DE102008001689A1

DE102008001689A1 - Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102008001689A1
Application number: DE200810001689
Authority: DE
Inventors: Alan Dittrich; Rayk Hoffmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2009-11-12
Also published as: WO2009135726A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei Getriebegruppen (2, 3, 3'), wobei eine der Getriebegruppen (3, 3') als eine Hauptgruppe ausgebildet ist, mit einem Anfahrelement (5), über das ein Antriebsmotor mit einer Getriebeeingangswelle (17, 17') verbindbar ist, und mit einem Lastschaltelement (7, 7'), über das zumindest die Getriebeeingangswelle (17, 17') direkt mit einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30, 30') verbindbar ist. Um das Mehrgruppengetriebe im Hinblick auf eine möglichst kompakte Bauweise und eine effektive zugkraftunterstützte Schaltung weiter zu verbessern, ist das Lastschaltelement (7, 7') als eine integrierte Reibkupplung ausgebildet, wobei ein Kupplungsausgangsteil (41, 41') des Lastschaltelementes (7, 7') motorseitig mit wenigstens einer Schalteinrichtung (39, 45, 46), über die wenigstens eine zugeordnete Gangstufe (i1, i2, i3) schaltbar ist, wirkverbunden ist. Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes erfolgt eine Zwischengangschaltung, wobei zum Einlegen des Zielganges über eine Schalteinrichtung (39, 45, 46) mit einem Schaltelement (40, 44, 47), welches mit einem Kupplungsausgangsteil (41, 41') des Lastschaltelementes (7, 7') verbunden ist, eine zu schaltende Gangstufe (i1, i2, i3) geschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 14.
Mehrgruppengetriebe bestehen aus zwei oder mehr meist seriell angeordneten Getriebegruppen, durch deren Kombination eine hohe Gangzahl realisierbar ist. Zunehmend werden sie als automatisierte Schaltgetriebe, beispielsweise bestehend aus einer Eingangsgruppe, einer Hauptgruppe und einer Nachschaltgruppe, konzipiert. Derartige Getriebe finden insbesondere in Nutzfahrzeugen Anwendung, da sie eine besonders feine Gangabstufung mit beispielsweise 12 oder 16 Gängen bieten und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Bei einer geringeren Ganganzahl sind auch Konfigurationen lediglich aus einer Hauptgruppe und einer Eingangsgruppe oder einer Hauptgruppe und einer Nachschaltgruppe möglich. Zudem zeichnen sie sich im Vergleich zu manuellen Schaltgetrieben durch einen hohen Bedienungskomfort aus und sind im Vergleich zu Automatgetrieben besonders wirtschaftlich in den Herstellungs- und Betriebskosten.
Bauartbedingt unterliegen herkömmliche Mehrgruppen-Schaltgetriebe, wie alle nicht unter Last schaltenden manuellen oder automatisierten Schaltgetriebe, einer Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel, da stets der Kraftfluss vom Antriebsmotor durch Öffnen einer Kupplung unterbrochen wird, um den eingelegten Gang lastfrei auszulegen, in einer Neutralstellung Getriebe und Antriebsmotor auf eine Anschlussdrehzahl zu synchronisieren und den Zielgang einzulegen. Durch das zugkraftunterbrochene Rollen des Fahrzeuges können unerwünschte Geschwindigkeitserhöhungen oder Geschwindigkeitsverluste auftreten. Zudem kann ein erhöhter Kraftstoffverbrauch entstehen. Wäh rend sich die Zugkraftunterbrechungen bei Personenkraftfahrzeugen durch Einbußen in der Fahrdynamik in der Regel eher nur störend auswirken, beispielsweise bei einer sportlich orientierten Fahrweise beim Hochschalten, kann sich bei mittleren oder schweren Nutzfahrzeugen die Fahrgeschwindigkeit derart verzögern, dass ein Hochschalten unmöglich wird und es an Steigungen zu unerwünschten Rückschaltvorgängen, Kriechfahrten oder sogar zu zusätzlichen Anfahrvorgängen kommt.
Es sind bereits automatisierte Gruppen-Schaltgetriebe mit einer Zugkraftunterstützung beim Gangwechsel vorgeschlagen worden. Aus der DE 10 2006 024 370 A1 der Anmelderin ist ein solches zugkraftunterstütztes automatisiertes Mehrgruppengetriebe mit einer Splittergruppe als Eingangs- oder Vorschaltgetriebe, einem Hauptgetriebe als Grundgetriebe und einer Bereichsgruppe als Ausgangs- oder Nachschaltgetriebe bekannt. Die Bauweise des bekannten Mehrgruppengetriebes mit dem Eingangsgetriebe und dem Hauptgetriebe ermöglicht die Schaltung eines Direktganges als ein Zwischengang während eines Gangwechsels. Dazu wird temporär eine direkte Verbindung einer Eingangswelle des Eingangsgetriebes mit einer Hauptwelle des Hauptgetriebes mittels einer Lastschaltkupplung hergestellt. Dadurch werden das Hauptgetriebe und die Splittergruppe fastfrei, so dass der eingelegte Gang ausgelegt, das Getriebe synchronisiert und der Zielgang eingelegt werden kann. Die Lastschaltkupplung überträgt dabei ein Motordrehmoment auf den Getriebeausgang, wobei ein freiwerdendes dynamisches Moment bei einer Drehzahlabsenkung zwischen Ursprungsgang und Zielgang genutzt wird, um den Zugkrafteinbruch weitgehend zu kompensieren.
Die Lastschaltkupplung kann zwischen dem Eingangsgetriebe und dem Hauptgetriebe oder zwischen einer üblichen Anfahrkupplung und dem Eingangsgetriebe angeordnet sein. Die Übersetzung des Zwischenganges ist durch die Direktverbindung der Eingangswelle mit der Hauptwelle festgelegt. Die Anfahrkupplung kann beim Gangwechsel eingerückt bleiben.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Mehrgruppengetriebe und ein Verfahren zu dessen Betrieb, insbesondere im Hinblick auf eine möglichst kompakt Bauweise und eine effektive zugkraftunterstützte Schaltung, weiter zu verbessern.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem automatisierten Mehrgruppen-Schaltgetriebe mit Zugkraftunterstützung bei Zughoch- und Zugrückschaltungen eine integrierte Reibkupplung als zweifach funktionelles Bauteil zum Schalten eines als Direktganges ausgelegten Zwischengangs einerseits und als Hilfe beim Schalten von Gängen andererseits ausgebildet werden kann, um Kosten, Gewicht und Bauraum zu sparen.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei Getriebegruppen, wobei eine der Getriebegruppen als eine Hauptgruppe ausgebildet ist, mit einem Anfahrelement, über das ein Antriebsmotor mit einer Getriebeeingangswelle verbindbar ist, und mit einem Lastschaltelement, über das zumindest die Getriebeeingangswelle direkt mit einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle verbindbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass das Lastschaltelement als eine integrierte Reibkupplung ausgebildet ist, wobei ein Kupplungsausgangsteil des Lastschaltelementes axial motorseitig mit wenigstens einer Schalteinrichtung, über die wenigstens eine zugeordnete Gangstufe schaltbar ist, wirkverbunden ist.
Unter einem Gangwechsel wird ein Schaltvorgang verstanden, bei dem ein Ursprungsgang ausgelegt und ein Zielgang eingelegt wird, wobei auch der Spezialfall eingeschlossen ist, dass der Zielgang dem Ursprungsgang entspricht, d. h. keine Übersetzungsänderung erfolgt. Weiterhin wird im Folgenden eine vorgeschaltete Getriebegruppe als Splittergetriebe oder Splittergruppe (GV) bezeichnet, eine Hauptgruppe wird auch als Hauptgetriebe oder Grundgetriebe (HG) und eine nachgeschaltete Getriebegruppe auch als Bereichsgetriebe oder Bereichsgruppe (GP) bezeichnet.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei Getriebegruppen, wobei eine der Getriebegruppen als eine Hauptgruppe ausgebildet ist, mit einem zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle angeordneten Anfahrelement, und mit einem Lastschaltelement, über das bei einem Gangwechsel zumindest ein Zwischengang geschaltet wird. Die gestellte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass bei der Zwischengangschaltung über das Lastschaltelement bei geschlossenem Anfahrelement eine direkte Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle und einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle hergestellt wird, wobei das Lastschaltelement im schleifenden Zustand ein Motormoment des Antriebsmotors an der Getriebehauptwelle abstützt, während die Drehzahl des Antriebsmotors an eine Synchrondrehzahl eines Zielganges angepasst wird, dass bei lastfrei gewordener Hauptgruppe ein Ursprungsgang ausgelegt und bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Zielgang eingelegt wird, wobei zum Einlegen des Zielganges, soweit dies bei dem angesteuerten Gangwechsel vorgesehen ist, über eine Schalteinrichtung mit einem Schaltelement, welches mit einem Kupplungsausgangsteil des Lastschaltelementes verbunden ist, eine zu schaltende Gangstufe geschaltet wird.
Beispielsweise können bei dem Mehrgruppengetriebe drei automatisierte, d. h. automatisiert elektrisch oder hydraulisch oder pneumatisch ansteuerbare und betätigbare Getriebegruppen vorgesehen sein, wobei eine getriebeeingangsseitige Splittergruppe mit zwei Gangkonstanten, eine zentrale Haupt gruppe mit wenigstens drei Gangstufen und eine getriebeausgangsseitige Bereichsgruppe mit zwei Gangbereichen im Kraftfluss hintereinander angeordnet sind. Die Splittergruppe und die Hauptgruppe können vorteilhaft als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise mit wenigstens einer gemeinsamen Vorgelegewelle ausgebildet sein. Die Bereichsgruppe kann als ein Planetengetriebe ausgebildet sein.
Über die Gangkonstanten des Splittergetriebes können die Gangstufen der Hauptgruppe variiert werden. Die sich daraus ergebenden Gänge multipliziert die Bereichsgruppe anschließend wahlweise mit einer Planetenübersetzung. Somit ergeben sich mit einem beispielsweise dreigängigen Grundgetriebe eine Anzahl von n = n_GV × n_HG × n_GP = 2 × 3 × 2 = 12 Vorwärtsgängen, und bei einem viergängigen Grundgetriebe entsprechend n = n_GV × n_HG × n_GP = 2 × 4 × 2 = 16 Vorwärtsgänge. Ein solches Getriebe ist aufgrund seiner feinen Gangabstufung und seines hohen Schaltkomforts besonders vorteilhaft in Nutzfahrzeugen einsetzbar.
Durch die erfindungsgemäße Zugkraftunterstützung über eine integrierte Zwischengangkupplung mit zusätzlicher Gangschalthilfsfunktion wird ein besonders hoher Schaltkomfort bei einer kompakten und Kosten sparenden Bauweise bei diesem Getriebe erreicht. Vorzugsweise wird ein derartiges Getriebe mit zwei Vorgelegewellen konzipiert sein, so dass sich die Leistung entsprechend über zwei Vorgelegewellen verzweigt. Die Erfindung ist aber ebenso vorteilhaft bei Vorgelegewellengetrieben mit nur einer Vorgelegewelle oder bei anderen Gruppengetrieben anwendbar. Auch ist die erwähnte Bereichsgruppe nur beispielhaft vorhanden, um eine vergleichsweise hohe Gangzahl zur Verfügung zu stellen, nicht aber zwingend notwendig.
Über die integrierte Kupplung ist ein als Direktgang ausgelegter Zwischengang, also eine Direktverbindung zwischen Antriebswelle bzw. Getriebeeingangswelle und Getriebehauptwelle bzw. Abtriebswelle schaltbar. Durch das Zuschalten des Zwischengangs wird das Hauptgetriebe lastfrei und somit schaltbar. Die integrierte Kupplung stützt dabei im schleifenden Zustand das Motormoment während einer Zughoch- oder Zugrückschaltung am Abtrieb ab, während die Motordrehzahl dem Zielgang angepasst wird. Das bei der Drehzahlabsenkung des Motors freiwerdende Drehmoment wird somit zur Zugkrafterhaltung eingesetzt. Das Anfahrelement bleibt vorzugsweise während des gesamten Schaltvorgangs stets geschlossen, um eine möglichst vollständige Zugkrafterhaltung zu gewährleisten. Bei erreichter Synchrondrehzahl kann zwischen Ursprungsgang und Zielgang umgeschaltet bzw. nach zuvor ausgelegtem Ursprungsgang der Zielgang eingelegt und der Zwischengang wieder geöffnet werden. Grundsätzlich sind bei einem solchen Gangwechsel auch zugkraftunterstütze Gangsprünge über zwei oder mehr Gangstufen möglich.
Bei der Auslegung des Zwischengangs als Direktgang ist zusätzlich die Funktion der gegebenenfalls nachgeschalteten Bereichsgruppe zu berücksichtigen. In einer Schaltstellung, bei der die Planetenräder der als Planetengetriebe ausgebildeten Bereichsgruppe mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad verblockt sind, also das Bereichsgetriebe mit der Drehzahl der Getriebehauptwelle umläuft, ist der Zwischengang folglich der Direktgang des Gesamtgetriebes. Dies ist automatisch auch dann der Fall, wenn, wie bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein kann, die Getriebehauptwelle durch das Bereichsgetriebe hindurchgeführt und direkt mit einer Getriebeabtriebswelle am Getriebeausgang verbunden ist. Ansonsten entspricht der Zwischengang einem Direktgang der Zahnradgetriebegruppen, der von der Planetengetriebeübersetzung überlagert ist. Dabei ist dann auch zu beachten, dass ein Umschalten der Bereichsgruppe während eines Gangwechsels nicht per se zugkraftunterstützt ist. Eine Erweiterung der Zugkraftunterstützung auf die Bereichsumschaltung kann jedoch vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass von vornherein Lastschaltmittel am Bereichsgetriebe angeordnet sind, so dass eine lastschaltbare Bereichsumschaltung möglich ist.
Durch die Zwischengangschaltung wird vorteilhaft bei allen Zugschaltungen eine signifikante Verringerung eines Geschwindigkeitsverlustes und somit im Ergebnis eine Fahrleistungssteigerung erreicht sowie der Schalt- und Fahrkomfort erhöht. Da über den Zwischengang die zu synchronisierenden rotierenden Massen abgebremst werden können, kann die üblicherweise zur Abbremsung der Massen bei Hochschaltvorgängen vorgesehene Getriebebremse entfallen, wodurch weitere Kosten, Einbauraum und Gewicht eingespart bzw. reduziert werden. Zudem werden Schwingungen und Schaltschläge effektiv verringert, da der Antriebsstrang während des Gangwechsels durch den Zwischengang stets vorgespannt bleibt, wodurch eine zusätzliche Erhöhung des Schaltkomforts erreicht wird.
Die integrierte Kupplung ist erfindungsgemäß in einer zweiten Funktion mit Hilfe eines Kupplungsausgangsteils beim Schalten von Gangstufen über eine Schalteinrichtung, beispielsweise eine Klauenschalteinrichtung, bzw. zur Kraftübertragung von Gängen einsetzbar. Da das Kupplungsausgangsteil abtriebsseitig mit der Getriebehauptwelle und darüber mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist, kann ein Schaltelement, das ebenfalls mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden ist, den Abtrieb eines über dieses Schaltelement schaltbaren Radsatzes zum Getriebeausgang übertragen. Insbesondere kann an dem Kupplungsausgangsteil eine Schaltklaue angeordnet sein, über die ein Losrad eines Radsatzes mit der Getriebehauptwelle drehfest verbindbar ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann wenigstens eine Schaltklaue über eine Verbindungswelle mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden sein. Dies ermöglicht sehr flexible Anordnungsmöglichkeiten der Kupplung.
Eine erste vorteilhafte Anordnung der als Lastschaltelement ausgebildeten Kupplung ist die Anordnung zwischen der Splittergruppe und der Hauptgruppe. Eine direkt am Kupplungsausgangsteil befestigte Schaltklaue kann hierbei das Losrad der zweiten Gangkonstante der Splittergruppe beaufschlagen, wodurch der Momentenfluss des Ganges bzw. der Gänge, der von diesem Radsatz angetrieben wird, über das Kupplungsausgangsteil zur Getriebehauptwelle bzw. zum Abtrieb verläuft.
Eine zweite vorteilhafte Positionierung der Kupplung ist die zwischen der Hauptgruppe und der Bereichsgruppe. Eine äußere Hohlwelle bzw. Verbindungswelle, die koaxial zu einer inneren, durch die Hauptgruppe hindurch geführten Getriebeeingangswelle, vom Kupplungsausgangsteil zur Hauptgruppe zurückgeführt ist, kann hierbei eine Schaltklaue tragen, über die wahlweise wechselseitig zwei Radsätze, beispielsweise derjenige der zweiten Gangkonstante und derjenige einer 2. Gangstufe der Hauptgruppe, schaltbar sind bzw. deren Losräder drehfest mit der Getriebehauptwelle verbindbar sind. Außerdem kann vorgesehen sein, dass eine zweite Schaltklaue der äußeren Hohlwelle mit dem Kupplungsausgangsteil verbunden ist, über die wahlweise wechselseitig die Losräder zweier weiterer Radsätze, beispielsweise derjenige einer ersten Gangstufe und derjenige einer Rückwärtsgangstufe der Hauptgruppe drehfest mit der Getriebehauptwelle verbindbar sind. Dadurch verlaufen bei einem dreigängigen Hauptgetriebe alle Gangstufen über das Kupplungsausgangsteil.
Grundsätzlich sind auch noch weitere Varianten von Kupplungspositionen und über ein geeignet ausgebildetes Kupplungsausgangsteil beaufschlagbare unsynchronisierte oder synchronisierte Schalteinrichtungen bzw. Schaltkombinationen verschieden ausgebildeter Getriebegruppen möglich.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 ein Getriebeschema eines automatisierten Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer integrierten Kupplung,
2 ein Momentenfluss eines Zwischenganges im Getriebeschema von 1, und
3 eine zweite Ausführungsform eines automatisierten Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer integrierten Kupplung.
Die 1 zeigt ein als Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe 1 ausgebildetes automatisiertes Mehrgruppengetriebe mit zwei parallelen, drehbar gelagerten Vorgelegewellen 8, 9 und drei hintereinander angeordneten Getriebegruppen 2, 3 und 4, wie es beispielsweise im Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges vorgesehen sein kann. Ein derartiges Getriebe ist weitgehend aus der eingangs erwähnten DE 10 2006 024 370 A1 der Anmelderin bekannt.
Eine Antriebswelle 6 eines nicht dargestellten Antriebsmotors ist über ein herkömmliches, als Reibkupplung ausgebildeten Anfahrelement 5 mit einer Getriebeeingangswelle 17 reibschlüssig verbindbar. Die erste, an der Getriebeeingangswelle 17 angeordnete Getriebegruppe 2 ist als ein zweigängiges Splittergetriebe ausgebildet. Die zweite, zentrale Getriebegruppe 3 wird durch ein dreigängiges Haupt- oder Grundgetriebe gebildet. Als dritte, abtriebsseitige Getriebegruppe 4 ist ein nachgeschaltetes, zweigängiges Bereichsgetriebe angeordnet.
Das Splittergetriebe 2 weist zwei Gangkonstanten i_k1, i_k2 auf, die jeweils ein auf der ersten Vorgelegewelle 8 und auf der zweiten Vorgelegewelle 9 drehfest angeordnetes Festrad 10, 12 bzw. 13, 15 umfassen, die mit einem Losrad 11 bzw. 14 kämmen. Die erste Gangkonstante i_k1 ist dem Anfahrelement 5 und die zweite Gangkonstante i_k2 dem Hauptgetriebe 3 zugewandt angeordnet. Zur Schaltung der Gangkonstanten i_k1, i_k2 ist eine Schalteinrichtung 31, vorteilhaft mit Synchronisierung, angeordnet, über welche die Losräder 11 bzw. 14 wahlweise drehfest mit der Getriebeeingangswelle 17 verbindbar sind.
Das Hauptgetriebe 3 weist drei Vorwärtsgangradsätze i₁, i₂ und i₃ sowie einen Rückwärtsgangradsatz i_R auf. Der erste Hauptgetriebegang i₁ und der zweite Hauptgetriebegang i₂ umfassen jeweils zwei Festräder 18, 20 bzw. 21, 23 und jeweils ein Losrad 19 bzw. 22. Der 3. Hauptgetriebegang i₃ ist gemeinsam mit der zweiten Gangkonstante i_k2 des Splittergetriebes 2 realisiert. Der Rückwärts-Gangradsatz i_R umfasst zwei Festräder 24, 28, ein Losrad 26 und zwei drehbar gelagerte Zwischenräder 25, 27 zur Drehrichtungsumkehr, die einerseits mit dem jeweils zugehörigen Festrad 24 bzw. 28 und andererseits mit dem Losrad 26 kämmen. Zur Schaltung des ersten Hauptgetriebeganges i₁ und des zweiten Hauptgetriebeganges i₂ ist eine unsynchronisierte Klauen-Schalteinrichtung 29 vorhanden, über welche die zugehörigen Losräder 19 bzw. 22 wahlweise drehfest mit einer Getriebehauptwelle 30 verbindbar sind. Der Rückwärts-Gangradsatz i_R verfügt über eine eigene Klauen-Schalteinrichtung 16, über die das zugehörige Losrad 26 drehfest mit der Getriebehauptwelle 30 verbindbar ist. Mit Hilfe des Splittergetriebes 2 stehen folglich zwei Rückwärtsgangübersetzungen zur Verfügung.
Zwischen der Splittergruppe 2 und der Hauptgruppe 3 ist erfindungsgemäß ein als Reibkupplung ausgebildetes Lastschaltelement 7 angeordnet. Die Kupplung 7 weist ein radial inneres Eingangsteil 42 auf, das mit der Getriebeeingangswelle 17 fest verbunden ist. Ein radial äußeres Kupplungsausgangsteil 41 ist auf der motorabgewandten Seite mit der Getriebehauptwelle 30 verbunden. Auf der zum Antriebsmotor gewandten Seite ist an dem Kupplungsausgangsteil 41 eine Schaltklaue 40 einer Schalteinrichtung 39 angeordnet, über die das Losrad 14 der zweiten Gangkonstante i_k2 bzw. des dritten Hauptgetriebeganges i₃ drehfest mit der Getriebehauptwelle 30 verbindbar ist. Das Eingangsteil 42 und das Ausgangsteil 41 tragen übliche zusammenwirkende Reibpartner zur Herstellung einer reibschlüssigen Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 17 und der Getriebehauptwelle 30 bzw. zum Betrieb der Kupplung 7 im Schlupf.
Das nachgeschaltete Bereichsgetriebe 4 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet. Darin ist ein Planetenradsatz 32 von einem Planetenradträger 33 geführt. Die nicht explizit dargestellten Planetenräder kämmen einerseits mit einem zentralen Sonnenrad 34 und andererseits mit einem äußeren Hohlrad 35. Das Sonnenrad 34 ist mit der Getriebehauptwelle 30 verbunden. Der Planetenradträger 33 ist wiederum mit einer Getriebeabtriebswelle 36 verbunden. Zur Schaltung des Bereichsgetriebes 4 ist eine Schalteinrichtung 37, vorteilhaft mit Synchronisierung, angeordnet. Diese Schalteinrichtung 37 verbindet in einer ersten Schaltstellung das Hohlrad 35 mit einem Gehäuse 38, so dass die Planetenräder zwischen Hohlrad 35 und Sonnenrad 34 umlaufen, und die Getriebeabtriebswelle 36, entsprechend einer Übersetzung des Planetengetriebes, über den Planetenradträger 33 gleichsinnig mit der Getriebehauptwelle 30 angetrieben wird. In einer zweiten Schaltstellung wird das Hohlrad 35 mit dem Planetenradträger 33 verblockt, so dass das Planetengetriebe 4 und damit die Getriebeabtriebswelle 36 direkt mit der Drehzahl der Getriebehauptwelle 30 rotiert.
Aus der Kombination der drei Getriebegruppen 2, 3, 4 des dargestellten Getriebeschemas ergeben sich insgesamt 2 × 3 × 2 = 12 Gänge. Der Kraftfluss des Getriebes 1 verzweigt sich nach einer Schaltfolge, bei der, beginnend mit dem 1. Gang im Hauptgetriebe 3, zunächst alternierend das Splittergetriebe 2 und das Hauptgetriebe 3 durchgeschaltet werden, so dass nacheinander 2 × 3 = 6 Gänge eines unteren Gangbereichs „1. Gang bis 6. Gang” geschaltet werden. Ist der 6. Gang erreicht, schaltet das Bereichsgetriebe 4 um und es werden erneut das Hauptgetriebe 3 und das Splittergetriebe 2 alternierend durchgeschaltet, so dass wiederum 2 × 3 = 6 Gänge, nun aber in einem oberer Gangbereich „7. Gang bis 12. Gang”, geschaltet werden.
Zur Schaltung des 5. Ganges, bzw. mit Bereichsumschaltung in die obere Ganggruppe des 11. Ganges, wird zum einen der dritte Hauptgetriebegang i₃ bzw. die Gangkonstante i_k2 über die an der Reibkupplung 7 angeordnete Schaltklaue 40 der unsynchronisierten Schalteinrichtung 39 geschaltet, und zum anderen die erste Gangkonstante i_k1 über die synchronisierte Schalteinrichtung 31 geschaltet, so dass das Motormoment von der ersten Gangkonstanten i_k1 (Antrieb) über die zweite Gangkonstante i_k2 (Abtrieb) und das Kupplungsausgangteil 41 zur Getriebehauptwelle 30 und damit zur Getriebeabtriebswelle 36 übertragen wird.
Bei der Schaltung des sechsten Ganges bzw. des zwölften Ganges wird die Getriebeeingangswelle 17 über die Schalteinrichtung 31, das Losrad 14 und die Schalteinrichtung 39 direkt mit dem Kupplungsausgangsteil 41 verbunden. Die Schaltung bzw. die Direktverbindung mit der Übersetzung i = 1 entspricht dem Direktgang, der auch als Zwischengang verwendet wird, wobei im zwölften Gang das Bereichsgetriebe 4 verblockt umläuft. Der zugehörige Momentenfluss des Zwischengangs ist in 2 gestrichelt hervorgehoben dargestellt.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei einer Auslegung des elften und des zwölften Gangs als Schnellgänge mit einer Übersetzung i < 1 die Schaltabfolge so geändert werden kann, dass bereits der zehnte Gang als Direktgang bzw. Zwischengang geschaltet wird.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Getriebes 1' mit einer axial versetzten Kupplung 7', die zwischen einer Hauptgruppe 3' und der Bereichsgruppe 4 angeordnet ist. Diese Kupplung 7' weist ein inneres Eingangsteil 42' auf, das mit einer durch die Hauptgruppe 3' hindurch geführten Getriebeeingangswelle 17' verbunden ist. Ein äußeres Kupplungsausgangsteil 41' ist auf der motorabgewandten Seite mit einer verkürzten Getriebehauptwelle 30' verbunden. Auf der zum Motor gewandten Seite ist an dem Kupplungsausgangsteil 41' eine äußere Hohlwelle 43 als Verbindungswelle befestigt, welche die Getriebeeingangswelle 17' als eine innere Welle koaxial aufnimmt und an ihrem motorseitigen Ende eine Schaltklaue 44 einer Schalteinrichtung 45 trägt.
Die Schalteinrichtung 45 verbindet wahlweise das Losrad 14 der zweiten Gangkonstante i_k2 bzw. der 3. Hauptgetriebegangstufe i₃ und das Losrad 22 der 2. Hauptgetriebegangstufe i₂ drehfest mit der Hohlwelle 43 und damit über das Kupplungsausgangsteil 41' mit der Getriebehauptwelle 30'. Die Hohlwelle 43 trägt weiterhin eine zweite Schaltklaue 47 einer Schalteinrichtung 46 zur Schaltung des 1. Hauptgetriebeganges i₁ und des Rückwärtsganges i_R. Über die Schalteinrichtung 46 sind die zugehörigen Losräder 19 bzw. 26 wahlweise drehfest mit der Hohlwelle 43 verbindbar. Somit sind bei diesem Ausführungsbeispiel bei Berücksichtigung der Bereichsumschaltung alle Gänge über das Kupplungsausgangsteil 41' leistungsverzweigt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes gemäß den beschrieben Getriebeschemata 1, 1' beruht im Wesentlichen darauf, dass bei einem Gangwechsel zur Zugkrafterhaltung bei geschlossenem Anfahrelement 5 ein Zwischengang geschaltet wird. Dazu wird bei einer durch den Fahrer oder eine Getriebesteuerung initiierten beispielhaften Schaltanforderung zu einer Zughoch- oder Zugrückschaltung über das Lastschaltelement 7, 7' im Schlupfbetrieb eine Direktverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 17, 17' und der Getriebehauptwelle 30, 30' bzw. der Getriebeabtriebswelle 36 hergestellt, also unter Berücksichtigung der Schaltstellung des Bereichsgetriebes 4 der Direktgang als Zwischengang geschaltet. Dadurch wird das Hauptgetriebe 3, 3' lastfrei und schaltbar.
Das Lastschaltelement 7, 7' stützt im durch eine Kupplungssteuerung gesteuerten schleifenden Zustand das Motormoment des Antriebsmotors während des Schaltvorgangs am Abtrieb ab, während die Motordrehzahl dem angeforderten Zielgang angepasst wird. Das Anfahrelement 5 bleibt während des gesamten Schaltvorgangs geschlossen. Bei erreichter Synchrondrehzahl, also bei Drehzahlgleichheit zwischen Getriebehauptwelle 30, 30' und zu schaltendem Losrad 14, 19, 22, kann der Zielgang eingelegt werden.
Zum Einlegen des Zielganges wird, je nach zu schaltendem Radsatz i₁, i₂, i₃, das Losrad 14, 19, 22 drehfest mit der Getriebehauptwelle 30, 30' verbunden. Dazu wird die entsprechende Schalteinrichtung 29, 39, 45, 46 des Hauptgetriebes 3, 3' angesteuert, wobei gegebenenfalls eine mit dem Kupplungsausgangsteil 41, 41 des Lastschaltelementes 7, 7' verbundene zugehörige Schaltklaue 40, 44, 47 betätigt wird. Schließlich wird der Zwischengang durch Öffnen des Lastschaltelementes 7, 7' wieder ausgerückt. Je nach Gangwechsel kann zusätzlich zwischenzeitlich eine Umschaltung der Gangkonstanten i_k1, i_k2 über die Synchron-Schalteinrichtung 31 des Splittergetriebes 2 erfolgen.

1, 1': Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe
2: Splittergruppe, Splittergetriebe
3, 3': Hauptgruppe, Hauptgetriebe
4: Bereichsgruppe, Bereichsgetriebe
5: Anfahrelement
6: Antriebswelle
7, 7': Lastschaltelement; Kupplung
8: Vorgelegewelle
9: Vorgelegewelle
10: Festrad
11: Losrad
12: Festrad
13: Festrad
14: Losrad
15: Festrad
16: Schalteinrichtung
17, 17': Getriebeeingangswelle
18: Festrad
19: Losrad
20: Festrad
21: Festrad
22: Losrad
23: Festrad
24: Festrad
25: Zwischenrad
26: Losrad
27: Zwischenrad
28: Festrad
29: Schalteinrichtung
30, 30': Getriebehauptwelle
31: Schalteinrichtung
32: Planetenradsatz
33: Planetenradträger
34: Sonnenrad
35: Hohlrad
36: Getriebeabtriebswelle
37: Schalteinrichtung
38: Gehäuse
39: Schalteinrichtung
40: Schaltklaue
41, 41': Kupplungsausgangsteil
42, 42': Kupplungseingangsteil
43: Verbindungswelle, Hohlwelle
44: Schaltklaue
45: Schalteinrichtung
46: Schalteinrichtung
47: Schaltklaue
i_k1: Splittergetriebe-Gangkonstante
i_k2: Splittergetriebe-Gangkonstante
i₁: Hauptgetriebe-Gang
i₂: Hauptgetriebe-Gang
i₃: Hauptgetriebe-Gang
i_R: Hauptgetriebe-Rückwärtsgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006024370 A1 [0004, 0026]

Claims

Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei Getriebegruppen (2, 3, 3'), wobei eine der Getriebegruppen (3, 3') als eine Hauptgruppe ausgebildet ist, mit einem Anfahrelement (5), über das ein Antriebsmotor mit einer Getriebeeingangswelle (17, 17') verbindbar ist, und mit einem Lastschaltelement (7, 7'), über das zumindest die Getriebeeingangswelle (17, 17') direkt mit einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30, 30') verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltelement (7, 7') als eine integrierte Reibkupplung ausgebildet ist, wobei ein Kupplungsausgangsteil (41, 41') des Lastschaltelementes (7, 7') motorseitig mit wenigstens einer Schalteinrichtung (39, 45, 46), über die wenigstens eine zugeordnete Gangstufe (i₁, i₂, i₃) schaltbar ist, wirkverbunden ist.
Mehrgruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei automatisierte Getriebegruppen (2, 3, 3', 4) vorgesehen sind, wobei eine getriebeeingangsseitige Splittergruppe (2) mit zwei Gangkonstanten (i_k1, i_k2), eine zentrale Hauptgruppe (3, 3') mit wenigstens drei Gangstufen (i₁, i₂, i₃) und eine getriebeausgangsseitige Bereichsgruppe (4) mit zwei Gangbereichen im Kraftfluss hintereinander angeordnet sind, wobei die Splittergruppe (2) und die Hauptgruppe (3, 3') als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise mit wenigstens einer gemeinsamen Vorgelegewelle (8, 9) ausgebildet sind, und die Bereichsgruppe (4) als ein Planetengetriebe ausgebildet ist.
Mehrgruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kupplungsausgangsteil (41, 41') wirkverbundene Schalteinrichtung (39, 45, 46) als eine Klauenschalteinrichtung ausgebildet ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (40) der Schalteinrichtung (39) direkt an dem Kupplungsausgangsteil (41) angeordnet ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (44, 47) der wenigstens einen Schalteinrichtung (45, 46) über eine Verbindungswelle (43) mit dem Kupplungsausgangsteil (41') verbunden ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Kupplungsausgangsteil (41, 41') wirkverbundene Schalteinrichtung (39, 45, 46) der Hauptgruppe (3, 3') zugeordnet ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltelement (7) zwischen der Splittergruppe (2) und der Hauptgruppe (3) angeordnet ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltelement (7') zwischen der Hauptgruppe (3') und der Bereichsgruppe (4) angeordnet ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur zugkraftunterstützten Bereichsumschaltung der Bereichsgruppe vorgesehen sind.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebehauptwelle durch das Bereichsgetriebe hindurchgeführt und direkt mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über eine an dem Kupplungsausgangsteil (41) befestigte Schaltklaue (40) ein Losrad (14) der zweiten Gangkonstante (i_k2) der Splittergruppe (2) bzw. einer 3. Hauptgetriebegangstufe (i₃) drehfest mit der Getriebehauptwelle (30) verbindbar ist.
Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über die als äußere Hohlwelle ausgebildete Verbindungswelle (43), die koaxial zu der als innere Welle ausgebildeten, durch die Hauptgruppe (3') hindurch geführten Getriebeeingangswelle (17') vom Kupplungsausgangsteil (41') zur Hauptgruppe (3') zurückgeführt ist, eine erste Schaltklaue (44) mit dem Kupplungsausgangteil (41') verbunden ist, über die wahlweise wechselseitig die Losräder (14, 22) zweier Radsätze (i₂, i₃) drehfest mit der Getriebehauptwelle (30') verbindbar sind.
Mehrgruppengetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Schaltklaue (47) der Verbindungswelle (43) mit dem Kupplungsausgangsteil (41') verbunden ist, über die wahlweise wechselseitig die Losräder (19, 26) zweier weiterer Radsätze (i₁, i_R) drehfest mit der Getriebehauptwelle (30') verbindbar sind.
Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei Getriebegruppen (2, 3, 3'), wobei eine der Getriebegruppen (3, 3') als eine Hauptgruppe ausgebildet ist, mit einem zwischen einem Antriebsmotor und einer Getriebeeingangswelle (17, 17') angeordneten Anfahrelement (5), und mit einem Lastschaltelement (7, 7'), über das bei einem Gangwechsel zumindest ein Zwischengang geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Zwischengangschaltung über das Lastschaltelement (7, 7') bei geschlossenem Anfahrelement (5) eine direkte Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle (17, 17') und einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30, 30') hergestellt wird, wobei das Lastschaltelement (7, 7') im schleifenden Zustand ein Motormoment des Antriebsmotors an der Getriebehauptwelle (30, 30') abstützt, während die Drehzahl des Antriebs motors an eine Synchrondrehzahl eines Zielganges angepasst wird, dass bei fastfrei gewordener Hauptgruppe (3, 3') ein Ursprungsgang ausgelegt und bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Zielgang eingelegt wird, wobei zum Einlegen des Zielganges, soweit dies bei dem angesteuerten Gangwechsel vorgesehen ist, über eine Schalteinrichtung (39, 45, 46) mit einem Schaltelement (40, 44, 47), welches mit einem Kupplungsausgangsteil (41, 41') des Lastschaltelementes (7, 7') verbunden ist, eine zu schaltende Gangstufe (i₁, i₂, i₃) geschaltet wird.