DE19754726B4

DE19754726B4 - Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge

Info

Publication number: DE19754726B4
Application number: DE19754726A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jörg DOMIAN; Jürgen WAFZIG
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: US6012345A; DE19754726A1

Abstract

Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge, das ein Hauptgetriebe (H) und eine diesem nachgeschaltete Kombination aus Split-Getriebe (S) und Range-Getriebe (R) aufweist, wobei die Umschaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Kupplungsstellung (1) in die Neutralstellung (0) zeitlich derart erfolgt, dass zuerst das Hauptgetriebe (H), danach das Split-Getriebe (S) und anschliessend das Range-Getriebe (R) geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umschaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Neutralstellung (0) in die Kupplungsstellung (1) zeitlich zuerst das Range-Getriebe (R), danach das Split-Getriebe (S) und anschliessend das Hauptgetriebe (H) geschaltet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge, das ein Hauptgetriebe und eine diesem nachgeschaltete Kombination aus Split-Getriebe und Range-Getriebe aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vielgänge Wechselgetriebe, insbesondere solche mit grosser Spreizung, ermöglichen bei Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschinen einerseits günstige Fahrleistungen und andererseits einen ökonomischen Kraftstoffverbrauch, da für jeden Betriebszustand des Fahrzeugs ein günstiger Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine gewählt werden kann. Bei Personenkraftwagen werden Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbauweise mit vier bis fünf Gängen verwendet und bei Nutzfahrzeugen werden Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbauweise mit bis zu achtzehn Gängen verwendet.

Ein Zahnradwechselgetriebe in Planetenbauweise, mit einem vielgängigen Grundgetriebe und mit einem zweigängigen Gruppengetriebe, das als Split-Getriebe ausgebildet ist und im Verlauf der Gangfolge einmal geschaltet wird, ist aus der EP 214 989 B2 bekannt. Mit diesem Getriebe können fünf Vorwärtsgänge geschaltet werden, wobei die Schaltung des Getriebes relativ einfach ist, da immer nur entweder Schaltelemente im Grundgetriebe oder im Gruppengetriebe betätigt werden müssen.

Aus der DE 42 34 572 A1 der Anmelderin ist ein Zahnradwechselgetriebe in Gruppenbauweise bekannt, bei dem die Gangsprünge zwischen den unteren Gängen grösser sind als zwischen den oberen Gängen und das, in Verbindung mit den unteren bzw. oberen Gängen, als Splitgruppengetriebe arbeitet, während es in Verbindung mit den mittleren Gängen als Bereichsgruppengetriebe arbeitet. Dabei ist im mittleren Gangbereich eine Gruppenschaltung erforderlich, die mit einer Schaltung im Grundgetriebe zusammenfällt, so dass eine eigene elektronische Ansteuerung erforderlich ist. Gemäss einem besonderen Ausführungsbeispiel ist das Getriebe in Planetenbauweise mit Rädersätzen für ein Sechs-Gang- bzw. Acht-Gang-Getriebe ausgebildet.

Die DE 31 33 067 A1 der Anmelderin beschreibt ein Zahnräderwechselgetriebe, das aus einem mehrgängigen Hauptgetriebe und einer diesem vorgeschalteten Splitgruppe mit zwei Antriebszahnräder besteht, von denen das eine mit der Antriebswelle des Getriebes und das andere wahlweise auch mit der Hauptwelle des Getriebes verbindbar ist. Die Splitgruppe bildet dabei einen festen Bestandteil des Hauptgetriebes, wobei diese überbrückt werden kann, so dass die Gänge des Hauptgetriebes durch wechselweises Einlegen einer Doppelkupplung und weiterer Schaltkupplungen auf der Hauptwelle direkt durch die Antriebswelle geschaltet werden können.

Ein Zahnradwechselgetriebe, das ein antriebsseitig angeordnetes Hauptgetriebe, ein Bereichsgruppengetriebe und ein antriebsseitig angeordnetes Wendegetriebe aufweist und mit dem zwölf Vorwärtsgänge schaltbar sind, ist aus der DE 36 19 329 A1 der Anmelderin bekannt. Dieses Zahnradwechselgetriebe eignet sich insbesondere für Nutzfahrzeuge, d. h. Ackerschlepper, da hierbei unter Last von Gang zu Gang ge schaltet werden kann, so dass auch während eines Gangwechsels ununterbrochen Leistung von der Antriebswelle zur Abtriebswelle übertragen wird. Dieses Zahnradwechselgetriebe eignet sich besonders gut für Ackerschlepper, der in seinem Haupt-Fahrgeschwindigkeitsbereich (mittlere Fahrgeschwindigkeiten) einen hohen Leistungs-Nutzungsgrad haben soll (der als das Verhältnis der Ist-Leistung zur Höchstleistung definiert ist) und/oder einen hohen Arbeits-Wirkungsgrad haben soll (der als das Verhältnis der Nutzarbeit zum Brennstoffverbrauch definiert ist), während der Nutzungsgrad und der Wirkungsgrad bei niedrigen und hohen Fahrgeschwindigkeiten weniger von Bedeutung sind.

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

In der DE 40 20 558 A1 der Anmelderin ist ein vielstufiges Zahnräderwechselgetriebe beschrieben, bei dem zwischen einer Eingangsgruppe und einer Hauptgruppe ein Zwischengetriebe angeordnet ist; dieses insbesondere für Traktoren und bestimmte Baufahrzeuge geeignete Zahnradwechselgetriebe weist einen grossen Übersetzungsbereich mit vielen Übersetzungsstufen auf, die eine optimale Nutzung der angebotenen Motorzugkräfte bei allen vorkommenden Fahrgeschwindigkeiten ermöglichen. Bei einer besonderen Ausgestaltung des Zwischengetriebes dient dieses als einfacher Schnellgang, d. h. als Overdrive mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis, so dass hierbei hohe Geschwindigkeiten erreicht werden können, ohne niedrige Geschwindigkeiten für Arbeitszwecke aufgeben zu müssen.

In den letzten Jahren hat die Bedeutung der Kriterien Schaltkomfort, der eine Funktion der aufzubringenden Schaltkraft und damit der Schaltwege ist, sowie Geräuschentwicklung, z. B. durch sogenanntes Leerlaufrasseln, im Zusammenhang mit manuell zu schaltenden Vielganggetrieben für Lastkraftwagen deutlich zugenommen, die zunehmend kaufentscheidend werden. Die Eigenschafen eines Zahnradwechselgetriebes im Hinblick auf diese Kriterien werden massgeblich durch den Aufbau des Getriebes, d. h. durch die Anordnung der Räder, Wellen und Schaltelemente bestimmt.

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

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Wechseln der Gänges eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeugen zu schaffen, mit dem ein erhöhter Schaltkomfort und ein niedrigeres Geräuschniveau erzielt werden.

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

Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich insbesondere für ein Zahnradwechselgetriebe mit sechzehn Vorwärts- und zwei Rückwärtsgängen, welches ein mehrgängiges Hauptgetriebe mit einer nachgeschalteten Kombination aus Split- und Range-Getriebe aufweist. Das Schaltschema, das dem erfindungsgemässen Verfahren zugrunde liegt, lässt sowohl eine Direktgang-, als auch eine Overdrive-Version zu.

Das W-Gang-Hauptgetriebe wird manuell ohne Schaltkraftunterstützung geschaltet, während das Schalten in den nachgeordneten Split- und Range-Getrieben mit Schaltunterstützung erfolgt.

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

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

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 den herkömmlichen Schaltablauf eines Zahnradwechselgetriebes, bestehend aus Hauptgetriebe, Split- und Range-Getriebe,
2 den erfindungsgemässen Schaltablauf eines Zahnradwechselgetriebes, bestehend aus Hauptgetriebe mit einer nachgeschalteten Kombination aus Split- und Range-Getriebe,
3a das Getriebeschema des Zahnradwechselgetriebes,
3b die zugehörige Schaltkulisse,
3c eine tabellarische Darstellung der Einzelübersetzungsreihe,
3d eine Tabelle für Schaltlogik und Gesamtübersetzungen für die Direktgangversion und
4a bis 4d die gleichen Darstellungen wie in den 3a bis 3d für die Overdrive-Version.
1 zeigt den Schaltablauf bei herkömmlichen Zahnradwechselgetrieben, welche ein Hauptgetriebe, ein Split-Getriebe und ein Range-Getriebe aufweisen, wobei die zeitliche Reihenfolge des Umschaltens von der Kupplungstellung 1 in die Neutralstellung 0 derart erfolgt, dass zuerst das Hauptgetriebe H, zeitlich danach das Split-Getriebe S und schliesslich das Range-Getriebe R geschaltet werden, wohingegen beim Umschalten von der Neutralstellung 0 in die Kupplungsstellung 1 zuerst das Split-Getriebe S, danach das Range-Getriebe R und schliesslich das Hauptgetriebe H geschaltet werden.
Bei diesem Schaltablauf eines Zahnradwechselgetriebes mit Split- und Range-Getriebe werden hohe Synchronkräfte und damit eine grosse Synchronarbeit benötigt, mit entsprechender Synchronisierung für das Range-Getriebe und entsprechendem Achsabstand.
Durch den erfindungsgemässen Schaltablauf, wie er in 2 dargestellt ist, können die auftretenden Synchronkräfte in optimaler Weise auf die Synchronisierungen für das Split- und Range-Getriebe verteilt werden, so dass nunmehr andere Bauteile, wie Lager bzw. Zahnräder im Getriebegehäuse bestimmend sind. Die Betätigungseinrichtungen, insbesondere die Pneumatikzylinder zum Schalten sowie die die Leistung bereitstellende Versorgung können kleiner dimensioniert werden, so dass eine Kosten- und Gewichtsersparnis sowie ein höherer Wirkungsgrad des Getriebes, verbunden mit erhöhtem Schaltkomfort und niedrigerem Leerlaufgeräusch, erreicht werden.
Der erfindungsgemässe Schaltablauf sieht vor, dass beim Umschalten von der Neutralstellung 0 in die Kupplungsstellung 1 in zeitlicher Reihenfolge zuerst das Range-Getriebe R, danach das Split-Getriebe S und schliesslich das Hauptgetriebe H geschaltet werden.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wie es in den 3 für die Direktgang-Version und in 4 für die Overdrive-Version schematisch dargestellt ist, sind die Schaltelemente A, B, C, D des Hauptgetriebes gemäss 3a direkt auf der Antriebswelle 1 angeordnet, die mit der Ausgangswelle des nicht dargestellten Fahrzeugmotors über die Kupplung K verbindbar ist. Die zu synchronisierenden Drehmassen sind somit verhältnismässig niedrig; ausserdem liegt zwischen Schaltelement und zu synchronisierender Drehmasse keine Übersetzungsstufe, die sich massensteigernd auswirken könnte. Dadurch sind niedrige Schaltkräfte und kurze Schaltwege möglich.
Im Getriebezustand „Leerlauf" kann das Split-Getriebe S und das Range-Getriebe R geschaltet sein, während das Hauptgetriebe H völlig offen ist. Hierdurch kann keine Drehungleichförmigkeit des Motors in das Getriebe eingeleitet werden, wodurch ein Leerlaufrasseln vermieden wird.
Mit dem in 2 dargestellten Schaltablauf können also die auf die Schaltelemente wirkenden Belastungen und damit die Schaltzeit bei der Umschaltung des Range-Getriebes R erheblich verringert werden.
In 3a sind ferner mit E und F die Schaltelemente des Split-Getriebes, mit G und H die Schaltelemente des Range-Getriebes, mit 2 ist die Eingangswelle der Kombination aus Split-Getriebe und Range-Getriebe und mit 3 deren Ausgangswelle bezeichnet; mit 4 und 5 sind zwei parallel Nebenwellen bezeichnet und mit 11 bis 17 Zahnräder. Mit dieser Getriebeanordnung lassen sich 4 × 2 × 2 = 16 Vorwärtsgänge schalten, wobei die Schaltkulisse in 3b schematisch dargestellt ist, während in 3c die Einzelübersetzungsreihe für i11 bis i18 angegeben ist und in 3d tabellarisch die Schaltlogik/Gesamtübersetzungen; in der linken Spalte sind die Gänge 1L, 1H bis 8L, 8H und die beiden Rückwärtsgänge RL und RH dargestellt, während in der obersten Reihe die Schaltelemente dargestellt sind; deren eingeschalteter Zustand ist durch die Sterne dargestellt; in der rechten Spalte sind die Übersetzungsverhältnisse u dargestellt.
3a bis 3d beziehen sich auf die Direktgang-Version, während sich die 4a bis 4d, in denen ebenfalls das Zahnradwechselgetriebe für sechzehn Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge schematisch dargestellt ist, auf die Overdrive-Version bezieht. Der Unterschied zur Direktgangversion besteht darin, daß eine Übersetzung einen anderen Wert aufweist, z. B. die Übersetzung der Stirnradstufe 15 (i15).

Claims

Verfahren zum Wechseln der Gänge eines vielgängigen manuell geschalteten Zahnradwechselgetriebes für Nutzfahrzeuge, das ein Hauptgetriebe (H) und eine diesem nachgeschaltete Kombination aus Split-Getriebe (S) und Range-Getriebe (R) aufweist, wobei die Umschaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Kupplungsstellung (1) in die Neutralstellung (0) zeitlich derart erfolgt, dass zuerst das Hauptgetriebe (H), danach das Split-Getriebe (S) und anschliessend das Range-Getriebe (R) geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umschaltung der einzelnen Getriebe (H, S, R) von der Neutralstellung (0) in die Kupplungsstellung (1) zeitlich zuerst das Range-Getriebe (R), danach das Split-Getriebe (S) und anschliessend das Hauptgetriebe (H) geschaltet werden.
Zahnradwechselgetriebe mit einem vielgängigen Hauptgetriebe, einem Split-Getriebe und einem Range-Getriebe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Range-Getriebe (R) vor dem Split-Getriebe (S) und dieses vor dem Hauptgetriebe (H) schaltbar ist.
Zahnradwechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem vielgängigen Hauptgetriebe (H) in Kraftflussrichtung eine Kombination aus Split-Getriebe (S) und Range- Getriebe (R) nachgeschaltet ist.
Zahnradwechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (A, B, C, D) des Hauptgetriebes (H) direkt auf der Antriebswelle angeordnet sind.