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Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Mehrgruppengetriebe, insbesondere für Nutzkraftfahrzeuge, nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Getriebe für Nutzkraftfahrzeuge mit einem
Motorantriebsdrehmoment bis ca. 1500 Nm sind meist als
Mehrgruppengetriebe mit acht, neun, zehn oder zwölf Gängen
ausgebildet. Dies wird durch eine Kombination von 1-, 2- oder
mehrgängigen Einzelgetrieben erreicht. Häufig setzt sich
das Gesamtgetriebe aus einem manuell geschalteten
Hauptgetriebe und einem Fremdkraft-betätigten
Bereichsgruppengetriebe zusammen. In der Regel besteht das Hauptgetriebe aus
einem Antriebskonstantradpaar, welches in allen Gängen im
Kraftfluss liegt, und drei, vier, fünf oder mehr
abtriebsseitig angeordneten Losrädern für die einzelnen Gänge. Die
Losräder werden beim Schalten durch Sychroneinrichtungen
auf Gleichlauf gebracht. Das Bereichsgruppengetriebe ist
dem Hauptgetriebe meist nachgeschaltet und ermöglicht
beispielsweise zwei Übersetzungsbereiche, wodurch die
Ganganzahl des Hauptgetriebes verdoppelt wird.
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Aus der deutschen Patentschrift DE 21 37 440 ist
beispielsweise ein Mehrgruppengetriebe mit nachgeschalteter
Bereichsgruppe bekannt. Dabei weist das Hauptgetriebe in
einem Gehäuse eine Eingangswelle, parallel dazu eine
Vorgelegewelle und koaxial zur Eingangswelle eine Ausgangswelle
auf. Auf der Ausgangswelle ist ein Getrieberad angeordnet,
das ständig mit einem von der Vorgelegewelle umdrehbar
getragenen Getrieberad kämmt. Auf der Eingangswelle und der
Vorgelegewelle sind Gangräder angeordnet, die durch
Synchronisierungseinrichtungen kuppelbar sind.
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In einer besonderen Ausführungsform weist das Getriebe
eine angefügte, abgespaltene Einrichtung in Form eines
Zusatzgetriebes auf. Dieses Zusatzgetriebe wird durch ein
übliches Planetengetriebe gebildet, das Planetenräder und
eine eigene Ausgangswelle umfasst. Das Planetengetriebe ist
für zwei Gruppen von Übersetzungsverhältnissen ausgelegt.
Durch Synchronisierungseinrichtungen können die
verschiedenen Übersetzungsverhältnisse zwischen der Ausgangswelle des
Hauptgetriebes und der Ausgangswelle des Zusatzgetriebes
ausgewählt werden.
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Bei einem derartigen Getriebeaufbau treten jedoch hohe
Handschaltkräfte auf, die vom Fahrzeugführer aufgebracht
werden müssen. Ferner ist der Umfang der übertragbaren
Drehmomente begrenzt. Getriebe dieser Art erfordern auch
einen großen Achsabstand und sind damit relativ schwer und
teuer.
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Aus der DE 199 57 985 der Anmelderin ist ein Getriebe
bekannt, das durch die abtriebsseitige Anordnung von zwei
Konstantradpaaren in Form einer Abtriebskontantgruppe das
Getriebe in zwei Getriebeteile, nämlich in einen
antriebsseitigen Getriebeteil und einen abtriebsseitigen
Getriebeteil unterteilt wird. Dabei sind die Konstantradpaare des
abtriebsseitigen Getriebeteils dezent schaltbar. Das
Umschalten zwischen den Konstantradpaaren erfolgt automatisch
und fremdgesteuert.
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Bei diesem Getriebeaufbau können die Handschaltkräfte
reduziert werden, da nahezu alle rotierenden Massen mit dem
Abtrieb verbunden sind und nicht beim Schalten
mitsynchronisiert werden müssen. Jedoch sind im Vergleich zu einem
Mehrgruppengetriebe die verwendeten Wellen eher lang,
sodass die Drehmomentübertragung eingeschränkt ist. Ferner
bleibt der Achsabstand zwischen der An- und Abtriebswelle
und der Vorgelegewelle abhängig vom Durchmesser der
Synchronelemente. Dadurch kann das Getriebe nicht beliebig
kompakt gebaut werden und bleibt daher relativ schwer,
wodurch die Handschaltkräfte nicht weiter reduzierbar sind.
Durch das insgesamt einteilige Getriebe ist keine für
Nutzkraftfahrzeuge zufriedenstellende, hohe Getriebespreizung
möglich.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Getriebe so auszugestalten, dass die erforderlichen
Schaltkräfte stark reduziert sind, eine hohe
Getriebespreizung und eine hohe Drehmomentübertragung möglich ist und
gleichzeitig preiswertere Bauteile in einem flexiblen
Getriebeaufbau verwendet werden können.
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Ferner soll die Belastung der einzelnen Bauteile
reduziert werden und auf Schalthilfen im Hauptgetriebe
verzichtet werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Demnach wird für ein Mehrgruppengetriebe, das aus
einem handgeschalteten Hauptgetriebe und einem
Gruppengetriebe besteht, vorgeschlagen, dass ein Konstantradpaar die
Drehung einer Vorgelegewelle auf eine Abtriebswelle
überträgt. Das Gruppengetriebe weist dabei ein
Bereichsgruppengetriebe mit wenigstens zwei Übersetzungsstufen auf und ist
dem Hauptgruppengetriebe nachgeschaltet.
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Mit einem derartigen Getriebeaufbau können niedrigere
Handschaltkräfte und gleichzeitig eine höhere
Drehmomentübertragungsfähigkeit geschaffen werden.
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Das Getriebe besteht aus einem handgeschalteten
Hauptgetriebeteil mit einer Abtriebskonstante. Das
Konstantradpaar im Hauptgetriebeteil, welches immer im Kraftfluss
liegt, ist abtriebsseitig angeordnet, und die Ganglosräder
und die Synchroneinrichtungen sind hingegen antriebsseitig
angeordnet. Dieser Hauptgetriebeteil wird kombiniert mit
einer nachgeschalteten Bereichsgruppe, die vorzugsweise
zwei Übersetzungsstufen aufweist und als Planetengetriebe
ausgebildet ist. Um die gewünschten, großen Übersetzungen zu
erzielen, wird die Planetengruppe in der ersten Stufe bei
feststehendem Hohlrad über das Sonnenrad angetrieben.
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Zur weiteren Reduzierung der Handschaltkräfte kann das
Bereichsgruppengetriebe fremdkraftbetätigt sein.
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Für den Hauptgetriebeteil können vier, fünf oder sechs
Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang vorgesehen sein. In
Verbindung mit dem nachgeschalteten Bereichsgruppengetriebe
wird die Gesamtzahl verdoppelt. Es entstehen demnach Acht-,
Zehn- oder Zwölf-Ganggetriebe. Durch den zusätzlichen
Einsatz eines Crawlers kann z. B. auch ein Neun-Ganggetriebe
verwirklicht werden.
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Bei einem Getriebeaufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung sind fast alle rotierenden Massen mit dem
Getriebeabtrieb verbunden. Dadurch sind hier die bei dem
Synchronisierungsvorgang auf Gleichlauf zu bringenden Massen stark
vermindert, wodurch auch die Handschaltkräfte erheblich
reduziert werden. Ferner können kleinere und preiswertere
Synchronelemente verwendet werden. Eine weitere
Verbesserung entsteht durch den Verzicht auf fremdkraftbetätigte
Schalthilfen oder automatisierte Schaltsysteme für das
Hauptgetriebe.
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Der Achsabstand kann unabhängig vom Durchmesser der
Synchronelemente gewählt werden, wodurch das Getriebe
insgesamt leichter wird und einfachere Bauteile verwendet
werden können.
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Ein Großteil der Drehmomentwandlung findet in dem
Bereichsgruppengetriebe statt, in dem zwei
Übersetzungsbereiche vorliegen. Auf das Hauptgetriebe entfällt daher nur ein
geringer Teil der Gesamtgetriebespreizung und der
Drehmomentwandlung. Die Einzelübersetzungen der Gangstufen sind
relativ klein. Die entstehenden, vergleichsweise niedrigen
Bauteilbelastungen und Drehzahlen im Hauptgetriebe erlauben
eine Getriebeauslegung mit hohem Antriebsmoment, hoher
Getriebespreizung und günstiger Bauteildimensionierung.
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Im folgenden werden die Erfindung und deren
Ausgestaltung in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines
Acht-Ganggetriebes gemäß dem Stand der Technik,
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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Acht-Ganggetriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
Neun-Ganggetriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Crawler,
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Fig. 4 ein Zehn-Ganggetriebe gemäß der
vordiegenden Erfindung, und
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Fig. 5 ein Zwölf-Ganggetriebe gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein herkömmliches Getriebe mit acht
Gängen und einer Antriebskonstante dargestellt. Das Getriebe
setzt sich aus einem Hauptgetriebe 1 und einem
Bereichsgruppengetriebe 2 in Planetenbauweise zusammen. Das
Hauptgetriebe 1 umfasst eine Antriebswelle 3, eine Abtriebswelle
4 und eine Vorgelegewelle 5. Antriebsseitig ist ein die
Drehung der Antriebswelle 3 auf die Vorgelegewelle 5
übertragendes Antriebskonstantradpaar K-1 und K-2 vorgesehen.
Auf der Ausgangswelle 4 sind Losräder 1-1, 2-1, 3-1 und R-1
für den ersten, den zweiten, den dritten und den
Rückwärtsgang angeordnet. Auf der Vorgelegewelle 5 sind
entsprechende Zahnräder 1-2, 2-2 und 3-2 drehfest angeordnet. Das
Zahnrad 1-2 ist sowohl dem ersten Gang wie auch unter
Zwischenschaltung eines Zwischenzahnrades R-3 dem
Rückwärtsgang zugeordnet.
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Weiter befinden sich auf der Ausgangswelle 4 die
Synchronisierungseinrichtungen SR, S1/2 und S3/4 zum Schalten
der einzelnen Gänge. Beispielsweise wird die
Synchronisierungseinrichtung S1/2 zum Schalten des ersten Ganges nach
rechts bewegt und zum Schalten des zweiten Ganges nach
links bewegt.
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An die Ausgangswelle 4 schließt sich das
Bereichsgruppengetriebe 2 an. Dabei mündet die Ausgangswelle 4 drehfest
in das Sonnenrad 6 des Planetengetriebes. Ein
Planetenträger 7 weist mindestens zwei Planetenräder P-1 und P-2 auf
und endet in der Abtriebswelle 8. Mit 9 ist das Hohlrad des
Planetengetriebes bezeichnet.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind fast alle rotierenden
Massen mit dem Getriebeantrieb verbunden und sind daher
vergleichsweise hoch. Da die Handschaltkräfte des Getriebes
proportional zu den auf Gleichlauf zu bringenden Massen
sind, entstehen dadurch auch hohe Handschaltkräfte. Meist
werden daher fremdkraftbetätigte Schalthilfen oder
automatisierte Schaltsysteme erforderlich.
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In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes
Mehrgruppengetriebe mit einem Hauptgetriebe 1 und einem nachgeschalteten
Bereichsgruppengetriebe in Planetenbauweise 2 gezeigt. Auf
einer Antriebswelle 3 sind Losräder 1-1, 2-1 und 3-1 für
den ersten, den zweiten und den dritten Gang sowie ein
Festrad R-2 für den Rückwärtsgang angeordnet. Ferner sind
zum Schalten der einzelnen Gänge
Synchronisierungeinrichtungen S1/2 und S3/4 auf der Antriebswelle 3 vorgesehen.
Auf der Vorgelegewelle 5 sind entsprechend den
Vorwärtsgängen Festräder 1-2, 2-2 und 3-2 vorgesehen. Ferner weist die
Vorgelegewelle 5 ein Losrad R-1 und eine
Synchronisierungseinrichtung SR auf, die in Verbindung mit einem Zwischenrad
R-3 den Rückwärtsgang bildet. Koaxial zur Antriebswelle 3
ist eine Ausgangswelle 4 mit einem Festrad K-1 vorgesehen.
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Zur Schaltung des vierten Ganges wird die Antriebswelle 3
über die Synchronisiereinrichtung S3/4 direkt mit der
Ausgangswelle 4 verbunden. An dem rechten Ende der
Vorgelegewelle 5 ist ein Festrad K-2 angeordnet, das mit dem Festrad
K-1 auf der Ausgangswelle 4 eine Abtriebskonstante bildet.
Die Ausgangswelle 4 mündet wiederum in das Sonnenrad 6 des
Bereichsgruppengetriebes 2, wie es in Fig. 1 beschrieben
wurde. Vorzugsweise weist das Planetengetriebe an der
Bereichsgruppe zwei Übersetzungsstufen mit einem hohen
Übersetzungssprung auf, wie es für eine Bereichsgruppe üblich
ist und für eine große Getriebespreizung erforderlich ist.
Der Kraftfluss wird letztlich über die Abtriebswelle 8
weitergeleitet.
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Durch das erfindungsgemäße Getriebekonzept sind die
meisten der rotierenden Massen mit dem Getriebeabtrieb
verbunden. Dadurch reduzieren sich die auf Gleichlauf zu
bringenden Massen und somit auch die Schaltkräfte.
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In Fig. 3 ist ein Mehrgruppengetriebe wie in Fig. 2,
jedoch mit einem zusätzlichen Crawler für einen Kriechgang
gezeigt. Hierfür ist auf der Antriebswelle 3 ein Festrad
C-R-2 vorgesehen, das sowohl für den Rückwärtsgang als auch
für den Crawler verwendet wird. Auf der Vorgelegewelle 5
ist neben dem Losrad für den Rückwärtsgang R-1 ein Losrad
für den Crawler C-1 vorgesehen. Durch eine ebenfalls auf
der Vorgelagewelle 5 angeordnete
Synchronisierungseinrichtung SR/C kann entweder nach links der Rückwärtsgangs oder
nach rechts der Crawler geschalten werden. Dadurch ergibt
sich ein Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung in einer
9-Gangausführung.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Mehrgruppengetriebes gezeigt, das zehn
Gängge aufweist. Analog zu Fig. 2 sind auf der Antriebswelle 3
Losräder 1-1, 2-1, 3-1, 4-1 und R-1 sowie auf der
Vorgelegewelle 5 Festräder 1-2, 2-2, 3-2, 4-2 und R-2 für die
einzelnen Gänge des Getriebes vorgesehen. Ebenso sind zum
Schalten der einzelnen Gänge Synchronisierungseinrichtungen
S1/R, S2/3 und S4/5 auf der Antriebswelle 3 angeordnet. Am
rechten Ende der Vorgelegewelle 5 ist das Konstantrad K-2
vorgesehen. Auf der koaxial zur Antriebswelle 3
verlaufenden Ausgangswelle 3 ist an dem linken Ende das Festrad K-1
für die Abtriebskonstante vorgesehen. Zur Schaltung des
fünften Ganges wird die Antriebswelle 3 über die
Synchronisierungseinrichtung S4/5 direkt mit der Ausgangswelle 4
verbunden. An ihrem rechten Ende mündet die Ausgangswelle 4 in
das Sonnenrad 6 des Planetengetriebes für die
Bereichsgruppe 2. Das Bereichsgruppengetriebe ist wiederum entsprechend
der Beschreibung aus Fig. 1 aufgebaut.
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Fig. 5 zeigt ebenfalls ein Mehrgruppengetriebe gemäß
der vorliegenden Erfindung, jedoch in einer Ausführungsform
mit zwölf Gängen. Hierfür wird dem Hauptgetriebe noch ein
weiteres Zahnradpaar hinzugefügt, d. h. ein Losrad 5-1 auf
der Antriebswelle 3 und ein Festrad 5-2 auf der
Vorgelegewelle 5. Der übbrige Aufbau des Getriebes entspricht dem
Mehrgruppengetriebe aus den Fig. 2 und 4.
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Wie die vielen verschiedenen Getriebebauweisen aus den
Fig. 2 bis 5 zeigen, ist die vorliegende Erfindung bei den
verschiedensten Getrieben einsetzbar. Dadurch kann auf
besondere Anforderungen an die Getriebe eingegangen werden,
und dennoch sind niedrige Handschaltkräfte und eine hohe
Getriebespreizung möglich.
Bezugszeichen
1 Hauptgetriebe
2 Bereichsgruppengetriebe
3 Antriebswelle
4 Ausgangswelle
5 Vorgelegewelle
1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1 Losräder Vorwärtsgang
R-1 Losrad Rückwärtsgang
1-2, 2-2, 3-2, 4-2, 5-2 Festräder Vorwärtsgang
R-2 Festrad Rückwärtsgang
R-3 Zwischenrad Rückwärtsgang
K-1, K-2 Konstanträder
S1/2, S3/4, SR/C, S1/R, S2/3, S5/6, S4/5, SR Synchronisierungseinrichtungen
6 Sonnenrad
7 Planetenträger
P-1, P-2 Planetenräder
8 Abtriebswelle
9 Hohlrad
C-R-2 Festrad Crawler
C-1 Losrad Crawler