DE10136231A1

DE10136231A1 - Fahrzeuggetriebe mit progressiver Getriebestufung

Info

Publication number: DE10136231A1
Application number: DE10136231A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Fuehrer; Hermann Lanz; Roland Stauber; Marcus Raeder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-06
Also published as: US20030036452A1; US6709356B2; JP2003113911A

Abstract

Bei einem Getriebe (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptgetriebeteil (22), das eine Anzahl von Gangstufen aufweist und bei dem zwischen jeder Gangstufe ein Stufensprung in der Übersetzung vorgesehen ist, und mit einem Splittergetriebeteil (40) zur Teilung der Stufensprünge der Gangstufen des Hauptgetriebeteils (22) und mit einem Bereichsgruppengetriebe (10) zur Erweiterung der Gesamtübersetzung der Gangstufen des Hauptgetriebeteils (22) mit einem langsamen und einem schnellen Übersetzungsbereich ist der durchschnittliche Stufensprung der oberen Gangstufen um wenigstens 0,7% kleiner als der sich theoretisch aus der Gesamtübersetzung ergebende geometrische Stufensprung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit einem Hauptgetriebeteil und einem Gruppengetriebeteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Praxis haben sich in vielen Fahrzeuggetrieben progressiv gestufte Gangabstufungen aufgrund ihrer Vorteile bezüglich der Fahrbarkeit durchgesetzt. So sind heute nahezu alle Fahrzeuggetriebe in Ein-Gruppen-Bauweise, beispielsweise 5- und 6-Gang-Getriebe verschiedenster Hersteller, entsprechend progressiv abgestuft. Progressive Getriebestufung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Stufensprünge zwischen den einzelnen Gängen hin zu den höheren Gängen und damit größeren Fahrgeschwindigkeiten immer kleiner werden.
Bei Mehrgruppengetrieben kann die Getriebestufung nicht mehr über die gesamte Übersetzungsreihe ideal progressiv ausgeführt werden, da diese Bauweise eine Mehrfachnutzung einzelner Gänge beinhaltet, und sich somit zwangsläufig einige der Stufensprünge wiederholen. So ist beispielsweise bei Zwei-Gruppen-Getrieben mit Splitgruppe zwangsläufig immer jeder zweite Stufensprung identisch. Dieser Stufensprung entspricht exakt dem Stufensprung der Splitgruppe. Dabei wird davon ausgegangen, dass alle zur Verfügung stehenden Getriebegänge auch geschaltet werden. Ein konzeptbedingter Nachteil dieser Bauweise (6-Gang + Splitgruppe) ist, dass es bauartbedingt nur als Schnellgangausführung darstellbar ist.
Durch Auslassen einzelner Gänge kann man selbstverständlich auch eine Art progressive Getriebestufung erreichen, dadurch steigt in der Regel aber der Bauaufwand, da das Getriebe insgesamt mehr Gänge zur Verfügung stellen muss, als tatsächlich letztendlich genutzt bzw. benötigt werden, was Aufwendungen bei der Baugröße und höhere Kosten verursacht.
Bei Zwei-Gruppen-Getrieben mit Grund- bzw. Hauptgetriebe und Bereichsgruppe ist es heute teilweise auch schon üblich, eine leicht progressive Getriebeabstufung auszuführen. Auch hier wiederholen sich die Stufensprünge nach Umschaltung der Bereichsgruppe bauartbedingt zwangsläufig, mit Ausnahme des Kriechganges, welcher nur in der langsamen Bereichsgruppe geschaltet wird.
Bei den heute bekannten 12-Gang und 16-Gang-Getrieben in Drei-Gruppen-Bauweise, bei denen keine dazwischenliegenden Gänge zur bewussten Erzeugung einer progressiven Getriebeabstufung weggelassen werden, sind nur annähernd geometrische Getriebeabstufungen bekannt, wobei sich in der Praxis durch nur in gewissen Grenzen wählbare Zähnezahlverhältnisse der einzelnen Gangstufen als auch konstruktionsbedingt, beispielsweise durch Verwendung von gleichen Komponenten wie der Bereichsgruppe oder bestimmter Radpaare, gewisse, nicht beabsichtigt gewollte Abweichungen von der rein theoretisch geometrischen Gangstufung ergeben können.

Ein solches Getriebe in Drei-Gruppen-Bauweise ist beispielsweise aus der DE 198 31 293 A1 bekannt. Es weist einen im wesentlichen geometrischen Stufensprung zwischen den einzelnen Gangstufen auf. Die rein geometrische Abstufung bei Getrieben in der Drei-Gruppen-Bauweise bringt aber insbesondere bei nicht so großer Gangzahl, beispielsweise 12 Gängen, eine schlechtere Fahrbarkeit gegenüber einem bauartgleichen Getriebe mit einer höheren Gangzahl, beispielsweise 16 Gängen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bestehenden Nachteile zu beseitigen und die Schaltbarkeit zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeuggetriebe in Drei-Gruppen-Bauweise mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptgetriebe, das eine Anzahl von Gangstufen aufweist und bei dem zwischen jeder Gangstufe ein Stufensprung in der Übersetzung vorgesehen ist, und das ein Splittergetriebe zur Teilung der Stufensprünge der Gangstufen des Hauptgetriebes und ein Bereichsgruppengetriebe zur Erweiterung der Gesamtübersetzung der Gangstufen des Hauptgetriebes aufweist und damit einen langsamen und einen schnellen Übersetzungsbereich bildet, den durchschnittliche Stufensprung der oberen Gangstufen um wenigstens 0,7% kleiner als den sich theoretisch aus der Gesamtübersetzung ergebende geometrische Stufensprung auszubilden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stufensprung bei der Schaltung zwischen dem langsamen und dem schnellen Übersetzungsbereich des Gruppengetriebes wenigstens 5% größer als der sich theoretisch aus der Gesamtübersetzung des Getriebes ergebende geometrische Stufensprung.

Für ein Drei-Gruppen-Getriebe ergibt sich folgender theoretischer Stufensprung bei streng geometrischer Stufung der Gänge:

Dabei ist z die Anzahl der Gangstufen, ohne evtl. vorhandene Kriechgänge/Crawler, i_{Gang 1} die Übersetzung des ersten Ganges, und dabei nicht die Übersetzung eines evtl. vorhandenen Kriechganges/Crawlers, und i_{Gang z} die Übersetzung des höchsten Ganges.

Der Stufensprung bei Schaltung über die Bereichsgruppe im Bereichsgruppengetriebe hinweg ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der kleinsten bzw. schnellsten Gangübersetzung bei geschaltetem langsamen Übersetzungsbereich und der größten bzw. langsamsten Gangübersetzung bei geschaltetem schnellen Übersetzungsbereich des Bereichsgruppegetriebes, beispielgebend entspricht das bei einem 16-Gang-Getriebe dem 9. Gang und 8. Gang.

Die vorgeschlagene Lösung basiert auf der Idee, die Einzelübersetzungen bei einem Drei-Gruppen-Getriebe absichtlich abweichend von der streng geometrischen Abstufung so zu wählen, dass sich eine progressive Getriebestufung ergibt. Für die Variation der Einzelübersetzungen werden dafür folgende Kriterien definiert:

Die Stufensprünge der oberen Gänge in Abhängigkeit von der Gangzahl werden bewusst kleiner als der sich theoretisch für eine rein geometrische Gangabstufung ergebende Stufensprung gewählt. Dabei ist der durchschnittliche Stufensprung der oberen Gänge um mindestens 0,7% kleiner als der theoretische Stufensprung:

Dies gilt für z = 16, 12 und 8.

Ermöglicht wird diese feine Gangabstufung in den oberen Gängen durch einen vergrößerten Stufensprung bei der Schaltung über die Bereichsgruppe hinweg. Er ist um mindestens 5% größer als der theoretische Stufensprung:

Die folgende Tabelle zeigt als Beispiel die Übersetzungen und Stufensprünge eines solchen progressiv gestuften 12-Gang-Getriebes:

Aus den Angaben ergäbe sich jedoch ein theoretischer Stufensprung von 1,261. Die vorgeschlagene Lösung bietet eine feine Gangabstufungen in den oberen Fahrgängen als dem häufig vorkommenden Konstantfahrbereich. Durch einen reduzierten Bauaufwand mit weniger Gangstufen sind die Fahrbarkeitsanforderungen erfüllbar. Es ergibt sich ein reduzierter Kraftstoffverbrauch im Vergleich zu einem geometrisch gestuften Getriebe. Der größere Stufensprung über die Bereichsgruppe hinweg bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten erfolgt ohne praxisrelevante Nachteile. Die Unterschiede der einzelnen Stufensprünge von Gang zu Gang haben in der Praxis, speziell bei automatisierten Getrieben, keine relevanten Nachteile.

Besonders vorteilhaft ist diese Erfindung für 12-Gang-Getriebe in Drei-Gruppen-Bauweise. Damit erreicht ein erfindungsgemäß ausgeführtes 12-Gang-Getriebe nahezu die Fahrbarkeit eines 16-Gang-Getriebes bei deutlich reduziertem Bauaufwand.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Getriebeschema für ein Direktganggetriebe mit 12 Gängen und
Fig. 2 eine Übersetzungsreihe für ein Getriebe nach Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt ein Getriebe 2 in Drei-Gruppen- Bauweise in einer 12-Gang-Variante. Eine Eingangswelle 4 ist koaxial zu einer Hauptwelle 6 eines Hauptgetriebeteils 22 angeordnet. Am Ende der Hauptwelle 6 ist ein Sonnenrad 12 eines als Planetengetriebe ausgebildeten Bereichsgruppengetriebeteils 10 vorgesehen. Das Sonnenrad 12 kämmt mit Planetenrädern 14, die auf einem Planetenträger 20 gelagert sind. Die Planetenräder 14 kämmen weiterhin mit einem Hohlrad 16, das über eine Schalteinrichtung 24 entweder mit dem Gehäuse 26 oder mit der Abtriebswelle 8 des Getriebes 2 verbindbar ist. Die Abtriebswelle 8 ist mit dem Planetenträger 20 verbunden. Auf der Hauptwelle 6 sind weiterhin ein Rückwärtsgangzahnrad 28 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung 64 mit der Hauptwelle 6 drehfest verbindbar ist.
Auf der Hauptwelle 6 sind weiterhin ein Zahnrad 32 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung 34 mit der Hauptwelle 6 drehfest verbindbar ist. Ein weiteres Zahnradpaar besteht aus dem lose auf der Hauptwelle 6 drehbaren Zahnrad 60 und dem fest mit der Vorgelegewelle verbundenen Zahnrad 62. Zur drehfesten Verbindung des Zahnrades 60 mit der Hauptwelle 6 ist auch die Schalteinrichtung 64 vorgesehen.
Ein weiteres Zahnrad 36 auf der Welle 6 kann auch über die Schalteinrichtung 38 im Splittergetriebeteil 40 mit der Eingangswelle 4 verbunden werden. Die Eingangswelle 4 trägt ein gegenüber der Eingangswelle frei drehbares Zahnrad 42, das mit einem Zahnrad 44 der Vorgelegewelle 46 des Hauptgetriebes 22 in Eingriff steht. An ihrem dem Hauptgetriebe 22 zugewandten axialen Ende trägt die Eingangswelle 4 die Schalteinrichtung 38, die es ermöglicht, die Eingangswelle 4 entweder mit dem genannten lose drehenden Zahnrad 42 oder mit dem auf der Hauptwelle 6 des Hauptgetriebes 22 frei drehbar angeordneten Zahnrad 36 zu einer Drehmomentübertragung drehfest zu verbinden. Die erste Zahnradpaarung mit dem losen Zahnrad 42 auf der Eingangswelle 4 und dem damit kämmenden Zahnrad 44 auf der Vorgelegewelle 46 wird auch häufig als erste Konstante oder Konstante I (KL) bezeichnet, während die zweite Zahnradpaarung, bestehend aus dem auf der Hauptwelle 6 angeordneten losen Zahnrad 36 und dem damit kämmenden Zahnrad 48 auf der Vorgelegewelle 46 als zweite Konstante oder Konstante II (KS/D) bezeichnet wird. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 38 wird entweder die Konstante I oder die Konstante II in die Drehmomentübertragung eingeschaltet. Ein weiteres Zahnrad 50 auf der Vorgelegewelle 46 kämmt mit dem Zahnrad 32 und ein Zahnrad 52auf der Vorgelegewelle 46 kämmt mit einem Rückwärtsgangrad 54, das wiederum mit dem Zahnrad 28 kämmt. Ein weiteres Zahnradpaar besteht aus dem lose auf der Hauptwelle 6 drehbaren Zahnrad 60 und dem fest mit der Vorgelegewelle 46 verbundenen Zahnrad 62. Zur drehfesten Verbindung der Zahnräder 60 und 28 mit der Hauptwelle 6 ist die Schalteinrichtung 64 vorgesehen.
Die Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Gestaltung der Übersetzungsreihe eines 12-Gang-Getriebes mit einem Getriebeschema nach Fig. 1. Es ist ersichtlich, dass für die ersten sechs Gänge der Gruppengetriebeteil 10 jeweils in der langsamen Übersetzungsstufe geschaltet ist. Ab dem siebten Gang wird der Gruppengetriebeteil 10 in die schnelle Übersetzungsstufe geschaltet und bleibt für die folgenden Gänge in dieser geschalteten Position, die nicht mehr verändert wird. In den Gängen sieben bis zwölf werden jeweils die gleichen Zahnräder 32, 36, 42 und 60 geschaltet wie in den Gängen eins bis sechs nur mit der schnellen Übersetzungsstufe im Gruppengetriebeteil 10. Bezugszeichen 2 Getriebe
4 Eingangswelle
6 Hauptwelle
8 Abtriebswelle
10 Gruppengetriebeteil
12 Sonnenrad
14 Planetenräder
16 Hohlrad
20 Planetenträger
22 Hauptgetriebeteil
24 Schalteinrichtung
26 Gehäuse
28 Rückwärtsgangzahnrad
32 Zahnrad
34 Schalteinrichtung
36 Zahnrad
38 Schalteinrichtung
40 Splittergetriebeteil
42 Zahnrad
44 Zahnrad
46 Vorgelegewelle
48 Zahnrad
50 Zahnrad
52 Zahnrad
54 Rückwärtsgangrad
60 Zahnrad
62 Zahnrad
64 Schalteinrichtung
KL erste Konstante
KS zweite Konstante

Claims

1. Getriebe (2) für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptgetriebeteil (22), das eine Anzahl von Gangstufen aufweist und bei dem zwischen jeder Gangstufe ein Stufensprung in der Übersetzung vorgesehen ist, und mit einem Splittergetriebeteil (40) zur Teilung der Stufensprünge der Gangstufen des Hauptgetriebeteils (22) und mit einem Bereichsgruppengetriebe (10) zur Erweiterung der Gesamtübersetzung der Gangstufen des Hauptgetriebeteils (22) mit einem langsamen und einem schnellen Übersetzungsbereich, dadurch gekennzeichnet, dass der durchschnittliche Stufensprung der oberen Gangstufen um wenigstens 0,7% kleiner als der sich theoretisch aus der Gesamtübersetzung ergebende geometrische Stufensprung ist.

2. Getriebe (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufensprung bei der Schaltung zwischen dem langsamen und dem schnellen Übersetzungsbereich des Gruppengetriebeteils (10) wenigstens 5% größer als der sich theoretisch aus der Gesamtübersetzung des Getriebes (2) ergebende geometrische Stufensprung ist.