Mehrqruppenqetriebe eines Kraftfahrzeuges

Die Erfindung betrifft ein Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Betreiben desselben gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 1.

Mehrgruppengetriebe bestehen aus zwei oder mehr meist seriell angeordneten Getrieben, durch deren Kombination eine hohe Gangzahl realisierbar ist. Zunehmend werden sie als automatisierte Schaltgetriebe, beispielsweise bestehend aus einer Eingangsgruppe, einer Hauptgruppe und einer Nach- schaltgruppe, konzipiert. Derartige Getriebe finden insbesondere in Nutzkraftfahrzeugen 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. Dadurch entstehen Einschränkungen bezüglich der Fahrleistung aufgrund eines Geschwindigkeitsverlustes sowie gegebenenfalls ein erhöhter Kraftstoffverbrauch. Während sich die Zugkraftunterbrechungen bei Personenkraftfahrzeugen durch Einbußen in der Fahrdynamik in der Regel

eher nur störend auswirken, beispielsweise bei einer sportlich orientierten Fahrweise, kann sich bei schweren Nutzfahrzeugen an Steigungen die Fahrgeschwindigkeit derart verzögern, dass ein Hochschalten in einen an sich gewünschten Zielgang unmöglich wird und es zu unerwünschten Rückschaltvorgängen, Kriechfahrten oder sogar zu zusätzlichen Anfahrvorgängen kommt.

Zur Abhilfe sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden, die diese Zugkraftunterbrechungen reduzieren oder ganz vermeiden. Aus der DE 10 2006 024 370 A1 der Anmelderin ist ein solches automatisiertes Mehrgruppengetriebe mit einer Splittergruppe als Eingangsgetriebe, einem Hauptgetriebe und einer Bereichsgruppe als Ausgangs- oder Nachschaltgetriebe bekannt. Die Bauweise des bekannten Mehrgruppengetriebes mit dem Eingangsgetriebe und dem 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, während die Anfahrkupplung eingekuppelt bleibt. 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 Lastschaltkupplung kann zwischen dem Eingangsgetriebe und dem Hauptgetriebe oder zwischen der Anfahrkupplung und dem Eingangsgetriebe angeordnet sein. Die Anfahrkupplung und die Lastschaltkupplung sind jedenfalls separat ausgebildet und angeordnet sowie über jeweils eine zugehörige Stelleinrichtung zu betätigen. Mögliche Zugkraftunterbrechungen durch ein Umschalten des Bereichsgetriebes zwischen einem oberen und einem unteren

Gangbereich, beispielsweise ein Umschalten zwischen den Gangbereichen „1 bis 8" und „9 bis16", werden darin nicht betrachtet.

Ein weiteres Mehrgruppengetriebe ist aus der DE 10 2005 046 894 A1 der Anmelderin bekannt. Dieses Getriebe umfasst ein Hauptgetriebe und eine nachgeschaltete Bereichsgruppe. Ein Antriebsmotor ist über eine Anfahr- oder Motorkupplung mit dem motorseitigen Ende einer Getriebeeingangswelle verbindbar. Die Getriebeeingangswelle ist wiederum mit einer Abtriebswelle des Getriebes über eine Lastschaltkupplung, die innerhalb der Bereichsgruppe angeordnet ist, wirkverbindbar. Dabei ist das andere Ende der Getriebeeingangswelle mit einer Eingangsseite der Lastschaltkupplung verbunden, und eine Ausgangswelle des Hauptgetriebes ist mit einer Ausgangsseite der Lastschaltkupplung verbunden. Die Bereichsgruppe ist in Planetenbauweise ausgebildet, wobei die Abtriebswelle mit einem Planetenträger verbunden ist und die Ausgangsseite der Lastschaltkupplung über ein Sonnenrad und einen von dem Planetenträger getragenen Planetenradsatz mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Dadurch kann bei einem Schaltvorgang des Hauptgetriebes eine Zugkraftunterbrechung vermieden werden. Um auch bei einer Bereichsschaltung der Bereichsgruppe eine Zugkraftunterbrechung zu vermeiden, kann die Ausgangsseite der Lastschaltkupplung auch direkt mit dem Planetenträger und damit mit der Abtriebswelle verbunden sein. Dadurch sind auch Schaltvorgänge, die eine Bereichsschaltung beinhalten, zugkraftunterstützt. Auch bei diesem Mehrgruppengetriebe sind die Anfahrkupplung und die Lastschaltkupplung separat ausgebildet und angeordnet.

Weiterhin ist aus der DE 10 2004 002 283 A1 der Anmelderin eine Antriebsvorrichtung mit einem Schaltgetriebe bekannt, bei der zwischen einem Antriebsmotor und einer Anfahrkupplung eine Schaltbremskupplung angeordnet ist. Die Schaltbremskupplung ist über eine Nebenwelle und einen Zahnradsatz mit einem Getriebeabtrieb wirkverbindbar. Bei einem Gangwechsel wird die Schaltbremskupplung eingerückt während die Anfahrkupplung öffnet, wo-

durch sich ein über die Schaltbremskupplung übertragenes Moment am Getriebeausgang abstützt und das Antriebsmoment des Antriebsmotors reduziert wird. über die Momentabstützung am Getriebeausgang wird somit der Zugkrafteinbruch reduziert. Bei einem Hochschaltvorgang lässt sich gleichzeitig die Motordrehzahl um die sich aus dem Gangwechsel ergebende Drehzahldifferenz reduzieren, wodurch sich die Schaltpause bis zum Abschluss des Gangwechsels und somit der Zugkrafteinbruch auch zeitlich verkürzen lässt. Das Schaltgetriebe kann sowohl ein herkömmliches manuelles oder automatisiertes Stufengetriebe als auch ein Grundgetriebe mit einer Nachschaltgruppe sein. Für die Schaltbremskupplung sowie die Nebenwelle und die Zahnradverbindung zum Getriebeabtrieb ist ein entsprechender zusätzlicher Konstruktionsund Kostenaufwand erforderlich. Außerdem muss ein ausreichender Einbauraum zur Unterbringung der Schaltbremskupplung und insbesondere der Nebenwelle sowie des zusätzlichen Zahnradsatzes zur Verfügung stehen. Der Zugkrafteinbruch kann wirksam reduziert, jedoch kaum völlig vermieden werden, da die Anfahrkupplung beim Gangwechsel in jedem Fall geöffnet werden muss.

Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2006 060 285.4 der Anmelderin ist ein Verfahren zur Minimierung einer Zugkraftunterbrechung bei Hochschaltvorgängen eines automatisierten Schaltgetriebes bekannt. Eine Reduzierung der Gesamt-Zugkraftunterbrechung zwischen dem Zeitpunkt eines Vorliegens einer Hochschaltanforderung bis zum vollständigen Schließen der Anfahrkupplung nach Abschluss des Gangwechsels wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass der eigentliche Gangwechsel, d.h. öffnen der Anfahrkupplung, Auslegen des eingelegten Ursprungsgangs und Einlegen des Zielgangs, ohne eine Schaltpause zur Synchronisierung von Getriebe und Antriebsmotordrehzahl abzuwarten durchgeführt wird. Vielmehr wird nach dem schnellstmöglichen öffnen der Kupplung, Wechseln der übersetzung und Einlegen des Zielgangs die Anfahrkupplung derart in Schließrichtung angesteuert, dass sie einerseits zunächst schlupfend ein Moment zwischen dem Antriebs-

motor und einer Getriebeeingangswelle überträgt, möglichst ohne Beschleunigungsstöße zu verursachen, und andererseits das Motormoment beeinflusst. Dabei wird eine überdrehzahl des Antriebsmotors, die sich aus der Drehzahldifferenz der Gänge beim Hochschalten ergibt, teilweise in Antriebsleistung umgewandelt, wodurch sich bei Betrachtung des Gesamtschaltvorgangs die Zugkraftunterbrechung verringert. Durch eine vorhandene Getriebebremse kann die Getriebeeingangswelle zusätzlich frühzeitig, d.h. überschneidend mit dem öffnen der Anfahrkupplung und dem Auslegen des Ursprungsganges, abgebremst werden, wodurch sich die für den Gangwechsel erforderliche Zeit noch weiter verkürzen lässt. Auch bei diesem Verfahren wird die Anfahrkupplung zum Gangwechsel in jedem Fall geöffnet. Bei den bereits erwähnten Mehrgruppengetrieben ist, wie eingangs beschrieben, jedoch ein Gangwechsel auch ohne öffnen der Anfahrkupplung möglich, wodurch sich eine noch effektivere Zugkraftunterstützung bei einem entsprechenden Gangwechsel eines solchen Getriebes erreichen lässt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mehrgruppengetriebe, welches weitgehend Zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel ermöglicht, und ein Verfahren zu dessen Betrieb so weiterzuentwickeln, dass das Mehrgruppengetriebe möglichst einfach und kompakt bauend in der Konstruktion sowie möglichst einfach in der Steuerung und komfortabel sowie energiesparend im Betrieb ist.

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 ein Zwischengang zur Vermeidung von Zugkraftunterbrechungen beim Gangwechsel eines Mehrgruppengetriebes, mit einer gemeinsamen Kupplungseinrichtung, die einerseits als Anfahrelement dient und andererseits einen Direktgang schaltet, besonders

kompakt bauend und mit einem relativ geringen Steuerungsaufwand in den Antriebsstrang eines derart ausgestatteten Kraftfahrzeuges implementierbar ist.

Demnach geht die Erfindung aus von einem Mehrgruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges mit wenigstens zwei in einem Antriebsstrang angeordneten Getriebegruppen, bei dem Mittel zum Schalten eines Zwischengangs zur Verringerung oder Vermeidung von Zugkraftunterbrechungen bei Gangwechseln vorgesehen sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebeeingang eine zwei Kupplungen umfassende Doppelkupplungseinrichtung angeordnet ist, wobei die eine Kupplung als ein Anfahrelement zur Verbindung einer Antriebswelle des Antriebsmotors mit einer Getriebeeingangswelle und die andere Kupplung als ein Lastschaltelement zum Schalten eines Zwischengangs über eine Verbindung der Antriebswelle des Antriebsmotors mit einer die Getriebegruppen zumindest teilweise durchsetzenden Getriebehauptwelle ansteuerbar ist.

Die Bauweise der erfindungsgemäßen Doppelkupplungseinrichtung kann sich vorteilhaft an der kompakten Bauweise von Doppelkupplungen orientieren, wie sie sich bereits in automatisierten Doppelkupplungsgetrieben bewährt haben. Demnach kann die Doppelkupplungseinrichtung als eine Reibungskupplung mit eingangsseitigen und ausgangsseitigen korrespondierenden Reibpartnern, beispielsweise als nasse Lamellenkupplung, ausgebildet sein, wobei bei der erfindungsgemäßen Doppelkupplungseinrichtung ein mit der Antriebswelle des Antriebsmotors verbundenes äußeres Eingangsteil ein erstes, als Lastschaltelement dienendes inneres Ausgangsteil und ein zweites, als Anfahrelement dienendes inneres Ausgangteil, radial umgreift. Das zweite, dem Getriebeeingang zugewandte Ausgangsteil ist mit der Getriebeeingangswelle verbunden, die vorzugsweise als eine äußere Hohlwelle ausgebildet ist. Das erste, dem Antriebsmotor zugewandte Ausgangsteil ist mit der Getriebehauptwelle verbunden, die vorzugsweise als eine durch die Hohlwelle koaxial hindurch geführte innere Zentralwelle ausgebildet ist.

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft bei einem Mehrgruppengetriebe, insbesondere für Lkw, Busse oder Sonderfahrzeuge, anwendbar, bei dem drei Getriebegruppen mit automatisierter Getriebesteuerung im Kraftfluss hintereinander angeordnet sind, wobei die erste Getriebegruppe als ein zweigängiges Splittergetriebe, das mit der Getriebeeingangswelle koppelbar ist, die zweite Getriebegruppe als ein mehrgängiges, beispielsweise drei oder vier Gänge aufweisendes Hauptgetriebe, und die dritte Getriebegruppe als ein nachgeschaltetes zweigängiges Bereichsgetriebe ausgebildet ist. Dabei können das Splittergetriebe und das Hauptgetriebe in einer bauraum- und gewichtsparenden Vorgelegebauweise mit beispielsweise zwei Vorgelegewellen, und das nachgeschaltete Bereichsgetriebe in einer Planetenbauweise, mit beispielsweise einem inneren Sonnenrad, einem von einem Planetenträger geführten Planetenradsatz und einem äußeren Hohlrad, ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders bauraumsparend, da die Doppelkupplung die Funktion des Anfahrelementes und des Lastschaltelementes in einer Baugruppe vereint. Dies ermöglicht es weiterhin, dass beide Kupplungen über eine gemeinsame Stelleinrichtung mit einem Stellelement, mit Hilfe eines einzigen Aktuators verstellbar sind. Der Aktuator kann als ein elekt- romechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Stellantrieb ausgebildet und über ein Kupplungs-/ Getriebesteuergerät ansteuerbar sein.

Bei einer einfachen und energiesparenden Aktuatorik ist das Stellelement als eine auf der Getriebeeingangswelle definiert verschiebbare Schiebemuffe ausgebildet, die, je nach Position auf der Getriebeeingangswelle, eine Verstellung eines dem Anfahrelement zugehörigen federbeaufschlagten ersten Umlenkhebels und/oder eines dem Lastschaltelement zugehörigen federbeaufschlagten zweiten Umlenkhebels bewirkt, so dass wahlweise die eine oder die andere der beiden Kupplungen oder beide Kupplungen in eine Offenstellung oder eine Schließstellung bringbar sind.

Da das Lastschaltelement der Doppelkupplung die Antriebswelle direkt mit der durch das Getriebe geführten Getriebehauptwelle verbindet, entspricht der Zwischengang am Ausgang des Hauptgetriebes dem im Verhältnis i = 1 :1 übersetzten Direktgang. Falls kein Schnellgang mit einer übersetzung i < 1 vorgesehen ist, entspricht der Zwischengang somit gleichzeitig dem höchsten Gang des Getriebes, so dass alle Hochschaltvorgänge in Gänge mit einer übersetzung i > 1 mit dem Splittergetriebe und dem Hauptgetriebe zugkraftunterstützt durchgeführt werden können. Grundsätzlich sind dabei auch zugkraftunterstützte Gangwechsel mit Gangsprüngen über zwei oder mehr Gangstufen möglich.

Zusätzlich ist jedoch eine gegebenenfalls nachgeschaltete Bereichsgruppe zu betrachten. Den üblichen nachgeschalteten Bereichsgetrieben in Planetenbauweise ist beim Umschalten des Gangbereichs eine Zugkraftunterbrechung immanent. Bei einer erfindungsgemäßen Anordnung kann die Getriebehauptwelle einerseits mit den Schalteinrichtungen des Hauptgetriebes, beispielsweise Schaltklauen bei unsynchronisiertem Hauptgetriebe oder Schaltkupplungen, Schaltbremsen und Synchronisierungen bei synchronisiertem Hauptgetriebe, koppelbar sein, und andererseits mit ihrem ausgangsseiti- gen Ende mit dem Sonnenrad des nachgeschalteten Bereichsgetriebes direkt und mit einer Getriebeabtriebswelle am Ausgang des Bereichsgetriebes wirkverbunden sein.

Folglich sind in dieser Anordnung durch die Direktverbindung zwischen der Antriebswelle und der Getriebehauptwelle zwar Schaltvorgänge des Splittergetriebes und des Hauptgetriebes zugkraftunterstützt. Da aber lediglich eine Wirkverbindung zwischen der Getriebehauptwelle und der Getriebeabtriebswelle besteht, ist ein Umschalten des Bereichsgetriebes, bei dem beispielsweise zwischen einer Kopplung eines Hohlrades mit einem feststehenden Gehäuse und einer Kopplung des Hohlrades mit der mit einem Planetenträger verbunde-

nen Getriebeabtriebswelle gewechselt wird, nicht zugkraftunterstützt. Daher ist bei einem Gangwechsel, bei dem ein Schalten des Bereichsgetriebes vorgesehen ist, die Zugkraftunterstützung trotz Zwischengangschaltung kurzfristig gemindert.

Eine vorteilhafte Erweiterung der Zugkraftunterstützung auf das Bereichsgetriebe kann dadurch erreicht werden, dass der Zwischengang als ein Direktgang aller hintereinander angeordneten Getriebegruppen ausgebildet ist, wobei die Getriebehauptwelle erfindungsgemäß direkt mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung kann daher das Hauptgetriebe eine zusätzliche Ausgangswelle aufweisen, die mit den Schalteinrichtungen des Hauptgetriebes koppelbar und an ihrem aus- gangsseitigen Ende mit einem Sonnenrad eines nachgeschalteten Bereichsgetriebes verbunden ist, während die Getriebehauptwelle ohne Kopplung durch das Hauptgetriebe hindurchgeführt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Zugkrafterhaltung mittels Zwischengangschaltung auch bei Gangbereichsumschal- tungen des Bereichsgetriebes uneingeschränkt gegeben. Als eine weitere Ausführungsform ist grundsätzlich auch eine lastumschaltbare Ausbildung des Bereichsgetriebes möglich, d.h. ein Bereichsgetriebe, bei dem eine wechselnde Kopplung einzelner Komponenten des Planetengetriebes ohne Kraftflussunterbrechung realisierbar ist.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes gelöst. Demnach geht die Erfindung weiterhin aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges, mit wenigstens zwei in einem Antriebsstrang angeordneten Getriebegruppen, bei dem bei einem Gangwechsel zur Verringerung oder Vermeidung von Zugkraftunterbrechungen ein Zwischengang geschaltet wird. Die Erfindung sieht zur Lösung der gestellten Aufgabe zudem vor, dass zur Durchführung eines Gangwechsels eine zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebeeingang angeordnete Doppelkupplungseinrichtung, bei der die eine

Kupplung als ein Anfahrelement und die andere Kupplung als ein Lastschaltelement wirksam ist, derart angesteuert wird, dass das Lastschaltelement zumindest teilweise geschlossen wird, dass bei zumindest teilweise geschlossenem Lastschaltelement ein Direktgang als ein einer Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel entgegenwirkender Zwischengang geschaltet wird, dass in der Folge ein eingelegter Ursprungsgang zumindest annähernd lastfrei ausgelegt wird, dass die Drehzahl des Antriebsmotors bei zumindest teilweise geschlossenem Lastschaltelement auf eine Anschlussdrehzahl eines Zielganges synchronisiert wird, und dass bei Erreichen der Anschlussdrehzahl der Zielgang eingelegt sowie das Lastschaltelement wieder geöffnet wird.

Die Doppelkupplung ermöglicht somit einen Gangwechsel bei einem automatisierten Mehrgruppengetriebe, ohne dass das Anfahrelement zwangsläufig ausgekuppelt werden muss. Vielmehr stützt das Lastschaltelement vorzugsweise im Schlupfbetrieb das Motormoment des Antriebsmotors während einer Zughoch- oder Zugrückschaltung am Getriebeabtrieb ab, so dass das Hauptgetriebe und das Splittergetriebe des Mehrgruppengetriebes lastfrei und damit schaltbar werden, während die Motordrehzahl des Antriebsmotors dem vorgewählten Zielgang angepasst wird. Die Schaltelemente des Hauptgetriebes und des Splittergetriebes können, zur Herstellung der Zielübersetzung, bei Erreichen der Zielgangdrehzahl geschaltet, und dann das Lastschaltelement, d.h. die Zwischengangkupplung, wieder vollständig geöffnet werden. Einzelne Schritte des Gangwechsels können auch überschneidend durchgeführt werden.

Durch die Momentabstützung am Abtrieb über den Zwischengang wird der Geschwindigkeitsverlust des Fahrzeuges während einer Zugschaltung weitgehend verringert. Zudem verkürzt sich die Schaltzeit. Somit wird insgesamt die Fahrleistung gesteigert. Da der Antriebsstrang während des Gangwechsels durch den Zwischengang vorgespannt bleibt, reduzieren sich zudem Schwingungen. Außerdem werden Schaltschläge weitestgehend vermieden.

Dies erhöht den Fahrkomfort und wirkt sich verschleißmindernd auf die beanspruchten Komponenten im Antriebsstrang aus.

Da die Zugkraftunterstützung grundsätzlich bei allen Hochschaltvorgängen zur Verfügung steht, kann die Abbremsung zur Synchronisierung der rotierenden Massen beim Gangwechsel über den Zwischengang erfolgen. Eine gegebenenfalls vorgesehene Getriebebremse kann somit eingespart werden bzw. entfallen, was sich zusätzlich kostengünstig und bauraum- sowie gewichtsparend auswirkt. Da die Doppelkupplung mit einer relativ einfachen und energiesparenden Aktuatorik betätigbar ist, ist das erfindungsgemäße Mehrgruppengetriebe mit Zwischengangschaltung somit auch besonderes kostengünstig im Betrieb.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Getriebeschema eines Mehrgruppengetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer Doppelkupplungseinrichtung zum Schalten eines Zwischenganges,

Fig. 2 das Getriebeschema gemäß Fig. 1 mit einem zugehörigen Mo- mentenfluss bei geschaltetem Zwischengang,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform eines Mehrgruppengetriebes mit der Doppelkupplungseinrichtung zum Schalten eines Zwischenganges,

Fig. 4 in der linken Bildhälfte die Doppelkupplung in einem größeren Maßstab in einer ersten Schaltstellung in Neutralstellung, und in der rechten Bildhälfte in einem kleineren Maßstab das Getriebeschema von Fig. 3,

Fig. 5 in der linken Bildhälfte die Doppelkupplung in einer zweiten Schaltstellung im Fahrbetrieb in einem Fahrgang, und in der rechten Bildhälfte das Getriebeschema mit einem zugehörigen Momentenfluss,

Fig. 6 in der linken Bildhälfte die Doppelkupplung in einer dritten Schaltstellung im Fahrbetrieb im Fahrgang mit zusätzlich eingelegtem Zwischengang, und in der rechten Bildhälfte das Getriebeschema mit einem zugehörigen Momentenfluss, und

Fig. 7 in der linken Bildhälfte die Doppelkupplung in einer vierten Schaltstellung im Fahrbetrieb im Zwischengang ohne Fahrgang, und in der rechten Bildhälfte das Getriebeschema mit einem zugehörigen Momentenfluss.

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

Die erste, an einem Getriebeeingang 5 angeordnete Getriebegruppe 2 ist als ein zweigängiges Splittergetriebe ausgebildet. Die zweite Getriebegruppe 3 bildet ein dreigängiges Hauptgetriebe. Als dritte 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 aufweisen, die mit einem Losrad 11 bzw. 14 kämmen. Zur Schaltung der Gangkonstanten i _k i, i _k 2 ist eine Schalteinrichtung 16, vorteilhaft mit Synchronisierung, angeordnet, über welche die

Losräder 1 1 bzw. 14 wahlweise drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 17 verbindbar sind.

Das Hauptgetriebe 3 weist drei Vorwärtsgänge H , i ₂ und i ₃ sowie einen Rückwärtsgang i _R auf. Der 1. Gang und der 2. Gang umfassen jeweils zwei Festräder 18, 20 bzw. 21 , 23 und ein Losrad 19 bzw. 22. Der 3. Gang ist gemeinsam mit der zweiten Gangkonstante i _k 2 des Splittergetriebes 2 realisiert. Der Rückwärts-Gang umfasst zwei Festräder 24 und 28, ein zentrales Losrad 26 und zwei drehbar gelagerte Zwischenräder 25 und 27, die einerseits mit dem jeweils zugehörigen Festrad 24 bzw. 28 und andererseits mit dem zentralen Losrad 26 kämmen. Zur Schaltung des 1. Ganges und des Rückwärts- Ganges ist eine Schalteinrichtung 29 mit Schaltklauen vorgesehen, über welche die zugehörigen Losräder 19 bzw. 26 wahlweise drehfest mit einer Getriebehauptwelle 30 verbindbar sind. Eine weitere Schalteinrichtung 31 mit Schaltklauen ist zur Schaltung des 2. Gangs und des 3. Gangs angeordnet. Diese Schalteinrichtung 31 verbindet wahlweise die zugehörigen Losräder 14 bzw. 22 drehfest mit der Getriebehauptwelle 30.

Das Bereichsgetriebe 4 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet. Darin ist ein Planetenradsatz 32 von einem Planetenträger 33 geführt. Die Planetenräder 32 kämmen einerseits mit einem zentralen Sonnenrad 34 und andererseits mit einem äußeren Hohlrad 35. Das Sonnenrad 34 ist mit der Getriebehauptwelle 30 an deren von dem Antriebsmotor abgewandten Ende verbunden. Der Planetenträger 33 ist mit einer Getriebeabtriebswelle 36 verbunden. Zur Schaltung des Bereichsgetriebes 4 ist eine Schalteinrichtung 37, vorteilhaft mit Synchronisierung, angeordnet. Diese Schalteinrichtung 37 verbindet wahlweise das Hohlrad 35 mit einem feststehenden Gehäuse 38 oder mit dem Planetenträger 33 bzw. mit der Getriebeabtriebswelle 36.

Aus der Kombination der Getriebegruppen 2, 3 und 4 des dargestellten Getriebeschemas ergeben sich insgesamt 2 x 3 x 2 = 12 Gänge. Der Kraftfluss

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, so 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. Da das vorgeschaltete Splittergetriebe 2 auch der Rückwärts -Gang-übersetzung i _R aufschaltbar ist, stehen zudem zwei Rückwärtsgänge zur Verfügung.

Zwischen einer Antriebswelle 6 eines nicht näher dargestellten Antriebsmotors und dem Getriebeeingang 5 ist erfindungsgemäß eine Doppelkupplungseinrichtung 7 angeordnet (Fig. 4.). Diese Doppelkupplungseinrichtung 7 weist ein äußeres zylindrisches Eingangsteil 39 mit antreibenden Reibscheiben 56, 64 auf, das mit der Antriebswelle 6 drehfest verbunden ist. Das Eingangsteil 39 umgreift zwei innere Ausgangsteile 40, 41 mit angetriebenen Reibscheiben 55, 63.

Das erste, der Antriebswelle 6 zugewandte Ausgangsteil 40 ist als ein Lastschaltelement zur Schaltung eines Zwischengangs ausgebildet. Dieses Lastschaltelement 40 ist mit der durch das Getriebe 1 geführten Getriebehauptwelle 30 drehfest verbunden.

Das zweite, dem Getriebeeingang 5 zugewandte Ausgangsteil 41 ist als ein Anfahrelement ausgebildet. Dieses Anfahrelement 41 ist mit der mit der Schalteinrichtung 16 des Splittergetriebes 2 koppelbaren Getriebeeingangswelle 17 drehfest verbunden. Die Getriebeeingangswelle 17 ist als eine Hohlwelle ausgebildet, durch die die Getriebehauptwelle 30 hindurchgeführt ist.

Fig. 2 verdeutlicht den Momentenfluss (gestrichelt hervorgehoben) des Zwischengangs des Getriebes 1. Das Lastschaltelement 40 der Doppelkupplung 7 ist geschlossen, so dass die Antriebswelle 6 direkt mit der Getriebehauptwelle 30 reibschlüssig verbunden ist. Das Anfahrelement 41 ist hingegen geöffnet, so dass nur das Lastschaltelement 40 ein Antriebsmoment überträgt. Das übertragene Drehmoment verläuft über das Bereichsgetriebe 4 zur Getriebeabtriebswelle 36, von wo es an die nicht dargestellten angetriebenen Fahrzeugräder übertragen wird. Der Momentenfluss des Zwischengangs entspricht einer Direktübersetzung des Splittergetriebes 2 und des Hauptgetriebes 3 mit einer zusätzlich nachgeschalteten übersetzung des Bereichsgetriebes 4.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe 1 ', bei dem ein Hauptgetriebe 3' zusätzlich eine Ausgangswelle 42 aufweist. Die Ausgangswelle 42 ist als eine Hohlwelle ausgebildet, auf der die Schalteinrichtungen 29', 31 ' des Hauptgetriebes 3' angeordnet sind. Zur Schaltung des 1. Gangs und des Rückwärts-Gangs sind die zugehörigen Losräder 19 bzw. 26 wahlweise drehfest mit der Ausgangswelle 42 drehfest verbindbar. Zur Schaltung des 2. Ganges und des 3. Ganges sind dementsprechend die Losräder 14 bzw. 22 wahlweise drehfest mit der Ausgangswelle 42 drehfest koppelbar. Die Ausgangswelle 42 ist ihrerseits an ihrem vom Antriebsmotor wegweisenden Ende mit dem Sonnenrad 34 des Bereichsgetriebes 4 verbunden. Die Getriebehauptwelle 30' ist zentral durch die Ausgangwelle 42 und das Bereichsgetriebe 4 durchgeführt und direkt mit der Getriebeabtriebswelle 36 verbunden. Ansonsten ist das Getriebe 1 ' baugleich mit dem zuvor beschriebenen Getriebe 1. Ein entsprechender Momentenfluss des Zwischengangs ist in der rechten Bildhälfte von Fig. 7 verdeutlicht. Der Momentenfluss des Zwischengangs entspricht einer Direktübersetzung des Gesamtgetriebes 1 '.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen die Doppelkupplungseinrichtung 7 mit einer erfindungsgemäßen Stelleinrichtung 43 zu deren Betätigung. In diesen Figuren ist in der linken Bildhälfte jeweils eine Schaltstellung der Stelleinrichtung 43 und in

der rechten Bildhälfte ein zugehöriger Momentenfluss des Getriebes 1 ' in der Ausführungsform mit vollständig durchgeführter Getriebehauptwelle 30' dargestellt.

Zunächst wird die Stelleinrichtung 43 beschrieben. Die Stelleinrichtung

43 weist ein als Schiebemuffe ausgebildetes Stellelement 44 auf, welches auf der Getriebeeingangswelle 17 axial verschiebbar gelagert ist. Die Schiebemuffe

44 ist mittels eines nicht weiter erläuterten Aktuators 45 in definierte axiale Positionen verschiebbar. Weiterhin ist dem Anfahrelement 41 ein Umlenkhebel 47 zugeordnet, der an einem Unterstützungspunkt 53 einer Halterung 49 abgestützt ist. Der Umlenkhebel 47 ist einerseits durch ein als Druckfeder ausgebildetes Federmittel 48 beaufschlagt, welches sich zwischen dem Umlenkhebel 47 und der Halterung 49 abstützt, und andererseits mit einem Ende an dem einen Schenkel 65 eines rechtwinkligen, axial verschiebbaren Verbindungsteils 51 in einem Aufhängungspunkt 54 aufgehängt. Dieser Schenkel 65 ist parallel zur Getriebeeingangswelle 17 ausgerichtet und trägt eine Reibscheibe 52. Der andere Schenkel 66 des Verbindungsteils 51 ist senkrecht zur Getriebeeingangswelle 17 ausgerichtet und ist von der Schiebemuffe 44 in Richtung Getriebeeingang 5 beaufschlagbar.

Der Aufhängungspunkt 54 des Umlenkhebels 47 ist derart ausgebildet, dass der Umlenkhebel 47 bei einer Schwenkbewegung um den Unterstützungspunkt 53 das Verbindungsteil 51 in axialer Richtung mitnimmt, wobei sich der Umlenkhebel 47 auch um den Aufhängungspunkt 54 verschwenkt.

Das Anfahrelement 41 trägt eine antreibbare Reibscheibe 55, die zwischen der an dem Verbindungsteil 51 angeordneten Reibscheibe 52 und der an dem Kupplungs-Eingangsteil 39 angeordneten antreibenden Reibscheibe 56 umläuft.

In dazu analoger Weise ist dem Lastschaltelement 40 ein Umlenkhebel 50 zugeordnet, der sich an einem Unterstützungspunkt 58 einer Halterung 57 drehbar abstützt. Der Umlenkhebel 50 ist an seinem einen Ende in einem Aufhängungspunkt 60 an einem linear abgefederten, axial verschiebbaren geraden Verbindungsteil 59 befestigt, welches eine Reibscheibe 61 aufweist. Am anderen Ende des Umlenkhebels 50 ist, gegenüberliegend, ein Federmittel 62 angeordnet, das sich zwischen dem Umlenkhebel 50 und einem Kupplungsgehäuse 46 abstützt. Das Lastschaltelement 40 trägt eine antreibbare Reibscheibe 63, die zwischen der an dem Verbindungsteil 59 angeordneten Reibscheibe 61 und der an dem Kupplungs-Eingangsteil 39 angeordneten antreibenden Reibscheibe 64 umläuft.

Im Schließzustand des Lastschaltelementes 40 bzw. des Anfahrelementes 41 werden die jeweils korrespondierenden Reibscheiben 61 , 63, 64 bzw. 52, 55, 56 gegeneinander gepresst. Je nach Stellweg und Anpressdruck kann Reibschluss hergestellt oder Schlupf erzeugt werden. Die Schiebemuffe 44 übt bei einer Betätigung der Doppelkupplungseinrichtung 7 je nach ihrer Axialposition auf einen der beiden Umlenkhebel 47, 50 und/oder den senkrechten Schenkel 66 des Verbindungsteils 51 eine Stellkraft aus, wobei sie, je nach Beaufschlagungs-Position und Beaufschlagungs-Richtung, über einen Kragen den einen Umlenkhebel 47 wegdrückt, den anderen Umlenkhebel 50 oder das Verbindungsteil 51 hingegen hintergreift.

Ohne eine Einwirkung der Schiebemuffe 44 bzw. des Aktuators 45 ist das Anfahrelement 41 mittels Federkraft geschlossen. Das Anfahrelement 41 ist also vom „Normalerweise Geschlossen - Typ". Hingegen ist das Lastschaltelement 40 mittels Federkraft geöffnet, also vom „Normalerweise Offen - Typ" (Fig. 5). Dementsprechend wird der Aktuator 45 zur änderung dieses Ausgangszustandes angesteuert, wobei die Federmittel 48, 62 und die Schiebemuffe 44 wechselseitig die Umlenkhebel 47, 50 betätigen.

Die Funktionsweise der Stelleinrichtung 43 wird in den Fig. 4 bis 7 anhand von vier möglichen Schaltstellungen verdeutlicht.

Fig. 4 zeigt die Doppelkupplungseinrichtung 7 in ihrer Neutralstellung, d.h. sowohl das Anfahrelement 41 als auch das Lastschaltelement 40 sind geöffnet. Dazu legt die Schiebemuffe 44 durch einen entsprechenden Verschiebeweg in Richtung zum Antriebsmotor gegen die Wirkung der Feder 48 den Umlenkhebel 47 des Anfahrelementes 41 um, so dass das Verbindungsteil 51 in Richtung Getriebeeingang 5 verschoben wird und sich die Reibscheibe 55 des Anfahrelements 41 von der antreibenden Reibscheibe 56 löst. Das Lastschaltelement 40 ist mittels Federkraft geöffnet, wobei die zugehörige Druckfeder 62 den Umlenkhebel 50 verschwenkt, so dass das Verbindungsteil 59 in Richtung Getriebeeingang 5 zurückgestellt ist, und das Lastschaltelement 40 von der antreibenden Reibscheibe 64 gelöst ist.

Fig. 5 zeigt eine Schaltstellung im normalen Fahrbetrieb mit einem eingelegten Fahrgang, beispielsweise dem 7. Gang, bei geschlossenem Anfahrelement 41 und geöffnetem Lastschaltelement 40. Diese Schaltstellung entspricht der bereits erwähnten Ausgangsstellung der Doppelkupplungseinrichtung 7 ohne Einwirkung der Schiebemuffe 44. Dabei ist das Lastschaltelement 40 weiterhin mittels Federkraft geöffnet. Die Schiebemuffe 44 ist hingegen in Richtung zum Getriebeeingang 5 gerade soweit zurückgeschoben, dass nun die Feder 48 des Anfahrelementes 41 den Umlenkhebel 47 des Anfahrelementes 41 umlegt, so dass das Verbindungsteil 51 in Richtung zum Antriebsmotor verschoben ist, wodurch die Reibscheibe 52 des Verbindungsteils 51 das Anfahrelements 41 bzw. dessen Reibscheibe 55 gegen die antreibende Reibscheibe 56 presst und somit der Reibschluss des Anfahrelementes 41 hergestellt ist. Dazu ist in der rechten Bildhälfte der Momentenfluss des eingelegten 7. Gangs im Getriebe 1 ' gestrichelt gezeichnet hervorgehoben dargestellt. Dieser verzweigt sich über die Eingangskonstante i _k i des Splittergetriebes 2, den

1. Gang J ₁ des Hauptgetriebes 3 und die obere Ganggruppe des Bereichsgetriebes 4 zur Getriebeabtriebswelle 36.

Fig. 6 zeigt eine Schaltstellung im Fahrbetrieb mit eingelegtem Fahrgang und zusätzlich eingelegtem Zwischengang. Dies entspricht einer Momentaufnahme zu Beginn eines Gangwechsels. Dabei ist das Anfahrelement 41 weiterhin mittels Federkraft geschlossen. Das Lastschaltelement 40 ist mittels des Aktuators eingerückt, wobei die Schiebemuffe 44 gerade soweit in Richtung Getriebeeingang 5 verschoben ist, dass der Umlenkhebel 50 gegen die Federkraft verschwenkt wird, so dass das Verbindungsteil 59 in Richtung Antriebsmotor verstellt ist und die zugehörige Reibscheibe 61 die Reibscheibe 63 des Lastschaltelementes 40 gegen die antreibende Reibscheibe 64 presst. über das geschlossene oder teilweise geschlossene Lastschaltelement 40 ist die Antriebswelle 6 des Antriebsmotors mit der Getriebehauptwelle 30' und somit mit der Getriebeabtriebswelle 36 direkt gekoppelt, also der Direktgang geschaltet.

Das dargestellte 12-gängige Getriebeschema 1 ' kann beispielsweise eine Abstufung aufweisen, bei welcher der 10. Gang der Direktgang und somit der Zwischengang ist und zwei Schnellgänge vorgesehen sind. In der Kraftflussdarstellung ist neben dem Momentenfluss des Fahrgangs, der sich über das Getriebe 1 ' verzweigt, zusätzlich der Momentenfluss des Direktgangs, der geradlinig das Getriebe 1 ' durchsetzt, durch gestrichelt gezeichnete Linien hervorgehoben.

Fig. 7 zeigt schließlich eine Schaltstellung beim Fahren im Zwischengang bzw. Direktgang bei geöffnetem Anfahrelement 41. Das Lastschaltelement 40 ist also weiterhin geschlossen. Zum öffnen des Anfahrelements 41 ist die Schiebemuffe 44 um einen im Vergleich zu Fig. 6 größeren Stellweg in Richtung zum Getriebeeingang 5 verschoben, so dass die Schiebemuffe 44 nun das Verbindungsteil 51 bzw. dessen Schenkel 66 hintergreift und in Rich-

tung Getriebeeingang 5 gegen die Kraft der Feder 48 mitnimmt, wodurch sich wiederum die Reibscheibe 55 des Anfahrelements 41 von der antreibenden Reibscheibe 56 löst. In der Kraftflussdarstellung ist entsprechend nur der Mo- mentenfluss des Direktgangs, der geradlinig das Getriebe 1 ' durchsetzt, vorhanden.

Das Getriebe 1 , 1 ' mit der Doppelkupplungseinrichtung 7 ermöglicht die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem bei einem Gangwechsel zur Zugkrafterhaltung ein Zwischengang geschaltet wird. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Getriebeschema 1 ist der Zwischengang als Direktgang plus Bereichsgetriebeübersetzung ausgelegt. Hingegen ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Getriebeschema 1 ' der Zwischengang als Direktgang einschließlich Bereichsgetriebe ausgelegt.

Ist ein Gangwechsel, beispielsweise ein Hochschaltvorgang, auf eine Fahreranforderung hin oder gemäß einer Schaltstrategie im Fahrbetrieb signalisiert, so wird der Zwischengang durch Einrücken des als Zwischengangkupp- lung fungierenden Lastschaltelementes 40 zugeschaltet, wodurch das Hauptgetriebe 3 bzw. 3' und das Splittergetriebe 2 lastfrei und somit schaltbar werden, ohne dass das Anfahrelement 41 ausgekuppelt wird. Das nun schaltbare Hauptgetriebe 3 bzw. 3' wird daraufhin in seine Neutralstellung geschaltet.

Die Zwischengangkupplung 40 wird während des Schaltvorgangs zur Realisierung eines Schlupfbetriebs angesteuert, so dass sie in der Folge das Drehmoment des Antriebsmotors über die Wirkverbindung der Getriebeabtriebswelle 36 zur Fahrbahn abstützt, wobei die Motordrehzahl auf eine Synchrondrehzahl eines Zielgangs abgesenkt wird. Das bei der Drehzahlabsenkung freiwerdende Moment wird somit zur Kompensation des Zugkrafteinbruchs während der Neutralstellung eingesetzt. Sobald die Synchrondrehzahl erreicht ist, wird der Zielgang im Hauptgetriebe 3 bzw. 3' eingelegt und gegebenenfalls die Splittergruppe 2 über eine zwischenzeitliche Neutralstellung in

die neue oder bisherige, der Schaltfolge bzw. dem angewählten Gangsprung entsprechende, Gangkonstante geschaltet. Anschließend wird die Zwischen- gangkupplung 40 wieder geöffnet und der zugkraftunterstützte Gangwechsel damit abgeschlossen.

Bezuqszeichenliste

, 1 ^' Zwei-Vorgelegewellen-Getriebe

Splittergetriebe , 3' Hauptgetriebe

Bereichsgetriebe

Getriebeeingang

Antriebswelle

Doppelkupplungseinrichtung

Vorgelegewelle

Vorgelegewelle 0 Festrad 1 Losrad 2 Festrad 3 Festrad 4 Losrad 5 Festrad 6 Schalteinrichtung 7 Getriebeeingangswelle 8 Festrad 9 Losrad 0 Festrad 1 Festrad 2 Losrad 3 Festrad 4 Festrad 5 Zwischenrad 6 Losrad 7 Zwischenrad 8 Festrad

, 29' Schalteinrichtung, 30' Getriebehauptwelle, 31 ' Schalteinrichtung

Planetenradsatz

Planetenträger

Sonnenrad

Hohlrad

Getriebeabtriebswelle

Schalteinrichtung

Gehäuse

Kupplungs-Eingangsteil

Lastschaltelement

Anfahrelement

Ausgangswelle

Stelleinrichtung

Stellelement

Aktuator

Kupplungsgehäuse

Umlenkhebel

Federmittel

Halterung

Umlenkhebel

Verbindungsteil

Reibscheibe

Unterstützungspunkt

Aufhängungspunkt

Reibscheibe

Reibscheibe

Halterung

Unterstützungspunkt

Verbindungsteil

60 Aufhängungspunkt

61 Reibscheibe

62 Federmittel

63 Reibscheibe

64 Reibscheibe

65 Schenkel

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

Hauptgetriebe-Gang is Hauptgetriebe-Gang

IR Hauptgetriebe-Rückwärtsgang