Technischer Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine verbesserte mechanische
Hochleistungs-Zahnradwechselgetriebeausbildung,
insbesondere für Kraftfahrzeug-Gruppengetriebe einer mehrere, im
Wesentlichen gleiche Vorgelegewellen aufweisenden Bauart.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen
verbesserten mechanischen Hochleistungs-Gruppengetriebeaufbau,
der es gestattet für eine vorgegebene
Getriebeleistungsfähigkeit und -lebensdauer ein im Vergleich zu bekannten
Hochleistungs-Getriebekonstruktionen leichteres, axial
kürzeres und/oder kostengünstigeres Getriebe zu schaffen.
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Speziell weisen bei einer der bevorzugten
Ausführungsformen die Rückwärtsgang-Hauptwellen- und
-Vorgelegewellenzahnräder einen verringerten Teilkreisdurchmesser auf, um
einen leichteren Lagereinbau und Einbau der Hauptwelle in
ein nach vorne offenes, rohrförmiges Gehäuse zu
ermöglichen.
Beschreibung des Standes der Technik
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Gruppen-Zahnradwechselgetriebe, üblicherweise
Fahrzeuggetriebe für Schwerlastfahrzeuge der Bauart mit einer
oder mehreren Hilfsgruppen, die in Reihe mit einer
Hauptgetriebegruppe geschaltet sind, sind an sich bekannt. Kurz
gesagt, ist bei Verwendung von zueinander in Reihe
geschalteten Haupt- und Hilfsgetriebegruppen, unter der
Voraussetzung der richtigen Auslegung der Getriebestufen, die
Gesamtzahl der Getriebegänge gleich dem Produkt der Gänge der
Haupt- und der Hilfsgruppen. So ergibt zum Beispiel,
zumindest in der Theorie, ein Gruppenstufengetriebe mit einer
4-Vorwärtsgang-Hauptgruppe, die in Reihe mit einer 3-Gang-
Hilfsgruppe geschaltet wird zwölf (4 · 3 = 12) zur
Verfügung stehende Vorwärtsgänge.
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Hilfsgetriebegruppen gehören jeweils zu einer von drei
allgemeinen Typen: Bereichstyp, Splittyp oder kombinierter
Bereichs-/Splittyp.
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Bei Gruppengetrieben, die eine Hilfsgruppe des
Bereichstyps haben, ist die Gangstufe oder sind die
Gangstufen der Hilfsgruppe größer als der insgesamt abgedeckte
Übersetzungsschaltbereich der in beiden Schaltbereichen
benutzten Hauptgetriebegruppe, wobei die Hauptgruppe in
jedem Bereich fortschreitend durch ihre Gänge geschaltet
wird. Beispiele von Gruppengetrieben, die Hilfsgruppen des
Bereichstyps haben sind aus den US-PSen 3,105,395;
2,637,222; 2,637,221 und 4,807,493 zu entnehmen.
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Bei Gruppengetrieben, die eine Hilfsgruppe des Split-
typs enthalten, sind die Gangstufen der Split-Hilfsgruppe
kleiner als die Gangstufen der Hauptgetriebegruppe, wobei
jede Hauptgetriebegangstufe gesplittet oder unterteilt
wird. Beispiele für Gruppenstufengetriebe mit Hilfsgruppen
des Splittyps sind aus den US-PSen 4,290,515; 3,799,002;
4,440,037 und 4,527,447 zu entnehmen.
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Bei einer Hilfsgruppe aus Bereichs- und Splitgruppe
oder -gruppen stehen sowohl Bereichs- als auch
Splitgruppengänge zur Verfügung, die es gestatten, die Hauptgruppe
zumindest in zwei Bereichen durch ihre Gangstufen zu
schalten und die es auch ermöglichen, eine oder mehrere der
Gangstufen der Hauptgruppe in wenigstens einem Bereich zu
splitten.
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Ein Beispiel eines Gruppengetriebes, das eine einzige
Hilfsgruppe des Bereichs-/Splittyps aufweist, ist aus den
US-PSen 3,283,613; 3,648,546 zu entnehmen. Ein anderes
Beispiel ist das von der Zahnradfabrik Friedrichshafen AG,
Friedrichshafen, BRD, vertriebene "Ecosplit"-Getriebe, das
eine der Hauptgetriebegruppe vorgeschaltete eigene Split-
Hilfsgruppe und eine eigene, der Hauptgetriebegruppe
nachgeschaltete Bereichsgetriebegruppe aufweist.
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Ein anderes Beispiel eines Gruppen-Fahrzeuggetriebes,
das ein einziges kombiniertes 3-Gangebenen-4-Gang Split-
/Bereichsverbundgetriebe aufweist, ist aus den US-PSen
4,754,665 und 4,944,197 zu entnehmen.
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Die US-A 4,807,493 beschreibt ein mehrgängiges
2-Wellen Vorgelegegetriebe entsprechend dem Oberbegriff des
Patentanspruch 1, das eine schwimmende Hauptwelle ohne innere
oder äußere Lager oder andere Abstützeinrichtungen an oder
in der Nähe ihrer Enden aufweist. Die Positionierung und
Abstützung der Hauptwelle geschieht durch die auf ihr
sitzenden Zahnräder und die entsprechenden Zahnräder auf den
Vorgelegewellen.
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Es ist zu bemerken, dass die Ausdrücke Haupt- und
Hilfsgruppe relativ zu verstehen sind und dass, wenn die
Bezeichnung der Haupt- und Hilfsgruppe vertauscht wird, die
Art der jeweiligen Hilfsgruppe (entweder Bereichs- oder
Splitgruppe) ebenfalls vertauscht wird. Mit anderen Worten,
wenn man ausgehend von was üblicherweise als eine 4-Gang-
Hauptgruppe mit einer 2-Gang-Hilfsgruppe des Bereichstyps
bezeichnet wird, die normalerweise als Hilfsgruppe
bezeichnete Gruppe als Hauptgruppe betrachtet, so ist die
normalerweise als Hauptgruppe bezeichnete Gruppe nunmehr als 4-
Gang-Hilfsgruppe des Splittyps zu betrachten. Nach der in
der Getriebeindustrie gebräuchlichen Übung und der in der
Beschreibung der Erfindung verwendeten Ausdrucksweise ist
die Hauptgetriebegruppe eines Gruppengetriebes diejenige
Gruppe, die die größte Zahl (oder wenigstens nicht weniger)
von Vorwärtsgangstufen aufweist, die Wahl einer
Leerlaufstellung gestattet, die Rückwärts-Gangstufe(n) enthält
und/oder (bei handgeschalteten oder halbautomatischen
Getrieben) durch Betätigung einer Schaltstange oder
Schaltschiene oder einer Schaltwellen-/Schaltfingereinrichtung im
Gegensatz zu Servo-Ventil/Zylindereinrichtungen oder
dergleichen geschaltet werden kann.
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Die bekannten Gruppenstufengetriebe, insbesondere die
bekannten Gruppengetriebe der sowohl Bereichs- als auch
Split-Hilfsgetriebegruppen aufweisenden Getriebe, wie das
von der Eaton Corporation angebotene "Road Ranger" und
"Super 10" sowie das von der Zahnradfabrik Friedrichshafen
angebotene "Ecosplit"-Getriebe, haben sich bei
handgeschalteten Schwerlastfahrzeugen gut bewährt und sind dort in
weitem Einsatz. Diese und andere Arten von bekannten
Gruppenstufengetrieben genügen aber insofern nicht allen
Anforderungen, als insbesondere bei Fahrzeuggetrieben das
ständige Bedürfnis besteht, Getriebe gleicher oder höherer
Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit zu schaffen, die
aber weniger Teile aufweisen und/oder axial kürzer und/oder
gewichtsmäßig leichter sind als bekannte Getriebe
vergleichbarer Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit. Die
US-PSen 5,370,013 und 5.390,561 offenbaren Getriebe mit
einem verbesserten Aufbau, die im Vergleich zu
vergleichbaren bekannten Gruppengetrieben gleicher
Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit weniger Teile aufweisen
und/oder axial kürzer und/oder gewichtsmäßig leichter sind.
Dies wurde dadurch erreicht, dass ein Gruppengetriebe
geschaffen wurde, bei dem (I) die Haupt- und die
Hilfsgruppenvorgelegewellen eine koaxiale Vorgelegeanordnung
aufweisen, die lediglich durch Lager in der vorderen und der
hinteren Stirnwand des Getriebegehäuses gelagert sind
und/oder (II) die Hauptwelle, vorzugsweise radial
schwimmend, lediglich durch die Eingangs- und/oder Ausgangswelle
gelagert ist, ohne in einer Zwischenwand des Gehäuses
sitzende Zwischenlager. Der vorstehend geschilderte Aufbau
vermied das Erfordernis der ganzen oder eines großen Teiles
der Gehäusezwischenwand oder -zwischenwände sowie der
dieser bzw. dieser zugeordneten verschiedenen Wellenlager,
womit es möglich wurde ein Gruppenstufengetriebe mit im
Vergleich zu vergleichbaren bekannten Getrieben
verhältnismäßig geringem Gewicht, kürzerer axialer Länge und/oder
weniger Teilen zu schaffen.
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Wenngleich der im Vorstehenden beschriebene
verbesserte Getriebeaufbau einen technischen Fortschritt bedeutet,
so bedingt die Schaffung eines Gruppengetriebes mit
vergleichsweise gleicher oder größerer Betriebssicherheit und
verhältnismäßig großer Leistungsfähigkeit ohne
Zwischenabstützung der Vorgelegewellenanordnungen doch eine
unerwünschte Vergrößerung der Getriebemittenabstände (d. h. des
jeweiligen Abstandes zwischen den Drehachsen der Eingangswelle
/ Hauptwelle/Ausgangswelle und den
Vorgelegewellenanordnungen) und/oder des Durchmessers der Vorgelegewellen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der in dem Patentanspruch 1 beschriebenen
Erfindung wird ein Hochleistungsgruppengetriebe verringerter
axialer Länge geschaffen, das im Vergleich zu
vergleichbaren bekannten Gruppengetrieben gleicher
Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit wesentlich weniger Teile
aufweist und/oder axial kürzer und/oder gewichtsmäßig leichter
ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird dies bei einem Hochleistungsgruppengetriebe dadurch
erreicht, dass verwendet werden: (I) Haupt- und
Hilfsgruppenvorgelegewellen, die eine koaxiale Anordnung von
Vorgelegewellen bilden, von denen jede lediglich durch Lager
in der vorderen und hinteren Stirnwand des Getriebegehäuses
und durch ein Lager in einer verhältnismäßig kleinen
(partiellen) Teilzwischenwand gelagert ist, das mit einer
Hauptwellenkupplung, wie etwa der Hauptwellenkupplung des
niedrigen Ganges und/oder des Rückwärtsganges fluchtet
und/oder (II) eine Hauptwelle, die vorzugsweise radial
schwimmend lediglich durch die Eingangs- und/oder die
Ausgangswelle ohne in einer Gehäusezwischenwand sitzende
Zwischenlager gelagert ist. Bei einer anderen Ausführungsform
sind die Vorgelegewellen der Haupt- und Hilfsgruppe
gegeneinander versetzt und an ihren innenliegenden Ende durch
getrennte Lagermittel gelagert, die in einer mit einer
Hauptgruppenkupplung fluchtenden Teilzwischenwand
angeordnet sind. Die vorgenannten Konstruktionen lassen das
Bedürfnis für einen großen Teil der Gehäusezwischenwand oder
-wände und verschiedene, dieser zugeordnete
Wellenstützlager entfallen, womit es möglich wird ein Hochleistungsgruppenstufengetriebe
zu schaffen, das im Vergleich mit
vergleichbaren bekannten Getrieben gewichtsmäßig relativ
leichter, axial kürzer ist und/oder weniger Teile aufweist.
Da die Teilzwischenwand und das dieser zugeordnete Lager
axial mit einer Hauptwellenkupplung fluchten ist dazu kein
zusätzlicher axialer Platz erforderlich.
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Um den Zusammenbau, insbesondere bei Verwendung eines
nach vorne offenen röhrenförmigen Gehäuses zu erleichtern,
verwendet eine der bevorzugten Ausführungsformen ein
Rückwärtsgang-Zwischenrad von im Verhältnis vergrößertem
Teilkreisdurchmesser sowie Rückwärtsgang-Hauptwellen-
und/oder Vorgelegewellenräder von relativ verkleinertem
Teilkreisdurchmesser.
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein neues
und verbessertes Hochleistungsgruppenstufengetriebe
verringerte axialer Länge zu schaffen.
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Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung zu lesenden detaillierten Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform.
Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines bekannten
Hochleistungsgruppengetriebes,
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Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung einer
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Hochleistungsgetriebes verringerter axialer Länge,
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Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung des Getriebes nach
Fig. 2,
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Fig. 4 ist eine schematische Veranschaulichung einer
anderen Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 5A,
5B und 5C sind schematische Darstellungen des
Schaltschemas, typischer Gangstufen und Kupplungsstellungen
des Getriebes der Fig. 1, 2, 3, und 5,
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Fig. 6 ist eine teilweise Schnittdarstellung einer
anderen Rückwärtsgang-Zwischenradkonstruktion zur
Verwendung bei der Erfindung,
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Fig. 7A
und 7B sind schematische Veranschaulichungen eines
weiteren Beispiels eines Getriebes und
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Fig. 8A,
8B und 8C sind schematische Veranschaulichungen eines
weiteren Beispiels einer Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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In der nachfolgenden Beschreibung wird lediglich der
Einfachheit halber eine gewisse Terminologie benutzt; sie
ist nicht beschränkend. Die Worte "nach oben", "nach
unten", "nach rechts", "nach links" geben Richtungen in der
Zeichnung an auf die Bezug genommen wird. Die Worte "vorne"
und "hinten" beziehen sich auf das vordere bzw. das hintere
Ende des in gebräuchlicher Weise in das Fahrzeug
eingebauten Getriebes, das jeweils auf der linken bzw. der rechten
Seite des in Fig. 1 dargestellten Getriebes liegt. Die
Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf eine
Richtung hinzu bzw. weg von dem geometrischen Mittelpunkt
der Vorrichtung und deren bezeichneter Teile. Diese
Terminologie umfasst die speziell oben erwähnten Worte, deren
Ableitungen und Worte ähnlicher Bedeutung.
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Der Ausdruck "Gruppengetriebe" wird zur Bezeichnung
eines Stufen- oder Zahnradwechselgetriebes verwendet, das
eine Hauptgetriebegruppe und eine in Reihe zu dieser
geschaltete Hilfsgetriebegruppe aufweist, wobei die jeweils
gewählte Getriebeuntersetzung in der Hauptgetriebegruppe
durch eine außerdem gewählte Getriebeuntersetzung in der
Hilfsgetriebegruppe kompoundiert werden kann. Der hier
verwendete Ausdruck "Hochschalten" bedeutet das Schalten aus
einer niedrigeren Gangstufe in eine höhere Gangstufe. Der
hier verwendete Ausdruck "Herunterschalten" bedeutet das
Schalten aus einer höheren Gangstufe in eine niedrigere
Gangstufe. Die hier verwendeten Ausdrücke "niedrige
Gangstufe" oder "niedriger Gang" bezeichnen eine Gangstufe, die
bei einem Getriebe für eine verhältnismäßig kleine
Vorwärtsgeschwindigkeit verwendet wird (d. h. ein Zahnradsatz
mit einem höheren Untersetzungsverhältnis der
Ausgangswellendrehzahl zu der Eingangswellendrehzahl).
"Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung
bezeichnen eine Kupplungsanordnung, die dazu verwendet wird
ein ausgewähltes Zahnrad mittels einer formschlüssigen
Kupplung drehfest mit einer Welle zu kuppeln, wobei der
Versuch die Kupplung einzulegen so lange verhindert ist bis
die Kupplungsteile im Wesentlichen synchron zueinander
umlaufen, und wobei verhältnismäßig leistungsfähige Reibmittel
den Kupplungsteilen zugeordnet sind, die ausreichen bei
Einleitung des Kupplungseingriffs die Kupplungsteile und
alle mit diesen umlaufenden Teile mit im Wesentlichen
synchroner Drehzahl umlaufen zu lassen.
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Bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort ein bekanntes und im
praktischen Einsatz sehr bewährtes 18-Gang-Gruppengetriebe
100 schematisch dargestellt. Das Getriebe 100 weist eine
Hauptgetriebegruppe 12A auf, die mit einer
Hilfsgetriebegruppe 102 in Reihe geschaltet ist, welche sowohl ein
Bereichs- als auch ein Split-Zahnradgetriebe enthält. Das
Getriebe 100 ist typischerweise in einem einzigen Gehäuse
untergebracht und weist eine Eingangswelle 16 auf, die von
einer Antriebsquelle, wie einen Dieselmotor E über eine bei
Bedarf ausgerückte, normalerweise eingerückte
Hauptreibungskupplung C angetrieben ist, welche einen mit der
Motorkurbelwelle 20 getrieblich verbundenen Eingangs- oder
Antriebsteil 18 und einen drehfest mit der
Getriebeeingangswelle 16 verbundenen angetriebenen Teil 22
aufweist.
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In der Hauptgetriebegruppe 12 A trägt die
Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, das gleichzeitig eine
Anzahl im Wesentlichen gleicher
Hauptgruppen-Vorgelegeanordnungen 26, 26A mit im Wesentlicher gleicher Drehzahl
antreibt. Bei dem dargestellten Getriebe 100 sind auf
diametral einander gegenüberliegenden Seiten einer Hauptwelle
28A zwei im Wesentlichen identische
Hauptgruppen-Vorgelegewellenanordnungen vorgesehen, wobei die Hauptwelle im
Wesentlichen axial fluchtend mit der Eingangswelle 16 ist.
Jede der Hauptgruppen-Vorgelegewellenanordnungen 26, 26A
weist eine Hauptgruppen-Vorgelegewelle 30 auf, die über
Lager 32, 34 in dem Gehäuse H gelagert ist, von dem lediglich
ein Teil schematisch veranschaulicht ist. Jede der
Hauptgruppen-Vorgelegewellen 30 ist mit einer gleichen
Gruppierung von Vorgelegewellenzahnräder 38, 40, 42, 44, 46
und 48 der Hauptgruppe versehen, die jeweils drehfest
aufgesetzt sind. Eine Anzahl Hauptgruppenantrieb- oder
Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 umschließen die
Hauptwelle 28A und können jeweils einzeln in an sich
bekannter Weise mittels Schiebekupplungsmuffen 60, 62, 64 mit
der Hauptwelle 28A wahlweise gekuppelt werden, so dass sie
mit dieser umlaufen. Die Kupplungsmuffe 60 kann auch dazu
verwendet werden, dass Eingangszahnrad 24 mit der
Hauptweile 28A zu kuppeln um eine direkte Antriebsverbindung
zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28A
herzustellen.
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Vorzugsweise umschließt jedes der Hauptwellenzahnräder
der Hauptgruppe die Hauptwelle 28A und steht in
Dauereingriff mit und ist schwimmend abgestützt durch die
zugeordnete Vorgelegewellen-Zahnrädergruppe, wobei die Lagermittel
und die sich daraus ergebenden speziellen Vorteile im.
Einzelnen in den US-PSen 3.105,395 und 3,335,616 beschrieben
sind. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 werden
typischerweise mittels (nicht weiter dargestellter) Schaltgabeln
axial positioniert, die einer (nicht weiter dargestellten)
Schaltschienengehäuse-Einrichtung zugeordnet sind, wie dies
an sich bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62, 64 sind
von für nicht synchronisierte doppelt wirkende
Klauenkupplungen bekannter Art.
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Das Hauptwellenzahnrad 58 der Hauptgruppe ist das
Rückwärtsgang-Zahnrad und steht über (nicht weiter
dargestellte) gebräuchliche, leerlaufende Zwischenzahnräder in
Dauereingriff mit den Vorgelegewellen-Zahnrädern 48. Zu
bemerken ist, dass, wenngleich die Hauptgetriebegruppe 12A
fünf wählbare Vorwärts-Gangstufen aufweist, die niedrigste
Vorwärtsgangstufe, nämlich die Gangstufe bei der das
Hauptwellenantriebszahnrad 56 mit der Hauptwelle 28A in
Antriebsverbindung steht, oft eine so hohe
Getriebeuntersetzung ergibt, dass es als Niedriggang- oder "Kriechgang"-
Zahnrad betrachtet werden kann, das lediglich zum Anfahren
eines Fahrzeugs unter schweren Bedingungen verwendet wird
und das normalerweise in dem höheren Getriebebereich nicht
benutzt wird und/oder in dem unteren Getriebebereich nicht
gesplittet werden kann. Wenngleich die dargestellte
Hauptgetriebegruppe 12 fünf Vorwärts-Gänge zur Verfügung stellt,
wird sie demgemäß normalerweise als eine "4 + 1"
Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der Vorwärts-Gänge von
der Hilfsgetriebegruppe kompoundiert werden.
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Die Klauenkupplungen 60, 62, 64 sind
3-Stellung-Kupplungen, weil sie, wie dargestellt, in einer mittleren,
nicht eingerückten Stellung oder in einer vollständig
rechts oder einer vollständig links eingerückten Stellung
positioniert werden können.
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Die. Hilfsgetriebegruppe 102 weist zwei im Wesentlichen
gleiche Hilfsvorgelegewellenanordnungen 104, 104A auf, von
denen jede eine Hilfsvorgelegewelle 106 enthält, die über
Lager 108, 110 in dem Gehäuse H gelagert ist und drei
Vorgelegezahnräder 112, 114, 116 der Hilfsgruppe trägt, die
drehfest mit ihr verbunden sind. Die Hilfsvorgelegewellen-
Zahnräder 112 stehen in Dauereingriff mit dem Splitzahnrad
118 der Hilfsgruppe, das die Hauptwelle 28A umschließt und
tragen dieses. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder
114 stehen in Dauereingriff mit dem Split-/Bereichszahnrad
120 der Hilfsgruppe, das sie abstützen und das die Ausgangswelle
122 an deren dem koaxialen Ende der Hauptwelle
28A benachbarten Ende umschließt.
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Die Vorgelegezahnräder 116 der Hilfsgruppe stehen in
Dauereingriff mit dem Bereichszahnrad 124 der Hilfsgruppe,
das sie abstützen und das die Ausgangswelle 122 umschließt.
Demgemäß bilden die Vorgelegewellen-Zahnräder 112 der
Hilfsgruppe und das Splitzahnrad 118 eine erste Gangebene,
während die Vorgelegewellen-Zahnräder 114 und das Split-
/Bereichszahnrad 120 eine zweite Gangebene definieren und
durch die Vorgelegewellen-Zahnräder 116 und das
Bereichszahnrad 124 eine dritte Gangebene oder entsprechende
Ganggruppe der Hilfsgetriebegruppe 102 des kombinierten Split-
und Bereichstyp definiert wird.
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Eine verschieblich gelagerte
2-Stellung-Klauenkupplungsmuffe 126 wird dazu verwendet, wahlweise entweder das
Splitzahnrad 118 oder das Split-/Bereichszahnrad 120 mit
der Hauptwelle 28A zu kuppeln, während eine 2-Stellung
Synchronisationseinrichtung 128 dazu verwendet wird, wahlweise
das Split-/Bereichszahnrad 120 oder das Bereichszahnrad 124
mit der Ausgangswelle 122 zu kuppeln. Der Aufbau und die
Funktion der doppelt wirkenden verschiebbaren
Klauenkupplungsmuffe 26 sind im Wesentlichen gleich dem Aufbau und
der Funktion der verschiebbaren Kupplungsmuffe 96, die im
Zusammenhang mit dem Getriebe 110 verwendet ist, während
der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden
synchronisierten Kupplungseinrichtung 128 im Wesentlichen gleich
dem Aufbau und der Funktion der synchronisierten
Kupplungseinrichtung 92 sind, die in Verbindung mit dem Getriebe 10
Verwendung findet. Synchronisierte Kupplungseinrichtungen
wie die Einrichtung 92, 128 sind an sich bekannt; Beispiele
dafür können aus den US-PSen 4,462,489; 4,125,179 und
2,667,995 entnommen werden.
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Zu bemerken ist, dass das Zahnrad 118 eine nach vorne
vorragende Nabe 118A bildet, auf der ein in der
Gehäusezwischenwand H' abgestütztes Lager 118 B Aufnahme findet. Das
Lager 118B bildet, ebenso wie die Lager 34, 108, eine
Zwischenabstützung für die Hauptwelle 28A.
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Das Zahnrad 118 umschließt die Hauptquelle 28A und ist
normalerweise bezüglich dieser frei drehbar; axial ist es
bezüglich der Hauptwelle 28A durch Haltemittel gehalten.
Die Kupplungszähne der Zahnräder und Kupplungsmuffen (nicht
dargestellt) haben abgeschrägte Flächen 146, 148 die um
etwa 35º bezüglich der Hauptwelle 28A geneigt sind, wodurch
sich vorteilhafte Eingriffsverhältnisse ergeben, die einer
nicht synchronen Eingriffnahme entgegenwirken und ein
synchrones Umlaufen begünstigen, wie dies im einzelnen in der
US-PS 3,265,173 beschrieben ist. Die Kupplungszähne 136,
140 sind mit ähnlichen komplementären angeschrägten Flächen
versehen. Die Nabe 118A des Zahnrads 118 trägt das Lager
118B, das, ebenso wie das Vorgelegewellentraglager 108, in
der Gehäusezwischenwand H' gelagert ist.
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Durch entsprechende wahlweise axiale Einstellung
sowohl der Splitkupplung 126 als auch der Bereichskupplung
128, in deren jeweiliger axial vorderer oder hinterer
Stellung können vier unterschiedliche Verhältnisse der
Hauptwellendrehzahl zu der Ausgangswellendrehzahl erzielt
werden. Demgemäß ist die Hilfsgetriebegruppe 102 eine
3-Gangebenen-Hilfsgruppe des kombinierten Bereichs- und
Splittyps, die vier wahlweise Gänge oder Antriebs-Getriebestufen
zwischen dem Eingang (Hauptwelle 28A) und dem Ausgang
(Ausgangswelle 122) bietet. Die Hauptgruppe 12A bietet einen
Rückwärtsgang und fünf wahlweise einschaltbare
Vorwärtsgänge. Eine dieser wahlweise schaltbaren
Vorwärts-Getriebestufen (Zahnrad 56) ist oft ein Kriechgang oder ein
niedriger Gang, der nicht für die Benutzung in dem hohen
Bereich bestimmt ist. Das Getriebe 100 ist deshalb richtig
als ein (4 + 1). (2) . (2)-Getriebe ausgelegt, das abhängig
davon, ob der niedrige oder Kriechgang gesplittet werden
soll und/oder praktisch werden kann, 17 oder 18 wählbare
Vorwärtsgänge aufweist.
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Während die Kupplung 128 (die Bereichskupplung) eine
synchronisierte Kupplung sein sollte, braucht die doppelt
wirkende Kupplungsmuffe 126 (die Splitterkupplung) nicht
synchronisiert zu sein. Selbstverständlich könnten eine
oder beide durch die Muffe 126 definierte Kupplungen
synchronisiert ausgebildet sein. Das Schaltschema zum Schalten
des Getriebes 100 ist in Fig. 5A schematisch dargestellt,
wobei die Unterteilungen in der Vertikalrichtung die
Bereichsschaltungen veranschaulichen, während die
Unterteilungen in der horizontalen Richtung die Splitschaltungen
veranschaulichen.
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Ein Verfahren zum Wählen jeweils gewünschter
Getriebestufen (Gänge) ist schematisch in Fig. 5B
veranschaulicht. Lässt man den (gestrichelt angedeuteten)
Kriechgang und die Rückwärtsgänge außer Betracht und nimmt
man an, dass es zweckmäßig ist, dass ein Getriebe im
Wesentlichen gleich große Gangstufen aufweist, so dass die
Gangstufen der Hauptgruppe im Wesentlichen gleich groß
sind, so muss die Splitstufe im Wesentlichen gleich der
Quadratwurzel der Gangstufen der Hauptgruppe sein, während
die Bereichsstufe etwa gleich der Gangstufe der Hauptgruppe
in der Nten-Potenz ist, wobei N = die Zahl der in beiden
Bereichen vorkommenden Gangstufen der Hauptgruppe ist (d. h.
N = 4 bei dem (4 + 1). (2) . (2)-Getriebe). Wenn die
gewünschten idealen Gangstufen einmal festgelegt sind, wird
die Getriebeausbildung entsprechend diesen Stufen gewählt.
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Wenn man bspw. annimmt, dass die Zahnräder 118, 120,
124, 112, 114 und 116 jeweils 40 bzw. 38, bzw. 54, bzw. 41,
bzw. 45 und bzw. 19 Zähne aufweisen, können die folgenden
vier Hilfsgruppengangstufen erzielt werden:
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(1) Kupplung 126 gekuppelt mit Zahnrad 120 und
Kupplung 128 gekuppelt mit Zahnrad 124 ergibt eine
Hilfsgruppenuntersetzung von etwa 3,365 : 1;
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(2) Kupplung 126 gekuppelt mit dem Zahnrad 118 und
Kupplung 128 gekuppelt mit dem Zahnrad 124 ergibt eine
Hilfsgruppenuntersetzung von etwa 2,913 : 1;
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(3) Kupplung 126 gekuppelt mit dem Zahnrad 120 und
Kupplung 128 gekuppelt mit, dem Zahnrad 120 ergibt eine
Hilfsgruppenuntersetzung von etwa 1,000 : 1; und
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(4) Kupplung 126 gekuppelt mit dem Zahnrad 118 und
Kupplung 128 gekuppelt mit dem Zahnrad 120 ergibt eine
Hilfsgruppenuntersetzung von etwa 0,865 : 1.
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Bei dem vorgenannten Beispiel sind die Splitstufen
etwa 15,6%, während die Bereichsstufe etwa 336,6% beträgt,
was für eine "4 +1" Hauptgetriebegruppe mit etwa 35% Stufen
grundsätzlich brauchbar ist, weil die Quadratwurzel von
1,35 etwa 1,16 ist, während 1,35 zur vierten Potenz
genommen (d. h. N = 4) etwa 3,32 beträgt. Fig. 5C veranschaulicht
die verschiedenen Zahnräder, die für die einzelnen wählbaren
Vorwärtsgänge des Getriebes 100 jeweils eingeschaltet
sind. Zu bemerken ist, dass die Gangschaltungen 8-9 und 9-8
recht kompliziert sind, weil sowohl eine Schaltung der
Hauptgruppe als auch eine Schaltung der kombinierten
Bereichs- und Splithilfsgruppe erforderlich sind.
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Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist das Hochleistungs-Gruppengetriebe 200 in den
Fig. 2, 3 dargestellt. Das Getriebe 200 enthält eine
Hauptgruppe 212 und eine Hilfsgruppe 302, die abgesehen von
dem was entsprechend vermerkt ist, funktionsmäßig gleich
mit der oben beschriebenen Hauptgruppe 12A bzw. Hilfsgruppe
102 sind. Das Schaltschema der Fig. 5A, das
Gangstufendiagramm 5B und die Wahrheitstabelle der Fig. 5C sind sowohl
auf das bekannte Getriebe 100, als auch auf das die
bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bildende Getriebe 200
und die bevorzugten Ausführungsformen 300, 400, 500, 600
und 700 der Erfindung anwendbar, die in einzelnen im
Folgenden beschrieben werden.
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Wenngleich die Erfindung als ein Gruppengetriebe mit
18 Vorwärtsgängen veranschaulicht ist, so ist sie doch auch
in gleicher Weise für die Getriebeauslegung anderer
Gruppengetriebe brauchbar, wie sie bspw. in den zuvor genannten
US-PSen 4,944,197 und 5,390,561 veranschaulicht sind.
Elemente des Getriebes 200 und der im Folgenden zu
beschreibenden Getriebe 400, 500, 600 und/oder 700, die funktions-
und aufbaumäßig im Wesentlichen gleich mit entsprechenden.
Elementen des Getriebes 100 sind, werden mit gleichen
Bezugszeichen bezeichnet und im Einzelnen nicht nochmals
beschrieben.
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Das Getriebe 200 ist ein "(4 + 1). (2) . (2)"-Gruppengetriebe,
bei dem die Hauptgruppe 212 und die Hilfsgruppe 302
in einem gemeinsamen Gehäuse 214 untergebracht sind, das
eine vordere Stirnwand 214A, eine hintere Stirnwand 214B
und eine Teilzwischenwand 214C aufweist.
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Die Eingangswelle 316 trägt ein drehfest aufgesetztes
Eingangszahnrad 24 und hat einen nach innen vorragenden
Abschnitt 316A verringerten Durchmessers, der direkt oder
unmittelbar das vordere Ende 346A der Hauptwelle 346
abstützt. Die Ausgangswelle 358 erstreckt sich von dem
hinteren Ende des Getriebes 200 aus und trägt eine Verzahnung
zur Aufnahme eines Ausgangsflansches 358A. Dass
innenliegende Ende 358C der Ausgangswelle 358 ist mit einer
angeschrägten Fläche zur direkten oder indirekten Abstützung
des hinteren Endes 346B der Hauptwelle 346 ausgebildet. Die
Eingangswelle 318 ist in der vorderen Stirnwand 316A über
ein Schrägrollenlager 318B gelagert, während die
Ausgangswelle 358 in der hinteren Stirnwand 316B durch eine
Lagereinrichtung 358E mit einem Paar Schrägrollenlager gelagert
ist.
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Die Hauptwelle 346 trägt die Hauptwellenkupplungen 60,
62 und 64 und die Splitkupplung 126; sie erstreckt sich
außerdem im Wesentlichen koaxial zwischen den
innenliegenden Enden der Eingangs- und der Ausgangswelle und ist durch
diese abgestützt. Die Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56
und 58, das Splitzahnrad 118 und das
Split-/Bereichszahnrad 120 umschließen, vorzugsweise radial begrenzt beweglich
dazu, die Hauptwelle und sind mit dieser durch die
Kupplungen 60, 62, 64 und 126 wahlweise kuppelbar. Die
Bereichskupplung 128 sitzt auf der Ausgangswelle 358, die von
dem Split-/Bereichszahnrad 120 und dem Bereichszahnrad 124
umschlossen ist. Die Kupplung 128 kann entweder das Zahnrad
120 oder das Zahnrad 124 mit der Ausgangswelle 358 kuppeln.
Die Funktion und Betriebsweise des Getriebes 200 sind
gleich wie bei dem im Vorstehenden erörterten Getriebe 100.
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Die Vorgelegeanordnungen 322, 360 sind funktions- und
betriebsmäßig im Wesentlichen gleich mit dem Vorgelege
anordnungen 26, 104 der Hauptgruppe bzw. der Hilfsgruppe des
Getriebes 100 wie im Vorstehenden beschrieben. Kurz gesagt,
trägt bzw. tragen die Hauptgruppen-Vorgelegewelle(n) 324
die darauf befestigten Zahnräder 38, 40, 42, 44, 46 und 48
die in Dauereingriff stehen mit und/oder abstützen die
Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54 und 56 sowie, über das
Rückwärtsgangzwischenzahnrad 57, das Hauptwellenzahnrad 58.
Die Hilfsgruppenvorgelegewelle(n) 362 trägt bzw. tragen
Hilfsgruppenvorgelegewellen-Zahnräder 112, 114 und 116, die
mit Split-, Split-/Bereichs- und Bereichszahnrädern 118,
120, 124 jeweils in Dauereingriff stehen. Die vorderen
Enden 362A der Hilfsgruppenvorgelegewelle(n) 362 ist bzw.
sind im Wesentlichen rohrförmig und umschließen
teleskopartig das hintere Ende 324A der jeweiligen
Hauptgruppenvorgelegewelle, wobei sie direkt oder indirekt durch Lager
362B darauf drehbar gelagert sind. Ein Lager 326 stützt das
vordere Ende der Hauptgruppenvorgelegewelle 324 in der
vorderen Wand 214A ab, während ein Lager 362C das hintere Ende
der Hilfsgruppenvorgelegewelle 362 in der hinteren
Stirn-Wand 214B lagert. Das hintere Ende 324A der jeweiligen
Hauptgruppenvorgelegewelle 324 ist durch das Lager 3248 in
der partiellen Zwischenwand 214C gelagert, während das
vordere Ende 362A der Hilfsgruppenvorgelegewelle 362 durch das
Lager 362B abgestützt ist, welches auf einem vorkragenden
hinteren Ende der jeweiligen Hauptgruppen-Vorgelegewelle
324 sitzt.
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Die Verlängerung 16A verringerten Durchmessers der
Eingangswelle 16 kann ein Axialkugellager und eine im
Wesentlichen sphärische Scheibe aus Lagerstahl tragen, die
stumpf an einer im Wesentlichen komplementären, radial
einwärts und axial nach hinten zu abgeschrägten Fläche anliegt
welche an dem vorderen Ende 346A der Hauptwelle 346
vorgesehen ist. Der Nabenteil des Bereichs-/Splitzahnrades 120
umschließt den hinteren Abschnitt verringerten Durchmessers
der Hauptwelle 346 der ebenfalls zwei sphärische Scheiben
tragen kann, die mit im Wesentlichen komplementär geneigten
Flächen an der Hauptwelle bzw. der Ausgangswelle
zusammenwirken. Die Vorteile dieser Erfindung ergeben sich in
größerem Detail aus der erwähnten US-PS 5,370,013.
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Die Hauptwelle 346 ist auf diese Weise direkt oder
indirekt an ihrem vorderen Ende durch die Eingangswelle 16
so gelagert, dass eine begrenzte radiale Bewegung der
Hauptwelle bezüglich der Drehachse der Eingangswelle
möglich ist. Die Hauptwelle ist direkt oder indirekt an ihrem
hinteren Ende durch die Ausgangswelle 358 so gelagert, dass
eine begrenzte radiale Bewegung der Hauptwelle bezüglich
der Drehachse der Ausgangswelle 358 möglich ist.
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Wie bei dem in der vorerwähnten US-PS 5, 370, 013
beschriebenen Getriebe kann von dem Zahnräderwerk der
Getriebe 200, 400, 500, 600 und/oder 700 ein Teil oder alles
schrägverzahnt sein.
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Demgemäß ist die Hauptwelle 346 lediglich durch die
Eingangs- und die Ausgangswelle vorzugsweise mit einem
begrenzten Maß radialer Freiheit oder schwimmend gelagert,
wobei sie keine Zwischenabstützung an dem Gehäuse nötig hat
und wobei, falls erforderlich, die Ableitung von von der
Schrägverzahnung herrührender Axialkräfte auf das Gehäuse
durch geeignete Lager erfolgen kann. Außerdem kann dadurch,
dass die Notwendigkeit einer Zwischenabstützung für die
Hauptwelle 346 entfällt, die Zwischenwand 214C mit
minimaler Größe ausgebildet sein.
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Einzelheiten des Aufbaus der Eingangswelle 16, der
Hauptwelle 346 und der Ausgangswelle 358 sind im Übrigen
aus den vorerwähnten US-PSen 5,370,013 und 5,390,561 zu
entnehmen.
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Es ist ei wichtiges Merkmal der Erfindung, dass die
Zwischenwand 214C und die die hinteren Enden der vorderen
oder Hauptgruppen-Vorgelegewellen 324 abstützenden Lager
324B in dem Axialraum 380 angeordnet sind, der von der
Kupplung 64 für deren Vor- und/oder Rückbewegungsweg
erforderlich ist. Demgemäß bringt das Hinzufügen der
Teilzwischenwand 214C und der Lager 324B im Vergleich zu Getrieben
ohne Zwischenwand, wie sie aus den vorerwähnten US-PSen
5,370,013 und 5,390,561 zu entnehmen sind, nur wenig oder
keine zusätzliche axiale Länge zu dem Getriebe 200 hinzu.
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Bei dem Getriebe 200 ist das
Rückwärtsgang-Zwischenzahnrad 57 mit einem verhältnismäßig vergrößerten
Teilkreisdurchmesser ausgebildet, der größer ist als der
Teilkreisdurchmesser des Rückwärtsgang-Vorgelegewellenzahnrads
48, wodurch sowohl das Rückwärtsgang-Hauptwellenzahnrad 58
als auch das Rückwärtsgang-Vorgelegewellenzahnrad 48 mit
einem verhältnismäßig kleineren Teilskreisdurchmesser
ausgeführt werden können. Dies ermöglicht es, dass der
Innendurchmesser des Lagers 324B über das
Rückwärtsgang-Vorgelegewellenzahnrad hinweg montiert wird, das unmittelbar auf
den Außendurchmesser der Hauptgruppenvorgelegewelle 324
ausgebildet ist; außerdem ermöglicht es, dass das
Rückwärtsgang-Zahnrad 58 der Hauptgruppe zu Montagezwecken
durch die mittige Öffnung in der Zwischenwand 214C
durchzuschieben. Das Rückwärtsgang-Zwischenrad 57 ist auf einer
Zwischenradwelle 382 angeordnet, die vorragend in dem
Gehäuse 214 gelagert ist.
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Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform in
Gestalt des Getriebes 400 ist schematisch aus Fig. 4 zu
entnehmen. Das Getriebe 400 enthält eine Hauptgruppe 402 und
eine Hilfsgruppe 404, die, abgesehen von den unten
angeführten Einzelheiten, funktions- und aufbaumäßig gleich mit
der oben beschriebenen Haupt- und Hilfsgruppe 212 bzw. 302
sind.
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Kurz gesagt, unterscheidet sich die Hauptgruppe 402
von der Hauptgruppe 212 darin, dass das (nicht
dargestellte) Rückwärtsgang-Zwischenrad, das Vorgelegezahnrad 48 des
Rückwärtsganges und das Hauptwellenzahnrad 58 des
Rückwärtsganges mit einem mehr gebräuchlichen
Teilkreisdurchmesser ausgebildet sind. Die Hilfsgruppe 404 unterscheidet
sich von der Hilfsgruppe 302 darin, dass lediglich die
vorderen Abschnitte 462A der Vorgelegewellen 462 der
Hilfsgruppe im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet sind und die
hinteren Ende 324A der Vorgelegewellen 324 der Hauptgruppe
teleskopartig umfassen.
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Eine andere Konstruktion des Rückwärtsgang-Zahnrades
ist in Fig. 6 dargestellt. Das Getriebe 500 ist, abgesehen
von der Konstruktion des Zwischenzahnrads des
Rückwärtsganges und der zugehörigen Getriebeteile, funktions- und
aufbaumäßig gleich mit den oben beschriebenen Getrieben
200, 400.
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Wie bei den Getrieben 200, 400 umschließen die
Hauptwellenzahnräder 52, 54 die Hauptwelle 346 und sind mit
dieser durch die doppelt wirkende Schiebekupplung 64
kuppelbar, die durch die Schaltgabel 64A gesteuert ist. Die
Kupplung 64 ist in dem Axialraum 380 verstellbar. Die
Hauptwellenzahnräder 52, 54, 56 stehen jeweils in Dauereingriff mit
den Vorgelegewellenzahnrädern 42, 44, 46, die auf der
Vorgelegewelle 324 der Hauptgruppe 502 sitzen.
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Bei dem Getriebe 500 ist ein Vorgelegewellenzahnrad
des Rückwärtsgangs weggelassen und durch eine
Zwischenwellenanordnung 504 des Rückwärtsgangs ersetzt, die eine
Zwischenradwelle 506 aufweist, welche ein Zwischenzahnrad 508,
das mit dem Vorgelegewellenzahnrad 46 des niederen Gangs in
Eingriff steht und ein Zwischenzahnrad 510 trägt, das mit
dem Hauptwellenzahnrad 58 des Rückwärtsgangs kämmt. Die
Welle 506 ist in dem Gehäuse 214 gelagert und kann eine
Hohlwelle 512 aufweisen, die über Nadellager 514 auf einer
feststehenden, vorkragenden Welle 516 gelagert ist. Der
Verzicht auf das Vorgelegewellenzahnrad des Rückwärtsgangs
ermöglicht es, das Lager 324B in einfacher Weise auf dem
hinteren Ende der Hauptgruppenvorgelgewelle 324 zu
montieren.
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Wenn bei der Auslegung des Getriebes 500 ein
Rückwärtsgang-Hauptwellenzahnrad verminderten
Teilkreisdurchmessers erforderlich ist, sollte der
Teilkreisdurchmesser des Zwischenzahnrades 510 gleich oder größer als der
Teilkreisdurchmesser des Vorgelegewellenzahnrad 46 des
niederen Ganges sein.
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Die Fig. 7A und 7B zeigen eine Ausführungsform
eines Getriebes 600, das keine koaxialen vorderen und hinteren
Vorgelegewellen verwendet. Das Getriebe 600 enthält
eine Hauptgruppe 602 und eine Hilfsgruppe 604, die in einem
gemeinsamen Gehäuse mit einer vorderen Stirnwand 214A,
einer hinteren Stirnwand 214B und einer abgewandelten
partiellen Zwischenwand 606 untergebracht sind.
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Die Zwischenwand 606 ist axial auf den axialen Räum
380 der für die Funktion der Hauptgruppenkupplung 64
erforderlich ist ausgerichtet und enthält zwei Bohrungen 608
zur Aufnahme von Lagern 324B, die die hinteren Enden der
Hauptgruppenvorgelegewellen 610 lagern, sowie zwei
Bohrungen 612 zur Aufnahme von Lagern 614, welche die vorderen
Ende 616 von Bereichsgruppe-Vorgelegewellen 618 lagern.
Eine mittige Öffnung 620 ist für den Durchgang den
Hauptwelle und der Kupplung 64 vorgesehen.
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Eine weitere alternative Ausführungsform eines
Getriebes 700, das ähnlich dem oben beschriebenen Getriebe 600
ist, ist aus den Fig. 8A, 8B und 8C zu entnehmen. Das
Getriebe 700 enthält einen Hauptgruppe 602, die mit einer
Hilfsgruppe 702 in Reihe geschaltet ist. Das Getriebe 700
unterscheidet sich von dem Getriebe 600 darin, dass zwei
getrennte, axial gegeneinander versetzte, partielle
Zwischenwände 703, 704, von denen jede auf den axialen Raum
380 bzw. 706, der für die Funktion eigenen Hauptwellen-
oder Ausgangswellenkupplung, nämlich der Kupplungen 64, 126
erforderlich ist, axial ausgerichtet ist und in diesem
liegt, dazu verwendet werden, die innenliegenden Enden der
nicht koaxialen Vorgelegewellen 610 bzw. 708 der Haupt- und
der Hilfsgruppe abzustützen. Wie aus den Fig. 8B und 8C
zu entnehmen, weist die Zwischenwand 703 Bohrungen 612 zur
Aufnahme der Lager 324B auf, während die Zwischenwand 704
mit Bohrungen 710 zur Abstützung der Lager 614 ausgebildet
ist.
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Es ergibt sich somit, dass ein Hochleistungsgruppen-
Stufengetriebe verringerter Länge, das die in den
vorerwähnten US-PSen 5,370,013 und 5,390,561 beschriebenen Typen
mit umfasst, geschaffen wird, das eine mit einer
Hauptwellenkupplung 64 fluchtende Teilzwischenwand 214C oder 606
dazu verwendet ein innenliegendes Ende einer der
Vorgelegewellen der Haupt- oder Hilfsgruppe abzustützen. Dadurch,
dass die Teilzwischenwand und das Lager in dem Axialraum
380 angeordnet sind, der für den Bewegungsweg der
Hauptwellenkupplung erforderlich ist, wird nur wenig oder gar kein
zusätzlicher axialer Getrieberaum benötigt.
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Wenngleich die Erfindung mit einer bestimmten
Detailgenauigkeit beschrieben worden ist, so versteht sich doch,
dass verschiedene Abweichungen hinsichtlich der Gestaltung
und der Einzelheiten vorgenommen werden können ohne den im
Nachfolgenden beanspruchten Schutzumfang der Erfindung zu
verlassen.