DE102014200689A1

DE102014200689A1 - Gruppengetriebe und Verfahren zum Betreiben des Gruppengetriebes

Info

Publication number: DE102014200689A1
Application number: DE102014200689.9A
Authority: DE
Inventors: Karl-Fritz Heinzelmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2015-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe (1), umfassend ein Hauptgetriebe (2), welches mindestens zwei Vorwärtsgänge (HG1, HGn) aufweist, sowie ein nachgeschaltetes Bereichsgruppengetriebe (3), welches zwei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang (R) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass das Hauptgetriebe (2) zusätzlich zu den mindestens zwei Vorwärtsgängen (HG1, HGn) einen Rückwärtsgang (HGR) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die EP 1 825 168 B1 , sowie ein Verfahren zum Betreiben des Gruppengetriebes.
Gruppengetriebe sind bekannt und werden bevorzugt für Nutzfahrzeuge eingesetzt, bei welchen eine Vielzahl von Gängen benötigt wird. Gruppengetriebe umfassen in der Regel zwei bis drei miteinander verbundene Getriebe, wobei ein Hauptgetriebe, ein nachgeschaltetes Bereichgruppengetriebe sowie ein vorgeschaltetes Splitgruppengetriebe möglich sind.
Durch die EP 1 825 168 B1 wurde ein Gruppengetriebe bekannt, welches ein Hauptgetriebe sowie ein nachgeschaltetes, als Planetengetriebe ausgebildetes Bereichgruppengetriebe aufweist. Das Hauptgetriebe weist eine Eingangskonstante sowie drei Übersetzungsstufen für Vorwärtsgänge auf, d. h. insgesamt vier Radebenen. Das Hauptgetriebe weist keinen Rückwärtsgang auf. Das Planetengetriebe kann in drei verschiedenen Schaltpositionen, nämlich Position L (Low), Position R (Rückwärtsgang bzw. Drehrichtungsumkehr) sowie Position H (High) betrieben werden. Damit können die Gänge des Hauptgetriebes ins Langsame oder ins Schnelle übersetzt werden, wodurch der Übersetzungsbereich erweitert wird. Durch die Kombination eines Ganges des Hauptgetriebes mit dem Rückwärtsgang des Planetengetriebes kann ein Rückwärtsgang für das Gruppengetriebe realisiert werden. Die Schaltung des Hauptgetriebes und des Bereichsgruppengetriebes erfolgt über als Schalt- oder Schiebemuffen ausgebildete Schaltelemente.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gruppengetriebe der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Gruppengetriebe mit Haupt- und Bereichsgruppengetriebe vorgesehen, dass das Hauptgetriebe zusätzlich zu den Vorwärtsgängen einen Rückwärtsgang, d. h. eine Übersetzungsstufe mit Drehrichtungsumkehr aufweist. Das Gruppengetriebe weist somit zwei Übersetzungsstufen mit Drehrichtungsumkehr auf, nämlich einerseits im Hauptgetriebe und andererseits im nachgeschalteten Bereichgruppengetriebe, sodass durch eine Kombination oder Hintereinanderschaltung der beiden Rückwärtsgänge mindestens ein zusätzlicher Vorwärtsgang gewonnen wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Hauptgetriebe in Ein- oder Zwei-Vorgelegewellen-Bauweise ausgebildet, d. h. es weist neben einer Hauptwelle eine oder zwei Vorgelegewellen auf. Damit kann das Gruppengetriebe bzw. das Hauptgetriebe an unterschiedliche Einbaubedingungen angepasst werden, d. h. entweder in Axialrichtung oder quer zur Axialrichtung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Bereichgruppengetriebe als Planetengetriebe ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauweise.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einem Verfahren zum Betreiben des Gruppengetriebes vorgesehen, dass beide Rückwärtsgänge, d. h. die des Hauptgetriebes und des Bereichsgruppengetriebes hintereinander geschaltet, d. h. miteinander gekoppelt werden, sodass sich ein zusätzlicher Vorwärtsgang ergibt. Je nach Ausbildung des Hauptgetriebes kann durch das Koppeln beider Rückwärtsgänge mindestens ein weiterer Vorwärtsgang, beispielsweise zwei Kriechgänge (so genannte Crawler) gewonnen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes Gruppengetriebe mit Hauptgetriebe und nachgeschaltetem Bereichgruppengetriebe,
1a das Bereichsgruppengetriebe in der Position L (Langsam),
1b das Bereichgruppengetriebe in der Schaltposition S (Schnell),
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für ein Gruppengetriebe und
2a eine Darstellung des Kraftflusses im Gruppengetriebe gemäß 2 für sämtliche Gänge.
1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Gruppengetriebe 1, welches ein Hauptgetriebe 2 und ein nachgeschaltetes Bereichsgruppengetriebe 3, ausgebildet als Planetengetriebe 3, umfasst. Das Hauptgetriebe 2 weist eine Getriebeeingangswelle 4, eine Hauptwelle 5 sowie eine Vorgelegewelle 6 auf. Die Getriebeeingangswelle 4 wird über eine Kupplung 7 von einer Brennkraftmaschine 8 eines Kraftfahrzeuges angetrieben. Die Getriebeeingangswelle 4 ist über ein Radiallager 9 gegenüber der Hauptwelle 5 gelagert. Das Hauptgetriebe 2 umfasst eine Eingangskonstante K, d. h. eine konstante Übersetzungsstufe sowie eine Mehrzahl von Gängen oder Übersetzungsstufen, von denen nur zwei Übersetzungsstufen dargestellt und mit HG1 und HGn bezeichnet sind, d. h. es sind n, z. B. drei oder vier Gangstufen möglich. Zusätzlich zu den Gangstufen HG1, HGn ist ein Rückwärtsgang HGR in einer zusätzlichen Radebene vorgesehen, d. h. eine Übersetzungsstufe mit Drehrichtungsumkehr, erkennbar durch ein Zwischenrad 10. Die einzelnen Gangstufen sind durch Schaltelemente, ausgebildet als Schiebe- oder Schaltmuffen, schaltbar, wobei eine Schiebemuffe 11 exemplarisch für das Hauptgetriebe 2 dargestellt ist. Das nachgeschaltete Bereichsgruppengetriebe 3 ist mit dem Hauptgetriebe 2 über die Hauptwelle 5 verbunden, welche über ein Radiallager 13 in einer Abtriebswelle 12 gelagert ist. Das als Planetengetriebe 3 ausgebildete Bereichsgruppengetriebe umfasst ein drehfest auf der Hauptwelle 5 angeordnetes Sonnenrad 14, einen Steg 15 sowie ein Hohlrad 16. Sonnenrad 14 und Hohlrad 16 stehen über Planetenräder 17, gelagert auf dem Steg 15, in Zahneingriff. Das Planetengetriebe 3 weist zwei Schaltelemente 18, 19, ausgebildet als erste und zweite Schiebemuffe 18, 19, auf, über welche drei Schaltposition realisierbar sind, nämlich R (Rückwärtsgang), L (Langsam) und S (Schnell). In 1 ist das Planetengetriebe 3 in der Schaltposition R dargestellt. Auf der Abtriebswelle 12 ist ein Mitnehmer 20 drehfest angeordnet, welcher mit der zweiten Schiebmuffe 19 koppelbar ist. Die erste Schiebemuffe 18 ist mit einem Getriebegehäuse 21 (symbolisch dargestellt) koppelbar. Das Planetengetriebe 3 entspricht der eingangs genannten EP 1 825 168 B1 , deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird, weshalb auf detaillierte Ausführungen hier verzichtet werden kann. In der in 1 dargestellten Position R des Planetengetriebes 3 ist der Steg 15 über die erste Schiebemuffe 18 mit dem Getriebegehäuse 21 verbunden, d. h. festgesetzt. Die zweite Schiebemuffe 19 verbindet das Hohlrad 16 über den Mitnehmer 20 mit der Abtriebswelle 12. Das Planetengetriebe 3 arbeitet somit in der Schaltposition R mit der Standübersetzung zwischen dem Sonnenrad 14 und dem Hohlrad 16, d. h. es findet eine Drehrichtungsumkehr von der Hauptwelle 5 in Bezug auf die Abtriebswelle 12 statt.
1a zeigt das Planetengetriebe 3 in der Schaltposition L, d. h. einer Übersetzung ins Langsame. Die erste Schiebemuffe 18 ist einerseits mit dem Gehäuse 21 und andererseits mit dem Hohlrad 16 verbunden, sodass dieses festgesetzt ist. Die zweite Schiebemuffe 19 verbindet den Steg 15 mit dem Mitnehmer 20 und somit mit der Abtriebswelle 12. Es findet eine Übersetzung ins Langsame ohne Drehrichtungsumkehr statt.
1b zeigt das Planetengetriebe 3 in der Schaltposition S, d. h. einer Übersetzung ins Schnelle. Die erste Schiebemuffe 18 verbindet den Steg 15 mit dem Hohlrad 16, während die zweite Schiebemuffe 19 den Steg 15 mit dem Mitnehmer 20 verbindet. Es findet ein so genannter Durchtrieb (ohne Drehrichtungsumkehr) bzw. ein Direkttrieb ohne Übersetzung statt.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für gleiche oder analoge Teile die in 1 verwendeten Bezugszahlen, jedoch jeweils um 100 erhöht, verwendet werden. Ein Gruppengetriebe 101 umfasst ein Hauptgetriebe 102 und ein nachgeschaltetes Bereichsgruppengetriebe 103, welches dem Planetengetriebe 3 in 1 vollständig entspricht. Das Hauptgetriebe 102 weist fünf Übersetzungsstufen auf, welche in fünf Radebenen I, II, III, IV, V angeordnet und mit K1, K2/G3, G2, G1, R/C bezeichnet sind. K1 in der Radebene I bezeichnet eine Eingangskonstante, K2 eine zweite Eingangskonstante in der Radebene II. Die Übersetzungsstufe G1 in der Radebene IV bezeichnet den ersten Gang, die Übersetzungsstufe G2 in der Radebene III den zweiten Gang und die Übersetzungsstufe G3 in der Radebene II den dritten Gang des Hauptgetriebes 102, welcher in der gleichen Radebene mit der zweiten Konstanten K2 angeordnet ist. Zur Schaltung der einzelnen Gänge sind drei Doppelschaltelemente 122, 123, 124 angeordnet, welche jeweils drei Positionen, nämlich Links, Mitte, Rechts einnehmen können. Mit dem Gruppengetriebe 101 können zwölf Vorwärtsgänge, zwei Kriechgänge und zwei Rückwärtsgänge geschaltet werden,
2a zeigt in schematischer Darstellung, d. h. in Form von Kraftflusslinien den Kraftfluss für die einzelnen Gänge R1, R2 (Rückwärtsgänge), C1, C2 (Kriechgänge oder Crawler-Gänge) sowie zwölf Vorwärtsgänge 1 bis 12. Die Radebenen I bis V aus 2 sind als gestrichelte Linien in den Bereich der Kraftflusslinien verlängert und markieren somit die Sprünge von der Getriebeeingangswelle 104 auf die Vorgelegewelle 106 und umgekehrt. Beim ersten Rückwärtsgang R1 befindet sich das Planetengetriebe 103 in der Schaltposition L, wie in 1a für das Getriebe 3 dargestellt. Die erste Schiebemuffe 122 befindet sich dann – was hier nicht dargestellt ist – in ihrer Position Links, d. h. die Getriebeeingangswelle 104 ist mit der Konstanten K1 in der Radebene I gekoppelt. Demzufolge weist die Kraftflusslinie für den ersten Rückwärtsgang R1 einen Absatz oder Sprung in der Radebene I auf. Der Kraftfluss erfolgt dann weiter über die Vorgelegewelle 106 bis zur Radebene V. Die dritte Schiebemuffe 124 befindet sich in der (hier nicht dargestellten) Position Rechts, d. h. die Übersetzungsstufe R/C ist mit der Hauptwelle 105 gekoppelt. In analoger Weise erfolgt der Kraftfluss für den zweiten Rückwärtsgang R2, wobei der Wechsel von der Getriebeeingangswelle 104 auf die Vorgelegewelle 106 in der Radebene II über die Übersetzungsstufe K2/G3 erfolgt – dabei befindet sich die erste Schiebemuffe 122 in ihrer (hier nicht dargestellten) Position Rechts.
Von besonderer Bedeutung sind die beiden Kriechgänge C1, C2, auch Crawler-Gänge genannt, welche durch Hintereinanderschaltung der Rückwärts-Gangstufe R/C des Hauptgetriebes 102 und der Schaltposition R des Planetengetriebes 103 realisiert werden. In der Kraftflusslinie C1 erfolgen der erste Sprung von der Getriebeeingangswelle 104 auf die Vorgelegewelle 106 in der Radebene I und der zweite Sprung in der Radebene V. Beim zweiten Kriechgang C2 erfolgt der Sprung von der Getriebeeingangswelle 104 auf die Vorgelegewelle 106 in der Radebene II – somit ergibt sich gegenüber dem Kriechgang C1 ein anderes Übersetzungsverhältnis.
Es ist also festzuhalten, dass durch die Hintereinanderschaltung von zwei Rückwärtsgängen, nämlich des Hauptgetriebes 102 und des Planetengetriebes 103 zwei zusätzliche Gänge, nämlich die beiden Kriechgänge C1, C2 gewonnen werden können.
Die übrigen Vorwärtsgänge 1 bis 12 sind aus der Darstellung der betreffenden Kraftflusslinien entnehmbar, wobei die Gänge 1 bis 6 aufgrund der Position L des Planetengetriebes 103 ins Langsame und die entsprechenden Gänge 7 bis 12 aufgrund der Position S des Planetengetriebes 103 ins Schnelle übersetzt werden (direkter Durchtrieb).
Bezugszeichenliste

1: Gruppengetriebe
2: Hauptgetriebe
3: Bereichsgruppengetriebe/Planetengetriebe
4: Getriebeeingangswelle
5: Hauptwelle
6: Vorgelegewelle
7: Kupplung
8: Brennkraftmaschine
9: Radiallager
10: Zwischenrad
11: Schiebemuffe
12: Abtriebswelle
13: Radiallager
14: Sonnenrad
15: Steg
16: Hohlrad
17: Planetenrad
18: Erste Schiebemuffe
19: Zweite Schiebemuffe
20: Mitnehmer
21: Getriebegehäuse
101: Gruppengetriebe
102: Hauptgetriebe
103: Bereichsgruppengetriebe/Planetengetriebe
104: Getriebeeingangswelle
105: Hauptwelle
106: Vorgelegewelle
112: Abtriebswelle
122: erste Schiebemuffe
123: zweite Schiebemuffe
124: dritte Schiebemuffe
K: Konstante
K1: Konstante
K2: Konstante
HG1: erster Gang Hauptgetriebe
HGn: n-ter Gang Hauptgetriebe
HGR: Rückwärtsgang Hauptgetriebe
L: Schaltposition Langsam
S: Schaltposition Schnell
R: Schaltposition Rückwärts
G1: erster Gang Hauptgetriebe
G2: zweiter Gang Hauptgetriebe
G3: dritter Gang Hauptgetriebe
R/C: Rückwärtsgang Hauptgetriebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1825168 B1 [0001, 0003, 0016]

Claims

Gruppengetriebe, umfassend ein Hauptgetriebe (2; 102), welches mindestens zwei Vorwärtsgänge (HG1, HGn; G1, G2) aufweist, sowie ein nachgeschaltetes Bereichsgruppengetriebe (3; 103), welches zwei Vorwärtsgänge (L, S) und einen Rückwärtsgang (R) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (2; 102) zusätzlich zu den mindestens zwei Vorwärtsgängen (HG1, HGn; G1, G2) einen Rückwärtsgang (HGR; R/C) aufweist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (2; 102) in Ein- oder Zwei-Vorgelegewellen-Bauweise ausgebildet ist.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereichsgruppengetriebe als Planetengetriebe (3; 103) ausgebildet ist.
Verfahren zum Betreiben des Gruppengetriebes (1; 101) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung eines zusätzliches Vorwärtsganges (C1, C2) der Rückwärtsgang (HGR; R/C) des Hauptgetriebes (2; 102) und der Rückwärtsgang (R) des Bereichsgruppengetriebes (3; 103) miteinander gekoppelt werden.