen (19) aufweist, die mit ihren Enden in Planetenträgern (17, 18) aufgenommen sind.

8. Schaltgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Planetenträger (17, 18) dreh­ bar auf der Antriebswelle (1) gelagert sind.

9. Schaltgetriebe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Stegwellen (19) eine der Zahl der Vorwärtsgänge entsprechende Zahl von Planetenrädern (7 bis 11) drehbar gelagert ist.

10. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Planetenrädern (7 bis 11) Sonnenräder (2 bis 6) kämmen, die drehfest auf der Antriebs­ welle (1) sitzen.

11. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegen eines der Vorwärts­ gänge das entsprechende Hohlrad (12 bis 16) durch das Schalt­ element (34) gegen Drehen gesperrt ist.

12. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlegen des Rückwärtsgan­ ges der eine Planetenträger (17) gegen Drehen gesperrt ist.

13. Schaltgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorwärtsgang der Abtrieb von der Antriebswelle (1) über den einen Planetenträger (18) und die Schaltbuchse (29) zur Abtriebswelle (28) erfolgt.

14. Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß im Rückwärtsgang der Abtrieb von der Antriebswelle (1) über das mit der Schaltbuchse (29) zu­ sammenwirkende Hohlrad (16) und über diese Schaltbuchse (29) zur Abtriebswelle (28) erfolgt.