DE102008026757B4

DE102008026757B4 - Anordnung zum wahlweisen Bremsen eines Getriebeeingangselements sowie damit ausgestatteter Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102008026757B4
Application number: DE102008026757.0A
Authority: DE
Inventors: James D. Hendrickson; John A. Diemer; Craig S. Ross; Michael H. Pohl; Robert K. Dunlap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: US20080305907A1; CN101334108B; DE102008026757A1; US7780567B2; CN101334108A

Abstract

Anordnung (24) zum wahlweisen Bremsen eines Getriebeantriebselements (18), das einen Verbrennungsmotor (12) und ein Getriebe (14) wirksam verbindet, umfassend:eine an einem Abtriebselement (16) des Verbrennungsmotors (12) befestigte Schwungscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Verbrennungsmotor (12) und dem Getriebeantriebselement (18); undeinen Zahnkranz (32), der an einem Außenumfang (34) der Schwungscheibe befestigt ist; gekennzeichnet durchein Ritzel (36), das in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) und aus einem solchen axial beweglich ist; undeine Arretiervorrichtung (54), die mit dem Ritzel (36) wirksam verbunden ist und betätigbar ist, um dessen Drehung zu verhindern, wodurch die Schwungscheibe und das damit wirksam verbundene Getriebeantriebselement (18) gebremst werden, wenn sich das Ritzel (36) in einem Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) befindet;wobei Arretiervorrichtung (54) eine Einwegkupplung ist, die den Keilkranz mit dem Ritzel wirksam verbindet, wobei die Einwegkupplung eine Drehung des Ritzels relativ zu dem Keilkranz in einer Richtung zulässt und eine solche relative Drehung in einer entgegengesetzten Richtung verhindert; oderwobei die Arretiervorrichtung (54) eine elektromagnetische Kupplung ist und wobei die axiale Bewegung des Elektromagneten (40) ihn mit der elektromagnetischen Kupplung elektrisch verbindet, um dadurch eine Drehung des Ritzels (36) zu verhindern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum wahlweisen Bremsen eines Antriebselements eines Getriebes sowie einen damit ausgestatteten Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Derartige gattungsgemäße Gegenstände sind aus der DE 199 09 424 A1 bekannt geworden.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften US 2002 / 0 177 500 A1 und DE 10 2007 022 129 A1 verwiesen, wobei die letztgenannte Druckschrift am maßgeblichen Zeitrang der Erfindung jedoch noch nicht bekannt war.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es werden eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum wahlweisen Bremsen eines Getriebeeingangselements sowie ein Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt.
Ein Fahrzeugantriebsstrang umfasst im Allgemeinen einen hier auch als Maschine bezeichneten Verbrennungsmotor, der mit einem Getriebe, das mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Getriebeantriebselement und dem Getriebeabtriebselement bereitstellt, wirksam verbunden ist. Als Antriebsverbindung zwischen dem Maschinenabtriebselement (z. B. der Kurbelwelle) und dem Getriebeantriebselement werden häufig Zahnkranzscheiben oder Schwungscheiben verwendet. Manchmal sind Dämpfungsmechanismen wie etwa Torsionsfedern vorgesehen, um Drehschwingungen der Maschine abzublocken und deren Einfluss auf die Laufruhe des Getriebes zu verhindern. Manchmal ist eine wahlweise einrückbare Dämpferüberbrückungskupplung vorgesehen, um das Maschinenabtriebselement direkt mit dem Getriebeantriebselement zu verbinden, so dass dann, wenn das Getriebe ein Hybridgetriebe ist und die Maschine durch einen hier auch nur als Motor/Generator bezeichneten Elektromotor/Generator gestartet werden kann, die Neigung der Torsionsfedern, während des Startens und Abschaltens der Maschine zu schwingen, verringert wird. Manchmal wird ein elektrischer Startermotor verwendet, um die Maschine zu starten, der mit der Maschine antriebsmäßig verbunden ist, indem ein Ritzel mit einem Zahnkranz, der zur gemeinsamen Drehung mit der Zahnkranzscheibe verbunden ist, in einen Zahneingriff bewegt wird.
Elektromechanische Getriebe mit zwei Motoren/Generatoren sind häufig so ausgelegt, dass während des Betriebs bei abgeschalteter Maschine einer der Motoren/Generatoren ein Antriebsmoment für das Maschinenabtriebselement bereitstellt, jedoch der andere Motor/Generator ein Gegendrehmoment von dem Antriebselement erfordert, um auch für das Abtriebselement ein Antriebsmoment bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um insbesondere während des Betriebs eines Hybridgetriebes bei abgeschalteter Maschine einen hocheffizienten Getriebebetrieb zu bewirken, wird eine hier auch als Eingangsbremsenanordnung bezeichnete Anordnung geschaffen, um das Getriebeantriebselement wahlweise zu bremsen, um einem Motor/Generator ein Gegendrehmoment zu verschaffen, und die Übertragung eines Drehmoments von dem Getriebeantriebselement auf die Maschine zu verhindern. Der Einbauort der Eingangsbremsenanordnung behindert nicht, sondern ermöglicht die Option, eine Überbrückungskupplung vorzusehen, die wahlweise einrückbar ist, um als Alternative zu einer Dämpferanordnung, die ansonsten die Schwungscheibe mit dem Getriebeantriebselement verbindet, eine Maschinenschwungscheibe mit einem Getriebeantriebselement zu verbinden. Vorzugsweise ist die Schwungscheibe eine Schwungscheibe des flexiblen Typs, die hier als Flexplatte bzw. Zahnkranzscheibe bezeichnet wird. Der Begriff „Schwungscheibe“, wie er hier verwendet wird, umfasst eine „Zahnkranzscheibe“.
Genauer umfasst eine Eingangsbremsenanordnung eine Schwungscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Maschine und dem Getriebe sowie einen Zahnkranz, der am Außenumfang der Schwungscheibe befestigt ist. Ein Ritzel ist in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz und aus einem solchen axial beweglich. Mit dem Ritzel ist eine hier als Masseverbindungsvorrichtung bezeichnete Arretiervorrichtung wirksam verbunden, die betätigbar ist, um eine Drehung des Ritzels zu verhindern, dadurch die Schwungscheibe und daher das mit dieser wirksam verbundene Getriebeantriebselement zu bremsen und dadurch eine Drehübertragung zu verhindern, wenn das Ritzel mit dem Zahnkranz in Zahneingriff ist. Vorzugsweise ist die Masseverbindungsvorrichtung im Wesentlichen axial auf das Ritzel ausgerichtet.
Die Eingangsbremsenanordnung kann einen Elektromagneten umfassen, der, wenn er erregt wird, für eine axiale Bewegung ausgelegt ist. Um den Elektromagneten mit dem Ritzel zu verbinden, derart, dass die axiale Bewegung des Elektromagneten eine axiale Bewegung des Ritzels in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz und aus einem solchen heraus bewirkt, kann ein Hebelmechanismus verwendet werden. Dies würde ermöglichen, den Elektromagneten und die Masseverbindungsvorrichtung in Bezug auf das Ritzel, die Maschine und die Schwungscheibe ähnlich unterzubringen, wie gegenwärtige elektromagnetbetätigte Startermotoren untergebracht sind. Daher könnten zusammen mit der Eingangsbremsenanordnung bestehende Maschinen- und/oder Getriebegehäuse-Montageanordnungen verwendet werden. Der Elektromagnet, wenn er erregt wird, kann sich axial von einer unerregten in eine erregte Position bewegen, was bewirkt, dass der Hebelmechanismus das Ritzel von einer Nichteingriffsposition in eine Eingriffsposition bezüglich des Zahnkranzes bringt. Vorzugsweise ist ein Vorbelastungselement, wie etwa eine Feder, vorgesehen, um den Elektromagneten, wenn er nicht mehr erregt wird, in die unerregte Position zurückzuführen, womit das Ritzel in die Nichteingriffsposition zurück bewegt wird. Die Einwegkupplung kann ebenso das Außereingriffbringen des Ritzels unterstützen, sobald der Elektromagnet nicht mehr erregt wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Masseverbindungsvorrichtung eine Keilwelle, die an einem stationären Gehäuseelement wie etwa einem Gehäuse für das Getriebe oder die Maschine an Masse gelegt ist, sowie einen Keilkranz, der mit der Keilwelle in Zahneingriff ist. Der Keilkranz ist für einen Zahneingriff mit dem Ritzel verbunden. Der Eingriff des Keilkranzes mit der an Masse gelegten Keilwelle verhindert eine Drehung des Keilkranzes, wodurch eine Drehung des Ritzels und anderer Komponenten wie etwa des Zahnkranzes und des Getriebeantriebselements, die wahlweise (z. B. durch Ineinandergreifen) mit dem Ritzel wirksam verbunden sind, verhindert wird. Erfindungsgemäß kann eine Einwegkupplung verwendet werden, um den Keilkranz mit dem Ritzel zu verbinden und dadurch eine Drehung des Ritzels relativ zu dem Keilkranz in einer Richtung zuzulassen, jedoch eine Drehung relativ zu diesem in der entgegengesetzten Richtung zu verhindern. Die durch die Einwegkupplung ermöglichte relative Drehung kann die Leichtigkeit, mit der das Ritzel und der Zahnkranz ineinander greifen, verbessern, da eine leichte Drehung erforderlich sein kann, um für das Ineinandergreifen die Ritzelzähne auf die Zahnkranzzähne auszurichten.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Masseverbindungsvorrichtung erfindungsgemäß eine elektromagnetische Kupplung. Die axiale Bewegung des Elektromagneten verbindet den Elektromagneten elektrisch mit der elektromagnetischen Kupplung, um dadurch eine Drehung des Ritzels zu verhindern. Fachleute auf dem Gebiet werden sogleich die Fähigkeit einer elektromagnetischen Kupplung, wenn sie elektrisch erregt wird, einen Reibungseingriff zu erzielen, verstehen.
Erfindungsgemäß ist die Masseverbindungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine Einwegkupplung. Auf die Einwegkupplung und das Ritzel ist ein elektrischer Startermotor axial ausgerichtet, der wahlweise zur Drehung des Ritzels, wenn dieses mit dem Zahnkranz in Eingriff ist, erregbar ist, um dadurch ein Drehmoment über die Schwungscheibe auf die Maschine zu übertragen. Indem die Drehung des Ritzels in einer Drehrichtung verhindert wird, wird das Getriebeantriebselement in jener Richtung gebremst.
Die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Eingangsbremsenanordnung können als Teil eines Antriebsstrangs aufgenommen sein, der eine Maschine mit einem Maschinenabtriebselement, ein Getriebe mit einem Getriebeantriebselement und die oben beschriebene Schwungscheibe umfasst, die zur Drehung mit dem Maschinenabtriebselement verbunden ist, um ein Drehmoment zwischen dem Maschinenabtriebselement und dem Getriebeantriebselement zu übertragen.
Das Getriebe kann ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebe mit ersten und zweiten Motoren/Generatoren und wenigstens einem Planetenradsatz sein, die untereinander verbunden sind, um einen elektrisch veränderlichen Leistungsfluss zwischen dem Getriebeantriebselement und einem Getriebeabtriebselement herzustellen. Mit der Masseverbindungsvorrichtung, die betätigbar ist, um eine Drehung des Ritzels zu verhindern und dadurch eine Drehung des Getriebeantriebselements zu verhindern, können die ersten und zweiten Motoren/Generatoren beide als Motoren betrieben werden, wobei beide dem Getriebeabtriebselement ein Drehmoment bereitstellen, ohne dass das Drehmoment der beiden Motoren/Generatoren durch die innere Reibung der Maschine begrenzt wäre und ohne dass beide Motoren/Generatoren ein Gegendrehmoment bereitstellen müssten, um das Getriebeantriebselement ruhig zu halten, da die Masseverbindungsvorrichtung jene Funktion erfüllt, wenn der Antriebsstrang in einem „Zustand bei abgeschalteter Maschine“ (engine-off state) betrieben wird (d. h. einem Zustand, in dem die Maschine nicht gespeist wird und die Motoren/Generatoren das Drehmoment zum Antreiben des Abtriebselements bereitstellen). Ein solcher Betrieb erhöht die Fahrzeugbeschleunigungsrate bei abgeschalteter Maschine und reduziert die thermische Anforderung an die Motoren/Generatoren. Der Kraftstoffverbrauch kann auch verbessert sowie Emissionen verringert werden. Das elektrisch verstellbare Hybridgetriebe kann ein „ansteckbares Getriebe“ (plug-in transmission), d. h. ein Getriebe sein, das eine Batterie zum Empfangen von Leistung von den Motoren/Generatoren oder zum Liefern von Leistung an die Motoren/Generatoren verwendet, wobei die Batterie so ausgelegt ist, dass sie zu ihrem Aufladen mit einer nicht bordseitigen Leistungsversorgung wirksam verbindbar ist.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung sogleich deutlich, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Antriebsstrangs mit einer ersten Ausführungsform einer Eingangsbremsenanordnung im Umfang der Erfindung;
2 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Antriebsstrangs mit einer zweiten Ausführungsform einer Eingangsbremsenanordnung im Umfang der Erfindung; und
3 ist eine schematische Darstellung eines dritten Antriebsstrangs mit einer dritten Ausführungsform einer Eingangsbremsenanordnung im Umfang der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1 ist ein Antriebsstrang 10 mit einer Maschine 12, die für ein Getriebe 14 ein Antriebsmoment bereitstellt, gezeigt. Vorzugsweise ist das Getriebe 14 ein elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Motoren/Generatoren und einer Getriebeübersetzungsanordnung, wie sie mit Bezug auf das Getriebe 214 von 3 gezeigt und beschrieben wird. Ein Maschinenabtriebselement 16 stellt einem Getriebeantriebselement 18 ein Drehantriebsmoment bereit, das dann bei elektrisch verstellbaren oder festen Übersetzungsverhältnissen einem Abtriebselement 20 des Getriebes 14 zugeführt wird.
Eine Eingangsbremsenanordnung 24 verbindet das Maschinenabtriebselement 16 mit dem Getriebeantriebselement 18 und ist betätigbar, um das Getriebeantriebselement 18 wahlweise zu bremsen, was ermöglicht, dass die Motoren/Generatoren in dem Getriebe 14 in Tandem das Getriebeantriebselement 20 antreiben, ohne dass beide Motoren/Generatoren unter Betriebsbedingungen bei abgeschaltetem Motor Leistung zum Bremsen des Getriebeantriebselements 18 aufwenden müssten und ohne dass das von beiden Motoren/Generatoren bereitgestellte Drehmoment auf die innere Reibung der Maschine 12 begrenzt wäre. Die Eingangsbremsenanordnung 24 umfasst eine Schwungscheibe, die in dieser Ausführungsform eine Zahnkranzscheibe 26 ist, die zur Drehung mit dem Maschinenabtriebselement 16 befestigt ist. Die Zahnkranzscheibe 26 ist zur Drehung mit einer Dämpferanordnung 28 verbunden, die mit dem Getriebeantriebselement 18 verbunden ist und eine Drehdämpfung zwischen der Maschine 12 und dem Getriebe 14 wie etwa durch Federn 29 vorsieht, wie an sich bekannt ist. Um die Zahnkranzscheibe 26 mit dem Getriebeantriebselement 18 in einer steiferen Weise zu verbinden, ist eine Umgehungs- bzw. Überbrückungskupplung 30 wahlweise einrückbar, wobei die Dämpfungscharakteristik der Dämpferanordnung 28 umgangen wird. Fachleute auf dem Gebiet werden die Funktion und den Betrieb der Zahnkranzscheibe 26, der Dämpferanordnung 28 und der Überbrückungskupplung 30 sogleich verstehen.
Die Eingangsbremsenanordnung 24 umfasst ferner einen Zahnkranz 32, der am Außenumfang 34 der Zahnkranzscheibe 26 befestigt ist. Der Zahnkranz 32 und die Zahnkranzscheibe 26 können einheitlich sein oder gesonderte Komponenten sein. Die Eingangsbremsenanordnung 24 umfasst ferner ein Ritzel 36, das in der gezeigten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 32 in Zahneingriff ist und das durch die Bewegung eines Elektromagneten 40 axial in eine in gestrichelten Linien als 36A angegebene Nichteingriffsposition beweglich ist. Der Elektromagnet 40 ist über einen Hebelmechanismus 42 mit einer Hülse 44 verbunden, die das Ritzel 36 zur gemeinsamen Drehung mit einer Welle 46 festhält. Die Welle 46 ist an beiden Enden durch Lager 50 zur Drehung in Bezug auf ein stationäres Gehäuse 52 unterstützt. Das stationäre Gehäuse 52 kann beispielsweise ein Abschnitt eines Maschinenblocks, ein Getriebegehäuse oder ein an dem Maschineblock oder dem Getriebegehäuse befestigtes Abdeckelement sein. Das stationäre Gehäuse 52 kann eine Komponente sein oder unterschiedlichen, gesonderten Komponenten entsprechen.
Die Eingangsbremsenanordnung 24 umfasst ferner eine Masseverbindungsvorrichtung 54, die in dieser Ausführungsform eine elektromagnetische Kupplung ist, die durch die axiale Bewegung des Elektromagneten 40 wahlweise eingerückt wird. Genauer besitzt der Elektromagnet 40 einen Spulenmechanismus 56, der wahlweise elektrisch gespeist oder erregt wird, um zu bewirken, dass ein Körperabschnitt 58 des Elektromagneten 40 sich längs der Achse A nach links in die gezeigte Eingriffsposition bewegt, bis ein erster Kontakt 60, der an dem Körperabschnitt 58 befestigt ist, mit einem zweiten Kontakt 62, der mit einem Statorabschnitt 64 der elektromagnetischen Kupplung 54 elektrisch verbunden ist, in Kontakt ist, womit der Statorabschnitt 64 erregt wird und bewirkt wird, dass ein Aktorabschnitt 66 der Kupplung 54 Kupplungsscheiben, die mit der Welle 46 verbunden sind, mit Kupplungsscheiben, die mit dem stationären Gehäuse 52 verbunden sind, in Eingriff bringt, womit die Welle 46 an dem stationären Gehäuse 52 an Masse gelegt ist. Alternativ könnte das Erregen des Statorabschnitts 64 unabhängig vom Erregen des Elektromagneten 40 wie etwa durch ein gesondertes Signal von dem Controller gesteuert werden, um das Erregen der elektromagnetischen Kupplung 54 von dem Ritzeleingriff zu entkoppeln. Die axiale Bewegung des Elektromagnet-Körperabschnitts 40 in die in 1 gezeigte linke erregte Position bewirkt ein Schwenken des Hebelmechanismus 42 entgegen dem Uhrzeigersinn um den mit Masse verbundenen Hebelpunkt oder Schwenkpunkt P aus einer mehr vertikalen Orientierung, die einer in gestrichelten Linien als 36A gezeigten Position (wie durch den ähnlichen Hebelmechanismus 242 von 3 gezeigt ist) zugeordnet ist, in der das Ritzel nicht in Eingriff ist, und ein Bewegen des Ritzels axial nach rechts längs der Drehachse B aus der nicht eingerückten Position 36A in die eingerückte Eingriffsposition 36. Das Legen der Welle 46 über die elektromagnetische Kupplung 54 an Masse legt auch das Ritzel 36, das zur gemeinsamten Drehung mit der Welle 46 verbunden ist, sowie der Zahnkranz 32, die Zahnkranzscheibe 26, das Maschinenabtriebselement 16 und das Getriebeantriebselement 18 an Masse. Wenn unter Betriebsbedingungen, in denen die Maschine abgeschaltet ist, das Getriebeantriebselement 18 an Masse gelegt ist, können irgendwelche zusätzlichen Leistungsquellen in dem Getriebe 14, wie etwa Elektromotoren/Generatoren dazu verwendet werden, ein Drehmoment zum Antreiben des Getriebeabtriebselements 20 bereitzustellen, ohne auf die innere Reibung der Maschine 12 beschränkt zu sein, und müssen nicht dazu verwendet werden, ein Gegendrehmoment zum Ruhighalten des Getriebeantriebselements 18 bereitzustellen. Eine ausführlichere Beschreibung eines solchen elektromechanischen Hybridgetriebes wird hier mit Bezug auf 3 gegeben.
Da die Eingangsbremsenanordnung 24 ähnlich wie herkömmliche Startermotor- und Startergetriebeanordnungen bemessen ist und an einem ähnlichen Ort bezüglich der Maschine angeordnet ist (d. h. auf ein Ritzel ausgerichtet ist, das sich in einen Eingriff mit einem Zahnkranz an der Zahnkranzscheibe bewegt), wobei der Elektromagnet 40 und die Masseverbindungsvorrichtung 54 voneinander beabstandet in verschiedenen Hohlräumen des stationären Gehäuses 52 angeordnet sind, kann das stationäre Gehäuse 52 der Eingangsbremsenanordnung 24 bestehende Maschinenmontagefelder, die für die Montage eines Startermotors und eines Elektromagneten an einem im Voraus entwickelten Maschinenblock entworfen sind, verwenden (d. h., dass es sich erübrigt, einen Maschinenblock umzurüsten, um die hier beschriebenen verschiedenen Eingangsbremsenanordnungen zu implementieren).
Wenn ein Controller (der in 1 nicht gezeigt ist, jedoch mit Bezug auf die Ausführungsform von 3 gezeigt und beschrieben wird) ermittelt, dass die Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang 10 keinen Betrieb bei abgeschalteter Maschine und/oder kein Bremsen des Antriebselements 18 mehr gewährleisten, wird ein elektrisches Signal an den Spulenmechanismus 56 ausgesetzt. Die Betätigungskraft, die den Körperabschnitt 58 in der linken erregten Position hält, endet, wobei ein mit dem Körperabschnitt 58 verbundenes Vorbelastungselement, wie etwa eine Feder 70, die in eine in 1 gezeigte zusammengedrückten Stellung bewegt wurde, in eine langgestreckte, ungespannte Stellung zurückkehrt. Dies bewegt den Körperabschnitt 58 axial nach rechts von der in 1 gezeigten Position, trennt die Kontakte 60 und 62 und bewirkt, dass der Hebelmechanismus 42 im Uhrzeigersinn um den Punkt P schwenkt, wodurch das Ritzel in die Nichteingriffsposition 36A geschoben wird. Dies ermöglicht ein Drehen des Zahnkranzes 32, wie es erforderlich ist, um ein Drehmoment von dem Maschinenabtriebselement 16 auf das Getriebeantriebselement 18 zu übertragen.
In 2 umfasst eine weitere Ausführungsform eines Antriebsstrangs 110 eine Maschine 112, die über eine Schwungscheibe, die in dieser Ausführungsform eine Zahnkranzscheibe 126 ist, die konzentrisch mit dem Maschinenabtriebselement 116 und einer zur Drehung mit dem Getriebeantriebselement 118 verbundenen Dämpferanordnung 128 (die Federn 129 umfasst) drehbar ist, wirksam mit einem Getriebe 114 verbunden ist. Die Maschine 112 und das Getriebe 114 sind lediglich in einer Teilansicht gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Maschine 112 und das Getriebe 114 jenen gleichen, die mit Bezug auf die 1 und 3 beschrieben sind. Beispielsweise besitzt das Getriebe 114 ein Abtriebselement (nicht gezeigt) und kann ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebe oder ein anderer Getriebetyp sein. Um ohne den Dämpfungseinfluss der Dämpferanordnung 128 eine Drehmomentübertragung von dem Abtriebselement 116 auf das Antriebselement 118 zu ermöglichen, ist eine Überbrückungskupplung 130 wahlweise einrückbar. Die Zahnkranzscheibe 126 und die Dämpferanordnung 128 sind Teil einer Eingangsbremsenanordnung 124, die außerdem einen Zahnkranz 132 an einem Außenumfang 134 der Zahnkranzscheibe 126 sowie eine mit Masse verbundene und außen mit Keilen versehene Welle 137, die an einem stationären Gehäuse 152 an Masse gelegt ist, umfasst. Das stationäre Gehäuse 152 kann ein Maschinenblock, ein Getriebegehäuse oder eine damit verbundene Abdeckung sein. Die Eingangsbremsenanordnung 124 umfasst ferner einen innen mit Keilen versehenen Kranz 139, der entlang der außen mit Keilen versehenen und mit Masse verbundenen Welle 17 axial beweglich und mit dieser in Eingriff ist. Da die Keilwelle 137 an Masse gelegt ist, kann sich der Kranz 139 nicht drehen. Auf den Keilkranz 139 ist ein Ritzel, das in einer nicht eingerückten Nichteingriffsposition gezeigt ist, in der es mit 136A bezeichnet ist, axial ausgerichtet und damit über eine Einwegkupplung 135 verbunden. Die Einwegkupplung 135 ermöglicht eine Drehung des Ritzels 136A in einer Richtung um eine Achse BB bezüglich des Keilkranzes 139, verhindert jedoch eine Drehung des Ritzels 136A bezüglich des Keilkranzes 139 in der anderen Richtung. Die Einwegkupplung 135 ist optional; das Ritzel 136A könnte alternativ direkt mit dem Keilkranz 139 verbunden sein. In jenem Fall wäre das Ritzel 136A in beiden Richtungen nicht drehbar.
Die Eingangsbremsenanordnung 124 umfasst einen Hebelmechanismus 142, der um einen mit Masse verbundenen Hebelpunkt oder Schwenkpunkt PP schwenkt und an dem Keilkranz 139 und der Elektromagnetauflage 141 angelenkt ist. Ein Elektromagnet 140, der nach Funktion und Entwurf dem Elektromagneten 40 aus 1 gleicht, kann über einen Statorabschnitt 156 erregt werden, um einen Elektromagnet-Körperabschnitt 158 zusammen mit der Elektromagnetauflage 141, mit der der Elektromagnet-Körperabschnitt 158 starr verbunden ist, nach links längs einer Achse AA axial zu bewegen. Diese Bewegung bewirkt ein Zusammendrücken des Vorbelastungselements oder der Feder 70 und eine Bewegung des Keilkranzes 139 nach rechts, die ihrerseits bewirkt, dass sich das Ritzel 136A aus der nicht eingerückten Nichteingriffsposition in die eingerückte Eingriffsposition, in der es in gestrichelten Linien als 136 gezeigt ist und in der es mit dem Zahnkranz 132 in Eingriff ist, bewegt. Da sich der Keilkranz 139 in Bezug auf die Keilwelle 137 nicht drehen kann, bremsen das eingerückte Ritzel 136 und der Zahnkranz 132 das Maschinenabtriebselement 116 und das Getriebeantriebselement 118 wirksam, wenn der Elektromagnet 140 erregt wird. Wenn ein Controller (nicht gezeigt) ermittelt, dass die Betriebsbedingungen eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang 110 das Bremsen des Antriebselements 118 nicht mehr gewährleisten, wird der elektrische Leistungsfluss zu dem Elektromagneten 140 beendet, wobei sich der Elektromagnet-Körperabschnitt 158 durch die in der zusammengedrückten Feder 70 gespeicherte Energie nach rechts (in die in 2 gezeigte Position) bewegt. Diese Elektromagnetbewegung bewegt das Ritzel über den Hebelmechanismus 142 in die Nichteingriffsposition 136A, so dass das Antriebselement 118 nicht mehr stationär gehalten wird.
Da die Eingangsbremsenanordnung 124 ähnlich wie herkömmliche Startermotor- und Starterzahnradanordnungen bemessen ist und an einem ähnlichen Ort bezüglich der Maschine 112 angeordnet ist (d. h. auf ein Ritzel 136 ausgerichtet ist, das sich in einen Eingriff mit einem Zahnkranz 132 an der Zahnkranzscheibe 126 bewegt), wobei der Elektromagnet 140 und die Masseverbindungsvorrichtung 154 voneinander beabstandet in verschiedenen Hohlräumen des stationären Gehäuses 152 angeordnet sind, kann das stationäre Gehäuse 152 der Eingangsbremsenanordnung 124 bestehende Maschinenmontagefelder, die für die Montage eines Startermotors an einem im Voraus entwickelten Maschinenblock entworfen sind, verwenden (d. h., dass es sich erübrigt, einen Maschinenblock umzurüsten, um die hier beschriebenen verschiedenen Eingangsbremsenanordnungen zu implementieren).
In 3 ist ein weiterer Antriebsstrang 210 gezeigt, der eine Maschine 212 umfasst, die über eine Schwungscheibe, die in dieser Ausführungsform eine Zahnkranzscheibe 226 ist, die konzentrisch mit einem Maschinenabtriebselement 216 und einer Dämpferanordnung 228 (die Federn 229 umfasst), die zur Drehung mit einem Getriebeantriebselement 218 verbunden ist, drehbar ist, wirksam mit einem Getriebe 214 verbunden ist. Um ohne den Dämpfungseinfluss einer Dämpferanordnung 228 eine Drehmomentübertragung von dem Maschinenabtriebselement 216 auf das Getriebeantriebselement 218 zu ermöglichen, ist eine Überbrückungskupplung 230 wahlweise einrückbar. Die Zahnkranzscheibe 226 und die Dämpferanordnung 228 sind Teil einer Eingangsbremsenanordnung 224, die außerdem einen Zahnkranz 232 an einem Außenumfang 234 der Zahnkranzscheibe 226 umfasst. Ein Elektromagnet 240 arbeitet in gleicher Weise wie der Elektromagnet 40 von 1, um sich axial von einer unerregten Position (gezeigt) in eine erregte Position zu bewegen, in der sich Kontakte 260 und 262 berühren, wobei ein Hebelmechanismus 242 schwenkt, um ein Ritzel aus einer nicht eingerückten Nichteingriffsposition, in der das Ritzel mit 236A bezeichnet ist, in eine in gestrichelten Linien als 236 dargestellte eingerückte Eingriffsposition, in der das Ritzel 236 mit dem an einem Außenumfang 234 der Zahnkranzscheibe 226 befestigten Zahnkranz 232 in Eingriff ist, zu bewegen. Wenn es die Betriebsbedingungen gewährleisten, sendet ein Controller 261 Steuersignale zu einer Batterie 278 (oder einer anderen nicht gezeigten Spannungsquelle), um den Elektromagneten 240 zu erregen (wobei die Verbindung zwischen der Batterie 278 und dem Elektromagneten 240 in 3 zugunsten der Klarheit in der Zeichnung nicht gezeigt ist). Wenn sich der Elektromagnet 240 in der erregten Position befindet, wird ein Stromkreis zu einem Startermotor 264 geschaffen, wobei angenommen wird, dass ein Schalter 265 durch den Controller 261 geschlossen wird (wobei der Schalter 265 in 3 geöffnet gezeigt ist; wobei die Verbindung zwischen dem Controller 261 und dem Schalter 265 in 3 zugunsten der Klarheit in der Zeichnung nicht gezeigt ist). Der Startermotor 263 dreht dann die Welle 246, die sich gemeinsam mit dem eingerückten Ritzel 236 dreht, um den Zahnkranz 232, die Zahnkranzscheibe 226 und das Maschinenabtriebselement 216 zu drehen und die Maschine 212 zu starten. Wenn andererseits die Betriebsbedingungen angeben, dass das Getriebeantriebselement 218 gebremst werden sollte und der Antriebsstrang 210 in einem Zustand bei abgeschalteter Maschine betrieben wird, kann der Schalter 265 durch den Controller 261 geöffnet werden, damit das Ritzel in der eingerückten Position 236 bleibt, jedoch wird der Startermotor 263 nicht angetrieben. Anstatt den Startermotor 263 anzutreiben, wird von dem Controller 261 ein Steuersignal zu einer Masseverbindungsvorrichtung, der Einwegkupplung 235, geschickt, das verhindert, dass sich die Welle 246 und daher das Ritzel 236, der Zahnkranz 232, die Zahnkranzscheibe 226 und das Getriebeantriebselement 218 im Uhrzeigersinn oder entgegen den Uhrzeigersinn drehen. Die Einwegkupplung 235 könnte alternativ durch eine elektromagnetische Kupplung ersetzt sein, die nach Funktion und Entwurf der elektromagnetischen Kupplung 54 von 1 gleicht. Der Elektromagnet 240 und der Startermotor 263 sowie die Einwegkupplung 235 sind in verschiedenen Hohlräumen eines stationären Gehäuses 252 wie etwa einem Maschinenblock, einem Getriebegehäuse oder einem Gehäuse oder einer Abdeckung, die an einem Maschinenblock oder einem Getriebegehäuse angebracht ist, untergebracht. Unter diesen Bedingungen können erste und zweite Motoren/Generatoren 274, 276 des Getriebes 214 durch gespeicherte elektrische Energie von einer Batterie 278 gespeist und durch den Controller 261 und einen Wechselrichter 280 so gelenkt werden, dass beide Motoren/Generatoren 274, 276 als Motoren arbeiten, um das Drehmoment an dem Getriebeabtriebselement 220 durch Einrücken verschiedener Drehmomentübertragungsmechanismen 282, 284, 286 und 288 und über Planetenradsätze 290, 292 und 294 zu summieren. Fachleute auf dem Gebiet der Getriebekonstruktion werden das Getriebe 214 als elektrisch verstellbares elektromechanisches Hybridgetriebe erkennen.
Wenn es nicht mehr erforderlich ist, das Ritzel in der Eingriffsposition 236 zu halten (entweder weil die Maschine 212 in Gang gesetzt ist oder weil unter den Betriebsbedingungen ein Betrieb bei abgeschalteter Maschine nicht mehr gewährleistet ist), wird der elektrische Leistungsfluss zu dem Elektromagneten 240 beendet, wobei eine Feder 270, die zusammengedrückt wurde, als sich der Elektromagnet 240 in die erregte Position bewegte, nun den Elektromagneten 240 zurück in die in 3 gezeigte nicht eingerückte Nichteingriffsposition vorbelastet, womit das Ritzel in die Nichteingriffsposition 236A bewegt wird.
Das Getriebe 214 ist so konfiguriert, dass ein nicht bordseitiges Leistungsversorgungssystem 295 mit der Batterie 278 verbunden werden kann, um diese aufzuladen. Das nicht bordseitige Leistungsversorgungssystem 295 wird über eine Schnittstelle 296 an die Batterie 278 angeschlossen. Die Schnittstelle 296 kann ein Stecker sein, wobei in diesem Fall ein bordseitiges Ladegerät (nicht gezeigt) elektrisch zwischen den Stecker und die Batterie 278 geschaltet würde. Ein solches Getriebe wird als „ansteckbar-hybrid“ (plug-in hybrid) bezeichnet. Alternativ kann die Schnittstelle 296 galvanisch sein, wobei in diesem Fall ein nicht bordseitiges Ladegerät zwischen die nicht bordseitige Leistungsversorgung 295 und die Schnittstelle 296 geschaltet sein kann, oder induktiv sein, wobei in diesem Fall ein nicht bordseitiges induktives Ladegerät zwischen die nicht bordseitige Leistungsversorgung 295 und die Schnittstelle 296 geschaltet sein kann.
Wie hier verwendet bedeutet „nicht bordseitige“ Leistungsversorgung eine Leistungsversorgung, die nicht an Bord eines Fahrzeugs mit einer der hier beschriebenen Getriebeausführungsformen angebracht ist. Wenn die Batterie 278 ausreichend aufgeladen ist, wird die Verbindung über die Schnittstelle 296 beendet, wobei die aufgeladene Batterie 278 unter der Steuerung des Controllers 261 dann dazu verwendet wird, die Motoren/Generatoren 274, 276 zu speisen, wie etwa in einer rein elektrischen Betriebsart (d. h. einer Betriebsart, in der nur die Motoren/Generatoren, jedoch nicht die Maschine das Fahrzeug antreiben).

Claims

Anordnung (24) zum wahlweisen Bremsen eines Getriebeantriebselements (18), das einen Verbrennungsmotor (12) und ein Getriebe (14) wirksam verbindet, umfassend: eine an einem Abtriebselement (16) des Verbrennungsmotors (12) befestigte Schwungscheibe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Verbrennungsmotor (12) und dem Getriebeantriebselement (18); und einen Zahnkranz (32), der an einem Außenumfang (34) der Schwungscheibe befestigt ist; gekennzeichnet durch ein Ritzel (36), das in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) und aus einem solchen axial beweglich ist; und eine Arretiervorrichtung (54), die mit dem Ritzel (36) wirksam verbunden ist und betätigbar ist, um dessen Drehung zu verhindern, wodurch die Schwungscheibe und das damit wirksam verbundene Getriebeantriebselement (18) gebremst werden, wenn sich das Ritzel (36) in einem Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) befindet; wobei Arretiervorrichtung (54) eine Einwegkupplung ist, die den Keilkranz mit dem Ritzel wirksam verbindet, wobei die Einwegkupplung eine Drehung des Ritzels relativ zu dem Keilkranz in einer Richtung zulässt und eine solche relative Drehung in einer entgegengesetzten Richtung verhindert; oder wobei die Arretiervorrichtung (54) eine elektromagnetische Kupplung ist und wobei die axiale Bewegung des Elektromagneten (40) ihn mit der elektromagnetischen Kupplung elektrisch verbindet, um dadurch eine Drehung des Ritzels (36) zu verhindern.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Arretiervorrichtung (54) axial auf das Ritzel ausgerichtet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Arretiervorrichtung (54) umfasst: eine Keilwelle (46), die an Masse gelegt ist, so dass sie nicht drehbar ist; und einen Keilkranz (44), der mit der Keilwelle (46) in Zahneingriff steht und zur axialen Bewegung mit dem Ritzel (36) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Elektromagneten (40), der für eine axiale Bewegung, wenn er erregt wird, ausgelegt ist; und einen Hebelmechanismus (42), der den Elektromagneten (40) mit dem Ritzel (36) wirksam verbindet, derart, dass eine axiale Bewegung des Elektromagneten (40) eine axiale Bewegung des Ritzels (36) in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) und aus einem solchen herbeiführt.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei sich der Elektromagnet (40), wenn er erregt wird, von einer unerregten Position, in der das Ritzel (36) nicht mit dem Zahnkranz (32) in Zahneingriff ist, axial in eine erregte Position bewegt, in der das Ritzel (36) mit dem Zahnkranz (32) in Zahneingriff ist, ferner umfassend: ein Vorbelastungselement (70), das ausgestaltet ist, um den Elektromagneten (40), wenn er nicht mehr erregt wird, in die unerregte Position zurückzuführen.
Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen elektrischen Startermotor, der axial auf die Einwegkupplung und das Ritzel (36) ausgerichtet ist und wahlweise mit Energie versorgbar ist, um das Ritzel (36) zu drehen, wenn es mit dem Zahnkranz (32) in Eingriff steht, um dadurch ein Drehmoment über die Schwungscheibe auf den Verbrennungsmotor (12) zu übertragen.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Dämpferanordnung (28), welche die Schwungscheibe mit dem Getriebeantriebselement (18) wirksam verbindet; und eine Überbrückungskupplung, die wahlweise einrückbar ist, um anstelle der Dämpferanordnung (28) die Schwungscheibe mit dem Getriebeantriebselement (18) zu verbinden und ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor (12) auf das Getriebeantriebselement (18) zu übertragen.
Antriebsstrang (10), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12) mit einem Abtriebselement (16); ein Getriebe (14) mit einem Getriebeantriebselement (18); eine Schwungscheibe, die zur Drehung mit dem Abtriebselement (16) des Verbrennungsmotors (12) an diesem Abtriebselement (16) befestigt ist, um ein Drehmoment zwischen dem Abtriebselement (16) des Verbrennungsmotors (12) und dem Getriebeantriebselement (18) zu übertragen; eine Dämpferanordnung (28), welche die Schwungscheibe mit dem Getriebeantriebselement (18) verbindet; und ein Zahnkranz (32), der an einem Außenumfang (34) der Schwungscheibe befestigt ist; gekennzeichnet durch ein Ritzel (36), das in einen Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) und aus einem solchen axial beweglich ist; und eine Arretiervorrichtung (54), die mit dem Ritzel (36) wirksam verbunden ist und betätigbar ist, um dessen Drehung zu verhindern, wodurch die Schwungscheibe gebremst wird und eine Drehung des Getriebeantriebselements (18) verhindert wird, wenn sich das Ritzel (36) in einem Zahneingriff mit dem Zahnkranz (32) befindet; wobei die Arretiervorrichtung (54) eine elektromagnetische Kupplung ist und wobei die axiale Bewegung des Elektromagneten (40) ihn mit der elektromagnetischen Kupplung elektrisch verbindet, um dadurch eine Drehung des Ritzels (36) zu verhindern; oder wobei die Arretiervorrichtung (54) eine Einwegkupplung ist, wobei Antriebsstrang (10) ferner einen elektrischen Startermotor umfasst, der axial auf die Einwegkupplung und das Ritzel (36) ausgerichtet ist und wahlweise mit Energie versorgbar ist, um das Ritzel (36) zu drehen, wenn es mit dem Zahnkranz (32) in Eingriff steht, um dadurch ein Drehmoment über die Schwungscheibe auf den Verbrennungsmotor (12) zu übertragen.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei das Getriebe (14) ein elektrisch verstellbares Hybridgetriebe ist, mit: einem Getriebeabtriebselement (20); einem ersten und einem zweiten Elektromotor/Generator; und wenigstens einem Planetenradsatz, wobei der erste Elektromotor/Generator, der zweite Elektromotor/Generator und der wenigstens eine Planetenradsatz untereinander verbunden sind, um einen elektrisch veränderlichen Leistungsfluss zwischen dem Getriebeantriebselement (18) und dem Getriebeabtriebselement (20) herzustellen, und wobei der erste und der zweite Elektromotor/Generator als Elektromotoren betreibbar sind, die beide dem Getriebeabtriebselement (20) ein Drehmoment bereitstellen, wenn die Arretiervorrichtung (54) eine Drehung des Getriebeantriebselements (18) verhindert.
Antriebsstrang nach Anspruch 9, der ferner umfasst: eine Batterie, die mit den Elektromotoren/Generatoren wirksam verbunden ist, um an diese Leistung zu liefern oder von diesen Leistung zu empfangen, wobei die Batterie so ausgestaltet ist, dass sie, um sie aufzuladen, mit einer nicht bordseitigen Leistungsversorgung verbindbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei die Arretiervorrichtung (54) umfasst: eine Keilwelle (46), die an Masse gelegt ist, so dass sie nicht drehbar ist; und einen Keilkranz (44), der mit der Keilwelle (46) in Zahneingriff steht und zur axialen Bewegung mit dem Ritzel (36) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, der ferner umfasst: eine Überbrückungskupplung, die wahlweise einrückbar ist, um anstelle der Dämpferanordnung (28) ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor (12) auf das Getriebe (14) zu übertragen.