DE112015003341T5

DE112015003341T5 - Fahrzeuggetriebe für Fahrzeug, Fahrzeug, das ein solches Getriebe umfasst, und Verfahren zum Steuern eines Getriebes

Info

Publication number: DE112015003341T5
Application number: DE112015003341.6T
Authority: DE
Inventors: Tomas Selling; Dieter Slapak
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2017-04-06
Also published as: SE1450970A1; WO2016028207A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (3) für Fahrzeuge (1), das einen Antriebsmotor (4), ein Hauptgetriebe (6), ein Zusatzgetriebe (2) und eine Kupplungsvorrichtung (5) umfasst, die zwischen dem Antriebsmotor (4) und dem Hauptgetriebe (6) angeordnet ist, wobei das Hauptgetriebe (6) eine Antriebswelle (7), die mit der Kupplungsvorrichtung (5) verbunden ist, eine Vorgelegewelle (9) und eine Hauptwelle (26) umfasst, wobei die Vorgelegewelle (9) mit der Antriebswelle (7) und der Hauptwelle (26) über eine Splitterzahnradgruppe (11) bzw. eine Hauptzahnradgruppe (13) verbunden ist, und wobei das Zusatzgetriebe (2) ein Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (22), einem Sonnenrad (18) und einem Planetenträger (20) umfasst, an dem mindestens ein Planetenrad (24) drehbar montiert ist, wobei das Hohlrad (22) und das Sonnenrad (18) über Zähne (32) in das mindestens eine Planetenrad (24) greifen, wobei das Planetengetriebe (14) mit der Hauptwelle (26) des Hauptgetriebes (6) verbunden ist, und wobei einen erste Bremsvorrichtung (54) an der Vorgelegewelle (9) angeordnet ist, um die Vorgelegewelle (9) beim Schalten in dem Getriebe (3) zu verlangsamen, und eine zweite Bremsvorrichtung (56) an der Antriebswelle (7) angeordnet ist, um die Antriebswelle (7) beim Schalten in dem Getriebe (3) zu verlangsamen. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug (1), das ein solches Getriebe (3) umfasst. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines solchen Getriebes (3).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das ein solches Getriebe umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Steuern eines Getriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
In Fahrzeugen, und insbesondere Schwerlasttransportfahrzeugen, wie LKWs, ist häufig ein Zusatzgetriebe, auch Rangegetriebe genannt, mit dem Hauptgetriebe verbunden, das die Aufgabe hat, die Anzahl der möglichen Übersetzungen zu verdoppeln. Ein solches zusätzliches Getriebe umfasst gewöhnlich ein Planetengetriebe, das einen hohen und einen niedrigen Gang aufweist und mit dem die Gangmöglichkeiten des Hauptgetriebes in eine Niedrigbereichsposition und eine Hochbereichsposition geteilt werden können. In der Niedrigbereichsposition tritt durch das Planetengetriebe eine Untersetzung auf, und in der Hochbereichsposition ist das Übersetzungsverhältnis im Planetengetriebe 1:1.
Das Rangegetriebe ist zwischen dem Hauptgetriebe und einer Gelenkwelle angeordnet, die mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden ist. Das Rangegetriebe ist in einem Getriebegehäuse untergebracht und umfasst eine Antriebswelle, die mit dem Hauptgetriebe verbunden ist, eine Abtriebswelle und ein Planetengetriebe, das zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist. Das Planetengetriebe umfasst gewöhnlich drei Komponenten, die drehbar zueinander angeordnet sind, namentlich ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. Bei Kenntnis der Anzahl der Zähne am Sonnenrad und am Hohlrad können die beiderseitigen Drehzahlen der drei Komponenten während des Betriebs festgestellt werden. In einem Rangegetriebe kann das Sonnenrad drehbefestigt mit der Antriebswelle, einer Anzahl von Planetenrädern, die in das Sonnenrad greifen und wobei diese Planetenräder drehbar auf dem Planetenträger montiert sind, der drehbefestigt mit der Abtriebswelle verbunden ist, und mit einem axial verschiebbaren Hohlrad verbunden sein, der die Planetenräder umgibt und in diese greift. Die Zähne des Sonnenrads, der Planetenräder und der Hohlrad können schräg sein, d. h. einen Winkel bezüglich der Drehachse aufweisen, die dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad gemeinsam ist. Alternativ können das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad mit gerade geschnittenen Zähnen ausgestattet sein, d. h. sie verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Drehachse, die dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad gemeinsam ist.
Die niedrigen bzw. hohen Gänge des Getriebes werden durch axiales Verschieben des Hohlrads zwischen der Niedrigbereichsposition, in der das Hohlrad bezüglich des Getriebegehäuses drehgesperrt ist, und der Hochbereichsposition bewirkt, in der das Hohlrad bezüglich des Getriebegehäuses drehbar ist. Ein solches Rangegetriebe nach dem Stand der Technik umfasst zwei Kupplungsringe, die auf jeder Seite des Hohlrads angeordnet sind, einen hohen Kupplungsring bzw. einen niedrigen Kupplungsring und zwei Synchronringe, die auf den entsprechenden Seiten des Hohlrads angeordnet sind. Die Synchronringe sind so ausgebildet, dass sie Synchrongangschaltung bewirken. Die Bewegungsfreiheit des Hohlrads in axialer Richtung ist durch die geometrische Ausgestaltung des Hohlrads und des Kupplungsrings begrenzt.
Dokument WO 0155620 zeigt eine Synchronisierungsvorrichtung an einem Planetengetriebe, wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad umfasst. Das Sonnenrad ist drehbefestigt mit der Antriebswelle verbunden und eine Anzahl von Planetenrädern greifen in das Sonnenrad, wobei die Planetenräder drehbar auf einem Planetenträger montiert sind, der drehbefestigt mit der Abtriebswelle verbunden ist. Ein axial verschiebbares Hohlrad umgibt die Planetenräder und greift in diese. Die niedrigen und hohen Gänge des Getriebes werden bewirkt, indem das Hohlrad axial zwischen der Niedrigbereichsposition und der Hochbereichsposition verschoben wird.
Diese Synchronisierungsvorrichtungen unterliegen jedoch Verschleiß und führen zu hohen Reparaturkosten. Wenn das Rangegetriebe große Drehmomente überträgt, weist die Synchronisierungsvorrichtung beträchtliche Dimensionen auf, die ein größeres Gewicht und höheren Platzbedarf zur Folge haben. Wenn die Hochbereichsposition geschaltet ist, wird das Drehmoment vom Sonnenrad auf die Planetenräder übertragen, was zur Folge hat, dass sich an den Zahnkranzflanken des Sonnenrads Facetten bilden können, wodurch Geräusche im Getriebe entstehen und den Verschleiß der Zahnräder des Planetengetriebes beschleunigt wird.
Es gibt auch Rangegetriebe, in denen die Synchronisierungsvorrichtung durch keilverzahnte Kupplungsmuffen ersetzt wird. Indem das Getriebes so gesteuert wird, dass eine synchrone Drehzahl zwischen den beiden zu verbindenden Komponenten entsteht, wird eine axiale Verschiebung der Kupplungsmuffe entlang der beiden Komponenten erleichtert, mit dem Ziel diese zu verbinden und zusammenzuschalten. Wenn die Komponenten voneinander getrennt werden sollen, wird das Getriebe so gesteuert, dass ein Drehmomentausgleich zwischen den beiden Komponenten entsteht, was bedeutet, dass die Kupplungsmuffe kein Drehmoment überträgt. Dann wird es möglich, die Kupplungsmuffe entlang der Komponenten zu verlagern, mit dem Ziel, diese voneinander zu trennen.
Drehmomentausgleich bezieht sich auf einen Zustand, in dem ein Drehmoment auf ein inneres Hohlrad wirkt, das im Planetengetriebe angeordnet ist, das das Produkt aus dem auf den Planetenträger des Planetengetriebes wirkende Drehmoment und dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes darstellt, während gleichzeitig ein Drehmoment auf das Sonnenrad des Planetengetriebes wirkt, das das Produkt aus dem Drehmoment, das auf den Planetenträger wirkt und (1- dem Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes) darstellt. Falls zwei von den Komponententeilen des Planetengetriebes, d. h. dem Sonnenrad, dem inneren Hohlrad oder dem Planetenträger mit einer Kupplungsvorrichtung verbunden sind, überträgt diese Kupplungsvorrichtung kein Drehmoment zwischen den Teilen des Planetengetriebes, wenn der Drehmomentausgleich vorherrscht. Entsprechend kann die Kupplungsvorrichtung leicht verschoben werden, und die Komponententeile des Planetengetriebes können getrennt werden.
Dokument US 2009/0095101 A1 zeigt ein Getriebe, das ein Hauptgetriebe und ein Rangegetriebe umfasst. Eine verschiebbare Muffe, die zum Schalten des Rangegetriebes in eine Niedrigbereichsposition oder eine Hochbereichsposition angeordnet ist. Das Hauptgetriebe umfasst eine Antriebswelle und eine Hauptwelle, auf der Zahnräder verbunden und getrennt werden können. Ein oder zwei Vorgelegewellen können im Hauptgetriebe angeordnet sein, wobei eine der Vorgelegewelle mit einer Bremsvorrichtung ausgestattet sein kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trotz Lösungen gemäß dem Stand der Technik besteht eine Notwendigkeit für das Weiterentwickeln eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes, bei dem die Schaltzeiten kurz sind, wobei die Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit des Getriebes hoch ist, und wobei alle Komponententeile des Getriebes wirksam verwendet werden. Es besteht auch ein Bedarf für ein Weiterentwickeln eines Getriebes mit kleinen Abmessungen im Verhältnis zur potenziellen Drehmomentübertragung und eines Getriebes, das den Kraftstoffverbrauch in einem Fahrzeug reduziert, das das Getriebe umfasst.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Getriebes, das im Verhältnis zur möglichen Drehmomentübertragung kleine Abmessungen aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Getriebes, das den Kraftstoffverbrauch in einem Fahrzeug reduziert, das das Getriebe umfasst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Getriebes das beim Schalten einen geringen Energiebedarf hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Getriebes das geräuscharm ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes, das kurze Schaltzeiten zur Folge hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes, das hohe Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit zur Folge hat.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes, das alle Komponententeile im Getriebe wirksam nutzt.
Diese Aufgaben werden anhand eines Fahrzeuggetriebes des zu Anfang dargestellten Typs gelöst, das durch die in Anspruch 1 dargestellten Merkmale gekennzeichnet ist. Diese Aufgaben werden ferner anhand eines Fahrzeugs gelöst, das ein solches Getriebe des oben erwähnten Typs umfasst, das durch die in Anspruch 7 dargelegten Merkmale gekennzeichnet ist. Diese Aufgaben oben werden auch anhand eines Verfahren zum Steuern eines Getriebes des zu Anfang dargestellten Typs gelöst, das durch die in Anspruch 8 dargestellten Merkmale gekennzeichnet ist.
Da die zweite Bremsvorrichtung an der Antriebswelle angeordnet ist, um die Drehzahl der Antriebswelle beim Schalten im Getriebe zu reduzieren, kann ein synchroner Drehzahl- oder Drehmomentausgleich im Zusatzgetriebe mit dem Ziel erreicht werden, eine Gangstellung zu ändern.
Da die erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe in der zweiten Gangstellung Drehmoment von der Antriebswelle auf den Planetenträger und weiter auf die Abtriebswelle überträgt, und da die zweite axial schaltbare Kupplungsmuffe in der ersten Gangstellung das Hohlrad mit dem Getriebegehäuse zusammenschließt, so dass Drehmoment von der Antriebswelle über das Hohlrad und den Planetenträger auf die Abtriebswelle übertragen wird, wird eine wirksame Übertragung mit hoher Effizienz und geringen Verlusten erzielt. Die Komponententeile des Getriebes weisen eine geringere Notwendigkeit für Schmierung auf, während Facettenschäden an den Zahnradflanken minimiert werden.
Der axiale Hub jeder jeweiligen Kupplungsmuffe wird im Vergleich zu dem Hub des Hohlrads in einem herkömmlichen Zusatzgetriebe kürzer, was zur Folge hat, dass das Schalten zwischen verschiedenen Gangstellungen schnell ist.
Die erste und die zweite Kupplungsmuffe können jeweils mit einer begrenzten Stärke ausgestaltet sein, was bedeutet, dass die Masse jeder jeweiligen Kupplungsmuffe gering ist. Die geringe Masse jeder Kupplungsmuffe hat zur Folge, dass das Schalten zwischen verschiedenen Gangstellung schnell ist.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad verbunden und der Planetenträger ist mit der Abtriebswelle im Hauptgetriebe verbunden. Somit weist das Zusatzgetriebe einen einfachen Aufbau mit wenigen Komponenten auf.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe auf einer inneren Oberfläche mit ersten Keilen ausgestattet, wobei diese Keile so angeordnet sind, dass sie mit den entsprechenden ersten Keilen zusammenwirken, die auf der Antriebswelle und dem Planetenträger angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein wirksames Verbinden und Trennen der Antriebswelle und des Planetenträgers erreicht.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe mit zweiten Keilen auf einer inneren Oberfläche ausgestattet, wobei diese Keile so angeordnet sind, dass sie mit den entsprechenden zweiten Keilen zusammenwirken, die auf dem Hohlrad und dem Getriebegehäuse angeordnet sind.
Auf diese Weise wird ein wirksames Verbinden und Trennen des Hohlrads und des Getriebegehäuses erreicht.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Antriebsmotor mit der Kupplungsvorrichtung von der Antriebswelle getrennt. Auf diese Weise wird die Drehung der Antriebswelle nicht vom Antriebsmotor beeinflusst, was die Möglichkeit eines schnellen und wirksamen Änderns von Gangstellungen im Zusatzgetriebe erhöht, indem die Drehzahl der Antriebswelle mit der zweiten Bremsvorrichtung reduziert wird.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Antriebsmotor in Richtung einer konstanten Motordrehzahl gesteuert. Auf diese Weise kann während des Schaltvorgangs eine Betriebsbedingung für den Antriebsmotor gewählt werden, was zu hoher Effizienz und einen geringen Energiebedarf führt.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Drehzahl der Antriebswelle in Richtung einer Drehzahl reduziert, die unter der Motordrehzahl des Antriebsmotors liegt. Auf diese Weise kann der Antriebsmotor mit einer Motordrehzahl betrieben werden, die bezüglich der Effizienz und Energieanforderungen günstig ist, wobei gleichzeitig die Antriebswelle mit der zweiten Bremsvorrichtung auf eine Drehzahl unterhalb der Motordrehzahl des Antriebsmotors reduziert werden kann, was zu der Möglichkeit führt, Gangstellungen im Zusatzgetriebe zu ändern.
Andere Vorteile der Erfindung werden in der ausführlichen Beschreibung unten dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es folgt eine beispielhafte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Getriebes in einer Hochbereichsposition,
3 eine schematische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Getriebes in einer Niedrigbereichsposition, und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, beispielsweise eines LKWs, das ein Getriebe 3 gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst. Das Getriebe 3 umfasst einen Antriebsmotor 4, ein Hauptgetriebe 6, eine Kupplungsvorrichtung 5, die zwischen dem Antriebsmotor 4 und dem Hauptgetriebe 6 angeordnet ist, ein Zusatzgetriebe 2 und eine Gelenkwelle 10. Der Antriebsmotor 4 ist mit dem Hauptgetriebe 6 verbunden, das wiederum mit dem Zusatzgetriebe 2 gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist. Das Zusatzgetriebe 2 über die Gelenkwelle 10 auch mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 verbunden. Das Zusatzgetriebe 2 wird auch als Rangegetriebe bezeichnet, und seine Aufgabe ist das Verdoppeln der Anzahl von Übersetzungsmöglichkeiten. Das Zusatzgetriebe 2 wird von einem Getriebegehäuse 12 umgeben.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Getriebes 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Hauptgetriebe 6 umfasst eine Antriebswelle 7, die mit der Kupplungsvorrichtung 5 verbunden ist, eine Vorgelegewelle 9 und eine Hauptwelle 26, wobei die Vorgelegewelle 9 mit der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 über eine Splitterzahnradgruppe 11 bzw. eine Hauptzahnradgruppe 13 verbunden ist. Die Splitterzahnradgruppe 11 umfasst einen Satz von Zahnradsätzen s1, s2, wobei der Zahnradsatz s1 eine niedrige Splitposition und der Zahnradsatz s2 eine hohe Splitposition darstellt. Der Zahnradsatz s1 kann über ein erstes Kupplungselement 15 mit der Antriebswelle 7 verbunden oder von dieser getrennt werden. Der Zahnradsatz s2 kann über ein zweites Kupplungselement 17 mit der Antriebswelle 7 verbunden oder von dieser getrennt werden. Wenn beide Kupplungselemente 15, 17 den ersten und den zweiten Zahnradsatz s1, s2 trennen, wird die Splitterzahnradgruppe 11 in eine neutrale Position gebracht. Die Hauptzahnradgruppe 13 umfasst einen Satz von Zahnradsätzen g1–g3, wobei der Zahnradsatz g1 einen ersten Gang darstellt, der Zahnradsatz g2 einen zweiten Gang darstellt und der Zahnradsatz g3 einen dritten Gang darstellt. Die Zahnradsätze g1–g3 können über ein drittes, viertes bzw. fünftes Kupplungselement 19, 21, 23 verbunden oder getrennt werden.
Das Zusatzgetriebe 2 umfasst ein Planetengetriebe 14, das einen hohen bzw. einen niedrigen Gang aufweist und mit dem die Übersetzungsmöglichkeiten des Hauptgetriebes 6 in eine Niedrigbereichsposition und eine Hochbereichsposition aufgeteilt werden können. In einer ersten Gangstellung, die der Niedrigbereichsposition entspricht, findet ein Herunterschalten über das Planetengetriebe 14 statt. In der zweiten Gangstellung, die der Hochbereichsposition entspricht, weist das Planetengetriebe 14 eine Übersetzung von 1:1 auf. 2 zeigt das Zusatzgetriebe 2 in einer zweiten Gangstellung, die dem hohen Gang oder dem Hochbereichsgang entspricht.
Das Zusatzgetriebe 2 ist im Getriebegehäuse 12 untergebracht und mit der Hauptwelle 26 des Hauptgetriebes 6 verbunden. Das Planetengetriebe 14 umfasst drei Hauptkomponenten, die im Verhältnis zueinander drehbar angeordnet sind, namentlich ein Sonnenrad 18, einen Planetenträger 20 und ein Hohlrad 22. Auf dem Planetenträger 20 ist eine Anzahl montierter Planetenräder 24 angeordnet. Auf dem Planetenträger 20 des Zusatzgetriebes 2 ist auch die Abtriebswelle 28 angeordnet, die mit der Gelenkwelle 10 des Fahrzeugs 1 verbunden ist. Bei Kenntnis der Anzahl der Zähne 32 am Sonnenrad 18 und am Hohlrad 22 können die jeweiligen Drehzahlen der drei Komponenten während des Betriebs festgestellt werden. Das Sonnenrad 18 ist drehbefestigt mit der Hauptwelle 26 verbunden, und die Planetenräder 24 greifen in das Sonnenrad 18. Das Hohlrad 22 umgibt die Planetenräder 24 und greift in diese. Die Zähne 32 des Sonnenrads 18, der Planetenräder 24 und des Hohlrads 22 können schräg sein, d. h. einen Winkel bezüglich der Drehachse 30 aufweisen, die dem Sonnenrad 18, dem Planetenträger 20 und dem Hohlrad 22 gemeinsam ist. Durch das schräge Schneiden der Zähne 32 wird eine Reaktionskraft in Richtung der Drehachse 30 von den Zahnrädern 18, 22, 24 erzielt, die im Planetengetriebe 14 enthalten sind. Die Richtung der Reaktionskraft hängt von der Richtung ab, in die die Zähne 32 im Planetengetriebe 14 schräg geschnitten sind. Auf diese Weise können die Reaktionskräfte entlang der Verlängerung der Drehachse 30 vorwärts oder rückwärts wirken.
Eine erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe 40 ist in der ersten Gangstellung so angeordnet, dass sie die Hauptwelle 26 vom Planetenträger 20 trennt, und ist in der zweiten Gangstellung so angeordnet, dass sie die Hauptwelle 26 mit dem Planetenträger 20 verbindet. Eine zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe 42 ist so angeordnet, dass sie das Getriebegehäuse 12, das das Planetengetriebe 14 umgibt, mit dem Hohlrad 22 in der ersten Gangstellung verbindet, und ist so angeordnet, dass sie das Getriebegehäuse 12 vom Hohlrad 22 in der zweiten Gangstellung trennt.
Die erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe 40 ist an einer inneren Oberfläche mit ersten Keilen 44 ausgestattet, die so angeordnet sind, dass die mit entsprechenden ersten Keilen 44 zusammenwirken, die auf der Hauptwelle 26 und dem Planetenträger 20 angeordnet sind. Entsprechende erste Keile 44, die auf der Hauptwelle 26 angeordnet sind, wurden am Außenrand eines ersten Rings 46 gefertigt, der drehbefestigt auf die Hauptwelle 26 angebracht ist. Die entsprechenden ersten Keile, die auf dem Planetenträger 20 angeordnet sind, wurden am Außenrand einer zweiten Kante 48 gefertigt, die drehbefestigt auf dem Planetenträger 20 angebracht ist.
Die zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe 42 ist auf einer inneren Oberfläche mit zweiten Keilen 50 ausgestattet, wobei diese Keile so angeordnet sind, dass sie mit entsprechenden zweiten Keilen 50 zusammenwirken, die am Außenrand des Hohlrad 22 und an einem Vorsprung 52 angeordnet sind, der starr mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden ist.
Der hohe Gang des Zusatzgetriebes 2 wird anhand der ersten Kupplungsmuffe 40 bewirkt, die so verschoben wird, dass sie die Hauptwelle 26 mit dem Planetenträger 20 verbindet. Die zweite Kupplungsmuffe 42 wird so verschoben, dass sie das Hohlrad 22 vom Getriebegehäuse 12 trennt. Die zweite Kupplungsmuffe 42 wird entsprechend nur mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden, was bedeutet, dass die zweite Kupplungsmuffe 42 zum Stillstand kommt und sich nicht auf die Trägheitskräfte bei der Drehung des Hohlrads 22 auswirkt. Die Drehmomentübertragung von der Hauptwelle 26 an die Abtriebswelle 28 findet daher über die Hauptwelle 26 und den Planetenträger 20 und ferner an die Abtriebswelle 28 statt, so dass das Übersetzungsverhältnis über das Planetengetriebe 14 1:1 wird.
Das axiale Verschieben der ersten und zweiten Kupplungsmuffe 40, 42 wird mit einer ersten und zweiten Schaltgabel 58, 60 erzielt, die in einer Rille 62 im Außenumfang der ersten und der zweiten Muffe 40, 42 angeordnet ist. Auf die erste Schaltgabel 58 wird von einem ersten Leistungselement 64 eingewirkt, und auf die zweite Schaltgabel 60 wird von dem zweiten Leistungselement 66 eingewirkt. Das erste und zweite Leistungselement 64, 66 können aus einem Pneumatik- oder einem Hydraulikzylinder bestehen. Die erste und zweite Schaltgabel 58, 60 und das erste und zweite Leistungselement 64, 66 sind in 2 schematisch dargestellt.
Vorzugsweise weisen die entsprechenden Kupplungsmuffen 40, 42 eine geringe Masse auf, was zur Folge hat, dass beim Bewegen der entsprechenden Kupplungsmuffen 40, 42 beim Schalten der Gänge wenig Energie und Leistung verbraucht wird. Auf diese Weise kann ein schnelles Schalten zwischen den verschiedenen Gangstellungen im Zusatzgetriebe 2 während einer kurzen Zeit ausgeführt werden.
3 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Zusatzgetriebes 2 in der ersten Gangstellung oder der Niedrigbereichsposition. Der niedrige Gang des Zusatzgetriebes 2 wird durch das axiale Verschieben der ersten Kupplungsmuffe 40 erzielt, um den Planetenträger 20 von der Hauptwelle 26 zu trennen, während gleichzeitig, oder in engem Zusammenhang damit, die zweite Kupplungsmuffe 42 verschoben wird, so dass das Hohlrad 22 mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden wird.
Durch Bewegen der ersten Kupplungsmuffe in eine Position, in der sie nur in die Hauptwelle oder den Planetenträger greift, während gleichzeitig die zweite Kupplungsmuffe in eine Position bewegt wurde, in der sie nur in das Getriebegehäuse greift, wird das Zusatzgetriebe in einen neutralen Zustand geschaltet, in dem keine Drehmomentübertragung über das Zusatzgetriebe stattfindet.
Eine erste Bremsvorrichtung 54 ist an der Vorgelegewelle 9 angeordnet, um die Drehzahl der Vorgelegewelle 9 beim Schalten im Getriebe 3 zu reduzieren, und eine zweite Bremsvorrichtung 56 ist an der Antriebswelle 7 angeordnet, um die Drehzahl der Antriebswelle 7 beim Schalten im Getriebe 3 zu reduzieren. Da die zweite Bremsvorrichtung 56 an der Antriebswelle 7 angeordnet ist, um die Drehzahl der Antriebswelle 7 beim Schalten im Getriebe 3 zu reduzieren, kann eine synchrone Drehzahl oder ein Drehmomentausgleich im Zusatzgetriebe 2 mit dem Ziel erreicht werden, eine Gangstellung zu ändern. Die erste und zweite Bremsvorrichtung 54, 56 können jeweils aus Reibungsbremsen bestehen, die hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch gesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Getriebe 3 arbeitet in Verbindung mit dem Schalten von der zweiten in die erste Gangstellung, das heißt, von der Hochbereichsposition zu Niedrigbereichsposition folgendermaßen, und wird im Zusammenhang mit 2–3 beschrieben.
In 2 wurde der Antriebsmotor 4 in Richtung einer konstanten Motordrehzahl und einer Betriebsbedingung gesteuert, die vom Energiegesichtspunkt aus vorteilhaft ist. Wenn der Antriebsmotor 4 eine Brennkraftmaschine ist, ist der Kraftstoffverbrauch bei der konstanten Motordrehzahl minimal. Die Kupplungsvorrichtung 5 wurde in Richtung eines getrennten Zustands gesteuert, was bedeutet, dass der Antriebsmotor 4 und die Antriebswelle 7 nicht länger miteinander verbunden sind und kein Drehmoment übertragen wird. Die Splitterzahnradgruppe 11 wurde in den neutralen Zustand gebracht, da das erste und das zweite Kupplungselement 15, 17 aus dem Eingriff mit den jeweiligen Zahnradsätzen s1, s2 bewegt wurden. Dies wird erleichtert, da sich die Antriebswelle 7 in Drehmomentausgleich mit den entsprechenden Zahnradsätzen s1, s2 befindet, die auf der Antriebswelle 7 angeordnet sind. Auf diese Weise wird kein Drehmoment von der Antriebswelle 7 auf die jeweiligen Zahnradsätze s1, s2 übertragen. Durch Herabsetzen der Drehzahl der Antriebswelle mittels der zweiten Bremsvorrichtung 56 wird die Verbindung der Zahnradsätze s1, s2 erleichtert, die zuvor nicht verbunden waren. Nachdem die Antriebswelle 7 Antriebswelle auf eine Drehzahl verlangsamt wurde, die mit dem Zahnradsatz s1, s2 übereinstimmt, der zuvor nicht verbunden war, verbinden das erste oder das zweite Kupplungselement 15, 17 den Zahnradsatz s1 oder s2 mit der Antriebswelle. Auf diese Weise wurde in der Splitterzahnradgruppe 11 eine neue Gangstellung in Eingriff gebracht.
Die Zahnradsätze g1–g3 der Hauptzahnradgruppe 13 wurden in eine neutrale Position bewegt, indem die Zahnradsätze g1–g3 anhand des dritten, vierten und fünften Kupplungselements 16, 21, 23 von der Hauptwelle 26 getrennt wurden. Dies ist möglich, da sich die Hauptwelle 26 in Drehmomentausgleich mit den entsprechenden Zahnradsätzen g1–g3 befindet, die auf der Hauptwelle 26 angeordnet sind. Auf diese Weise wird kein Drehmoment von der Hauptwelle auf die jeweiligen Zahnradsätze g1–g3 übertragen. Um einen Gang in der Hauptzahnradgruppe 13 in Eingriff zu bringen, wird die Vorgelegewelle 9 anhand der ersten Bremsvorrichtung 54 verlangsamt, woraufhin ein geeigneter Zahnradsatz g1–g3 über eines aus dem dritten, vierten oder fünften Kupplungselement 19, 21, 23 mit der Hauptwelle 26 verbunden wird. Dies wird erleichtert, wenn eine synchrone Drehzahl zwischen der Hauptwelle 26 und dem Zahnradsatz g1–g3 erreicht wurde, der mit der Hauptwelle 26 verbunden werden soll. Auf diese Weise wurde eine neue Gangstellung in der Hauptzahnradgruppe 13 in Eingriff gebracht.
Daraufhin wird das Zusatzgetriebe in einen neutralen Zustand bewegt, indem die erste Kupplungsmuffe 40 axial verschoben wird, um den Planetenträger 20 von der Hauptwelle 26 zu trennen. Um die Gangstellungen im Zusatzgetriebe 2 in den niedrigen Gang wechseln zu können, wird die Kupplungsvorrichtung 5 aktiviert, so dass der Antriebsmotor 4 mit dem Hauptgetriebe 6 verbunden ist, woraufhin der Antriebsmotor auf eine Motordrehzahl beschleunigt wird, was zur Folge hat, dass das Hohlrad 22 im Zusatzgetriebe 2 zum Stillstand kommt. Zuletzt wird die Gangstellung im Zusatzgetriebe 2 in den niedrigen Gang gewechselt, indem die zweite Kupplungsmuffe 42 verschoben wird, so dass das Hohlrad 22 mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden wird. Auf diese Weise wurde eine neue Gangstellung im Zusatzgetriebe 2 in Eingriff gebracht. Die neuen Gangstellungen im Hauptgetriebe 6 und im Zusatzgetriebe 2 sind in 3 schematisch dargestellt.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Antriebswelle 7 und die Hauptwelle 26 mit dem Ziel miteinander verbunden werden können, über das Hauptgetriebe 6 einen Direktgang zu bewirken. In einer solchen Direktgangstellung ist die Übersetzung 1:1 über das Hauptgetriebe 6, und das Drehmoment zwischen der Antriebswelle 7 und die Hauptwelle 26 wird über die direkte Verbindung zwischen der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 übertragen. In dieser Direktgangstellung wird kein Drehmoment über die Vorgelegewelle 9 übertragen. Die direkte Verbindung zwischen der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 wird über das zweite Kupplungselement 17 oder das dritte Kupplungselement 19 umgesetzt. Wenn das zweite Kupplungselement 17 aus dem Eingriff mit den Zahnradsatz s2 gebracht wird, kann es axial verschoben werden und in die Hauptwelle 26 greifen, um Drehmoment zwischen der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 zu übertragen. Alternativ kann, wenn das dritte Kupplungselement 19 aus dem Eingriff mit den Zahnradsatz g1 gebracht wird, dieses axial verschoben werden und in die Antriebswelle 7 greifen, um Drehmoment zwischen der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 zu übertragen. Wenn das Hauptgetriebe 6 in eine solche Direktgangstellung bewegt wird, wird entweder die Splitterzahnradgruppe 11 oder die Hauptzahnradgruppe 13 in einen neutralen Zustand gebracht, so dass die in Eingriff befindliche Zahnradgruppe 11 oder 13 die Vorgelegewelle 9 zum Drehen bringt, jedoch ohne dass die Vorgelegewelle Drehmoment zwischen der Antriebswelle 7 und der Hauptwelle 26 überträgt. Alternativ können sowohl die Splitterzahnradgruppe 11 als auch die Hauptzahnradgruppe 13 in die neutrale Position gebracht werden, so dass die Vorgelegewelle 9 zum Stillstand kommt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Getriebes 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Verlangsamen der Antriebswelle 7 mittels einer zweiten Bremsvorrichtung 56, die an der Antriebswelle 7 angeordnet ist,
b) Verlangsamen der Vorgelegewelle 9 mittels der ersten Bremsvorrichtung 54, und
c) Wechseln der Gangstellungen im Zusatzgetriebe 2.

Vorzugsweise wird die Gangstellung in Schritt c) in einen ersten Gang gewechselt, bei dem ein Getriebegehäuse 12, das das Planetengetriebe 14 umgibt, mit dem Hohlrad 22 verbunden ist.
Vor Schritt a) wird der Antriebsmotor 4 vorzugsweise in einem Schritt d) über eine Kupplungsvorrichtung 5 von der Antriebswelle 7 getrennt.
Nach Schritt a) und vor Schritt b) wird vorzugsweise in einem Schritt e) die Gangstellung in der Splitterzahnradgruppe 11 gewechselt.
Nach Schritt d) und vor Schritt a) wird vorzugsweise in einem Schritt f) der Antriebsmotor 4 in Richtung einer konstanten Motordrehzahl gesteuert.
Nach Schritt b) und vor Schritt c) wird vorzugsweise in einem Schritt g) die Gangstellung im Hauptgetriebe 13 gewechselt.
Nach Schritt g) und vor Schritt c) wird vorzugsweise in einem Schritt h) der Antriebsmotor 4 über die Kupplungsvorrichtung 5 mit der Antriebswelle 7 verbunden, und die Motordrehzahl des Antriebsmotors 4 wird erhöht.
Eine elektronische Steuervorrichtung 70 wird an das Zusatzgetriebe 2, das Hauptgetriebe 6, den Antriebsmotor 4 und die Kupplung 68 angeschlossen, um die Schaltschritte oben auszuführen. Vorzugsweise kann eine Anzahl nicht dargestellter Drehzahlsensoren im Zusatzgetriebe 2, dem Hauptgetriebe 6 und dem Antriebsmotor 4 mit der Steuervorrichtung 70 verbunden sein. Es kann auch ein weiterer Computer 72 mit der Steuervorrichtung 70 verbunden sein. Die Steuervorrichtung 70 kann ein Computer mit für diesen Zweck geeigneter Software sein. Die Steuervorrichtung 70 und/oder der Computer 72 umfassen ein Computerprogramm P, das Verfahren zum Steuern des Zusatzgetriebes 2 gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen kann. Das Programm P kann auf ausführbare Weise oder komprimiert in einem Speicher M und/oder einem Schreib-Lese-Speicher R gespeichert sein. Vorzugsweise ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das Programmcode umfasst, der in einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, um die oben erwähnten Schaltschritte durchzuführen, wenn der Programmcode in der Steuervorrichtung 70 oder einem anderen Computer 72 ausgeführt wird, der mit der Steuervorrichtung 70 verbunden ist. Der Programmcode kann auf nicht flüchtige Weise auf dem computerlesbaren Medium gespeichert sein.
Die oben beschriebenen Komponenten und Merkmale können innerhalb des Rahmens der Erfindung zwischen verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Getriebe für Fahrzeuge, das einen Antriebsmotor (4), ein Hauptgetriebe (6), ein Zusatzgetriebe (2) und eine Kupplungsvorrichtung (5) umfasst, die zwischen dem Antriebsmotor (4) und dem Hauptgetriebe (6) angeordnet ist, wobei das Hauptgetriebe (6) eine Antriebswelle (7), die mit der Kupplungsvorrichtung (5) verbunden ist, eine Vorgelegewelle (9) und eine Hauptwelle (26) umfasst, wobei die Vorgelegewelle (9) mit der Antriebswelle (7) und der Hauptwelle (26) über eine Splitterzahnradgruppe (11) bzw. eine Hauptzahnradgruppe (13) verbunden ist, und wobei das Zusatzgetriebe (2) ein Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (22), einem Sonnenrad (18) und einem Planetenträger (20) umfasst, an dem mindestens ein Planetenrad (24) drehbar montiert ist, wobei das Hohlrad (22) und das Sonnenrad (18) über Zähne (32) in das mindestens eine Planetenrad (24) greifen, wobei das Planetengetriebe (14) mit der Hauptwelle (26) des Hauptgetriebes (6) verbunden ist, und wobei einen erste Bremsvorrichtung (54) an der Vorgelegewelle (9) angeordnet ist, um die Vorgelegewelle (9) beim Schalten in dem Getriebe (3) zu verlangsamen, dadurch gekennzeichnet, dass: eine zweite Bremsvorrichtung (56) an der Antriebswelle (7) angeordnet ist, um die Antriebswelle (7) beim Schalten in dem Getriebe (3) zu verlangsamen.
Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe (40), die in der ersten Gangstellung so angeordnet ist, dass sie die Hauptwelle (26) zum Zusatzgetriebe (2) vom Planetenträger (20) trennt, und in der zweiten Gangstellung so angeordnet ist, dass sie die Hauptwelle (26) mit dem Planetenträger (20) verbindet; und eine zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe (42), die so angeordnet ist, dass sie in der ersten Gangstellung ein Getriebegehäuse (12), das das Planetengetriebe (14) umgibt, mit dem Hohlrad (22) verbindet, und in der zweiten Gangstellung das Getriebegehäuse (12) vom Hohlrad (22) trennt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptwelle (26) des Hauptgetriebes (6) mit dem Sonnenrad (18) des Planetengetriebes verbunden ist und dadurch, dass der Planetenträger (20) mit einer Abtriebswelle (28) des Zusatzgetriebes (2) verbunden ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste axial verschiebbare Kupplungsmuffe (40) an einer inneren Oberfläche mit ersten Keilen (44) ausgestattet ist, die so angeordnet sind, dass die mit entsprechenden ersten Keilen (44) zusammenwirken, die auf der Hauptwelle (26) und dem Planetenträger (20) angeordnet sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite axial verschiebbare Kupplungsmuffe (42) an einer inneren Oberfläche mit zweiten Keilen (50) ausgestattet ist, die so angeordnet sind, dass die mit entsprechenden zweiten Keilen (50) zusammenwirken, die auf den Hohlrad (22) und dem Getriebegehäuse (12) angeordnet sind.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgetriebe (2) ein Rangegetriebe ist.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es ein Getriebe (3) nach einem der Ansprüche 1–6 umfasst.
Verfahren zum Wechseln von Gängen in einem Getriebe (3) für Fahrzeuge, das einen Antriebsmotor (4), ein Hauptgetriebe (6), ein Zusatzgetriebe (2) und eine Kupplungsvorrichtung (5) umfasst, die zwischen dem Antriebsmotor (4) und dem Hauptgetriebe (6) angeordnet ist, wobei das Hauptgetriebe (6) eine Antriebswelle (7), die mit der Kupplungsvorrichtung (5) verbunden ist, eine Vorgelegewelle (9) und eine Hauptwelle (26) umfasst, wobei die Vorgelegewelle (9) mit der Antriebswelle (7) und der Hauptwelle (26) über eine Splitterzahnradgruppe (11) bzw. eine Hauptzahnradgruppe (13) verbunden ist, und wobei das Zusatzgetriebe (2) ein Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (22), einem Sonnenrad (18) und einem Planetenträger (20) umfasst, an dem mindestens ein Planetenrad (24) drehbar montiert ist, wobei das Hohlrad (22) und das Sonnenrad (18) über Zähne (32) in das mindestens eine Planetenrad (24) greifen, wobei das Planetengetriebe (14) mit der Hauptwelle (26) des Hauptgetriebes (6) verbunden ist, und wobei einen erste Bremsvorrichtung (54) an der Vorgelegewelle (9) angeordnet ist, um die Vorgelegewelle (9) beim Schalten in dem Getriebe (3) zu verlangsamen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Verlangsamen der Antriebswelle (7) mittels einer zweiten Bremsvorrichtung (56), die an der Antriebswelle (7) angeordnet ist, b) Verlangsamen der Vorgelegewelle (9) mittels der ersten Bremsvorrichtung (54), und c) Wechseln der Gangstellungen im Zusatzgetriebe (2).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangstellung in Schritt c) in einen ersten Gang gewechselt wird, bei dem ein Getriebegehäuse (12), das das Planetengetriebe (14) umgibt, mit dem Hohlrad (22) verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–9, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt a): d) der Antriebsmotor (4) über eine Kupplungsvorrichtung (5) von der Antriebswelle (7) getrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt a) und vor Schritt b): e) Gangstellungen in der Splitterzahnradgruppe (11) gewechselt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt d) und vor Schritt a): f) der Antriebsmotor (4) in Richtung einer konstanten Motordrehzahl gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt b) und vor Schritt c): g) Gangstellungen im Hauptgetriebe (13) gewechselt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt g) und vor Schritt c): h) der Antriebsmotor (4) über die Kupplungsvorrichtung (5) mit der Antriebswelle (7) verbunden und die Motordrehzahl des Antriebsmotors (4) erhöht wird.
Computerprogrammprodukt, das in einem computerlesbaren Medium gespeicherten Programmcode umfasst, um die Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 8–14 durchzuführen, wobei der Programmcode in einer elektronischen Steuervorrichtung (48) oder in einem anderen Computer (53) ausgeführt wird, der mit der elektronischen Steuervorrichtung (48) verbunden ist.