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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stufenschaltgetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.
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Aus der
DE 101 21 634 A1 ist ein Schaltgetriebe in Gruppenbauweise mit koaxial angeordneter Antriebswelle und Abtriebswelle bekannt. Das Schaltgetriebe weist eine Vorgelegewelle und mehrere auf die Wellen verteilte Zahnradpaare für verschiedene Gangstufen auf, die durch Kupplungen schaltbar sind. Zwischen einem am Ende auf der Antriebswelle gelagerten Losrad und einem am Anfang auf der Abtriebswelle gelagerten Losrad ist über dem Bereich, an dem die Wellen aneinander anschließen, eine Schalteinrichtung vorgesehen. Die Schalteinrichtung verbindet in einer ersten Schaltstellung das Losrad fest mit der Abtriebswelle und in einer zweiten Schaltstellung das Losrad fest mit der Antriebswelle. Dadurch kann das Zahnradpaar mit dem Losrad auf der Antriebswelle als Abtriebskonstante und das Zahnradpaar mit dem Losrad auf der Abtriebswelle als Antriebskonstante genutzt werden.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Es wird ein Stufenschaltgetriebe mit einer Eingangswelle und einer zu dieser koaxialen Ausgangswelle vorgeschlagen. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind auf einer Hauptachse des Stufenschaltgetriebes angeordnet. Des Weiteren umfasst das Stufenschaltgetriebe eine zu diesen beiden Wellen parallele Vorgelegewelle. Die Vorgelegewelle ist zur Hauptachse radial beabstandet. Auch umfasst das Stufenschaltgetriebe mehrere Zahnradstufen, die jeweils ein auf der Hauptachse angeordnetes Losrad und ein mit der Vorgelegewelle verbundenes Festrad umfassen. Eine der Zahnradstufen ist als Eingangskonstante ausgebildet. Das Losrad der Eingangskonstanten ist mit der Eingangswelle verbindbar. Im verbundenen Zustand ist die Antriebskraft über die Eingangskonstante gemäß einer ersten Kraftflussrichtung von der Hauptachse auf die Vorgelegewelle übertragbar. Des Weiteren sind zwei der Zahnradstufen als Ausgangskonstanten ausgebildet. Die Ausgangskonstanten sind im Bereich der Ausgangswelle angeordnet. Das Losrad der jeweiligen Ausgangskonstanten ist mit der Ausgangswelle verbindbar. Im verbundenen Zustand ist die Antriebskraft gemäß einer zur ersten Kraftflussrichtung entgegengesetzten zweiten Kraftflussrichtung von der Vorgelegewelle auf die Hauptachse übertragbar. Ferner sind zumindest zwei zwischen der Eingangskonstanten und den Ausgangskonstanten angeordnete Zahnradstufen als Zwischenzahnradstufen ausgebildet. Bei den Zwischenzahnradstufen handelt es sich um keine konstanten Zahnradstufen. Infolgedessen ist mittels dieser Zwischenzahnradstufe die Antriebskraft nicht ausschließlich in einer einzigen Kraftflussrichtung übertragbar. Stattdessen sind die Zwischenzahnradstufen derart ausgebildet, dass mittels dieser die Antriebskraft sowohl in der ersten Kraftflussrichtung als auch in der zweiten Kraftflussrichtung übertragbar ist.
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Die Schaltlogik des Stufenschaltgetriebes und/oder die Übersetzungsverhältnisse der Zahnradstufen sind derart ausgebildet, dass das Stufenschaltgetriebe eine Niedrigganggruppe aufweist. Die Niedrigganggruppe umfasst zumindest den 1. und 2. Gang. Des Weiteren ist innerhalb dieser Niedrigganggruppe die erste Ausgangskonstante stets mit der Ausgangswelle gekoppelt. Infolgedessen ist die Antriebskraft innerhalb dieser Niedrigganggruppe stets von der Vorgelegewelle über die erste Ausgangskonstante gemäß der zweiten Kraftflussrichtung von der Vorgelegewelle abführbar und der Ausgangswelle zuführbar.
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Des Weiteren umfasst das Stufenschaltgetriebe eine Hochganggruppe. Innerhalb dieser Hochganggruppe ist die Eingangskonstante stets mit der Eingangswelle gekoppelt. Des Weiteren ist die erste Ausgangskonstante innerhalb dieser Hochganggruppe stets von der Ausgangswelle entkoppelt. Die Hochganggruppe umfasst ferner den unmittelbar auf die Niedrigganggruppe folgenden nächst höheren Gang. In diesem unmittelbar auf die Niedrigganggruppe folgenden nächst höheren Gang ist eine der Zwischenzahnradstufen mit der Ausgangswelle gekoppelt. Vorteilhafterweise ist somit die Antriebskraft in diesem ersten Gang bzw. niedrigsten Gang der Hochganggruppe mittels der Eingangskonstanten in der ersten Kraftflussrichtung der Vorgelegewelle zuführbar und mittels der Zwischenzahnradstufe in der zweiten Kraftflussrichtung wieder abführbar bzw. der Ausgangswelle zuführbar.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Zwischenzahnradstufe im Bereich des abtriebsseitigen Endes der Eingangswelle und die zweite Zwischenzahnradstufe im Bereich des antriebsseitigen Endes der Ausgangswelle angeordnet sind. Hierdurch kann vorteilhafterweise zwischen diesen beiden eine erste Schalteinrichtung angeordnet werden, mittels der beide Zwischenzahnradstufen schaltbar sind.
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Diesbezüglich ist es somit vorteilhaft, wenn zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle eine, insbesondere elektrisch schaltbare und/oder als Schaltklaue ausgebildete, erste Schalteinrichtung vorgesehen ist. Die erste Schalteinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie in einer ersten Schaltstellung das Losrad der antriebsseitigen ersten Zwischenzahnradstufe fest mit der Ausgangswelle koppelt. Des Weiteren ist die erste Schalteinrichtung derart ausgebildet, dass sie in einer zweiten Schaltstellung das Losrad der abtriebsseitigen zweiten Zwischenzahnradstufe fest mit der Eingangswelle koppelt.
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Zusätzlich ist es diesbezüglich ferner vorteilhaft, wenn die erste Schalteinrichtung in einer mittigen Neutralstellung ausschließlich mit der Eingangswelle oder der Ausgangswelle in Eingriff steht. Hierdurch kann das Schaltgetriebe mit lediglich einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle im Bereich der Hauptachse ausgebildet sein. Eine zwischen diesen beiden angeordnete Zwischenwelle kann eingespart werden, so dass das Stufenschaltgetriebe sehr kompakt ausgebildet werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Schalteinrichtung in einem der Gänge der Niedrigganggruppe, insbesondere in ihrem höchsten Gang, in die zweite Schaltstellung und/oder in einem der Gänge der Hochganggruppe, insbesondere in ihrem höchsten Gang, in die erste Schaltstellung geschaltet ist.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Niedrigganggruppe und/oder die Hochganggruppe jeweils ausschließlich unmittelbar aufeinanderfolgende, vorzugsweise drei, Gänge. Vorteilhafterweise umfasst die Niedrigganggruppe den 1. bis 3. Gang und/oder die Hochganggruppe den 4. bis 6. Gang.
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Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn in einem Gang der Niedrigganggruppe, insbesondere im 1. Gang, die Eingangskonstante und die erste Ausgangskonstante gekoppelt sind. Hierdurch kann die Antriebskraft von der Eingangswelle gemäß der ersten Kraftflussrichtung über die Eingangskonstante auf die Vorgelegewelle geführt werden und von der Vorgelegewelle über die erste Ausgangskonstante gemäß der zweiten Kraftflussrichtung wieder abgeführt werden.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Zwischenzahnradstufen innerhalb der Niedrigganggruppe zum Hochschalten des Stufenschaltgetriebes in Abtriebsrichtung sequenziell, insbesondere unmittelbar nacheinander, schaltbar sind. Hierbei ist vorzugsweise in einem Gang der Niedrigganggruppe, insbesondere im 2. Gang, die antriebsseitige erste Zwischenzahnradstufe und in einem im Vergleich dazu höheren Gang, insbesondere im 3. Gang, die abtriebsseitige zweite Zwischenzahnradstufe gekoppelt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn in einem Gang der Hochganggruppe, insbesondere im 5. oder 6. Gang, die zweite Ausgangskonstante gekoppelt ist. Hierdurch ist die Antriebskraft von der Eingangswelle über die Eingangskonstante der Vorgelegewelle zuführbar und von der Vorgelegewelle über die zweite Ausgangskonstante auf die Ausgangswelle abführbar.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Zwischenzahnradstufen innerhalb der Hochganggruppe zum Hochschalten des Stufenschaltgetriebes in Abtriebsrichtung sequenziell, insbesondere unmittelbar nacheinander, schaltbar. Hierbei ist vorzugsweise in einem Gang der Hochganggruppe, insbesondere im 4. Gang, die abtriebsseitige zweite Zwischenzahnradstufe und in einem im Vergleich dazu höheren Gang, insbesondere im 5. oder 6. Gang, die antriebsseitige erste Zwischenzahnradstufe gekoppelt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Stufenschaltgetriebe eine Direktgangübersetzung aufweist, die einen im Vergleich zur Hochganggruppe höheren Gang ausbildet und/oder in der die Eingangswelle mit der Ausgangswelle gekoppelt ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Schalteinrichtung in der Direktgangübersetzung in die erste Schaltstellung geschalten ist und das Losrad der antriebsseitigen ersten Zwischenzahnradstufe mittels einer zwischen der Eingangskonstanten und der ersten Zwischenzahnradstufe angeordneten zweiten Schalteinrichtung mit der Eingangswelle verbunden ist.
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Alternativ dazu ist es ebenso vorteilhaft, wenn die erste Schalteinrichtung in der Direktgangübersetzung in die zweite Schaltstellung geschalten ist und das Losrad der abtriebsseitigen zweiten Zwischenzahnradstufe mittels einer zwischen der zweiten Zwischenzahnradstufe und der zweiten Ausgangskonstanten angeordneten dritten Schalteinrichtung mit der Ausgangswelle verbunden ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Stufenschaltgetriebe eine zumindest teilweise geometrische und/oder eine zumindest teilweise progressive Gangstufung aufweist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn das Stufenschaltgetriebe ein 8-Gang- oder 10-Gang-Getriebe ist und/oder bis zu drei Rückwärtsgängen umfasst, die mittels einer vorzugsweise der ersten Ausgangskonstanten nachgelagerten Rückwärtsgangstufe ausgebildet sind.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel des Stufenschaltgetriebes in schematischer Darstellung mit von der Eingangswelle in Richtung der Ausgangswelle betrachtet einer Eingangskonstanten, zwei Zwischenzahnradstufen, zwei Ausgangskonstanten und einer Rückwärtsgangstufe,
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2a eine schematische Darstellung der Schaltlogik und den daraus resultierenden Kraftflussverlauf in den einzelnen Gängen für das in 1 dargestellte Stufenschaltgetriebe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2b eine grafische Darstellung der Wellendrehzahlen des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik,
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2c eine grafische Darstellung der Stufung des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik,
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3a eine schematische Darstellung des Kraftflussverlaufs und der Schaltlogik des in 1 dargestellten Stufenschaltgetriebes mit einem daran angepassten Übersetzungsverhältnis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3b eine grafische Darstellung der Wellendrehzahlen des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik,
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3c eine grafische Darstellung der Stufung des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik,
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3d eine grafische Darstellung der Übersetzungsverhältnisse bei einer gemäß der in 3a dargestellten Schaltlogik,
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4a eine schematische Darstellung des Kraftflussverlaufs und der Schaltlogik des in 1 dargestellten Stufenschaltgetriebes mit einem entsprechend angepassten Übersetzungsverhältnis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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4b eine grafische Darstellung der Wellendrehzahlen des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik,
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4c eine grafische Darstellung der Stufung des Stufenschaltgetriebes aus 1 bei einer gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik und entsprechenden Kraftflussverlauf und
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4d eine grafische Darstellung der Übersetzungsverhältnisse gemäß dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Stufenschaltgetriebe 1 in schematischer Darstellung. Das Stufenschaltgetriebe weist eine Eingangswelle 2 und eine Ausgangswelle 3 auf. Die beiden Wellen 2, 3 sind zueinander koaxial auf einer Hauptachse 4 des Stufenschaltgetriebes 1 angeordnet. Des Weiteren umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 eine Vorgelegewelle 5. Die Vorgelegewelle 5 ist von der Hauptachse 4 bzw. von der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 beabstandet. Die Vorgelegewelle 5 ist ferner parallel zur Hauptachse 4 angeordnet.
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Das Stufenschaltgetriebe 1 umfasst mehrere Zahnradstufen 6, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die erste Zahnradstufe mit einem Bezugszeichen versehen ist. Jede dieser Zahnradstufen 6 umfasst ein Losrad 7, 8, 9, 10, 11, 12 und ein Festrad 13, 14, 15, 16, 17. Hierbei ist jeweils das Losrad 7, 8, 9, 10, 11, 12 auf der Hauptachse 4, bzw. entweder auf der Eingangswelle 2 oder der Ausgangswelle 3, angeordnet. Die Festräder 13, 14, 15, 16, 17 sind auf der Vorgelegewelle 5 angeordnet. Die Festräder 13, 14, 15, 16, 17 sind drehfest mit der Vorgelegewelle 5 verbunden. Die Losräder 7, 8, 9, 10, 11, 12 sind im Gegensatz dazu zu der jeweils zugeordneten Welle – d.h. zu der Eingangswelle 2 oder zu der Ausgangswelle 3 – drehbar angeordnet. Sie können jedoch durch Schaltung einer Schalteinrichtung S1, S2, S3, S4 drehfest mit der jeweils zugeordneten Welle 2, 3 verbunden werden.
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Gemäß 1 tritt die Eingangswelle 2 antriebsseitig in das Stufengetriebe 1 ein. Die Ausgangswelle 3 tritt abtriebsseitig aus dem Stufenschaltgetriebe 1 aus. Antriebsseitig weist das Stufenschaltgetriebe 1 eine als Eingangskonstante KEin ausgebildete Zahnradstufe 6 auf. Die Eingangskonstante KEin bildet in Kraftflussrichtung betrachtet die erste Zahnradstufe 6. Sie ist demnach im Bereich der Eingangswelle 2 angeordnet.
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Des Weiteren umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 eine erste Ausgangskonstante KAus1, die abtriebsseitig auf der Ausgangswelle 3 angeordnet ist. Ferner weist das Stufenschaltgetriebe 1 eine zweite Ausgangskonstante KAus2 auf. Diese ist ebenfalls auf der Ausgangswelle 3 angeordnet und zur ersten Ausgangskonstanten KAus1 antriebsseitig benachbart.
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Zwischen der antriebsseitigen Eingangskonstante KEin und den beiden abtriebsseitigen Ausgangskonstanten KAus1, KAus2 sind mehrere Zwischenzahnradstufe G1, G2 angeordnet. Vorliegend weist das Stufenschaltgetriebe 1 zwei Zwischenzahnradstufen G1, G2 auf. Hierbei ist die erste Zwischenzahnradstufe G1 im Bereich des abtriebsseitigen Endes der Eingangswelle 2 angeordnet. Die zweite Zwischenzahnradstufe G2 ist im Bereich des antriebsseitigen Endes der Ausgangswelle 3 angeordnet. Zwischen der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 befindet sich keine weitere Welle.
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Das Stufenschaltgetriebe 1 weist eine erste Schalteinrichtung S1 auf. Die erste Schalteinrichtung S1 ist im Verbindungsbereich der Eingangswelle 2 und der Ausgangswelle 3 angeordnet. In einer antriebsseitig verschobenen ersten Schaltstellung c verbindet die erste Schalteinrichtung S1 das zweite Losrad 8 der antriebsseitigen ersten Zwischenzahnradstufe G1 drehfest mit der Ausgangswelle 3. In einer abtriebsseitig verschobenen zweiten Schaltstellung d verbindet die erste Schalteinrichtung S1 das dritte Losrad 9 der zweiten Zwischenzahnradstufe G2 drehfest mit der Eingangswelle 2. Des Weiteren greift eine hier nicht näher dargestellte Schaltmuffe der ersten Schalteinrichtung S1 in einer mittigen Neutralstellung vorzugsweise ausschließlich in die Eingangswelle 2 oder in die Ausgangswelle 3 ein.
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Zwischen der Eingangskonstanten KEin und der ersten Zwischenzahnradstufe G1 ist eine zweite Schalteinrichtung S2 angeordnet. Die zweite Schalteinrichtung S2 ist somit auf der Eingangswelle 2 positioniert. In ihrer ersten Schaltstellung a koppelt die zweite Schalteinrichtung S2 das erste Losrad 7 der Eingangskonstanten KEin drehfest mit der Eingangswelle 2. In der abtriebsseitig verschobenen zweiten Schaltstellung b ist das zweite Losrad 8 der ersten Zwischenzahnradstufe G1 drehfest mit der Eingangswelle 2 gekoppelt.
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Das Stufenschaltgetriebe 1 weist des Weiteren eine dritte Schalteinrichtung S3 auf, die auf der Ausgangswelle 3 angeordnet ist. Die dritte Schalteinrichtung S3 befindet sich zwischen der zweiten Zwischenzahnradstufe G2 und der zweiten Ausgangskonstanten KAus2. In der antriebsseitig verschobenen ersten Schaltstellung e koppelt diese dritte Schalteinrichtung S3 das dritte Losrad 9 der zweiten Zwischenzahnradstufe G2 drehfest mit der Ausgangswelle 3. In der abtriebsseitig verschobenen zweiten Schaltstellung f verbindet die dritte Schalteinrichtung S3 das vierte Losrad 10 der zweiten Ausgangskonstanten KAus2 drehfest mit der Ausgangswelle 3.
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Zum lösbaren Verbinden des fünften Losrades 11 der ersten Ausgangskonstanten KAus1 umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 eine vierte Schalteinrichtung S4. Die vierte Schalteinrichtung S4 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen der ersten Ausgangskonstanten KAus1 und einer Rückwärtsgangstufe R angeordnet. Die Rückwärtsgangstufe R umfasst ein sechstes Losrad 12. Die erste Ausgangskonstante KAus1 und die Rückwärtsgangstufe R teilen sich ein fünftes Festrad 17 der Vorgelegewelle 5. Des Weiteren umfasst die Rückwärtsgangstufe R ein hier nicht dargestelltes Zwischenrad, das zur Drehrichtungsumkehr zwischen dem fünften Festrad 17 und dem sechsten Losrad 12 angeordnet ist. In einer ersten Schaltstellung g koppelt die vierte Schalteinrichtung S4 das fünfte Losrad 11 der ersten Ausgangskonstanten KAus1 drehfest mit der Ausgangswelle 3. In der zweiten Schaltstellung h ist das sechste Losrad 12 der Rückwärtsgangstufe R drehfest mit der Ausgangswelle 3 gekoppelt.
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Bei der Zahnradstufe 6 des Stufenschaltgetriebes 1 wird die Antriebskraft lediglich in einer einzigen Kraftflussrichtung übertragen. Dies ist bei der Eingangskonstanten KEin der Fall, mit der die Antriebskraft bei in Schaltstellung a geschalteter zweiter Schalteinrichtung S2 die Antriebskraft gemäß einer ersten Kraftflussrichtung von der Hauptachse 4 – bzw. vorliegend von der Eingangswelle 2 – auf die Vorgelegewelle 5 übertragbar ist. Gemäß der ersten Kraftflussrichtung kann somit die Antriebskraft von der Hauptachse 4 der Vorgelegewelle 5 zugeführt werden.
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Des Weiteren umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 eine zweite Kraftflussrichtung. Diese ist zur ersten Kraftflussrichtung entgegengerichtet. Gemäß der zweiten Kraftflussrichtung ist somit die Antriebskraft wieder von der Vorgelegewelle 5 abführbar. Sowohl die erste Ausgangskonstante KAus1 als auch die zweite Ausgangskonstante KAus2 weisen eine entsprechende zweite Kraftflussrichtung auf. Demnach wird beispielsweise bei in die Schaltstellung g verschobener vierter Schalteinrichtung S4 die Antriebskraft von der Vorgelegewelle 5 gemäß der zweiten Kraftflussrichtung abgeführt und der Ausgangswelle 3 zugeführt. Gleiches erfolgt bei in die zweite Schaltstellung f geschalteter dritter Schalteinrichtung S3. Hierbei ist das vierte Losrad 10 der zweiten Ausgangskonstante KAus2 drehfest mit der Ausgangswelle 3 gekoppelt, so dass die Antriebskraft gemäß der zweiten Kraftflussrichtung von der Vorgelegewelle 5 auf die Ausgangswelle 3 übertragbar ist.
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Im Gegensatz dazu ist mittels der Zwischenzahnradstufen G1, G2 die Antriebskraft sowohl gemäß der ersten Kraftflussrichtung als auch gemäß der dazu entgegengerichteten zweiten Kraftflussrichtung übertragbar. Beispielsweise wird die Antriebskraft über die erste Zwischenzahnradstufe G1 gemäß der ersten Kraftflussrichtung übertragen, wenn die zweite Schalteinrichtung S2 in die zweite Schaltstellung b geschaltet ist. Wenn stattdessen die zweite Schalteinrichtung S2 in die erste Schaltstellung a und die erste Schalteinrichtung S1 in die erste Schaltstellung c geschaltet sind, wird die Antriebskraft zunächst gemäß der ersten Kraftflussrichtung über die Eingangskonstante KEin auf die Vorgelegewelle 5 übertragen und gemäß der zweiten Kraftflussrichtung über die erste Zwischenzahnradstufe G1 wieder zurück auf die Hauptachse 4 geführt. Über die durch die erste Schalteinrichtung S1 ausgebildete Kopplung wird die Antriebskraft dann von dem zweiten Losrad 8 auf die Ausgangswelle 3 übertragen.
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In analoger Weise kann bei entsprechender Schaltung der Schalteinrichtungen S1, S2, S3, S4 auch die zweite Zwischenzahnradstufe G2 gemäß der ersten Kraftflussrichtung und gemäß der zweiten Kraftflussrichtung genutzt werden. Die Zwischenzahnradstufen G1, G2 sind somit als Bidirektionalstufen ausgebildet, mittels denen in zwei zueinander entgegengesetzten Kraftflussrichtungen die Antriebskraft übertragbar ist. Hierdurch können mit einer einzigen Zwischenzahnradstufe G1, G2 zwei unterschiedliche bzw. zueinander invertierte Übersetzungsverhältnisse realisiert werden.
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2a zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel für den Kraftflussverlauf sowie die Schaltlogik des in 1 dargestellten Stufenschaltgetriebes 1. Gemäß dieser in 2a dargestellten Schaltlogik umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 acht Vorwärtsgänge und drei Rückwärtsgänge. Hierfür ist die Schaltlogik der Schalteinrichtungen S1, S2, S3, S4 und/oder die Übersetzungsverhältnisse der Zahnradstufen KEin, G1, G2, KAus2, KAus1 derart ausgebildet, dass das Stufenschaltgetriebe 1 eine Niedrigganggruppe 18 aufweist.
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Vorliegend umfasst die Niedrigganggruppe 18 den 1., 2. und 3. Gang. Innerhalb der Niedrigganggruppe 18 ist die erste Ausgangskonstante KAus1 in jedem Gang mit der Ausgangswelle 3 gekoppelt. Hierfür ist die vierte Schalteinrichtung S4 in die Schaltstellung g geschaltet. Innerhalb der Niedrigganggruppe 18 ist die Antriebskraft somit stets mittels der ersten Ausgangskonstante KAus1 von der Vorgelegewelle 5 gemäß der zweiten Kraftflussrichtung auf die Ausgangswelle 3 übertragbar.
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Bei dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Niedrigganggruppe 18 ausschließlich unmittelbar aufeinanderfolgende Gänge. Im 1. Gang ist die zweite Schalteinrichtung S2 in die Schaltstellung a geschaltet. Infolgedessen wird die Antriebskraft von der Eingangswelle 2 über die Eingangskonstante KEin gemäß der ersten Kraftflussrichtung auf die Vorgelegewelle 5 übertragen. Durch die nachgeschaltete erste Ausgangskonstante KAus1 wird die Antriebskraft gemäß der zweiten Kraftflussrichtung von der Vorgelegewelle 5 auf die Ausgangswelle 3 übertragen.
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Im darauf folgenden nächst höheren Gang der Niedrigganggruppe 18, nämlich vorliegend im 2. Gang, bleibt die erste Ausgangskonstante KAus1 geschaltet. Anstelle der Eingangskonstanten KEin wird nun die ihr abtriebsseitig benachbarte erste Zwischenzahnradstufe G1 geschaltet. Hierfür ist die zweite Schalteinrichtung S2 in die Schaltstellung b geschaltet. Die Antriebskraft wird nun über die erste Zwischenzahnradstufe G1 gemäß der ersten Kraftflussrichtung auf die Vorgelegewelle 5 übertragen und wie auch bei dem vorherigen niedrigeren Gang über die erste Ausgangskonstante KAus1 von der Vorgelegewelle 5 gemäß der zweiten Kraftflussrichtung auf die Ausgangswelle 3 übertragen.
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Im 3. Gang erfolgt der Kraftfluss gemäß der ersten Kraftflussrichtung über die zweite Zwischenzahnradstufe G2. Hierfür ist die erste Schalteinrichtung S1 in die Schaltstellung d geschaltet.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden infolgedessen die Eingangskonstante KEin und die nachfolgenden Zwischenzahnradstufen G1, G2 zum Hochschalten des Stufenschaltgetriebes 1 in Abtriebsrichtung sequenziell nacheinander geschaltet. Demnach ist im niedrigsten Gang der Niedrigganggruppe 18 die Eingangskonstante KEin, im nächst höheren Gang die erste Zwischenzahnradstufe G1 und im höchsten bzw. letzten Gang die zweite Zwischenzahnradstufe G2 geschaltet.
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Neben der Niedrigganggruppe 18 umfasst das Stufenschaltgetriebe 1 gemäß der in 2a dargestellten Schaltlogik eine Hochganggruppe 19. Innerhalb dieser Hochganggruppe 19 ist nunmehr nicht die erste Ausgangskonstante KAus1 sondern nun die Eingangskonstante KEin kontinuierlich gekoppelt. Hierfür ist innerhalb der Hochganggruppe 19 die vierte Schalteinrichtung S4 stets in der Neutralstellung und die zweite Schalteinrichtung S2 in der Schaltstellung a.
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Wie aus 2a hervorgeht, schließt sich die Hochganggruppe 19 unmittelbar an die Niedrigganggruppe 18 an. Die Hochganggruppe 19 umfasst demnach den unmittelbar auf die Niedrigganggruppe 18 folgenden nächst höheren Gang. Dieser ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 4. Gang. Innerhalb der Hochganggruppe 19 ist somit die Antriebskraft immer über die Eingangskonstante KEin gemäß der ersten Kraftflussrichtung der Vorgelegewelle 5 zuführbar und mittels einer ihr nachgelagerten Zahnradstufe – mit Ausnahme der ersten Ausgangskonstanten KAus1 – wieder von dieser abführbar.
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Im ersten Gang der Hochganggruppe 19, vorliegend im 4. Gang, erfolgt das Abführen der Antriebskraft von der Vorgelegewelle 5 über die zweite Zwischenzahnradstufe G2. Hierfür ist die dritte Schalteinrichtung S3 in die Schaltstellung e geschaltet. Im nächst höheren Gang, vorliegend im 5. Gang, erfolgt die Rückführung der Antriebskraft über die zweite Ausgangskonstante KAus2. Hierfür ist die dritte Schalteinrichtung S3 in die Schaltstellung f geschaltet. Im höchsten bzw. letzten Gang der Hochganggruppe 19, vorliegend im 6. Gang, ist die erste Zwischenzahnradstufe G1 geschaltet, wobei hierfür die erste Schalteinrichtung S1 in die Schaltstellung c geschaltet ist.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst auch die Hochganggruppe 19 ausschließlich unmittelbar aufeinanderfolgende Gänge. Vorliegend sind dies der 4., 5. und 6. Gang. Des Weiteren ist die erste Schalteinrichtung S1 in einem der Gänge der Niedrigganggruppe 18, nämlich vorliegend im 3. Gang, in die zweite Schaltstellung d und in einem der Gänge der Hochgruppe 19, nämlich vorliegend im 6. Gang, in die erste Schaltstellung c geschaltet. Hierdurch wirkt die erste Zwischenzahnradstufe G1 als Bidirektionalstufe, wobei sie im von der Niedrigganggruppe 18 umfassten Gang, nämlich im 2. Gang, die Antriebskraft gemäß der ersten Kraftflussrichtung und im von der Hochganggruppe 19 umfassten Gang, nämlich im 6. Gang, gemäß der zweiten Kraftflussrichtung überträgt. Auch die zweite Zwischenzahnradstufe G2 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Bidirektionalstufe ausgebildet. Im 3. Gang überträgt sie die Antriebskraft innerhalb der Niedrigganggruppe 18 gemäß der ersten Kraftflussrichtung und im 4. Gang innerhalb der Hochganggruppe 19 in der zweiten Kraftflussrichtung.
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Gemäß 2a sind die Zwischenzahnradstufen G1, G2 innerhalb der Hochganggruppe 19 zum Hochschalten des Stufenschaltgetriebes 1 in Antriebsrichtung sequenziell schaltbar. Demnach wird in einem niedrigen Gang der Hochganggruppe 19 zunächst die abtriebsseitige zweite Zwischenzahnradstufe G2 und in einem höheren Gang der Hochganggruppe 19 die erste Zwischenzahnradstufe G1 geschaltet.
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In einem der Hochganggruppe 19 folgenden nächst höheren Gang erfolgt der Kraftfluss weder über die Eingangskonstante KEin noch über die erste Ausgangskonstante KAus1. Stattdessen wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Antriebskraft im 7. Gang über die erste Zwischenzahnradstufe G1 auf die Vorgelegewelle 5 übertragen und über die zweite Ausgangskonstante KAus2 wieder von der Vorgelegewelle 5 abgeführt.
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Der 8. Gang ist vorliegend als Direktgangübersetzung ausgebildet. Hierfür ist die erste Schalteinrichtung S1 in die erste Schaltstellung c geschaltet und das Losrad der antriebsseitigen ersten Zwischenzahnradstufe G1 mittels des zwischen der Eingangskonstanten KEin und der ersten Zwischenzahnradstufe G1 angeordneten zweiten Schalteinrichtung S2 mit der Eingangswelle 2 verbunden. Alternativ dazu kann die erste Schalteinrichtung S1 in der Direktgangübersetzung aber auch in die zweite Schaltstellung d geschaltet sein. Das Losrad 9 der abtriebsseitigen zweiten Zwischenzahnradstufe G2 muss dann mittels der dritten Schalteinrichtung S3 mit der Ausgangswelle 3 verbunden sein.
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Bei der in 2a dargestellten Schaltlogik sind die drei Rückwärtsgänge R1, R2, R3 durch eine sequenzielle Schaltung der Eingangskonstanten KEin, der ersten Zwischenzahnradstufe G1 und der zweiten Zwischenzahnradstufe G2 ausgebildet. Die Rückführung der Antriebskraft erfolgt in allen drei Rückwärtsgängen über die Rückwärtsgangstufe R.
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Die Schaltlogik zum Erzeugen des in 2a dargestellten Kraftflusses sowie die Übersetzungsverhältnisse der Zahnradstufen sind derart ausgebildet, dass – wie nachfolgend in 2c gezeigt – das Stufenschaltgetriebe eine teilweise progressive Gangstufung aufweist. Entscheidend zum Erzeugen dieser teilweise progressiven Gangstufung ist die in 2a dargestellte Niedrigganggruppe 18 und Hochganggruppe 19. Hierbei schließt sich die Hochganggruppe 19 unmittelbar an die Niedrigganggruppe 18 an. Die Niedrigganggruppe 18 umfasst demnach mehrere niedrige Gänge und die Hochganggruppe 19 mehrere im Vergleich dazu höhere Gänge. Des Weiteren ist bei der Niedrigganggruppe 18 stets die erste Ausgangskonstante KAus1 geschaltet. Innerhalb der Hochganggruppe 19 ist die erste Ausgangskonstante KAus1 im Gegensatz dazu in allen Gängen der Hochganggruppe 19 entkoppelt. Stattdessen ist in der Hochganggruppe 19 die Eingangskonstante KEin in jedem Gang der Hochganggruppe 19 gekoppelt.
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Sowohl in der Niedrigganggruppe 18 als auch in der Hochganggruppe 19 ist zusätzlich zu der vorstehend genannten in allen Gängen der jeweiligen Gruppe gekoppelten Konstanten eine weitere Konstante gekoppelt. Dies ist innerhalb der Niedrigganggruppe 18 die Eingangskonstante KEin. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese im 1. Gang gemeinsam mit der ersten Ausgangskonstanten KAus1 gekoppelt. Innerhalb der Hochganggruppe 19 ist dies die zweite Ausgangskonstante KAus2, die gemeinsam mit der Eingangskonstanten KEin gekoppelt ist. Gemäß dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies im mittleren Gang der Hochganggruppe 19 der Fall. Der mittlere Gang ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der 5. Gang.
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2b zeigt die Wellendrehzahlen der Eingangswelle (AW), der Vorgelegewelle (VW) und der Ausgangswelle (HW) bei einer gemäß dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik und/oder Übersetzungsverhältnis. Hierbei ist feststellbar, dass die Drehzahl der Vorgelegewelle (VW) innerhalb der Niedrigganggruppe 18, d.h. vorliegend im 1., 2. und 3. Gang, kontinuierlich ansteigt. Mittels der unmittelbar auf die Niedrigganggruppe 18 folgenden Hochganggruppe 19 kann jedoch die Drehzahl an der Vorgelegewelle (VW) reduziert werden. Gemäß 2b bleibt die Drehzahl der Vorgelegewelle (VW) innerhalb der Hochganggruppe 19, d.h. vorliegend im 4., 5. und 6. Gang, konstant. In den der Hochganggruppe 19 folgenden nächst höheren Gängen, d.h. im 7. und 8. Gang, steigt die Drehzahl dann wieder auf ein mittleres Niveau an. Des Weiteren ist aus 2b ersichtlich, dass mittels dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiels drei Rückwärtsgänge in einem sinnvollen Drehzahlbereich realisierbar sind.
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2c zeigt die Gangstufung des Stufenschaltgetriebes 1 bei einer gemäß dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildeten Schaltlogik. Wie in 2c ersichtlich ist, ist die Gangstufung teilweise progressiv ausgebildet. So ist die Gangstufung der Stufensprünge zwischen dem ersten und dem zweiten Gang und von Gang zwei nach Gang drei im Wesentlichen geometrisch. Eine progressive Gangstufung ist dann in den Stufensprüngen von Gang zwei nach Gang drei und von Gang drei nach Gang vier feststellbar. Der progressive Bereich erstreckt sich weiter über den Stufensprung von Gang drei nach Gang vier auf den Stufensprung von Gang vier nach Gang fünf. Die Gangstufung der weiteren Stufensprünge ist dann wieder zueinander geometrisch ausgebildet. Demnach sind die Stufensprünge von Gang vier nach Gang fünf und zwischen dem fünften und sechsten, dem sechsten und siebten und dem siebten und achten Gang mit einem Stufensprung von ca. 1,28 konstant. Gemäß 2c weist das Stufenschaltgetriebe 1 somit einen Stufenverlauf auf, der sich in den niedrigen Gängen aus einem geometrischen Stufenverlauf, einem daran anschließenden progressiven Stufenverlauf und einem daran wiederum anschließenden geometrischen Stufenverlauf zusammensetzt.
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3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Schaltlogik und den daraus resultierenden Kraftfluss. Bei der nachfolgenden Beschreibung des in 3a dargestellten alternativen Ausführungsbeispiels werden für Merkmale, die im Vergleich zu dem in 2a dargestellten ersten Ausführungsbeispiel in ihrer Ausgestaltung und/oder Wirkweise identisch und/oder zumindest vergleichbar sind, gleiche Bezugszeichen verwendet. Sofern diese nicht nochmals detailliert erläutert werden, entspricht deren Ausgestaltung und/oder Wirkweise derjenigen der vorstehend bereits beschriebenen Merkmale. Gleiches gilt für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Schaltlogik des in 1 dargestellten Stufenschaltgetriebes 1. Hierbei entspricht die Schaltlogik der Niedrigganggruppe 18 und der Hochganggruppe 19 der Schaltlogik des in 2a dargestellten Ausführungsbeispiels.
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Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch das Stufenschaltgetriebe 1 gemäß der in 3a dargestellten Schaltlogik als 10-Gang-Schaltgetriebe ausgebildet, wobei im 7. Gang gemäß 3a die Antriebskraft über die erste Zwischenzahnradstufe G1 auf die Vorgelegewelle 5 geleitet und über die zweite Zwischenzahnradstufe G2 wieder von der Vorgelegewelle 5 auf die Ausgangswelle 3 geführt wird. Hierfür ist die zweite Schalteinrichtung S2 in die Schaltstellung b und die dritte Schalteinheit S3 in die Schaltstellung e geschaltet. Der 8. Gang entspricht von der Schaltlogik dem 7. Gang des in 2a dargestellten Ausführungsbeispiels. Hierbei ist zum Zuführen der Antriebskraft die erste Zwischenzahnradstufe G1 und zum Abführen die zweite Ausgangskonstante KAus2 gekoppelt. Der 9. Gang ist als Direktgang ausgebildet, wobei die Schaltung dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Im 10. Gang wird die Antriebskraft über die zweite Zwischenzahnradstufe G2 auf die Vorgelegewelle 5 übertragen. Die Rückführung der Antriebskraft von der Vorgelegewelle 5 auf die Hauptachse 4 bzw. vorliegend auf die Ausgangswelle 3 erfolgt über die zweite Ausgangskonstante KAus2. Die Schaltung für die drei Rückwärtsgänge R1, R2 und R3 entspricht wieder dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Bei dem in 3a dargestellten Ausführungsbeispiel der Schaltlogik ist gemäß 3b in den ersten drei Gängen ein kontinuierlicher Anstieg der Drehzahl der Vorgelegewelle (VW) feststellbar. Innerhalb der Hochganggruppe 19 fällt die Drehzahl der Vorgelegewelle (VW) wieder ab und bleibt innerhalb dieser Hochganggruppe 19, d.h. im 4., 5. und 6. Gang, auf einem konstanten Niveau. In den darauf folgenden drei Gängen, nämlich im 7., 8. und 9. Gang steigt die Drehzahl wieder auf ein höheres Niveau an, wobei die Drehzahl innerhalb dieser drei Gänge auf einem konstanten Wert bleibt. Im 10. Gang ist dann wiederum ein Anstieg der Drehzahl der Vorgelegewelle (VW) feststellbar. Der Drehzahlwert im 3. Gang und im 10. Gang ist hierbei im Wesentlichen gleich.
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3c zeigt den Stufenverlauf für das in 3a dargestellte Ausführungsbeispiel. Hierbei ist der Stufenverlauf für den Stufensprung zwischen dem ersten und dem zweiten Gang und von Gang zwei nach Gang drei progressiv ausgebildet. Die Stufung für den Stufensprung von Gang zwei nach Gang drei und von Gang drei nach Gang vier ist demgegenüber wiederum geometrisch. Ein zweiter progressiver Gangstufungsbereich ist wiederum für den Stufensprung von Gang drei nach Gang vier und von Gang vier nach Gang fünf ausgebildet. Die weiteren Stufensprünge, d.h. von Gang vier nach Gang fünf und zwischen dem fünften und sechsten, dem sechsten und siebten und dem siebten und achten Gang und dem neunten und zehnten Gang, weisen eine geometrische Stufung auf. 3d zeigt die unterschiedlichen Übersetzungen der zehn Gänge.
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4a zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Schaltung bzw. Auslegung des in 1 dargestellten Stufenschaltgetriebes 1. Hierbei ist die Schaltlogik der Gänge der Niedrigganggruppe 18 zu dem in 2a dargestellten ersten Ausführungsbeispiel identisch. Des Weiteren entspricht die Schaltlogik des unmittelbar auf die Niedrigganggruppe 18 folgenden nächst höheren Ganges dem in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die Unterschiede im Vergleich zu dem in 2a dargestellten ersten Ausführungsbeispiel bestehen im Wesentlichen darin, dass die Schaltlogiken des 5. und 6. Ganges vertauscht sind. Des Weiteren sind auch die Schaltlogiken des 7. und 8. Ganges im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel vertauscht. Der 8. Gang stellt dabei eine Overdrive-Übersetzung dar, die kleiner ist als 1, in gleicher Weise wie der 10. Gang nach 3a.
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Demnach wird gemäß 4a innerhalb der Hochganggruppe 19 die Antriebskraft wie auch im ersten Ausführungsbeispiel in den drei Gängen über die erste Zwischenzahnradstufe G1, die zweite Zwischenzahnradstufe G2 und die zweite Ausgangskonstante KAus2 zurück auf die Ausgangswelle 3 übertragen. Gemäß dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedoch im niedrigsten Gang der Hochganggruppe 19 die Antriebskraft zunächst über die zweite Zwischenzahnradstufe G2, im nächst höheren Gang über die erste Zwischenzahnradstufe G1 und im letzten Gang der Hochganggruppe 19 über die zweite Ausgangskonstante KAus2 übertragen.
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Gemäß 4b ist hierdurch eine im Wesentlichen zum in 2a dargestellten Ausführungsbeispiel vergleichbare Wellendrehzahl an der Vorgelegewelle (VW) erzielbar.
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Ein Einfluss dieser Gangvertauschung ist jedoch gemäß 4c bei der Stufung feststellbar. Demnach ist der Stufenverlauf bei diesem dritten Ausführungsbeispiel vom Stufensprung zwischen dem ersten und dem zweiten Gang auf den Stufensprung von Gang zwei nach Gang drei progressiv ausgebildet. Die Stufensprünge von Gang zwei nach Gang drei, von Gang drei nach Gang vier und von Gang vier nach Gang fünf weisen wiederum einen geometrischen Verlauf auf. Der Stufenverlauf von Stufensprung von Gang vier nach Gang fünf auf den Stufensprung von Gang fünf nach Gang sechs ist wiederum progressiver ausgebildet. Die Stufung der Stufensprünge zwischen dem fünften und sechsten, dem sechsten und siebten und dem siebten und achten Gang verläuft wiederum geometrisch. 4d zeigt die Übersetzungen bei dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stufenschaltgetriebe
- 2
- Eingangswelle,
- 3
- Ausgangswelle
- 4
- Hauptachse
- 5
- Vorgelegewelle
- 6
- Zahnradstufe
- 7
- erstes Losrad
- 8
- zweites Losrad
- 9
- drittes Losrad
- 10
- viertes Losrad
- 11
- fünftes Losrad
- 12
- sechstes Losrad
- 13
- erstes Festrad
- 14
- zweites Festrad
- 15
- drittes Festrad
- 16
- viertes Festrad
- 17
- fünftes Festrad
- 18
- Niedrigganggruppe
- 19
- Hochganggruppe
- KEin
- Eingangskonstante
- KAus1
- erste Ausgangskonstanten
- KAus2
- zweite Ausgangskonstante
- G1
- erste Zwischenzahnradstufen
- G2
- zweite Zwischenzahnradstufen
- R
- Rückwärtsgangstufe
- S1
- erste Schalteinrichtung
- S2
- zweite Schalteinrichtung
- S3
- dritte Schalteinrichtung
- S4
- vierte Schalteinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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