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DE10021837A1 - Automatisches Gruppen - Lastschaltgetriebe mit Synchronisations- und Lastschaltfunktion über eine Drehmaschine mit Rückführung - Google Patents

Automatisches Gruppen - Lastschaltgetriebe mit Synchronisations- und Lastschaltfunktion über eine Drehmaschine mit Rückführung

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Publication number
DE10021837A1
DE10021837A1 DE10021837A DE10021837A DE10021837A1 DE 10021837 A1 DE10021837 A1 DE 10021837A1 DE 10021837 A DE10021837 A DE 10021837A DE 10021837 A DE10021837 A DE 10021837A DE 10021837 A1 DE10021837 A1 DE 10021837A1
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DE
Germany
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gear
clutch
shaft
gears
variant
Prior art date
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DE10021837A
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Original Assignee
Individual
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Description

Die Erfindung der Hauptanmeldung betrifft ein automatisches Schaltgetriebe mit Schaltung vorzugs­ weise über eine Vorgelegewelle, bei dem ein Planetensatz im Zusammenwirken mit einer Dreh­ maschine und einer Bremse die Funktion einer Reibkupplung (Anfahrkupplung) oder eines Dreh­ momentwandlers übernimmt, ein synchronsiertes Schalten der Gänge ohne weitere Synchronisations­ einrichtungen ermöglicht und in Verbindung mit einer (Klauen-) Kupplung als Gruppengetriebe wirkt. Werden zwei solcher Planetensätze benutzt, so ist in der unteren Gruppe der Gänge eine Schaltung der Gänge ohne Drehmomentunterbrechung möglich. Die Drehmaschine kann eine Elektromaschine oder z. B. ein Hydraulikmotor sein. Einsatzmöglichkeiten bestehen vorwiegend in Kraftfahrzeugen.
Stand der Technik
In der Patentschrift DE 41 02 202 C2 (D1) wird eine Getriebeanordnung beschrieben, bei der eine Brennkraftmaschine direkt mit dem Seitenzahnrad 11 eines Differentialgetriebes 10 verbunden ist. Das parallel dazu angeordnete Seitenzahnrad 12 ist über ein Stirnradgetriebe 24. 25 mit einem Elektromotor 5 verbunden. Die Ritzelzahnräder 13 und 14 führen über die Ritzelwelle 15 und über ein Stirnradgetriebe 16, 20 zu einem weiteren Getriebe 3. Das Differentialgetriebe 10 kann weder verblockt noch auf einer Seite (Seitenzahnrad 12) festgesetzt werden, so daß das Seitenzahnrad 12 bei angetriebenem Kraftfahrzeug immer das gleiche Drehmoment aufweisen muß wie das Seiten­ zahnrad 11, damit eine Drehmomentübertragung zur Ritzelwelle 15 hin erfolgen kann. Dieses Drehmoment muß damit permanent vom Elektromotor 5 geliefert werden. Die in der Beschreibung angegebene Funktion, daß während des Antriebsvorganges der Elektromotor als Generator dienen kann, führt zu dem Zustand, daß die Ritzelwelle 15 (nahezu) steht und das Seitenzahnrad 12 gegen­ über dem Seitenzahnrad 11 rückwärts dreht und so den Generator antreibt. Für die Fortbewegung des Fahrzeuges muß also vom Elektromotor 5 permanent ein Antriebsdrehmoment geliefert werden, was letztendlich schnell zum Entladen der Bordnetzbatterie führen wird.
In der Offenlegungsschrift DE 196 50 723 A1 (D2) wird ein Steuersystem für Fahrzeugantriebs­ einheiten vorgestellt, bei dem ein Motor-Generator 21 direkt mit dem Sonnenrad eines Planeten­ satzes 30 verbunden ist. Der Planetensatz kann über eine Kupplung 36 verblockt werden. Im Gegen­ satz zur vorliegenden Anmeldung benötigt die in D2 beschriebene Fahrzeugantriebseinbeit eine Anfahrkupplung 31, das Sonnenrad des Planetensatzes 30 kann nicht festgesetzt werden (der Plane­ tensatz 30 hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge) und der Motor - Generator 21 dient nicht zur Synchronisation der Gänge des Getriebes 4.
In der Patentschrift DE 196 06 771 C2 (D3) wird ein Hybridantrieb beschrieben, bei dem zwischen der Eingangswelle 1 (mit der Brennkraftmaschine verbunden) und der Ausgangswelle 12 (zu den Antriebsrädern führend) zwei Elektromaschinen 3 und 4 und umschaltbare Planetensätze 5, 6, 16 angeordnet sind. Die umschaltbaren Planetensätze dienen als Stufengetriebe und in Zusammenarbeit mit den Elektromaschinen ergibt sich ein umschaltbares stufenloses Getriebe, wodurch günstige Arbeitspunkte gewählt werden können. Es handelt sich aber um einen Hybridantrieb, bei dem außer bei geschlossener Kupplung 11 immer ein von der Elektromaschine 3 erzeugtes Drehmoment zur Drehmomentübertragung notwendig ist, bei dem kein mit der Elektromaschine gekoppelter Planeten­ satz als Gruppengetriebe zur Verdopplung der Zahl der Gänge dient und bei dem keine Synchroni­ sationsvorgänge mit Hilfe eines Planetensatzes und einer Elektromaschine durchgeführt werden.
In der Offenlegungsschrift DE 198 18 108 A1 (D4)wird ebenfalls ein Hybridantrieb vorgestellt, wobei hier - ähnlich wie in D2 - eine Elektromaschine 2 auf das Sonnenrad eines Planetensatzes 35 wirkt (siehe z. B. Fig. 2) und daß dieser Planetensatz über eine Kupplung 36 verblockt werden kann. Ähnlich wie in D2 kann aber das Sonnenrad des Planetensatzes 35 nicht festgesetzt werden und dieser Planetensatz hat damit nicht die Funktion eines Gruppengetriebes zur Verdopplung der Zahl der Gänge und die Elektromaschine 2 dient nicht zur Sychronisation der Gänge des Getriebes 4.
Die Anmeldung WO 98/406 47 betrifft ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit einem Getriebe 18, wobei das Getriebe über eine Reibkupplung mit der Brennkraftmaschine koppelbar ist und eine elektrische Maschine mit Hilfe einer Kupplung und eines Zwischengetriebes mit dem Getriebe 18 gekoppelt werden kann. Die elektrische Maschine dient als Startermotor, als Generator und zur Getrie­ besynchronisation. Dazu sind mindestens zwei Reibkupplungen erforderlich und es werden nicht die Vorteile genutzt, die ein Planetensatz mit drei Wellen besitzt.
Die Patentanmeldung US 560 32 42 beschreibt eine Getriebeanordnung, bei der mindestens eine elektrische oder hydraulische Drehmaschine eine Synchronisation von Getrieben mit zwei Wellen ermöglicht. Hier sind mindestens zwei Reibkupplungen (bzw. eine doppelt wirkende Reibkupplung) erforderlich und es werden nicht die Möglichkeiten genutzt, die ein Planetengetriebe mit drei Wellen besitzt.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Anmeldung 199 01 414.0-14 (G1) beschreibt den integralen Aufbau von Getrieben bestehend aus mindestens einem Planetensatz gekoppelt mit mindestens einem (vorwiegend) unsynchronisierten Vorgelegegetriebe. Eine Welle eines Planeten­ satzes (hier vorwiegend die Sonnenradwelle) ist direkt mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden, die zweite Welle (hier vorwiegend die Stegwelle) ist direkt mit dem integrierten Vorge­ legegetriebe verbunden, während die dritte Welle (hier vorwiegend die Hohlradwelle) mit einer Bremse und einer Drehmaschine verbunden ist. Außerdem kann der Planetensatz mit einer (Klauen-) Kupplung verblockt werden. Damit sind mehrere Funktionen auszuführen. Bei gelöster Bremse und gelöster (Klauen-) Kupplung kann mit Hilfe der Drehmaschine das Hohlrad so gedreht werden, daß ein Gang synchronisiert eingeschaltet werden kann (z. B. der 1. Gang bei stehendem Fahrzeug). Wird danach die Bremse angezogen, so wird dieser Gang in der unteren Gruppe aktiviert. d. h. die Antriebsräder setzen sich in Bewegung. So können alle Gänge des Vorgelegegetriebes geschaltet werden, dies ist dann die untere Gruppe der Gänge. Werden danach noch einmal die Gänge des Vorgelegegetriebes - wieder synchronisiert über die Drehmaschine - der Reihe nach geschaltet und danach jeweils der Planetensatz verblockt, so erhält man die obere Gruppe der Gänge. Werden zwei Planetensätze jeweils mit einem Vorgelegegetriebe gekoppelt, wobei die Gänge alternierend den beiden Planetensätzen zugeordnet sind, so ist in der unteren Gruppe der Gänge eine Lastschaltung ohne Drehmomentunterbrechung möglich. Neben den Synchronisationsaufgaben kann eine elektrische Drehmaschine auch die Funktionen Startermotor und Generator mit übernehmen.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene Zusatzanmeldung 199 21 064.0-14 (G2) beschreibt eine Anordnung der Drehmaschine in Flucht mit der Welle (den Wellen) des Planetengetriebes (der Planetengetriebe), mit der die Drehmaschine direkt mit dem (den) Planetengetriebe(n) gekoppelt werden kann. Eine notwendige Untersetzung für den Starterbetrieb erfolgt über eine innere Leistungs­ verzweigung des (der) Planetengetriebe(s). Bei mehrteilig ausgeführten elektrischen Drehmaschinen kann u. U. ohne zusätzliche mechanische Umschaltung rein elektrisch zwischen den Funktionen Synchronisationsbetrieb, Starterbetrieb und Generatorbetrieb umgeschaltet werden. Weitere Detail­ verbesserungen werden angegeben.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 33 373.4-14 (G3) beschreibt den gegenüber den vorangegangenen Anmeldungen vereinfachten Aufbau eines 6-Gang- Getriebes (+ Rückwärtsgang), bei dem die unteren 3 Gänge durch Betätigung von Bremsen ohne Drehmomentunterbrechung umgeschaltet werden können. Außerdem ist eine Möglichkeit der Montage des Getriebes im Heckbereich angegeben. Weitere Detailverbesserungen werden aufgezeigt.
Vorbemerkung zu den weiteren Zusatzanmeldungen
In dem Buch
Alfred Krappel und 26 Mitautoren
Kurbelwellenstartgenerator (KSG)
Basis für zu cünftige Fahrzeugkonzepte
expert-verlag Renningen
ISBN3-8169-1808-5
werden verschiedene Möglichkeiten und Anwendungen von Kurbelwellenstartgeneratoren (KSG) beschrieben. Dies sind Elektromaschinen, die direkt mit der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verbunden sind. Sie können sowohl als Starter mit großem Drehmoment (bei niedrigen Drehzahlen) als auch als Generator mit hoher Leistung (bei höheren Drehzahlen) benutzt werden. Bei den weiteren Zusatzanmeldungen (auch der aktuellen) werden die mit dem KSG gege­ benen Möglichkeiten dahingehend erweitert, daß der KSG in das Getriebe integriert wird und dort die zusätzlichen Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung mit übernimmt. Er wird deshalb hier Getriebesynchronisationsstartgenerator GSSG genannt. Natürlich können die vom GSSG aus­ geführten Aufgaben Getriebesynchronisation und Lastschaltung auch von einer andersartigen Drehmaschine, z. B. einem Hydraulikaggregat, übernommen werden.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 199 62 854.8 (G4) beschreibt Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG ausnutzen, um auch ohne Planetengetriebe Synchronisations- und Lastschaltvorgänge ausführen zu können. Dazu wird die Eingangswelle des Getriebes in zwei Teilabschnitte aufgeteilt, denen jeweils alternierend Gänge zugeordnet sind. Zur Erhöhung des Anfahrdrehmomentes kann eine Reibkupplung eingesetzt werden, ansonsten genügen Klauenkupplungen. Anordnungen mit Gruppengetrieben werden beschrieben, wobei aber jede Gruppe ihre eigene Synchronisations- und Lastschalteinrichtung benötigt.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 01 602.2 (G5) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment des GSSG für Synchronisations- und Lastschalt­ vorgänge ausnutzen, jetzt aber wieder unter Benutzung von wenigstens einem Planetensatz. Im Gegen­ satz zu den Anwendungen in G1, G2 und G3 genügt jetzt aber ein einfacher bzw. ein doppelt wirkender Planetensatz für alle Lastschaltvorgänge, während in G1, G2, G3 für Lastschaltvorgänge zwei Panetensätze erforderlich sind und Lastschaltungen nur in der unteren Gruppe möglich sind. Die beschriebenen Getriebe mit weiteren Gruppen benötigen für jede weitere Gruppe jeweils ihre eigenen Synchronisations- und Lastschalteinrichtungen.
Die dieser Zusatzanmeldung vorausgegangene weitere Zusatzanmeldung 100 13 734.2 (G6) beschreibt weitere Anwendungen, die das hohe Drehmoment von GSSG für Synchronisations- und Lastschalt­ vorgänge ausnutzen. Dabei können (beliebig viele) Gruppengetriebe hintereinander geschaltet sein, die alle von einem einzigen GSSG synchronisiert und lastgeschaltet werden. Dabei sind die ange­ gebenen Varianten für verhältnismäßig viele Gänge ausgelegt und die Rückführung von Welle 13 auf Welle 1 gestaltet sich unter Umständen schwierig. Außerdem werden nicht alle möglichen Gänge ausgenutzt.
Vorteile der Erfindung
In dieser Anmeldung wird das in G6 vorgestellte Konzept verbessert und verfeinert. Zum Einen wird das Potential der verschiedenen Kombinationen von Drehzahl- und Drehmomentübertragungswegen weiter ausgenutzt zwecks Erhöhung der Zahl der Gänge bei ansonsten unveränderten Vorrichtungen. Zum Anderen wird die Zahl der Wellenfluchten reduziert, damit man Getriebe mit mittleren und kleinen Gangzahlen (z. B. für PKW) mit einfachen Mitteln erhält. Dann werden noch die Grenzfälle Zweiwellenbetrieb und zwei Gänge pro Gruppe aufgezeigt und Getriebebauweisen im 2/4 bzw. im 1/3/5-Wellenbetrieb angegeben. Die Einzelheiten werden bei den Varianten erklärt.
Beschreibung der Erfindung
Bei den nachfolgend beschriebenen Varianten werden Kurbelwellenstartgeneratoren (KSG) oder vergleichbar konzipierte Bauteile in das Getriebe integriert, die die Funktionen
  • - Starten der Brennkraftmaschine
  • - Generator zum Laden der Bordnetzbatterie
  • - Synchronisation des Getriebes
  • - Ersatz der Anfahrkupplung
  • - Drehmomentübertragung während der Lastschaltvorgänge
übernehmen können. Wie bereits oben beschrieben, werden diese KSG hier Getriebesynchro­ nisationsstartgenerator GSSG genannt. Grundsätzlich können auch z. B. hydraulische (pneumatische) Aggregate zum Einsatz kommen. Dann müssen die Funktionen Starten der Brennkraftmaschine und Generator zum Laden der Bordnetzbatterie von (einer) elektrischen Drehmaschine übernommen werden. Diese Drehmaschine kann dann aber ebenfalls in das Getriebe integriert werden und die Funktion des (z. B.) hydraulischen Aggregates unterstützen bzw. ergänzen. In den Beschreibungen und Ansprüchen werden (meist) der Einfachheit halber nur elektrische Drehmaschinen besprochen, die anderen Möglichkeiten sollen mit eingeschlossen sein.
Die Beschreibung erfolgt anhand der zugehörigen Prinzipzeichnungen.
Es zeigen
Fig. 1a eine Prinzipdarstellung eines 21-Gang-Getriebes (+ 8 Rückwärtsgänge im abge­ wickelten Schnitt in einer Variante 1.4
Fig. 1b eine vereinfachte Darstellung der Variante 1.4 in Achsrichtung
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines 16(+7)-Gang-Getriebes in einer Variante 2.4
Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines 4-Gang-Getriebes in einer Variante 3.4
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines 6-Gang-Getriebes in einer Variante 4.4
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines 21-Gang-Getriebes in einer Variante 5.4
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung eines 9-Gang-Getriebes in einer Variante 6.4
Variante 1.4
Dies ist ein gegenüber der Variante 1.3 aus G6 in Details verändertes Lastschalt-Gruppengetriebe. (Die Beschreibung aus G6 wird teilweise wiederholt). Das Getriebe besitzt eine Eingangswelle 1, die direkt mit der Kurbelwlle einer (nicht gezeichneten) Brennkraftmaschine verbunden sein kann, und eine Ausgangswelle 13, die direkt mit einem Differentialgetriebe der Antriebsräder verbunden sein kann.
Entsprechend der Variante 5.3 aus G6 können Zahnräder 3 und 4 über (Klauen-) Kupplungen 5 und 8 direkt mit der Welle 1 gekoppelt werden. Außerdem können die Zahnräder 3 und 4 über eine optionale Reibkupplung 24 gesteuert auf die gleiche Drehzahl gebracht werden. Über einen dreigeteilten GSSG 9 (9a, 9b) können auf die Zahnräder 3 und 4 Drehmomente ausgeübt bzw. Drehzahlen aufge­ prägt werden. Der Stator 9b ist direkt mit dem Gehäuse 12 verbunden, während der "Stator" 9a mit dem Zahnrad 3 rotiert. Der Rotor 9 (vereinfachte Bezeichnungsweise) ist mit dem Zahnrad 4 verbunden. (Die beiden letztgenannten Bauteile können auch ihre Plätze tauschen). So können beide Zahnräder 3 und 4 jeweils gezielt beaufschlagt werden, der GSSG 9 kann immer im Generatorbetrieb laufen und Starterbetrieb ist möglich (siehe z. B. G4, G5, G6). Nachteilig dabei ist, daß der "Stator" 9a über Drehkontakte mit elektrischer Energie versorgt werden muß und daß die Ansteuerelektonik doppelt vorhanden sein muß. Der letzte Punkt wird aber dadurch z. T. kompensiert. daß die Summe der Leistungen von 9a und 9b als (Kaltstart-) Leistung zur Verfügung steht.
Im Leerlaufzustand sollten alle Kupplungen mit Ausnahme der Kupplungen 5, 7a 7c, 7e, 8c und 8e geöffnet sein. Die genannten Kupplungen sollten geschlossen sein, damit sich für Synchronisations­ vorgänge ein definierter Zustand einstellt. (Bedingt durch Lagerreibung stellt sich auch bei geöffneten Kupplungen ein halbwegs definierter Zustand ein. Weitere Vorgehensweisen für dieses Problem werden weiter unten beschrieben.)
Der 1. Gang wird eingeschaltet, indem bei stehendem Fahrzeug der GSSG 9 (elektrisch) so gedreht wird, daß das Zahnrad 4 steht (bzw. sich bei antriebslos rollendem Fahrzeug synchronisiert dreht). In diesem Zustand kann das Zahnrad 4f nach links verschoben werden, so daß es mit dem Zahnrad 4g kämmt. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9 die Drehzahl des Zahnrades 4 (der Welle 2) auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Dieser Vorgang kann durch die (optionale) Reibkupplung 24 unterstützt werden. Der 1. Gang arbeitet über die Kupplung 8 mit den Zahnrädern 4 und 4a (1. Gruppe), die Kupplung 7a mit den Zahnrädern 4b und 4c (2. Gruppe), die Kupplung 7c mit den Zahnrädern 4d und 4e (3. Gruppe) und die Kupplung 7e mit den in kämmende Position gebrachten Zahnrädern 4f und 4g (4. Gruppe). Wie üblich sind beim 1. Gang alle Gruppen in die niedrigste (niedrigere) Übersetzung geschaltet. Wenn alle zugehörigen Kupplungen geschlossen sind, arbeitet der 1. Gang (wie alle anderen Gänge auch) ohne elektrische Unterstützung mit dem bei dieser Getriebeausführung größtmöglichen Wirkungsgrad.
Jetzt kann die Kupplung 5 (und die Kupplung 24) gelöst werden. (Die Steuerung der Kupplungen 5 und 8 muß so erfolgen, daß immer mindestens eine dieser Kupplungen geschlossen ist.) In den 2. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 8a geschlossen wird. Der 2. Gang wird aktiviert, indem zunächst, drehmomententlastet über den GSSG 9, die Kupplung 7a geöffnet und danach mit Hilfe des GSSG 9 (optional unterstützt über die Reibkupplung 24) die Drehzahl von Zahnrad 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird Jetzt kann die Kupplung 5 geschlossen werden und der 2. Gang arbeitet ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Jetzt kann die Kupplung 8 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 3. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 6a geschlossen wird (die Kupplung 8c war schon vorher geschlossen). Der 3. Gang wird aktiviert, indem zunächst mit Hilfe des GSSG 9 die Kupplungen 8a und 7c entlastet und geöffnet werden, danach die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. (Die Unterstützung durch die optionale Kupplung 24 ist bei dieser Variante in allen Gängen möglich.) Jetzt arbeitet der 3. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad
Jetzt kann die Kupplung 5 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 4. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über GSSG 9 die Kupplung 5a geschlossen wird. Der 4. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplung 6a geöffnet, danach die Drehzahl des Zahnrades 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 4. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungs­ grad.
Jetzt kann die Kupplung 8 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 5. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplungen 7a, 6c und 8e geschlossen werden. Der 5. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplungen 5a, 8c und 7e geöffnet werden, danach die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 5. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Jetzt kann die Kupplung 5 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 6. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 8a geschlossen wird. Der 6. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplung 7a geöffnet wird, danach die Drehzahl von Zahnrad 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 6. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Jetzt kann die Kupplung 8 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 7. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplungen 6a und 5c geschlossen werden. Der 7. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplungen 8a und 6c geöffnet werden, danach die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 7. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Jetzt kann die Kupplung 5 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 8. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 5a geschlossen wird. Der 8. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplung 6a geöffnet, danach die Drehzahl des Zahnrades 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 8. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Im 8. Gang sind die 1. bis 3. Gruppe in den höheren Gang geschaltet, während die 4. Gruppe im niedrigeren Gang arbeitet. Die Umschaltung in den 9. Gang wird bewirkt, indem die 1. bis 3. Gruppe in den niedrigeren und die 4. Gruppe in den höheren Gang geschaltet wird. Dies ist der Gangwechsel mit den meisten Umschaltungen. Aber auch dieser Vorgang über alle vier Gruppen hinweg kann von dem einen GSSG 9 aus gesteuert und lastgeschaltet werden. Die Stellungen der einzelnen (Klauen-) Kupplungen in Fig. 1a sind so eingezeichnet, daß der 8. Gang arbeitet und der 9. Gang (synchronisiert über den GSSG 9) eingeschaltet ist und leer mitläuft. Dieser Vorgang soll nun wie die bisherigen Gangwechsel geschildert werden.
Jetzt kann die Kupplung 8 (und die Kupplung 24) gelöst werden. In den 9. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplungen 7a, 7c und 6e geschlossen werden (gezeich­ neter Zustand). Der 9. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplungen 5a, 5c und 8e geöffnet werden, danach die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 9. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. Wenn nicht mehr erwartet wird, daß in den 8. Gang zurückgeschaltet werden soll, kann das Zahnrad 4f nach rechts in die Ruhestellung (bzw. Stellung für die Rückwärtsgänge) verschoben werden.
Die Gänge 10 bis 16 erhält man wie zuvor beschrieben die Gänge 2 bis 8, nur daß jetzt statt des Zahnradpaares 4f und 4g das Zahnradpaar 3f und 3g für die Drehmomentübertragung zuständig ist. Das bedeutet, daß die Aufgabe der Kupplung 7e jetzt von der Kupplung 6e und die Aufgabe der Kupplung 8e jetzt von der Kupplung 5e erfüllt wird. Im 16. Gang sind die Kupplungen 5, 5a, 5c und 5e geschlossen. Mit den gezeichneten Abmessungen liegt der 16. Gang um einen Gangsprung unter­ halb der Drehzahl von Welle 1.
Im 16. Gang kann bei gelöster Kupplung 8 mit Hilfe des GSSG 9 die Welle 2 so gedreht werden, daß die Kupplung 11 synchronisiert geschlossen werden kann. Damit ist der 17. Gang eingeschaltet. Der 17. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 z. B. die Kupplung 5e geöffnet wird, danach die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 17. Gang ohne elektrische Unterstützung als direkte Durchschaltung von Welle 1 auf Welle 13 mit dem überhaupt größtmöglichen Wirkungsgrad.
Den 18. Gang erhält man, indem mit Hilfe des GSSG 9 bei gelöster Kupplung 8 die Drehzahl von Welle 2 soweit über die Drehzahl von Welle 1 angehoben wird, daß die Kupplungen 5a und 6a (bzw. 7a und 8a) gemeinsam geschlossen werden können. Damit arbeiten die Zahnräder 3 und 3a gekoppelt mit den Zahnrädern 4a und 4 als Vorgelegegetriebe mit einer Übersetzung um einen Gangsprung ins Schnelle. Mit den gemeinsam geschlossenen Kupplungen Sa und 6a (bzw. 7a und 8a) arbeitet der 18. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Bis hierhin entspricht das beschriebene Getriebe weitgehend der Variante 1.3 von G6. Verbessert wurde der Platzbedarf der Variante 1.4, weil durch eine günstigere Kupplungsanordnung und durch Vertauschen der Zahnräder 3b und 3d mit den Zahnrädern 4b und 4d eine platzsparende Bauweise gegenüber der Variante 1.3 erreicht wird. Bedingt durch die beliebige Kopplung der Zahnräder über die Kupplungen 5a bis 8e sind aber noch 6 weitere Gänge möglich, bei denen eine Drehmomentüber­ tragung von Zahnrad 3 auf Zahnrad 4 wie beim 18. Gang erfolgt (dann allerdings über mehrere Stufen). Von diesen 6 weiteren Gängen sind aber nur zwei (maximal drei) sinnvoll, da alle anderen Übersetzungsstufen (näherungsweise) anders realisiert werden körnen.
Die folgenden Angaben basieren auf den gezeichneten Abmessungen. Eine gegenüber dem 18. Gang um den Faktor 1,38 höhere Übersetzung kann man erreichen, indem über die Zahnradpaare 3, 3a und 3b, 3c 4c, 4b und 4a, 4 eine Übersetzung ins Schnelle erreicht wird. Dazu müssen die Kupplungen 5, 5a 7c, 8c, 7a geschlossen sein. Diese Übersetzungsstufe könnte für Sololeerfahrten von leistungsfähigen NFZ interessant sein. Diese Übersetzungsstufe ist ohne Mehrkosten nur durch die entsprechenden Steuerbefehle zu erreichen.
Eine gegenüber dem 18. Gang um den Faktor 2,5 höhere Übersetzung kann man erreichen, indem über die Zahnradpaare 3, 3a 3b, 3c 3d, 3e 4e, 4d 4c, 4b 4a,4 eine Übersetzung ins Schnelle erreicht wird. Durch die 6 hintereinander geschalteten Getriebestufen wird der Wirkungsgrad schlechter, aber auch diese ist ohne Mehrkosten nur durch die entsprechenden Steuerbefehle zu erreichen. (Außerdem ist noch eine um den Faktor 1,31 gegenüber dem 18. Gang schnellere Übersetzung über 6 Getriebe­ stufen erreichbar). Diese zusätzlichen Gänge sind aber nicht als Lastschaltung zu aktiveren, sondern müssen über die Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisiert werden.
Beim Runterschalten der Gänge wird analog in entgegengesetzter Reihenfolge verfahren. Grund­ sätzlich braucht die Reihenfolge der Gänge nicht eingehalten zu werden (Querschaltbarkeit), dann sind aber nicht immer Lastschaltungen möglich. Für die Rückwärtsgänge bleibt das Zahnrad 4f in der rechten Position und eine Drehrichtungsumkehr wird über ein zwischengeschaltetes Zahnrad 22 mit der Welle 23 erreicht (Ausführungsbeispiele sind in G4 und G5 beschrieben). Ansonsten werden die 8 möglichen Rückwärtsgänge wie die Vorwärtsgänge 1 bis 8 geschaltet und aktiviert.
Fig. 1a zeigt die "abgewickelte" Anordnung der Wellen, Zahnräder und Kupplungen. Fig. 1b zeigt (um 90° gedreht in Achsrichtung), wie die Wellen so angeordnet werden können, daß Welle 13 in der Flucht von Welle 1 liegt (dies ist in Fig. 1a gestrichelt angedeutet). Dadurch sind wie beschrieben weitere Gänge möglich und das Getriebe kann platzsparend aufgebaut werden.
Diese kompakte und platzsparende Bauweise wird wesentlich dadurch ermöglicht, daß mehrere Zahnräder je nach Gang und Schaltvorgang vier unterschiedliche Funktionen erfüllen (trifft am häufigsten für das Zahnradpaar 4, 4a zu). Das Zahnradpaar 4, 4a (und z. B. auch 4b, 4c) überträgt
  • - Drehmoment auf dem Weg von Zahnrad 4 zu den Zahnrädern 3g bzw. 4g in den unteren Gängen
  • - Drehmoment auf dem Weg von Zahnrad 3 zum Zahnrad 4 im 18. und höheren Gängen (Umkehr des Drehmomentflusses)
  • - Synchronisationsdrehzahlen vom GSSG 9 auf die zugehörigen Kupplungen bzw. auf das verschiebbare Zahnrad 4f bei den Synchronisationsvorgängen
  • - parallele Drehmomentübertragung während der Lastschaltvorgänge
Viele andere Zahnräder (z. B. Zahnrad 3) erfüllen drei unterschiedliche Funktionen, hier entfällt die Umkehr des Drehmomentflusses. Bedingt durch diese mehrfache Nutzung gekoppelt mit den vielen Schaltungsmöglichkeiten über (Klauen-) Kupplungen ergeben sich mit wenigen Zahnrädern viele Gänge. Damit ergibt sich ein leichtes, platz- und kostensparendes automatisches Lastschalt­ getriebe.
Mit den gezeichneten Abmessungen wird der 18. Gang um den Faktor 1,18 ins Schnelle übersetzt, dies ist gleichzeitig der Gangsprung zwischen den einzelnen Gängen. Die Spreizung bis zum 18. Gang beträgt etwa 16.
In der Beschreibung der Gangwechsel kommen Zustände vor, bei denen bestimmte Zahnräder "frei­ schwebend" drehen, weil mehrere Kupplungen gleichzeitig geöffnet sind. Eine Synchronisation über den GSSG 9 ist dann u. U. schwierig. Diese Schwierigkeit kann z. B. dadurch behoben werden, daß der nicht an der momentanen Drehmomentübertragung beteiligte Weg jeweils nur an einer Stelle (mit nur einer Kupplung) geöffnet wird. Eine andere Lösungsmöglichkeit dieses Problemes ist, daß bestimmte Zahnräder (z. B. die mit a, c, e bezeichneten) eine wesentlich andere Reibung zu den durchgesteckten Wellen haben als die anderen Zahnräder (z. B. die mit b und d bezeichneten). Dadurch stellen sich (halbwegs) definierte Drehzahlen ein, die bei den Synchronisationsvorgängen berücksichtigt werden können. Schließlich noch können alle Drehzahlen (von allen Zahnrädern) gemessen und bei den Synchronisationsvorgängen berücksichtigt werden.
Bereits in G6 wurde angesprochen, daß Sicherheitsvorkehrungen gegen Verschalten (z. B. durch hängende Kupplungen) getroffen werden müssen. Eine weitere Sicherheitsvorkehrung besteht dadrin, daß während der Lastschaltvorgänge das Drehmoment des GSSG 9 gemessen und mit einem aus weiteren Betriebsparametern berechneten Drehmoment verglichen wird. Mit dieser Möglichkeit können z. B. hängende Kupplungen sicher erkannt und damit Fehlschaltungen vermieden werden. Bei einem elektrischen GSSG 9 kann das Drehmoment aus den elektrischen Daten berechnet werden, bei z. B. hydraulischen GSSG 9 können hydraulische Kenngrößen herangezogen werden.
Variante 2.4
Dies ist ein Lastschalt-Gruppengetriebe mit 16 (+7) Vorwärts- und 8 Rückwärtsgängen, wobei hier der genau entgegengesetzte Weg zur Variante 1.4 realisiert ist. Hier sind nämlich nur 2 (3) Gruppen vorhanden, wobei die 1. Gruppe 8 Gänge hat, die alle auf dem Zwischenträger 10 (10a) angeordnet sind, während die Variante 1.4 viele Gruppen mit jeweils nur 2 (3) Gängen hat.
Die Gänge der 1. Gruppe sind alternierend dem Zahnradsatz 3 (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) und dem Zahnrad­ satz 4 (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) zugeordnet. Entsprechend der Variante 1.4 ist der GSSG 9 zwischen diesen beiden Zahnradsätzen (Anteil 9, 9a) angeordnet, die optionale Reibkupplung 24 ist auch zwischen diesen beiden Zahnradsätzen angeordnet, die beiden Zahnradsätze können über eine Kupplung 5 bzw. 8 mit der Welle 1 verbunden werden und die Rückwärtsgänge werden mit einem verschiebbaren Zahnrad 4b und einem zusätzlichen Zahnrad 22 realisiert. Der Planetensatz 37, 38, 39, die Kupplung 40, die Bremse 41 und die Welle 10a sind optional. Wenn diese Bauteile nicht vorhanden sind, besteht nur eine durchgehende Welle 10. Der Zustand wie bei einer durchgehenden Welle 10 wird durch eine geschlossene Kupplung 40 erreicht (Verblockung des Planetensatzes). Der Zweck dieses optionalen Planetensatzes mit den zugehörigen Bauteilen wird gesondert beschrieben, zunächst ist die Kupplung 40 immer geschlossen.
Bei geschlossenen Kupplungen 5, 40 und 53 und ansonsten gelösten Kupplungen bzw. Schaltmuffen wird in den 1. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 45 nach links geschlossen und das Zahnrad 4b nach links verschoben wird, so daß es mit dem Zahnrad 4c kämmt. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9 (optional unterstützt über die Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Dann kann die Kupplung 8 geschlossen werden und der 1. Gang arbeitet ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 5 (und 24) wird in den 2. Gang geschaltet indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach links geschlossen wird. Der 2. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (eventuell unterstützt über die Kupplung 24) die Schaltmuffe 45 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 2. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 8 (und 24) wird in den 3. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 45 nach rechts geschlossen wird. Der 3. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Schaltmuffe 35 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 3. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 5 (und 24) wird in den 4. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen wird. Der 4. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Schaltmuffe 35 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 4. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 8 (und 24) wird in den 5. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 52 geschlossen wird. Der 5. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Schaltmuffe 35 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 5. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 5 (und 24) wird in den 6. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach links geschlossen wird. Der 6. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Kupplung 52 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 6. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 8 (und 24) wird in den 7. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 51 geschlossen wird. Der 7. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Schaltmuffe 36 geöffnet, danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 7. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Mit gelöster Kupplung 5 (und 24) wird in den 8. Gang geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach rechts geschlossen wird. Der 8. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Kupplung 51 geöffnet danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 8. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Dies war die unterste Gruppe der Gänge. Bei der 2. Gruppe der Gänge wird der Zahnradsatz 4.1, 4a1 in umgekehrter Drehmomentrichtung für die Rückkopplung zur Welle 13 benutzt. (Für die 2. Gruppe muß kein zusätzlicher Zahnradsatz vorhanden sein. Bei entsprechender Auslegung leistet der Zahnradsatz 4.1, 4a1 vollwertigen Ersatz.) Für die 2. Gruppe muß das Getriebe neu konfiguriert werden. Dafür ist es günstig, daß der 8. Gang über den Zahnradsatz 3 arbeitet. Wenn jetzt noch die Kupplung 40 gelöst wird, ist der Planetensatz 37, 38, 39 freigegeben, das Getriebe arbeitet ohne Welle 10 nur über die Welle 10a und der Zahnradsatz 4 kann völlig unabhängig drehmomentfrei konfiguriert werden. (Wenn der optionale Planetensatz 37, 38, 39 nicht eingebaut ist, genügt eine Kupplung zwischen Welle 10 und 10a, um diesen Zustand zu erreichen. Diese Kupplung kann an der Stelle angebracht werden, wo der Planetensatz 37, 38, 39 eingezeichnet ist. Bei gedrehtem Zahnrad­ satz 3 kann diese (optionale) Kupplung auch zwischen Schaltmuffe 35 und 36 angebracht sein (ohne zugehörige Zeichnung).) Der 8. Gang arbeitet jetzt also unabhängig vom Zahnradsatz 4 (von Welle 1 über Kupplung 5, Zahn­ radpaar 3.1, 3a1. Schaltmuffe 36 (rechts). Welle 10a, Zahnradpaar 4b, 4c auf Welle 13). Bei gelöster Kupplung 8 kann nun synchronisiert über den GSSG 9 Kupplung 11 geschlossen und danach Kupplung 53 geöffnet werden. Dann können, wieder synchronisiert über den GSSG 9, Schaltmuffe 45 nach links und Kupplung 51 geschlossen werden. Damit ist der 9. Gang eingeschaltet. Der 9. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 24) die Schaltmuffe 36 gelöst und danach, wieder mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn dann noch die Kupplung 8 geschlossen wird, arbeitet der 9. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von der Welle 1 über Kupplung 8, Zahnradpaar 4.4, 4a4, Schaltmuffe 45 (links). Welle 10, Kupplung 51. Zahnrad­ paar 4a1, 4.1, Kupplung 11 auf Welle 13.
Wenn die Aufteilung in Welle 10 und 10a mit der zugehörigen Trennmöglichkeit über Kupplung 40 (oder eine Kupplung ohne Planetensatz) nicht vorhanden ist, kann die Umschaltung vom 8. in den 9. Gang (und zurück) nicht als Lastschaltung ausgeführt werden. Wenn man die (kurzfristige) Dreh­ momentunterbrechung während dieser Umschaltung akzeptiert, kann die Welle 10 durchgehend ohne Unterbrechungsmöglichkeit ausgeführt werden.
Wenn nicht mehr erwartet wird, daß in den 8. Gang zurückgeschaltet werden soll, kann das Zahnrad 4b nach rechts verschoben werden, so daß es nicht mehr mit dem Zahnrad 4c kämmt. Mit gelöster Kupplung 5 (und 24) und synchronisiert über den GSSG 9 kann jetzt die Schaltmuffe 35 nach links geschlossen werden. Bei einer Aufteilung in Welle 10 und 10a kann jetzt (synchronisiert über den GSSG 9), die Kupplung 40 (oder die Kupplung ohne Planetensatz) geschlossen werden, damit die Wellen 10 und 10a wieder drehfest miteinander verbunden sind. Damit ist der 10. Gang eingeschaltet. Der 10. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 45 gelöst und dann mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnradsatzes 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und Kupplung 5 geschlossen wird letzt arbeitet der 10. Gang ohne elek­ trische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Die Gänge 11 und 12 werden geschaltet und aktiviert wie in der untersten Gruppe die Gänge 3 und 4. Beim 13. Gang kommt als Besonderheit hinzu, daß die Kupplungen 51 und 52 gleichzeitig geschlos­ sen sind, weil der 13. Gang vom Zahnradpaar 4.2. 4a2 auf das Zahnradpaar 4a1, 4.1 arbeitet. Deshalb sind hier die unabhängig voneinander arbeitenden Kupplungen 51 und 52 vorgesehen und keine Schaltmuffe. Der 14. Gang wird eingeschaltet und aktiviert wie in der untersten Gruppe der 6. Gang.
Der 15. Gang hätte den Weg 4.1, 4a1-4a1, 4.1, also die Übersetzung 1. Deshalb ist (mit den gezeich­ neten Abmessungen) das Getriebe so ausgelegt, daß der 15. Gang (innerhalb der Reihe der Gang­ sprünge) die Übersetzung 1 hat. Das bedeutet, der 15. Gang arbeitet als direkte Durchschaltung von Welle 1 auf Welle 13. Eingeschaltet wird der 15. Gang, indem bei gelöster Kupplung 8 (24) synchro­ nisiert über den GSSG 9 die Kupplung 53 geschlossen wird. Aktiviert wird der 15. Gang, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 gelöst und dann mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 24) die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und Kupplung 8 geschlossen wird letzt arbeitet der 15. Gang als direkte Durchschaltung von Welle 1 auf Welle 13 mit dem überhaupt größtmöglichen Wirkungsgrad.
In den 16. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert wie in der untersten Gruppe der 8. Gang (hier muß nur die Kupplung 53 gelöst werden). Damit erhält man eine vollständige Gruppe mit hier 8 Gängen durch minimal nur eine zusätzliche Kupplung 53 (und den Kupplungen 51 und 52 statt einer Schaltmuffe). Die Aufteilung in Welle 10 und 10a mit der Trennmöglichkeit ist nur erforderlich, wenn eine Lastschaltung auch zwischen den Gängen 8 und 9 gefordert wird. Mit den gezeichneten Abmes­ sungen übersetzt der 16. Gang um den Faktor 1, 2 ins Schnelle. Andere Auslegungen sind möglich. Wenn z. B. Zahnradsatz 3 und 4 ihre Plätze vertauschen und die 2. Gruppe über den Zahnradsatz 3a1, 3.1 arbeitet kann das Getriebe so ausgelegt werden, daß der 16. Gang die Übersetzung 1 hat.
Die Rückwärtsgänge arbeiten mit nach rechts gerücktem Zahnrad 4b und gekoppeltem Zahnrad 22 wie die Gänge 1 bis 8. Starter- und Generatorbetrieb kann wie bei der Variante 1.4 erfolgen (siehe auch G4, G5, G6).
Damit sind aber noch nicht alle Kombinationsmöglichkeiten und Gänge ausgeschöpft. Ohne den Planetensatz 37, 38, 39 sind noch 3 weitere Gänge möglich. Bei geschlossenen Kupplungen 5, 11 und 53 und gelösten Kupplungen 8, 24 und 51 sind noch folgende Wege und Übersetzungen möglich (andere Wege führen zu den gleichen Übersetzungen). Schaltmuffe 36 sei immer nach rechts geschlos­ sen (Zahnradpaar 3.1, 3a1 arbeitet). Bei geschlossener Kupplung 51 erhält man eine Übersetzung um den Faktor 1.73 ins Schnelle, bei nach rechts geschlossener Schaltmuffe 45 eine Übersetzung von etwa 2,49 ins Schnelle und bei nach links geschlossener Schaltmuffe 45 eine Übersetzung von etwa 3,58 ins Schnelle. Die Sprünge zwischen den Gängen betragen etwa 1,44 und nicht 1,2 wie bei den unteren Gängen, da nicht mehr abwechselnd zwischen Zahnradsatz 3 und 4 geschaltet werden kann.
Das volle Potential mit Sprüngen um den Faktor 1, 2 kann man ausnutzen, wenn (wie gezeichnet) zwischen die Wellen 10 und 10a ein Planetensatz 37, 38, 39 geschaltet ist. Bei geschlossener Kupp­ lung 40 ist der Planetensatz verblockt mit der Übersetzung 1, bei gelöster Kupplung 40 und betätigter Bremse 41 übersetzt der Planetensatz um den Faktor 1, 2 von Welle 10a zur Welle 10 ins Schnelle. Damit erhält man folgende Gänge (andere Wege sind möglich)
  • - 17. Gang: Schaltmuffe 36 nach links, Bremse 41 festgesetzt. Kupplung 52 geschlossen, Faktor 1,44
  • - 18. Gang: Schaltmuffe 36 nach rechts (bleibt ab jetzt in dieser Stellung), Kupplung 40 geschlossen. Kupplung 52 geschlossen, Faktor 1,73
  • - 19. Gang: Bremse 41 festgesetzt, Kupplung 52 geschlossen, Faktor 2.07
  • - 20. Gang: Kupplung 40 geschlossen, Schaltmuffe 45 nach rechts, Faktor 2,49
  • - 21. Gang: Bremse 41 festgesetzt, Schaltmuffe 45 nach rechts, Faktor 2,99
  • - 22. Gang: Kupplung 40 geschlossen, Schaltmuffe 45 nach links, Faktor 3,58
  • - 23. Gang: Bremse 41 festgesetzt, Schaltmuffe 45 nach links Faktor 4,3
So erhält man also noch eine 3. Gruppe mit 7 zusätzlichen Gängen. (Der GSSG 9 muß allerdings in der Lage sein, die dabei auftretenden hohen Drehzahlen zu verkraften.) Bei den dabei auftretenden hohen Drehzahlen wird der GSSG 9 nur noch geringe Momente liefern. Damit wird kaum noch Last­ schaltung möglich sein und die Synchronisation muß über die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen. Grundsätzlich sind diese 7 Gänge mit dem Mehraufwand eines schaltbaren Planetensatzes realisierbar (3 Gänge auch ohne Planetensatz). Wenn der 16. Gang die Übersetzung 1 hat, sind mit Planetensatz noch zusätzliche 6 Gänge möglich mit der maximalen Übersetzung um den Faktor 2,99. Ohne Planetensatz erhält man noch 3 Gänge mit der maximalen Übersetzung um den Faktor 2,49.
Variante 3.4
Dies ist eine sehr einfache Form eines Lastschalt - Gruppengetriebes mit nur 4 Vorwärts- und 2 Rück­ wärtsgängen. Ein verschiebbares Zahnrad 4b stellt gekoppelt mit dem Zahnrad 4c (nach links ver­ schoben) den Drehmomentfluß für die untere Gruppe sicher, während das Zahnrad 4b nach rechts verschoben den Weg freigibt für die obere Gruppe oder mit kämmendem Zahnrad 22 die Rückwärts­ gänge überträgt. Hier ist der GSSG 9 wie ein herkömmlicher KSG mit einem Stator 9b und einem Rotor 9 gezeichnet. (Ein dreigeteilter GSSG 9 kann ebenfalls eingesetzt werden.)
Die (Klauen-) Kupplung 5 entfällt hier und wird durch eine herkömmliche Trockenreibkupplung 42 ersetzt (Welle 1 muß allerdings durch diese Kupplung 42 hindurch geführt werden, dadurch wird eine zusätzliche Dichtung erforderlich.) Die Trockenreibkupplung 42 kann auch mit dem Zahnrad 4 gekoppelt werden. Dann müssen die Zahnräder 3 und 4 ihre Plätze tauschen, Kupplung 8 wird durch Kupplung 5 ersetzt und das Getriebe muß etwas anders ausgelegt werden.
In den 1. Gang wird geschaltet, indem bei gelösten Kupplungen 8 und 42 (Kupplungen 11 und 53 sind ebenfalls gelöst) mit Hilfe des GSSG 9 das Zahnradpaar 4, 4a so gedreht wird, daß das Zahnrad 4b synchronisiert nach links in eine kämmende Position mit dem Zahnrad 4c gebracht werden kann. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9 die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und dann die Kupplung 8 geschlossen wird. Bei diesem Vorgang kann die Kupplung 42 über den Zahnradsatz 3, 3a unterstützend wirken. Sie darf allerdings nicht ganz geschlossen werden und damit sind erhebliche Reibungsverluste verbunden, da der Zahnradsatz 3, 3a eine höhere Übersetzung hat als der Zahnradsatz 4, 4a. (Wenn die Kupplung 42 auf das Zahnrad 4 wirkt, hat sie die Funktion einer normalen Anfahrkupplung.) Wenn Kupplung 8 geschlossen und Kupplung 42 gelöst ist, arbeitet der 1. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
In den 2. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (eventuell unterstützt über die Kupplung 42) die Kupplung 8 geöffnet und danach (eventuell unter­ stützt über den GSSG 9) die Kupplung 42 geschlossen wird. Der 2. Gang arbeitet dann ohne elek­ trische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. (Wenn die Kupplung 42 auf das Zahnrad 4 wirkt, ist dieser Vorgang nur mit Hilfe des GSSG 9 möglich.)
In den 3. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem bei gelöster Kupplung 42 mit Hilfe des GSSG 9 das Zahnrad 4 so gedreht wird, daß die Kupplung 53 geschlossen werden kann. Wenn nicht mehr erwartet wird, daß in den 2. Gang zurückgeschaltet werden soll, kann das Zahnrad 4b nach rechts verschoben werden. Der 3. Gang arbeitet dann als direkte Durchschaltung von Welle 1 auf Welle 13 mit dem überhaupt größtmöglichen Wirkungsgrad.
In den 4. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 11 geschlossen wird. Der 4. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 42) die Kupplung 53 gelöst und danach die Kupplung 42 geschlossen wird (Unterstützung über den GSSG 9). Der 4. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von der Welle 1 über Kupplung 42, Zahnradpaar 3, 3a, Welle 1a, Zahnradpaar 4a, 4 und Kupplung 11 auf Welle 13. Das Zahnradpaar 4a, 4 überträgt dabei gegenüber dem 1. Gang Drehmoment in umge­ kehrter Richtung.
Das Zurückschalten passiert in umgekehrter Reihenfolge, wobei beim Zurückschalten vom 3. in den 2. Gang die Kupplung 53 das Zahnrad 4 freigibt fiu die Synchronisation des Zahnrades 4b. Die Rück­ wärtsgänge werden bei nach rechts verschobenem Zahnrad 4b und mit den Zahnrädern 4b und 4c kämmendem Zahnrad 22 eingeschaltet und aktiviert wie der 1. und 2. Vorwärtsgang.
Mit den gezeichneten Abmessungen übersetzt der 4. Gang um den Faktor 1,6 ins Schnelle, dies ist zugleich der Gangsprung für alle Gangwechsel. Wenn die Kupplung 42 auf das Zahnrad 4 wirkt, muß das Getriebe so ausgelegt werden, daß der 4. Gang die Übersetzung 1 hat. Dann kann die Kupplung 42 nur beim 1., 3. und 1. Rückwärtsgang unterstützend wirken, allerdings mit wesentlich geringeren Reibungsverlusten.
Bei nach rechts verschobenem Zahnrad 4b (und entkoppeltem Zahnrad 22), gelösten Kupplungen 11, 42 und 53 und geschlossener Kupplung 8 läuft der Startvorgang wie bei einem KSG ab, bei geschlos­ sener Kupplung 8 oder 42 kann der GSSG 9 als Generator wirken.
Der Zahnradsatz 4, 4a übernimmt hier die Funktionen
  • - Drehmomentübertragung von Welle 1 auf Welle 1a im 1. Gang
  • - Drehmomentübertragung von Welle 1a auf Welle 13 im 4. Gang
  • - Synchronisation des Getriebes
  • - parallele Drehmomentübertragung während der Lastschaltvorgänge
und sorgt damit für einen kompakten, leichten und Kosten sparenden Aufbau dieses 4-Gang-Gertiebes.
Zwischenbemerkungen
Bei den Varianten 1.4 bis 3.4 wird die Zahl der Gänge mit einfachen Mitteln dadurch erhöht, daß die Welle 13 in der Flucht von Welle 1 liegt. Mit einer Kupplung 11 (53) ist dann eine direkte Durchschaltung von Welle 1 auf Welle 13 möglich (Übersetzung 1). Außerdem erlauben die vorhan­ denen Zahnräder und Kupplungen weitere Gänge, die lediglich den entsprechenden Programmier­ aufwand für die Ansteuerangen benötigen. Diese Anordnung mit Welle 13 in der Flucht von Welle 1 ist günstig für Fahrzeuge mit vorne längs eingebauter Brennkraftmaschine und Heckantrieb.
Für Fahrzeuge mit vorne quer eingebauter Brennkraftmaschine und Frontantrieb oder für Fahrzeuge mit Allradantrieb ist es günstig, wenn die Welle 13 an der Brennkraftmaschine vorbei geführt werden kann. Dann darf Welle 13 nicht mehr in der Flucht von Welle 1 liegen und die damit gekoppelten Möglichkeiten entfallen. Wie auch für diesen Fall Lastschalt - Gruppengetriebe mit Synchronisations­ einrichtung über eine Drehmaschine mit Rückführungen realisiert werden können, wird in den Varianten 4.4 und 5.4 gezeigt, während die Variante 6.4 eine Kombination beider Möglichkeiten ist.
Variante 4.4
Diese Variante hat 6 Vorwärts- und 1 (2) Rückwärtsgänge. Die Welle 13 verläuft parallel zur Welle 1 und kann somit (bei entsprechender Dimensionierung der zugehörigen Zahnräder) an der Brennkraft­ maschine vorbei geführt werden. Der GSSG 9 ist wieder dreigeteilt mit einem Stator 9b (mit dem Gehäuse 12 verbunden), einem "Stator" 9a (mit dem Zahnradsatz 4 (4.1, 4.2, 4.3) verbunden) und einem gemeinsamen Rotor 9, der mit dem Zahnrad 3 verbunden ist (die Anteile 9 und 9a können ihre Funktion vertauschen). Eine optionale Trockenreibkupplung 42 dient zur Übertragung des Anfahr­ drehmomentes, falls der GSSG 9 dazu nicht in der Lage ist. (Die Klauen-Kupplung 8 kann dann entfallen.)
Im Leerlaufzustand sollten die Kupplungen 5 und 42 (8) geöffnet und die Kupplungen 44a und 48 geschlossen sein. In den 1. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Schalt muffe 35 nach links geschlossen wird. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9 bzw. der optionalen Reibkupplung 42 die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 auf die Drehzahl von Welle 1 ge­ bracht wird. Wenn die Kupplung 42 (8) geschlossen ist, arbeitet der 1. Gang ohne elektrische Unter­ stützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42 (8), Zahnradpaar 4.2, 4a2, Schaltmuffe 35, Welle 10, Kupplung 44a, Zahnradpaar 3a, 3, Zahnradpaar 43, 43a und Kupplung 48 auf Welle 13.
In den 2. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomentunterstützt über den GSSG 9 (Zahnrad 3) die Schaltmuffe 35 geöffnet und das Zahnrad 3 soweit beschleunigt wird, daß die Kupplung 44 geschlossen werden kann. Jetzt arbeitet der 2. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad, wobei die Umschaltung als aktive Lastschaltsynchronisation mit Hilfe des GSSG 9 im Pendelbetrieb erfolgt ist.
In den 3. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomentunterstützt über den GSSG 9 (Zahnrad 3) Kupplung 44 geöffnet, danach die Drehzahl von Zahnrad 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt und Kupplung 5 geschlossen wird. Jetzt arbeitet der 3. Gang ohne elektrische Unter­ stützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradsatz 43, 43a und Kupplung 48 auf Welle 13.
Der Zahnradsatz 4 ist beim 3. Gang nicht beteiligt, da das Zahnrad 43 über die Kupplung 5 direkt mit Welle 1 verbunden ist. Wenn erwartet wird, daß in den 4. Gang geschaltet werden soll, wird bei geöff­ neter Kupplung 42 (8) synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 44a geöffnet und die Schalt­ muffe 35 nach links geschlossen. Danach kann, wieder synchronisiert über den GSSG 9, die Kupp­ lung 49 geschlossen werden. Damit ist der 4. Gang eingeschaltet bzw. das Getriebe ist neu konfigu­ riert. Der 4. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 42) die Kupplung 48 geöffnet und die Drehzahl des Zahnradsatzes 4 mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Bei geschlossener Kupplung 42 (8) arbeitet der 4. Gang mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42 (8), Zahnradpaar 4.2, 4a2, Schaltmuffe 35 und Kupplung 49 auf Welle 13.
Jetzt kann Kupplung 5 geöffnet und synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 44a wieder geschlossen werden. In den 5. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomentent­ lastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 gelöst und drehmomentunterstützt über den GSSG 9 (Zahnradpaar 3, 3a) die Drehzahl von Welle 10 soweit angehoben wird, daß die Kupplung 44 geschlossen werden kann. Jetzt arbeitet der 5. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größt­ möglichen Wirkungsgrad.
In den 6. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Kupplung 44 gelöst und drehmomentunterstützt über den GSSG 9 die Drehzahl des Zahnrades 3 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn dann Kupplung 5 geschlossen wird, arbeitet der 6. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Der Rückwärtsgang wird eingeschaltet und aktiviert wie der 1. Gang, nur daß jetzt die Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen werden muß. Das Zahnrad 22 mit der Welle 23 bewirkt die Drehrichtungs­ umkehr. (Eine Vorrichtung mit verschiebbarem Zahnrad 43 (bzw. 43a) und einem dort angebrachten Zahnrad 22 ist ebenfalls denkbar.) Grundsätzlich ist auch noch ein schneller Rückwärtsgang mit direkter Kopplung von Welle 10 auf Welle 13 möglich.
Mit den gezeichneten Abmessungen hat der 5. Gang die Übersetzung 1 und der 6. Gang übersetzt mit dem Faktor 1,43 ins Schnelle, dieser Faktor ist zugleich der Sprung zwischen den einzelnen Gängen. Die Gesamtspreizung beträgt 6.
Der Warmstartvorgang kann bei geschlossener Kupplung 5 über die Anteile 9, 9b des GSSG 9 erfol­ gen. Bei festgesetztem Zahnradsatz 4 kann der Anteil 9a unterstützend wirken (Kaltstart). Bei drehen­ der Brennkraftmaschine kann der GSSG 9 immer als Generator wirken.
Das Zahnradpaar 3, 3a erflüllt hier die Aufgaben
  • - Drehmomentübertragung von Welle 10 zum Zahnrad 43 im 1. und 2. Gang
  • - Drehmomentübertragung von Welle 1 auf Welle 10 im 6. Gang
  • - Synchronisation des Getriebes
  • - parallele Drehmomentübertragung und Lastschaltsynchronisation während der Lastschalt­ vorgänge
und sorgt damit für einen kompakten, leichten und Kosten sparenden Aufbau dieses 6-Gang-Ge­ triebes.
Das Zahnradpaar 3, 3a kann an allen Synchronisations- und Lastschaltvorgängen beteiligt werden. Deshalb ist es sinnvoll, den Rotor 9 im Pendelbetrieb auf das Zahnrad 3 wirken zu lassen, weil so die größten Drehmomente erzeugt werden können. Allerdings sind die Übersetzungsverhältnisse für den GSSG 9 nicht so günstig wie bei den vorangegangenen Varianten.
Der Anteil 9a des GSSG 9 kann keine so hohen Drehmomente erzeugen wie der Rotor 9. Deshalb wird eine Kupplung 42 sinnvoll sein. Die Kupplung 42 kann außerhalb des ölbenetzten Gehäuses 12 als Trockenreibkupplung ausgeführt werden. Wenn das Getriebe umgedreht wird, kann die Kupplung 42 auch zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe angebracht werden.
Bei dieser Getriebebauart können die Wellen 10 und 13 hohl ausgeführt werden. Dadurch ist es mög­ lich, daß mindestens eine Welle 50 durch diese Wellen hindurch gesteckt werden kann. Von der Welle 13 kann ein Achs- oder Verteilerdifferentialgetriebe angetrieben werden. Die Welle 50 kann dann zu einem Rad bzw. zu einer Achse führen.
Für den Schaltablauf ist es wichtig, daß der 3. Gang den Zahnradsatz 4 nicht benötigt. Der 4. Gang kann deshalb lastfrei eingeschaltet (konfiguriert) werden. Vergleichbare Eigenschaften werden bei der Variante 5.4 verstärkt ausgenutzt. Diese Variante (und auch die Variante 5.4) arbeitet entweder mit 2 Wellen (von Welle 1 bzw. 2 auf Welle 13 bzw. 10) oder mit 4 Wellen (von der Welle 2 auf die Welle 10 über die Zahnräder 3 und 43 auf die Welle 13). Etwas modifiziert gilt diese Aussage auch für die Variante 6.4. Dort wird außerdem noch gezeigt, wie mit 5 Wellen noch weitere Gänge einfach realisiert werden können.
Variante 5.4
Dies ist eine Weiterentwicklung der Variante 4.4 zu jetzt insgesamt 21 lastschaltbaren Vorwärts­ gängen. Dies kann für allradgetriebene Geländefahrzeuge nützlich sein. Durch geringe Modifikationen sind mehr oder weniger Gänge möglich. Auch hier kann die Welle 13 (die Welle 50) bei einer ent­ sprechenden Auslegung der Zahnräder an der Brennkraftmaschine vorbei geführt werden. Bei einer vorne längs eingebauten Brennkraftmaschine kann die Welle 13 z. B. zu einem (nicht gezeichneten) Verteilerdifferentialgetriebe führen. Ein Ausgang dieses Verteilerdifferentialgetriebes kann dann zum um 90° gedrehten Differentialgetriebe des Vorderachsantriebes führen (Achsuntersetzung durch die zugehörigen Kegelräder), während der andere Ausgang z. B. über die Welle 50 zum um 90° gedrehten Hinterachs-Differentialgetriebe geführt werden kann (Achsuntersetzung ebenfalls über die zugehö­ rigen Kegelräder). Somit ergibt sich eine kompakte, leichte und kostengünstige Getriebebauweise ohne viele Umlenkungen für diese Fahrzeugkategorie. Ein Einsatz für frontgetriebene Fahrzeuge bei quer eingebauter Brennkraftmaschine ist natürlich ebenso möglich wie bei der Variante 4.4.
Auch bei dieser Variante (und der Variante 4.4) ist grundsätzlich eine Rückführung in die Flucht von Welle 1 möglich. Dies wird in der Fig. 5 angedeutet durch eine um die Kupplung 42 herumgeführte Kupplung 11 und einem Zahnradsatz 4b, 4c. Dabei muß das Zahnrad 4b über eine (nicht gezeichnete) Kupplung mit der Welle 13 drehfest zu verbinden sein. Wenn diese Kupplung geschlossen ist, wird die Drehung der Welle 13 über den Zahnradsatz 4b, 4c auf die Welle 13a übertragen (5-Wellen-Betrieb). Wenn diese Kupplung geöffnet und Kupplung 11 geschlossen ist, ergeben sich noch vielfältige Über­ tragungsmöglichkeiten vom Zahnradsatz 3 bzw. 43 auf den Zahnradsatz 4 bzw. direkt von Welle 1 auf Welle 13. Damit ist eine weitere Gruppe von Gängen möglich, allerdings dann vorwiegend ausgelegt für Fahrzeuge mit Heckantrieb und vorne längs eingebauter Brennkraftmaschine. Variante 5.4 kann weiter ausgebaut werden, Variante 4.4 kann abgespeckt werden auf 4 Gänge und alle möglichen Zwischenstufen sind ebenfalls realisierbar. Die Vielfalt der Variationsmöglichkeiten ist damit ange­ deutet und soll hier nicht weiter aufgeführt werden.
Der Aufbau und Funktionsablauf ist vergleichbar mit dem der Variante 4.4, nur etwas umfangreicher. Deshalb werden nicht mehr alle Einzelheiten beschrieben. Der 1. Gang wird eingeschaltet, indem bei geöffneten Kupplungen 5 und 42 synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffen 35 und 46 nach links und die Kupplungen 52 und 54 geschlossen werden. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9 und der (Trockenreib-) Kupplung 42 die Drehzahl von Welle 2 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 1. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad (Kupplung 42 kann entfallen, dann muß aber eine Kupplung 8 gemäß Variante 4.4 vorhanden sein.) Im 1. Gang wird das Dreh­ moment von Welle 1 über Kupplung 42, Zahnradpaar 4.3, 4a3, Schaltmuffe 35 (links), Welle 10, Schaltmuffe 46 (links). Zahnradpaar 3a1, 3.1, Kupplung 54, Zahnradpaar 43.2, 43a2 und Kupplung 52 auf Welle 13 übertragen.
Den 2. Gang erhält man als Lastschaltvorgang, indem drehmomentunterstützt durch den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 geöffnet und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach rechts geschlossen wird. Der 2. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. Während des Umschaltvorganges kann der Abschnitt 9, 9b des GSSG 9 im Generator­ betrieb und der Abschnitt 9, 9b im Motorbetrieb arbeiten, der Vorgang der Umschaltung erfolgt also ohne nennenswerte Belastung der Bordnetzbatterie im Pendelbetrieb. Den 3. Gang erhält man durch einen völlig vergleichbaren Vorgang, nur daß jetzt die Schaltmuffe 36 rechts gelöst und nach links geschlossen wird .
In den 4. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomentunterstützt durch den GSSG 9 die Schaltmuffen 36 und 46 geöffnet und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach links und die Schaltmuffe 46 nach rechts geschlossen wird. Der 4. Gang arbeitet dann ohne elek­ trische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad vergleichbar mit dem 1. Gang, nur daß jetzt anstelle des Zahnradpaares 3a1, 3.1 das Zahnradpaar 3a2, 3.2 das Drehmoment überträgt. Mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 46 erhält man den 5. und 6. Gang wie zuvor den 2. und 3. Gang.
In den 7. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomentunterstützt über den GSSG 9 die Schaltmuffe 46 gelöst und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 53 geschlossen wird. Der 7. Gang arbeitet jetzt ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungs­ grad von der Welle 1 über Kupplung 53, Zahnradpaar 43.2, 43a2 und Kupplung 52 auf Welle 13 im 2-Wellen-Betrieb.
Die ersten 7 Gänge kann man auffassen als ein 3 × 2 -Gruppengetriebe (Zahnradsätze 3 und 4) mit einem zusätzlichen Gang (Zahnrad 43.2 gekoppelt mit der Welle 1). Wie sich anschließend zeigen wird, kann man den gesamten Block auch als eine Gruppe mit 7 Gängen auffassen. Dabei ist es wich­ tig; daß das Zahnradpaar 43.2, 43a2 im 7. Gang unabhängig vom restlichen Getriebe arbeitet. Denn für den 8. Gang muß das Getriebe neu konfiguriert werden, und dieser Vorgang kann so als reiner Synchronisatiohnsvorgang ablaufen.
Wenn erwartet wird, daß nicht mehr in den 6. Gang zurückgeschaltet werden muß, kann in den 8. Gang geschaltet werden. Dazu werden die Kupplungen 42 und 54 gelöst. Jetzt können, ohne Last synchronisiert über den GSSG 9, die Schaltmuffen 35 und 46 nach links und die Kupplung 51 i geschlossen werden. Damit ist das Getriebe neu konfiguriert. Der 8. Gang wird aktiviert, indem zunächst mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Kupplung 52 entlastet und gelöst und danach wieder mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Drehzahl von Welle 2 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 8. Gang ohne elek­ trische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42. Zahn­ radpaar 4.3, 4a3, Schaltmuffe 35 (links), Welle 10, Schaltmuffe 46 (links). Zahnradpaare 3a1, 3.1 und 43.1. 43a1 und Kupplung 51 auf Welle 13.
Der 8. Gang ist also vergleichbar mit dem 1. Gang, nur daß statt Kupplung 54 und Zahnradpaar 43.2, 43a2 das Zahnradpaar 43.1. 43a1 das Drehmoment überträgt. Dies kann man also als den 1. Gang der 2. Gruppe auffassen. Die Gänge 9 bis 14 erhält man damit analog zu den Gängen 2 bis 7 als Last­ i schalt - Synchronisationsvorgänge, wobei beim 14. Gang statt der Kupplung 53 die Kupplung 5 geschlossen wird. (Kupplung 53 kann ab dem 7. Gang aufwärts geschlossen bleiben.) Im 14. Gang arbeitet das Getriebe wieder im 2-Wellen-Betrieb von Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradpaar 43.1, 43a1 und Kupplung 51 auf Welle 13 ohne Beteiligung des restlichen Getriebes. (Daß das Zahnrad 3.1 nicht vom Zahnrad 43.1 entkoppelt ist, spielt beim nachfolgenden Synchronisatiosvorgang keine Rolle.)
Wenn erwartet wird, daß nicht mehr in den 13. Gang zurückgeschaltet werden muß, kann in den 15. Gang geschaltet werden. Dazu werden die Kupplung 42 und die Schaltmuffen 36 und 46 gelöst. Dann werden synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach links und die Schaltmuffe 45 nach rechts geschlossen. Der 15. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 42) die Kupplung 51 geöffnet und danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Dreh­ zahl von Welle 2 auf die Drehzahl von Welle 1 angehoben wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 15. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wir­ kungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42, Zahnradpaar 4.3, 4a3, Schaltmuffe 35 (links), Welle 10, Schaltmuffe 45 (rechts) auf Welle 13.
Wenn nicht mehr erwartet wird, daß in den 14. Gang zurück geschaltet werden soll, kann Kupplung 5 gelöst und synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 46 nach rechts geschlossen werden. In den 16. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 gelöst und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach rechts geschlossen wird. Der 16. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. In den 17. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 gelöst und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schalt­ muffe 36 nach links geschlossen wird. Der 17. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. In den 18. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 gelöst und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 5 geschlossen wird. Der 18. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützug mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradpaar 3.2. 3a2, Schalt­ muffen 46 und 45 (rechts) auf Welle 13. Mit den gezeichneten Abmessungen hat der 18. Gang eine Übersetzung von (nahezu) 1.
3 Gänge mit einem Übersetzungsverhältnis größer 1 sind außerdem noch möglich. Weil die Dreh­ momentübertragung über Kupplung 5 erfolgt, kann Kupplung 42 gelöst und das Getriebe neu kon­ figuriert werden. Dazu wird synchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach rechts geschlos­ sen. Jetzt ist eine kurze Drehmomentunterbrechung notwendig (bei dem hohen Gang gut tragbar), denn die Schaltmuffe 45 muß rechts gelöst und synchronisiert über den GSSG 9 nach links geschlos­ sen werden. Damit ist der 19. Gang eingeschaltet. Der 19. Gang wird aktiviert, indem Kupplung 5 geöffnet und mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Drehzahl von Welle 2 auf die Drehzahl von Welle 1 angehoben wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 19. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle I über Kupplung 42, Zahnradpaar 4.2, 4a2, Welle 10, Schaltmuffe 46 (rechts). Zahnradpaare 3a2, 3.2 und 3.1, 3a1 und Schaltmuffe 45 (links) auf Welle 13. (Wenn die Zahnräder 3.1 und 3.2 durch Kupplungen trennbar gestaltet werden, kann auch zwischen 18. und 19. Gang ein Lastschaltvorgang realisiert werden, dieser Aufwand ist aber wohl nicht notwendig.)
In den 20. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 gelöst und danach lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 nach links geschlossen wird. Der 20. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. Den 21. Gang erhält man schließlich, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 36 gelöst und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 5 geschlossen wird. Der 21. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradpaar 3.1, 3a1 und Schaltmuffe 45 (links) auf Welle 13.
Der 1. Rückwärtsgang wird eingeschaltet und aktiviert wie der 1. Gang, wenn die Schaltmuffe 35 statt nach links nach rechts geschlossen wird. Ein 2. Rückwärtsgang entsprechend dem 4. Gang ist ebenfalls möglich. (Weitere Rückwärtsgänge sind möglich, aber wohl nicht sinnvoll.)
Startvorgänge sind gemäß Variante 4.4 möglich ebenso der Generatorbetrieb. Mit den gezeichneten Abmessungen übersetzt der 21. Gang um den Faktor 1,64 ins Schnelle, die Gangsprünge betragen 1,18 und die Spreizung beträgt etwa 27 (andere Werte sind natürlich möglich).
Die Zahnradsätze 3.1. 32. 3a1 und 3a2 erfüllen hier die Aufgaben
  • - Drehmomentübertragung von Welle 10 zu den Zahnrädern 43.1 und 43.2 in den unteren Gängen
  • - Drehmomentübertragung von Welle 1 zur Welle 10 in den oberen Gängen
  • - Synchronisation des Getriebes
  • - parallele Drehmomentübertragung und Lastschaltsvnchronisation während der Lastschalt­ vorgänge
und sorgt somit für einen kompakten, leichten und Kosten sparenden Aufbau dieses Getriebes.
Variante 6.4
Die in Fig. 6 gezeigte Getriebevariante kann ausgelegt werden mit einer Welle 13 in der Flucht von Welle 1 (gezeichnete Ausführung), vorwiegend für Fahrzeuge mit Frontbrennkraftmaschine und Heckantrieb. Sie hat dann 9 Vorwärts- und 3 Rückwärtsgänge. Wenn das Zahnradpaar 3b, 3c und die Kupplung 11 entfallen, nimmt die Welle 10 die Funktion der Welle 13 an und man erhält ein 6-Gang- Getriebe (+ 3 Rückwärtsgänge), ausgelegt vorwiegend für allradgetriebene Fahrzeuge bzw. für Fahr­ zeuge mit Frontantrieb und vorne quer eingebauter Brennkraftmaschine. Diese Getriebebauart kann also modular für beide Antriebskonzepte ausgelegt werden (trifft auch für die Varianten 4.4 und 5.4 zu). Andere Gangzahlen sind möglich, z. B. durch Aufteilung in die Zahnradpaare 43.1, 43a1 und 43.2, 43a2, womit auch ohne das Zahnradpaar 3b, 3c 9 Gänge erreicht werden können.
Eine weitere Besonderheit dieses Getriebes ist die Ausführung der Kupplung 42. Sie soll als Trocken­ reibkupplung ausgeführt werden und außerdem die Rotation des Zahnrades 3.2 zur Kupplung 11 über­ tragen. Deshalb bietet es sich an, die Trockenreibkupplung 42 durch ein mitrotierendes Gehäuse 56 vor dem Getriebeöl zu schützen. Das hat den Vorteil, daß nur eine Öldichtung vorhanden sein muß. Außerdem kann das mitrotierende Gehäuse 56 an seinem äußeren Rand mit mindestens einem Ventil ausgestattet sein, das bei Stillstand des Gehäuses federbelastet schließt und bei rotierendem Gehäuse aufgrund der Fliehkraft öffnet. So kann das eventuell in das Gehäuse eingedrungene Öl durch dieses mind eine Ventil bei rotierendem Gehäuse aufgrund der Fliehkraft entweichen. Zur Vermeidung von Pantscharbeit kann das mitrotierende Gehäuse 56 im unteren Teil in einer (offenen) Wanne 57 laufen. Eventuell in die Wanne 57 eingedrungenes Öl kann entweder durch Schaufeln am Gehäuse 56 oder durch eine Leitung zum Ansaugstutzen einer Ölpumpe entfernt werden. Diese Leitung kann gegebe­ nenfalls mit einem Schwimmerventil versehen sein, damit die Ölpumpe nicht unnötig Luft ansaugt. Wenn der Ölkreislauf von Brennkraftmschine und Getriebe nicht getrennt sind, kann das Schwung­ rad ebenfalls mit einer Wanne 57 und den zugehörigen Einrichtungen gegen Pantscharbeit geschützt werden. Auch die Kupplung 24 (oder 42) der anderen Varianten kann grundsätzlich durch ein mit­ rotierendes Gehäuse 56 als Trockenreibkupplung ausgeführt und durch eine Wanne 57 gegen Pantsch­ arbeit geschützt werden.
Der GSSG 9 ist hier wieder dreigeteilt ausgeführt, wobei der gemeinsame Rotor 9 mit dem Zahnrad 3.1 verbunden ist, während der Stator 9b mit dem Gehäuse 12 verbunden ist und der "Stator" 9a mit der Welle 1 rotiert. Ein Warmstart kann mit nach rechts geschlossener Schaltmuffe 35 über den Abschnitt 9b, 9 erfolgen. Bei geöffneter Schaltmuffe 35 kann der Abschnitt 9b, 9 mit ca. der halben Starterdrehzahl rotieren, während der Abschnitt 9, 9a die fehlende Drehzahl als Differenz zwischen Zahnrad 3.2 und Welle 1 hinzufügt (Kaltstart, siehe auch G4, G5). Bei rotierender Welle 1 ist immer ein Generatorbetrieb möglich.
In den 1. Gang wird geschaltet, indem synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplungen 44 und 49 geschlossen und das Zahnrad 43 nach rechts in eine kämmende Position mit Zahnrad 43a gebracht wird. Der 1. Gang wird aktiviert, indem mit Hilfe des GSSG 9, eventuell unterstützt über die Kupp­ lung 42, die Drehzahl des Zahnrades 3.1 auf die Drehzahl von Welle 1 gebracht wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 1. Gang ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42, Zahnradpaar 3.1, 3a1, Welle 10a, Kupplung 44, Zahnradpaar 4a, 4, Zahnradpaar 43, 43a, Welle 10, Zahnradpaar 3b, 3c auf Welle 13 (5-Wellen-Betrieb).
In den 2. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem Kupplung 42 gelöst und mit Hilfe des GSSG 9 die Drehzahl von Zahnrad 3.1 auf die Drehzahl von Welle 1 gebracht und Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen wird. Der 2. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad. In den 3. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem die Schaltmuffe 35 gelöst und im erweiterten Pendelbetrieb des GSSG 9 (d. h. über die Drehzahl von Welle 1 hinaus) die Drehzahl des Zahnrades 4 auf die Drehzahl von Welle 1 gebracht und die Schaltmuffe 35 nach links geschlossen wird. Der 3. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Schaltmuffe 35 (links). Zahnradpaar 43, 43a, Welle 10, Zahnradpaar 3b, 3c auf Welle 13 (3-Wellen-Betrieb). Wenn das Anfahrdrehmoment gering ist bzw. die Anfahrbeschleunigung nur gering sein soll, kann der 1. und gegebenenfalls auch der 2. Gang übersprungen werden.
Wenn erwartet wird, daß nicht mehr in den 2. Gang zurückgeschaltet werden soll, kann die Kupplung 44 gelöst werden. Danach wird synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 48 geschlossen. Damit ist der 4. Gang eingeschaltet bzw. das Getriebe neu konfiguriert. Der 4. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (die Kupplung 42) die Schaltmuffe 35 gelöst und uni Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Drehzahl des Zahnrades 3.1 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn die Kupplung 421225 00070 552 001000280000000200012000285911111400040 0002010021837 00004 11106< endgültig geschlossen ist, arbeitet der 4. Gang ohne elektrische Unter­ stützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad von Welle 1 über Kupplung 42, Zahnradpaar 3.1, 3a1, Welle 10a, Kupplung 48, Welle 10, Zahnradpaar 3b, 3c auf Welle 13.
Wenn nicht mehr erwartet wird, daß in den 3. Gang zurück geschaltet werden muß, kann das Zahnrad 43 nach links verschoben werden (in dieser Stellung können dann auch die Rückwärtsgänge über ein Zahnrad 22 aktiviert werden). In den 5. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem Kupplung 42 geöffnet und lastachaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen wird. In den 6. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 gelöst wird und lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach links und die Kupplung 49 geschlossen werden. Der 6. Gang arbeitet dann ohne elektrische Unterstützung mit dem größtmöglichen Wirkungsgrad.
Wenn das Zahnradpaar 3b. 3c und die Kupplung 11 nicht vorhanden sind, übernimmt Welle 10 die Aufgabe der Welle 13 und man erhält ein 6-Gang-Getriebe ähnlich Variante 4.4, nur mit anderen Kupplungen bzw. Schaltmuffen und Übersetzungen. Die Welle 10 dieser Variante kann hohl aus­ geführt werden, damit z. B. eine Welle 50 hindurch gesteckt werden kann.
In der gezeichneten Ausführung sind noch 3 weitere Gänge möglich. Beim 6. Gang ist die Welle 10a nicht beteiligt. Deshalb kann synchronisiert über den GSSG 9 die Kupplung 11 geschlossen werden. Damit ist der 7. Gang eingeschaltet. Der 7. Gang wird aktiviert, indem drehmomententlastet über den GSSG 9 (Kupplung 42) die Kupplung 49 geöffnet und danach mit Hilfe des GSSG 9 (Kupplung 42) die Drehzahl des Zahnrades 3.1 auf die Drehzahl von Welle 1 beschleunigt wird. Wenn die Kupplung 42 endgültig geschlossen ist, arbeitet der 7. Gang ohne elektrische Unterstützung von Welle 1 über Kupplungen 42 und 11 auf Welle 13 als direkte Durchschaltung mit dem überhaupt größtmöglichen Wirkungsgrad (1-Wellen-Betrieb).
In den 8. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem bei gelöster Kupplung 42 lastschalt­ svnchronisiert über den GSSG 9 die Schaltmuffe 35 nach rechts geschlossen wird. In den 9. Gang wird geschaltet und er wird aktiviert, indem lastschaltsynchronisiert über den GSSG 9 die Kupplungen 48 und 49 und die Schaltmuffe 35 nach links geschlossen wird.
Mit den gezeichneten Abmessungen übersetzt der 9. Gang um den Faktor 2,05 ins Schnelle, die Sprünge zwischen den Gängen betragen 1,43 und die Gesamtspreizung ist 17,5.
Die Zahnradpaare 3.1, 3a1 und 4, 4a übertragen Drehmomente in beiden Richtungen während das Zahnradpaar 3.2, 3a2 für die Synchronisation und parallele Drehmomentübertragung während der Umschaltvorgänge sorgt. Auch mit dieser verteilten Aufgabenstellung erhält man einen kompakten, leichten und Kosten sparenden Aufbau des Getriebes.
Schlußbemerkungen
Wird die Variante 1.4 ohne Rückführung zur Welle 1 (ohne Kupplung 11) benutzt, so hat man die reine Form eines Lastschalt-Gruppengetriebes mit vielen Gruppen und jeweils 2 Gängen pro Gruppe. Die Variante 1.4 hat den Vorteil, daß der GSSG 9 bei den Synchronisations- und Lastschaltvorgängen nur kleine Drehzahl- und Drehmomentbereiche überbrücken muß, da nur die geringe Drehzahl- und Drehmomentdifferenz der 1. Gruppe anfällt (ein Gangsprung). Durch die vielen hintereinander geschalteten Gruppen wird der Wirkungsgrad allerdings schlechter.
Wird die Variante 2.4 ohne Rückführung zur Welle 1 (ohne Kupplung 11 bzw. 53) benutzt und wird mit entfallendem Planetensatz 37, 38, 39 nur eine Welle 10 eingebaut, so wäre diese Welle 10 dann gleichzeitig die Ausgangswelle 13 und man erhält die reine Form eines Lastschaltgetriebes mit 2 Wellen und einer der Anzahl der Zahnradpaare entsprechenden Gangzahl. Da für jeden Gang nur ein Zahnradpaar arbeitet, ist der Wirkungsgrad entsprechend hoch. Allerdings muß jetzt der GSSG 9 einen höheren Drehzahl- und Drehmomentbereich überwinden.
Beide Bauweisen können miteinander kombiniert werden, indem z. B. bei der Variante 2.4 bei zwei­ geteilter Welle 10 und 10a an der Stelle des Planetensatzes 37, 38, 39 ein Zahnrad 3b und statt des verschiebbaren Zahnrades 4b ein festes Zahnrad 4b angebracht wird. Die Kupplungen 5a, 6a 7a und Ba können dann entsprechend der Variante 1.4 ihre Funktionen erfüllen. Grundsätzlich ist auch hier eine Aufteilung in mehrere Zahnräder 3b1, 3b2, . . . und 4b1, 4b2, . . . möglich. Mit den zugehörigen Zahnrädern (Zahnradsätzen) 3c und 4c erhält man dann eine zweite Gruppe mit der entsprechenden Zahl von Gängen. Weitere Gruppen sind natürlich möglich.
Vorteilhaft bei den Varianten 1.4 und 2.4 ist, daß die Vorgänge Synchronisation und Lastschaltung getrennt sind. Wenn die (optionale) Kupplung 24 eingesetzt wird, kann diese eine Reibkupplung alle Lastschaltvorgänge übernehmen und der GSSG 9 muß nicht sehr leistungsstark sein, da er dann nur die Synchronisationsvorgänge übernehmen muß. Mit leistungsstarkem GSSG 9 können allerdings die Reibungsverluste der Kupplung 24 vermieden bzw. minimiert werden.
Wenn bei den Varianten 1.4 und 2.4 die Kupplung 24 als Trockenreibkupplung z. B. mit einem mitrotierenden Gehäuse 56 ausgeführt werden soll, so können die Kupplungen 5 und 8 aus dem Platz zwischen den Zahnrädern (Zahnradsätzen) 3 und 4 herausgenommen und rechts und links von diesen Zahnrädern bzw. innerhalb dieser Zahnradsätze platziert werden, damit Platz für das Gehäuse 56 und die Wanne 57 geschaffen werden kann.
Bei der Variante 3.4 mit nur 4 Vorwärtsgängen sind natürlich auch andere Ausbaustufen mit z. B. 6 oder 8 Vorwärtsgängen möglich. Nach G5 kann (können) auch ein (oder mehrere) Planetensatz (Planetensätze) eingesetzt werden (gilt auch für die anderen Varianten). Bei der Variante 2.4 sind auch Rückwärtsgänge wie z. B. bei den Varianten 4.4 und 5.4 realisierbar.
Bei den Varianten 4.4 und 5.4 hat der GSSG 9 verschiedene Funktionen auszuführen (wenn Kupplung 5 durch Schaltmuffe 35 ersetzt wird, gelten manche Aussagen auch sinngemäß für Variante 6.4). Bei gelösten Kupplungen 5 und 42 wird mit dem Abschnitt 9b, 9 die Drehzahl des Zahnrades (Zahnrad­ satzes) 3 bestimmt, während der Abschnitt 9, 9a die Drehzahldifferenz zum Zahnradsatz 4 bestimmt. Damit sind die Drehzahlen der Zahnräder (Zahnradsätze) unabhängig voneinander zu beeinflussen. Bei geschlossener Kupplung 42 und offener Kupplung 5 (dies ist meist bei den Lastschaltsynchroni­ sationsvorgängen der Fall) arbeitet der GSSG 9 im Pendelbetrieb, d. h. ein Abschnitt (meist der Abschnitt 9, 9a) kann im Generator- und der andere Abschnitt kann im Motorbetrieb arbeiten. Damit kann ein hohes Drehmoment erzeugt werden. Außerdem kann elektrische Energie zwischen diesen Abschnitten ausgetauscht werden. Damit wird die Bordnetzbatterie wenig belastet bzw. durch eine entsprechende elektronische Steuerung dieser beiden Anteile kann das Gesamtdrehmoment und die Belastung der Bordnetzbatterie den jeweiligen momentanen Verhältnissen angepaßt werden. Wenn der GSSG 9 eine höhere Drehzahl als Welle 1 erzeugen muß (z. B. bei der Variante 6.4), muß der Abschnitt 9.9a im Motorbetrieb arbeiten. Der Abschnitt 9, 9b kann dann als Generator mit hoher Drehzahl und geringem Drehmoment arbeiten, so daß auch jetzt ein Pendelbetrieb möglich ist (erwei­ terter Pendelbetrieb). (Siehe auch G4, G5, G6.) Dieser Pendelbetrieb ist natürlich auch bei den anderen Varianten möglich wenn der zugehörige GSSG 9 dreigeteilt ausgeführt wird.
Ein elektrischer GSSG 9 kann auch durch z. B. eine hydraulische Einheit ersetzt werden. Sinnvoll kann auch eine Kombination aus elektrischer und z. B. hydraulischer Einheit sein, wobei die z. B. hydraulische Einheit große Momente bei hohen Differenzdrehzahlen und die elektrische Einheit große Momente bei kleinen Differenzdrehzahlen erzeugen kann und gut steuerbar bar ist
Bei z. B. der Variante 2.4 können Zustände auftreten, bei denen ein Teil des Getriebes und der GSSG 9 mit sehr hohen Drehzahlen rotiert. Wenn solche Zustände auftreten, kann es sinnvoll sein, daß der GSSG 9 durch Kupplungen vom Getriebe trennbar ist und daß bei diesen hohen Drehzahlen (hohe Gänge) die Synchronisationsvorgänge über die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfolgen.
Die Umschaltung zu höheren Gängen kann (elektronisch) so gestaltet werden, daß während des Last­ schaltvorganges das Drehmoment der Brennkraftmaschine reduziert wird. Das mit der Absenkung der Drehzahl der Brennkraftmaschine gekoppelte Drehmoment der Brennkraftmaschine (während des Lastschaltvorganges) kann gesteuert so eingesetzt werden, daß über den Lastschaltvorgang hinweg eine konstante Beschleunigung des Fahrzeuges erfolgt.
Durch Messung der beteiligten Drehzahlen und des Drehmomentes am GSSG 9 kann eine Überwa­ chungselektronik erkennen, ob z. B. eine Kupplung klemmt oder andere Zustände entstehen, die einen Getriebeschaden erwarten lassen. Dann sollten (elektronisch) die Vorgänge gestoppt und alternative Strategien gefahren werden.
Bei allen Varianten sind auch Planetensätze nach z. B. G5 einsetzbar.
Die in den Patentansprüchen aufgeführte Drehmomentrichtung ist auf einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bezogen, z. B. auf eine antreibende Brennkraftmaschine (unter Last). Daß sich bei einer Änderung des Betriebszustandes (z. B. zum Schub) eine Richtungsumkehr der Drehmoment­ übertragung ergibt, ist selbstverständlich.

Claims (21)

1. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe mit Synchronisations- und Lastschaltfunktion über eine Drehmaschine mit Rückführung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zahnradpaar 4, 4a (Variante 1.4) bzw. 4.1, 4a1 (Variante 2.4) bzw. 4, 4a (Variante 3.4) bzw. 3, 3a (Variante 4.4) bzw. 3.1. a1 (Variante 5.4) je nach Gang und Vorgang 4 unterschiedliche Funktionen ausführt, nämlich Synchronisation des Getriebes, parallele Drehmomentübertragung während der Lastschaltvor­ gänge bzw. während der Lastschaltsynchronisation über eine in Drehzahl und Drehmoment steuerbare Drehmaschine und (bei antreibender Brennkraftmaschine) Drehmomentübertragung in einer Richtung und Drehmomentübertragung in der entgegengesetzten Richtung oder daß diese Funktionen auf verschiedene Zahnräder aufgeteilt werden, nämlich Drehmomentübertragung in zwei Richtungen über Zahnräder 3.1, aal und 4, 4a, Drehmomentübertragung in einer Richtung, Synchronisation und Lastschaltsynchronisation des Getriebes und parallele Drehmomentübertragung während der Last­ schaltvorgänge über das Zahnradpaar 3.1, 3a1 (Variante 6.4)
2. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß ohne Rückführung (ohne Kupplung 11) und ohne Drehmomentumkehr über mindestens ein Zahnradpaar die Variante 1.4 eine reine Grundform eines Gruppen-Lastschaltgetriebes mit Synchronisations- und Lastschaltfunktion über eine Drehmaschine darstellt, nämlich eine Grundform mit 2 Gängen pro Gruppe und (beliebig) vielen hintereinander geschalteten Gruppen und daß Variante 2.4 ohne Plane­ tensatz 37, 38, 39 und ohne Kupplung 40, ohne Bremse 41 und ohne Welle 10a mit einer durchge­ henden Welle 10 eine andere Grundform eines Lastschaltgetriebes mit einer Gruppe und (beliebig) vielen Gängen pro Gruppe darstellt und daß diese beiden Grundformen auch gemischt zur Anwendung kommen können.
3. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Variante 1.4 vom Zahnrad 3 eine Rückführung über Zahnrad 4 und Kupplung 11 zur Welle 13 auch über mehrere Stufen und nicht nur über Zahnräder 3a und 4a erfolgen kann und damit die Zahl der Gänge weiter erhöht wird.
4. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Variante 2.4 mit Kupplungen 51, 52, 53 und 11 eine Rückführung derart möglich ist, daß das Zahnradpaar 4.1, 4a1 in 2 Richtungen Drehmomente übertragen kann.
5. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wellen 10 und 10a durch eine Kupplung 40 drehfest miteinander verbunden und voneinander gelöst werden können.
6. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Kupplung 40 auch noch ein Planetensatz 37, 38, 39 zwischen die Wellen 10 und 10a geschaltet werden kann, daß dieser Planetensatz durch eine Kupplung 40 verblockt werden kann und daß (vorzugsweise) das Sonnenrad 37 durch eine Bremseinrichtung 41 festgesetzt werden kann.
7. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle 1, die direkt mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden sein kann, durch eine Reibkupplung 42 hindurch zu (Klauen-) Kupplungen 8 und 53 gezogen wird und daß die Kupplung 42 direkt auf ein Zahnrad 3 (bzw. Zahnrad 4 bzw. Zahnradsatz 3 bzw. Zahnradsatz 4) wirkt.
8. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle 1 durch die Zahnräder 3 und 4 (Zahnradsätze 3 und 4) hindurch zu einer Kupplung 42 geführt wird und daß diese Kupplung 42 nur auf ein Zahnrad 3 bzw. 4 oder Zahnradsatz 3 bzw. 4 wirkt.
9. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung 42 als Trockenreibkupplung ausgeführt wird und daß eine Kupplung 11 mit der Kupplung 42 verbunden sein kann.
10. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenreibkupplung 42 durch ein mitrotierendes Gehäuse 56 gegen Ölbenetzung geschützt wird, daß die Kupplung 11 mit diesem mitrotierenden Gehäuse 56 verbunden sein kann, daß das Gehäuse 56 mindestens eine Bohrung aufweisen kann, die beim Stillstand des Gehäuses federbelastet geschlossen werden kann und bei rotierendem Gehäuse aufgrund der Fliehkraft geöffnet wird (Variante 6.4).
11. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Kupplungen 42 der Varianten 3.4, 4.4 und 5.4 und die Kupplungen 24 der Varianten 1.4 und 2.4 mit einem mitrotierenden Gehäuse gemäß Variante 6.4 versehen und damit als Trockenreibkupplung ausgeführt werden können und daß die zur Kupplung 24 gehörigen Kupplungen 5 und 8 dann nicht zwischen den Zahnrädern (Zahnradsätzen) 3 und 4 angebracht werden, sondern rechts und links davon bzw. innerhalb der Zahnradsätze 3 und 4.
12. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 56 durch eine Wanne 57 gegen Pantscharbeit geschützt wird, daß die Wanne 57 durch Schaufeln am Gehäuse 56 oder durch eine Leitung zu einer Ölpumpe von Öl befreit werden kann und daß eine solche Wanne 57 mit den zugehörigen Einrichtungen auch an anderen Stellen zur Vermeidung von Pantscharbeit eingesetzt werden kann. z. B. am Schwungrad einer Brennkraftma­ schine ohne Ölabdichtung zum Getriebe.
13. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Variante 4.4 der 3. Gang von Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradpaar 43. 43a und Kupplung 48 auf Welle 13 arbeitet (mit Rückführung im 2-Wellen-Betrieb) und daß durch eine geöffnete Kupplung 44 eine lastfreie Synchronisationsmöglichkeit für den 4. Gang besteht und das Getriebe entsprechend lastfrei konfiguriert werden kann.
14. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Variante 5.4 der 7. Gang von der Welle 1 über Kupplung 53, Zahnradpaar 43.2, 43a2 und Kupplung 52 auf Welle 13 arbeitet und der 14. Gang von der Welle 1 über Kupplung 5, Zahnradpaar 43.1, 43a1 und Kupplung 51 auf Welle 13 arbeitet (mit Rückführung im 2-Wellen-Betrieb) und daß im 7. und 14. Gang im Zusammenwirken mit den Schaltmuffen 45 und 46 eine lastfreie Synchroni­ sationsmöglichkeit für den 8. und 15. Gang besteht und das Getriebe entsprechend lastfrei konfigu­ riert werden kann.
15. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Variante 6.4 der 3. Gang von der Welle 1 über Schaltmuffe 35 (links), Zahnradpaar 43, 43a, Kupplung 49, Welle 10 und Zahnradpaar 3b, 3c auf Welle 13 arbeitet (mit Rückführung im 3-Wellen- Betrieb) und der 6. Gang von Welle 1 über Kupplung 42 und 11 auf Welle 13 arbeitet (mit Rückfüh­ rung im 1-Wellen-Betrieb) und daß im 3. und 6. Gang im Zusammenwirken mit den Kupplungen 44 und 48 eine lastfreie Synchronisationsmöglichkeit für den 4. bzw. 7. Gang besteht und das Getriebe entsprechend lastfrei konfiguriert werden kann.
16. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Lastschaltvorgänge die am GSSG 9 auftretenden Drehmomente und die Drehzahlen der Zahnräder von einer Elektronik überwacht werden und bei Unstimmigkeiten, die z. B. von hängenden bzw. nicht vorschriftsmäßig betätigten Kupplungen herrühren können, der Schaltvorgang abgebrochen bzw. korrigiert wird.
17. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß verschiede Achsen und Zahnräder unterschiedliche Reibung aufweisen und daß sich deshalb auch bei undefinierten Zuständen (mehrere Kupplungen geöffnet) ein definierter Drehzahlzustand der Zahn­ räder einstellt.
18. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlen aller benötigten Zahnräder elektronisch erfaßt werden und deshalb auch bei undefi­ nierten Zuständen gezielte Synchronisationsvorgänge durch den GSSG 9 vorgenommen werden können.
19. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überwachungsprogramm für einen Ablauf der Kupplungssteuerung sorgt, bei dem nur definierte Zustände auftreten.
20. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der GSSG 9 bei hohen Gängen und damit hohen Drehzahlen durch Kupplungen vom Getriebe getrennt werden kann und daß das Getriebe dann nur noch über die Drehzahl der Brennkraftmaschine synchronisiert wird.
21. Automatisches Gruppen-Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der GSSG 9 auf ein Zahnrad 3.2 einwirkt und damit sämtliche Gänge synchronisiert (Variante 6.4) bzw. daß der GSSG 9 auf das Zahnrad 3 und den Zahnradsatz 4 (Variante 4.4) bzw. auf die Zahnrad­ sätze 3 und 4 (Variante 5.4) einwirkt und damit sämtliche Gänge synchronisiert und außerdem über das Zahnrad 3 (Variante 4.4), Zahnradsatz 3 (Variante 5.4) bzw. Zahnrad 3.2 (Variante 6.4) Lastschalt- und Lastschaltsynchronisationsvorgänge ausgeführt werden.
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