DE19754726A1

DE19754726A1 - Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge

Info

Publication number: DE19754726A1
Application number: DE19754726A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Domian; Juergen Wafzig
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: US6012345A; DE19754726B4

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge, das ein Hauptge triebe und eine diesem nachgeschaltete Kombination aus Split-Getriebe und Range-Getriebe aufweist, nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Vielgänge Wechselgetriebe, insbesondere solche mit großer Spreizung, ermöglichen bei Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen einerseits günstige Fahrleistungen und andererseits einen ökonomischen Kraftstoffverbrauch, da für jeden Betriebszustand des Fahrzeugs ein günstiger Arbeits bereich der Brennkraftmaschine gewählt werden kann. Bei Personenkraftwagen werden Zahnradwechselgetriebe in Grup penbauweise mit vier bis fünf Gängen verwendet und bei Nutzfahrzeugen werden Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbau weise mit bis zu achtzehn Gängen verwendet.

Ein Zahnradwechselgetriebe in Planetenbauweise, mit einem vielgängigen Grundgetriebe und mit einem zweigängigen Gruppengetriebe, das als Split-Getriebe ausgebildet ist und im Verlauf der Gangfolge einmal geschaltet wird, ist aus der EP B1 214 989 bekannt. Mit diesem Getriebe können fünf Vorwärtsgänge geschaltet werden, wobei die Schaltung des Getriebes relativ einfach ist, da immer nur entweder Schal telemente im Grundgetriebe oder im Gruppengetriebe betätigt werden müssen.

Aus der DE 42 34 572 der Anmelderin ist ein Zahnrad wechselgetriebe in Gruppenbauweise bekannt, bei dem die Gangsprünge zwischen den unteren Gängen größer sind als zwischen den oberen Gängen und das, in Verbindung mit den unteren bzw. oberen Gängen, als Splitgruppengetriebe arbei tet, während es in Verbindung mit den mittleren Gängen als Bereichsgruppengetriebe arbeitet. Dabei ist im mittleren Gangbereich eine Gruppenschaltung erforderlich, die mit einer Schaltung im Grundgetriebe zusammenfällt, so daß eine eigene elektronische Ansteuerung erforderlich ist. Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel ist das Getrie be in Planetenbauweise mit Rädersätzen für ein Sechs-Gang- bzw. Acht-Gang-Getriebe ausgebildet.

Die DE 31 33 067 der Anmelderin beschreibt ein Zahnrä derwechselgetriebe, das aus einem mehrgängigen Hauptgetrie be und einer diesem vorgeschalteten Splitgruppe mit zwei Antriebszahnräder besteht, von denen das eine mit der An triebswelle des Getriebes und das andere wahlweise auch mit der Hauptwelle des Getriebes verbindbar ist. Die Splitgrup pe bildet dabei einen festen Bestandteil des Hauptgetrie bes, wobei diese überbrückt werden kann, so daß die Gänge des Hauptgetriebes durch wechselweises Einlegen einer Dop pelkupplung und weiterer Schaltkupplungen auf der Hauptwel le direkt durch die Antriebswelle geschaltet werden können.

Ein Zahnradwechselgetriebe, das ein antriebsseitig angeordnetes Hauptgetriebe, ein Bereichsgruppengetriebe und ein abtriebsseitig angeordnetes Wendegetriebe aufweist und mit dem zwölf Vorwärtsgänge schaltbar sind, ist aus der DE 36 19 329 der Anmelderin bekannt. Dieses Zahnradwechsel getriebe eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge, d. h. Ackerschlepper, da hierbei unter Last von Gang zu Gang ge schaltet werden kann, so daß auch während eines Gangwech sels ununterbrochen Leistung von der Antriebswelle zur Ab triebswelle übertragen wird. Dieses Zahnradwechselgetriebe eignet sich besonders gut für Ackerschlepper, der in seinem Haupt-Fahrgeschwindigkeitsbereich (mittlere Fahrgeschwin digkeiten) einen hohen Leistungs-Nutzungsgrad haben soll (der als das Verhältnis der Ist-Leistung zur Höchstleistung definiert ist) und/oder einen hohen Arbeits-Wirkungsgrad haben soll (der als das Verhältnis der Nutzarbeit zum Brennstoffverbrauch definiert ist), während der Nutzungs grad und der Wirkungsgrad bei niedrigen und hohen Fahrge schwindigkeiten weniger von Bedeutung sind.

Bei diesem bekannten Zahnradwechselgetriebe sind in einer Hauptachse eine Antriebswelle, eine Doppelkupplung, eine erste Zwischenwelle eines ersten Teils eines Hauptge triebes, eine zweite Zwischenwelle eines zweiten Teils des Hauptgetriebes und eine dritte Zwischenwelle angeordnet, die sowohl zu einem Bereichsgruppengetriebe als auch zu einem Wendegetriebe gehört. Ferner sind zwei parallel ange ordnete Nebenwellen vorgesehen, die eine Vielzahl von Zahn rädern tragen.

In der DE 40 20 558 der Anmelderin ist ein vielstufi ges Zahnräderwechselgetriebe beschrieben, bei dem zwischen einer Eingangsgruppe und einer Hauptgruppe ein Zwischenge triebe angeordnet ist; dieses insbesondere für Traktoren und bestimmte Baufahrzeuge geeignete Zahnradwechselgetriebe weist einen großen Übersetzungsbereich mit vielen Überset zungsstufen auf, die eine optimale Nutzung der angebotenen Motorzugkräfte bei allen vorkommenden Fahrgeschwindigkeiten ermöglichen. Bei einer besonderen Ausgestaltung des Zwi schengetriebes dient dieses als einfacher Schnellgang, d. h. als Overdrive mit einem bestimmten Übersetzungsver hältnis, so daß hierbei hohe Geschwindigkeiten erreicht werden können, ohne niedrige Geschwindigkeiten für Arbeits zwecke aufgeben zu müssen.

In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Kriterien Schaltkomfort, der eine Funktion der aufzubringenden Schaltkraft und damit der Schaltwege ist, sowie Geräu schentwicklung, z. B. durch sogenanntes Leerlaufrasseln, im Zusammenhang mit manuell zu schaltenden Vielganggetrieben für Lastkraftwagen deutlich zugenommen, die zunehmend kauf entscheidend werden. Die Eigenschafen eines Zahnradwechsel getriebes im Hinblick auf diese Kriterien werden maßgeb lich durch den Aufbau des Getriebes, d. h. durch die Anord nung der Räder, Wellen und Schaltelemente bestimmt.

Eine Reduzierung der Schaltkraft bzw. der Schaltwege kann dadurch erreicht werden, daß die Drehmassen, welche bei einem Schaltvorgang synchronisiert werden müssen, mög lichst gering sind. Ein möglichst niedriges Geräuschniveau im Leerlauf (geringes Leerlaufrasseln) kann dadurch erzielt werden, daß die Drehungleichförmigkeiten des Motors nicht in das Getriebe eingeleitet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah ren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell ge schalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeugen zu schaffen, mit dem ein erhöhter Schaltkomfort und ein nied rigeres Geräuschniveau erzielt werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs näher ge nannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbeson dere für ein Zahnradwechselgetriebe mit sechzehn Vorwärts- und zwei Rückwärtsgängen, welches ein mehrgängiges Hauptge triebe mit einer nachgeschalteten Kombination aus Split- und Range-Getriebe aufweist. Das Schaltschema, das dem er findungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt, läßt sowohl eine Direktgang-, als auch eine Overdrive-Version zu.

Das W-Gang-Hauptgetriebe wird manuell ohne Schaltkraf tunterstützung geschaltet, während das Schalten in den nachgeordneten Split- und Range-Getrieben mit Schaltunter stützung erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wechseln der Gänge des vielgängigen Zahnradwechselgetriebes bietet folgende Vorteile:

- niedrige Schaltkräfte bei kurzen Schaltwegen,
- gleiche Schaltkräfte für alle Normalschaltungen,
- keine Schaltservounterstützung erforderlich,
- Verwendung kostengünstiger Einfachkonus- Synchronisierungen,
- kein Leerlaufrasseln,
- Rasselneigung während der Fahrt geringer als bei den herkömmlichen Vielganggetrieben,
- die Direktgang- und Overdrive-Versionen sind bis auf eine Übersetzungsstufe identisch,
- die Anordnung von Nebenabtrieben ist vereinfacht und
- die Vorgelegewelle des Hauptgetriebes kann kürzer als bei den bekannten Vielganggetrieben ausgeführt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den herkömmlichen Schaltablauf eines Zahn radwechselgetriebes, bestehend aus Hauptge triebe, Split- und Range-Getriebe,

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Schaltablauf eines Zahnradwechselgetriebes, bestehend aus Hauptgetriebe mit einer nachgeschalteten Kombination aus Split- und Range-Getriebe,

Fig. 3a das Getriebeschema des Zahnradwechselgetrie bes,

Fig. 3b die zugehörige Schaltkulisse,

Fig. 3c eine tabellarische Darstellung der Einzel übersetzungsreihe,

Fig. 3d eine Tabelle für Schaltlogik und Gesamtüber setzungen für die Direktgangversion und

Fig. 4a die gleichen Darstellungen wie in den
bis 4d Fig. 3a bis 3d für die Overdrive-Version.

Fig. 1 zeigt den Schaltablauf bei herkömmlichen Zahn radwechselgetrieben, welche ein Hauptgetriebe, ein Split- Getriebe und ein Range-Getriebe aufweisen, wobei die zeit liche Reihenfolge des Umschaltens von der Kupplungstel lung 1 in die Neutralstellung 0 derart erfolgt, daß zuerst das Hauptgetriebe H, zeitlich danach das Split-Getriebe S und schließlich das Range-Getriebe R geschaltet werden, wohingegen beim Umschalten von der Neutralstellung 0 in die Kupplungsstellung 1 zuerst das Split-Getriebe S, danach das Range-Getriebe R und schließlich das Hauptgetriebe H ge schaltet werden.

Bei diesem Schaltablauf eines Zahnradwechselgetriebes mit Split- und Range-Getriebe werden hohe Synchronkräfte und damit eine große Synchronarbeit benötigt, mit entspre chender Synchronisierung für das Range-Getriebe und ent sprechendem Achsabstand.

Durch den erfindungsgemäßen Schaltablauf, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, können die auftretenden Synchron kräfte in optimaler Weise auf die Synchronisierungen für das Split- und Range-Getriebe verteilt werden, so daß nun mehr andere Bauteile, wie Lager bzw. Zahnräder im Getriebe gehäuse bestimmend sind. Die Betätigungseinrichtungen, ins besondere die Pneumatikzylinder zum Schalten sowie die die Leistung bereitstellende Versorgung können kleiner dimen sioniert werden, so daß eine Kosten- und Gewichtsersparnis sowie ein höherer Wirkungsgrad des Getriebes, verbunden mit erhöhtem Schaltkomfort und niedrigerem Leerlaufgeräusch, erreicht werden.

Der erfindungsgemäße Schaltablauf sieht vor, daß beim Umschalten von der Neutralstellung 0 in die Kupplungs stellung 1 in zeitlicher Reihenfolge zuerst das Range- Getriebe R, danach das Split-Getriebe S und schließlich das Hauptgetriebe H geschaltet werden.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in den Fig. 3 für die Direktgang-Version und in Fig. 4 für die Overdrive-Version schematisch dargestellt ist, sind die Schaltelemente A, B, C, D des Hauptgetriebes gemäß Fig. 3a direkte auf der Antriebswelle 1 angeordnet, die mit der Aus gangswelle des nicht dargestellten Fahrzeugmotors über die Kupplung K verbindbar ist. Die zu synchronisierenden Dreh massen sind somit verhältnismäßig niedrig; außerdem liegt zwischen Schaltelement und zu synchronisierender Drehmasse keine Übersetzungsstufe, die sich massensteigernd auswirken könnte. Dadurch sind niedrige Schaltkräfte und kurze Schaltwege möglich.

Im Getriebezustand "Leerlauf" kann das Split- Getriebe S und das Range-Getriebe R geschaltet sein, wäh rend das Hauptgetriebe H völlig offen ist. Hierdurch kann keine Drehungleichförmigkeit des Motors in das Getriebe

- eingeleitet werden, wodurch ein Leerlaufrasseln vermieden wird.

Mit dem in Fig. 2 dargestellten Schaltablauf können also die auf die Schaltelemente wirkenden Belastungen und damit die Schaltzeit bei der Umschaltung des Range- Getriebes R erheblich verringert werden.

In Fig. 3a sind ferner mit E und F die Schaltelemente des Schaltgetriebes, mit G und H die Schaltelemente des Range-Getriebes, mit 2 ist die Eingangswelle der Kombinati on aus Split-Getriebe und Range-Getriebe und mit 3 deren Ausgangswelle bezeichnet; mit 4 und 5 sind zwei parallel Nebenwellen bezeichnet und mit 11 bis 17 Zahnräder. Mit dieser Getriebeanordnung lassen sich 4 × 2 × 2 = 16 Vor wärtsgänge schalten, wobei die Schaltkulisse in Fig. 3b schematisch dargestellt ist, während in Fig. 3c die Einzel übersetzungsreihe für i11 bis i18 angegeben ist und in Fig. 3b tabellarisch die Schaltlogik/Gesamtübersetzungen; in der linken Spalte sind die Gänge 1L, 1H bis 8L, 8H und die beiden Rückwärtsgänge RL und RH dargestellt, während in der obersten Reihe die Schaltelemente dargestellt sind; deren eingeschalteter Zustand ist durch die Sterne darge stellt; in der rechten Spalte sind die Übersetzungsverhält nisse u dargestellt.

Fig. 3a bis 3d beziehen sich auf die Direktgang- Version, während sich die Fig. 4a bis 4d, in denen eben falls das Zahnradwechselgetriebe für sechzehn Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge schematisch dargestellt ist, auf die Overdrive-Version bezieht. Der Unterschied zur Direkt gangversion besteht darin, daß eine Übersetzung einen ande ren Wert aufweist, z. B. die Übersetzung der Stirnradstu fe 15 (i15).

Bezugszeichenliste

1

Welle

2

Welle

3

Welle

4

Welle

5

Welle

11

Übersetzung (Stirnradseite)

12

Übersetzung (Stirnradseite)

13

Übersetzung (Stirnradseite)

14

Übersetzung (Stirnradseite)

15

Übersetzung (Stirnradseite)

16

Übersetzung (Stirnradseite)

17

Übersetzung (Stirnradseite)

18

Übersetzung (Stirnradseite)
A Schaltelement
B Schaltelement
C Schaltelement
D Schaltelement
E Schaltelement
F Schaltelement
G Schaltelement
H Schaltelement
K Kupplung

Claims

1. Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahr zeuge, das ein Hauptgetriebe (H) und eine diesem nachge schaltete Kombination aus Split-Getriebe (S) und Range- Getriebe (R) aufweist, wobei die Umschaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Kupplungsstellung (1) in die Neutralstellung (0) zeitlich derart erfolgt, daß zuerst das Hauptgetriebe (H), danach das Split-Getriebe (S) und anschließend das Range-Getriebe (R) geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Um schaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Neutral stellung (0) in die Kupplungsstellung (1) zeitlich zuerst das Range-Getriebe (R), danach das Split-Getriebe (S) und anschließend das Hauptgetriebe (H) geschaltet werden.

2. Zahnradwechselgetriebe zur Durchführung des Verfah rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß einem vielgängigen Hauptgetriebe (H) eine Kombination aus Split-Getriebe (S) und Range-Getriebe (R) nachgeschaltet ist.

3. Zahnradwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (A, B, C, D) des Hauptgetriebes (H) direkt auf der Antriebswel le angeordnet sind.