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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein automatisches Schaltgetriebe
mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle und einer Getriebeanordnung,
wobei die Antriebswelle mit der Abtriebswelle über die Getriebeanordnung wahlweise
drehwirksam verbunden ist, um mit verschiedenen Gangstufen ein Drehmoment
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle zu übertragen.
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Ein
automatisches Schaltgetriebe der genannten Art ist aus der
EP 1 411 269 A2 bekannt. Nachteile
der bekannten Schaltgetriebe liegen zum einen in der geringen Gangstufenzahl
bezogen auf den Komplexitätsgrad,
zum anderen in dem unerwünschten
Aufwand bei Aktuatorik und Steuerung. Bei einigen bekannten Schaltgetrieben
wird bei hoher Stufenzahl eine direkte Gangstufe (Übersetzung Eins)
nicht erreicht.
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Typischerweise
wird in einem automatischen Schaltgetriebe eine Vielzahl von in
Reihe geschalteten Planetenradsätzen
mit entsprechenden Reibkupplungen bzw. Bremsen verwendet, um eine
Vielzahl von Gangstufen darzustellen. Die Vielzahl von Planetenradsätzen mit
der entsprechenden Aktuatorik bedeutet ein kompliziertes und teures
Schaltgetriebe. Mit höherer
Gangstufenzahl ergibt sich ein noch aufwendigerer Aufbau des Schaltgetriebes.
Zudem benötigen
bekannte Schaltgetriebe eine Rückwärtsgangkupplung,
welche die Komplexität
und die Kosten des Getriebes erhöht.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltgetriebe besteht darin, dass
mit einem Gangwechsel eine Zugkraftunterbrechung einhergeht, wodurch
ein unangenehmes Fahrgefühl resultiert.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schaltgetriebe
in einer Modulbauweise mit hoher Gestaltungsfreiheit, mit einer
einfachen und robusten Steuerung und mit einem kompakten Aufbau bei
hoher Gangstufenzahl vorzusehen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch ein automatisches Schaltgetriebe mit
den Merkmalen des Anspruchs 1, und insbesondere dadurch, dass die
Getriebeanordnung zumindest drei in Serie gekoppelte Schaltanordnungen
umfasst, wobei jede der Schaltanordnungen zwei Reibkupplungen und
eine Freilaufkupplung umfasst, wobei die jeweilige Freilaufkupplung
für einen
zugkraftunterbrechungsfreien Gangstufenwechsel in Parallelschaltung
mit einer der Reibkupplungen der betreffenden Schaltanordnung steht.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen beschrieben.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind durch Ansteuerung der drei Schaltanordnungen
zumindest acht Vorwärts-
und zwei Rückwärtsgänge darstellbar.
Somit liefert das automatische Schaltgetriebe eine höhere Gangstufenzahl
mit weniger Komponenten als herkömmliche
Schaltgetriebe.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Getriebeanordnung ein Stirnradgetriebe und ein Planetengetriebe,
wobei das Stirnradgetriebe einem gekoppelten Stufenplanetengetriebe
mit gehäusefesten
Planetenträgern
und ohne Hohlräder
ent spricht. Hierdurch ist die Getriebeanordnung einfacher und kompakter
als bei herkömmlichen
Schaltgetrieben.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst zumindest eine der Schaltanordnungen ein Kupplungsteil,
das als ein Kupplungskorb der einen Reibkupplung und als eine Kupplungsnabe der
anderen Reibkupplungen der betreffenden Schaltanordnung fungiert.
Da die Funktionen von zwei verschiedenen Komponenten in einer Komponente
integriert sind, umfasst die Schaltanordnung weniger Teile, wodurch
die Schaltanordnung kompakter und billiger ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind mittels jeder der in Serie gekoppelten Schaltanordnungen genau
zwei unterschiedliche Übersetzungen
darstellbar. Zudem kann für
jede Schaltanordnung eine der beiden Übersetzungen als ein direkter
Durchtrieb mit Übersetzung
Eins ausgebildet sein. Somit ermöglicht
das automatische Schaltgetriebe der Erfindung bei hoher Stufenzahl eine
direkte Gangstufe (Übersetzung
Eins).
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die dazu ausgebildet ist,
bei einem Gangstufenwechsel die eine Reibkupplung der betreffenden
Schaltanordnung rampenartig zu öffnen
und erst nach Beginn des Öffnens
dieser Reibkupplung die andere Reibkupplung rampenartig zu schließen. Damit
wird ein Verklemmen des Schaltgetriebes sicher vermieden.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Reibkupplung als Hauptkupplung vorgesehen, die die Antriebswelle
mit einer Kurbelwelle eines Motors verbindet. Zudem ist eine Steuereinrichtung
vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, an der Hauptkupplung zu Beginn
eines Gangstu fenwechsels einen Mikroschlupf einzustellen. Auf diese Weise
wird die Verlustleistung beim Schaltvorgang im Wesentlichen von
der Hauptkupplung übernommen,
so dass nur diese für
eine entsprechende Wärmekapazität ausgelegt
sein muss.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Schaltmuffe vorgesehen, die zwischen verschiedenen Schaltstellungen
verfahrbar ist, um einen Wechsel der Fahrtrichtung zu bewirken. Somit
ermöglicht
das automatische Schaltgetriebe einen so genannten Shuttle Mode,
wobei ein schneller Wechsel der Fahrtrichtung durch die Betätigung der
Schaltmuffe ohne Änderung
des Zustands der Reibkupplungen möglich ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs,
der mit einem automatischen Schaltgetriebe ausgerüstet ist,
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines automatischen Schaltgetriebes
nach der Erfindung;
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3 eine
Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes;
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4 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines antriebsseitigen Teils des automatischen Schaltgetriebes;
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5 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines abtriebsseitigen Teils des automatischen Schaltgetriebes;
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6 eine
Schaltzustandstabelle des automatischen Schaltgetriebes;
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7 eine
erste Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes mit Kennzeichnung
des Kraftflusses für
verschiedene Gangstufen;
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8 eine
zweite Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes mit
Kennzeichnung des Kraftflusses für
eine Gangstufe;
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9 eine
dritte Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes mit
Kennzeichnung des Kraftflusses für
eine Gangstufe;
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10 eine
vierte Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes mit
Kennzeichnung des Kraftflusses für
verschiedene Gangstufen;
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11 eine
fünfte
Schnittdarstellung des automatischen Schaltgetriebes mit Kennzeichnung
des Kraftflusses für
verschiedene Gangstufen;
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12 ein
Diagramm, das verschiedene Betriebsparameter während eines Gangstufenwechsels gemäß einer
Schaltsteuerung nach der Erfindung darstellt;
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13 ein
Diagramm, das den Drehmomentverlauf einer einrückenden Reibkupplung, einer ausrückenden
Reibkupplung und einer Freilaufkupplung während eines Gangstufenwechsels
des automatischen Schaltgetriebes zeigt;
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14 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines automatischen Schaltgetriebes
nach der Erfindung; und
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15 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines automatischen Schaltgetriebes
nach der Erfindung.
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In 1 ist
ein Beispiel eines Fahrzeuges 1 dargestellt. Eine Momentenübertragungsstrecke 10 ist
Teil eines Antriebsstrangs 20 des Fahrzeuges 1, welcher
einen Motor 22 (Verbrennungskraftmaschine) und ein automatische
Schaltgetriebe 24 gemäß der Erfindung
umfasst. Der Motor 22 erzeugt ein Antriebsdrehmoment, das über das
Schaltgetriebe 24 auf die Übertragungsstrecke 10 wirkt.
Die Übertragungsstrecke 10 umfasst
eine Differentialeinheit 26, eine Kardanwelle 28 und
ein Paar Achswellen 30, die mit einem jeweiligen Rad verbunden
sind. Die Differentialeinheit 26 überträgt ein Antriebsmoment von der
Kardanwelle 28 zu einer oder beiden Achswellen 30.
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Eine
Steuereinheit 32 steuert das automatische Schaltgetriebe
beispielsweise auf Grundlage einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges 1 sowie
einer Motorlast oder eines Motordrehmoments (MMOTOR).
Ein erster Drehzahlsensor 40 erzeugt ein Signal auf Grundlage
der Drehzahl einer Abtriebswelle des automatischen Schaltgetriebes 24,
wobei die detektierte Fahrgeschwindigkeit (VFZG)
des Fahrzeuges 1 auf diesem Signal basiert. Ein zweiter
Drehzahlsensor 42 erzeugt ein Signal auf Grundlage der
Drehzahl (NMOTOR) einer Kurbelwelle des
Motors 22, und ein Drucksensor 44 erzeugt ein
Signal auf Grundlage eines absoluten Druckes eines Ansaugkrümmers des Motors 22.
Die detektierte Motorlast basiert auf den Signalen des zweiten Drehzahlsensors 42 und
des Drucksensors 44.
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Obwohl
beispielhaft ein Fahrzeug mit einem Hinterradantrieb beschrieben
ist, kann das automatische Schaltgetriebe 24 auch im Zusammenhang
mit einem Vorderradantrieb oder einem Allradantrieb verwendet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 2 bis 5 werden
nachfolgend die Komponenten einer bevorzugten Ausführungform
des automatischen Schaltgetriebes 24 näher erläutert. Das automatische Schaltgetriebe 24 umfasst
eine Hauptkupplung 50, die als eine Reibkupplung ausgebildet
ist, eine Antriebswelle 52, eine Abtriebswelle 54,
ein Gehäuse 56,
das eine Getriebeanordnung 58 enthält, sowie eine Stirnwand 60 und
mehrere Trennwände 62, 64, 66,
die verschiedene Komponenten der Getriebeanordnung 58 voneinander
trennen oder abstützen.
Die Hauptkupplung 50 ermöglicht eine wahlweise Verbindung mit
einer nicht gezeigten Abtriebswelle des Motors 22. Die
Getriebeanordnung 58 umfasst hier beispielhaft drei in
Serie gekoppelte Schaltanordnungen 70A, 70B, 70C,
eine Stirnradanordnung 72, eine erste Zwischenwelle 74,
eine zweite Zwischenwelle 76 und einen Planetenradsatz 78.
Wie nachfolgend noch erläutert
wird, weist jede der Schaltanordnungen 70A, 70B, 70C zwei
Reibkupplungen und eine Freilaufkupplung auf. Die Schaltanordnungen 70A, 70B, 70C mit
entsprechenden Zahnrädern
bilden jeweilige Binärgetriebe,
also Getriebestufen mit lediglich zwei möglichen Schaltzuständen (zusätzlich zu einem
möglichen
Leerlauf), wobei diese Binärgetriebe
in Serie geschaltet sind. Gemäß der hier
gezeigten bevorzugten Ausführungsform
des automatischen Schaltgetriebes 24 können zumindest acht Vorwärts- und
zwei Rückwärtsgänge durch
Zusammenwirken von nur drei Schaltanordnungen mit jeweils zwei Reibkupplungen
verwirklicht werden.
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Die
Hauptkupplung 50 umfasst einen Kupplungskorb 80,
der drehfest mit einer Eingangswelle 82 verbunden ist,
eine Kupplungsnabe 84, die drehfest mit der Antriebswelle 52 verbunden
ist, sowie einen ersten Lamellensatz 86, der drehfest mit
dem Kupplungskorb 80 verbunden ist, und einen zweiten Lamellensatz 88,
der drehfest mit der Kupplungsnabe 84 verbunden ist. Die
Lamellen der ersten und zweiten Lamellensätze 86, 88 greifen
ineinander, wobei die Lamellen zur Übertragung eines Drehmoments
aneinander anpressbar sind. Die Hauptkupplung 50 ist vorzugsweise
hydraulisch gesteuert, wobei die Anpresskraft der Lamellensätze 86, 88 reguliert
werden kann, um das übertragene
Drehmoment einzustellen.
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Die
erste Schaltanordnung 70A ist zwischen der Stirnwand 60 und
der Trennwand 62 angeordnet und umfasst eine erste Reibkupplung 90,
eine zweite Reibkupplung 92 und eine Freilaufkupplung 94.
Ein Kupplungsteller 96 ist drehfest mit der Antriebswelle 52 verbunden
und fungiert zugleich als eine Kupplungsnabe der ersten Reibkupplung 90 sowie
als ein Kupplungskorb der zweiten Reibkupplung 92. Die erste
Reibkupplung 90 umfasst ferner einen Kupplungskorb 100,
einen ersten Lamellensatz 102 und einen zweiten Lamellensatz 104.
Der Kupplungskorb 100 der ersten Reibkupplung 90 ist
drehfest mit einer ersten Hohlwelle 106 der Stirnradanordnung 72 verbunden.
Die Lamellen des ersten Lamellensatzes 102 sind drehfest
mit dem Kupplungskorb 100 verbunden, und die Lamellen des
zweiten Lamellensatzes 104 sind drehfest mit dem Kupplungsteller 96 verbunden,
wobei die Lamellen der Lamellensätze 102, 104 ineinander
greifen. Die Lamellen der Lamellensätze 102, 104 sind
zur Übertragung
eines Moments aneinander anpressbar.
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Die
zweite Reibkupplung 92 der ersten Schaltanordnung 70A umfasst
den Kupplungsteller 96, eine Kupplungsnabe 108,
einen ersten Lamellensatz 110 und einen zweiten Lamellensatz 112.
Die Kupplungsnabe 108 der zweiten Reibkupplung 92 ist drehfest
mit der ersten Zwischenwelle 74 verbunden. Die Lamellen
des ersten Lamellensatzes 110 sind drehfest mit dem Kupplungsteller 96 verbunden,
und die Lamellen des zweiten Lamellensatzes sind drehfest mit der
Kupplungsnabe 108 verbunden, wobei die Lamellen der Lamellensätze 110, 112 ineinander greifen
und zur Übertragung
eines Moments aneinander anpressbar sind.
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Die
der zweiten Reibkupplung 92 zugeordnete Freilaufkupplung 94 der
ersten Schaltanordnung 70A umfasst ein Leitrad 114,
Rollen 116 und eine Abstützung 118, wobei das
Leitrad 114 mit dem Kupplungsteller 96 (entsprechend
dem Kupplungskorb der zweiten Reibkupplung 92) drehfest
verbunden ist und wobei die Abstützung 118 mit
der Kupplungsnabe 108 der zweiten Reibkupplung 92 drehfest verbunden
(hier: integral ausgebildet) ist. Obwohl die Freilaufkupplung 94 hier
beispielhaft als eine Rollenfreilaufkupplung dargestellt ist, kann
die Freilaufkupplung 94 beispielsweise auch als eine Klemmkörperfreilaufkupplung
ausgebildet sein, wobei die Rollen 116 durch Klemmkörper ersetzt
sind. In einer Drehrichtung kann sich das Leitrad 114 relativ
zu der Abstützung 118 drehen.
In der hierzu entgegen gesetzten Drehrichtung sind das Leitrad 114 und
die Abstützung 118 über die
dazwischen gelegenen Rollen 116 miteinander verblockt.
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Die
Stirnradanordnung 72 ist zwischen den Trennwänden 62, 64 angeordnet
und umfasst die erste Zwischenwelle 74, die erste Hohlwelle 106, eine
zweite Hohlwelle 120, ein erstes Zwischenrad 122,
ein zweites Zwischenrad 124 und mehrere Vorgelegewellen 126 sowie
mehrere Rückwärtsgangräder 128,
von denen nur eines in 2 dargestellt ist. Vorzugsweise
sind drei Vorgelegewellen 126 und drei Rückwärtsgangräder 128 in
gleicher Teilung um die erste Zwischenwelle 74 angeordnet,
d.h. die Schnittdarstellungen gemäß 3 bis 5 und 7 bis 11 verlaufen
entlang zweier Ebenen, die bezüglich
der zentralen Längsachse
des Getriebes einen Winkel von 120° zueinander einnehmen. Ein Ende
der ersten Zwischenwelle 74 erstreckt sich durch eine Öffnung der
Trennwand 62 und ist innerhalb einer Ausnehmung der Antriebswelle 52 drehbar gelagert.
Das andere Ende der ersten Zwischenwelle 74 erstreckt sich
durch eine Öffnung
der Trennwand 64 und ist innerhalb einer Ausnehmung der
zweiten Zwischenwelle 76 drehbar gelagert. Die erste Hohlwelle 106 ist
drehbar um die erste Zwischenwelle 74 gelagert und umfasst
ein Stirnrad 130, das drehwirksam mit den Vorgelegewellen 126 verbunden
ist. Die zweite Hohlwelle 120 ist drehbar um die erste
Zwischenwelle 74 gelagert und ist drehfest mit der zweiten
Schaltanordnung 70B verbunden.
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Die
erste Zwischenwelle 74 weist ein integral geformtes Stirnrad 132 auf,
das drehwirksam mit der Vorgelegewelle 126 verbunden ist.
Die ersten und zweiten Zwischenräder 122, 124 sind
drehbar um die erste Zwischenwelle 74 gelagert, wobei das
erste Zwischenrad 122 drehwirksam mit der Vorgelegewelle 126 gekoppelt
ist und das zweite Zwischenrad 124 drehwirksam mit den
Rückwärtsgangrädern 128 verbunden
ist, die drehwirksam mit der Vorgelegewelle 126 gekoppelt
sind. Eine Schaltmuffe 134 ist zwischen den ersten und
zweiten Zwischenrädern 122, 124 angeordnet
und ist drehfest mit der zweiten Hohlwelle 120 verbunden.
In einer Vorwärtsstellung
(F) sorgt die Schaltmuffe 134 für eine drehfeste Verbindung
zwischen dem ersten Zwischenrad 122 und der zweiten Hohlwelle 120.
In einer Rückwärtsstellung (R)
bewirkt die Schaltmuffe 134 eine drehfeste Verbindung des
zweiten Zwischenrades 124 mit der zweiten Hohlwelle 120.
In einer Neutralstellung (N) ist keines der Zwischenräder 122, 124 drehfest
mit der zweiten Hohlwelle 120 verbunden.
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Jede
der Vorgelegewellen 126 ist an Öffnungen der Trennwände 62, 64 drehbar
gelagert und umfasst vier Stirnräder 140, 142, 144, 146,
die mit der Vorgelegewelle 126 integral gebildet oder drehfest verbunden
sind (z.B. Presssitz). Die Stirnräder 140, 142, 144, 146 der
Vorgelegewellen 126 kämmen
mit jeweiligen Stirnrädern.
Insbesondere kämmen
die Stirnräder 144 mit
dem ersten Zwischenrad 122, und die Stirnräder 146 kämmen mit
den Rückwärtsgangrädern 128.
Die Stirnräder 142 kämmen mit
dem Stirnrad 130 der ersten Hohlwelle 106. Die
Stirnräder 140 kämmen mit
dem Stirnrad 132 der ersten Zwischenwelle 74.
Somit bildet die Stirnradanordnung 72 ein Stirnradgetriebe,
das letztlich aus zwei gekoppelten Stufenplanetengetrieben mit feststehenden Planetenträgern und
ohne Hohlräder
besteht.
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Die
zweite Schaltanordnung 70B ist zwischen den Trennwänden 64, 66 angeordnet
und umfasst eine erste Reibkupplung 150, eine zweite Reibkupplung 152 und
eine der ersten Reibkupplung 150 zugeordnete Freilaufkupplung 154.
Ein Kupplungsteller 156 ist drehfest mit der zweiten Zwischenwelle 76 verbunden
und fungiert als eine Kupplungsnabe der ersten Reibkupplung 150 sowie
als ein Kupplungskorb der zweiten Reibkupplung 152. Die
erste Reibkupplung 150 umfasst ferner einen Kupplungskorb 158,
einen ersten Lamellensatz 160 und einen hiermit zusammenwirkenden
zweiten Lamellensatz 162. Der Kupplungskorb 158 ist
drehfest mit der zweiten Hohlwelle 120 der Stirnradanordnung 72 verbunden.
Die Lamellen des ersten Lamellensatzes 160 sind drehfest
mit dem Kupplungskorb 158 verbunden und die Lamellen des
zweiten Lamellensatzes 162 sind drehfest mit dem Kupplungsteller 156 (Kupplungsnabe)
verbunden. Die Lamellen der Lamellensätze 160, 162 sind
zur Übertragung
eines Moments aneinander anpressbar.
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Die
zweite Reibkupplung 152 der zweiten Schaltanordnung 70B umfasst
den Kupplungsteller 156 (als Kupplungskorb), eine Kupplungsnabe 164, einen
ersten Lamellensatz 166 und einen zweiten Lamellensatz 168.
Die Kupplungsnabe 164 der zweiten Reibkupplung 152 ist
drehfest mit der ersten Zwischenwelle 74 verbunden. Die
Lamellen des ersten Lamellensatzes 166 sind drehfest mit
dem Kupplungsteller 156 verbunden und die Lamellen des
zweiten Lamellensatzes 168 sind drehfest mit der Kupplungsnabe 164 verbunden,
wobei die Lamellen der Lamellensätze 166, 168 ineinander
greifen und zur Übertragung
eines Moments aneinander anpressbar sind.
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Die
Freilaufkupplung 154 der zweiten Schaltanordnung 70B umfasst
ein Leitrad 170, Rollen 172 und eine Abstützung 174,
wobei das Leitrad 170 drehfest mit dem Kupplungskorb 158 der
ersten Reibkupplung 150 verbunden ist und die Abstützung 174 drehfest
mit dem Kupplungsteller 156 (Kupplungsnabe der ersten Reibkupplung 150)
verbunden ist. Die Freilaufkupplung 154 kann alternativ
beispielsweise als eine Klemmkörperfreilaufkupplung ausgebildet
sein. In einer Drehrichtung kann sich das Leitrad 170 gegenüber der
Abstützung 174 drehen. In
einer hierzu entgegen gerichteten Drehrichtung sind das Leitrad 170 und
die Abstützung 174 über die Rollen 172 miteinander
verblockt.
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Die
zweite Zwischenwelle 76 ist an der Trennwand 66 drehbar
gelagert. Zudem ist ein Ende der zweiten Zwischenwelle in einer
Ausnehmung der Abtriebwelle 54 drehbar gelagert.
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Die
dritte Schaltanordnung 70C ist zwischen der Trennwand 66 und
dem Planetenradsatz 78 angeordnet und umfasst eine erste
Reibkupplung 180, eine zweite Reibkupplung 182 und
eine der ersten Reibkupplung 180 zugeordnete Freilaufkupplung 184.
Ein Kupplungsteller 186 ist drehfest mit einer Komponente
des Planetenradsatzes 78 verbunden und fungiert als eine
Kupplungsnabe der ersten Reibkupplung 180 sowie als ein
Kupplungskorb der zweiten Reibkupplung 182. Die erste Reibkupplung 180 umfasst
ferner einen ersten Lamellensatz 188 und einen zweiten
Lamellensatz 190, wobei die Lamellen des ersten Lamellensatzes 188 drehfest
mit dem Gehäuse 56 verbunden
sind. Somit fungiert die erste Reibkupplung 180 als eine
Bremse. Die Lamellen des zweiten Lamellensatzes 190 sind
drehfest mit dem Kupplungsteller 186 (als Kupplungsnabe)
verbunden, wobei die Lamellen der Lamellensätze 188, 190 ineinander
greifen. Die Lamellen der Lamellensätze 188, 190 sind
zum Bremsen des Kupplungstellers 156 so aneinander anpressbar,
dass die Lamellen des zweiten Lamellensatzes 190 bezüglich des Gehäuses 56 gebremst
werden.
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Die
zweite Reibkupplung 182 der dritten Schaltanordnung 70C umfasst
den Kupplungsteller 186 (als Kupplungskorb), eine Kupplungsnabe 192, einen
ersten Lamellensatz 194 und einen zweiten Lamellensatz 196.
Die Kupplungsnabe 192 ist drehfest mit der zweiten Zwischenwelle 76 verbunden.
Die Lamellen des ersten Lamellensatzes 194 sind drehfest mit
dem Kupplungsteller 186 verbunden und die Lamellen des
zweiten Lamellensatzes 196 sind drehfest mit der Kupplungsnabe 192 verbunden,
wobei die Lamellen zur Übertragung
eines Moments aneinander anpressbar sind.
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Die
Freilaufkupplung 184 der dritten Schaltanordnung 70C umfasst
ein Leitrad 200, Rollen 202 und eine Abstützung 204,
wobei das Leitrad 200 drehfest mit dem Gehäuse 56 verbunden
ist und die Abstützung 204 drehfest
mit der genannten Komponente des Planetenradsatzes 78 bzw.
mit dem Kupplungsteller 186 verbunden ist. Auch die Freilaufkupplung 184 kann
alternativ beispielsweise als eine Klemmkörperfreilaufkupplung ausgebildet
sein. In einer Drehrichtung kann sich die Abstützung 204 bezüglich des
Leitrades 200 drehen, während
in einer hierzu entgegen gerichteten Drehrichtung die Abstützung 204 bezüglich des
Leitrads 200 gesperrt ist.
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Eine
Nabe 206 ist zwischen der dritten Schaltanordnung 70C und
dem Planetenradsatz 78 angeordnet, wobei die Nabe 206 um
eine Hülse 208 drehbar
gelagert ist. Die zweite Zwischenwelle 76 erstreckt sich
innerhalb der Hülse 208 und
ist mit der Hülse 208 drehfest
verbunden. Der Kupplungsteller 186 der dritten Schaltanordnung 70C ist
drehfest mit der Nabe 206 verbunden, welche drehfest mit
der genannten Komponente des Planetenradsatzes 78 verbunden
ist. Eine Umfangsfläche 210 der
Nabe 206 bildet die Abstützung 204 der Freilaufkupplung 184.
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Der
Planetenradsatz 78 umfasst ein Hohlrad 220, einen
Planetenträger 222,
Planetenräder 224 und
ein Sonnenrad 226. Das Sonnenrad 226 ist drehfest
mit der zweiten Zwischenwelle 76 verbunden. Der Planetenträger 222 ist
integral mit der Abtriebswelle 54 gebildet und trägt die Planetenräder 224,
die sich am Sonnenrad 226 abwälzen. Die Achse der Abtriebswelle 54 bildet
die Drehachse des Sonnenrads 226, des Hohlrads 220 und
des Planetenträgers 222. Der
Planetenradsatz 78 umfasst ferner ein Parksperrenrad 228,
das drehfest mit dem Planetenträger 222 verbunden
ist. Eine Parksperrenklinke 230 greift wahlweise in die
Zähne des
Parksperrenrades 228 ein, um die Abtriebswelle 54 des
Schaltgetriebes 24 während
eines Parkmodus zu sperren.
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Unter
Bezugnahme auf 6 bis 11 wird
nun der Betrieb des automatischen Schaltgetriebes näher erläutert. 6 zeigt
eine Schaltzustandstabelle, die die Betätigung der Reibkupplungen der Schaltanordnungen 70A, 70B, 70C und
die Stellung der Schaltmuffe 134 für verschiedene Gangstufen beispielhaft
wiedergibt.
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In
einem Grundgang oder so genannten "Off-Road" Gang (G) sind die Reibkupplungen 92, 150, 180 betätigt (eingerückt), und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärtsstellung
F, wobei der Kraftfluss durch die Antriebswelle 52, die
zweite Reibkupplung 92, die erste Zwischenwelle 74,
das Stirnrad 132, die Stirnräder 140, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 144,
das erste Zwischenrad 122, die zweite Hohlwelle 120,
die Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 verläuft (durchgezogene Linie in 7).
Da das Hohlrad 220 des Planetenradsatzes 78 mittels
der Reibkupplung 180 drehfest gebremst ist, gibt es eine Drehzahl-
bzw. Drehmomentübersetzung
durch den Planetenradsatz 78, wobei das Sonnenrad 226 über die
Planetenräder 224 den
Planetenträger 222 sowie die
Abtriebswelle 54 antreibt.
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Im
ersten Gang (1.) sind die Reibkupplungen 90, 150, 180 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärtsstellung,
wobei der Kraftfluss über
die Antriebswelle 52, die erste Reibkupplung 90, die
erste Hohlwelle 106, das Stirnrad 130, die Stirnräder 142,
die Vorgelegewellen 126, die Stirnräder 144, das erste
Zwischenrad 122, die zweite Hohlwelle 120, die
Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 verläuft (teilweise gepunktete Linie
in 7). Somit resultiert eine Überbrückung der ersten Zwischenwelle 74.
Da das Hohlrad 220 des Planetenradsatzes 78 wiederum mittels
der Reibkupplung 180 drehfest gebremst ist, erfolgt eine
Drehzahl- bzw. Drehmomentübersetzung durch
den Planetenradsatz 78, wobei das Sonnenrad 226 über die
Planetenräder 224 den
Planetenträger 222 sowie
die Abtriebswelle 54 antreibt.
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Im
zweiten Gang (2.) sind die Reibkupplungen 92, 152, 180 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärts-, Neutral-
oder Rückwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
zweite Reibkupplung 90, die erste Zwischenwelle 74,
die Reibkupplung 152, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 (durchgezogene Linie in 8).
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Im
dritten Gang (3.) sind die Reibkupplungen 90, 152, 180 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärts-, Neutral-
oder Rückwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
erste Reibkupplung 90, die erste Hohlwelle 106,
das Stirnrad 130, die Stirnräder 142, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 140,
die Stirnräder 132,
die erste Zwischenwelle 74, die Reibkupplung 152,
die zweite Zwischenwelle 76 und den Planetenradsatz 78 (durchgezogene
Linie in 9).
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Im
vierten Gang (4.) sind die Reibkupplungen 92, 150, 182 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
zweite Reibkupplung 92, die erste Zwischenwelle 74,
das Stirnrad 132, die Stirnräder 140, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 144,
das erste Zwischenrad 122, die zweite Hohlwelle 120,
die Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 (durchgezogene Linie in 10).
Da nun zusätzlich zu
dem Sonnenrad 226 das Hohlrad 220 des Planetenradsatzes 78 drehfest
mit der zweiten Zwischenwelle 76 verbunden ist, läuft der
Planetenradsatz 78 als Block und liefert keine Drehmoment-
bzw. Drehzahlübersetzung,
d.h. die zweite Zwischenwelle 76 treibt die Abtriebswelle 54 direkt
an.
-
Im
fünften
Gang (5.) sind die Reibkupplungen 90, 150, 182 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
erste Reibkupplung 90, die erste Hohlwelle 106,
das Stirnrad 130, die Stirnräder 142, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 144,
das erste Zwischenrad 122, die zweite Hohlwelle 120,
die Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Plane tenradsatz 78 (teilweise gepunktete Linie in 10).
Somit resultiert eine Überbrückung der
ersten Zwischenwelle 74, und die zweite Zwischenwelle 76 treibt
die Abtriebswelle 54 über
den Planetenradsatz 78 direkt an.
-
Im
sechsten Gang (6.) sind die Reibkupplungen 92, 152, 182 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärts-, Neutral-
oder Rückwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
zweite Reibkupplung 90, die erste Zwischenwelle 74,
die Reibkupplung 152, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 (durchgezogene Linie in 11).
Da das Hohlrad 220 des Planetenradsatzes 78 drehfest
mit der zweiten Zwischenwelle 76 verbunden ist, treibt
die zweite Zwischenwelle 76 die Abtriebswelle 54 über den
Planetenradsatz 78 direkt an. Diese Gangstufe bildet somit einen
direkten Durchtrieb des Schaltgetriebes 24, d.h. in keiner
der Schaltanordnungen erfolgt nun eine Getriebeübersetzung.
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Im
siebten Gang (7.) sind die Reibkupplungen 90, 152, 182 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Vorwärts-, Neutral-
oder Rückwärtsstellung.
Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52, die
Reibkupplung 90, die erste Hohlwelle 106, das
Stirnrad 130, die Stirnräder 142, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 140,
die Stirnräder 132,
die erste Zwischenwelle 74, die Reibkupplung 152,
die zweite Zwischenwelle 76 und den Planetenradsatz 78 (teilweise
gepunktete Linie in 11).
-
In
der Neutral-Gangstufe ist die Reibkupplung 152 nicht betätigt. Die
Reibkupplungen 90, 92, 150, 180, 182 können wahlweise
betätigt
oder nicht betätigt
sein, und die Schaltmuffe befindet sich in der Neutralstellung (N).
In der Neutral-Gangstufe mit so genannter "Hillhold"-Funktion ist die Reibkupplung 152 nicht
betätigt,
sind die Reibkupplungen 180, 182 betätigt, und
die Reibkupplungen 90, 92, 150 können wahlweise
be tätigt
oder nicht betätigt
sein. Die Schaltmuffe befindet sich in der Neutralstellung (N). Somit
ist der Planetenradsatz 78 bezüglich des Gehäuses 56 gesperrt,
wodurch die Abtriebswelle 54 blockiert ist.
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In
einem ersten Rückwärtsgang
oder so genannten "Off-Road" Rückwärtsgang
(ORR) sind die Reibkupplungen 92, 150, 180 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Rückwärtsstellung
(R). Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52,
die Reibkupplung 92, die erste Zwischenwelle 74,
das Stirnrad 132, die Stirnräder 140, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 146,
die Rückwärtsgangräder 128,
das zweite Zwischenrad 124, die zweite Hohlwelle 120,
die Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 (teilweise gepunktete Linie in 7).
Da das Hohlrad 220 des Planetenradsatzes 78 mittels
der Reibkupplung 180 drehfest gebremst ist, gibt es eine
Drehzahl- bzw. Drehmomentübersetzung
durch den Planetenradsatz 78, wobei das Sonnenrad 226 über die
Planetenräder 224 den
Planetenträger 222 sowie
die Abtriebswelle 54 antreibt.
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In
einem zweiten Rückwärtsgang
(RG) sind die Reibkupplungen 90, 150, 180 betätigt und
die Schaltmuffe 134 befindet sich in der Rückwärtsstellung
(R). Der Kraftfluss erfolgt durch die Antriebswelle 52,
die Reibkupplung 90, die erste Hohlwelle 106, das
Stirnrad 130, die Stirnräder 142, die Vorgelegewellen 126,
die Stirnräder 146,
die Rückwartsgangräder 128,
das zweite Zwischenrad 124, die zweite Hohlwelle 120,
die Reibkupplung 150, die zweite Zwischenwelle 76 und
den Planetenradsatz 78 (teilweise gepunktete Linie in 7).
Somit resultiert eine Überbrückung der
ersten Zwischenwelle 74.
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Aufgrund
der sequentiell angeordneten Schaltanordnungen kann bei dem gezeigten
Schaltgetriebe 24 eine vorteilhafte Gruppenschaltung erfolgen.
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Hierdurch
wird für
das Rückschalten
erreicht, dass einzelne Gänge übersprungen
werden können, d.h.
nicht alle Gänge
müssen
einzeln durchgeschaltet werden. Zudem gestattet das Schaltgetriebe 24 einen
so genannten Shuttle Mode, wobei ein schneller Wechsel der Fahrtrichtung
durch die Betätigung der
Schaltmuffe 134 möglich
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 12 und 13 wird
nachfolgend ein Gangstufenwechsel des automatischen Schaltgetriebes 24 beispielsweise
vom 1. Gang zum 2. Gang beschrieben. In 12 sind
das Motordrehmoment MMOTOR, die Motordrehzahl
NMOTOR, die Kapazität KAK der
ausrückenden
Reibkupplung (gepunktete Linie), das von der ausrückenden Reibkupplung
tatsächlich übertragene
Drehmoment MAK (durchgezogene Linie), die
Kapazität
KEK der einrückenden Reibkupplung (gepunktete
Linie) und das von der einrückenden
Reibkupplung tatsächlich übertragene
Drehmoment MEK (durchgezogene Linie) gezeigt.
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Die
Vorbereitungsphase beginnt mit der Ausgabe eines Gangwechselsignals.
Während
der Vorbereitungsphase wird das Motordrehmoment (MMOTOR)
geringfügig
reduziert. Die ausrückende
Reibkupplung wird aufgrund eines entsprechenden Steuersignals der
Steuereinrichtung (Steuereinheit 32 gemäß 1) rampenartig
geöffnet.
Wie aus dem Versatz des Verlaufs des tatsächlich übertragenen Drehmoments MAK relativ zu dem Verlauf der Momentenkapazität KAK der ausrückenden Reibkupplung gemäß 12 ersichtlich
ist, greift die der ausrückenden
Reibkupplung zugeordnete Freilaufkupplung, so dass trotz sinkender
Kapazität
KAK der ausrückenden Reibkupplung (gepunktete
Linie) das Motordrehmoment MMOTOR weiterhin übertragen
wird (durchgezogene Linie MAK), nämlich über die
Freilaufkupplung.
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Die
Drehmomentübertragungsphase
wird durch rampenartiges Schließen
der einrückenden Reibkupplung
eingeleitet. Die einrückende
Reibkupplung übernimmt
allmählich
das gesamte Motordrehmoment MMOTOR, so dass
die der ausrückenden Reibkupplung
zugeordnete Freilaufkupplung schließlich vollständig entlastet
ist (Ende der Drehmomentübertragungsphase).
Es ist zu beachten, dass der Beginn des Öffnens der ausrückenden
Reibkupplung und der Beginn des Schließens der einrückenden Reibkupplung
zeitlich beabstandet sind, so dass ein Verklemmen des Schaltgetriebes
sicher vermieden wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die einrückende Reibkupplung
erst dann rampenartig geschlossen wird, wenn die ausrückende Reibkupplung
gerade vollständig
geöffnet
ist (KAK ist Null, vgl. 12),
oder sogar nach diesem Zeitpunkt. Da die zugeordnete Freilaufkupplung
bereits bei Beginn des Öffnens
der ausrückenden
Reibkupplung greift und somit das bislang von der ausrückenden
Reibkupplung übertragene
Drehmoment übernimmt,
wird trotz des zeitlich versetzten Ansteuerns der beiden Reibkupplungen
ein unerwünschter
Abfall des tatsächlich übertragenen
Drehmoments im Wesentlichen vermieden. Somit gewährleistet die jeweilige Freilaufkupplung
einen zugkraftunterbrechungsfreien Gangstufenwechsel.
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Während der
Synchronisierungsphase wird die Motordrehzahl NMOTOR von
der Drehzahl des ersten Gangs (N1.GANG)
zu der Drehzahl des zweiten Gangs (N2.GANG)
reduziert.
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Die
Verlustleistung beim Schaltvorgang wird im Wesentlichen von der
Hauptkupplung übernommen,
so dass nur diese für
eine entsprechende Wärmekapazität ausgelegt
sein muss. Die Hauptkupplung wird so gesteuert, dass sich die Hauptkupplung zu
Beginn eines Gangstufenwechsels in einem Mikroschlupf befindet.
Dieser wird durch die eingangsseitige und ausgangsseitige Drehzahlsensoren 42 bzw. 40 detektiert
bzw. eingestellt.
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Ausgehend
von dem Mikroschlupf stellt sich hierdurch nach oder mit dem Schließen der
jeweils zweiten Reibkupplung (einrückenden Reibkupplung) automatisch
ein stärkerer
Schlupf an der Hauptkupplung ein, d.h. die Hauptkupplung rutscht
jetzt durch, so dass zu diesem Zeitpunkt eine Drehzahlanpassung
möglich
ist. Die Reibkupplungen können
entsprechend schnell betätigt
werden.
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Insgesamt
ergibt sich hierdurch eine besonders einfache und robuste Steuerung
der Reibkupplungen und der Hauptkupplung. Die Steuerung kann hydraulisch
erfolgen.
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Wenn
anstelle einer Zugschaltung eine Schubschaltung durchgeführt werden
soll, d.h. wenn ein Schubbetrieb beispielsweise bei einer Bergabfahrt
vorliegt, so entfällt
die erläuterte
Freilauffunktion, d.h. mit dem Öffnen
der betreffenden Schaltkupplung würde sich ein Beschleunigungseffekt
einstellen. Dieser ist jedoch nicht unbedingt erwünscht, beispielsweise
beim Einfahren in eine Kurve. Deshalb ist vorgesehen, dass in einer
derartigen Situation die Bremse (Reibkupplung 180) und
die weitere Kupplung (Reibkupplung 182) der letzten Getriebestufe (Schaltanordnung 70C)
teilweise geschlossen werden, um hierdurch das Fahrzeug abzubremsen,
ohne dass ein eigener Bremseingriff an den Rädern erforderlich ist.
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Unter
Bezugnahme auf 14 und 15 sind
beispielhaft eine zweite und eine dritte Ausführungsform eines Schaltgetriebes 24', 24'' dargestellt. Jedes der Schaltgetriebe 24', 24'' umfasst die drei in Serie gekoppelten
Schaltanordnungen 70A, 70B, 70C. Die
Reibkupplungen 90, 92; 150, 152 der
Schaltanordnungen 70A, 70B des Schaltgetriebes 24' gemäß 14 besitzen
einen sequentiellen Aufbau, wobei die Abstützungen der Freilaufkupplungen 94, 154 fest
mit den Kupplungsnaben der Reibkupplungen 90, 92; 150, 152 verbunden
sind. Zudem ist die Schaltanordnung 70B des Schaltgetriebes 24' zwischen der
Schaltanordnung 70A und der Schaltmuffe 134 angeordnet.
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Das
Schaltgetriebe 24'' gemäß 15 eignet
sich besonders für
einen Vorderradantrieb, wobei das Schaltgetriebe quer zur Längsrichtung
des Fahrzeuges angeordnet sein kann. Insbesondere ist die Abtriebswelle 54' über ein
Zahnrad 252 drehwirksam mit einer Differentialeinheit 250 verbunden.
In der Vorwärtsstellung
(F) verbindet die Schaltmuffe 134' eine erste Zwischenhohlwelle 254 drehfest
mit der Abtriebswelle 54'.
Die erste Zwischenhohlwelle 254 ist drehwirksam mit dem
Planetenträger 22 des
Planetenradsatzes 78 über
ein Zahnradpaar 256, 258 verbunden. In der Rückwärtsstellung
(R) verbindet die Schaltmuffe 134' eine zweite Zwischenhohlwelle 260 drehfest
mit der Abtriebswelle 54'.
Die zweite Zwischenhohlwelle 260 ist mit der Vorgelegewelle 126' drehwirksam über die
Stirnräder 128', 146 verbunden.