DE102007023138A1 - Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

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Johann Märkl
Axel Dr. Ing. Heitmann
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Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und einem das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine reduzierenden Planetenradgetriebe, dessen Eingangselement mittelbar oder unmittelbar an die Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, dessen zweites Getriebeelement gehäusefest abgestützt ist und dessen drittes Getriebeelement auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes abtreibt, sowie mit einer in den Antriebszug eingeschalteten Reibungskupplung. Eine baulich einfache und funktionell verbesserte Antriebsvorrichtung wird erzielt, indem als Reibungskupplung die gehäusefeste Abstützung des zweiten Getriebeelementes (26) des Planetenradgetriebes (18) als steuerbare Bremse (34) ausgeführt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Eine derartige Antriebsvorrichtung zeigt die DE 10 2005 001 037 A1 , bei der zwischen einem Zweimassenschwungrad als Drehschwingungsdämpfer und der Eingangswelle des Geschwindigkeits-Wechselgetriebe eine Lamellenkupplung und ein Planetenradgetriebe eingeschaltet sind. Das Planetenradgetriebe dient zur Antriebs-Drehmomentreduzierung der Brennkraftmaschine mit dem Hintergrund, ein auf ein definiertes Eingangsdrehmoment ausgelegtes Wechselgetriebe auch für drehmomentstärkere Brennkraftmaschinen verwendbar zu machen. Es versteht sich, dass der übrige Antriebstrakt (z. B. das auf die Räder abtreibende Differenzialgetriebe) auf das gewünschte Gesamtübersetzungsverhältnis anzupassen ist. Das Planetenradgetriebe und die Lamellenkupplung sind innerhalb des Gehäuses des Wechselgetriebes positioniert.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich und fertigungstechnisch einfacher ausgeführt ist und die gegebenenfalls weitere funktionelle Anwendungen ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die weiteren Patentansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die gehäusefeste Abstützung des zweiten Getriebeelementes des Planetenradgetriebes als steuerbare Bremse ausgeführt ist. Die somit als Kupplung bzw. Anfahrelement fungierende Bremse muss konstruktionsbedingt weniger Kupplungsmoment übertragen und kann entsprechend leichter ausgelegt werden. Bei geschlossener Bremse entfällt zudem in vorteilhafter Weise das bei Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgängen im Antriebstrakt ansonsten vorliegende Massenträgheitsmoment einer üblichen Kupplung.
  • In an sich bekannter Weise kann die Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine über einen Drehschwingungsdämpfer auf das Eingangselement des Planetenradgetriebes treiben, um Drehschwingungen der Brennkraftmaschine vom nachgeschalteten Antriebstrakt fernzuhalten.
  • In vorteilhafter Weise kann der Drehschwingungsdämpfer als Zweimassenschwungrad (im folgenden als ZMS bezeichnet) mit einer mit der Kraftabgabewelle verbundenen Primärmasse und einer über eine Dämpfungseinrichtung angekoppelten Sekundärmasse ausgeführt sein, wobei die Sekundärmasse als funktionelles Bauteil mit dem als Eingangselement dienenden Planetenradträger des Planetenradgetriebes ausgeführt ist. Der Planetenradträger mit den Planetenrädern ist somit an die Sekundärmasse direkt angekoppelt.
  • Des weiteren kann in baulich, fertigungstechnisch und funktionell vorteilhafter Weise das Ausgangselement des Planetenradgetriebes das Hohlrad sein, das über einen Radialflansch auf eine Getriebewelle des Wechselgetriebes abtreibt. Damit lässt sich ein Übersetzungsverhältnis von ca. 0,6 < i < 0,8 erzie len. Alternativ könnte das Ausgangselement auch durch das Sonnenrad gebildet sein, verbunden dann mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis.
  • Das über die Bremse abgestützte Getriebeelement ist somit bevorzugt das Sonnenrad des Planetenradgetriebes.
  • Baulich und montagetechnisch besonders günstig können das Planetenradgetriebe im Gehäuse des Wechselgetriebes und die Bremse und gegebenenfalls der Drehschwingungsdämpfer innerhalb einer Kupplungsglocke des Wechselgetriebes angeordnet sein. Damit ist eine zuverlässige Schmierung des Planetenradgetriebes sichergestellt.
  • Ferner kann das Sonnenrad des Planetenradgetriebes über eine Hohlwelle mit der in der Kupplungsglocke angeordneten Bremse trieblich verbunden sein. Die Hohlwelle ist koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet und kann zudem bei Aggregaten mit Frontantrieb des Kraftfahrzeuges und einer das Wechselgetriebe im Bereich der Kupplungsglocke kreuzenden Abtriebswelle eines Differenziales den erforderlichen Freiraum für diese Abtriebswelle zwischen Planetenradgetriebe und Kupplungsglocke herstellen.
  • Durch die Anordnung der Bremse innerhalb der Kupplungsglocke sozusagen im trockenen Milieu kann vorteilhaft eine hydraulisch betätigte Bremse nach Art einer trockenen Anfahrkupplung mit trocken laufender Bremsscheibe eingesetzt sein. Alternativ kann aber auch eine Bremse nach Art einer flüssigkeitsgekühlten Lamellenkupplung verwendet sein oder die Betätigung elektromechanisch erfolgen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Hohlrad des Planetenradgetriebes einen weiteren Zahnkranz tragen, der mit einem Antriebsritzel eines zusätzlich angeordneten Elektromotors kuppelbar ist.
  • Der zusätzliche Elektromotor kann vorteilhaft zum Starten der Brennkraftmaschine bei in Neutralstellung geschaltetem Wechselgetriebe und geschlossener Bremse dienen. Bei entsprechend leistungsstarker Auslegung des Elektromotors kann dieser ferner als unterstützender oder autarker Antrieb des Kraftfahrzeuges betreibbar sein. Des weiteren kann bei einem Schaltgetriebe als Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges und bei mittels Synchronkupplungen bewirkten Schaltvorgängen der zusätzliche Elektromotor als Synchronisierhilfe dienen, indem er z. B. bei Herunterschaltvorgängen das Hohlrad des Planetenradgetriebes beschleunigt oder bei Hochschaltvorgängen abbremst.
  • Schließlich kann alternativ oder zusätzlich bei einem Schaltgetriebe als Wechselgetriebe des Kraftfahrzeuges und bei mittels Synchronkupplungen bewirkten Schaltvorgängen über das elektronische Motor- und Getriebemanagement und trieblich über das Koppelmoment des Planetenradgetriebes bei geöffneter Bremse die Brennkraftmaschine als Synchronisierhilfe gesteuert sein. Dies kann im wesentlichen wie vorbeschrieben erfolgen, indem die Brennkraftmaschine kurzeitig hochgedreht oder z. B. durch Schließen einer Abgasklappe abgebremst bzw. in ihrer Drehzahl vermindert wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt grob schematisch eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, einem vorgeschalteten Planetenradgetriebe mit einer lösbaren Bremse und einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe.
  • In der Zeichnung ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Kraftabgabewelle bzw. Kurbelwelle 12 über einen angeflanschten Drehschwingungsdämpfer bzw. ein Zweimassenschwungrad 14 (im folgenden als ZMS bezeichnet) und eine Getriebe-Eingangswelle 16 auf ein einfaches Planetenradgetriebe 18 treibt.
  • Das Planetenradgetriebe 18 weist als Eingangselement einen Planetenradträger 20 auf, dessen Planetenräder 22 mit dem als Ausgangselement dienenden, innenverzahnten Hohlrad 24 und dem zentralen, außenverzahnten Sonnenrad 26 kämmen.
  • Das Hohlrad 24 ist über einen angeformten Radialflansch 24a in Drehrichtung formschlüssig auf eine Getriebewelle 28 aufgesteckt, die als Eingangswelle für das nachgeschaltete Wechselgetriebe 30 dient. Das Wechselgetriebe 30 ist ein geläufiges Schaltgetriebe, mit dem mehrere Gangstufen mittels entsprechender, bekannter Synchronkupplungen schaltbar sind.
  • Das Sonnenrad 26 ist über eine Hohlwelle 32 trieblich mit einer lösbaren Bremse 34 gekoppelt. Die koaxial zur Eingangswelle 16 angeordnete Hohlwelle 32 erstreckt sich dabei durch eine Gehäusewand 36a des Gehäuses 36 des Wechselgetriebes 30. Es versteht sich, dass die genannten Wellen 28, 32 im Gehäuse 36 des Wechselgetriebes 30 über Wälzlager drehbar gelagert sind. Des gleichen ist die Eingangswelle 16 innerhalb der Hohlwelle 32 drehbar gelagert.
  • Die Bremse 34 setzt sich aus einem ortsfesten Gehäuse 38 und zumindest einer Bremsscheibe 40 zusammen, wobei die Bremsscheibe 40 mit der Hohlwelle 32 in Drehrichtung formschlüssig verbunden ist. Die Bremse 34 ist in nicht dargestellter Weise hydraulisch oder elektrisch betätigt und kann wie eine bekannte Anfahrkupplung aufgebaut sein oder wie eine Lamellen- oder Bandbremse (wie bei automatischen Umlaufrädergetrieben) ausgeführt sein. Gegebenenfalls ist auch eine Ausführung als Scheibenbremse (wie bei Radbremsen eines Kraftfahrzeugs) denkbar.
  • Die Bremse 34 kann trocken oder nass ausgeführt und gegebenenfalls luft- oder flüssigkeitsgekühlt sein. Mittels der Bremse 34 kann das Sonnenrad 26 als freies Getriebeelement des Planetenradgetriebes 18 festgebremst oder gelöst werden; im letzteren Falle kann durch die fehlende gehäusefeste Abstützung über das Planetenradgetriebe 18 kein Antriebsmoment übertragen werden.
  • Das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 10 an der Kurbelwelle 12 verläuft von der Primärmasse 42 des ZMS 14 über eine federnde Dämpfungseinrichtung 44 auf die Sekundärmasse 46, die wiederum in Drehrichtung formschlüssig mit der Eingangswelle 16 verbunden ist. Das nicht näher beschriebene ZMS 14 oder ein ähnlicher Drehschwingungsdämpfer kann bekannter Bauart sein.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind das ZMS 14 und die Bremse 34 innerhalb der an das Gehäuse der Brennkraftmaschine angeflanschten Kupplungsglocke 36b angeordnet, während das nachgeschaltete Planetenradgetriebe 18 innerhalb des Gehäuses 36 des Wechselgetriebes 30 positioniert und deshalb mit den übrigen Getriebeteilen mit Schmieröl versorgt ist. Gegebenenfalls kann das Planetenradgetriebe 18 in einem separaten Gehäuse angeordnet sein, das zwischen die Kupplungsglocke 36b und das Gehäuse 36 des Wechselgetriebes 30 eingefügt ist.
  • Das Übersetzungsverhältnis i des Planetenradgetriebes 18 in der beschriebenen getriebetechnischen Verknüpfung ist zwischen 0,6 < i < 0,8 ausgelegt. Es kann bei Bedarf auch niedriger sein, wenn als Abtriebselement das Sonnenrad 26 und als festbremsbares Element das Hohlrad 24 eingesetzt sind.
  • Ist die Reibungsbremse 34 gelöst, so kann das Sonnenrad 26 frei drehen und es liegt keine Antriebsverbindung vor. Mit dem zunehmenden Festbremsen des Sonnenrades 26 wird zunehmend Antriebsmoment vom Planetenradträger 20 mit den Planetenrädern 22 auf das Hohlrad 24 übertragen, wobei das Brems- bzw. Kupplungsmoment aufgrund der Übersetzung des Planetenradgetriebes 18 ins Schnelle entsprechend reduziert ist.
  • An dem Radialflansch 24a des Hohlrades 24 ist ein außenverzahnter Zahnkranz 48 befestigt, der über ein Zwischenzahnrad 50 mit einem Elektromotor 52 bzw. dessen Antriebsritzel 54 trieblich verbunden ist.
  • Über den Elektromotor 52, der an das Gehäuse 36 des Wechselgetriebes 30 angebaut ist, kann das Hohlrad 24 bei Bedarf elektrisch angetrieben oder abgebremst werden.
  • Dies ermöglicht die folgenden Funktionen:
    Wird die Bremse 34 hydraulisch oder mittels Federkraft geschlossen, so kann die Brennkraftmaschine 10 bei in Neutralstellung befindlichem Schaltgetriebe 30 gestartet werden.
  • Des weiteren kann das Kraftfahrzeug bei entsprechender Auslegung des Elektromotors 52 in einem niedrigeren Geschwindigkeitsbereich zusätzlich (Boostbetrieb) oder autark (Hybridbetrieb) angetrieben werden. Dabei ist eine Gangstufe im Schaltgetriebe geschaltet und die Bremse 34 entweder geschlossen (Boostbetrieb) oder gelöst (Elektrischer Betrieb).
  • Ferner kann während der Umschaltvorgänge im Schaltgetriebe 30 von einer Gangstufe zur anderen der Synchronisiervorgang über die Synchronkupplungen durch Beschleunigen oder Abbremsen des Hohlrades 24 über den Elektromotor 52 unterstützt werden. Es versteht sich, dass dazu entsprechende logische Verknüpfungen der Drehzahlverhältnisse und Gangstellungen in einem elektronischen Motor- und Getriebemanagement vorzusehen sind.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das besagte Motor- und Getriebemanagement auch in die Steuerung der Brennkraftmaschine eingreifen, um die vorstehend beschriebenen Schaltvorgänge bzw. Synchronisierungen zu unterstützen.
  • So kann bei einem Herunterschaltvorgang (z. B. von der dritten Gangstufe in die Zweite) die Brennkraftmaschine (bei gelöster Bremse 34) beschleunigt oder bei einem Hochschaltvorgang (z. B. durch Schließen einer motornahen Abgasklappe) verstärkt in ihrer Drehzahl abgebremst werden.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit geringerer oder anderweitig gedämpfter Drehungleichförmigkeit kann der beschriebene Drehschwingungsdämpfer bzw. das ZMS 14 auch entfallen, so dass nur die beschriebene Bremse 34 oder gegebenenfalls die Bremse 34 und das Planetenradgetriebe 18 innerhalb der Kupplungsglocke 36b angeordnet sind.
  • Im Ausführungsbeispiel ist die Hohlwelle 32 in ihrer axialen Länge so ausgeführt, dass eine die Hohlwelle 32 kreuzende Abtriebswelle 56 eines seitlich an das Wechselgetriebe 30 angebauten Differenziales (nicht dargestellt) zwischen der Gehäusewand 36a und dem Planetenradgetriebe 18 positionierbar ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005001037 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine, einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und einem das Antriebsdrehmoment der Brennkraftmaschine reduzierenden Planetenradgetriebe, dessen Eingangselement mittelbar oder unmittelbar an die Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, dessen zweites Getriebeelement gehäusefest abgestützt ist und dessen drittes Getriebeelement auf die Eingangswelle des Wechselgetriebes abtreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusefeste Abstützung des zweiten Getriebeelementes (26) des Planetenradgetriebes (18) als steuerbare Bremse (34) ausgeführt ist.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftabgabewelle (12) der Brennkraftmaschine (10) über einen Drehschwingungsdämpfer (14) auf das Eingangselement (20) des Planetenradgetriebes (18) treibt.
  3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschwingungsdämpfer als Zweimassenschwungrad (14) mit einer mit der Kraftabgabewelle (12) verbundenen Primärmasse (42) und einer über eine Dämpfungseinrichtung (44) angekoppelten Sekundärmasse (46) ausgeführt ist und dass die Sekundärmasse (46) als funktionelles Bauteil mit dem als Eingangselement (20) dienenden Planetenradträger (20) des Planetenradgetriebes (18) ausgeführt ist.
  4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement des Planetenradgetriebes (18) das Hohlrad (24) ist, das über einen Radialflansch (24a) auf eine Getriebewelle (28) des Wechselgetriebes (30) abtreibt.
  5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Bremse (34) abgestützte Getriebeelement das Sonnenrad (26) des Planetenradgetriebes (18) ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradgetriebe (18) im Gehäuse (36) des Wechselgetriebes (30) und die Bremse (34) und gegebenenfalls der Drehschwingungsdämpfer (14) innerhalb einer Kupplungsglocke (36b) des Wechselgetriebes (30) angeordnet sind.
  7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (26) des Planetenradgetriebes (18) über eine Hohlwelle (32) mit der in der Kupplungsglocke (36b) angeordneten Bremse (34) trieblich verbunden ist.
  8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (34) eine hydraulisch betätigte Scheibenbremse ist.
  9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (24) des Planetenradgetriebes (18) einen weiteren Zahnkranz (48) trägt, der mit einem Antriebsritzel (54) eines zusätzlich angeordneten Elektromotors (52) kuppelbar ist.
  10. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Elektromotor (52) zum Starten der Brennkraftmaschine (10) bei in Neutralstellung geschaltetem Wechselgetriebe (30) und geschlossener Bremse (34) dient.
  11. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Elektromotor (52) als unterstützender oder autarker Antrieb des Kraftfahrzeuges betreibbar ist.
  12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schaltgetriebe (30) als Wechselgetriebe und bei mittels Synchronkupplungen bewirkten Schaltvorgängen der zusätzliche Elektromotor (52) bei geöffneter Bremse (34) als Synchronisierhilfe steuerbar ist.
  13. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schaltgetriebe (30) als Wechselgetriebe und bei mittels Synchronkupplungen bewirkten Schaltvorgängen und bei gelöster Bremse (34) über das elektronische Motor- und Getriebemanagement des Kraftfahrzeuges und trieblich über das Koppelmoment des Planetenradgetriebes (18) die Brennkraftmaschine als Synchronisierhilfe gesteuert ist.
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EP0656990B1 (de) * 1992-08-26 1996-12-04 FICHTEL &amp; SACHS AG Vorrichtung zum antrieb eines nebenaggregats eines kraftfahrzeugs, insbesondere eines kühlerlüfters einer brennkraftmaschine
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