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Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind bereits, insbesondere aus der
DE 10 2005 039 592 A1 und aus der gattungsgemäßen
DE 101 52 481 A1 , Getriebeeinheiten für Kraftfahrzeuge, insbesondere Nachschaltgruppengetriebeeinheiten von Nutzfahrzeugen, mit einer Kraftfahrzeugbremsvorrichtung und mit einer Planetenradgetriebeeinheit bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Effizienz der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung der Getriebeeinheit zu steigern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Nachschaltgruppengetriebeeinheit eines Nutzfahrzeugs, mit einer Kraftfahrzeugbremsvorrichtung und mit einer Planetenradgetriebeeinheit.
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Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Planetenradgetriebeeinheit ein Planetenradgetriebeelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Moment an die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung weiterzuleiten.
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Ein Planetenradgetriebe weist insbesondere drei Planetenradgetriebeelemente auf, mittels denen ein Moment in die Planetenradgetriebeeinheit eingeleitet oder aus der Planetenradgetriebeeinheit ausgeleitet werden kann. Ein erstes Planetenradgetriebeelement wird dabei vorzugsweise durch ein Sonnenrad gebildet. Ein zweites Planetenradgetriebeelement wird durch einen Planetenradträger gebildet. Ein drittes Planetenradgetriebeelement ist als ein Hohlrad ausgebildet. Der Planetenradträger führt Planetenräder auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad. Die Planetenräder kämmen jeweils mit dem innen liegenden Sonnenrad und mit dem außen liegenden Hohlrad.
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Wird das Moment mittels eines der Planetenradgetriebeelemente an die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung weitergeleitet, kann durch die Planetenradgetriebeeinheit vorteilhafterweise ein Übersetzungsverhältnis bereitgestellt werden, das vorzugsweise kleiner als eins ist, wodurch eine Drehzahl der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung erreicht werden kann, die größer ist als eine Eingangsdrehzahl. Dadurch wiederum kann ein durch die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung erzeugtes Bremsmoment insbesondere bei niedrigen Drehzahlen vergrößert werden, wodurch eine Effizienz der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung gesteigert werden kann. Unter einer Kraftfahrzeugbremsvorrichtung soll dabei insbesondere eine Bremsvorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, das Kraftfahrzeug abzubremsen.
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Ferner wird davon ausgegangen, dass die Getriebeeinheit eine Übersetzungskoppeleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Übersetzung der Planetengetriebeeinheit zu schalten. Dadurch kann eine herkömmliche Funktionalität der Getriebeeinheit als eine Nachschaltgruppe einfach realisiert werden.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Getriebeeinheit eine Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, das erste Planetenradgetriebeelement mit zumindest einem korrespondierenden Element zu koppeln. Dadurch kann die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung einfach geschaltet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit dazu vorgesehen, das Planetengetriebeelement mit einem Getriebegehäuse zu koppeln. Dadurch kann die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung einfach aktiviert und insbesondere auch deaktiviert werden, wodurch ein Verbrauch gesenkt und die Effizienz weiter gesteigert werden kann.
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Ist die Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit dazu vorgesehen, das Planetengetriebeelement drehfest mit einer Getriebeeingangswelle zu koppeln, kann das Planetengetriebeelement einfach zur Bildung von Übersetzungsverhältnissen für eine Antriebsfunktionalität verwendet werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung als eine dynamische Bremsvorrichtung ausgebildet ist. Mittels einer dynamischen Bremsvorrichtung ist eine im Unterhalt kostengünstige Kraftfahrzeugbremsvorrichtung realisierbar. Unter einer „dynamischen Bremsvorrichtung“ soll dabei insbesondere eine Bremsvorrichtung verstanden werden, die eine Drehzahl benötigt, um ein Bremsmoment aufzubauen. Insbesondere soll darunter eine als ein Retarder ausgebildete Einheit verstanden werden, die unabhängig von einer Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs ist und die vorzugsweise verschleißfrei oder verschleißarm arbeitet. Die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung kann beispielsweise als ein hydrodynamischer Retarder ausgebildet sein, der mittels einer hydrodynamischen Strömung das Bremsmoment bereitstellt. Grundsätzlich ist aber auch ein elektromagnetischer Retarder, der nach einem Wirbelstromprinzip arbeitet, denkbar.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Getriebeelement als ein Hohlrad ausgebildet ist. Dadurch kann eine Anbindung der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung erreicht werden, die besonders einfach zu realisieren ist und die insbesondere das Übersetzungsverhältnis kleiner eins bereitstellt.
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Vorzugsweise weist die Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit eine Synchronisiereinheit auf, die dazu vorgesehen ist, Drehzahlen zu synchronisieren. Dadurch kann ein sanfter Schaltvorgang erreicht werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Getriebeeinheit eine Direktgangkoppeleinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Übersetzungsverhältnis gleich eins bereitzustellen. Dadurch kann die Planetenradgetriebeeinheit für die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung verwendet werden und gleichzeitig eine Antriebsfunktionalität aufrecht erhalten werden.
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Vorteilhafterweise ist die Direktgangkoppeleinheit dazu vorgesehen, eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle miteinander zu koppeln. Dadurch kann die Antriebsfunktionalität besonders einfach aufrecht erhalten werden, insbesondere für das Übersetzungsverhältnis von eins.
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Ist die Direktgangkoppeleinheit unabhängig von der Planetenradgetriebeeinheit, kann die Antriebsfunktionalität aufrecht erhalten werden und gleichzeitig die Planetenradgetriebeeinheit für die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung verwendet werden.
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Bildet zumindest eine Übersetzung einen Direktgang, kann die Übersetzungskoppeleinheit einfach mittels der Direktgangkoppeleinheit entlastet und insbesondere für die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung verwendet werden.
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Vorzugsweise weist die Übersetzungskoppeleinheit eine Synchronisiereinheit auf, die dazu vorgesehen ist, Drehzahlen zu synchronisieren. Dadurch kann ein sanfter Schaltvorgang erreicht werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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1 zeigt eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug. Die Getriebeeinheit bildet eine Nachschaltgruppengetriebeeinheit eines Nutzfahrzeugs und stellt zwei Übersetzungsverhältnisse bereit, die Hauptgetriebegänge eines Hauptgetriebes 22 in eine langsame und eine schnelle Schaltgruppe unterteilt.
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Das Hauptgetriebe 22 ist über eine Getriebeeingangswelle 16 mit der Getriebeeinheit verbunden. An eine Getriebeausgangswelle 19 schließt ein nicht näher dargestellter Antriebsstrang an, mittels dem Antriebsräder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden.
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Zur Schaltung der beiden Übersetzungsverhältnisse weist die Getriebeeinheit eine Planetenradgetriebeeinheit 11 auf. Mittels der Planetenradgetriebeeinheit 11 können die beiden Übersetzungsverhältnisse der Getriebeeinheit geschaltet werden. Das erste Übersetzungsverhältnis bildet die langsame Schaltgruppe und untersetzt die Hauptgetriebegänge des Hauptgetriebes 22. Das zweite Übersetzungsverhältnis, das eins ist, bildet die schnelle Schaltgruppe.
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Die Planetenradgetriebeeinheit 11 weist drei Planetenradgetriebeelemente 12, 23, 25 auf. Das erste Planetenradgetriebeelement 23 ist drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 der Getriebeeinheit verbindbar und als ein Sonnenrad 24 ausgebildet. Das zweite Planetenradgetriebeelement 25 ist drehfest mit der Getriebeausgangswelle 19 der Getriebeeinheit verbunden und als ein Planetenradträger 26 ausgebildet. Ein drittes Planetenradgetriebeelement 12 ist als ein Hohlrad 13 ausgebildet. Der Planetenradträger 26 führt Planetenräder 27, 28 auf einer Kreisbahn um das als Sonnenrad 24 ausgebildete Planetenradgetriebeelement 23. Die Planetenräder 27, 28 kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 24 und mit dem Hohlrad 13.
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Das Hohlrad 13_ist mittels einer Übersetzungskoppeleinheit 20 wahlweise mit der Getriebeausgangswelle 19 oder einem Getriebegehäuse 15 verbindbar. Mittels der Übersetzungskoppeleinheit 20 wird das Übersetzungsverhältnis geschaltet. Die Übersetzungskoppeleinheit 20 weist eine Schaltklaue 29 auf, die drehfest mit dem Planetenradträger 26 verbunden ist. Mittels einer Verschiebung der Schaltklaue 29 kann das Hohlrad 13 wahlweise drehfest mit der Getriebeausgangswelle 19 oder dem Getriebegehäuse 15 verbunden werden. Um Drehzahlen der zu koppelnden Einheiten anzugleichen, weist die Übersetzungskoppeleinheit 20 eine Synchronisiereinheit 21 auf, die die Drehzahlen während des Schaltvorgangs synchronisiert.
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Die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 weist drei Schaltstellungen auf. In der ersten Schaltstellung ist das Hohlrad 13 mit der Getriebeausgangswelle 19 gekoppelt. In der zweiten Schaltstellung ist das Hohlrad 13 mit dem Getriebegehäuse 15 gekoppelt. In der dritten Schaltstellung ist das Hohlrad 13 von dem Getriebegehäuse 15 und der Getriebeausgangswelle 19 entkoppelt.
Um mittels der Getriebeeinheit ein Bremsmoment bereitstellen zu können, weist die Getriebeeinheit eine Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 auf, die als ein Retarder ausgebildet ist. Ein Moment, dem das Bremsmoment entgegenstehen soll, wird dabei insbesondere über die Getriebeausgangswelle 19 in die Getriebeeinheit eingeleitet. Das Moment wird von der Getriebeausgangswelle 19 über den Planetenradträger 26 in die Planetenradgetriebeeinheit 11 eingeleitet.
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Die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 ist über ein Zahnrad 30 mit dem Hohlrad 13, das das Planetenradgetriebeelement 12 bildet, verbunden. Um das Moment von dem Planetenradträger 26 über das Hohlrad 13 an die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 weiterleiten zu können, ist das Sonnenrad 24 drehfest mit dem Getriebegehäuse 15 koppelbar. Dadurch wird das Moment von dem Planetenradträger 26 an das Hohlrad 13 weitergeleitet. Die Planetenradgetriebeeinheit 11 weist dabei ein Übersetzungsverhältnis größer eins auf, wodurch eine Drehzahl des Hohlrads 13 größer ist als eine Drehzahl der Getriebeeingangswelle 16.
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Um das Sonnenrad 24 drehfest mit dem Getriebegehäuse 15 zu verbinden, weist die Getriebeeinheit eine Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 auf, mittels der das Sonnenrad 24, das auf der Getriebeeingangswelle 19 als ein Losrad ausgeführt ist, wahlweise mit der Getriebeeingangswelle 16 oder dem Getriebegehäuse 15 verbindbar ist. Die Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 weist eine Schaltklaue 31 auf, die drehfest mit dem Sonnenrad 24 verbunden ist. Mittels einer Verschiebung der Schaltklaue 31 kann das Sonnenrad 24 wahlweise drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 oder dem Getriebegehäuse 15 verbunden werden. Um Drehzahlen der zu verbindenden Einheiten anzugleichen, weist die Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 eine Synchronisiereinheit 17 auf, die die Drehzahlen während des Schaltvorgangs synchronisiert.
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Die Schaltklaue 31 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 weist drei Schaltstellungen auf. In der ersten Schaltstellung ist das Sonnenrad 24 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 gekoppelt. In der zweiten Schaltstellung ist das Sonnenrad 24 drehfest mit dem Getriebegehäuse 15 gekoppelt. In der dritten Schaltstellung ist das Sonnenrad 24 von der Getriebeeingangswelle 16 und dem Getriebegehäuse 15 entkoppelt.
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Um eine Antriebsfunktionalität zu gewährleisten und gleichzeitig die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 schalten zu können, weist die Getriebeeinheit eine Direktgangkoppeleinheit 18 auf, die ein Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit von eins bereitstellt. Die Direktgangkoppeleinheit 18 weist eine mittels eines Pneumatikelements 33 betätigte Schaltklaue 32 auf, mittels der die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 drehfest miteinander gekoppelt werden können.
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Die Schaltklaue 32 der Direktgangkoppeleinheit 18 weist zwei Schaltstellungen auf. In der ersten Schaltstellung sind die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 drehfest miteinander gekoppelt. In der zweiten Schaltstellung sind die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 voneinander entkoppelt.
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In einem ersten Betriebsmodus, in dem die langsame Schaltgruppe geschaltet ist, befindet sich die Schaltklaue 31 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 in der ersten Schaltstellung, in der das Sonnenrad 24 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 gekoppelt ist. Die Schaltklaue 32 der Direktgangkoppeleinheit 18 befindet sich in der zweiten Schaltstellung, in der die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 voneinander entkoppelt sind. Die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 befindet sind in der zweiten Schaltstellung, in der das Hohlrad 13 mit dem Getriebegehäuse 15 gekoppelt ist.
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In dem ersten Betriebsmodus wälzen sich die Planetenräder 27, 28, die über das Sonnenrad 24 von der Getriebeeingangswelle 16 angetrieben werden, auf dem mit dem Getriebegehäuse 15 verbundenen Hohlrad 13 ab, wodurch der Planetenradträger 26 und somit die Getriebeausgangswelle 19 angetrieben werden. Da das Hohlrad 13 in diesem Betriebsmodus drehfest mit dem Getriebegehäuse 15 gekoppelt ist, ist die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 in diesem Betriebsmodus inaktiv. Ein Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinheit in dem ersten Betriebsmodus ist größer als eins.
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In einem zweiten Betriebsmodus, in dem die schnelle Schaltgruppe geschaltet ist, befindet sich die Schaltklaue 31 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 in der dritten Schaltstellung, in der das Sonnenrad 24 von der Getriebeeingangswelle 16 und dem Getriebegehäuse 15 entkoppelt ist. Die Schaltklaue 32 der Direktgangkoppeleinheit 18 befindet sich in der ersten Schaltstellung, in der die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 drehfest miteinander gekoppelt sind. Die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 befindet sind in der dritten Schaltstellung, in der das Hohlrad 13 von dem Getriebegehäuse 15 und der Getriebeausgangswelle 19 entkoppelt ist.
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In dem zweiten Betriebsmodus ist durch die drehfeste Kopplung der Getriebeeingangswelle 16 mit der Getriebeausgangswelle 19 das Übersetzungsverhältnis von eins eingestellt und somit die schnelle Schaltgruppe geschaltet. Über die Getriebeausgangswelle 19 wird der Planetenradträger 26 angetrieben, der über die Planetenräder 27, 28 wiederum das Hohlrad 13 und das Sonnenrad 24 antreibt. Das Hohlrad 13, über das die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 angetrieben wird, und das Sonnenrad 24 sind in diesem Betriebsmodus frei drehbar. Dadurch stellt sich an dem Hohlrad 13 eine Drehzahl ein, bei der ein gesamter Reibverlust der Planetenradgetriebeeinheit 11 und der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 minimal ist. Vorzugsweise wird die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 in diesem Betriebszustand eine Drehzahl aufweisen, die geringfügig größer ist als Null. Die Drehzahl der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 ist dabei insbesondere über eine definierte Wahl von Reibwiderständen in der Planetenradgetriebeeinheit 11 und der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 einstellbar.
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Um von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus zu schalten, wird zuerst das Sonnenrad 24 von der Getriebeeingangswelle 16 getrennt. Dazu wird die Schaltklaue 31 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 von der ersten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung, in der das Sonnenrad 24 von der Getriebeeingangswelle 16 und dem Getriebegehäuse 15 entkoppelt ist, geschaltet. Anschließend wird die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung geschaltet, wodurch das Hohlrad 13 und der Planetenradträger 26 gegeneinander verblockt sind. Über die Planetenräder 27, 28 und das Sonnenrad 24 sind damit die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 drehfest miteinander verbunden und die Getriebeeinheit hat ein Übersetzungsverhältnis von eins. Während des Schaltvorgangs der Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 werden die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 16 und die Drehzahl des Hohlrads 13 mittels der Synchronisiereinheit 21 der Übersetzungskoppeleinheit 20 angepasst. Wenn sich die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 in der ersten Schaltstellung befindet, wird die Schaltklaue 32 der Direktgangkoppeleinheit 18 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung geschaltet. Dadurch sind die Getriebeeingangswelle 16 und die Getriebeausgangswelle 19 über die Direktgangkoppeleinheit 18 drehfest miteinander verbunden und die Schaltklaue 29 der Übersetzungskoppeleinheit 20 kann in die dritte Schaltstellung verschoben werden. Analog in umgekehrter Reihenfolge wird von dem zweiten Betriebsmodus wieder zurück in den ersten Betriebsmodus geschaltet.
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In einem Bremsbetriebsmodus, in dem mittels der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 das Bremsmoment bereitgestellt werden soll, wird die Schaltklaue 31 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung geschaltet. Während des Schaltvorgangs wird dabei die Drehzahl des Sonnenrads 24 mittels der Synchronisiereinheit 17 der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 auf Null abgebremst. Die Drehzahl des Hohlrades 13, mit dem die Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 verbunden ist, entspricht dann einer Drehzahl, die sich insbesondere aus dem Übersetzungsverhältnis der Planetenradgetriebeeinheit 11 und der Drehzahl der Getriebeausgangswelle 19 ergibt.
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Das Bremsmoment der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 hängt insbesondere von der Drehzahl der Kraftfahrzeugbremsvorrichtung 10 ab. Mittels der Kraftfahrzeugbremsvorrichtungskoppeleinheit 14 kann somit einfach von einem reibverlustarmen zweiten Betriebsmodus, der einen Antriebsmodus bildet, in den Bremsbetriebsmodus und zurück geschaltet werden. Insbesondere können dabei durch ein gezieltes Abbremsen des Sonnenrads 24 auch Teilbremsmomente, bei denen ein Übersetzungsverhältnis kleiner ist als das bei stehendem Sonnenrad 24, eingestellt werden.