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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein 12-Gang-Getriebe in Schnellgang-
oder Direktgangausführung für Nutzfahrzeuge
mit stetiger Schaltfolge, bestehend aus einem mehrgängigen pneumatisch
betätigbaren Splitgetriebe,
einem Grundgetriebe und einem mehrgängigen pneumatisch betätigbaren
Gruppengetriebe und aus einer Schalteinrichtung, die Schaltschienen
aufweist, die über
Schalthebel ansteuerbar sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
12-Gang-Getriebe weisen üblicherweise
ein pneumatisch betätigtes
Vorschalt- oder Splitgetriebe, ein Dreiganghaupt- oder -grundgetriebe
und ein pneumatisch betätigtes
Nachschalt- oder Gruppengetriebe auf. Für das Hauptgetriebe ist eine
Schalteinrichtung vorgesehen, die Schaltschienen aufweist, an denen
Schalthebel angeordnet sind, die auf Synchronisierungspakete zwischen
den einzelnen Gangstufen des Hauptgetriebes zugreift.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung
DE
198 31 293 A1 der Anmelderin ist ein System von Bauformen
zur Bildung einer Baureihe mit Getrieben mit unterschiedlicher Gesamtübersetzung
oder einer unterschiedlichen Anzahl an Übersetzungsstufen für Getriebe
von Fahrzeugen bekannt, die aus drei hintereinander angeordneten
Teilgetrieben bestehen, nämlich
einem Hauptgetriebe, einem mehrgängigen
Splitgetriebe und einem mehrgängigen
Gruppengetriebe. Hierbei wird eine Baureihe von Getrieben geschaffen,
wobei ausgehend von einer Grundvariante, die eine bestimmte Anordnung
von Zahnradpaaren aufweist, eine weitere Variante dadurch erzeugt
werden kann, daß in
Form eines modularen Baukastens nur ein Zahnradpaar geändert oder
hinzugefügt
wird. Dadurch lassen sich entweder unter Beibehaltung der bisherigen
Anzahl von Übersetzungsstufen
eine veränderte
Gesamtübersetzung
des Getriebes erzielen oder aber eine höhere Anzahl an Übersetzungsstufen.
In allen Fällen
bleiben die Zahnräder
des Gruppengetriebes unverändert;
alle Zahnradpaare der Variante mit der geringsten Anzahl an Übersetzungsverhältnissen
bleiben in allen Varianten erhalten.
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Das
Gesamtgetriebe besteht aus einem mehrgängigen Splitgetriebe, einem
mehrgängigen
Hauptgetriebe und einem mehrgängigen
Gruppengetriebe, die in einer Reihe hintereinander angeordnet sind.
Das Gruppengetriebe besteht vorzugsweise aus einem Planetengetriebe,
dessen Sonnenrad von der Hauptwelle des Getriebes angetrieben wird
und dessen Planetenträger
die Abtriebswelle des Getriebes darstellt. Das Hohlrad des Planetengetriebes
kann wahlweise mit dem Getriebegehäuse oder mit dem Planetenträger zur Bildung
verschiedener Übersetzungsstufen
gekoppelt werden. Als Grundvariante ist dabei eine 8-Gang-Variante
vorgesehen, von der ausgehend 10-Gang-Varianten und 12-Gang-Varianten
gebildet werden können.
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Grundlegende
Voraussetzung ist dabei, daß der
Stufensprung zwischen allen Übersetzungsstufen gleich
ist. Dieser Stufensprung kann auch als Halbstufensprung vorgesehen
sein. Die Achsabstände
der Wellen in den Getrieben sind ebenfalls in allen Varianten gleich.
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Mit
diesem System kann ein 12-Gang-Getriebe geschaffen werden, und zwar
sowohl als Schnellganggetriebe als auch als Direktganggetriebe;
ein Getriebeschema für
ein derartiges Schnellganggetriebe mit zwölf Gängen ist in 1 dargestellt
und das zugehörige
Schaltbild in 2. Ein Getriebeschema für ein derartiges Direktganggetriebe
mit zwölf
Gängen
nach dem Stand der Technik ist in 1A dargestellt
und auch hierzu gehört
das Schaltbild in 2.
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Bei
diesen bekannten 12-Gang-Getrieben findet in der Schaltfolge in
der rechten Schaltgasse für
die Gänge
9/11 und 10/12 ein Wechsel statt, d. h. daß in dieser Schaltgasse im
Gegensatz zu den anderen drei Schaltgassen für ein kontinuierliches Durchschalten
der Gänge
9 bis 12 zunächst
der Schalthebel vom 9. Gang (oben) zum 10. Gang (unten) ohne Betätigung der
Splitgruppenschaltung bewegt werden muß, wobei letztere in der Position
L (= langsame Konstante) verbleibt. Im Anschluß daran muß der Schalthebel vom 10. Gang (unten)
zum 11. Gang (oben) bei gleichzeitiger Betätigung der Splitgruppenschaltung
(von L nach S = schnelle Konstante) bewegt werden, um in den 11.
Gang schalten zu können.
Anschließend
muß wiederum
der Schalthebel vom 11. Gang (oben) zum 12. Gang (unten) betätigt werden,
ohne Auslösung
einer Splitschaltung, die in der Position S verbleibt.
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Diese
Bedienungsfolge unterscheidet sich deutlich von den heute gebräuchlichen
Schaltbildern bzw. Getrieben und wird als negativ bzw. sehr gewöhnungsbedürftig angesehen.
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Die
Ursache für
diesen Wechsel der Schaltfolge ist darin zu sehen, daß in dieser
letzten Schaltgasse für
die Gänge
neun/elf und zehn/zwölf
der Übersetzungsunterschied,
d. h. der Stufensprung der beiden betroffenen Radpaare (C und D
bzw. D und E) im Grundgetriebe genau halb so groß ist wie der Übersetzungsunterschied
der beiden Konstanten in der Splitgruppe (KL und KS bzw. KS und
KS'). Deshalb muß zunächst über die
Schalthebelbewegung die Schaltung im Grundgetriebe erfolgen, bevor
die Umschaltung der Splitgruppe pneumatisch erfolgen kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, diese 12-Gang-Getriebe derart auszugestalten, daß ein kontinuierliches
logisches 12-Gang-Schaltbild mit stetiger Schaltfolge erhalten wird,
welches ergonomisch als positiv angesehen wird.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegegenen Merkmalen;
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird also
vorgesehen, daß in
der letzten Schaltgasse die Schaltung der Konstanten per Hand, d.
h. über
die Schalthebelbewegung ausgeführt
wird und daß die
Schaltung im Grundgetriebe pneumatisch quasi als Splitschaltung
ausgeführt
wird. D. h., daß erfindungsgemäß eine überlagerte
Wählfunktion für die manuelle
Schaltung mittels der Schalthebelbewegung und die GV-Schaltung pneumatisch über den GV-Zylinder
erfolgt; da bei heutigen Getrieben die GV-Schiene ortsfest mit dem
GV-Zylinder verbunden ist, ist eine Wählbewegung des GV-Zylinders
nicht möglich.
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Die
Erfindung eignet sich nicht nur für die in
1 und
1A dargestellten
Varianten des in der eingangs erwähnten Patentanmeldung
DE 198 31 293 A1 beschriebenen
Getriebes, sondern auch für
alle anderen dort beschriebenen 12-Gang-Getriebevarianten. Für einige
dieser Varianten sind dabei Schaltrichtungsumkehrungen an den Schienen
GV und/oder 3./4. Gang notwendig.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in
der vorteilhafte Ausführungsbeispiele
dargestellt sind. Es zeigen:
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1 das
bereits erwähnte
Getriebeschema für
ein 12-Gang-Getriebe
in Schnellgangvariante gemäß der eingangs
erwähnten
deutschen Patentanmeldung;
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1A das
bereits erwähnte
Getriebeschema für
ein 12-Gang-Getriebe
in Direktgangvariante gemäß der eingangs
erwähnten
deutschen Patentanmeldung.
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2 das
zugehörige
Schaltbild;
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3 das
Schaltbild für
die erfindungsgemäße Ausführungsform
dieses 12-Gang-Getriebes;
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4 das
Schaltbild für
die erfindungsgemäße Ausführungsform
mit Angabe des GV-Neutralbereichs; und
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5 konstruktive
Ausgestaltungen für
die vier Schaltgassen I bis IV.
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Bei
dem in 1 dargestellten Getriebeschema eines Schnellganggetriebes 14 mit
zwölf Gängen ist mit 11 das
Splitgetriebe, mit 12 das Hauptgetriebe und mit 13 das
Gruppengetriebe bezeichnet, die zusammen das Schnellganggetriebe 14 bilden.
Mit 15 ist die Eingangswelle bezeichnet, die koaxial zur
Hauptwelle 23 des Hauptgetriebes 12 angeordnet
ist. Am Ende der Hauptwelle 23 ist ein Sonnenrad 33 des
als Planetengetriebe ausgebildeten Gruppengetriebes 13 vorgesehen.
Das Sonnenrad 33 kämmt
mit Planetenrädern 31,
die auf einem Planetenträger 36 gelagert
sind. Die Planetenräder 31 kämmen weiterhin
mit einem Hohlrad 32, das über eine Schalteinrichtung 34 entweder
mit dem Gehäuse 35 oder
mit der Abtriebswelle 37 des Getriebes 14 verbindbar
ist.
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Die
Abtriebswelle 37 ist mit dem Planetenträger 36 verbunden.
Auf der Hauptwelle 23 sind außerdem ein Rückwärtsgangzahnrad 28 angeordnet,
das über
eine Schalteinrichtung 38 mit der Hauptwelle drehfest verbindbar
ist, sowie Zahnräder 24, 26,
die über
eine Schalteinrichtung 39 mit der Hauptwelle drehfest verbindbar
sind. Weitere Zahnräder
sind mit 19 und 21 bezeichnet und weitere Schalteinrichtungen
mit 40 und 41.
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Die
Eingangswelle 15 ist mit einem frei drehbaren Zahnrad 17 versehen,
das mit einem Zahnrad 18 einer Vorgelegewelle 16 des
Hauptgetriebes 12 in Eingriff steht. An ihrem dem Hauptgetriebe 12 zugewandten axialen
Ende trägt
die Eingangswelle 15 die Schalteinrichtung 41,
die es ermöglicht,
die Eingangswelle 15 entweder mit dem lose drehenden Zahnrad 17 oder
mit dem auf der Hauptwelle 23 des Hauptgetrie bes 12 frei drehbar
angeordneten Zahnrad 19 zu einer Drehmomentübertragung
drehfest zu verbinden. Die erste Zahnradpaarung mit dem losen Zahnrad 17 auf
der Eingangswelle 15 und dem damit kämmenden Zahnrad 18 auf der
Vorgelegewelle 16 wird auch häufig als erste Konstante oder
Konstante I bezeichnet, während
die zweite Zahnradpaarung, bestehend aus dem auf der Hauptwelle 23 angeordneten
losen Zahnrad 19 und dem damit kämmenden Zahnrad 20 auf
der Vorgelegewelle 16 als zweite Konstante oder Konstante
II bezeichnet wird. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 41 wird
entweder die Konstante I oder die Konstante II in die Drehmomentübertragung
eingeschaltet. Ein Zahnrad 29 auf der Vorgelegewelle kämmt mit
einem Rückwärtsgangrad 30,
das wiederum mit dem Zahnrad 28 auf der Hauptwelle kämmt.
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Demgegenüber unterscheidet
sich die 1A lediglich durch ein geändertes
Zahnradpaar 17A und 18A an der Konstante 1 (Splitgruppe)
und ein geändertes
Zahnradpaar 21A und 22A (Radpaar C) im Hauptgetriebe.
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2 zeigt
das zugehörige
Schaltbild mit den vier Schaltgassen I bis IV, wobei dieses Schaltbild
einen Wechsel in der Schaltfolge in der rechts angeordneten Schaltgasse
IV aufweist, d. h. daß in
dieser Gasse entgegengesetzt zu den anderen Schaltgassen für ein kontinuierliches
Durchschalten der Gänge
neun bis zwölf zunächst der
Schalthebel vom 9. Gang (oben) in den 10. Gang (unten) ohne Betätigung der
Splitgruppenschaltung bewegt werden muß, welche in der Position L
= langsame Konstante verbleibt.
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Im
Anschluß daran
muß der
Schalthebel vom 10. Gang (unten) in den 11. Gang (oben) unter gleichzeitiger
Betätigung
der Splitgruppenschaltung bewegt werden, d. h. von L nach S = schnelle
Konstante. Anschließend
muß wiederum
der Schalthebel vom 11. Gang (oben) in den 12. Gang (unten) verschoben
werden, ohne Auslösung
einer Splitschaltung, die in der Position S verbleibt. Diese Bedienungsfolge
unterscheidet sich damit deutlich von den heute gebräuchlichen
Schaltbildern bzw. Getrieben und wird als negativ bzw. sehr gewöhnungsbedürftig beurteilt.
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Der
Grund für
den oben beschriebenen Wechsel der Schaltfolge in der Schaltgasse
IV liegt darin, daß in
dieser letzten Schaltgasse der Übersetzungsunterschied,
d. h. der Stufen sprung der beiden betroffenen Radpaare im Hauptgetriebe
(C und D bzw. D und E) genau halb so groß ist wie der Übersetzungsunterschied der
beiden Konstanten im Splitgetriebe (KL und KS bzw. KS und KS'). Deshalb muß zunächst die
Schaltung im Hauptgetriebe durch entsprechende Schalthebelbewegung
erfolgen, bevor die pneumatische Umschaltung im Splitgetriebe erfolgen
kann.
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3 zeigt
nun gemäß der Erfindung
ein kontinuierliches logisches 12-Gangschaltbild, dessen stetige Schaltfolge
als ergonomisch sehr gut und positiv beurteilt wird.
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Erfindungsgemäß wird in
der letzten Schaltgasse IV die Schaltung der Konstanten per manueller Schalthebelbewegung
ausgeführt,
während
die Schaltung im Hauptgetriebe quasi als Splitschaltung zugleich pneumatisch
ausgeführt
wird. Die Erfindung beruht also auf einer überlagerten Wählfunktion
für die
manuelle Schaltung, d. h. die Schalthebelbewegung und die GV-Schaltung,
die pneumatisch über
den GV-Zylinder
erfolgt; da bei den heutigen Getrieben die GV-Schiene ortsfest mit dem GV-Zylinder
verbunden ist, ist eine Wählbewegung
des GV-Zylinders selbst nicht möglich.
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Um
das Wählen
des GV-Zylinders beim Wechsel von der Schaltgasse III nach IV und
umgekehrt zu ermöglichen,
ist zumindest in diesen beiden Schaltgassen eine Neutralstellung
des GV-Zylinders und damit der GV-Schiene bzw. der Schiene für den 3./4.
Gang erforderlich. Vorzugsweise wird die GV-Neutralstellung für alle Schaltgassen ausgeführt, wie
es in 4 schematisch dargestellt ist, in der die Zone,
in der GV auf neutral gestellt ist punktschraffiert wurde und mit 42 bezeichnet
ist.
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In
der folgenden Tabelle sind die Wählpositionen
dem Schaltbild wie folgt zugeordnet:
| Schaltgasse: | I | II | III | IV |
| Wählposition
manuelle Schaltung | Schiene
Radpaar R (R. Gang) | Schiene
Radpaare A und B (1./2. Gang) | Schiene
Radpaare A und B (1./2. Gang) | Schiene
Radpaare KL und KS Bzw. KS und KS' (Splitgruppe) |
| Wählposition GV-Zylinder | Schiene
Radpaare KL und KS bzw. KS und KS' (Splitgruppe) | Schiene
Radpaare KL und KS bzw. KS und KS' (Splitgruppe) | Schiene
Radpaare KL und KS bzw. KS und KS' (Splitgruppe) | Schiene
Radpaare C und D bzw. D und E (3./4. Gang) |
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Die
GV-Neutralstellung für
alle Schaltgassen führt
zusätzlich
noch zu einer Schaltkomfortverbesserung, welche jedoch nicht Bestandteil
dieser Erfindung ist und beispielsweise in der
DE 43 05 762 A1 beschrieben
ist, die sich auf ein Verfahren zum Gangwechsel bei einem mechanischen
Stufengetriebe bezieht, mit einem Hauptgetriebe und mit wenigstens
einem Vorgelege sowie mit einer Kupplungsscheibe, die über einen automatisch
geschalteten Splitter mit der Hauptwelle verbunden ist. Mehrere
Zahnräder
des Hauptgetriebes und des Vorgeleges werden beim Schaltvorgang
synchronisiert, wobei bei einem Gangwechsel in einem ersten Schritt
der Splitter in eine Neutralstellung gebracht wird, in der die Kupplungsscheibe
von der Hauptwelle abgekoppelt ist, wonach die Synchronisierung
der Zahnräder
des Vorgeleges und anschließend
die Wiedereinkopplung des Splitters erfolgt.
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Die
vorliegende Erfindung mit der überlagerten
Wählfunktion
für die
manuelle Schaltung und die GV-Schaltung ist anwendbar auf alle vier
12-Gang-Getriebevarianten, wie sie in der eingangs erwähnten deutschen
Patentanmeldung
DE
198 31 293 A1 beschrieben worden sind, d. h. für 12-Gang-Getriebe in Schnellgang-
und Direktgangausführung.
Für einige
dieser Varianten sind dabei Schaltrichtungsumkehrungen an den Schienen
GV und/oder 3./4. Gang notwendig. Die folgende Tabelle zeigt eine
schematische Zuordnung der erforderlichen Schaltrichtungsumkehrungen
zu den einzelnen Getriebevarianten:
| Getriebe-Variante: | Direktgang
(Basis) | Schnellgang
Variante 1 | Schnellgang
Variante 2 | Schnellgang
Variante 3 |
| Schalt-Richtungs-Umkehr der GV-Schiene | Ja | ja | Nein | nein |
| Schalt-Richtungs-Umkehr der 3./4.
Gang Schiene | Ja | Nein | Nein | ja |
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Die
konstruktive Ausführung
der Schaltrichtungsumkehr erfolgt vorzugsweise durch Schaltschwingen anstelle
von Schaltgabeln, wobei dies jedoch nicht Bestandteil der Erfindung
ist. Das Umschaltventil für
den GV-Zylinder ist für
alle Getriebevarianten einheitlich; ein unterschiedliches GV-Ventil
für Schnellgang
und Direktgang, wie es bisher noch oftmals eingesetzt wurde, ist
damit nicht mehr notwendig. Die notwendige Schaltrichtungsumkehr
der pneumatischen Schaltung kann vorzugsweise auch durch eine entsprechende
elektronische Ansteuerung der Magnetventile für den GV-Zylinder erfolgen. Dann sind an dieser
Stelle keine Schaltschwingen erforderlich.
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5 zeigt
nun konstruktive Ausgestaltungen der einzelnen Schaltgassen I bis
IV. Mit 1 ist dabei ein Schaltfinger bezeichnet, der vorteilhafter
Weise frei drehbar auf der Drehwelle 9 gelagert ist und
zwischen den Schaltgassen 3 und 4 wechseln kann.
Mit 2 ist eine Druckfeder bezeichnet, die den Schaltfinger 1 beim
Wählen von
Gasse IV nach III in Richtung Gasse III beaufschlagt. Mit 3 ist
die Schaltschiene des Splitgruppenzylinders bezeichnet, der die
Verstellung des Schaltfingers 1 ermöglicht.
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Der
Schaltfinger 1 erzeugt eine mechanische Kopplung der Schaltschienen 3,
die direkt mit dem GV-Zylinder verbunden ist und mit der Schaltschiene 6 oder
mit der Schaltschiene 7, abhängig von der gewählten Schaltgasse
III bzw. IV.
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Bei
der Anordnung der Schaltschienen 4, 5, 6 und 7 in
der dargestellten Form ergibt sich das gewünschte Schaltbild.
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Der
mit 8 bezeichnete Schaltfinger, der drehfest mit der Drehwelle 9 verbunden
ist, wechselt zwischen den Schaltgassen I, II, III und IV wird über eine
Schalthebelbewegung, d. h. eine manuell betätigte Schaltung im Hauptgetriebe
ausgelöst.
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Der
(nicht dargestellte) GV-Zylinder mit Neutralstellung ist z. B. ein
Drei-Stellungszylinder, um die Wählbewegung
des Schaltfingers 1 zwischen den Schaltschienen 6 und 7 zu
ermöglichen.
Der GV-Zylinder löst
im Getriebe die Schaltung der Konstanten KL/KS bzw. KS/KS' oder des Radpaares
im Hauptgetriebe C/D bzw. DIE aus, je nach der gewählten Schaltgasse.
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Ein
axialer Anschlag 10, der vorzugsweise im Schaltgehäuse vorgesehen
ist, begrenzt die Wählbewegung
des Schaltfingers 1 auf die Schaltschienen 6 und 7.
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Mit
einem äußerst geringen
Bauaufwand und damit mit niedrigen Kosten ermöglicht die Erfindung eine sehr
zuverlässige
Lösung
aufgrund der robusten Mechanik für
die Optimierung des in der früheren
Patentanmeldung
DE
198 31 293 A1 beschriebenen 12-Gang-Getriebes. Dieses erreicht
dadurch eine durchgängige erhöhte Akzeptanz
und ermöglicht
eine einfache Bedienung ohne vorherige Schulung bzw. Einweisung
des Fahrers.
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- 1
- Schaltfinger
- 2
- Druckfeder
- 3
- Schaltschiene
- 4,
5, 6 und 7
- jeweils
Schaltschiene
- 8
- Schaltfinger
- 9
- Drehwelle
- 10
- Anschlag
- 11
- Splitgetriebe
- 12
- Hauptgetriebe
- 13
- Gruppengetriebe
- 14
- Getriebe
- 15
- Eingangswelle
- 16
- Vorgelegewelle
- 17
- bis
einschließlich 22 Zahnrad
- 18
- Hauptwelle
- 19
- bis 29 Zahnrad
- 20
- Rückwärtsgangrad
- 21
- Planetenrad
- 22
- Hohlrad
- 23
- Sonnenrad
- 24
- Schalteinrichtung
- 25
- Gehäuse
- 26
- Planetenträger
- 27
- Abtriebswelle
- 28
- bis 41 Schalteinrichtung
- 42
- Neutralstellung