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Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Variator zur stufenlosen Übertragung von Drehmoment.
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Derartige Antriebsstränge finden Anwendung im Kraftfahrzeugbau, wenn eine stufenlose Übertragung von Drehmoment gewünscht ist.
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Stand der Technik
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Die
DE 102 38 664 A1 zeigt ein Antriebsaggregat mit einem Anfahrelement, welches eingangsseitig mit dem Abtrieb einer Kraftmaschine verbunden ist, der eine Kurbelwellenachse bildet und ausgangsseitig mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Verbindung steht. Die Ausgangswelle des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes befindet sich auf derselben Seite, wie die Eingangswelle und verläuft im Wesentlichen parallel zu dieser. Über eine Nachgelegestufe wird ein seitlicher Versatz erreicht, so dass die Ausgangswelle einen größeren Abstand zur Kurbelwellenachse aufweist, als die Eingangswelle. An die Ausgangswelle der Nachgelegestufe ist ein Vorderachsdifferential angeschlossen, dessen Abtriebswelle zwischen Kraftmaschine und Anfahrelement verläuft.
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Nachteilig ist, dass in dieses Antriebsaggregat kein Getriebe zur stufenlosen Übertragung von Drehmoment in Variatorbauweise angeschlossen werden kann, da bauartbedingt sehr viel Bauraum dadurch verloren geht. Des Weiteren ist es nicht möglich ein solches Antriebsaggregat mit einem Variator zu versehen und gleichzeitig eine mittige Anordnung auf der Fahrzeuglängsachse zu realisieren, wodurch der Fußraum in der Fahrgastzelle stark eingeschränkt wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass keine Einrichtungen enthalten sind, die es ermöglichen die Drehzahl auf der Eingangswelle des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes derart zu ändern, dass dieses möglichst effizient und schonend betrieben werden kann.
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Die
DE 102 12 790 A1 zeigt, ebenso wie die
DE 102 61 989 B4 , ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe mit einer Kraftmaschine, an deren Abtrieb, der eine Kurbelwellenachse bildet, zwei Anfahrelemente angeschlossenen sind. Das erste Anfahrelement stellt eine Verbindung mit einer konstanten Übersetzungsstufe her, welche zwei Übersetzungsverhältnisse beinhaltet. Das zweite Anfahrelement stellt über eine in einer Hohlwelle verlaufenden Welle eine Verbindung zu einem dritten Anfahrelement her. Das dritte Anfahrelement ist ausgangsseitig mit einer Vorgelegestufe verbunden, deren Ausgangswelle einen seitlichen Versatz aufweist. Die Ausgangswelle der Vorgelegestufe führt auf einen eingangsseitigen Scheibensatz eines Variators. Ein ausgangsseitiger Scheibensatz des Variators steht mit einer optionalen Kupplung in Verbindung. Auf der Ausgangswelle der Kupplung ordnen sich drei Zahnräder an, wobei zwei davon die eingangs beschriebenen Zahnräder der konstanten Übersetzungsstufe sind. Das dritte Zahnrad steht mit dem dritten Anfahrelement in Verbindung und dient der Fahrtrichtungsumkehr. An die Ausgangswelle des der Kupplung her gesehenen letzten Zahnrads schließt sich ein Vorderachsdifferential an, dessen Abtriebswellen zwischen der Kraftmaschine und dem ersten Anfahrelement verlaufen.
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Nachteilig ist, dass der Variator bauartbedingt einen seitlichen Versatz aufweist, der dazu führt, dass das gezeigte Geschwindigkeits-Wechselgetriebe nicht mittig auf der Fahrzeuglängsachse platziert werden kann, wodurch der Fußraum in der Fahrgastzelle stark eingeschränkt wird. Des Weiteren führt eine solche Anordnung dazu, dass eine große Menge an Bauraum gebraucht wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass keine Möglichkeit besteht die, durch die Vorgelegestufe des Variators, eingangsseitig geänderte Drehzahl, auf der Ausgangswelle des Variators wieder so anzupassen, dass das Potential des Variators, bei gleichzeitiger Schonung, in vollem Maße genutzt werden kann.
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Die
DE 16 55 894 A beschreibt eine Antriebsanlage für Kraftfahrzeuge mit einem von einer Antriebsmaschine antreibbaren stufenlos regelbaren Getriebe, dem ein Zahnräderwechselgetriebe nachgeschaltet und das durch einen Zapfwellenantrieb umgehbar ist.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Antriebsstrang bereitzustellen, der mit einem Variator eine stufenlose Übertragung von Drehmoment gewährleistet und dabei wenig Bauraum in Anspruch nimmt, sowie eine einfache Drehzahlanpassung an Fahrzeuge mit unterschiedlicher Motorisierung und Gewicht realisiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Antriebstrang für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Kraftmaschine mit einer Abtriebswelle, die eine Kurbelwellenachse hat, die längs zur Fahrtrichtung angeordnet ist und die mit einer Anfahreinheit verbunden ist, eine Vorgelegestufe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle der Vorgelegestufe mit der Anfahreinheit verbunden ist und die Ausgangswelle der Vorgelegestufe einen seitlichen Versatz zur Kurbelwellenachse aufweist, einen Variator, der vorzugsweise als Scheibenvariator mit zwei verstellbaren Scheibensätzen zur stufenlosen Übertragung von Drehmoment ausgebildet ist und bei dem der eingangsseitige Scheibensatz mit der Ausgangswelle der Vorgelegestufe in Verbindung steht, während der ausgangsseitige Scheibensatz seitlich versetzt angeordnet ist, eine, eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweisende, Nachgelegestufe, die auf derselben Seite des Variators angeordnet ist, wie die Vorgelegestufe, wobei die Vorgelegestufe und die Nachgelegestufe einen seitlichen Versatz in jeweils unterschiedlicher Kraftfahrzeug-Querrichtung aufweisen, wobei die Eingangswelle der Nachgelegestufe mit dem ausgangsseitigen Scheibensatz des Variators verbunden ist, und wobei die Ausgangswelle der Vorgelegestufe sowie der ausgangsseitige Scheibensatz des Variators auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellenachse angeordnet sind, sowie ein erstes Differential mit einer seitlichen Abtriebswelle, die quer zur Fahrtrichtung und zwischen Kraftmaschine und Anfahreinheit angeordnet ist und eine erste Antriebsachse bildet, wobei das erste Differential mit der Ausgangswelle der Nachgelegestufe verbunden ist.
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Indem am Variator eingangsseitig eine Vorgelegestufe angeordnet ist, kann die von der Brennkraftmaschine vorgegebene Drehzahl, sowie das Drehmoment derart angepasst werden, dass am Variator eingangsseitig eine Drehzahl und ein Drehmoment vorliegt, das für den Variator besonders vorteilhaft ist. Dadurch, dass am Variator ausgangsseitig eine Nachgelegestufe angeordnet ist, kann die am Variator ausgangsseitig vorliegende Drehzahl, sowie das Drehmoment, derart angepasst werden, dass es für den Kegeltrieb am ersten Differential besonders vorteilhaft ist. Hiermit ist es möglich den Antriebsstrang durch Variation der Vor- und/oder Nachgelegestufen an verschiedene Kraftfahrzeuge und/oder Brennkraftmaschinen anzupassen. Durch die Kombination von Vorgelegestufe, Nachgelegestufe, sowie erstem Differential kann der Variator optimal im Bereich der Kraftfahrzeuglängsachse und/oder Kraftfahrzeugquerachse positioniert werden, wobei gleichzeitig der seitliche Versatz für das seitlich neben der Kraftmaschine angeordnete erste Differential bewerkstelligt wird. Durch das kompakt an der Kraftmaschine angeordnete erste Differential wird der vorhandene Bauraum besonders effizient ausgenutzt und die Abtriebswellen befinden sich besonders nah an der Kraftmaschine, was der Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs zu Gute kommt. Es kann weiterhin durch die Verwendung von Vorgelegestufe und Nachgelegestufe, die beide auf der gleichen Seite des Variators angeordnet sind, im Bereich des Fahrzeugtunnels ein kompakter, mittig zur Kraftfahrzeuglängsachse angeordneter Antriebsstrang zur Verfügung gestellt werden. Diese Antriebsstranganordnung verbreitert sich durch das seitliche erste Differential lediglich im Kraftmaschinenraum, jedoch nicht im Antriebsstrangtunnel, so dass eine optimale Bauraumausnutzung für den Fahrgastraum und auch die Anordnung weiterer Aggregate gewährleistet ist. Durch die Kombination von Vorgelegestufe, Variator, Nachgelegestufe und erstem Differential seitlich neben der Kraftmaschine, so dass die seitliche Abtriebswelle zwischen Kraftmaschine und Anfahreinheit angeordnet werden kann, ist es möglich, einen stufenlosen, einen Variator aufweisenden Antriebsstrang zur Verfügung zu stellen, der im Bereich des Tunnels kompakt baut und mittig zur Fahrzeuglängsachse angeordnet werden kann, und der in der Längserstreckung des Kraftfahrzeugs sehr kurz baut, weil das erste Differential mit seiner seitlichen Abtriebswelle neben der Kraftmaschine angeordnet werden kann.
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In einer weiteren Ausführung ist ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, zwischen Kraftmaschine und Anfahreinheit angeordnet.
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In einer weiteren Ausführung ist am ersten Differential ein Kegeltrieb, bestehend aus einem Tellerrad und einem Ritzelrad, angeordnet, wobei das Ritzelrad mit der Ausgangswelle der Nachgelegestufe in Verbindung steht. Durch Variation der Abmessungen von Ritzelrad und/oder Tellerrad ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Anpassung der Drehzahl und/oder des Drehmoments an die Kraftmaschine und/oder das Fahrzeug.
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In einer weiteren Ausführung ist parallel zur ersten Antriebsachse eine zweite Antriebsachse angeordnet.
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In einer weiteren Ausführung, insbesondere für allradgetriebene Fahrzeuge, hat die Ausgangswelle des ausgangsseitigen Scheibensatzes in Richtung der zweiten Antriebsachse einen Wellenfortsatz.
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In einer weiteren Ausführung, insbesondere für allradgetriebene Fahrzeuge, ist eine Gelegestufe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle zwischen ausgangseitigem Scheibensatz und zweiter Antriebsachse angeordnet, wobei die Eingangswelle der Gelegestufe durch den Wellenfortsatz gebildet wird und die Ausgangswelle der Gelegestufe dazu seitlich versetzt angeordnet ist. Dadurch kann die Ausgangswelle der Gelegestufe in Längsrichtung mittig am Fahrzeug zur zweiten Antriebsachse geführt werden.
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In einer weiteren Ausführung, insbesondere für allradgetriebene Fahrzeuge, ist zwischen ausgangsseitigem Scheibensatz und zweiter Antriebsachse eine Kupplung angeordnet. Dadurch hat man die Möglichkeit den Drehmomentfluss zur zweiten Antriebsachse variabel zu übertragen beziehungsweise zu- oder abzuschalten.
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In einer weiteren Ausführung, insbesondere für allradgetriebene Fahrzeuge, ist der ausgangsseitige Scheibensatz mit einem Durchgang versehen und daran ist ein Längsdifferential angeordnet, welches mit dem Wellenfortsatz in Verbindung steht.
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In einer weiteren Ausführung, insbesondere für allradgetriebene Fahrzeuge, ist an der zweiten Antriebsachse ein zweites Differential mit seitlichen Abtriebswellen angeordnet.
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In einer weiteren Ausführung ist die Anfahreinheit derart ausgebildet, dass ein Abschnitt eine Vorwärtskupplung bildet, die bei Vorwärtsfahrt betätigt ist und ein weiterer Abschnitt eine Rückwärtskupplung bildet, die bei Rückwärtsfahrt betätigt ist.
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In einer weiteren Ausführung ist ein Planetenradsatz zwischen Anfahreinheit und Vorgelegestufe angeordnet.
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In einer weiteren Ausführung verläuft bei Vorwärtsfahrt das Drehmoment von der Abtriebswelle der Kraftmaschine über die Vorwärtskupplung und den Planetenradsatz zur Vorgelegestufe.
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In einer weiteren Ausführung verläuft bei Rückwärtsfahrt das Drehmoment von der Abtriebswelle der Kraftmaschine über den Planetenradsatz zur Vorgelegestufe.
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In einer weiteren Ausführung weist die Ausgangswelle der Nachgelegestufe einen größeren seitlichen Versatz zur Kurbelwellenachse auf, als die Eingangswelle der Nachgelegestufe. Dies ermöglicht in Verbindung mit dem seitlichen Versatz der Vorgelegestufe eine besonders Platz sparende Bauform. Dadurch kann man den Variator mit seinen fest vorgegebenen Abmessungen, durch Anpassung der Vor- und/oder Nachgelegestufe, in Querrichtung derart platzieren, dass der vorhandene Bauraum möglichst effizient ausgenutzt wird.
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In einer weiteren Ausführung ist die Nachgelegestufe in Längsrichtung näher an der ersten Antriebsachse angeordnet, als die Vorgelegestufe. Dadurch ist es möglich Vor- und Nachgelegestufe besonders eng aneinander zu verbauen, so dass der vorhandene Bauraum möglichst effizient ausgenutzt wird.
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In einer weiteren Ausführung liegen die Drehachsen der Scheibensätze des Variators auf unterschiedlichen Höhen über der Fahrbahn, vorzugsweise liegt die Drehachse des eingangsseitigen Scheibensatzes höher, als die Drehachse des ausgangsseitigen Scheibensatzes des Variators. Dadurch ist es möglich den Variator derart zu platzieren, dass der vorhandene Bauraum möglichst effizient ausgenutzt wird.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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Darin zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug.
- 2 eine schematische Draufsicht des ausgangsseitigen Scheibensatzes für den Antrieb von zwei Achsen unter Verwendung eines Längsdifferential und optionaler Gelegestufe.
- 3 eine schematische Draufsicht des ausgangsseitigen Scheibensatzes für den Antrieb von zwei Achsen unter Verwendung einer Kupplung und optionaler Gelegestufe.
- 4 eine Ansicht des Antriebsstrangs entlang der Linie A-A gemäß 1.
- 5 eine detaillierte Draufsicht der Anfahreinheit und des Planetenradsatzes.
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Gemäß 1 hat ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug eine Kraftmaschine 1 mit einer Kurbelwelle als Abtriebswelle 2, die eine Kurbelwellenachse 2' bildet, und einem daran angeordneten Zweimassenschwungrad 15 als Drehschwingungsdämpfer, einer Mehrscheiben-Nasskupplung 3 als Anfahreinheit mit einem daran angeordneten Planetenradsatz 24. An diesen schließt sich eine Vorgelegestufe 4 mit einer Eingangswelle 5 und einer Ausgangswelle 6 an. Die Ausgangswelle 6 der Vorgelegestufe 4 ist mit dem eingangsseitigen Scheibensatz 8 eines Variators 7 verbunden. Der ausgangsseitige Scheibensatz 9 des Variators 7 ist zur Kurbelwellenachse 2' seitlich versetzt angeordnet. Dabei sind die Ausgangswelle 6 der Vorgelegestufe 4, sowie der ausgangsseitige Scheibensatz 9 des Variators 7 auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbelwellenachse 2' angeordnet. An den ausgangsseitigen Scheibensatz 9 des Variators 7 schließt sich die Eingangswelle 11 der Nachgelegestufe 10 an, die Längsrichtung des Kraftfahrzeugs auf derselben Seite des Variators 7 liegt, wie die Ausgangswelle 6 der Vorgelegestufe 4. Die Ausgangswelle 12 der Nachgelegestufe 10 ist derart angeordnet, dass die Vorgelegestufe 4 und die Nachgelegestufe 10 einen seitlichen Versatz in jeweils unterschiedlicher Kraftfahrzeug-Querrichtung aufweisen, insbesondere von der Kurbelwellenachse 2' abweisend. An die Ausgangswelle 12 der Nachgelegestufe 10 ist ein erstes Differential 13 derart angeordnet, dass eine der seitlichen Abtriebswellen 14, die eine erste Antriebsachse 14 bilden, die Abtriebswelle 2 zwischen Kraftmaschine 1 und Drehschwingungsdämpfer 15 kreuzt. Am ersten Differential 13 ist ein Kegeltrieb 34 angeordnet, der durch ein Tellerrad 36 gebildet wird, welches mit dem ersten Differential 13 verbunden ist, sowie ein Ritzelrad 37, welches mit der Ausgangswelle 12 der Nachgelegestufe 10 verbunden ist und das Tellerrad 36 antreibt. Das Tellerrad 36 befindet sich auf der Seite des ersten Differentials 13, die am weitesten von der Kurbelwellenachse 2' entfernt ist, wodurch sich die gewünschte Drehrichtung der seitlichen Abtriebswellen 14 einstellt. Das erste Differential 13 ist somit kompakt seitlich an der Kraftmaschine 1 angeordnet.
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Gemäß 2 hat ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, neben den bereits in 1 gezeigten Merkmalen, einen ausgangsseitigen Scheibensatz 9 des Variators 7, der mit einer Durchgangsöffnung 16 versehen ist und an den ein Längsdifferential 17 angeordnet ist. Das Längsdifferential ist vorzugsweise in Torsen - Bauweise ausgeführt und verfügt über je eine Öffnung pro Seite in Längsrichtung. Aus der zur Kraftmaschine weisenden Öffnung führt die Eingangswelle 11 der Nachgelegestufe 10 heraus. Aus der der Kraftmaschine entgegengesetzten Öffnung führt ein Wellenfortsatz 31 in Richtung einer zweiten Antriebachse 33. Mit dem Wellenfortsatz 31 ist ein zweites Differential 21 verbunden, welches an die zweite Antriebsachse 33 angeordnet ist und von dem sich zwei seitliche Abtriebswellen 32 zu den - Rädern des Kraftfahrzeugs erstrecken. Am Wellenfortsatz 31 kann optional auch eine Gelegestufe 19 angeordnet sein, deren Eingangswelle 31 durch den Wellenfortsatz 31 gebildet wird und deren Ausgangswelle 35 seitlich versetzt zur Eingangswelle 31 angeordnet ist und zum zweiten Differential 21 führt. Dadurch ist es möglich den Antriebsstrang in Fahrzeuglängsrichtung mittig zur zweiten Antriebsachse 33 zu führen.
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Gemäß 3 hat ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, neben den bereits in 1 gezeigten Merkmalen, einen ausgangsseitigen Scheibensatz 9 des Variators 7, der in Richtung einer zweiten Antriebsachse 33 einen Wellenfortsatz 31 hat. Optional ist an den Wellenfortsatz 31 eine Gelegestufe 19 angeordnet, deren Eingangswelle 31 durch den Wellenfortsatz 31 gebildet wird und deren Ausgangswelle 35 seitlich versetzt zur Eingangswelle 31 angeordnet ist. Auf einer der Wellen (31, 35) zwischen ausgangsseitigem Scheibensatz 9 und zweiter Antriebsachse 33 befindet sich eine Kupplung 18, die vorzugsweise als schlupfgesteuerte Kupplung in Haldex - Bauweise ausgebildet ist. Auf der zweiten Antriebsachse 33 befindet sich in Kraftfahrzeugquerrichtung ein zweites Differential 21 mit seitlichen Abtriebswellen 32, welches je nach Vorhandensein der Gelegestufe 19 entweder vom Wellenfortsatz 31 oder der Ausgangswelle 35 der Gelegestufe 19 angetrieben wird.
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Gemäß 4 wird der Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Gehäuse 23, derart dimensioniert, dass er mit einem möglichst geringen Bauraumverbrauch in den Getriebetunnel 22 eines Kraftfahrzeugs eingepasst werden kann. Dies geschieht, indem man die Höhenlage über der Fahrbahn, sowohl des eingangsseitigen 8, als auch des ausgangsseitigen Scheibensatzes 9 des Variators variiert und zusätzlich die Abmessungen und Positionen sowohl der Vorgelegestufe 4, der Nachgelegestufe 10, als auch des Kegeltriebs 34 anpasst. Dadurch hat man die Möglichkeit den Variator 7 möglichst mittig zur Kurbelwellenachse 2' auszurichten.
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Gemäß 5 hat ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, neben den bereits in 1 gezeigten Merkmalen, eine Anfahreinheit 3, welche einen Abschnitt als Vorwärtskupplung 3a für Vorwärtsfahrt und einen Abschnitt als Rückwärtskupplung 3b für Rückwärtsfahrt aufweist. Jedoch kann jeweils immer nur einer der beiden Abschnitte in Eingriff sein. Die Anfahreinheit 3 ist als Mehrscheiben-Nasskupplung ausgebildet und auf der Abtriebswelle 2 angeordnet, die durch sie hindurch läuft. Weiterhin ist ein Planetenradsatz 24 vorgesehen, der ein Sonnenrad 25, mehrere, vorzugsweise drei, Paare von Planetenrädern 26, die mit einem Planetenradträger 27 untereinander verbunden sind, und ein Hohlrad 28 aufweist. Die Abtriebswelle 2 ist an dem Sonnenrad 25 angeordnet.
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Bei Vorwärtsfahrt verbindet die Vorwärtskupplung 3a das Sonnenrad 25 und den Planetenradträger 27. Dadurch kann das Drehmoment der Kraftmaschine über die Abtriebswelle 2 zum Planetenradträger 27 verlaufen, der sich in Motordrehrichtung dreht und das Drehmoment an die Eingangswelle 5 der Vorgelegestufe 4 weiterleitet.
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Bei Rückwärtsfahrt verbindet die Rückwärtskupplung 3b das Hohlrad 28 mit einem Getriebegehäuse 23. Damit wird das Hohlrad 28 festgehalten, indem es gegen das Getriebegehäuse 23 abgestützt wird. Dadurch fließt das Drehmoment der Kraftmaschine über die Abtriebswelle 2 zum Planetenradträger 27, der sich entgegengesetzt zur Motordrehrichtung dreht und das Drehmoment an die Eingangswelle 5 der Vorgelegestufe 4 weiterleitet.
