DE102014215869B4

DE102014215869B4 - Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014215869B4
Application number: DE102014215869.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Stefan Beck; Viktor Warth
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2034-08-12
Also published as: DE102014215869A1

Abstract

Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und mit einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordneten Bereichsgruppe (GP, GP'), die aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen (PS1, PS2) mit jeweils einem Sonnenrad (3, 7), einem mehrere Planetenräder (5, 9) tragenden Planetenträger (4, 8) und einem Hohlrad (6, 10) gebildet ist, und die schaltbare Übersetzungsstufen für einen Langsamfahrbereich (L), einen Schnellfahrbereich (H), und einen Rückwärtsfahrbereich (R) aufweist, sowie mit den folgenden weiteren Merkmalen der Bereichsgruppe:- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlrad (6) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und der Eingangswelle (1) der Bereichsgruppe (GP, GP'),- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (8) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) und der Ausgangswelle (2) der Bereichsgruppe (GP, GP'),- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Sonnenrad (7) des zweiten Planetenradsatzes (PS2),- ein erstes Schaltelement (SL) zur Schaltung des Langsamfahrbereichs (L) durch eine gehäusefeste Arretierung der beiden Sonnenräder (3, 7),- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Hohlrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2),- ein zweites Schaltelement (SR) zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs (R) durch eine gehäusefeste Arretierung des Planetenträgers (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und des Hohlrades (10) des zweiten Planetenradsatzes PS2, und- eine mittels eines dritten Schaltelements (SH) zur Schaltung des Schnellfahrbereichs (S) schaltbaren drehfesten Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen (3, 4, 6; 7, 8, 10) eines der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) oder zwischen zwei nicht permanent drehfest miteinander verbundenen Getriebeelementen (3, 8, 10; 4, 7, 8; 6, 7, 8, 10) beider Planetenradsätze (PS1, PS2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und mit einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordneten Bereichsgruppe, die aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen mit jeweils einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad gebildet ist, und die schaltbare Übersetzungsstufen für einen Langsamfahrbereich, einen Schnellfahrbereich und einen Rückwärtsfahrbereich aufweist.
Gruppengetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und zumindest einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder 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 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 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 sowie 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 vorgeordneten Splitgruppe, sowie einer dem Hauptgetriebe nachgeordneten Bereichsgruppe ist in der DE 44 22 900 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Gruppengetriebe ist das Hauptgetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist zwei Vorgelegewellen und 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 aus der EP 0 618 382 B1 verschiedene Ausführungsformen eines Gruppengetriebes bekannt, das ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes mehrstufiges Hauptgetriebe und ein dem Hauptgetriebe nachgeordnetes Zusatzgetriebe aufweist. Das Zusatzgetriebe umfasst eine zweistufige Splitgruppe sowie eine zweistufige Bereichsgruppe. In einer ersten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 2 ist die Splitgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt, wogegen die Bereichsgruppe wie bei dem Gruppengetriebe der DE 44 22 900 A1 in Planetenbauweise ausgeführt ist. In einer zweiten Ausführungsform des Zusatzgetriebes gemäß der dortigen 3 ist die Splitgruppe dagegen in Planetenbauweise und die Bereichsgruppe in Vorgelegebauweise ausgeführt.
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 antriebstechnisch vorgeordnete zweistufige Splitgruppe, sowie eine in Planetenbauweise ausgeführte und dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnete 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 jedoch 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 eine schaltbare Umkehrstufe verzichtet werden, also eine 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 einer Schaltstellung mit Dreifachkopplung, ausgebildet ist. Nachteilig an der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Ausführung einer Bereichsgruppe ist somit der komplizierte Aufbau insbesondere des zweiten Schaltelementes und die Notwendigkeit von zwei Schaltaktuatoren oder einer Kopplung der beiden Schaltelemente für die erforderliche simultane Betätigung der Schaltelemente.
In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2013 202 045 A1 wird ein Gruppengetriebe mit einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordneten Bereichsgruppe vorgeschlagen, die aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen mit jeweils einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad gebildet ist. Außerdem weist die Bereichsgruppe zwei schaltbare Übersetzungsstufen für unterschiedliche Geschwindigkeitsfahrbereiche sowie eine schaltbare Umkehrstufe für einen Rückwärtsfahrbereich auf. Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbunden. Der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes ist drehfest mit der Ausgangswelle des Gruppengetriebes verbunden. Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes ist über ein Doppelschaltelement zur Schaltung eines Langsamfahrbereichs gehäusefest arretierbar und zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs drehfest mit der Ausgangswelle verbindbar. Außerdem ist der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs über ein Einfachschaltelement gehäusefest arretierbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gruppengetriebe für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches ein mehrstufiges Hauptgetriebe und eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordnete Bereichsgruppe der eingangs genannten Bauart aufweist, bei dem die Bereichsgruppe im Vergleich zu der aus der DE 10 2013 202 045 A1 bekannten Ausführungsform einen anderen, dazu alternativen Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Gruppengetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Demnach betrifft die Erfindung ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordneten Bereichsgruppe, die aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen mit jeweils einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad gebildet ist, und die schaltbare Übersetzungsstufen für einen Langsamfahrbereich, einen Schnellfahrbereich und einen Rückwärtsfahrbereich aufweist. Außerdem weist die Bereichsgruppe des Gruppengetriebes folgende weitere Merkmale auf:

- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und der Eingangswelle der Bereichsgruppe,
- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes und der Ausgangswelle der Bereichsgruppe,
- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes,
- ein erstes Schaltelement zur Schaltung des Langsamfahrbereichs durch eine gehäusefeste Arretierung der beiden Sonnenräder,
- eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes,
- ein zweites Schaltelement zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs durch eine gehäusefeste Arretierung des Planetenträgers des ersten Planetenradsatzes und des Hohlrades des zweiten Planetenradsatzes, und
- eine mittels eines dritten Schaltelements zur Schaltung des Schnellfahrbereichs schaltbaren drehfesten Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen eines der beiden Planetenradsätze oder zwischen zwei nicht permanent drehfest miteinander verbundenen Getriebeelementen beider Planetenradsätze.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Bereichsgruppe in Form von zwei in der genannten Art gekoppelten Planetenradsätzen und durch die Anordnung der drei genannten Schaltelemente ist die Schaltvorrichtung der Bereichsgruppe im Vergleich zu der aus der DE 10 2013 202 045 A1 bekannten Bereichsgruppe dahingehend vereinfacht, dass zur Schaltung der Übersetzungsstufen für die Fahrbereiche Schnell, Langsam, Rückwärts jeweils nur eines der Schaltelemente geschlossen werden muss. Zur Schaltbetätigung der Bereichsgruppe ist daher gegebenenfalls nur ein einziger Schaltaktuator erforderlich, der bei einer Bereichsschaltung in einem Wählvorgang mit dem betreffenden Schaltelement gekoppelt wird. Im Vergleich zu der aus der EP 1 825 168 B1 bekannten Bereichsgruppe ist die Schaltvorrichtung der erfindungsgemäßen Bereichsgruppe somit ebenfalls deutlich vereinfacht. Durch die beiden gekoppelten Planetenradsätze ergibt sich zwar ein komplizierterer und mehr Bauraum erfordernder Aufbau der Bereichsgruppe, andererseits ist mit den beiden Planetenradsätzen vorteilhaft eine größere Übersetzungsspreizung der Bereichsgruppe als mit einem einzigen Planetenradsatz möglich.
Bei geschaltetem Langsamfahrbereich, also bei geschlossenem erstem Schaltelement, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_L} = (1 - i₀₁) / 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 Schnellfahrbereich, also bei geschlossenem drittem Schaltelement, alle Getriebeelemente der Planetenradsätze drehfest miteinander verbunden sind und die Planetenradsätze somit im Block umlaufen, ist die Übersetzung der Bereichsgruppe in diesem Fall gleich eins (i_{GP_H} = 1). Bei geschaltetem Rückwärtsfahrbereich, also bei geschlossenem zweitem Schaltelement, ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe nach der Gleichung i_{GP_R} = (1 - i₀₂) / i₀₁ .
Besonders dann, wenn radial beengte Einbauverhältnisse vorliegen, sind die beiden Planetenradsätze der Bereichsgruppe bevorzugt koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz zweckmäßig dem ersten Planetenradsatz in Kraftflussrichtung nachgeordnet ist. Die zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sowie zwischen dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes angeordneten Verbindungselemente sind in diesem Fall weitgehend als hohlzylindrische oder zylindrische Wellenabschnitte ausgebildet.
Wenn allerdings axialer Bauraum eingespart werden soll, dann können die beiden Planetenradsätze der Bereichsgruppe auch koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet sein, wobei der erste Planetenradsatz vorzugsweise radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist. Die zwischen dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sowie zwischen dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes angeordneten Verbindungselemente sind in diesem Fall weitgehend als ringförmige Radialstege ausgebildet.
Um die Zugänglichkeit für ein Betätigungselement eines Schaltaktuators oder für die Zufuhr eines Druckmittels zur Betätigung der drei Schaltelemente zu erleichtern, kann vorgesehen sein, dass zumindest das erste Schaltelement zur Schaltung des Langsamfahrbereichs und das zweite Schaltelement zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs radial außerhalb der Bereichsgruppe angeordnet sind sowie über Radialstege mit den zugeordneten Getriebeelementen in Verbindung stehen.
Die Schaltelemente können als unsynchronisierte oder reibsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sein, was eine Betätigung durch einen Schaltaktuator erforderlich macht.
Da zur Schaltung eines der Fahrbereiche jeweils nur eines der Schaltelemente geschlossen wird und die anderen Schaltelemente geöffnet werden beziehungsweise geöffnet gehalten werden, ist es möglich, dass zwei der drei Schaltelemente in einem Doppelschaltelement mit zwei Schaltstellungen und einer Neutralstellung zusammengefasst sind, wobei in den Schaltstellungen jeweils eines der Schaltelemente geschlossen und das andere geöffnet ist, sowie in der Neutralstellung beide Schaltelemente geöffnet sind. Die Betätigung der betreffenden zwei Schaltelemente erfolgt dann durch einen einzigen Schaltaktuator.
Wenn alle Schaltelemente radial außerhalb der Planetenradsätze und zum Beispiel axial benachbart zueinander angeordnet werden können, ist es sogar möglich, dass alle drei Schaltelemente in einem Dreifachschaltelement mit drei Schaltstellungen zusammengefasst sind, wobei in den Schaltstellungen jeweils eines der Schaltelemente geschlossen ist und die anderen geöffnet sind. In diesem Fall kann die Betätigung aller Schaltelemente durch einen einzigen Schaltaktuator erfolgen.
Alternativ zu einer formschlüssigen Ausführung der vorgenannten Bauart können die Schaltelemente jedoch auch als reibschlüssige Schaltkupplungen oder Schaltbremsen, wie zum Beispiel als druckmittelbetätigte Lamellenkupplungen, ausgebildet sein.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

1 eine erste Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Bereichsgruppe in einer schematischen Ansicht,
1a ein Schaltschema der Bereichsgruppe gemäß 1 in Form einer Schalttabelle,
2 eine zweite Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Bereichsgruppe in einer schematischen Ansicht,
3 die erste Ausführungsform der Bereichsgruppe gemäß 1 mit einer ersten alternativen Anordnung eines Schaltelementes zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs,
4 die erste Ausführungsform der Bereichsgruppe gemäß 1 mit einer zweiten alternativen Anordnung des Schaltelementes zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs,
5 die erste Ausführungsform der Bereichsgruppe gemäß 1 mit einer dritten alternativen Anordnung des Schaltelementes zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs, und
6 die erste Ausführungsform der Bereichsgruppe gemäß 1 mit einer vierten alternativen Anordnung des Schaltelementes zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs.

Die in 1 in schematischer Form abgebildete Bereichsgruppe GP eines nicht weiter dargestellten Gruppengetriebes weist eine Eingangswelle 1 und eine Ausgangswelle 2 auf. Die Bereichsgruppe GP kann einem mehrstufigen Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordnet sein. Sofern das Gruppengetriebe keine Splitgruppe aufweist und die Bereichsgruppe GP dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vorgeordnet ist, bildet die Eingangswelle 1 der Bereichsgruppe GP zugleich die Eingangswelle des gesamten Gruppengetriebes, und die Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP ist drehfest mit der Eingangswelle des Hauptgetriebes verbunden. Wenn das Gruppengetriebe keine Splitgruppe aufweist und die Bereichsgruppe GP dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeordnet ist, bildet die Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP zugleich die Ausgangswelle des gesamten Gruppengetriebes, und die Eingangswelle 1 der Bereichsgruppe GP ist drehfest mit der Ausgangswelle des Hauptgetriebes verbunden.
Die Bereichsgruppe GP ist in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst zwei miteinander gekoppelte Planetenradsätze PS1, PS2 mit jeweils einem Sonnenrad 3, 7, einem mehrere Planetenräder 5, 9 tragenden Planetenträger 4, 8, und jeweils einem Hohlrad 6, 10. Vorliegend sind die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 der Bereichsgruppe GP koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz PS2 dem ersten Planetenradsatz PS1 in Kraftflussrichtung nachgeordnet ist. Das Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1 ist drehfest mit der Eingangswelle 1 der Bereichsgruppe GP verbunden und bildet somit das Eingangselement der Bereichsgruppe GP. Der Planetenträger 8 des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist drehfest mit der Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP verbunden und bildet somit das Ausgangselement der Bereichsgruppe GP.
Das Sonnenrad 3 des ersten Planetenradsatzes PS1 und das Sonnenrad 7 des zweiten Planetenradsatzes PS2 sind über ein weitgehend als ein hohlzylindrischer Wellenabschnitt ausgebildetes Verbindungselement 12 drehfest miteinander verbunden sowie zur Schaltung eines Langsamfahrbereichs L mittels eines ersten Schaltelements SL an einem gehäusefesten Bauteil 11 arretierbar. Der Planetenträger 4 des ersten Planetenradsatzes PS1 und das Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 sind über ein weitgehend als ein zylindrischer Wellenabschnitt ausgebildetes Verbindungselement 13 drehfest miteinander verbunden sowie zur Schaltung eines Rückwärtsfahrbereichs R mittels eines zweiten Schaltelements SR an einem gehäusefesten Bauteil 11 arretierbar.
Die beiden Schaltelemente SL, SR zur Schaltung des Langsamfahrbereichs L und des Rückwärtsfahrbereichs R sind radial außerhalb der Planetenradsätze PS1, PS2 angeordnet und stehen jeweils über einen Radialsteg 14, 15 mit den zugeordneten Getriebeelementen 3, 7; 4, 10 in Verbindung. Zur Schaltung eines Schnellfahrbereichs H ist ein drittes Schaltelement SH vorgesehen, das vorliegend axial zwischen den beiden Radialstegen 14, 15 angeordnet ist.
Die Zuordnung zwischen den drei Schaltelementen SL, SH, SR und den Fahrbereichen L, H, R ist in der Schalttabelle der 1a zusammengefasst, wobei der geschlossene Zustand der Schaltelemente SL, SH, SR jeweils mit einem Kreuz markiert ist. Die Schaltelemente SL, SH, SR können wahlweise als formschlüssige oder als reibschlüssige Schaltkupplungen oder Schaltbremsen ausgeführt sein und bei einer Ausführung als unsynchronisierte oder reibsynchronisierte Klauenkupplungen in einem Doppel- oder Dreifachschaltelement zusammengefasst sein.
Bei geschlossenem ersten Schaltelement SL zur Schaltung des Langsamfahrbereichs L ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_L} = (1 - i₀₁) / 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 geschlossenem dritten Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H ist die Übersetzung der Bereichsgruppe GP gleich eins (i_{GP_H} = 1), da die Getriebeelemente 3, 4, 6; 7, 8, 10 der beiden Planetenradsätze PS1, PS2 dann drehfest miteinander verbunden sind und im Block umlaufen. Bei geschlossenem zweitem Schaltelement SR zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs R ergibt sich die Übersetzung der Bereichsgruppe GP nach der Gleichung i_{GP_R} = (1 - i₀₂) / i₀₁.
Die in 2 schematisch dargestellte Bereichsgruppe GP' unterscheidet sich von der Bereichsgruppe GP gemäß 1 nur durch eine andere geometrische Anordnung der Planetenradsätze PS1, PS2. Bei dieser Ausführungsvariante der Bereichsgruppe GP' sind die beiden Planetenradsätze PS1, PS2 koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz PS1 radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet ist.
Demzufolge sind die zwischen dem Sonnenrad 3 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Sonnenrad 7 des zweiten Planetenradsatzes PS2 sowie zwischen dem Planetenträger 4 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordneten Verbindungselemente 12', 13' nun weitgehend als ringförmige Radialstege ausgebildet. Die drei Schaltelemente SL, SH, SR sind wie zuvor radial außerhalb der Planetenradsätze PS1, PS2 angeordnet, und die Schaltelemente SL, SR für die Schaltung des Langsamfahrbereichs L sowie des Rückwärtsfahrbereichs R stehen über entsprechende Radialstege 14', 15' mit den zugeordneten Getriebeelementen 3, 7; 4, 10 in Verbindung. Das dritte Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H ist wie bei dem Beispiel gemäß 1 axial zwischen den beiden Radialstegen 14', 15' angeordnet.
Die Funktion der gerade beschriebenen Variante der Bereichsgruppe GP' gemäß 2 entspricht exakt derjenigen der Variante der Bereichsgruppe GP gemäß 1. Durch die Einsparung einer Zahnradebene benötigt die Ausführungsform der Bereichsgruppe GP' gemäß 2 jedoch weniger axialen Bauraum, so dass das gesamte Gruppengetriebe dann eine entsprechend geringere axiale Baulänge aufweist.
Da zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H auch andere Getriebeelemente mittels des dritten Schaltelements SH drehfest miteinander verbunden werden können, sind in den 3 bis 6 auf der Basis der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 1 alternative Anordnungen des dritten Schaltelementes SH dargestellt.
In der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 3 ist das dritte Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H zwischen der Eingangswelle 1 der Bereichsgruppe GP beziehungsweise dem Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Planetenträger 4 des ersten Planetenradsatzes PS1 beziehungsweise dem Verbindungselement 13 zwischen dem Planetenträger 4 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 angeordnet.
In der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 4 ist das dritte Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H zwischen dem Sonnenrad 7 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beziehungsweise dem Verbindungselement 12 zwischen dem Sonnenrad 3 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Sonnenrad 7 des zweiten Planetenradsatzes PS2 und dem Planetenträger 8 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beziehungsweise der Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP angeordnet.
In der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 5 ist das dritte Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H zwischen dem Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beziehungsweise dem Verbindungselement 13 zwischen dem Planetenträger 4 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Hohlrad 10 des zweiten Planetenradsatzes PS2 und dem Planetenträger 8 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beziehungsweise der Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP angeordnet.
In der Ausführungsform der Bereichsgruppe GP gemäß 6 ist das dritte Schaltelement SH zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H zwischen einer Verlängerung 16 der Eingangswelle 1 der Bereichsgruppe GP beziehungsweise dem Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes PS1 und dem Planetenträger 8 des zweiten Planetenradsatzes PS2 beziehungsweise der Ausgangswelle 2 der Bereichsgruppe GP angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Eingangswelle von Bereichsgruppe GP, GP'
2: Ausgangswelle von Bereichsgruppe GP, GP'
3: Sonnenrad von Planetenradsatz PS1
4: Planetenträger, Steg von Planetenradsatz PS1
5: Planetenrad von Planetenradsatz PS1
6: Hohlrad, Ringrad von Planetenradsatz PS1
7: Sonnenrad von Planetenradsatz PS2
8: Planetenträger, Steg von Planetenradsatz PS2
9: Planetenrad von Planetenradsatz PS2
10: Hohlrad, Ringrad von Planetenradsatz PS2
11: Gehäusefestes Bauteil
12, 12': Verbindungselement
13, 13': Verbindungselement
14, 14': Radialsteg
15, 15': Radialsteg
16: Verlängerung der der Eingangswelle 1
GP, GP': Bereichsgruppe
H: Schnellfahrbereich
i: Übersetzung
i01: Standübersetzung von Planetenradsatz PS1
i02: Standübersetzung von Planetenradsatz PS2
iGP: Übersetzung von Bereichsgruppe GP, GP'
iGP_H: Übersetzung von Bereichsgruppe GP, GP' bei geschlossenem SH
iGP_L: Übersetzung von Bereichsgruppe GP, GP' bei geschlossenem SL
iGP_R: Übersetzung von Bereichsgruppe GP, GP' bei geschlossenem SR
L: Langsamfahrbereich
PS1: Erster Planetenradsatz von Bereichsgruppe GP, GP'
PS2: Zweiter Planetenradsatz von Bereichsgruppe GP, GP'
R: Rückwärtsfahrbereich
SL: Erstes Schaltelement, zur Schaltung des Langsamfahrbereichs L
SR: Zweites Schaltelement, zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs R
SH: Drittes Schaltelement, zur Schaltung des Schnellfahrbereichs H

Claims

Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und mit einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vor- oder nachgeordneten Bereichsgruppe (GP, GP'), die aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen (PS1, PS2) mit jeweils einem Sonnenrad (3, 7), einem mehrere Planetenräder (5, 9) tragenden Planetenträger (4, 8) und einem Hohlrad (6, 10) gebildet ist, und die schaltbare Übersetzungsstufen für einen Langsamfahrbereich (L), einen Schnellfahrbereich (H), und einen Rückwärtsfahrbereich (R) aufweist, sowie mit den folgenden weiteren Merkmalen der Bereichsgruppe: - eine drehfeste Verbindung zwischen dem Hohlrad (6) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und der Eingangswelle (1) der Bereichsgruppe (GP, GP'), - eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (8) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) und der Ausgangswelle (2) der Bereichsgruppe (GP, GP'), - eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Sonnenrad (7) des zweiten Planetenradsatzes (PS2), - ein erstes Schaltelement (SL) zur Schaltung des Langsamfahrbereichs (L) durch eine gehäusefeste Arretierung der beiden Sonnenräder (3, 7), - eine drehfeste Verbindung zwischen dem Planetenträger (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Hohlrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2), - ein zweites Schaltelement (SR) zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs (R) durch eine gehäusefeste Arretierung des Planetenträgers (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und des Hohlrades (10) des zweiten Planetenradsatzes PS2, und - eine mittels eines dritten Schaltelements (SH) zur Schaltung des Schnellfahrbereichs (S) schaltbaren drehfesten Verbindung zwischen zwei Getriebeelementen (3, 4, 6; 7, 8, 10) eines der beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) oder zwischen zwei nicht permanent drehfest miteinander verbundenen Getriebeelementen (3, 8, 10; 4, 7, 8; 6, 7, 8, 10) beider Planetenradsätze (PS1, PS2).
Gruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) der Bereichsgruppe (GP) koaxial und axial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der zweite Planetenradsatz (PS2) dem ersten Planetenradsatz (PS1) in Kraftflussrichtung nachgeordnet ist, und bei dem die zwischen dem Sonnenrad (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Sonnenrad (7) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) sowie zwischen dem Planetenträger (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Hohlrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordneten Verbindungselemente (12, 13) weitgehend als hohlzylindrische oder zylindrische Wellenabschnitte ausgebildet sind.
Gruppengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetenradsätze (PS1, PS2) der Bereichsgruppe (GP') koaxial und radial gestaffelt zueinander angeordnet sind, wobei der erste Planetenradsatz (PS1) radial innerhalb des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordnet ist, und bei dem die zwischen dem Sonnenrad (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Sonnenrad (7) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) sowie zwischen dem Planetenträger (4) des ersten Planetenradsatzes (PS1) und dem Hohlrad (10) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) angeordneten Verbindungselemente (12', 13') weitgehend als ringförmige Radialstege ausgebildet sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Schaltelement (SL) zur Schaltung des Langsamfahrbereichs (L) und das zweite Schaltelement (SR) zur Schaltung des Rückwärtsfahrbereichs (R) radial außerhalb der Planetenradsätze (PS1, PS2) angeordnet sind sowie über Radialstege (14, 14'; 15, 15') mit den zugeordneten Getriebeelementen (3, 7; 4, 10) in Verbindung stehen.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (SL, SH, SR) als unsynchronisierte oder reibsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sind.
Gruppengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der drei Schaltelemente (z.B. SL, SH) in einem Doppelschaltelement mit zwei Schaltstellungen und einer Neutralstellung zusammengefasst sind, wobei in den Schaltstellungen jeweils eines der Schaltelemente (SL, SH) geschlossen sowie das andere geöffnet ist, und in der Neutralstellung beide Schaltelemente (SL, SH) geöffnet sind.
Gruppengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Schaltelemente (SL, SH, SR) in einem Dreifachschaltelement mit drei Schaltstellungen zusammengefasst sind, wobei in den Schaltstellungen jeweils eines der Schaltelemente (SL, SH, SR) geschlossen ist und die anderen geöffnet sind.
Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (SL, SH, SR) als reibschlüssige Schaltkupplungen oder Schaltbremsen ausgebildet sind.