DE102012207327A1

DE102012207327A1 - Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012207327A1
Application number: DE102012207327A
Authority: DE
Inventors: Kai Bornträger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US8905890B2; SE1350501A1; SE538148C2; US20130296097A1

Abstract

Gruppengetriebe (1) mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe (HG), einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe (GV) und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe (GP). Zur Erzielung einer geringeren Baulänge ist vorgesehen, dass das Hauptgetriebe in Planetenbauweise ausgeführt ist und zwei axial benachbart angeordnete einfache Planetenradsätze (PS1, PS2) mit jeweils einem Sonnenrad (10, 15), jeweils einem mehrere Planetenräder (12, 17) tragenden Planetenträger (11, 16) und jeweils einem Hohlrad (13, 18) umfasst, wobei das Hohlrad (13) des eingangsseitigen Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit der Eingangswelle (9) des Hauptgetriebes verbunden ist, der Planetenträger (11) des eingangsseitigen Planetenradsatzes über eine Zwischenwelle (14) drehfest mit dem Sonnenrad (15) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes (PS3) verbunden ist, das Sonnenrad (10) des eingangsseitigen Planetenradsatzes über ein splitgruppennahes Doppelschaltelement (C2) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Zwischenwelle (14) verbindbar ist, der Planetenträger (16) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes über zwei Einzelschaltelemente (CRa, CRb) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle (19) des Hauptgetriebes verbindbar ist, und das Hohlrad (18) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes über ein splitgruppenfernes Doppelschaltelement (C3) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle (19) des Hauptgetriebes verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe, und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe.
Gruppengetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe, einer diesem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe sowie einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe sind seit längerem bekannt und kommen bevorzugt in schweren Nutzfahrzeugen zur Anwendung. Durch eine zumeist zweistufig ausgeführte Splitgruppe mit einem in etwa der Hälfte eines mittleren Übersetzungssprungs zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes entsprechenden Übersetzungssprung werden die Übersetzungssprünge des Hauptgetriebes halbiert und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge des Gruppengetriebes verdoppelt. Durch eine üblicherweise zweistufige Bereichsgruppe mit einem in etwa um einen mittleren Übersetzungssprung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes über dem gesamten Übersetzungssprung des Hauptgetriebes liegenden Übersetzungssprung wird die Spreizung des Gesamtgetriebes in etwa verdoppelt und die Anzahl der alles in allem zur Verfügung stehenden Gänge des Gruppengetriebes nochmals verdoppelt. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit einem dreistufigen Hauptgetriebe (mit drei Vorwärtsgangstufen und einer Rückwärtsgangstufe) ein Gruppengetriebe mit insgesamt zwölf Vorwärtsgängen sowie maximal vier Rückwärtsgängen, und in Verbindung mit einem vierstufigen Hauptgetriebe (mit vier Vorwärtsgangstufen und einer Rückwärtsgangstufe) ein Gruppengetriebe mit insgesamt sechzehn Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen.
Ein solches Gruppengetriebe weist gegenüber einem Einzelgetriebe mit einer vergleichbaren Anzahl von Gängen sowie einer ähnlichen Gangabstufung und Spreizung deutlich kompaktere Abmessungen und ein geringeres Gewicht auf. Da viele Schaltungen in einem Gruppengetriebe aber den Wechsel von Übersetzungsstufen in mehreren Teilgetrieben erfordern und somit relativ kompliziert ablaufen, sind die meisten bekannten Gruppengetriebe entweder teilautomatisiert oder vollautomatisiert schaltbar ausgebildet.
Aus der als AS-Tronic-Familie bezeichneten Baureihe automatisierter Schaltgetriebe der Anmelderin sind die für mittelschwere Nutzfahrzeuge konzipierten Getriebe der AS-Tronic-mid-Baureihe und die für schwere Nutzfahrzeuge vorgesehenen Getriebe der AS-Tronic-Baureihe jeweils als Gruppengetriebe mit einem mehrstufigen, d.h. mit drei oder vier Vorwärtsgangstufen versehenen Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten zweistufigen Splitgruppe und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten zweistufigen Bereichsgruppe bekannt. Das Hauptgetriebe ist jeweils in Vorgelegebauweise ausgeführt, mit unsynchronisierten Klauenkupplungen versehen, und weist im Fall der AS-Tronic-mid-Baureihe eine einzige Vorgelegewelle sowie im Fall der AS-Tronic-Baureihe aus Gründen der Gewichts- und Bauraumoptimierung zwei Vorgelegewellen auf. In beiden Baureihen ist das Hauptgetriebe wahlweise in einer Direktgangausführung (i_{HG_min} = 1) oder in einer Schnellgangausführung (i_{HG_min} < 1) verfügbar. Die Splitgruppe ist jeweils als ein Vorgelegegetriebe mit zwei schaltbaren Eingangskonstanten für das Hauptgetriebe ausgebildet. Die Bereichsgruppe ist jeweils als zweistufiges Planetengetriebe mit einer schaltbaren Direktverbindung (i_GP = 1) und einer dazu alternativ schaltbaren hohen Übersetzung (i_GP >> 1) ausgeführt.
In der DE 198 31 293 A1 wird ein Baukastensystem vorgeschlagen, mit dem mehrere derart aufgebaute Gruppengetriebe mit unterschiedlicher Anzahl von Gängen und verschiedenen Übersetzungen unter Verwendung baugleicher Baugruppen und Zahnradsätze gebildet werden können. Das Hauptgetriebe ist jeweils in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist je nach Ausführungsform zwei, drei oder vier Vorwärtsgangstufen sowie eine Rückwärtsgangstufe auf. Die dem Hauptgetriebe vorgeschaltete Splitgruppe ist jeweils zweistufig ausgebildet, ebenfalls in Vorgelegebauweise ausgeführt, und weist zwei alternativ schaltbare Eingangskonstanten des Hauptgetriebes auf. Die dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Bereichsgruppe ist ebenfalls zweistufig ausgebildet und in Planetenbauweise ausgeführt, und sie weist eine stark untersetzte sowie eine direkte Übersetzungsstufe auf.
Beispielsweise aus der EP 0 618 382 B1 ist es aber auch bekannt, dass eine Splitgruppe in Planetenbauweise ausgeführt sein kann, und dass eine Bereichsgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt sein kann. Das in der EP 0 618 382 B1 vorgeschlagene Gruppengetriebe besteht aus einem in Vorgelegebauweise ausgeführten mehrstufigen Hauptgetriebe und einem dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Zusatzgetriebe, das eine zweistufige Splitgruppe und eine zweistufige Bereichsgruppe umfasst. In einer ersten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 2 ist die Splitgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt, wogegen die Bereichsgruppe wie bei den Ausführungsformen der Gruppengetriebe der DE 198 31 293 A1 in Planetenbauweise ausgeführt ist. In einer zweiten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 3 der EP 0 618 382 B1 ist die Splitgruppe dagegen in Planetenbauweise und die Bereichsgruppe in Vorgelegebauweise ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe vorzuschlagen, das gegenüber den bekannten Ausführungsformen geringere Abmessungen, insbesondere eine geringere axiale Baulänge aufweist, und entsprechend kompakter sowie leichter ist.
Diese Aufgabe ist für ein Gruppengetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Hauptgetriebe in Planetenbauweise ausgeführt ist und zwei axial benachbart angeordnete einfache Planetenradsätze mit jeweils einem Sonnenrad, jeweils einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und jeweils einem Hohlrad umfasst, wobei das Hohlrad des eingangsseitigen Planetenradsatzes drehfest mit der Eingangswelle des Hauptgetriebes verbunden ist, der Planetenträger des eingangsseitigen Planetenradsatzes über eine Zwischenwelle drehfest mit dem Sonnenrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes verbunden ist, das Sonnenrad des eingangsseitigen Planetenradsatzes über ein splitgruppennahes Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Zwischenwelle verbindbar ist, der Planetenträger des ausgangsseitigen Planetenradsatzes über zwei Einzelschaltelemente wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbindbar ist, und das Hohlrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes über ein splitgruppenfernes Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbindbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gruppengetriebes sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise für ein schweres Nutzfahrzeug, das ein mehrstufiges Hauptgetriebe, eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vorgeordnete Splitgruppe und eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnete Bereichsgruppe aufweist.
Zur Erzielung geringerer Abmessungen, insbesondere einer geringeren axialen Baulänge des Gruppengetriebes, ist das Hauptgetriebe in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst zwei axial benachbart angeordnete einfache Planetenradsätze, die jeweils aus einem Sonnenrad, jeweils einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und jeweils einem Hohlrad bestehen. Die beiden Planetenradsätze sind über eine Zwischenwelle miteinander gekoppelt, die einerseits drehfest mit dem Planetenträger des eingangsseitigen Planetenradsatzes und andererseits drehfest mit dem Sonnenrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes verbunden ist. Das Hohlrad des eingangsseitigen Planetenradsatzes ist drehfest mit der Eingangswelle des Hauptgetriebes verbunden. Da das Sonnenrad des eingangsseitigen Planetenradsatzes über ein splitgruppennahes Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Zwischenwelle verbindbar ist, sind zwei Übersetzungsstufen des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 schaltbar, nämlich eine untersetzte Übersetzungsstufe (i_PS2 > 1) und eine direkte Übersetzungsstufe (i_PS2 = 1).
Der Planetenträger des ausgangsseitigen Planetenradsatzes ist über zwei Einzelschaltelemente, nämlich ein erstes Einzelschaltelement und ein zweites Einzelschaltelement, wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbindbar, so dass durch die Schaltung der beiden Einzelschaltelemente die Drehrichtung der Ausgangswelle des Hauptgetriebes festlegbar ist.
Bei Vorwärtsfahrt ist das zweite Einzelschaltelement geschlossen und somit der Planetenträger des ausgangsseitigen Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbunden. Da das Hohlrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes des Hauptgetriebes über ein splitgruppenfernes Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbindbar ist, sind bei Vorwärtsfahrt zwei Übersetzungsstufen des ausgangsseitigen Planetenradsatzes schaltbar, nämlich eine untersetzte Übersetzungsstufe (i_PS3 > 1) und eine direkte Übersetzungsstufe (i_PS3 = 1).
Bei Rückwärtsfahrt ist dagegen das erste Einzelschaltelement geschlossen und somit der Planetenträger des ausgangsseitigen Planetenradsatzes gehäusefest arretiert. Da das Hohlrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes in diesem Fall nicht gehäusefest arretiert werden kann, steht für die Rückwärtsfahrt nur eine Übersetzungsstufe des ausgangsseitigen Planetenradsatzes zur Verfügung.
Das Hauptgetriebe gemäß der Erfindung ermöglicht demnach mit nur zwei Zahnradebenen die Schaltung von insgesamt vier Gangstufen für Vorwärtsfahrt und zwei Gangstufen für Rückwärtsfahrt. Dabei weist die direkte Gangstufe des Hauptgetriebes für Vorwärtsfahrt, bei der seine beiden Planetenradsätze in die jeweils direkte Übersetzungsstufe (i_PS2 = 1, i_PS3 = 1) geschaltet sind, einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, da die Planetenradsätze dann jeweils starr umlaufen, und somit in den betreffenden Verzahnungseingriffen keine Wälzverluste auftreten.
Gegenüber einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Hauptgetriebe mit derselben Anzahl von Gangstufen werden durch die Planetenbauweise des Hauptgetriebes mindestens vier Zahnradebenen eingespart, wodurch insbesondere die axiale Baulänge des Hauptgetriebes und damit auch des gesamten Gruppengetriebes wesentlich verringert ist, und in entsprechendem Umfang Bauraum und Gewicht eingespart sind.
Da die beiden Einzelschaltelemente des Hauptgetriebes wechselseitig geschlossen und geöffnet werden, ist vorteilhaft vorgesehen, dass diese Einzelschaltelemente des Hauptgetriebes mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das eine Einzelschaltelement geöffnet ist, wenn das andere Einzelschaltelement geschlossen ist.
Da das dem ausgangsseitigen Planetenradsatz des Hauptgetriebes zugeordnete splitgruppenferne Doppelschaltelement bei dem für eine Rückwärtsfahrt geschlossenen ersten Einzelschaltelement nicht in diejenige Schaltposition geschaltet werden darf, in der das Hohlrad dieses ausgangsseitigen Planetenradsatzes gehäusefest arretiert ist, sondern sich in der entgegengesetzten Schaltposition befinden muss, kann in ähnlicher Weise vorgesehen sein, dass das erste Einzelschaltelement des Hauptgetriebes und das dem ausgangsseitigen Planetenradsatz des Hauptgetriebes zugeordnete splitgruppenferne Doppelschaltelement mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das splitgruppenferne Doppelschaltelement bei geöffnetem ersten Einzelschaltelement frei schaltbar ist und sich bei geschlossenem ersten Einzelschaltelement in derjenigen Schaltposition befindet, in der das Hohlrad des ausgangsseitigen Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbunden ist.
Zur weiteren Einsparung von Bauraum ist vorteilhaft vorgesehen, dass auch die Splitgruppe in Planetenbauweise ausgebildet ist. Die Splitgruppe weist daher einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad auf, wobei das Hohlrad drehfest mit der Eingangswelle der Splitgruppe verbunden ist, der Planetenträger drehfest mit der Ausgangswelle der Splitgruppe verbunden ist, und das Sonnenrad über ein splitgruppenseitiges Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle der Splitgruppe verbindbar ist.
Da das Sonnenrad des Planetenradsatzes der Splitgruppe über das splitgruppenseitige Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle der Splitgruppe verbindbar ist, sind zwei Übersetzungsstufen des Planetenradsatzes der Splitgruppe schaltbar, nämlich eine untersetzte Übersetzungsstufe (i_PS1 > 1) und eine direkte Übersetzungsstufe (i_PS1 = 1). Damit wird die Anzahl der in dem Hauptgetriebe schaltbaren Gangstufen verdoppelt. Die Planetenbauweise einer Splitgruppe ist zwar prinzipiell aus der EP 0 618 382 B1 bekannt, die dortige Splitgruppe weist jedoch eine andere Anbindung des Hohlrades und des Planetenträgers an die Eingangswelle und die Ausgangswelle der Splitgruppe auf, wird in Verbindung mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Hauptgetriebe verwendet, und ist dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnet. Gegenüber einer in Vorgelegebauweise ausgeführten zweistufigen Splitgruppe wird durch die Planetenbauweise eine Zahnradebene eingespart.
Des weiteren ist zur Einsparung von Bauraum vorgesehen, dass auch die Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgebildet ist und einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad umfasst, wobei das Sonnenrad drehfest mit der Eingangswelle der Bereichsgruppe verbunden ist, der Planetenträger drehfest mit der Ausgangswelle der Bereichsgruppe verbunden ist, und das Hohlrad über ein bereichsgruppenseitiges Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit dem Planetenträger verbindbar ist.
Da das Hohlrad des Planetenradsatzes der Bereichsgruppe über das bereichsgruppenseitige Doppelschaltelement wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit dem Planetenträger der Bereichsgruppe verbindbar ist, sind zwei Übersetzungsstufen des Planetenradsatzes der Bereichsgruppe schaltbar, nämlich eine untersetzte Übersetzungsstufe (i_PS4 > 1) und eine direkte Übersetzungsstufe (i_PS4 = 1). Damit wird die Anzahl der in dem Hauptgetriebe und der Splitgruppe schaltbaren Gangstufen erneut verdoppelt, so dass das Gruppengetriebe mit einem Aufbau gemäß der Erfindung insgesamt sechzehn Vorwärtsgänge G1–G16 und mindestens vier Rückwärtsgänge R1–R4 aufweist.
Die Planetenbauweise einer Bereichsgruppe ist zwar in ähnlicher Weise aus der DE 198 31 293 A1 und der EP 0 618 382 B1 bekannt, die dortigen Splitgruppen weisen jedoch eine andere schaltbare Anbindung des Hohlrades auf, und sie werden in Verbindung mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Hauptgetriebe verwendet. Gegenüber einer in Vorgelegebauweise ausgeführten zweistufigen Bereichsgruppe wird durch die Planetenbauweise ebenfalls eine Zahnradebene eingespart.
Zur Synchronisierung der genannten Schaltelemente kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Kupplungselemente von wenigstens einem Doppelschaltelement eines der Teilgetriebe und/oder mindestens eines der beiden Einzelschaltelemente des Hauptgetriebes als reibsynchronisierte Synchronkupplungen ausgebildet sind.
Wenn allerdings Mittel zur Fremdsynchronisierung zur Verfügung stehen, wie beispielsweise eine an einer Getriebewelle angeordnete Getriebebremse und/oder eine mit einer Getriebewelle in Triebverbindung stehende oder bringbare Elektromaschine, und hierzu geeignete Verfahren zur Schaltsteuerung zur Anwendung kommen, können die Kupplungselemente von wenigstens einem Doppelschaltelement eines der Teilgetriebe und/oder mindestens eines der beiden Einzelschaltelemente des Hauptgetriebes auch als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sein, die gegenüber Synchronkupplungen deutlich verschleißfester und kostengünstiger sind.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt
1 eine bevorzugte Ausführungsform eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Gruppengetriebes in einer schematischen Ansicht, und
2 ein Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 1 in Form einer Tabelle.
Das in 1 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1 umfasst ein mehrstufiges Hauptgetriebe HG, eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch vorgeordnete zweistufige Splitgruppe GV, und eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnete zweistufige Bereichsgruppe GP. Alle diese Teilgetriebe des Gruppengetriebes 1 sind in Planetenbauweise ausgeführt.
Die Splitgruppe GV besteht aus einem einfachen Planetenradsatz PS1 mit einem Sonnenrad 4, einem mehrere Planetenräder 6 tragenden Planetenträger 5, und einem Hohlrad 7. Das Hohlrad 7 ist drehfest mit der Eingangswelle 3 der Splitgruppe GV verbunden. Die Eingangswelle 3 der Splitgruppe GV bildet zugleich die Eingangswelle des gesamten Gruppengetriebes 1 und ist über eine als Reibungskupplung ausgebildete Anfahrkupplung K mit der Triebwelle 2 eines in 1 nicht dargestellten Antriebsmotors verbindbar. Der Planetenträger 5 ist drehfest mit der Ausgangswelle 8 der Splitgruppe GV verbunden. Das Sonnenrad 4 ist über ein splitgruppenseitiges Doppelschaltelement C1 mit Kupplungselementen C1a bzw. C1b wechselweise in einer Schaltstellung a gehäusefest arretierbar oder in einer Schaltstellung b drehfest mit der Ausgangswelle 8 der Splitgruppe GV verbindbar.
Die Splitgruppe GV weist somit zwei alternativ schaltbare Übersetzungsstufen auf. In der Schaltstellung a des splitgruppenseitigen Doppelschaltelementes C1, in der das Sonnenrad 4 gehäusefest arretiert ist, ergibt sich die Übersetzung des Planetenradsatzes PS1 und damit der Splitgruppe GV (i_GV = i_PS1) mit der Standübersetzung i₀₁ nach der Formel i_PS1 = (1 – 1/i₀₁). In der Schaltstellung b des splitgruppenseitigen Doppelschaltelementes C1, in der das Sonnenrad 4 drehfest mit der Ausgangswelle 8 der Splitgruppe GV verbunden ist, ist die Übersetzung des Planetenradsatzes PS1 und damit der Splitgruppe GV gleich eins (i_PS1 = 1).
Das Hauptgetriebe HG besteht aus zwei axial benachbart angeordneten einfachen Planetenradsätzen PS2, PS3 mit jeweils einem Sonnenrad 10 bzw. 15, jeweils einem mehrere Planetenräder 12, 17 tragenden Planetenträger 11, 16, und jeweils einem Hohlrad 13, 18. Das Hohlrad 13 des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 ist drehfest mit der Eingangswelle 9 des Hauptgetriebes HG verbunden, die auch drehfest mit der Ausgangswelle 8 der Splitgruppe GV verbunden ist. Der Planetenträger 11 des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 ist über eine Zwischenwelle 14 des Hauptgetriebes HG drehfest mit dem Sonnenrad 15 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 verbunden. Das Sonnenrad 10 des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 ist über ein splitgruppennahes Doppelschaltelement C2 mit Kupplungselementen C2a bzw. C2b wechselweise in einer Schaltstellung a gehäusefest arretierbar oder in einer Schaltstellung b drehfest mit der Zwischenwelle 14 verbindbar. Der Planetenträger 16 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 ist über zwei Einzelschaltelemente CRa, CRb wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbindbar. Das Hohlrad 18 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 ist über ein splitgruppenfernes Doppelschaltelement C3 mit Kupplungselementen C3a bzw. C3b wechselweise in einer Schaltstellung a gehäusefest arretierbar oder in einer Schaltstellung b drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbindbar.
Durch die strichpunktierte Linie 20 ist symbolisch dargestellt, dass die beiden Einzelschaltelemente CRa, CRb des Hauptgetriebes HG mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das eine Einzelschaltelement (CRa oder CRb) geöffnet ist, wenn das andere Einzelschaltelement (CRb oder CRa) geschlossen ist. Zudem ist durch die strichpunktierte Linie 21 symbolisch veranschaulicht, dass das erste Einzelschaltelement CRa des Hauptgetriebes HG und das dem ausgangsseitigen Planetenradsatz PS3 des Hauptgetriebes HG zugeordnete splitgruppenferne Doppelschaltelement C3 mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das splitgruppenferne Doppelschaltelement C3 bei geöffnetem Einzelschaltelement CRa frei schaltbar ist und sich bei geschlossenem Einzelschaltelement CRa in derjenigen Schaltposition b befindet, in der das Hohlrad 18 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden ist.
Das Hauptgetriebe HG weist daher mit nur zwei Zahnradebenen insgesamt vier Gangstufen für Vorwärtsfahrt und zwei Gangstufen für Rückwärtsfahrt auf, deren jeweilige Übersetzung sich aus dem Produkt der Übersetzungen i_PS2, i_PS3 der beiden Planetenradsätze PS2, PS3 ergibt (i_HG = i_PS2·i_PS3). In Schaltposition a des splitgruppennahen Doppelschaltelementes C2, in der das Sonnenrad 10 des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 gehäusefest arretiert ist, ergibt sich die Übersetzung des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 mit der Standübersetzung i₀₂ nach der Formel i_PS2 = (1 – 1/i₀₂). In Schaltposition b des splitgruppennahen Doppelschaltelementes C2, in der das Sonnenrad 10 des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 drehfest mit der Zwischenwelle 14 des Hauptgetriebes HG verbunden ist, ist die Übersetzung des eingangsseitigen Planetenradsatzes PS2 gleich eins (i_PS2 = 1).
Bei Vorwärtsfahrt ist, wie es auch in 1 explizit dargestellt ist, das erste Einzelschaltelement CRa geöffnet und das zweite Einzelschaltelement CRb geschlossen. Somit ist der Planetenträger 16 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 dann drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden. In Schaltposition a des splitgruppenfernen Doppelschaltelementes C3, in der das Hohlrad 18 gehäusefest arretiert ist, ergibt sich die Übersetzung des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 mit der Standübersetzung i₀₃ dann nach der Formel i_PS3 = (1 – i₀₃). In Schaltposition b des splitgruppenfernen Doppelschaltelementes C3, in der das Hohlrad 18 drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden ist, ist die Übersetzung des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 dann gleich eins (i_PS3 = 1). Wenn beide Planetenradsätze PS2, PS3 des Hauptgetriebes HG zur Schaltung der direkten Gangstufe des Hauptgetriebes HG in die jeweils direkte Übersetzungsstufe (i_PS2 = 1, i_PS3 = 1) geschaltet sind, weist das Hauptgetriebe HG einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, da diese Planetenradsätze PS2, PS3 dann jeweils starr umlaufen, und somit in den betreffenden Verzahnungseingriffen keine Wälzverluste auftreten.
Bei Rückwärtsfahrt ist entgegen der Darstellung in 1 das erste Einzelschaltelement CRa geschlossen und das zweite Einzelschaltelement CRb geöffnet. Somit ist der Planetenträger 16 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 dann gehäusefest arretiert. Das splitgruppenferne Doppelschaltelement C3 befindet sich dann zwangsläufig in Schaltposition b, in der das Hohlrad 18 drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden ist. Bei Rückwärtsfahrt ist somit nur eine Übersetzung i_PS3 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 verfügbar, die sich mit der Standübersetzung i₀₃ nach der Formel i_PS3 = i₀₃ ergibt.
Die Bereichsgruppe GP besteht aus einem einfachen Planetenradsatz PS4 mit einem Sonnenrad 23, einem mehrere Planetenräder 25 tragenden Planetenträger 24 und einem Hohlrad 26. Das Sonnenrad 23 ist drehfest mit der Eingangswelle 22 der Bereichsgruppe GP verbunden, die auch drehfest mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden ist. Der Planetenträger 24 ist drehfest mit der Ausgangswelle 27 der Bereichsgruppe GP verbunden. Die Ausgangswelle 27 der Bereichsgruppe GP bildet zugleich die Ausgangswelle des gesamten Gruppengetriebes 1 und steht in nicht dargestellter Weise beispielsweise über eine Kardanwelle mit dem Achsdifferenzial einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs in Triebverbindung. Das Hohlrad 26 ist über ein bereichsgruppenseitiges Doppelschaltelement C4 mit Kupplungselementen C4a bzw. C4b wechselweise in einer Schaltposition a gehäusefest arretierbar oder in einer Schaltposition b drehfest mit dem Planetenträger 24 verbindbar.
Die Bereichsgruppe GP weist somit zwei alternativ schaltbare Übersetzungsstufen auf. In der Schaltposition a des bereichsgruppenseitigen Doppelschaltelementes C4, in der das Hohlrad 26 gehäusefest arretiert ist, ergibt sich die Übersetzung des Planetenradsatzes PS4 und damit der Bereichsgruppe GP mit der Standübersetzung i₀₄ nach der Formel i_PS4 = (1 – i₀₄). In der Schaltposition b des Doppelschaltelementes C4, in der das Hohlrad 26 drehfest mit dem Planetenträger 24 verbunden ist, ist die Übersetzung des Planetenradsatzes PS4 und damit der Bereichsgruppe GP (i_GP = i_PS4) gleich eins (i_PS4 = 1).
Das Gruppengetriebe 1 weist somit mit insgesamt nur vier Zahnradebenen sechzehn Vorwärtsgänge G1–G16 und mindestens vier Rückwärtsgänge R1–R4 auf. Gegenüber bekannten Gruppengetrieben, bei denen zumindest das Hauptgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt ist, weist das Gruppengetriebe gemäß der Erfindung insbesondere eine wesentlich geringere axiale Baulänge auf, wodurch in entsprechendem Umfang Bauraum und Gewicht eingespart ist.
Ein entsprechendes Schaltschema des Gruppengetriebes 1 gemäß 1 ist in der Tabelle der 2 angegeben. Demnach ergeben sich für das Gruppengetriebe 1 insgesamt sechzehn Gänge G1–G16 für Vorwärtsfahrt und vier Gänge R1–R4 für Rückwärtsfahrt. In dieser Tabelle sind für die sechzehn Vorwärtsgänge G1–G16 und vier Rückwärtsgänge R1–R4 in den Spalten C1, C2, C3 und C4 die jeweils eingelegten Schaltpositionen a bzw. b dieser Schaltelemente C1 bis C4 angegeben. In den Spalten CRa und CRb ist für die genannten Gänge das jeweils geschlossene erste beziehungsweise zweite Einzelschaltelement CRa, CRb des Hauptgetriebes HG durch ein „+“-Zeichen markiert. Bei eingelegtem ersten Gang G1 ist demnach das zweite Einzelschaltelement CRb geschlossen, so dass der Planetenträger 16 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 mit der Ausgangswelle 19 des Hauptgetriebes HG verbunden und zugleich das erste Einzelschaltelement CRa des Hauptgetriebes HG geöffnet ist. Bei eingelegtem erstem Rückwärtsgang R1 ist demnach das erste Einzelschaltelement CRa geschlossen, so dass der Planetenträger 16 des ausgangsseitigen Planetenradsatzes PS3 des Hauptgetriebes HG gehäusefest arretiert ist, und zugleich das zweite Einzelschaltelement CRb des Hauptgetriebes HG geöffnet ist.
Für die Rückwärtsfahrt wird die direkte Übersetzungsstufe der Bereichsgruppe GP (i_PS4 = 1) nicht genutzt, da das Rückwärtsrangieren nur mit niedriger Fahrgeschwindigkeit erfolgt und somit die höheren Übersetzungen dafür nicht benötigt werden. Das bereichsgruppenseitige Doppelschaltelement C4 befindet sich zur Realisierung aller Rückwärtsgänge R1–R4 daher in seiner Schaltstellung a mit gehäusefestem Hohlrad 26.
In der ganz rechts angeordneten Spalte i der Tabelle der 2 sind die Übersetzungen der Gänge G1–G16, R1–R4 angegeben, die sich aus den beispielhaft angenommenen Standübersetzungen der vier Planetenradsätze PS1, PS2, PS3, PS4 von i₀₁ = –3,676 bzw. i₀₂ = –1,618 bzw. i₀₃ = –1,618 und i₀₄ = –5,854 ergeben.
Bezugszeichenliste

1: Gruppengetriebe
2: Triebwelle
3: Eingangswelle von Splitgruppe GV
4: Sonnenrad von Planetenradsatz PS1
5: Planetenträger von Planetenradsatz PS1
6: Planetenrad von Planetenradsatz PS1
7: Hohlrad von Planetenradsatz PS1
8: Ausgangswelle von Splitgruppe GV
9: Eingangswelle von Hauptgetriebe HG
10: Sonnenrad von Planetenradsatz PS2
11: Planetenträger von Planetenradsatz PS2
12: Planetenrad von Planetenradsatz PS2
13: Hohlrad von Planetenradsatz PS2
14: Zwischenwelle von Hauptgetriebe HG
15: Sonnenrad von Planetenradsatz PS3
16: Planetenträger von Planetenradsatz PS3
17: Planetenrad von Planetenradsatz PS3
18: Hohlrad von Planetenradsatz PS3
19: Ausgangswelle von Hauptgetriebe HG
20: Kopplung von Einzelschaltelement CRa und Einzelschaltelement CRb
21: Kopplung von Einzelschaltelement CRa und Doppelschaltelement C3
22: Eingangswelle von Bereichsgruppe GP
23: Sonnenrad von Planetenradsatz PS4
24: Planetenträger von Planetenradsatz PS4
25: Planetenrad von Planetenradsatz PS4
26: Hohlrad von Planetenradsatz PS4
27: Ausgangswelle von Bereichsgruppe GP
a: Schaltposition von Doppelschaltelement C1, C2, C3, C4
b: Schaltposition von Doppelschaltelement C1, C2, C3, C4
C1: Splitgruppenseitiges Doppelschaltelement
C1a, C1b: Kupplungselemente des splitgruppenseitigen Doppelschaltelements C1
C2: Splitgruppennahes Doppelschaltelement des Hauptgetriebe HG
C2a, C2b: Kupplungselemente des splitgruppennahen Doppelschaltelements C2
C3: Splitgruppenfernes Doppelschaltelement des Hauptgetriebe HG
C3a, C3b: Kupplungselemente des splitgruppenfernen Doppelschaltelements C3
C4: Bereichsgruppenseitiges Doppelschaltelement
C4a, C4b: Kupplungselemente des bereichsgruppenseitigen Doppelschaltelements
C4
CRa: Erstes Einzelschaltelement des Hauptgetriebes HG
CRb: Zweites Einzelschaltelement des Hauptgetriebes HG
G1–G16: Vorwärtsgänge des Gruppengetriebes 1
GP: Bereichsgruppe
GV: Splitgruppe
HG: Hauptgetriebe
i: Übersetzung, Gangübersetzung
i₀₁: Standübersetzung von Planetenradsatz PS1
i₀₂: Standübersetzung von Planetenradsatz PS2
i₀₃: Standübersetzung von Planetenradsatz PS3
i₀₄: Standübersetzung von Planetenradsatz PS4
i_GP: Übersetzung von Bereichsgruppe GP
i_GV: Übersetzung von Splitgruppe GV
i_HG: Übersetzung von Hauptgetriebe HG
i_{HG_min}: Niedrigste Übersetzung von Hauptgetriebe HG
i_PS1: Übersetzung von Planetenradsatz PS1
i_PS2: Übersetzung von Planetenradsatz PS2
i_PS3: Übersetzung von Planetenradsatz PS3
i_PS4: Übersetzung von Planetenradsatz PS4
K: Anfahrkupplung, Reibungskupplung
PS1: Splitgruppenseitiger Planetenradsatz
PS2: Eingangsseitiger Planetenradsatz von Hauptgetriebe HG
PS3: Ausgangsseitiger Planetenradsatz von Hauptgetriebe HG
PS4: Bereichsgruppenseitiger Planetenradsatz
R1–R4: Rückwärtsgänge des Gruppengetriebes 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19831293 A1 [0005, 0006, 0023]
EP 0618382 B1 [0006, 0006, 0006, 0020, 0023]

Claims

Gruppengetriebe (1) eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe (HG), einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe (GV) und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe (GP), dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG) in Planetenbauweise ausgeführt ist und zwei axial benachbart angeordnete einfache Planetenradsätze (PS2, PS3) mit jeweils einem Sonnenrad (10, 15), jeweils einem mehrere Planetenräder (12, 17) tragenden Planetenträger (11, 16) und jeweils einem Hohlrad (13, 18) umfasst, wobei das Hohlrad (13) des eingangsseitigen Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit der Eingangswelle (9) des Hauptgetriebes (HG) verbunden ist, der Planetenträger (11) des eingangsseitigen Planetenradsatzes (PS2) über eine Zwischenwelle (14) drehfest mit dem Sonnenrad (15) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes (PS3) verbunden ist, das Sonnenrad (10) des eingangsseitigen Planetenradsatzes (PS2) über ein splitgruppennahes Doppelschaltelement (C2) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Zwischenwelle (14) verbindbar ist, der Planetenträger (16) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes (PS3) über zwei Einzelschaltelemente (CRa, CRb) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle (19) des Hauptgetriebes (HG) verbindbar ist, und das Hohlrad (18) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes (PS3) über ein splitgruppenfernes Doppelschaltelement (C3) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle (19) des Hauptgetriebes (HG) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Einzelschaltelemente (CRa, CRb) des Hauptgetriebes (HG) mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das eine Einzelschaltelement (CRa; CRb) geöffnet ist, wenn das andere Einzelschaltelement (CRb; CRa) geschlossen ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Einzelschaltelement (CRa) des Hauptgetriebes (HG) und das dem ausgangsseitigen Planetenradsatz (PS3) des Hauptgetriebes (HG) zugeordnete splitgruppenferne Doppelschaltelement (C3) mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder in anderer Weise derart miteinander gekoppelt sind, dass das splitgruppenferne Doppelschaltelement (C3) bei geöffnetem ersten Einzelschaltelement (CRa) frei schaltbar ist und sich bei geschlossenem ersten Einzelschaltelement (CRa) in derjenigen Schaltposition (b) befindet, in der das Hohlrad (18) des ausgangsseitigen Planetenradsatzes (PS3) drehfest mit der Ausgangswelle (19) des Hauptgetriebes (HG) verbunden ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Splitgruppe (GV) in Planetenbauweise ausgeführt ist und einen einfachen splitgruppenseitigen Planetenradsatz (PS1) mit einem Sonnenrad (4), einem mehrere Planetenräder (6) tragenden Planetenträger (5) und einem Hohlrad (7) umfasst, wobei das Hohlrad (7) drehfest mit der Eingangswelle (3) der Splitgruppe (GV) verbunden ist, der Planetenträger (5) drehfest mit der Ausgangswelle (8) der Splitgruppe (GV) verbunden ist, und das Sonnenrad (4) über ein splitgruppenseitiges Doppelschaltelement (C1) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit der Ausgangswelle (8) der Splitgruppe (GV) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichsgruppe (GP) in Planetenbauweise ausgeführt ist und einen einfachen bereichsgruppenseitigen Planetenradsatz (PS4) mit einem Sonnenrad (23), einem mehrere Planetenräder (25) tragenden Planetenträger (24) und einem Hohlrad (26) umfasst, wobei das Sonnenrad (23) drehfest mit der Eingangswelle (22) der Bereichsgruppe (GP) verbunden ist, der Planetenträger (24) drehfest mit der Ausgangswelle (27) der Bereichsgruppe (GP) verbunden ist, und das Hohlrad (26) über ein bereichsgruppenseitiges Doppelschaltelement (C4) wechselweise gehäusefest arretierbar oder drehfest mit dem Planetenträger (24) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente (C1a, C1b; C2a, C2b; C3a, C3b; C4a, C4b) von wenigstens einem Doppelschaltelement (C1, C2, C3, C4) eines der Teilgetriebe (GV, HG, GP) und/oder mindestens eines der beiden Einzelschaltelemente (CRa, CRb) des Hauptgetriebes (HG) als reibsynchronisierte Synchronkupplungen ausgebildet sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungselemente (C1a, C1b; C2a, C2b; C3a, C3b; C4a, C4b) von wenigstens einem Doppelschaltelement (C1, C2, C3, C4) eines der Teilgetriebe (GV, HG, GP) und/oder mindestens eines der beiden Einzelschaltelemente (CRa, CRb) des Hauptgetriebes (HG) als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sind.