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Die Erfindung betrifft ein Handschaltsystem für ein Gruppengetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In Gruppengetrieben sind zwei oder drei Teilgetriebe, die als Vorgelegegetriebe oder Planetengetriebe ausgebildet sein können, im Kraftfluss hintereinander geschaltet. Beispielsweise ist bei einem Gruppengetriebe mit zwei Gruppen in Vorgelegebauweise einer dreigängigen oder viergängigen Hauptgruppe eine zweigängige Eingangsgruppe als Splitter vorgeschaltet. Aus der Kombination der Gruppen ergibt sich eine relativ hohe mögliche Gangzahl, bei der eine oder mehrere Radsatzebenen gegenüber herkömmlichen Stufengetrieben eingespart werden können, wodurch sich Bauraum-, Gewichts- und Kostenvorteile ergeben. Zudem besitzen sie gegenüber reinen Lastschaltautomatgetrieben meistens eine feinere Gangabstufung und einen höheren Wirkungsgrad. Bei solchen Getrieben sind in den einzelnen Gängen jeweils zwei oder mehr Gangschaltvorrichtungen, d. h. als Synchronisiervorrichtungen oder Klauenkupplungen ausgebildete Schaltkupplungen, zu schalten. Beispielsweise kann bei einem Gruppengetriebe mit zwei Gruppen in Vorgelegebauweise eine Schaltlogik vorgesehen sein, bei der in jedem der dargestellten Gänge eine der ersten Gruppe zugeordnete Synchronisierung und eine der zweiten Gruppe zugeordnete Synchronisierung geschaltet ist.
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Eine gleichzeitige Betätigung dieser Schaltkupplungen ist allerdings problematisch, da sich die Schaltzeiten und Toleranzen der zugehörigen Schaltelemente unterscheiden können. Bei einigen Schaltungen kann es dadurch zu Fehlfunktionen, beispielsweise zum Ratschen einer Synchronisierung kommen. Dies tritt bei den üblicherweise als Sperrsynchronisierungen ausgebildeten Synchronisiervorrichtungen, die über eine Reibkupplung die Drehzahl der Schaltpartner angleichen und durch ein Sperrelement erst nach Abschluss der Synchronisierung das formschlüssige Einlegen des Ganges zulassen, dann auf, wenn aufgrund eines Vorzeichenwechsels des anliegenden Drehmomentes in einer Sperrphase die Synchronisierung umschnappt. Bei Klauenkupplungen kann es zu Schaltstößen oder zum Unmöglichwerden des Schaltvorgangs kommen. Daher ist es sinnvoll, beim Schalten eines Ganges die beteiligten Gangkupplungen hintereinander zu schalten.
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Da eine derartige Schaltlogik relativ komplizierte Schaltvorgänge mit Kombinationen von Übersetzungsstufenwechseln in den Teilgetrieben darstellt, erfolgt die Schaltung von Gruppengetrieben, insbesondere der Schaltelemente in den dem Grundgetriebe vor- oder nachgeschalteten Getriebeteilen, häufig automatisch gesteuert über Schaltprogramme und fremdkraftbetätigt. Bei vielen Gruppengetrieben wäre jedoch auch die Möglichkeit wünschenswert, das Getriebe komplett mit einem Handschaltsystem, bei dem der Fahrer die Gänge optisch erfasst und manuell steuert, komfortabel und sicher betätigen zu können. Dabei muss gewährleistet sein, dass es nicht zu den vorgenannten Fehlfunktionen kommt.
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Aus der
DE 101 37 356 A1 ist ein Gruppengetriebe mit einer Hauptgruppe in Windungsbauweise und einer nachgeschalteten Bereichsgruppe in herkömmlicher Stufenbauweise bekannt. Die Hauptgruppe umfasst drei Radsätze für Vorwärtsgänge sowie einen Wenderadsatz für einen Rückwärtsgang. Das Bereichsgetriebe weist zwei weitere Radsätze für Vorwärtsgänge auf. Durch die Mehrfachnutzung einiger Radsätze sind bei dem bekannten Getriebe mit insgesamt sechs Radsätzen und acht Schaltkupplungen neun Vorwärtsgänge dargestellt. In den einzelnen Gängen sind zwei oder drei Gangkupplungen aus beiden Getriebegruppen geschaltet. Ein solches Getriebe bietet ein erhebliches Einsparpotenzial bei Gewicht, Getriebelänge und Herstellungskosten. Ein Handschaltsystem ist nicht vorgesehen. Über die Gefahr von Fehlfunktionen durch ein gleichzeitiges Schalten mehrerer Synchronisierungen finden sich darin keine Hinweise.
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Aus der
EP 1 521 928 B1 ist eine Schaltvorrichtung für ein Stufengetriebe in herkömmlicher oder in Gruppenbauweise mit einem Handschaltsystem bekannt, bei dem die innerhalb einer Schaltgasse gegenüberliegenden und aufeinanderfolgenden Gänge unterschiedlichen Synchronschaltpaketen zugeordnet sind. Zwischen dem Schalthebel und den Synchronschaltpaketen ist eine Konvertierungsvorrichtung angeordnet. Die Konvertierungsvorrichtung setzt die Bewegung des Schalthebels in eine von der Bewegung des Schalthebels entkoppelte Bewegungsrichtung eines Schaltmittels um. Bei der bekannten Schaltvorrichtung werden dadurch, dass die einem Synchronschaltpaket zugeordneten Gänge nicht aufeinander folgende Gänge sind, beim Schalten von Gängen innerhalb einer Schaltgasse überschneidende Betätigungen von Synchronschaltpaketen ermöglicht, wodurch sich eine Schaltzeitverkürzung erreichen lässt. Die Konvertierungsvorrichtung der bekannten Schaltvorrichtung ermöglicht das Schalten der Gänge eines solchen Stufengetriebes mittels einer herkömmlichen H-Schaltung. Nachteilig daran ist, dass im Falle eines Gruppengetriebes mit einer Schaltlogik, die mehrere geschaltete Synchronisierungen in einem Gang vorsieht, die Gefahr von Fehlfunktionen durch ein gleichzeitiges Schalten mehrerer Schaltpakete bei den Schalthebelbewegungen besteht.
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Weiterhin bekannt sind Handschaltsysteme mit einer so genannten Schaltwalze. Durch eine sequenzielle Schaltung über eine Schaltwalze kann sichergestellt werden, dass die Synchronisierungen oder Klauenkupplungen nacheinander betätigt werden. Nachteilig daran ist, dass eine solche Schaltwalze keine freie Gangwahl erlaubt, was zu erheblichen Komfort- und Performanceeinbußen führen kann.
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Bei Nutzfahrzeuggetrieben ist es bekannt, eine einem Hauptgetriebe vorgeschaltete Splitgruppe mit zwei Eingangskonstanten und/oder eine nachgeschaltete Bereichsgruppe in Planetenweise mit einer zuschaltbaren Übersetzung pneumatisch oder hydraulisch zu betätigen, und nur die Hauptgruppe mit einer Handschaltung zu versehen. Die Handschaltung erfolgt erst dann, wenn die automatischen, d. h. pneumatisch oder hydraulisch betätigten Schaltungen abgeschlossen sind. Bei der Splitgruppe wird dies beispielsweise durch eine entsprechend kurze Schaltzeit gewährleistet. Bei der Bereichsgruppe sperrt beispielsweise ein Interlock die Betätigung des Handschalthebels, bis das Bereichsgetriebe umgeschaltet ist.
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Aus der
WO 2008/145467 A1 ist ein Gruppengetriebe mit einem H-Schaltbild bekannt, bei dem eine Bereichsgruppe und/oder eine Splitgruppe sensorgesteuert automatisch geschaltet sind.
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Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2009 046 345 A1 ist ein Gruppengetriebe mit einem Doppel-H-Schaltbild bekannt, bei dem eine Bereichsgruppe über eine Wählbewegung zwischen den beiden H-Schaltbildern automatisch umgeschaltet wird.
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Bei diesen Getrieben ist entweder nur eine der Getriebegruppen mit einem Handschaltsystem schaltbar, oder es ist eine relativ aufwendige Sensorik zum Schalten zwischen den Gruppen notwendig, oder es sind zusätzliche separate Schalteinrichtungen erforderlich, oder ihre Bedienung ist relativ unkomfortabel.
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Schließlich sind noch Gruppengetriebe bekannt, die mit einem in einer Schaltkulisse geführten Schalthebel betätigt werden, wobei die Schaltkulisse jedoch nicht als H-Schaltbild ausgebildet ist. Die
DE 928 214 B zeigt ein Gruppengetriebe mit einem Z-förmigen oder zickzackförmigen Schaltbild. Die
DE 199 62 390 A1 zeigt ein Gruppengetriebe mit X-förmigen Schaltgassen für eine Hauptgruppe und Quergassen für eine Splitgruppe. Solche Schaltbilder erscheinen jedoch eher unlogisch und sind daher für den Fahrer intuitiv schwierig zu erfassen und dadurch anfällig für Fehlbedienungen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Handschaltsystem mit einem H-Schaltbild für ein Gruppengetriebe vorzuschlagen, das eine freie Gangwahl ermöglicht und funktionssicher sowie bedienungsfreundlich ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Gruppengetriebe mit einer Schaltlogik, bei der in jedem Gang zwei Gangschaltvorrichtungen geschaltet sind, unter der Voraussetzung, dass in jeder Schaltgasse mit zwei gegenüberliegenden Gängen eine Gangschaltvorrichtung in beiden beteiligten Gängen geschaltet ist, mit Hilfe eines H-Schaltbildes sichergestellt werden kann, dass die Gangschaltvorrichtungen nacheinander betätigt werden. Insbesondere soll die Schaltung der Gangschaltvorrichtung, die in beiden beteiligten Gängen geschaltet ist, abgeschlossen sein, bevor die zweite Gangschaltvorrichtung betätigt wird.
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Demnach geht die Erfindung aus von einem Handschaltsystem für ein Gruppengetriebe, wobei das Gruppengetriebe zumindest eine Splitgruppe und eine Hauptgruppe, eine Getriebeeingangswelle, eine Getriebeausgangswelle, mindestens eine Vorgelegewelle und mehrere in Radsatzebenen angeordnete Übersetzungen sowie den Übersetzungen zugeordnete Gangschaltvorrichtungen zum Schalten von Gängen aufweist, mit einer Schaltkulisse mit einer Wählgasse und mehreren Schaltgassen zur Führung eines Schalthebels in einem logischen H-Schaltbild, wobei in den Gängen jeweils mindestens zwei Gangschaltvorrichtungen geschaltet sind, wobei in den Schaltgassen mit zwei gegenüber liegenden Gängen jeweils eine der Gangschaltvorrichtungen in beiden Gängen geschaltet ist. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die in beiden Gängen einer Schaltgasse geschaltete Gangschaltvorrichtung bei einer Wählbewegung des Schalthebels in der Wählgasse zum Anwählen der Schaltgasse geschaltet wird.
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Über das Handschaltsystem kann eine Gangschaltvorrichtung, die an beiden Gängen einer Schaltgasse beteiligt ist, bereits beim Wählen der Gasse in Wählrichtung geschaltet werden. Die andere Gangschaltvorrichtung wird dann betätigt, wenn der Schalthebel in Schaltrichtung bewegt wird. Damit ist schon allein durch das H-Schaltbild ohne weitere Steuerungsmaßnahmen sichergestellt, dass nur jeweils eine Gangschaltvorrichtung zu einem Zeitpunkt betätigt wird, und dass diese Schaltung abgeschlossen ist, bevor die zweite Gangschaltvorrichtung betätigt wird. Fehlfunktionen oder Beeinträchtigungen des Schaltkomforts aufgrund von gegenläufigen Einflüssen beim Schalten der Gangschaltvorrichtungen, wie ein Ratschen von Synchronelementen, können dadurch einfach und kostengünstig vermieden werden. Außerdem ist der Fahrer durch die jeweilige Stellung des Schalthebels jederzeit über den aktuell aktiven Gang informiert.
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Durch das Schaltsystem gemäß der Erfindung ergibt sich als ein weiterer Vorteil, dass bei Schaltungen in einer Gasse jeweils nur eine Gangschaltvorrichtung betätigt werden muss, wodurch sich der Steuerungs- und Betätigungsaufwand verringert. Grundsätzlich ist das Handschaltsystem auch für eine Schaltlogik geeignet, bei der jeweils mehr als zwei Schaltkupplungen in einem Gang geschaltet sind, wobei wiederum eine der Kupplungen in beiden Gängen einer Schaltgasse geschaltet ist. Allerdings sind dann in den Schaltgassen bei der Schalthebelbewegung in Schaltrichtung entsprechend mehrere Gangschaltvorrichtungen zu betätigen.
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Das Handschaltsystem kann beispielsweise für ein Gruppengetriebe mit fünf Übersetzungen und sechs Gangschaltvorrichtungen ausgebildet sein, mit denen sechs Vorwärtsgange und wenigstens ein Rückwärtsgang darstellbar sind. Die Gangschaltvorrichtungen können vorteilhaft in doppelseitig betätigbaren Schaltpaketen mit jeweils zwei Gangschaltvorrichtungen angeordnet sein, und als Synchronisierungen oder Klauenkupplungen ausgebildet sein.
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Das Getriebe kann eine teilprogressive Gangstufung aufweisen. Bei einer solchen Gangstufung, bei der die aufeinanderfolgenden Gangsprünge im Gegensatz zu einer geometrischen Gangstufung mit tendenziell kleiner werdenden Sprüngen variieren, wodurch die Differenz der Höchstgeschwindigkeiten zwischen den Gängen annähernd konstant ist, werden vergleichsweise weniger Gänge benötigt, um eine bestimmte Gesamtspreizung des Getriebes darzustellen. insgesamt kann dadurch ein kurzes und effizientes Gruppengetriebe mit einer relativ großen Spreizung mit einem herkömmlichen 6-Gang-H-Schaltbild einfach und sicher betätigt werden.
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In einer solchen H-Schaltkulisse können erfindungsgemäß mehrere der Gangschaltvorrichtungen oder Schaltpakete sowohl in der Wählgasse als auch in einer oder mehreren der Schaltgassen schaltbar sein. Demnach werden bestimmte Gangschaltvorrichtungen oder bestimmte Schaltpakete zum einen in Wählrichtung bei der Wahl einer bestimmten Gasse und zum anderen in Schaltrichtung bei der Wahl bestimmter Gänge anderen Gassen geschaltet.
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Das Handschaltsystem ist auf automatisierte Gruppengetriebe besonders einfach übertragbar. Insbesondere kann das Handschaltsystem an eine Shift-by-wire-Schaltung angeschlossen sein, bei der alle Schalthebelbewegungen elektronisch erfasst und über ein Signal mittels einer Datenleitung, beispielsweise eines Datenbus, an eine Getriebesteuerung weitergegeben werden, die zugeordnete Aktuatoren ansteuert. Dadurch kann auf eine mechanische oder hydraulische Kopplung des Handschaltsystems an das Getriebe gänzlich verzichtet werden. Moderne Shift-by-wire Schaltungen bieten ein hohes Maß an Funktionssicherheit und Bedienkomfort. Über eine solche Shift-by-wire Schaltung können individuelle Schaltbilder dank einer variablen Führung des Schalthebels dargestellt werden. Dadurch ist ein H-Schaltbild, bei dem in der Wählgasse und in den Schaltgassen Schaltungen der einzelnen Gangschaltvorrichtungen ausgelöst werden, relativ einfach und kostengünstig in einem Gruppengetriebe umsetzbar.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Getriebestruktur eines Gruppengetriebes,
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2 eine Schaltlogik des Getriebes, und
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3 ein Schaltbild des Getriebes mit Kennzeichnung geschalteter Gangschaltvorrichtungen.
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Demnach umfasst eine Getriebestruktur eines Gruppengetriebes 1 gemäß 1 eine Getriebeeingangswelle 4, die über eine Anfahrkupplung 3 mit der Antriebswelle eines Verbrennungsmotors 2 verbindbar ist, eine axial hinter der Getriebeeingangswelle 4 angeordnete Getriebeausgangswelle 5, sowie eine achsparallel dazu angeordnete Vorgelegewelle 6. Insgesamt sind fünf in Radsatzebenen angeordnete Übersetzungen i1 bis i5 vorgesehen. Diese sind durch Zahnradpaare z11/z12, z21/z22, z32/z32, z41/z42, z51/z52 mit auf der Getriebeeingangswelle 4 oder der Getriebeausgangswelle 5 drehbar und mit diesen Wellen 4, 5 durch als Synchronisierungen ausgebildete Gangschaltvorrichtungen A bis F drehfest verbindbar gelagerten Losrädern z11, z21, z31, z41, z51 und mit auf der Vorgelegewelle 6 drehfest angeordneten Festrädern z12, z22, z32, z42, z52 gebildet. Auf der Getriebeeingangswelle 4 und der Getriebeausgangswelle 5 sind demnach nur Losräder und auf der Vorgelegewelle 6 nur Festräder angeordnet. Die ersten beiden Übersetzungen i1, i2 bilden eine Splitgruppe GV. Die zweite Übersetzung i2 und die drei weiteren Übersetzungen i3, i4, i5, bilden eine Hauptgruppe HG. Der zweite Radsatz i2 ist demnach beiden Getriebegruppen GV, HG zugeordnet.
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Die erste Übersetzung i1 umfasst ein Losrad z11, welches auf der Getriebeeingangswelle 4 drehbar gelagert ist und über eine erste Synchronisierung A drehfest mit dieser Welle 4 verbindbar ist, sowie ein mit dem Losrad z11 kämmendes Festrad z12, welches drehfest mit der Vorgelegewelle 6 verbunden ist. Die zweite Übersetzung i2 umfasst ein. Losrad z21, welches auf der Getriebeausgangswelle 5 drehbar gelagert ist und ein mit dem Losrad z21 kämmendes Festrad z22, welches drehfest mit der Vorgelegewelle 6 verbunden ist. Das Losrad z21 der zweiten Übersetzung i2 ist wahlweise mittels einer zweiten Synchronisierung B drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 oder mittels einer dritten Synchronisierung C drehfest mit der Getriebeausgangswelle 5 verbindbar. Die erste und die zweite Synchronisierung A, B sind als ein erstes doppelseitig betätigbares Synchronschaltpaket S1 ausgebildet und in einer Synchronebene A–B zwischen den ersten beiden Radsatzebenen bzw. Übersetzungen i1, i2 angeordnet.
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Die dritte Übersetzung i3 umfasst ein Losrad z31, welches auf der Getriebeausgangswelle 5 drehbar gelagert ist und über eine vierte Synchronisierung D drehfest mit dieser Welle 5 verbindbar ist, sowie ein mit dem Losrad z31 kämmendes Festrad z32, welches drehfest mit der Vorgelegewelle 6 verbunden ist. Die dritte und die vierte Synchronisierung C, D sind als ein zweites doppelseitig betätigbares Synchronschaltpaket S2 ausgebildet und in einer Synchronebene C–D zwischen der zweiten und der dritten Übersetzung i2, i3 angeordnet.
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Die vierte Übersetzung i4 umfasst ein Losrad z41, welches mittels einer fünften Synchronisierung E mit der Getriebeausgangswelle 5 drehfest verbindbar ist und im Eingriff mit einem zugeordneten Festrad z42 auf der Vorgelegewelle 6 steht. Die fünfte Übersetzung i5 ist als ein Wenderadsatz für eine Rückwärtsübersetzung ausgebildet. Sie umfasst ein Losrad z51, welches mittels einer sechsten Synchronisierung F mit der Getriebeausgangswelle 5 drehfest verbindbar ist, ein Festrad z52 auf der Vorgelegewelle 6, sowie ein nicht dargestelltes drehbar gelagertes Zwischenrad zur Drehrichtungsumkehr. Die fünfte und die sechste Synchronisierung E, F sind als ein drittes doppelseitig betätigbares Synchronschaltpaket S3 ausgebildet und in einer Synchronebene E–F zwischen der vierten und der fünften Übersetzung i4, i5 angeordnet.
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Zwischen der dritten und der vierten Übersetzung i3, i4 ist keine Synchronisierung angeordnet, so dass der freibleibende Zwischenraum beispielsweise für ein Stützlager für die Wellen 5, 6 genutzt werden kann.
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Die Getriebestruktur 1 ermöglicht eine Schaltlogik nach 2. Demnach sind mit den fünf Übersetzungen i1 bis i5 sechs Vorwärtsgänge G1 bis G6 und zwei Rückwärtsgänge R möglich. Von den Rückwärtsgängen ist jedoch nur einer dargestellt. In jedem Gang G1 bis G6 und R sind zwei der Synchronisierungen A bis F geschaltet.
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3 zeigt ein H-Schaltbild 7 eines erfindungsgemäßen Handschaltsystems. Die zu schaltenden Synchronisierungen A bis F sind markiert. Ein nicht dargestellter Schalthebel ist in einer Schaltkulisse 8 geführt. Das Schaltbild 7 der Schaltkulisse 8 weist vier Schaltgassen 9a, 9b, 9c, 9d auf, die durch eine Wählgasse 10 miteinander verbunden sind. In den drei Schaltgassen 9b bis 9d liegen sich jeweils zwei Vorwärtsgänge G1 und G2, G3 und G4, G5 und G6 in einer logischen Anordnung gegenüber. Die erste Schaltgasse 9a ist für den Rückwärtsgang R vorgesehen.
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Nach der vorgegebenen Schaltlogik ist jeweils eine der vier Synchronisierungen A bis E bei den innerhalb einer der drei Schaltgassen 9b bis 9d wählbaren aufeinanderfolgenden Gängen G1–G2, G3–G4, G5–G6 in beiden Gängen geschaltet. Diese Synchronisierung A, B oder E wird bei der Wahl der Schaltgasse 9b, 9c, 9d in der Wählgasse 10, also in Wählrichtung geschaltet. Die zweite Synchronisierung A, B, C, D wird jeweils bei der Schaltung des Ganges G1, G2, G3, G4, G5, G6 in der Schaltgasse 9b, 9c, 9d, also in Schaltrichtung geschaltet. Wenn die zweite Synchronisierung A, B, C, D geschaltet wird, ist die Schaltung der ersten Synchronisierung A, B, E bereits abgeschlossen. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, werden in Wählrichtung zwei Schaltpakete S1, S3 bzw. Synchronisierungspaare A/B, E/F betätigt. Das erste Schaltpaket S1 bzw. Synchronisierungspaar A/B wird auch in Schaltrichtung betätigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gruppengetriebe
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Anfahrkupplung
- 4
- Getriebeeingangswelle
- 5
- Getriebeausgangswelle
- 6
- Vorgelegewelle
- 7
- Schaltbild
- 8
- Schaltkulisse
- 9a bis 9d
- Schaltgasse
- 10
- Wählgasse
- A bis F
- Gangschaltvorrichtung
- G1 bis G6
- Gang
- GV
- Splitgruppe
- HG
- Hauptgruppe
- R
- Rückwärtsgang
- S1 bis S3
- Schaltpaket
- i1 bis i5
- Übersetzung
- z11 bis z51
- Zahnrad
- z12 bis z52
- Zahnrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10137356 A1 [0005]
- EP 1521928 B1 [0006]
- WO 2008/145467 A1 [0009]
- DE 102009046345 A1 [0010]
- DE 928214 B [0012]
- DE 19962390 A1 [0012]
