DE10021910A1

DE10021910A1 - Stufenloses Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE10021910A1
Application number: DE2000121910
Authority: DE
Inventors: Steffen Henzler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2001-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Getriebeeingangswelle, einer koaxial zu dieser angeordneten Getriebeausgangswelle, mit einem stufenlos verstellbaren Variator, der über zwei gemeinsam umlaufende Antriebsscheiben und zwei gemeinsam umlaufende Abtriebsscheiben verfügt, mit einem Umlaufgetriebe, das ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad und mindestens einen um diese umlaufenden und über einen Steg gelagerten Stufenplaneten aufweist, wobei der Steg mit einer ersten Drehzahl des Variators und beide Sonnenräder mit einer zweiten Drehzahl des Variators umlaufen. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Antriebsscheiben außenliegend von den Abtriebsscheiben angeordnet und die Abtriebsscheiben über den Steg drehfest miteinander verbunden. Das Umlaufgetriebe ist auf der Abtriebsseite des Getriebes angeordnet. DOLLAR A Hierdurch ergibt sich eine hinsichtlich des Bauraumes und der Funktion optimierte Bauform.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug ent sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Druckschrift DE 198 26 591 A1 ist ein Getriebe bekannt, welches über eine koaxial zu einer Antriebswelle angeordnete Abtriebswelle verfügt. Eine stufenlose Verstellung der Getriebeübersetzung erfolgt über einen Toroidvariator mit zwei gemeinsam umlaufenden Antriebs(torus-)scheiben und Abtriebs- (torus-)scheiben, wobei die Antriebsscheiben zwischen den Abtriebsscheiben angeordnet sind. Zur weiteren Beeinflussung der Übersetzung verfügt das Getriebe über ein Umlaufgetriebe mit einem ersten und einem zweiten Sonnenrad, die über gleichen Durchmesser verfügen. Um die Sonnenräder läuft ein Stufenplanet um, welcher über einen Steg drehbar gelagert ist. Über den Steg erfolgt eine Verbindung der Abtriebsscheiben, so daß dieser mit der Abtriebsdrehzahl des Variators umläuft, während beide Sonnenräder des Umlaufgetriebes mit der Antriebsdrehzahl des Variators umlaufen.

Aus den Druckschriften EP 0078124 und EP 0185463 sind weitere Ausführungsformen für Getriebe mit Variator und koaxial zu den Getriebeeingangswellen angeordneten Getriebeausgangswellen bekannt. Weiterhin sind aus den Druckschriften WO 91/08406, WO 92/03671, EP 05 01 457 Getriebe mit einem Variator und nicht koaxial zu den Getriebeeingangswellen angeordneten Getriebeausgangswellen bekannt.

Probleme bereiten bekannte gattungsgemäße Getriebeausführungen hinsichtlich der Anpassung an vorgegebene Einbaugeometrien und der Kopplung mit bekannten benachbarten Baugruppen.

Beispielsweise sind bei den bekannten Getriebeausführungen die Scheiben des Variators getriebeausgangsseitig angeordnet. Der radiale für die Scheiben erforderliche Bauraum ist durch die zu übertragenden Momente vorgegeben. Infolge der begrenzten Kraft übertragungsmöglichkeiten der bekannten Variatoren in Umfangsrichtung der Scheiben baut das Getriebe ausgangsseitig verhältnismäßig groß, was zu Einbauproblemen bei vorgegebener Einbaugeometrie im Motorraum und/oder Fahrzeugtunnel führt. Weiterhin erfolgt in dem bekannten Getriebe eine Richtungs umkehr zwischen Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle infolge der Umkehr im Variator. Demzufolge ist bei der Anbindung der weiteren Antriebsaggregate eine Richtungsumkehr, beispielsweise zwischen der Getriebeausgangswelle und der angetriebenen (Hinter-)Achse, notwendig. Bei einem parallelen Einsatz unterschiedlicher Getriebe für mehrere Baureihen ist eine derartige von unterschiedlichen Getrieben abhängige Kraftübertragung oder eine unterschiedliche Ausbildung der Hinterachse nachteilig, insbesondere hinsichtlich des Aufwandes und der Kosten.

Bekannte Automatgetriebe mit hydraulischem Drehmomentenwandler besitzen üblicherweise Anfahrübersetzungen größer drei. Der Variator stellt je nach Spreizung Werte zwischen 2 und 2,5 zur Verfügung. In dem als nächstliegender Stand der Technik eingeführten Getriebe soll die Differenz durch eine Hinterachsübersetzung bis Fünf ausgeglichen werden. Mit zunehmender Übersetzung steigt allerdings die Belastung einzelner Bauteile an, so daß bereits die Realisierung von Werten größer vier zu einem erhöhten Aufwand führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit verringertem Bauraum oder verringertem Bauaufwand vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Anordnung der Getriebe für Kraftfahrzeuge erfolgt beispielsweise im Übergangsbereich zwischen einem (großvolumigen) Motorraum und einem (sich trichterförmig verjüngenden) Tunnel im Bereich eines Fahrgastraumes. Das gegenüber dem Variator klein bauende Planeten- oder Umlaufgetriebe ist getriebeausgangsseitig angeordnet, so daß der radial erforderliche Bauraum des Getriebes in Richtung der Getriebeausgangsseite abnimmt. Hierdurch kann das Getriebe optimal in einen Fahrzeugtunnel an- bzw. eingepaßt werden. Der Ausgestaltung des hinsichtlich der maximal zu übertragenden Momente kritischen Variators sind keine durch den Fahrzeug tunnel vorgegebenen radial geringen Abmessungen vorgegeben, so daß das vom Variator maximal übertragbare Moment vergrößerbar ist. Die Anordnung des Umlauf- oder Planetengetriebes an der Ausgangsseite des Getriebes wird durch die Ausbildung der äußeren Scheiben des Variators als Antriebsscheiben ermöglicht bzw. vereinfacht, da bei dieser Ausbildung Einsparung einer, insbesondere als Hohlwelle ausgebildete, (Getriebe-)Welle gegenüber dem Stand der Technik möglich ist.

Die Antriebsscheiben sind über den Steg des Umlaufgetriebes miteinander verbunden. Der Steg ist somit multifunktional genutzt, was eine Vereinfachung des konstruktiven Aufbaues zur Folge hat. Bei separater Lagerung der Antriebsscheiben müssen die Lagerungen Axialkräfte infolge der zwischen den Antriebsscheiben wirkenden und zur Kraftübertragung notwendigen Anpreßkräfte aufnehmen. Dieses erübrigt sich bei der erfindungsgemäßen Verbindung über einen Steg. Insbesondere sind zwischen den starr miteinander verbundenen Antriebsscheiben die starr miteinander verbundenen Abtriebsscheiben und die Übertragungselemente zwischen den Scheiben, wie beispielsweise Torusscheiben oder (Zwischen-)Roller, angeordnet und infolge der axialen Dimensionierung der Verbindungen miteinander verspannt. Die Scheiben mit den zugeordneten Verbindungselementen bilden somit ein geschlossenes System mit sich gegenseitig aufhebenden Kräften. Hierdurch kann die Lagerung und das Getriebe bauraumgünstiger ausgebildet werden, insbesondere als reine Radiallagerung ausgebildet werden. Eine Kopplung der Scheiben über radial außenliegend von der Achse X- X über die inneren Scheiben geführte Verbindungselemente, beispielsweise einen topfförmigen Körper, welcher infolge des großen radialen Abstandes über ein großes Flächen- oder Massenträgheitsmoment verfügt, erübrigt sich. Weiterhin erübrigt sich eine Abstützung der Roller gegenüber dem Gehäuse, die infolge des topfförmigen Körpers über eine zwischen der inneren Welle und den inneren Scheiben angeordnete Hohlwelle in die andere Kammer geführt werden müßte.

Die Fliehkräfte auf rotierende Bauteile und den Steg des Umlaufgetriebes nehmen mit der Drehzahl quadratisch zu, was zu einer stark drehzahlabhängigen Belastung der Lager führt. Erfindungsgemäß wird gegenüber dem Stand der Technik, bei dem je nach Spreizung des Variators Drehzahlen des Steges von bis zum zweifachen oder zweieinhalbfachen der Motordrehzahl auftreten können, die Drehzahl des Steges verringert, wodurch eine verbesserte Lagerdimensionierung oder längere Betriebsdauer der Lager ermöglicht wird.

Vorzugsweise verfügt das Getriebe über ein Planetengetriebe oder eine vergleichbare Getriebestufe zur (koaxialen) Drehrichtungsumkehr. Dieses verbindet antriebsmäßig die Getriebeeingangswelle mit der Antriebsseite des Variators. Hierdurch kann eine in dem Getriebe integrierte Drehrichtungsumkehr erfolgen, wodurch die genannten Nachteile der Drehrichtungsumkehr im Übertragungsbereich zur Achse entfallen und das erfindungsgemäße Getriebe im Zusammenhang mit Baureihen ohne Adaptionsaufwand einsetzbar ist.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist das Planetengetriebe zwischen einem antriebsseitigen Anfahrelement und dem Variator angeordnet. Diese Maßnahme ermöglicht eine optimale Ausnutzung des Bauraumes bei unverändert geringem radialem getriebeausgangsseitigem Bauraum.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Getriebekonzept mit einem Wandler, einem kuppel- bzw. bremsbaren Planetensatz, einem Variator und einem Umlaufgetriebe,

Fig. 2 ein weiteres erfindungsgemäßes Getriebekonzept mit gegenüber Fig. 1 verändertem Planetengetriebe und

Fig. 3 ein weiteres erfindungsgemäßes Getriebekonzept mit gegenüber Fig. 1 und Fig. 2 verändertem Planetengetriebe.

Bei einem Getriebe 10 erfolgt ein Übertragung eines von einem in den Figuren nicht dargestellten Antriebsaggregat an eine Getriebeeingangswelle 11 gelieferten Antriebsmoment über einen Wandler 12 mit Überbrückungskupplung 13 zu einer Antriebswelle 14. Die Antriebswelle ist antriebsmäßig mit einem Sonnenrad 15 eines Planetengetriebe 16 verbunden. Das Planetengetriebe 16 verfügt über einen Planetensatz 17, der gegenüber einem Steg 18 drehbar gelagert ist und mit diesem um das Sonnenrad 15 umläuft. Der Steg 18 ist über eine Bremse 19 mit dem Getriebegehäuse 20 verbindbar. Ein Hohlrad 21 des Planetengetriebes 16 ist mit einer Getriebewelle 22 drehfest verbunden sowie über eine Kupplung 23 mit dem Steg 18 und/oder über eine Bremse 19 mit dem Getriebegehäuse 20 verbindbar.

Die Antriebsbewegung und das Antriebsmoment der Getriebewelle 22 wird einem Variator 24 mit stufenloser Übersetzung sowie einem dem Variator 24 in Richtung der Ausgangsseite des Getriebes 10 nachgeordneten Umlaufgetriebe 25 zugeführt. Die Getriebewelle 22 ist durch den Variator 24 hindurchgeführt und ist in dem dem Planetengetriebe gegenüberliegenden Endbereich mit einem Steg 26 des Umlaufgetriebes 25 drehfest verbunden.

Der Variator 24 weist zwei Antriebsscheiben 27, 28 auf sowie zwei Abtriebsscheiben 29, 30, die zwischen den Antriebsscheiben 27, 28 angeordnet sind. Die Abtriebsscheiben 29, 30 sind miteinander drehfest verbunden oder als eine Baueinheit ausgebildet und verfügen über eine axiale Ausnehmung oder Bohrung, durch welche die Getriebewelle 22 hindurchgeführt ist. Insbesondere ist die Ausnehmung mit einer Hohlwelle 31 gebildet, wobei die Hohlwelle 31 die Abtriebsscheiben 29, 30 miteinander verbindet. Eine mit den Abtriebsscheiben 29, 30 drehfest verbundene Hohlwelle 31 bzw. die Hohlwelle 31 kragt aus dem Variator 24 in Richtung des Getriebeausganges aus und trägt in dem den Abtriebsscheiben 29, 30 gegenüberliegenden Endbereich ein Sonnenrad 32 des Umlaufgetriebes 25.

Eine weitere Hohlwelle 33, die koaxial zur Hohlwelle 31 angeordnet ist und diese umgibt, ist in einem Endbereich drehfest mit der dem Umlaufgetriebe 25 zugewandten Antriebsscheibe 28 und im anderen Endbereich drehfest mit dem Steg 26 verbunden. Die auf der dem Planetengetriebe 17 zugewandten Seite angeordnete Antriebsscheibe 27 ist über die Getriebewelle 22, den Steg 26 sowie die Hohlwelle 31 drehfest mit der Antriebsscheibe 28 verbunden. Gegenüber dem Steg 26 ist ein Stufenplanetensatz 34 des Umlaufgetriebes 25 mit zwei axial hintereinanderliegenden Zahnräder 35 und 36 drehbar und mit diesem umlaufend gelagert. Das Zahnrad 35 kämmt mit dem Sonnenrad 32 und das Zahnrad 36 kämmt mit einem Sonnenrad 37, welches mit einer Getriebeausgangswelle 38 drehfest verbunden ist.

Über die Aufteilung der Antriebsbewegung und des Antriebs momentes im Variator 24 und die Zuführung oder Weiterleitung der beiden Teilmomente und Teilbewegungen zum Umlaufgetriebe 25 mittels der Hohlwelle 31 sowie der Getriebewelle 22 und der Hohlwelle 33 erfolgt eine Leistungsverzweigung. Die Planeten 35 und 36 des Umlaufgetriebes 25 können wie dargestellt über Wälzkreise mit gleichen Durchmessern verfügen. Alternativ ist es denkbar, infolge der Leistungsverzweigung die Wälzkreise unterschiedlich derart auszubilden, daß sich ein Geared- Neutral-Getriebe ergibt, für welches sich (in einer Betriebs stellung des Variators) der Berührpunkt zwischen Planet 36 und Sonnenrad 37 im Momentanpol des Planetensatzes 25 befindet und trotz Bewegung der Getriebeeingangswelle 11 die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 38 Null beträgt. Insbesondere ist nach Maßgabe der Betriebsstellung des Variators ohne Schaltung weiterer Getriebeelemente (Bremse 19, Kupplung 23) eine Vorwärtsfahrt und eine Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges möglich ist.

Für geschlossene Kupplung 23 und geöffnete Bremse 19 läuft das Planetengetriebe 16 im Block um, wodurch ein besonders verlustarmer Betrieb ermöglicht ist. Für geöffnete Kupplung 23 und geschlossene Bremse 19 erfolgt im Planetengetriebe eine Umkehrung der Drehrichtung von der Antriebswelle 14 zur Getriebewelle 22 mit einem Übersetzungsverhältnis entsprechend den Wälzkreisen der beteiligten Getriebeelemente.

Für korrespondierende Bauteile in Getrieben 10 unterschied licher in den Figuren dargestellter Ausgestaltungsformen werden im Folgenden gleiche Bezugszeichen verwendet.

Entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Getriebe 10 hinsichtlich eines Wandlers sowie eines Variators 24 und eines Umlaufgetriebes 25 sowie deren Verbindung miteinander entsprechend Fig. 1 ausgebildet. Ein zwischen eine Antriebswelle 14 des Wandlers 12 und eine Getriebewelle 22 antriebsmäßig zwischengeschaltetes Planetengetriebe 16 verfügt über ein mit der Antriebswelle 14 drehfest verbundenes Sonnenrad 15 und einen doppelten Planetensatz oder Wendesatz mit einem radial inneren, mit dem Sonnenrad 15 kämmenden Planetensatz 39 und einem radial äußeren, mit einem Hohlrad 21 kämmenden Planetensatz 40, insbesondere zur Richtungsumkehr (Übersetzung zwischen den Planeten i = -1). Ein die Planetensätze 39, 40 lagernder Steg 18 ist drehfest mit der Getriebewelle 22 verbunden sowie über eine Kupplung 23 mit dem Hohlrad 21 verbindbar. Das Hohlrad 21 ist über eine Bremse 19 mit einem Getriebegehäuse 20 verbindbar. Für geschlossene Kupplung 23 und geöffnete Bremse 19 läuft das Planetengetriebe 16 im Block um. Für geöffnete Kupplung 23 und geschlossene Bremse 19 erfolgt im Planetengetriebe eine Umkehrung der Drehrichtung von der Antriebswelle 14 zur Getriebewelle 22.

Entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Getriebe 10 hinsichtlich eines Wandlers sowie eines Variators 24 und eines Umlaufgetriebes 25 sowie deren Verbindung miteinander entsprechend Fig. 1 ausgebildet. Ein zwischen eine Antriebswelle 14 des Wandlers 12 und eine Getriebewelle 22 antriebsmäßig zwischengeschaltete Planetengetriebe 16 verfügt über einen drehfest mit der Antriebswelle 14 verbundenen Steg 18, gegenüber welchem zwei Planetensätze 39, 40 gelagert sind. Ein Sonnenrad 15 ist antriebsmäßig mit der Getriebewelle 22 verbunden. Ein Hohlrad 21 ist über eine Kupplung 23 mit dem Steg 18 verbindbar sowie über eine Bremse 19 mit einem Getriebegehäuse 20 verbindbar. Für geschlossene Kupplung 23 und geöffnete Bremse 19 läuft das Planetengetriebe 16 im Block um. Für geöffnete Kupplung 23 und geschlossene Bremse 19 erfolgt im Planetengetriebe eine Umkehrung der Drehrichtung von der Antriebswelle 14 zur Getriebewelle 22.

Die Baugruppen Wandler 12, Planetengetriebe 16, Variator 24 und Umlaufgetriebe 25 sind in der genannten Reihenfolge hintereinanderliegend und koaxial zueinander angeordnet.

Sämtliche Getriebewellen sind koaxial zueinander angeordnet. Bei dem Variator 24 handelt es sich beispielsweise um einen Toroidvariator entsprechend den Fig. 1 bis 3, welcher als Zweikammervariator ausgebildet ist. Alternativ zum genannten Toroidvariator kann ein beliebiger Variator eingesetzt werden, mittels dessen eine stufenlose Übersetzungsänderung möglich ist. Die beiden innenliegenden Abtriebstorusscheiben können als eine bauliche Einheit ausgebildet sein, beispielsweise als eine Scheibe mit zwei voneinander abgewandten Laufflächen ausgebildet sein.

Die Getriebeeingangswelle 11 kann unmittelbar mit einem Antriebsaggregat des Fahrzeuges verbunden sein oder mittelbar, beispielsweise über mindestens ein weiteres Getriebeelement. Die Getriebeausgangswelle 38 kann unmittelbar mit einer Achse oder einem Achsdifferential verbunden sein oder mittelbar über mindestens ein weiteres Getriebeelement oder mindestens eine Getriebestufe.

Claims

1. Getriebe für ein Kraftfahrzeug

a) mit einer Getriebeeingangswelle (11),
b) einer koaxial zu dieser angeordneten Getriebeausgangs welle (38),
c) mit einem stufenlos verstellbaren Variator (24), der über zwei gemeinsam umlaufende Antriebsscheiben (27, 28), die mit der Getriebeeingangswelle (11) in Antriebsverbindung stehen oder bringbar sind, und zwei gemeinsam umlaufende Abtriebsscheiben, die mit der Getriebeausgangswelle (38) in Wirkverbindung stehen oder bringbar sind, verfügt,
d) mit einem Umlaufgetriebe (25), das ein erstes Sonnenrad (32) und ein zweites Sonnenrad (37) und mindestens einen um diese umlaufenden und über einen Steg (26) gelagerten Stufenplaneten (34)aufweist,
e) wobei der Steg (26) mit einer ersten Drehzahl des Variators (24) und das erste Sonnenrad (32) mit einer zweiten Drehzahl des Variators (24) umläuft,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Antriebsscheiben (27, 28) außenliegend von den Abtriebsscheiben (29, 30) angeordnet sind und
b) die Antriebsscheiben (27, 28) über den Steg (26) drehfest miteinander verbunden sind und
c) das Umlaufgetriebe (25) auf der Abtriebsseite des Getriebes (10) angeordnet ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Getriebewellen (14, 22, 31, 33) koaxial zur Getriebeeingangswelle (11) und Getriebeausgangswelle (38) angeordnet sind.

3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Planetengetriebes (16) eine Umkehr der Drehrichtung von der Getriebeeingangswelle (11) zur antriebsmäßigen Verbindung mit dem Variator (24) erfolgt.

4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eingangsseitig des Getriebes (10) ein Anfahrelement angeordnet ist und ein Planetengetriebe (16) zwischen dem Anfahrelement und dem Variator (24) angeordnet ist.

5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anfahrelement als Wandler (12) ausgebildet ist.

6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (16) als Minusgetriebe mit einem einfachen Planetensatz (17) ausgeführt ist, wobei der Steg (18) des Planetengetriebes (16) fest mit dem Getriebegehäuse (20) verbindbar ist, das Sonnenrad (15) des Planetengetriebes (16) den Eingang des Planetengetriebes (16) und das Hohlrad (21) den Ausgang des Planetengetriebes (16) bildet.

7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (16) mit einem doppelten Planetensatz (39, 40) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (21) des Planetengetriebes (16) fest mit dem Getriebegehäuse (20) verbindbar ist, das Sonnenrad (15) des Planetengetriebes (16) den Eingang des Planetengetriebes (16) und der Steg (18) den Ausgang des Planetengetriebes (16) bildet.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (16) mit einem doppelten Planetensatz (39, 40) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (21) des Planetengetriebes (16) fest mit dem Getriebegehäuse (20) verbindbar ist, der Steg (18) des Planetengetriebes (16) den Eingang des Planetengetriebes (16) und das Sonnenrad. (15) den Ausgang des Planetengetriebes (16) bildet.

9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (16) über eine Kupplung (23) verfügt, mittels derer zwei Elemente des Planetengetriebes (16) derart verbindbar sind, daß der Planetensatz (17; 39, 40) als Block umläuft.

10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheiben (27, 28) über die Getriebewelle (22) und den Steg (26) miteinander drehfest verbunden sind.

11. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere schaltbare Getriebestufe vorgesehen ist zur Ermöglichung mindestens eines weiteren Fahrbereiches.