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Die
Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe, insbesondere für
ein Nutzkraftfahrzeug, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher
definierten Art.
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Vor
allem für Nutzkraftfahrzeuge werden sogenannte Mehrgruppengetriebe
eingesetzt. Dies wird durch eine Kombination von ein- zwei- oder
mehrstufigen Einzelgetrieben erreicht. Beispielsweise kann ein derartiges
Getriebe aus einem mehrgängigen Hauptgetriebe und einem
zweigängigen Gruppengetriebe, wie etwa einer Bereichs-
oder Rangegruppe, bestehen. Die Einzelgetriebe können dabei
in Planetenbauweise oder in Vorgelegebauweise ausgeführt sein.
Derartige Mehrgruppengetriebe für Nutzkraftfahrzeuge sind
beispielsweise aus Lechner/Naunheimer; Fahrzeuggetriebe;
Springer Verlag; 1994; S. 149–158, bekannt.
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Getriebe
von größeren Nutzfahrzeugen sind üblicherweise
in ein Hauptgetriebe, ein Splitgruppengetriebe und ein Bereichsgruppengetriebe
aufgeteilt. Derartige Getriebe weisen dabei eine durch eine Hilfskraft
unterstützte Schalteinrichtung auf, die Schaltungen im
Splitgruppengetriebe und im Bereichsgruppengetriebe vornimmt, während
die Schaltungen im Hauptgetriebe manuell vom Fahrzeugführer
durchgeführt werden und dabei in der ausübenden
Kraft durch die Hilfskraft unterstützt werden können.
Die Hilfskraft kann beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder
elektrisch erzeugt werden.
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Zum
Schalten der einzelnen Gänge eines solchen Getriebes wird
im Allgemeinen zunächst ein erstes Zahnradpaar des Gruppengetriebes
geschaltet, mit dem dann die einzelnen Zahnradpaare des Hauptgetriebes
kombiniert werden. Sind alle Zahnradpaare des Hauptgetriebes durchgeschaltet,
wird auf ein zweites Zahnradpaar des Gruppengetriebes umgeschaltet,
das wiederum mit allen Zahnradpaaren des Hauptgetriebes geschaltet
wird, um weitere Gänge des Gesamtgetriebes zu erhalten.
Beispielsweise kann mit Hilfe zweier Zahnradpaare mit unterschiedlicher Übersetzung
im Gruppengetriebe zwischen einem Langsamfahrt- und einem Schnellfahrtbereich
im Gesamtgetriebe unterschieden werden.
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Zum
Schalten des Gruppengetriebes werden verschiedene Verfahren verwendet.
Zum einen ist es möglich, das Umschalten des Gruppengetriebes über
eine Wählbewegung in einem Doppel-H-Schaltbild zu ermöglich.
Dabei dient ein erstes H-Schaltbild beispielsweise für
den Langsamfahrtbereich und ein zweites H-Schaltbild, das über
eine Verbindungsschaltgasse mit dem ersten H-Schaltbild verbunden ist,
zum Schalten des Schnellfahrtbereichs. Zum anderen kann die Schaltung
des Gruppengetriebes über ein separates Bedienelement ausgelöst
werden, das beispielsweise am Schalthebel angeordnet ist. Sowohl
für den Schnellfahrt- wie für den Langsamfahrtbereich
wird hierbei das gleiche H-Schaltbild verwendet, das daher als überlagertes
H-Schaltbild bezeichnet wird.
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Die
WO 2003 089 815 A1 offenbart
ein Fahrzeuggetriebe, welches ein Hauptgetriebe, ein Splitgruppengetriebe
und ein Bereichsgruppengetriebe aufweist. Das Hauptgetriebe wird
manuell durch den Fahrzeugführer über einen Schalthebel
geschaltet. Einen Wechsel des Bereichsgruppengetriebes muss der
Fahrzeugführer mittels eines Kippschalters am Schalthebel
vorwählen. Der Wechsel wird ausgeführt, sobald
im Hauptgetriebe manuell die Neutralstellung eingelegt wird. Das
Splitgruppengetriebe wird ebenfalls mit einem Kippschalter am Schalthebel
vorgewählt und durch die Betätigung der Fahrzeugkupplung
geschaltet.
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Ein
Nachteil beim Stand der Technik ist, dass es in Fahrsituationen,
bei denen die Fahrzeuggeschwindigkeit im Bereich einer Gruppenumschaltung liegt,
häufig zu einem Wechsel zwischen dem Schnellfahrt- und
dem Langsam fahrtbereich kommen kann, verbunden mit zugkraftunterbrechenden Schaltungen.
Finden Hochschaltungen während einer Steigung statt, dann
bestimmt sich die Motordrehzahl nach Abschluss der Schaltung und
damit die Fahrfähigkeit dadurch, wie weit die Motordrehzahl
durch den Geschwindigkeitsverlust während der Zugkraftunterbrechung
abgefallen ist und wie weit die Drehzahl durch den Stufensprung
des Gangwechsels selbst reduziert wird. Ist die Motordrehzahl zu
weit abgefallen, dann ist das Motormoment nicht mehr ausreichend
und das Fahrzeug kommt in letzter Konsequenz zum Stillstand oder
es müssen zumindest nochmals Rückschaltungen erfolgen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehrgruppengetriebe,
insbesondere für Nutzkraftfahrzeuge, darzustellen, mit
welchem zugkraftunterbrechende Schaltungen, welche durch ein Gruppengetriebe
ausgelöst werden, in einem störungsfreien Betriebsbereich
ausführbar sind und mit welchem zugkraftunterbrechende
Schaltungen auch in größeren Steigungen noch ausgeführt
werden können.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die
kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes
Mehrgruppengetriebe gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Mehrgruppengetriebe, insbesondere
für Nutzfahrzeuge, umfasst ein mehrgängiges Hauptgetriebe
und wenigstens ein Bereichsgruppengetriebe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Übersetzungsstufen.
Erfindungsgemäß weist der höchste Gang
des Hauptgetriebes in Kombination mit der langsamen Übersetzungsstufe
des Bereichsgruppengetriebes die gleiche oder zumindest annähernd
die gleiche Übersetzung auf, wie der kleinste Gang des
Hauptgetriebes in Kombination mit der schnellen Übersetzungsstufe
des Bereichsgruppengetriebes.
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Durch
das erfindungsgemäße Mehrgruppengetriebe kann
somit „gleich wertig" in der schnellen wir in der langsamen Übersetzungsstufe
des Bereichsgruppengetriebes gefahren werden. Dies bedeutet, dass
ein Wechsel der Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes
nur dann notwendig wird, wenn in einem Fahrzustand ein Wechsel von
mindestens zwei Gangstufen in eine Richtung notwendig geworden ist.
Damit kann insgesamt die Häufigkeit der „störenden"
Gruppenschaltungen reduziert werden, insbesondere dann, wenn mit
einer Geschwindigkeit bzw. einem Gang gefahren wird, die bzw. der
im Bereich der Gruppenumschaltung liegt.
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Sind
die Übersetzungen wie bei dem erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebe vor und nach der Gruppenumschaltung zumindest
annähernd gleich, so bestimmt sich die Motordrehzahl nach
Abschluss der Schaltung und damit die Fahrfähigkeit lediglich
dadurch, wie weit die Motordrehzahl durch den Geschwindigkeitsverlust
während der Zugkraftunterbrechung abgefallen ist. Durch
die zumindest annähernd gleiche Übersetzung vor
und nach der Gruppenumschaltung wird die Drehzahl durch den Stufensprung
des Gangwechsels somit nicht reduziert. Damit sind zugkraftunterbrechende
Schaltungen durch das Bereichsgruppengetriebe auch in größeren
Steigungen noch möglich.
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Die
Gesamtübersetzung des Mehrgruppengetriebes ergibt sich
aus der aktuellen Übersetzung des Hauptgetriebes und der
aktuellen Übersetzung des Gruppengetriebes. In einer vorteilhaften
Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes ist das Gruppengetriebe als Bereichsgruppengetriebe
(Rangegruppe) in Planetenbauweise ausgebildet, welches dem Hauptgetriebe
vor- oder nachgeschaltet ist. Das Bereichsgruppengetriebe kann in
einer anderen Ausführungsform auch in Vorgelegewellenbauweise
ausgebildet sein. Das Mehrgruppengetriebe mit Bereichsgruppengetriebe
ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sich die unteren Gänge
aus einer Kombination der Übersetzungen des Hauptgetriebes
mit einer hohen Übersetzung des Bereichsgruppengetriebes,
der sogenannten langsamen Übersetzungsstufe und die oberen
Gänge aus einer Kombination der Übersetzungen
des Hauptgetriebes mit einer niedrigen Übersetzung des Bereichsgruppengetriebes,
der sogenannten schnellen Übersetzungsstufe ergeben. Bei
einem 8-Gang Mehrgruppengetriebe (Hauptgetriebe weist 4 Gänge auf)
werden damit die Gänge 1 bis 4 mit der langsamen Übersetzungsstufe
und die Gänge 5 bis 8 mit der schnellen Übersetzungsstufe
des Bereichsgruppengetriebes gebildet. Bei einer derartigen Kombination
weist der 4. Gang des Hauptgetriebes in Kombination mit der langsamen Übersetzungsstufe
des Bereichsgruppengetriebes erfindungsgemäß die
gleiche oder zumindest annähernd die gleiche Übersetzung
auf, wie der 1. Gang des Hauptgruppengetriebes in Kombination mit
der schnellen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes,
was dem 5. Gang des Mehrgruppengetriebes entspricht. Damit kann
eine Geschwindigkeit, die im Bereich der Gruppenumschaltung liegt,
bei gleicher Motordrehzahl sowohl in der langsamen als auch in der
schnellen Übersetzungsstufe gefahren werden. Somit wird
eine Art Hysterese eingebaut, durch die die Häufigkeit
der zugkraftunterbrechenden Schaltungen reduziert werden kann.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes weist das Mehrgruppengetriebe neben dem Hauptgetriebe
und dem Bereichsgruppengetriebe, ein zweites Gruppengetriebe auf,
welches als Splitgruppengetriebe ausgebildet ist. Durch das Splitgruppengetriebe
wird eine Feinunterteilung des Übersetzungsbereichs des
Mehrgruppengetriebes erzielt, wodurch ein optimaler Drehzahlbereich
eingestellt werden kann. Das Splitgruppengetriebe kann dem Hauptgetriebe
vor- oder nachgeschaltet sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes ist das Hauptgetriebe als Schaltgetriebe mit
Zugkraftunterbrechung ausgebildet. Das Hauptgetriebe kann beispielsweise
manuell vom Fahrzeugführer geschaltet werden, oder als
automatisiertes Getriebe ausgebildet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes ist das Hauptgetriebe handgeschaltet ausgebildet
und nach einem Schaltschema mit überlagertem H oder nach einer
Doppel-H-Schaltung betätigbar.
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Es
sind auch anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes denkbar, bei denen Schaltungen im Hauptgetriebe zugkraftunterbrechungsfrei
durchgeführt werden können. Hierbei kann das Hauptgetriebe
beispielsweise als Doppelkupplungsgetriebe, als Stufenlosgetriebe
oder als Automatgetriebe, beispielsweise in Planetenbauweise, ausgebildet
sein. Die Schaltungen im Hauptgetriebe können vollständig
zugkraftunterbrechungsfrei durchgeführt werden, lediglich
die Schaltung des Vor- bzw. Nachschaltgruppengetriebes erfordert
eine Zugkraftunterbrechung. Wählt man nun das Vor- bzw.
Nachschaltgruppengetriebe so, dass der gesamt verfügbare Übersetzungsbereich
in zwei zusammenhängende Teile getrennt ist (Bereichsgruppengetriebe),
so werden in beiden Bereichen nur zugkraftunterbrechungsfreie Schaltungen ausgeführt.
Erst wenn von der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes
in die schnelle Übersetzungsstufe gewechselt wird oder umgekehrt,
wird eine Schaltung mit Zugkraftunterbrechung notwendig. Insgesamt
ist die Anzahl der zugkraftunterbrechenden Schaltungen sehr gering gegenüber
den zugkraftunterbrechungsfreien Schaltungen, so dass die Vorteile
hinsichtlich, Komfort, Fahrleistung und Brennstoffverbrauch weitestgehend genutzt
werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes, kann das Umschalten des Gruppengetriebes über
ein separates Bedienelement am Schalthebel ausgelöst bzw.
vorgewählt werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes, kann das Umschalten des Gruppengetriebes automatisch
erfolgen und muss nicht über ein separates Bedienelement
am Schalthebel ausge löst bzw. vorgewählt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes kann das Schalten des Gruppengetriebes mittels
eines Stellglieds durchgeführt werden. Das Stellglied kann beispielsweise
als elektro-pneumatischer, elektro-hydraulischer oder elektro-mechanischer
Aktuator ausgebildet sein.
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Das
Gruppengetriebe und das Hauptgetriebe können sowohl synchronisiert
als auch unsynchronisiert ausgeführt werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren zum Schalten des
erfindungsgemäßen Mehrgruppengetriebes ist durch
eine Schaltung vom höchsten Gang des Hauptgetriebes in
Kombination mit der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes
in den kleinsten Gang des Hauptgetriebes in Kombination mit der
schnellen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes
oder umgekehrt eine gleiche oder zumindest annähernd gleiche Übersetzung
schaltbar. Somit kann eine zugkraftunterbrechende Schaltung des
Bereichsgruppengetriebes in einem störungsfreien Betriebsbereich
bzw. Fahrzustand ausgeführt werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Schalten des erfindungsgemäßen
Mehrgruppengetriebes kann der Zeitpunkt der zugkraftunterbrechenden
Schaltung des Bereichsgruppengetriebes durch beispielsweise eine
elektronische Steuereinrichtung bestimmt werden. Die Steuereinrichtung
kann beispielsweise über ein Fahrzeugnetzwerk Fahrzeug
relevante Daten sammeln und auswerten und über eine entsprechende
Logik die zugkraftunterbrechende Schaltung des Bereichsgruppengetriebes
in einem nicht störenden Betriebesbereich des Fahrzeuges
veranlassen. Die gewünschte Schaltung des Bereichsgruppengetriebes
kann in bekannter Weise von einer Schalteinrichtung einer Schaltungsanordnung
durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2003089815
A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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Fahrzeuggetriebe; Springer Verlag; 1994; S. 149–158 [0002]