DE102013202045A1

DE102013202045A1 - Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013202045A1
Application number: DE102013202045.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Eckhardt Luebke; Michael Wechs
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-07
Also published as: WO2014121957A1; US20150354681A1; EP2954228A1; US9488260B2; CN104968973A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe (1.1, 1.1’, 1.2, 1.3, 1.3’, 1.3’’, 1.3*, 1.4) eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe (HG; HG’) mit mindestens einer Eingangswelle (3; 17, 18) und einer ausgangsseitigen Hauptwelle (4; 19) sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe (HG; HG’) nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle (4; 19) und einer Ausgangswelle (5) angeordnete Bereichsgruppe (GP, GP’) aufweist, wobei die Bereichsgruppe (GP, GP’) in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist. Zur Vereinfachung der Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe weist diese zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze (PS1, PS2) mit jeweils einem Sonnenrad (6, 10), einem mehrere Planetenräder (8, 12) tragenden Planetenträger (7, 11), und einem Hohlrad (9, 13) auf. Das Sonnenrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) und das mit diesem gekoppelte Hohlrad (9) des ersten Planetenradsatzes (PS1) sind zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit über eine erste Schaltkupplung (L) gehäusefest arretierbar. Zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über eine zweite Schaltkupplung (H) sind zwei Elemente der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) drehfest miteinander verbindbar. Der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und das mit diesem gekoppelte Hohlrad (13) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) sind zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs über eine dritte Schaltkupplung (R) gehäusefest arretierbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und einer ausgangsseitigen Hauptwelle sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle und einer Ausgangswelle angeordnete Bereichsgruppe aufweist, wobei die Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist.
Gruppengetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und zumindest einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordneten Bereichsgruppe sind seit längerem bekannt und kommen bevorzugt in schweren Nutzfahrzeugen zur Anwendung. Häufig ist dem Hauptgetriebe auch eine mehrstufige Splitgruppe antriebstechnisch vorgeordnet. Durch eine zumeist zweistufige Bereichsgruppe mit einem 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 insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge des Gruppengetriebes ebenfalls verdoppelt. Durch eine üblicherweise 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 nochmals verdoppelt. Hieraus ergibt sich in Verbindung mit einem dreistufigen Hauptgetriebe, das drei Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe aufweist, ein 12-gängiges Gruppengetriebe mit insgesamt zwölf Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen. In Verbindung mit einem vierstufigen Hauptgetriebe, das vier Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe aufweist, ergibt sich ein 16-gängiges Gruppengetriebe mit insgesamt sechzehn Vorwärtsgängen und maximal vier Rückwärtsgängen.
Das Gruppengetriebe weist gegenüber einem Einzelgetriebe mit einer vergleichbaren Anzahl von Gängen sowie ähnlicher 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.
Eine typische Ausführungsform eines Gruppengetriebes mit einem Hauptgetriebe, einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Splitgruppe, sowie einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Bereichsgruppe ist in der DE 44 22 900 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Gruppengetriebe ist das Hauptgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist zwei Vorgelegewellen sowie eine Hauptwelle auf, zwischen denen schaltbare Stirnradstufen von drei Vorwärtsgangstufen und einer Rückwärtsgangstufen angeordnet sind. Die Splitgruppe ist ebenfalls in Vorgelegebauweise ausgeführt und umfasst zwei häufig auch als schaltbare Eingangskonstanten bezeichnete Stirnradstufen, die zwischen der Eingangswelle des Gruppengetriebes und den entsprechend verlängerten Vorgelegewellen des Hauptgetriebes angeordnet sind. Bei geschalteter eingangsseitiger erster Eingangskonstante dient die Stirnradstufe der getriebeseitigen zweiten Eingangskonstante als weitere schaltbare Stirnradstufe des Hauptgetriebes. Zudem ist durch die unmittelbare Verbindung der Eingangswelle mit der Hauptwelle eine direkte Vorwärtsgangstufe schaltbar. Die Bereichsgruppe ist in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst einen einfachen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad, wobei das Sonnenrad drehfest mit der Hauptwelle verbunden ist, der Planetenträger drehfest mit der Ausgangswelle des Gruppengetriebes verbunden ist, und das Hohlrad wechselweise zur Schaltung einer Übersetzungsstufe für einen Fahrbereich mit niedriger Fahrgeschwindigkeit gehäusefest arretierbar und zur Schaltung einer Übersetzungsstufe für einen Fahrbereich mit hoher Fahrgeschwindigkeit drehfest mit der Ausgangswelle verbindbar ist.
Abweichend von dem aus der DE 44 22 900 A1 bekannten Gruppengetriebe kann die Splitgruppe auch in Planetenbauweise ausgeführt sowie die Bereichsgruppe auch in Vorgelegebauweise ausgeführt sein. So sind beispielsweise aus der EP 0 618 382 B1 verschiedene Ausführungsformen eines Gruppengetriebes bekannt, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes mehrstufiges Hauptgetriebe und ein dem Hauptgetriebe nachgeschaltetes Zusatzgetriebe aufweist. Das Zusatzgetriebe umfasst eine zweistufige Splitgruppe sowie eine zweistufige Bereichsgruppe. In einer ersten Ausführung des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 2 ist die Splitgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt, wogegen die Bereichsgruppe, wie bei dem aus der DE 44 22 900 A1 bekannten Gruppengetriebe, in Planetenbauweise ausgebildet ist. In einer zweiten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 3 ist die Splitgruppe dagegen in Planetenbauweise und die Bereichsgruppe in Vorgelegebauweise ausgebildet.
Schließlich ist aus der EP 1 825 168 B1 ein Gruppengetriebe bekannt, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Hauptgetriebe, eine in Vorgelegebauweise ausgeführte und dem Hauptgetriebe vorgeschaltete zweistufige Splitgruppe, sowie eine in Planetenbauweise ausgeführte und dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Bereichsgruppe umfasst. Die Bereichsgruppe ist zwar in an sich bekannter Weise als ein einfacher Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet, dessen Sonnenrad drehfest mit der Hauptwelle des Hauptgetriebes verbunden ist. Neben der Schaltung von zwei Übersetzungsstufen für Fahrbereiche mit niedriger und hoher Fahrgeschwindigkeit ist bei dieser Bereichsgruppe zusätzlich auch die Schaltung einer Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich vorgesehen.
Bei geschaltetem Fahrbereich für eine niedrige Fahrgeschwindigkeit ist das Hohlrad über ein erstes Schaltelement gehäusefest arretiert und der Planetenträger über ein zweites Schaltelement drehfest mit der Ausgangswelle des Gruppengetriebes verbunden. Bei geschalteter Umkehrstufe für den Rückwärtsfahrbereich ist der Planetenträger über das erste Schaltelement gehäusefest arretiert und das Hohlrad über das zweite Schaltelement drehfest mit der Ausgangswelle verbunden. Bei geschaltetem Fahrbereich für hohe Fahrgeschwindigkeit befindet sich das erste Schaltelement in einer geöffneten Neutralstellung (ohne Schaltfunktion), und das Hohlrad sowie der Planetenträger sind über das zweite Schaltelement drehfest miteinander und mit der Ausgangswelle verbunden.
Durch die in der Bereichsgruppe enthaltene schaltbare Umkehrstufe kann vorteilhaft in dem Hauptgetriebe auf die Anordnung einer schaltbaren Umkehrstufe verzichtet werden, d.h. die dort an sich vorhandene Umkehrstufe weggelassen oder durch eine Stirnradstufe für eine zusätzliche Vorwärtsgangstufe ersetzt werden. Zur Realisierung der Schaltfunktionen der Bereichsgruppe sind allerdings zwei Schaltelemente erforderlich, von denen das erste Schaltelement als ein Doppelschaltelement mit zwei Schaltstellungen sowie einer Neutralstellung und das zweite Schaltelement als ein Dreifachschaltelement mit drei Schaltstellungen, darunter eine Schaltstellung mit Dreifachkopplung, ausgebildet ist. Nachteilig an der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Ausführung der Bereichsgruppe ist somit der komplizierte Aufbau insbesondere des zweiten Schaltelementes und die Erfordernis von zwei Schaltaktuatoren für die gleichzeitige Betätigung der beiden Schaltelemente.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und zumindest einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordneten Bereichsgruppe der eingangs genannten Bauart vorzuschlagen, bei dem die Schaltungseinrichtung der Bereichsgruppe gegenüber der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Konstruktion vereinfacht ist. Darüber hinaus soll die Schaltungseinrichtung der Bereichsgruppe optional um eine schaltbare Übersetzungsstufe für einen Fahrbereich mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit erweitert sein.
Diese Aufgabe ist bei einem Gruppengetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Bereichsgruppe zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze mit jeweils einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad aufweist, wobei das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit der Hauptwelle des Hauptgetriebes verbunden ist, der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden ist, der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist, das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und damit auch das mit diesem gekoppelte Hohlrad des ersten Planetenradsatzes zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit über eine erste Schaltkupplung L gehäusefest arretierbar ist und zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über eine zweite Schaltkupplung H zwei Elemente der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) drehfest miteinander verbindbar sind, und bei dem der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes sowie damit auch das mit diesem gekoppelte Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs mittels einer dritten Schaltkupplung R gehäusefest arretierbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieses Gruppengetriebes sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und einer ausgangsseitigen Hauptwelle sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle und einer Ausgangswelle angeordnete Bereichsgruppe aufweist, wobei diese Bereichsgruppe in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist.
Durch die Ausbildung der Bereichsgruppe in Form von zwei in der genannten Art gekoppelten Planetenradsätzen und die Anordnung der erwähnten Schaltkupplungen ist die Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe dahingehend vereinfacht, dass zur Schaltung der Übersetzungsstufen für die beiden Geschwindigkeitsbereiche und den Rückwärtsfahrbereich jeweils nur eine der Schaltkupplungen eingerückt werden muss. Zur Schaltbetätigung der Bereichsgruppe ist daher nur ein Schaltaktuator erforderlich, der bei einer Bereichsschaltung in einem Wählvorgang mit der betreffenden Schaltkupplung gekoppelt wird. Im Vergleich zu der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Bauform ist die Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe gemäß der Erfindung somit deutlich vereinfacht. Durch die beiden gekoppelten Planetenradsätze wird hierzu allerdings ein etwas komplizierter und mehr Bauraum erfordernder Aufbau der Getriebestruktur der Bereichsgruppe in Kauf genommen. Andererseits ist mit den beiden Planetenradsätzen vorteilhaft eine größere Übersetzungsspreizung der Bereichgruppe als mit nur einem einzigen Planetenradsatz möglich.
Bei geschaltetem Fahrbereich mit niedriger Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter erster Schaltkupplung L, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_low} = (1 – i₀₁)·(i₀₂ – 1)/i₀₂, wobei mit i₀₁ die Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes und mit i₀₂ die Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes bezeichnet sind. Da bei geschaltetem Fahrbereich mit hoher Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter zweiter Schaltkupplung H, die Getriebeelemente der beiden Planetenradsätze miteinander verbunden sind und die beiden Planetenradsätze dann im Block umlaufen, ist die Übersetzung der Bereichsgruppe in diesem Fall gleich eins (i_{GP_high} = 1). Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass für diese Schaltung jeweils zwei beliebige Getriebeelemente der beiden Planetenradsätze mittels der zweiten Schaltkupplung H drehfest miteinander verbunden werden können. Eine Abweichung von der vorgenannten Anordnung der zweiten Schaltkupplung H macht aber nur Sinn, wenn diese dadurch günstiger positioniert werden kann. Bei geschaltetem Rückwärtsfahrbereich, also bei eingerückter dritter Schaltkupplung R, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_rev} = i₀₁·(i₀₂ – 1).
Der Aufbau der Bereichsgruppe gemäß der Erfindung ermöglicht aber auch auf relativ einfache Weise die Schaltung eines zusätzlichen Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit. Hierzu ist nur erforderlich, dass der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und damit auch das mit diesem gekoppelte Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes zur Schaltung des zusätzlichen Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit mittels einer vierten Schaltkupplung M drehfest mit einem Triebelement des Hauptgetriebes verbindbar ist, das nicht permanent drehfest mit der Hauptwelle verbunden ist oder mit dieser in Triebverbindung steht.
Bei eingerückter vierter Schaltkupplung H bilden das dann angekoppelte Triebelement des Hauptgetriebes sowie der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und das drehfest mit diesem verbundene Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes einen parallelen Kraftübertragungszweig zu der Hauptwelle des Hauptgetriebes und dem drehfest mit diesem verbundenen Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes. Somit ist der erste Planetenradsatz dann übersetzungstechnisch unwirksam, da der Kraftfluss mit Ausnahme des Planetenträgers des ersten Planetenradsatzes nur über die Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes erfolgt.
Bei geschaltetem Fahrbereich mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter vierter Schaltkupplung M, und bei eingerückter erster Schaltkupplung L ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_mid} = (i₀₂ – 1)/i₀₂. Bei geschaltetem Fahrbereich mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit, also bei eingerückter vierter Schaltkupplung M, und bei eingerückter zweiter Schaltkupplung H ist der zweite Planetenradsatz in sich blockiert, so dass die Übersetzung der Bereichsgruppe dann wiederum gleich eins ist (i_{GP_mid} = 1). Da zur Schaltung des Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit neben der vierten Schaltkupplung M auch die erste oder zweite Schaltkupplung eingerückt werden muss, ist für die vierte Schaltkupplung M somit ein separater Schaltaktuator erforderlich.
Besonders dann, wenn radial beengte Einbauverhältnisse vorliegen, sind die beiden Planetenradsätze der Bereichsgruppe bevorzugt koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei dann der erste Planetenradsatz bevorzugt axial zwischen dem Hauptgetriebe und dem zweiten Planetenradsatz angeordnet ist.
Sofern allerdings axialer Bauraum eingespart werden soll, können die beiden Planetenradsätze der Bereichsgruppe auch koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet sein, wobei dann der erste Planetenradsatz radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
Da die erste Schaltkupplung L und die zweite Schaltkupplung H der Bereichsgruppe nur wechselweise eingerückt werden, sind diese beiden Schaltkupplungen L, H vorzugsweise in einem Doppelschaltelement SB zusammengefasst, wodurch der Wählvorgang, d.h. die Kopplung mit dem betreffenden Schaltaktuator, vereinfacht ist.
Da auch die dritte Schaltkupplung R und die vierte Schaltkupplung M der entsprechend weitergebildeten Bereichsgruppe nur wechselweise eingerückt werden, können auch diese beiden Schaltkupplungen R, M in einem Doppelschaltelement SR’ zusammengefasst werden. Die Schaltbetätigung dieses Doppelschaltelementes SR’ erfolgt aber durch jeweils einen separaten Schaltaktuator, da die vierte Schaltkupplung M gleichzeitig zu der ersten oder der zweiten Schaltkupplung L, H eingerückt wird.
Die Bereichsgruppe mit den Merkmalen der Erfindung kann mit einem Hauptgetriebe kombiniert sein, das als ein Vorgelegegetriebe mit einer einzigen Eingangswelle ausgebildet ist, wobei diese Eingangswelle eingangsseitig über eine Reibungskupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar ist, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle in Triebverbindung bringbar ist.
Ebenso kann das Hauptgetriebe, mit dem die gemäß der Erfindung ausgebildete Bereichsgruppe innerhalb eines Gruppengetriebes kombiniert ist, auch als ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Eingangswellen ausgebildet sein, wobei die beiden Eingangswellen eingangsseitig über jeweils eine Reibungskupplung mit der Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar sind, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle in Triebverbindung bringbar sind.
Darüber hinaus kann die gemäß der Erfindung ausgebildete Bereichsgruppe auch mit anderen Bauarten von Hauptgetrieben, wie beispielsweise mit einem in Planetenbauweise ausgeführten Hauptgetriebe, kombiniert sein, sofern diese jeweils mindestens eine Eingangswelle und eine ausgangsseitige Hauptwelle aufweisen.
Bei einem als einfaches Vorgelegegetriebe oder als ein in Vorgelegebauweise ausgeführten Doppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Hauptgetriebe bildet ein auf der Hauptwelle drehbar gelagertes Losrad der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe des Hauptgetriebes dasjenige Triebelement, mit dem der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes der Bereichsgruppe über die vierte Schaltkupplung M drehfest verbindbar ist. Um für die Gänge des Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit günstige Übersetzungen zu erzielen, sollten über die in Kraftflussrichtung letzte Stirnradstufe bevorzugt die Gangstufen des Hauptgetriebes mit den höchsten Übersetzungen, also die niedrigsten Gangstufen des Hauptgetriebes schaltbar sein.
Eine ähnliche Anordnung einer zusätzlichen Schaltkupplung zur Verbindung des Planetenträgers einer Bereichsgruppe mit einem Triebelement eines Hauptgetriebes ist an sich schon aus der DE 10 2007 047 671 A1 bekannt. Das dortige Hauptgetriebe ist als ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes mehrstufiges Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet, und die dortige Bereichsgruppe ist als ein einfacher Planetenradsatz ausgebildet, der mittels eines Doppelschaltelementes zwischen zwei Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche umschaltbar ist. Das Triebelement des Hauptgetriebes, mit dem der Planetenträger der Bereichsgruppe über die zusätzliche Schaltkupplung drehfest verbindbar ist, wird auch hier durch das Losrad eines auf der Hauptwelle drehbar gelagerten Losrades der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe des Hauptgetriebes gebildet. Die zusätzliche Schaltkupplung dient bei diesem bekannten Getriebe jedoch ausschließlich der Durchführung einer Bereichsschaltung als Lastschaltung, bei der eine Umschaltung sowohl zwischen zwei Gangstufen des Hauptgetriebes als auch zwischen den beiden Übersetzungsstufen der Bereichsgruppe erfolgt.
Da die vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe und die Schaltkupplung E; F’ der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe des Hauptgetriebes nur wechselweise eingerückt werden, kann die vierte Schaltkupplung M alternativ zu der vorgenannten Zusammenfassung mit der dritten Schaltkupplung R der Bereichsgruppe auch mit der Schaltkupplung E; F’ der betreffenden Stirnradstufe des Hauptgetriebes in einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden.
In einer Ausgestaltungsform ist auch das Zusammenfassen der Schaltkupplungen R und H zu einem Doppelschaltelement vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung (H) der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung bildet über die zweite Schaltkupplung H eine drehfeste Verbindung des Hohlrades des ersten Planetenradsatzes mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit.
Neben der im Folgenden dargestellten vorteilhaften Ausführungsformen sind auch vorteilhafte Ausgestaltungen darstellbar, bei denen bei einer anderen räumlichen Anordnung der Schaltkupplungen zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung H das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist oder in einer weiteren Ausgestaltung über die zweite Schaltkupplung H zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 in schematischer Ansicht einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Gruppengetriebe mit einer ersten Ausführungsform einer Bereichsgruppe,
2 einen Ausschnitt aus dem Antriebsstrang gemäß 1 mit einer zweiten Ausführungsform der Bereichsgruppe,
3 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Gruppengetriebe mit einer dritten Ausführungsform der Bereichsgruppe,
4 einen Ausschnitt aus dem Antriebsstrang gemäß 3 mit einer vierten Ausführungsform der Bereichsgruppe,
5 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Bauart des Hauptgetriebes und mit der ersten Ausführungsform der Bereichsgruppe in einer schematischen Ansicht,
5a ein Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 5 in Form einer Schalttabelle,
6 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem die erste Bauart des Hauptgetriebes und die dritte Ausführungsform der Bereichsgruppe umfassenden Gruppengetriebe,
6a ein Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 6 in Form einer Schalttabelle,
7 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem die erste Bauart des Hauptgetriebes und die dritte Ausführungsform der Bereichsgruppe in modifizierter Form umfassenden Gruppengetriebe,
7a ein Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 7 in Form einer Schalttabelle,
8 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem eine zweite Bauart des Hauptgetriebes und die dritte Ausführungsform der Bereichsgruppe umfassenden Gruppengetriebe,
8a ein erstes Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 8 in Form einer Schalttabelle,
8b ein modifiziertes zweites Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 8 in Form einer Schalttabelle, und
8c ein modifiziertes drittes Schaltschema des Gruppengetriebes gemäß 8 in Form einer Schalttabelle.
Ein in 1 in schematischer Form abgebildetes Gruppengetriebe 1.1 umfasst ein nicht näher dargestelltes mehrstufiges Hauptgetriebe HG und eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch nachgeordnete Bereichsgruppe GP. Das Hauptgetriebe HG weist eine Eingangswelle 3 sowie eine ausgangsseitige Hauptwelle 4 auf. Die Eingangswelle 3 ist über eine Reibungskupplung K mit der Triebwelle 2 eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsmotors VM verbindbar. Die Bereichsgruppe GP ist zwischen der Hauptwelle 4 und einer Ausgangswelle 5 angeordnet, die in nicht dargestellter Weise mit einem Achsantrieb, wie einem Achsdifferenzial oder einem Verteilergetriebe, in Triebverbindung steht.
Die Bereichsgruppe GP ist in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze PS1, PS2 mit jeweils einem Sonnenrad 6, 10, einem mehrere Planetenräder 8, 12 tragenden Planetenträger 7, 11 und einem Hohlrad 9, 13. Vorliegend sind die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PS1 axial zwischen dem Hauptgetriebe HG und dem zweiten Planetenradsatz PS2 angeordnet ist. Das Sonnenrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist drehfest mit der Hauptwelle 4 des Hauptgetriebes HG verbunden und bildet somit das Eingangselement der Bereichsgruppe GP. Der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist drehfest mit dem Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden. Das Hohlrad 9 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist drehfest mit dem Sonnenrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden. Der Planetenträger 11 des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist drehfest mit der Ausgangswelle 5 verbunden und bildet somit das Ausgangselement der Bereichsgruppe GP.
Das Sonnenrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 und das mit diesem drehfest verbundene Hohlrad 9 des ersten Planetenradsatzes PS1 sind zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit über eine erste Schaltkupplung L gehäusefest arretierbar und zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über eine zweite Schaltkupplung H drehfest mit der Ausgangswelle 5 verbindbar. Die erste Schaltkupplung L und die zweite Schaltkupplung H der Bereichsgruppe GP sind in einem Doppelschaltelement SB zusammengefasst.
Der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 und das mit diesem drehfest verbundene Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 sind zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs über eine dritte Schaltkupplung R gehäusefest arretierbar. Die dritte Schaltkupplung R der Bereichsgruppe GP ist vorliegend Bestandteil eines Einzelschaltelementes SR.
Da zur Schaltung der Übersetzungsstufen für die beiden Geschwindigkeitsbereiche und den Rückwärtsfahrbereich jeweils nur eine der genannten Schaltkupplungen L, H, R eingerückt wird, ist zur Schaltbetätigung der Bereichsgruppe GP nur ein Schaltaktuator erforderlich, der bei einer Bereichsschaltung in einem Wählvorgang mit dem betreffenden Schaltelement SB, SR gekoppelt wird.
Bei eingerückter ersten Schaltkupplung L ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_low} = (1 – i₀₁)·(i₀₂ – 1)/i₀₂, wobei mit i₀₁ die Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes PS1 und mit i₀₂ die Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes PS2 bezeichnet sind. Bei eingerückter zweiter Schaltkupplung H ist die Übersetzung der Bereichsgruppe GP gleich eins (i_{GP_high} = 1), da die Getriebeelemente 6, 7, 9; 10, 11, 13 der Planetenradsätze PS1, PS2 dann drehfest miteinander verbunden sind und im Block umlaufen. Bei eingerückter dritter Schaltkupplung R ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_rev} = i₀₁·(i₀₂ – 1).
Das in 2 in einem Ausschnitt schematisch abgebildete Gruppengetriebe 1.2 unterscheidet sich von dem Gruppengetriebe 1.1 gemäß 1 nur durch eine andere geometrische Anordnung der Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Bereichsgruppe GP sind die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet. Dabei ist der erste Planetenradsatz PS1 radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet, und das Hohlrad 9 des ersten Planetenradsatzes PS1 unmittelbar drehfest mit dem Sonnenrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. Das Doppelschaltelement SB, in dem die erste und die zweite Schaltkupplung L, H zusammengefasst sind, ist nun axial zwischen dem Einzelschaltelement SR und den beiden Planetenradsätzen PS1, PS2 angeordnet. Die Funktion der vorliegenden Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 2 entspricht exakt derjenigen der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 1.
Das in 3 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1.3 unterscheidet sich von dem in 1 abgebildeten Gruppengetriebe 1.1 dadurch, dass die Schaltfunktionen der Bereichsgruppe GP’ nun um eine weitere Übersetzungsstufe erweitert sind. Zur Schaltung eines zusätzlichen Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit sind der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 und das mit diesem drehfest verbundene Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 nun über eine zusätzliche vierte Schaltkupplung M auch drehfest mit einem in 3 nur angedeuteten Triebelement 14 des Hauptgetriebes HG verbindbar, welches nicht permanent drehfest mit der Hauptwelle 4 verbunden ist oder mit dieser in Triebverbindung steht. Die dritte Schaltkupplung R und die vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ sind beispielhaft in einem Doppelschaltelement SR’ zusammengefasst.
Bei eingerückter Schaltkupplung M bilden das Triebelement 14 des Hauptgetriebes HG und der Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 sowie das drehfest mit diesem verbundene Hohlrad 13 des zweiten Planetenradsatzes PS2 einen parallelen Kraftübertragungszweig zu der Hauptwelle 4 des Hauptgetriebes HG und dem drehfest mit diesem verbundenen Sonnenrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1. Da der erste Planetenradsatz PS1 in diesem Fall übersetzungstechnisch umgangen wird, erfolgt die Kraftübertragung dann praktisch nur über den zweiten Planetenradsatz PS2. Bei eingerückter erster Schaltkupplung L und eingerückter vierter Schaltkupplung M ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP’ entsprechend der Gleichung i_{GP_mid} = (i₀₂ – 1)/i₀₂. Bei eingerückter zweiter Schaltkupplung H und eingerückter vierter Schaltkupplung M ist der zweite Planetenradsatz PS2 dagegen in sich blockiert, so dass die Übersetzung der Bereichsgruppe GP’ dann wiederum gleich Eins ist (i_{GP_mid} = 1). Da zur Schaltung des Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit neben der Schaltkupplung M auch jeweils die erste oder die zweite Schaltkupplung L, H eingerückt werden muss, ist für die vierte Schaltkupplung M bzw. für das Doppelschaltelement SR’ ein separater Schaltaktuator erforderlich.
Das in 4 in einem Ausschnitt schematisch abgebildete Gruppengetriebe 1.4 unterscheidet sich von dem Gruppengetriebe 1.3 gemäß 3 nur durch eine andere geometrische Anordnung der Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP’.
Analog zu der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 2 sind die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 nun wieder koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet. Dabei ist der erste Planetenradsatz PS1 radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet, und das Hohlrad 9 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist unmittelbar drehfest mit dem Sonnenrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet. Die Funktion der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP’ nach 4 ist völlig identisch zu derjenigen der Ausführung der Bereichsgruppe GP’ gemäß 3.
Das in 5 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1.1’ entspricht weitgehend dem schon aus 1 bekannten Gruppengetriebe 1.1, wobei das Hauptgetriebe HG nun in einer konkreten Ausführungsform dargestellt ist. Das Hauptgetriebe HG ist vorliegend beispielhaft als ein Vorgelegegetriebe mit einer Eingangswelle 3, einer koaxial und axial benachbart zu der Eingangswelle 3 angeordneten ausgangsseitigen Hauptwelle 4, sowie zwei identischen, achsparallel zu der Eingangswelle 3 und der Hauptwelle 4 angeordneten Vorgelegewellen 15, 16 ausgebildet. Die genannten Getriebewellen 3, 4, 15, 16 sind selektiv über vier Stirnradstufen ZE1, ZE2, Z1, Z2 und fünf hauptgetriebeseitige Schaltkupplungen A, B, C, D, E miteinander in Triebverbindung bringbar. Die Stirnradstufen ZE1, ZE2, Z1, Z2 weisen jeweils ein auf der Eingangswelle 3 oder der Hauptwelle 4 drehbar gelagertes und über eine der hauptgetriebeseitigen Schaltkupplungen A, B, C, D, E drehfest mit dieser verbindbares Losrad sowie zwei identische, jeweils drehfest auf einer der Vorgelegewellen 15, 16 angeordnete Festräder auf. Die fünf hauptgetriebeseitigen Schaltkupplungen A, B, C, D, E sind paarweise in hauptgetriebeseitige Doppelschaltelemente S1, S2 zusammengefasst. Die Schaltkupplung E ist vorliegend Bestandteil eines Einzelschaltelementes S3.
Motorseitig ist die Eingangswelle 3 über eine Reibungskupplung K mit der Triebwelle 2 des Antriebsmotors VM verbindbar. Getriebeseitig ist die Eingangswelle 3 wechselweise über die zwei Eingangs-Stirnradstufen ZE1, ZE2 und die zugeordneten hauptgetriebeseitigen Schaltkupplungen A, B mit den Vorgelegewellen 15, 16 in Triebverbindung bringbar. Die Eingangs-Stirnradstufen ZE1, ZE2 weisen geringe Übersetzungsunterschiede auf und sind im Wesentlichen als eingangsseitige Splitgruppe wirksam. Die beiden Vorgelegewellen 15, 16 sind zur Schaltung von Gangstufen über zwei Stirnradstufen Z1, Z2 und die zugeordneten hauptgetriebeseitigen Schaltkupplungen D, E mit der Hauptwelle 4 in Triebverbindung bringbar. Bei eingerückter hauptgetriebeseitiger Schaltkupplung A, also bei geschalteter erster Eingangs-Stirnradstufe ZE1, ist das Losrad der zweiten Eingangs-Stirnradstufe ZE2 zur Schaltung einer weiteren Gangstufe über die hauptgetriebeseitige Schaltkupplung C auch mit der Hauptwelle 4 koppelbar. Zudem ist die Eingangswelle 3 zur Schaltung einer direkten Gangstufe über die hauptgetriebeseitigen Schaltkupplungen B und C auch unmittelbar mit der Hauptwelle 4 koppelbar.
In Verbindung mit der aus 1 bekannten Ausführungsform der Bereichsgruppe GP weist das Gruppengetriebe 1.1’ somit zwölf Vorwärtsgänge G1–G12 und sechs Rückwärtsgänge R1–R6 auf. Das zugeordnete Schaltschema dieses Gruppengetriebes 1.1’ ist in Form einer Schaltabelle in 5a dargestellt, in der für die geschalteten Gänge G1–G12, R1–R6 die jeweils eingerückten Schaltkupplungen A, B; C, D; E; L, H; R der Schaltelemente S1; S2; S3; SB; SR des Hauptgetriebes HG und der Bereichsgruppe GP angegeben sind. Zusätzlich sind in der vorletzten Spalte der Schalttabelle beispielhaft die Gangübersetzungen i der geschalteten Gänge G1–G12, R1–R6 angegeben, wobei für die Bereichsgruppe GP von einer Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes SP1 von i₀₁ = –2,22 und des zweiten Planetenradsatzes PS2 von i₀₂ = –2,00 ausgegangen wird. In der letzten Spalte der Schalttabelle ist zusätzlich das daraus jeweils resultierende Übersetzungsverhältnis φ des nächstniedrigeren Gangs zu dem betreffenden Gang G1–G12, R1–R6 angegeben. Demzufolge weist das Gruppengetriebe 1.1’ eine exakt harmonische Gangabstufung auf.
Das in 6 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1.3’ entspricht weitgehend dem schon aus 3 bekannten Gruppengetriebe 1.3, wobei das Hauptgetriebe HG demjenigen des Gruppengetriebes 1.1’ der 5 entspricht. In dem Gruppengetriebe 1.3’ ist somit das als Vorgelegegetriebe ausgebildete Hauptgetriebe HG nach 5 mit der um die vierte Schaltkupplung M erweiterte Bereichsgruppe GP’ nach 3 kombiniert. Über die vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ ist das drehbar auf der Hauptwelle 4 gelagerte Losrad 14 der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe Z1 des Hauptgetriebes HG mit dem Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem mit diesem drehfest verbundenen Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 drehfest verbindbar. Die Stirnradstufe Z1 ist somit Bestandteil eines parallelen Kraftübertragungszweiges zwischen dem Hauptgetriebe HG und der Bereichsgruppe GP’, der über die vierte Schaltkupplung M und der ersten oder der zweiten Schaltkupplung L, H der Bereichsgruppe GP’ schaltbar ist.
In Verbindung mit der aus 3 bekannten Ausführungsform der Bereichsgruppe GP’ weist das Gruppengetriebe 1.3’ somit vierzehn Vorwärtsgänge G1–G14 und sechs Rückwärtsgänge R1–R6 auf. Das zugeordnete Schaltschema des Gruppengetriebes 1.3’ ist in Form einer Schaltabelle in 6a dargestellt, in der für die geschalteten Gänge G1–G14, R1–R6 die jeweils eingerückten Schaltkupplungen A, B; C, D; E; L, H; R, M der Schaltelemente S1; S2; S3; SB; SR’ des Hauptgetriebes HG und der Bereichsgruppe GP’ angegeben sind. In der vorletzten Spalte der Schalttabelle sind wieder beispielhaft die Gangübersetzungen i der geschalteten Gänge G1–G14, R1–R6 angegeben, wobei für die Bereichsgruppe GP von einer Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes SP1 von i₀₁ = –3,47 und von einer Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes PS2 von i₀₂ = –1,60 ausgegangen wird. In der letzten Spalte der Schalttabelle ist wiederum das daraus jeweils resultierende Übersetzungsverhältnis φ des nächstniedrigeren Gangs zu dem betreffenden Gang G1–G14, R1–R6 angegeben. Demzufolge weist auch das Gruppengetriebe 1.3’ eine weitgehend harmonische Gangabstufung auf.
Gegenüber dem Gruppengetriebe 1.1’ der 5 ermöglicht die in dem Gruppengetriebe 1.3’ der 6 vorgesehene vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ die zusätzliche Schaltung des siebten und achten Ganges G7, G8. Zwar werden bei dem Gruppengetriebe 1.3’ nach 6 auch der neunte und der zehnte Gang G9, G10 mit den Schaltkombinationen A-H-M bzw. B-H-M über die vierte Schaltkupplung M geschaltet, da dabei die Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP’ jeweils im Block umlaufen, könnten diese Gänge G9 und G10 alternativ auch über die Schaltkombinationen A-E-H und B-E-H geschaltet werden.
Das in 7 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1.3’’ unterscheidet sich von dem aus der vorhergehenden 6 bekannten Gruppengetriebe 1.3’ nur durch eine andere Zuordnung der vierten Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’. Während die vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ in der Ausführungsform des Gruppengetriebes 1.3’ gemäß 6 mit der dritten Schaltkupplung R der Bereichsgruppe GP’ in einem Doppelschaltelement SR’ zusammengefasst ist, ist die vierte Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ in der Ausführungsvariante des Gruppengetriebes 1.3’’ gemäß 7 beispielhaft mit der Schaltkupplung E der axial benachbarten Stirnradstufe Z1 des Hauptgetriebes HG in einem Doppelschaltelement S3’ zusammengefasst. Dieses Doppelschaltelement S3’ ist derart ausgebildet, dass das Losrad 14 der axial benachbarten Stirnradstufe Z1 des Hauptgetriebes HG wechselweise mittels dieser zugeordneten Schaltkupplung E drehfest mit der Hauptwelle 4 oder mittels der vierten Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ drehfest mit dem Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 sowie dem mit dem gekoppelten Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbindbar ist.
Die Schaltfunktionen des Gruppengetriebes 1.3’’ der 7 sind weitgehend identisch zu denjenigen des Gruppengetriebes 1.3’ der 6. Aufgrund der geänderten Zuordnung der vierten Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ ergibt sich jedoch eine geringfügige Änderung des Schaltschemas, das für die Ausführungsform des Gruppengetriebes 1.3’’ gemäß 7 in Form einer Schalttabelle in 7a angegeben ist.
Das in 8 in schematischer Form abgebildete Gruppengetriebe 1.3* entspricht prinzipiell dem aus der vorhergehenden 7 bekannten Gruppengetriebe 1.3’’, es unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, dass das Hauptgetriebe HG’ vorliegend beispielhaft als ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist. Dieses Hauptgetriebe HG’ weist zwei Eingangswellen 17, 18 auf, von denen die zweite Eingangswelle 18 als eine Hohlwelle ausgebildet und koaxial über der ersten Eingangswelle 17 angeordnet ist. Dieses Hauptgetriebe HG’ umfasst zudem eine koaxial und axial benachbart zu der ersten Eingangswelle 17 angeordnete ausgangsseitige Hauptwelle 19 sowie zwei identische, achsparallel zu den beiden Eingangswellen 17, 18 und der ausgangsseitigen Hauptwelle 19 angeordnete Vorgelegewellen 21, 22.
Die genannten Getriebewellen 17, 18, 19, 21, 22 sind selektiv über fünf Stirnradstufen Z1’, Z2’, Z3’, Z4’, ZA und sechs Schaltkupplungen A’, B’, C’, D’, E’, F’ miteinander in Triebverbindung bringbar. Die erwähnten Stirnradstufen Z1’–Z4’, ZA weisen jeweils ein auf einer der Eingangswellen 17, 18 oder auf der Hauptwelle 19 drehbar gelagertes und über eine der Schaltkupplungen A’–F’ drehfest mit dieser verbindbares Losrad sowie zwei identische, jeweils drehfest auf einer der beiden Vorgelegewellen 21, 22 angeordnete Festräder auf. Die den Stirnradstufen Z1’–Z4’, ZA zugeordneten Schaltkupplungen A’–D’ sind paarweise in Doppelschaltelementen S1’, S2’ zusammengefasst. Eine hauptgetriebeseitige Schaltkupplung E’ ist Bestandteil eines Einzelschaltelementes S3* des Hauptgetriebes HG’.
Die hauptgetriebeseitige Schaltkupplung F’ ist vorliegend beispielhaft mit der vierten Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ in einem Doppelschaltelement S4’ zusammengefasst. Analog zu der Ausführungsform des Doppelschaltelementes S3’ des Gruppengetriebes 1.3’’ gemäß 7 ist das Doppelschaltelement S4’ dieses Gruppengetriebes derart ausgebildet, dass das drehbar auf der Hauptwelle 19 gelagerte Losrad 20 der Ausgangs-Stirnradstufe ZA des Hauptgetriebes HG’ wechselweise mittels der Schaltkupplung F’ drehfest mit der Hauptwelle 19 oder mittels der vierten Schaltkupplung M der Bereichsgruppe GP’ drehfest mit dem Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes PS1 sowie mit dem an diesen Planetenträger 7 gekoppelten Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbindbar ist. Die Ausgangs-Stirnradstufe ZA des Hauptgetriebes HG’ ist somit Bestandteil eines parallelen Kraftübertragungszweiges zwischen dem Hauptgetriebe HG’ und der Bereichsgruppe GP’, der mittels der vierten Schaltkupplung M und eine der beiden für den Schnellfahrbereich oder den Langsamfahrbereich zuständigen Schaltkupplungen L, H der Bereichsgruppe GP’ schaltbar ist.
Motorseitig sind die beiden Eingangswellen 17, 18 über jeweils eine Reibungskupplung K1, K2 mit der Triebwelle 2 eines in 8 nicht dargestellten Antriebsmotors verbindbar. Getriebeseitig sind diese beiden Eingangswellen 17, 18 mittels jeweils zwei Stirnradstufen Z1’, Z2’ bzw. Z3’, Z4’ und die zugeordneten Schaltkupplungen C’, D’ bzw. A’, B’ mit den Vorgelegewellen 21, 22 in Triebverbindung bringbar. Die beiden Vorgelegewellen 21, 22 sind über die Ausgangs-Stirnradstufe ZA und die zugeordnete Schaltkupplung F’ mit der Hauptwelle 19 in Triebverbindung bringbar. Zudem ist die erste Eingangswelle 17 zur Schaltung einer direkten Gangstufe über die Schaltkupplung E’ auch unmittelbar mit der Hauptwelle 19 koppelbar. Bei einer geschalteten Stirnradstufe Z3’, Z4’ der zweiten Eingangswelle 18 können die beiden Vorgelegewellen 21, 22 bedarfsweise auch über eine der ersten Eingangswelle 17 zugeordneten Stirnradstufen Z1’, Z2’ und die zugeordnete Schaltkupplung C’ oder D’ sowie über die Schaltkupplung E’ mit der Hauptwelle 19 in Triebverbindung gebracht werden.
In Verbindung mit der weitgehend identisch zu derjenigen des Gruppengetriebes 1.3’’ gemäß 7 ausgeführten Bereichsgruppe GP’ weist das Gruppengetriebe 1.3* der 8 somit dreizehn Vorwärtsgänge G1–G13 und sechs Rückwärtsgänge R1–R6 auf. Ein erstes zugeordnetes Schaltschema dieses Gruppengetriebes 1.3* ist in Form einer Schaltabelle in 8a dargestellt, in der für die geschalteten Gänge G1–G13, R1–R6 die jeweils geschlossene Reibungskupplung K1, K2 und die eingerückten Schaltkupplungen A’, B’; C’, D’; E’; F’, M; L, H; R der Schaltelemente S1’; S2’; S3*; S4’; SB; SR des Hauptgetriebes HG’ sowie der Bereichsgruppe GP’ angegeben sind. In der letzten Spalte der Schalttabelle sind beispielhaft die Gangübersetzungen i der geschalteten Gänge G1–G13, R1–R6 angegeben, wobei für die Bereichsgruppe GP’ von einer Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes SP1 von i₀₁ = –2,80 und des zweiten Planetenradsatzes PS2 von i₀₂ = –1,55 ausgegangen wird.
Wie der Schalttabelle der 8a zu entnehmen ist, können Schaltungen zwischen dem fünften und sechsten Gang G5, G6 nicht ohne weiteres als Lastschaltungen durchgeführt werden, da diese beiden Gänge G5, G6 über die erste Reibungskupplung K1 geschaltet werden. Eine Hochschaltung von dem fünften Gang G5 in den sechsten Gang G6 kann jedoch als Lastschaltung durchgeführt werden, wenn vorübergehend in einen über die zweite Reibungskupplung K2 schaltbaren höheren Gang, insbesondere den siebten Gang G7, als Zwischengang geschaltet wird. Ebenso kann eine Rückschaltung von dem sechsten Gang G6 in den fünften Gang G5 als Lastschaltung durchgeführt werden, sofern vorübergehend in einen über die zweite Reibungskupplung K2 schaltbaren niedrigeren Gang, insbesondere den vierten Gang G4, als Zwischengang geschaltet wird. Wenn dies als ungünstig angesehen wird, kann unter Inkaufnahme eines größeren Übersetzungssprungs auch auf einen der beiden Gänge G5, G6 verzichtet werden, wobei dieser Gang G5 oder G6 in einem zugeordneten Getriebesteuergerät des Gruppengetriebes 1.3* nicht zur Schaltung vorgesehen sein würde.
Ein in 8b abgebildetes zweites Schaltschema des Gruppengetriebes 1.3* gemäß 8 unterscheidet sich von dem ersten Schaltschema der 8a nur dadurch, dass der neunte Gang G9 anstelle über die Schaltkombination K2-A’-M-L nun mit geringfügig geänderter Übersetzung i über die Schaltkombination K2-B’-M-H geschaltet wird.
Ein in 8c abgebildetes drittes Schaltschema des Gruppengetriebes 1.3* gemäß 8 unterscheidet sich von dem zweiten Schaltschema der 8b nur dadurch, dass der achte Gang G8 anstelle über die Schaltkombination K1-D’-M-L nun mit geringfügig geänderter Übersetzung i über die Schaltkombination K1-C’-M-H geschaltet wird.
Bezugszeichenliste

1.1, 1.1’: Gruppengetriebe
1.2: Gruppengetriebe
1.3, 1.3’: Gruppengetriebe
1.3’’, 1.3*: Gruppengetriebe
1.4: Gruppengetriebe
2: Triebwelle
3: Eingangswelle von HG
4: Hauptwelle von HG
5: Ausgangswelle von GP, GP’
6: Sonnenrad von PS1
7: Planetenträger von PS1
8: Planetenrad von PS1
9: Hohlrad von PS1
10: Sonnenrad von PS2
11: Planetenträger von PS2
12: Planetenrad von PS2
13: Hohlrad von PS2
14: Triebelement von HG, Losrad von Z1
15: Erste Vorgelegewelle von HG
16: Zweite Vorgelegewelle von HG
17: Erste Eingangswelle von HG’
18: Zweite Eingangswelle von HG’
19: Hauptwelle von HG’
20: Triebelement von HG’, Losrad von ZA
21: Erste Vorgelegewelle von HG’
22: Zweite Vorgelegewelle von HG’
A, B: Schaltkupplungen von HG und S1
A’, B’: Schaltkupplungen von HG’ und S1’
C, D: Schaltkupplungen von HG und S2
C’, D’: Schaltkupplungen von HG’ und S2’
E: Schaltkupplung von HG und S3, S3’
E’: Schaltkupplung von HG’ und S3*
F’: Schaltkupplung von HG’ und S4’
G1–G14: Vorwärtsgänge
GP, GP’: Bereichsgruppe
H: Zweite Schaltkupplung von GP, GP’ und SB
HG, HG’: Hauptgetriebe
i: Übersetzung, Gangübersetzung
i₀₁: Standübersetzung von PS1
i₀₂: Standübersetzung von PS2
i_GP: Übersetzung von GP, GP’
i_{GP_high}: Übersetzung von GP, GP’ bei eingerückter Schaltkupplung H
i_{GP_low}: Übersetzung von GP, GP’ bei eingerückter Schaltkupplung L
i_{GP_mid}: Übersetzung von GP, GP’ bei eingerückten Schaltkupplungen L und M
i_{GP_rev}: Übersetzung von GP, GP’ bei eingerückter Schaltkupplung R
K: Reibungskupplung von HG
K1, K2: Reibungskupplungen von HG’
L: Erste Schaltkupplung von GP, GP’ und SB
M: Vierte Schaltkupplung von GP’ und S3’, S4’, SR’
PS1: Erster Planetenradsatz von GP, GP’
PS2: Zweiter Planetenradsatz von GP, GP’
R: Dritte Schaltkupplung von GP, GP’ und SR, SR’
R1–R6: Rückwärtsgänge
S1: Erstes Doppelschaltelement von HG
S1’: Erstes Doppelschaltelement von HG’
S2: Zweites Doppelschaltelement von HG
S2’: Zweites Doppelschaltelement von HG’
S3: Einzelschaltelement von HG
S3’: Drittes Doppelschaltelement von HG
S3*: Einzelschaltelement von HG’
S4’: Viertes Doppelschaltelement von HG’
SB: Doppelschaltelement von GP, GP’
SR: Einzelschaltelement von GP, GP’
SR’: Doppelschaltelement von GP, GP’
VM: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor
Z1, Z2: Stirnradstufen von HG
Z1’–Z4’: Stirnradstufen von HG’
ZA: Ausgangs-Stirnradstufe von HG’
ZE1, ZE2: Eingangs-Stirnradstufen von HG

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4422900 A1 [0004, 0005, 0005]
EP 0618382 B1 [0005]
EP 1825168 B1 [0006, 0008, 0009, 0013]
DE 102007047671 A1 [0026]

Claims

Gruppengetriebe (1.1, 1.1’, 1.2, 1.3, 1.3’, 1.3’’, 1.3*, 1.4) eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, das ein Hauptgetriebe (HG; HG’) mit mindestens einer Eingangswelle (3; 17, 18) und einer ausgangsseitigen Hauptwelle (4; 19) sowie zumindest eine dem Hauptgetriebe (HG; HG’) nachgeordnete, zwischen der Hauptwelle (4; 19) und einer Ausgangswelle (5) angeordnete Bereichsgruppe (GP, GP’) aufweist, wobei die Bereichsgruppe (GP, GP’) in Planetenbauweise ausgeführt ist und mindestens zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichsgruppe (GP, GP’) zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze (PS1, PS2) mit jeweils einem Sonnenrad (6, 10), einem mehrere Planetenräder (8, 12) tragenden Planetenträger (7, 11), und einem Hohlrad (9, 13) aufweist, wobei das Sonnenrad (6) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit der Hauptwelle (4; 17) des Hauptgetriebes (HG; HG’) verbunden ist, der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Hohlrad (13) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbunden ist, das Hohlrad (9) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Sonnenrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbunden ist, der Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) drehfest mit der Ausgangswelle (5) verbunden ist, das Sonnenrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) zur Schaltung eines Fahrbereichs mit niedriger Fahrgeschwindigkeit über eine erste Schaltkupplung (L) gehäusefest arretierbar ist, zur Schaltung eines Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über eine zweite Schaltkupplung (H) zwei Elemente der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) drehfest miteinander verbindbar sind und der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs über eine dritte Schaltkupplung (R) gehäusefest arretierbar ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) zur Schaltung eines zusätzlichen Fahrbereichs mit mittlerer Fahrgeschwindigkeit über eine vierte Schaltkupplung (M) drehfest mit einem Triebelement (14; 20) des Hauptgetriebes (HG; HG’) verbindbar ist, das nicht permanent drehfest mit der Hauptwelle (4; 19) verbunden ist oder mit dieser in Triebverbindung steht.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) der Bereichsgruppe (GP, GP’) koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz (PS1) axial zwischen dem Hauptgetriebe (HG, HG’) und dem zweiten Planetenradsatz (PS2) angeordnet ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) der Bereichsgruppe (GP, GP’) koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz (PS1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordnet ist, und das Hohlrad (9) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Sonnenrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbunden oder einstückig mit diesem ausgebildet ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltkupplung (L) und die zweite Schaltkupplung (H) der Bereichsgruppe (GP, GP’) in einem Doppelschaltelement (SB) zusammengefasst sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schaltkupplung (R) und die vierte Schaltkupplung (M) der Bereichsgruppe (GP’) in einem Doppelschaltelement (SR’) zusammengefasst sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schaltkupplung (H) und die dritte Schaltgruppe (R) in einem Doppelschaltelement zusammengefasst sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG) als ein Vorgelegegetriebe mit einer einzigen Eingangswelle (3) ausgebildet ist, die eingangsseitig über eine Reibungskupplung (K) mit der Triebwelle (2) eines Antriebsmotors (VM) verbindbar ist, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen (ZE1, ZE2, Z1, Z2) unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle (4) in Triebverbindung bringbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG’) als ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Eingangswellen (17, 18) ausgebildet ist, die eingangsseitig über jeweils eine Reibungskupplung (K1, K2) mit der Triebwelle (2) eines Antriebsmotors (VM) verbindbar sind, und die ausgangsseitig über mehrere schaltbare Stirnradstufen (Z1’–Z4’, ZA) unterschiedlicher Übersetzung selektiv mit der Hauptwelle (19) in Triebverbindung bringbar sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der Hauptwelle (4; 19) drehbar gelagertes Losrad (14; 20) der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe (Z1; ZA) des Hauptgetriebes (HG; HG’) das Triebelement bildet, mit dem der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) der Bereichsgruppe (GP’) über die vierte Schaltkupplung (M) drehfest verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schaltkupplung (M) der Bereichsgruppe (GP, GP’) und die Schaltkupplung (E; F’) der in Kraftflussrichtung letzten Stirnradstufe des Hauptgetriebes (HG; HG’) in einem Doppelschaltelement (S3’; S4’) zusammengefasst sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung (H) der Planetenträger (7) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Sonnenrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung (H) das Hohlrad (9) des ersten Planetenradsatzes (PS1) drehfest mit dem Planetenträger (11) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung des Fahrbereichs mit hoher Fahrgeschwindigkeit über die zweite Schaltkupplung das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbindbar ist.