WO2009149993A1

WO2009149993A1 - Mehrgruppengetriebe eines kraftfahrzeuges

Info

Publication number: WO2009149993A1
Application number: PCT/EP2009/055384
Authority: WO
Inventors: Alan Dittrich; Rayk Hoffmann
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2009-12-17
Also published as: DE102008002296A1; CN102057187A; US20110072923A1; EP2283252A1; US9068636B2; CN102057187B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer Vorschaltgruppe (2), einer antriebsseitigen Getriebeeingangswelle (7), die über ein Anfahrelement (16) mit einem Antriebsmotor (5) verbindbar ist, einer Hauptgruppe (3), einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30) und mit einem Lastschaltmittel (40), über das zum Schalten eines Zwischenganges bei einem Gangwechsel die Getriebeeingangswelle (7) mit der Getriebehauptwelle (30) verbindbar ist. Zur Reduzierung von Kosten- und Konstruktionsaufwand sowie zur Erzielung einer kompakten Bauweise sind das Lastschaltmittel (40) und eine Schalteinrichtung (39) zum Schalten von Gangkonstanten (i_k1, i_k2) der Vorschaltgruppe (2) als eine integrierte Baueinheit (17) ausgebildet. Bei einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes stützt, bei zumindest teilweise geschlossenem Anfahrelement (16), das Lastschaltmittel (40) bei der Zwischengangschaltung im schlupfenden Zustand ein Drehmoment des Antriebsmotors (5) an der Getriebehauptwelle (30) ab während die Drehzahl des Antriebsmotors (5) an eine Synchrondrehzahl eines Zielganges angepasst wird, worauf bei Lastfreiheit ein Ursprungsgang ausgelegt, bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Zielgang eingelegt und abschließend der Zwischengang wieder geöffnet wird.

Description

Mehrqruppenqetriebe eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.

Mehrgruppengetriebe bestehen aus zwei oder mehr meist seriell angeordneten Getriebegruppen, durch deren Kombination eine hohe Gangzahl realisierbar ist. Zunehmend werden sie als automatisierte Schaltgetriebe, beispielsweise bestehend aus einer Eingangsgruppe, einer Hauptgruppe und einer Nachschaltgruppe, konzipiert. Derartige Getriebe finden insbesondere in Nutzfahrzeugen Anwendung, da sie eine besonders feine Gangabstufung mit beispielsweise 12 oder 16 Gängen bieten und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Bei einer geringeren Gangzahl sind auch Konfigurationen lediglich aus einer Hauptgruppe und einer Eingangsgruppe oder einer Hauptgruppe und einer Nachschaltgruppe möglich. Zudem zeichnen sie sich im Vergleich zu manuellen Schaltgetrieben durch einen hohen Bedienungskomfort aus und sind im Vergleich zu Automatgetrieben besonders wirtschaftlich in den Herstellungsund Betriebskosten.

Bauartbedingt unterliegen herkömmliche Mehrgruppen-Schaltgetriebe, wie alle nicht unter Last schaltenden manuellen oder automatisierten Schaltgetriebe, einer Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel, da stets der Kraftfluss vom Antriebsmotor durch Öffnen einer Kupplung unterbrochen wird, um den eingelegten Gang lastfrei auszulegen, in einer Neutralstellung Getriebe und Antriebsmotor auf eine Anschlussdrehzahl zu synchronisieren und den Zielgang einzulegen. Durch das zugkraftunterbrochene Rollen des Fahrzeugs können unerwünschte Geschwindigkeitserhöhungen oder Geschwindigkeitsverluste auftreten. Zudem kann ein erhöhter Kraftstoffverbrauch entstehen. Wäh- rend sich die Zugkraftunterbrechungen bei Pkw durch Einbußen der Fahrdynamik in der Regel eher nur störend auswirken, beispielsweise bei einer sportlich orientierten Fahrweise beim Hochschalten, kann sich bei schweren Nutzfahrzeugen die Fahrgeschwindigkeit derart verzögern, dass ein angewählter Gangwechsel unmöglich wird und es an Steigungen zu unerwünschten Rückschaltvorgängen, Kriechfahrten oder sogar zu zusätzlichen Anfahrvorgängen kommt.

Aus der DE 10 2006 024 370 A1 der Anmelderin ist ein automatisiertes Gruppen-Schaltgetriebe mit einer Zugkraftunterstützung beim Gangwechsel bekannt. Das Getriebe umfasst eine Splittergruppe als Eingangs- oder Vorschaltgetriebe, eine Hauptgetriebe als Grundgetriebe und eine Bereichsgruppe als Ausgangs- oder Nachschaltgetriebe. Die Bauweise des bekannten Mehrgruppengetriebes mit Eingangsgetriebe und Hauptgetriebe ermöglicht die Schaltung eines Direktganges als ein Zwischengang während eines Gangwechsels. Dazu wird temporär eine direkte Verbindung einer Eingangswelle des Eingangsgetriebes mit einer Hauptwelle des Hauptgetriebes mittels einer Lastschaltkupplung hergestellt. Dadurch werden das Hauptgetriebe und die Splittergruppe lastfrei, so dass der eingelegte Gang ausgelegt, das Getriebe synchronisiert und der Zielgang eingelegt werden kann ohne die Anfahrkupplung öffnen zu müssen. Die Lastschaltkupplung überträgt dabei ein Motormoment auf den Getriebeausgang, wobei ein freiwerdendes dynamisches Moment bei einer Drehzahlabsenkung zwischen Ursprungsgang und Zielgang genutzt wird, um den Zugkrafteinbruch weitgehend zu kompensieren. Die als Zwischengang- kupplung fungierende Lastschaltkupplung kann zwischen dem Eingangsgetriebe und dem Hauptgetriebe oder zwischen der wie bei einem herkömmlichen Getriebe vorgesehenen Anfahrkupplung und dem Eingangsgetriebe angeordnet sein.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte zugkraftunterstützte Mehrgruppengetriebe und ein Verfahren zu des- sen Betrieb weiter zu verbessern, insbesondere den Aufwand an Kosten und Konstruktion zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem automatisierten Mehrgruppen - Schaltgetriebe, bei Zughoch- und Zugrückschaltungen, eine Zwischengangkupplung zum Schalten eines zugkraftunterstützenden Direktgangs mit einer Gangschaltkupplung zum wechselweisen Schalten von Gangkonstanten am Getriebeeingang kombiniert werden kann, um Kosten, Gewicht und Bauraum zu reduzieren.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer Vorschaltgruppe, einer antriebsseitigen Getriebeeingangswelle, die über ein Anfahrelement mit einem Antriebsmotor verbindbar ist, einer Hauptgruppe, einer abthebsseitigen Getriebehauptwelle und mit einem Lastschaltmittel, über das zum Schalten eines Zwischenganges bei einem Gangwechsel die Getriebeeingangswelle mit der Getriebehauptwelle verbindbar ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass das Lastschaltmittel und eine Schalteinrichtung zum Schalten von Gangkonstanten der Vorschaltgruppe als eine integrierte Baueinheit ausgebildet sind.

Unter einem Gangwechsel wird ein Schaltvorgang verstanden, bei dem ein Ursprungsgang ausgelegt und ein Zielgang eingelegt wird, wobei auch der Spezialfall eingeschlossen ist, dass der Zielgang dem Ursprungsgang entspricht, also keine Übersetzungsänderung erfolgt. Eine Vorschaltgruppe wird auch als Splittergetriebe oder Splittergruppe (GV), eine Hauptgruppe auch als Hauptgetriebe oder Grundgetriebe (HG) und eine Nachschaltgruppe auch als Bereichsgetriebe oder Bereichsgruppe (GP) bezeichnet. Des Weiteren wird eine Reibungskupplung auch kurz als Reibkupplung bezeichnet.

Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer Vorschaltgruppe, einer antriebsseitigen Getriebeeingangswelle, die über ein Anfahrelement mit einem Antriebsmotor verbindbar ist, einer Hauptgruppe, einer abthebsseitigen Getriebehauptwelle und mit einem Lastschaltmittel, bei dem zur Zugkraftunterstützung bei einem Gangwechsel mit Hilfe des Lastschaltmittels eine Zwischengangschaltung erfolgt, wobei die Getriebeeingangswelle mit der Getriebehauptwelle verbunden wird. Die gestellte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird dadurch gelöst, dass, bei zumindest teilweise geschlossenem Anfahrelement, das Lastschaltmittel, welches als Reibungskupplung ausgebildet ist und mit einer Schalteinrichtung zum Schalten von Gangkonstanten der Vorschaltgruppe eine integrierte Baueinheit bildet, bei der Zwischengangschaltung im schlupfenden Zustand ein Drehmoment des Antriebsmotors an der Getriebehauptwelle abstützt während die Drehzahl des Antriebsmotors an eine Synchrondrehzahl eines Zielganges angepasst wird, bei Lastfreiheit ein Ursprungsgang ausgelegt wird, bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Zielgang eingelegt wird und abschließend der Zwischengang wieder geöffnet wird.

Durch die Zwischengangschaltung wird vorteilhaft bei allen Zugschaltungen eine signifikante Verringerung des Geschwindigkeitsverlustes und somit im Ergebnis eine Fahrleistungssteigerung erreicht sowie der Schalt- und Fahrkomfort erhöht. Da über den Zwischengang die zu synchronisierenden rotierenden Massen abgebremst werden können, kann die üblicherweise zur Abbremsung der Massen bei Hochschaltvorgängen vorgesehene Getriebebremse entfallen, wodurch weitere Kosten, Einbauraum und Gewicht eingespart bzw. reduziert werden. Zudem werden Schwingungen und Schaltschläge effektiv verringert, da der Antriebsstrang während des Gangwechsels durch den Zwischengang stets vorgespannt bleibt, wodurch eine zusätzliche Erhöhung des Schaltkomforts erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind drei automatisierte Getriebegruppen vorgesehen, wobei erstens eine getriebeeingangssei- tige Vorschaltgruppe mit einer motornahen und einer motorfernen Gangkonstante, zweitens eine zentrale Hauptgruppe mit wenigstens drei Gangstufen und drittens eine gethebeausgangsseitige Nachschaltgruppe mit zwei Gangbereichen im Kraftfluss hintereinander angeordnet sind, wobei die Vorschaltgruppe und die Hauptgruppe als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise mit wenigstens einer gemeinsamen Vorgelegewelle ausgebildet sind, und die Nachschaltgruppe als ein Planetengetriebe ausgebildet ist.

Vorzugsweise wird ein derartiges Getriebe mit zwei parallel angeordneten gemeinsamen Vorgelegewellen konzipiert sein, so dass sich die Leistung entsprechend über zwei Vorgelegewellen verzweigt. Die Erfindung ist aber ebenso vorteilhaft bei Vorgelegewellengetrieben mit nur einer Vorgelegewelle oder anderen Gruppengetrieben anwendbar. Ein solches Getriebe ist aufgrund seiner feinen Gangabstufung und seines hohen Schaltkomforts besonders vorteilhaft in Nutzfahrzeugen einsetzbar. Beispielsweise ergeben sich bei einem dreigängigen Grundgetriebe eine Anzahl von n = n_Gv x Π_HG X n_Gp = 2 x 3 x 2 = 12 Vorwärtsgängen dadurch, dass zunächst über die Gangkonstanten des Splittergetriebes die Gangstufen der Hauptgruppe variiert werden und die daraus sich ergebenden Gänge wahlweise mit einer Planetenübersetzung der Bereichsgruppe multipliziert werden. Bei einem viergängigen Grundgetriebe wären entsprechend 16 Vorwärtsgänge möglich.

Die erwähnte Nachschaltgruppe ist vorzugsweise vorgesehen, um über eine Bereichsumschaltung die Gangzahl zu verdoppeln, also um eine vergleichsweise hohe Gangzahl zur Verfügung zu stellen. Für die Erfindung ist sie aber nicht zwingend notwendig. Die Funktionsweise einer derartigen Nach- schaltgruppe in Planetenbauweise bei der Zugkraftunterstützung durch einen als Direktgang konzipierten Zwischengang ist wie folgt zu berücksichtigen: In einer Schaltstellung, bei der die Planetenräder der Bereichsgruppe mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad verblockt sind, also das Bereichsgetriebe mit der Drehzahl der Getriebehauptwelle umläuft, ist der Zwischengang der Direktgang des Gesamtgetriebes. Dies ist automatisch auch dann der Fall, wenn, wie bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein kann, die Getriebehauptwelle direkt mit einer Getriebeabtriebswelle am Getriebeausgang verbunden ist, also durch das Bereichsgetriebe hindurchgeführt ist. Hierbei kann dann das Hauptgetriebe eine zusätzliche Ausgangswelle, beispielsweise eine die Getriebehauptwelle koaxial umgebende Hohlwelle, aufweisen, welche die Schalteinrichtungen des Hauptgetriebes trägt und an ihrem ausgangsseiti- gen Ende anstelle der Getriebehauptwelle mit dem Sonnenrad des Bereichsgetriebes verbunden ist.

Ansonsten entspricht jedoch der Zwischengang einem Direktgang der Zahnradgetriebegruppen, der von der Planetengetriebeübersetzung überlagert ist. Dabei ist auch zu beachten, dass ein Umschalten der Bereichsgruppe während eines Gangwechsels nicht per se zugkraftunterstützt ist. Eine Erweiterung der Zugkraftunterstützung auf die Bereichsumschaltung kann jedoch vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass von vornherein Lastschaltmittel am Bereichsgetriebe angeordnet sind, so dass eine lastschaltbare Bereichsumschaltung möglich ist. Ist keine Nachschaltgruppe vorgesehen, fungiert die Getriebehauptwelle gleichzeitig als Getriebeabtriebswelle des Gesamtgetriebes oder kann mit einer Getriebeabtriebswelle einstückig verbunden sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung, mit einem Lastschaltmittel zum Schalten eines Zwischenganges und einer Schalteinrichtung zum Schalten von Gangkonstanten der Vorschaltgruppe als integrierte Baueinheit, ist mit vergleichsweise geringem Aufwand in ein herkömmliches Mehrgruppengetriebe implementierbar. Die Gangkonstanten-Schalteinrichtung kann als eine Syn- chronkupplung und die Zwischengangkupplung als eine einfache Reibungskupplung ausgebildet sein. Üblicherweise ist eine Synchronkupplung zum Schalten der Gangkonstanten axial zwischen den Gangkonstanten-Radsätzen angeordnet. Die Reibkupplung kann erfindungsgemäß zwischen die Synchronisierungen der Gangkonstanten eingebaut sein. Somit ist lediglich die Schalteinrichtung der Vorschaltgruppe zu ändern und gegebenenfalls der axiale Abstand der Gangkonstanten anzupassen, weitere konstruktive Maßnahmen sind nicht erforderlich, was sich besonders kostengünstig auswirkt.

Eine besonders kompakt bauende und Gewicht sparende Baueinheit aus Zwischengangkupplung und Synchronkupplung kann dadurch geschaffen werden, dass ein mit der Getriebeeingangswelle verbundenes Eingangsteil, das motorseitig ein erstes Schaltelement zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen einem Losrad einer motornahen, ersten Gangkonstanten und der Getriebeeingangswelle trägt, und das gethebeseitig ein zweites Schaltelement zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen einem Losrad einer motorfernen, zweiten Gangkonstanten und der Getriebeeingangswelle trägt, als die Schalteinrichtung zum Schalten der Gangkonstanten wirksam ist, und dass ein mit der Getriebehauptwelle verbundenes Ausgangsteil, zusammen mit dem mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Eingangsteil, als das Lastschaltmittel zum Schalten einer Direktverbindung der Getriebeeingangswelle mit der Getriebehauptwelle als Zwischengang wirksam ist.

Demnach wird zum Schalten der Gangkonstanten das jeweilige an dem Eingangsteil sitzende Schaltelement vorteilhaft über an sich bekannte Synchro- nisierungsmittel mit Kupplungskörper, Synchronring/Synchronkegel und Schaltmuffe zur Erzeugung von Gleichlauf zwischen Losrad und Eingangsteil formschlüssig mit einem an dem Losrad sitzenden Gegenelement verbunden, so dass das Losrad der jeweiligen Gangkonstanten drehfest mit der Getriebeeingangswelle im Leistungsfluss steht. Zum Schalten des Zwischenganges wird die in die Schalteinrichtung der Vorschaltgruppe integrierte Reibkupplung eingerückt, d.h. miteinander zusammenwirkende Reibflächen am Eingangsteil und am Ausgangsteil der Reibkupplung werden in Kontakt gebracht, wodurch die Getriebehauptwelle reibschlüssig bzw. bei Ansteuerung im Schlupf schlupfend mit der Getriebeeingangswelle verbunden wird. Durch das Zuschalten dieser Direktverbindung als Zwischengang beim Gangwechsel wird das Hauptgetriebe lastfrei und somit schaltbar, so dass, soweit bei dem Gangwechsel vorgesehen, der eingelegte Gang im Hauptgetriebe ausgerückt werden und das Hauptgetriebe in Neutral gehen kann, ohne dass der Leistungsfluss zwischen dem Antriebsmotor und den angetriebenen Rädern unterbrochen wird. Die integrierte Zwischengangkupp- lung stützt dabei im schlupfenden Zustand das Motordrehmoment während der Zughoch- oder Zugrückschaltung am Abtrieb ab, während die Motordrehzahl dem Zielgang angepasst wird. Das bei der Drehzahlanpassung des Antriebsmotors, bei einer Hochschaltung also durch eine Drehzahlabsenkung, freiwerdende Drehmoment wird somit zur Zugkrafterhaltung eingesetzt.

Das Anfahrelement bleibt vorzugsweise während des Schaltvorgangs stets vollständig geschlossen, um eine möglichst vollständige Zugkrafterhaltung zu erreichen. Bei erreichter Synchrondrehzahl, d.h. bei Drehzahlgleichheit zwischen Getriebehauptwelle und mit der Welle zu verbindendem Losrad, kann der Zielgang eingelegt und der Zwischengang wieder geöffnet werden. In analoger Weise dazu können auch, soweit bei dem Gangwechsel vorgesehen, die Gangkonstanten der Vorschaltgruppe mit Zwischengangzugkraftunterstützung gewechselt werden.

Grundsätzlich können - soweit dies bei dem jeweils vorgesehenen Schaltschema zulässig ist - alle Schaltkombinationen mit einem Gangwechsel im Hauptgetriebe und/oder einem Umschalten der Gangkonstanten der Vorschaltgruppe mit zugkraftunterstützender Zwischengangschaltung erfolgen. Zusätzlich kann, wie oben beschrieben, eine Gangbereichsumschaltung der Nachschaltgruppe zugkraftunterstützt sein. Bei einem Gangwechsel sind somit neben der üblichen sequenziellen Schaltabfolge auch zugkraftunterstützte Gangsprünge über zwei oder mehr Gangstufen, ausgehend von beliebigen Ursprungsgängen, möglich, was besonders bei fein abgestuften Nutzfahrzeuggetrieben im Fahr- und Rangierbetrieb für einen hohen Schalt- und Fahrkomfort von Vorteil sein kann.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Getriebeschema eines automatisierten Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer integrierten Zwischengang/Gangkonstanten - Baueinheit, und

Fig. 2 ein Drehmomentenfluss eines Zwischenganges des Getriebeschemas.

Fig. 1 zeigt ein als Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe 1 ausgebildetes automatisiertes Mehrgruppengetriebe mit zwei zueinander parallelen, drehbar gelagerten Vorgelegewellen 8, 9 und drei hintereinander angeordneten Getriebegruppen 2, 3 und 4, wie es beispielsweise im Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges vorgesehen sein kann. Ein derartiges Getriebe ist an sich aus der eingangs erwähnten DE 10 2006 024 370 A1 der Anmelderin bekannt.

Eine Antriebswelle 6 eines Antriebsmotors 5 ist über ein herkömmliches Anfahrelement 16 mit einer Getriebeeingangswelle 7 reibschlüssig verbindbar. Die erste, an der Getriebeeingangswelle 7 angeordnete Getriebegruppe 2 ist als ein zweigängiges Splittergetriebe ausgebildet. Die zweite, zentrale Getriebegruppe 3 ist durch ein dreigängiges Haupt- oder Grundgetriebe gebildet. Als dritte, abtriebsseitige Getriebegruppe 4 ist ein nachgeschaltetes zweigängiges Bereichsgetriebe angeordnet. Das Splittergetriebe 2 weist zwei Gangkonstanten i_k1, i_k2 auf, die jeweils ein auf der ersten Vorgelegewelle 8 und auf der zweiten Vorgelegewelle 9 drehfest angeordnetes Festrad 10, 12 bzw. 13, 15 umfassen, die mit einem Losrad 11 bzw. 14 kämmen. Die erste Gangkonstante i_ki ist dem Anfahrelement 16 und die zweite Gangkonstante i_k2 dem Hauptgetriebe 3 zugewandt. Zwischen den Gangkonstanten i_ki, i_k2 ist erfindungsgemäß eine integrierte Baueinheit 17 angeordnet, die einerseits eine als Synchronkupplung ausgebildete Schalteinrichtung 39 zum wechselseitigen Schalten der Gangkonstanten i_ki, i_k2 und andererseits ein als Reibkupplung ausgebildetes Lastschaltmittel 40 zum Schalten eines als Direktgang ausgelegten Zwischengangs umfasst.

Die Baueinheit 17 besitzt ein äußeres, topfartiges Eingangsteil 41 , das motorseitig mit der Getriebeeingangswelle 7 verbunden ist. An den beiden Stirnseiten des Eingangsteils 41 sind Schaltelemente 43 bzw. 44 angeordnet, die mit entsprechenden benachbarten Schaltelementen 45 bzw. 46 an den Losrädern 1 1 bzw. 14 und dazwischen liegenden, üblichen, nicht dargestellten Synchronisierelementen die Synchronkupplung 39 bilden.

Durch Einrücken der motornahen Synchronschaltelemente 43, 45 oder der motorfernen Synchronschaltelemente 44, 46, mit vorheriger Gleichlauferzeugung über die Synchronisierelemente, ist entweder das Losrad 1 1 der ersten Gangkonstanten i_ki oder das Losrad 14 der zweiten Gangkonstanten i_k2 mit der Getriebeeingangswelle 7 drehfest verbindbar, wodurch die auf den Vorgelegewellen 8, 9 sitzenden zugehörigen Festräder 10, 12 bzw. 13, 15 und über diese die Vorgelegewellen 8, 9 antreibbar sind.

Die Baueinheit 17 besitzt weiterhin ein inneres Ausgangsteil 42, das drehfest mit dem einen, getriebeeingangsseitigen Ende einer Getriebehauptwelle 30 verbunden ist. Die Getriebehauptwelle 30 durchsetzt das Hauptgetriebe 3 als zentrale Abtriebswelle. Sie trägt die nachfolgend beschriebene Klau- enschalteinrichtungen 29 und 31 der Gänge i-i/i_R, i₂/i₃ des Hauptgetriebes 3 und ist an ihrem anderen, getriebeausgangsseitigen Ende, über das Bereichsgetriebe 4, mit einer Getriebeabtriebswelle 36 wirkverbunden. Das Eingangsteil 41 und das Ausgangsteil 42 bilden über übliche zusammenwirkende Reibpartner zur Herstellung einer reibschlüssigen Direktverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 7 und der Getriebehauptwelle 30 die Zwischengangkupplung 40.

Das Hauptgetriebe 3 weist drei Vorwärtsgangradsätze H , i₂ und i₃ sowie einen Rückwärtsgangradsatz i_R auf. Der 1. Hauptgetriebegang J₁ und der 2. Hauptgetriebegang i₂ umfassen jeweils zwei Festräder 18, 20 bzw. 21 , 23 und ein Losrad 19 bzw. 22. Der 3. Hauptgetriebegang i₃ ist gemeinsam mit der zweiten Gangkonstante i_k2 des Splittergetriebes 2 realisiert. Der Rückwärtsgang-Radsatz i_R umfasst zwei Festräder 24, 28, ein Losrad 26 und zwei drehbar gelagerte Zwischenräder 25, 27 zur Drehrichtungsumkehr, die einerseits mit dem jeweils zugehörigen Festrad 24 bzw. 28 und andererseits mit dem Losrad 26 kämmen.

Zur Schaltung des 1. Hauptgetriebeganges h und des Rückwärtsgang- Radsatz i_R ist die unsynchronisierte Klauen-Schalteinrichtung 29 vorgesehen, über welche die zugehörigen Losräder 19 bzw. 26 wahlweise drehfest mit der Getriebehauptwelle 30 verbindbar sind. Zur Schaltung des 2. Hauptgetriebeganges h und des 3. Hauptgetriebeganges i₃ ist weiterhin die unsynchronisierte Klauen-Schalteinrichtung 31 angeordnet, über welche die zugehörigen Losräder 22 bzw. 14 wahlweise drehfest mit der Getriebehauptwelle 30 verbindbar sind. Die Gänge h, i₂, i₃, i_R des Hauptgetriebes 3 übertragen den Leistungsfluss von den Vorgelegewellen 8, 9 auf die Getriebehauptwelle 30 und von dieser weiter in Richtung Getriebeabtrieb 36.

Da der 3. Hauptgetriebegang i₃ und die zweite Gangkonstante i_k2 den selben Radsatz i_k2/i₃ nutzen, ist folglich das Losrad 14 dieses Radsatzes i_k2/i₃ über die Schalteinrichtung 39 der Vorschaltgruppe 2 antriebsseitig mit der Ge- triebeeingangswelle 7 und über die Schalteinrichtung 31 für den 2. Hautgetriebegang i₂ und den 3. Hauptgetriebegang i₃ abtriebsseitig mit der Getriebehauptwelle 30 verbindbar.

Das nachgeschaltete Bereichsgetriebe 4 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet. Darin ist ein Planetenradsatz 32 von einem Planetenradträger 33 geführt. Die nicht explizit dargestellten Planetenräder kämmen einerseits mit einem zentralen Sonnenrad 34 und andererseits mit einem äußeren Hohlrad 35. Das Sonnenrad 34 ist mit der Getriebehauptwelle 30 verbunden. Der Planetenradträger 33 ist wiederum mit der Getriebeabtriebswelle 36 verbunden. Zur Schaltung des Bereichsgetriebes 4 ist eine Schalteinrichtung 37, vorteilhaft mit Synchronisierung, angeordnet. Diese Schalteinrichtung 37 verbindet in einer ersten Schaltstellung das Hohlrad 35 mit einem Gehäuse 38, so dass die Planetenräder zwischen Hohlrad 35 und Sonnenrad 34 umlaufen, und die Getriebeabtriebswelle 36, entsprechend einer Übersetzung des Planetengetriebes, über den Planetenradträger 33 gleichsinnig mit der Getriebehauptwelle 30 angetrieben wird. In einer zweiten Schaltstellung wird das Hohlrad 35 mit dem Planetenradträger 33 verblockt, so dass das Planetengetriebe 4 und damit die Getriebeabtriebswelle 36 direkt mit der Drehzahl der Getriebehauptwelle 30 rotiert.

Aus der Kombination der drei Getriebegruppen 2, 3, 4 des dargestellten Getriebeschemas 1 ergeben sich insgesamt 2 x 3 x 2 = 12 Gänge. Der Kraft- fluss des Getriebes 1 verzweigt sich nach einer Schaltfolge, bei der, beginnend mit dem 1. Gang im Hauptgetriebe 3, zunächst alternierend das Splittergetriebe

2 und das Hauptgetriebe 3 durchgeschaltet werden, so dass nacheinander 2 x

3 = 6 Gänge eines unteren Gangbereichs „1. Gang bis 6. Gang" geschaltet werden. Ist der 6. Gang erreicht, schaltet das Bereichsgetriebe 4 um, und es werden erneut das Hauptgetriebe 3 und das Splittergetriebe 2 alternierend durchgeschaltet, so dass wiederum 2 x 3 = 6 Gänge, nun aber in einem oberer Gangbereich „7. Gang bis 12. Gang", geschaltet werden. Weiterhin stehen durch Umschalten der Gangkonstanten i_ki, ik2 des Splittergetriebes 2 wahlweise zwei Rückwärtsgangübersetzungen zur Verfügung.

Bei der beschriebenen Schaltabfolge ist im 6. Gang bzw. im 12. Gang die Getriebeeingangswelle 7 über die geschlossene zweite Gangkonstante i_k2 und den geschlossenen 3. Hauptgetriebegang i₃ mit der Getriebehauptwelle 30 verbunden, die Getriebeübersetzung ist also im 6. Gang i = 1 zuzüglich Bereichsgetriebeübersetzung und im 12. Gang i = 1 einschließlich Bereichsgetriebeübersetzung. Bei einer Auslegung des 1 1. Gangs und des 12. Gangs als Schnellgänge mit einer Übersetzung i < 1 könnte jedoch die Schaltabfolge auch so geändert werden, dass bereits der 10. Gang diese Schaltstellung einnimmt, also der Direktgang ist.

Die Direktübersetzung i = 1 entspricht auch dem Zwischengang. Zur Schaltung des als Direktgang bzw. Direktgang plus Bereichsgetriebeübersetzung ausgelegten Zwischengangs ist, wie bereits erläutert, die Getriebehauptwelle 30 über die Zwischengangkupplung 40 direkt mit der Getriebeeingangswelle 7 verbindbar, wobei der reibschlüssige Direktgang, im Gegensatz zum obigen formschlüssigen Direktgang, über die Zwischengangkupplung 40 im Schlupf steuerbar ist. Zur Verdeutlichung ist der Momentenfluss im Zwischengang in Fig. 2 gestrichelt hervorgehoben dargestellt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes kann mit dem oben beschriebenen Getriebeschema 1 durchgeführt werden. Es beruht im Wesentlichen darauf, dass bei einem Gangwechsel, zur Zugkrafterhaltung, bei geschlossenem Anfahrelement 16 über die Zwischengangkupplung 40 ein Zwischengang geschaltet wird.

Bei einer durch den Fahrer oder eine Getriebesteuerung initiierten Schaltanforderung zu einer Zughoch- oder Zugrückschaltung wird über die Zwischengangkupplung 40 im Schlupfbetrieb eine Direktverbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 7 und der Getriebehauptwelle 30 bzw. der Getriebeabtriebswelle 36 hergestellt. Dadurch wird das Hauptgetriebe 3 bei geschlossenem Anfahrelement 16 lastfrei und schaltbar. Soweit bei dem Gangwechsel vorgesehen, kann der eingelegte Gang im Hauptgetriebe 3 ausgerückt werden und das Hauptgetriebe 3 in Neutral gehen. Die Zwischengangkupplung 40 stützt, im durch eine nicht dargestellte Kupplungssteuerung gesteuerten, schlupfenden Zustand, das Drehmoment des Antriebsmotors 5 während des Schaltvorgangs am Abtrieb ab, während die Motordrehzahl dem angeforderten Zielgang angepasst wird. Bei erreichter Synchrondrehzahl, also bei Drehzahlgleichheit zwischen der Getriebehauptwelle 30 und dem zu schaltenden Losrad 14, 19, 22, kann der Zielgang eingerückt werden, d.h. die entsprechende Schalteinrichtung 29, 31 betätigt werden. Beinhaltet der Gangwechsel ein Umschalten zwischen den beiden Gangkonstanten i_ki, ik2, so wird anstelle eines Schaltvorgangs im Hauptgetriebe 3 oder zusätzlich zu einem Schaltvorgang im Hauptgetriebe 3 die Synchronkupplung 39 umgeschaltet.

Alle Zugschaltungen mit Schaltvorgängen im Splittergetriebe 2 und/oder im Hauptgetriebe 3 können per Zwischengang zugkraftunterstützt erfolgen. Bei einem Gangwechsel vom 6. Gang in den 7. Gang erfolgt zusätzlich zu den beschriebenen Schaltvorgängen im Vorschaltgetriebe 2 und im Hauptgetriebe 3 eine, über weitere Maßnahmen zugkraftunterstützte oder gegebenenfalls nicht zugkraftunterstütze, Gangbereichsumschaltung des Bereichsgetriebes 4 über die Synchronschalteinrichtung 37. Zum Abschluss des Gangwechsels wird der Zwischengang durch Öffnen der Zwischengangkupplung 40 wieder geöffnet. Bezuqszeichenliste

1 Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe

2 Vorschaltgruppe

3 Hauptgruppe

4 Nachschaltgruppe

5 Antriebsmotor

6 Antriebswelle

7 Getriebeeingangswelle

8 Vorgelegewelle

9 Vorgelegewelle

10 Festrad

11 Losrad

12 Festrad

13 Festrad

14 Losrad

15 Festrad

16 Anfahrelement

17 Baueinheit

18 Festrad

19 Losrad

20 Festrad

21 Festrad

22 Losrad

23 Festrad

24 Festrad

25 Zwischenrad

26 Losrad

27 Zwischenrad

28 Festrad 29 Schalteinrichtung

30 Getriebehauptwelle

31 Schalteinrichtung

32 Planetenradsatz

33 Planetenradträger

34 Sonnenrad

35 Hohlrad

36 Getriebeabtriebswelle

37 Schalteinrichtung

38 Gehäuse

39 Schalteinrichtung

40 Lastschaltmittel

41 Eingangsteil

42 Ausgangsteil

43 Schaltelement

44 Schaltelement

45 Schaltelement

46 Schaltelement

iki Splittergetriebe-Gangkonstante ik2 Splittergetriebe-Gangkonstante ii Hauptgetriebe-Gang

Hauptgetriebe-Gang is Hauptgetriebe-Gang

IR Hauptgetriebe-Rückwärtsgang

Claims

Patentan sprü ch e

1. Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einer Vorschalt- gruppe (2), einer antriebsseitigen Getriebeeingangswelle (7), die über ein Anfahrelement (16) mit einem Antriebsmotor (5) verbindbar ist, einer Hauptgruppe (3), einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30) und mit einem Lastschaltmittel (40), über das zum Schalten eines Zwischenganges bei einem Gangwechsel die Getriebeeingangswelle (7) mit der Getriebehauptwelle (30) verbindbar ist, dadurch g e ke n n z e i c h n et , dass das Lastschaltmittel (40) und eine Schalteinrichtung (39) zum Schalten von Gangkonstanten (i_ki, i_k2) der Vor- schaltgruppe (2) als eine integrierte Baueinheit (17) ausgebildet sind.

2. Mehrgruppengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n z e i c h n et , dass die Schalteinrichtung (39) als eine Synchronkupplung ausgebildet ist.

3. Mehrgruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e - ke n n z e i c h n et , dass das Lastschaltmittel (40) als eine Reibungskupplung ausgebildet ist.

4. Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass ein mit der Getriebeeingangswelle (7) verbundenes Eingangsteil (41), das motorseitig ein erstes Schaltelement (43) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen einem Losrad (11) einer motornahen, ersten Gangkonstanten (i_k1) und der Getriebeeingangswelle (7) trägt und das getriebeseitig ein zweites Schaltelement (44) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen einem Losrad (14) einer motorfernen, zweiten Gangkonstanten (i_k2) und der Getriebeeingangswelle (7) trägt, als die Schalteinrichtung (39) zum Schalten der Gangkonstanten(i_k1, i_k2) wirksam ist, und dass ein mit der Getriebehauptwelle (30) verbundenes Ausgangsteil (42), zusammen mit dem mit der Getriebeeingangswelle (7) verbundenen Eingangsteil (41), als das Lastschaltmittel (40) zum Schalten einer Direktverbindung der Getriebeeingangswelle (7) mit der Getriebehauptwelle (30) als Zwischengang wirksam ist.

5. Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass drei automatisierte Getriebegruppen (2, 3, 4) vorgesehen sind, wobei die getriebeeingangsseitige Vorschaltgruppe (2) mit der motornahen und der motorfernen Gangkonstante (i_ki, ik2), die zentrale Hauptgruppe (3) mit wenigstens drei Gangstufen (h , i₂, i₃) und eine getriebeaus- gangsseitige Nachschaltgruppe (4) mit zwei Gangbereichen im Kraftfluss hintereinander angeordnet sind, wobei die Vorschaltgruppe (2) und die Hauptgruppe (3) als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise mit wenigstens einer gemeinsamen Vorgelegewelle (8, 9) ausgebildet sind und die Nachschaltgruppe (4) als ein Planetengetriebe ausgebildet ist.

6. Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass die Nachschaltgruppe (4) Lastschaltmittel zur Zugkraftunterbrechungsfreien Gangbereichsumschaltung aufweist.

7. Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass die Getriebehauptwelle (30) über die Nachschaltgruppe (4) mit einer Getriebeabtriebswelle (36) wirkverbunden ist.

8. Mehrgruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass die Getriebehauptwelle (30) durch die Nachschaltgruppe (4) hindurchgeführt und direkt mit der Getriebeabtriebswelle (36) verbunden ist.

9. Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit einer Vorschaltgruppe (2), einer anthebsseitigen Getriebeeingangswelle (7), die über ein Anfahrelement (16) mit einem Antriebsmotor (5) verbindbar ist, einer Hauptgruppe (3), einer abtriebsseitigen Getriebehauptwelle (30) und mit einem Lastschaltmittel (40), bei dem zur Zugkraftunterstützung bei einem Gangwechsel mit Hilfe des Lastschaltmittels (40) eine Zwischengangschaltung erfolgt, wobei die Getriebeeingangswelle (7) mit der Getriebehauptwelle (30) verbunden wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass, bei zumindest teilweise geschlossenem Anfahrelement (16), das Lastschaltmittel (40), welches als Reibungskupplung ausgebildet ist und mit einer Schalteinrichtung (39) zum Schalten von Gangkonstanten (i_ki, ik2) der Vorschaltgruppe (2) eine integrierte Baueinheit (17) bildet, bei der Zwischengangschaltung im schleifenden Zustand ein Motormoment des Antriebsmotors (5) an der Getriebehauptwelle (30) abstützt während die Drehzahl des Antriebsmotors (5) an eine Synchrondrehzahl eines Zielganges angepasst wird, bei Lastfreiheit ein Ursprungsgang ausgelegt wird, bei Erreichen der Synchrondrehzahl der Zielgang eingelegt wird und abschließend der Zwischengang wieder geöffnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Anfahrelement (16) während eines Gangwechsels mit einer Zwischengangschaltung vollständig geschlossen ist.