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Die
Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang
sowie einen Antriebsstrang.
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Aus
der Praxis ist bekannt, dass bei Kupplungsvorgängen zwischen
einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb in einem Antriebsstrang
bedingt durch Trägheitskräfte asymmetrische Betriebszustände
auftreten können, welche sich beispielsweise in Kraftfahrzeugen
mit Schaltgetriebe in einem deutlichen Auskuppelschlag beim spontanen
Treten eines Kupplungspedals äußern. Insbesondere
unter Last, z. B. beim Rangieren (Anfahren/Anhalten) an Steigungen
können dabei extreme Triebstrangschwingungen auftreten. Ähnliche
Effekte zeigen sich beim Einkuppeln. Der Antriebsstrang führt
dann Ruckelschwingungen aus, oder es entsteht ein Lastschlag.
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Um
die zuvor genannten Effekte zu begrenzen, ist in der
DE 101 05 322 C1 vorgeschlagen,
auf das von einer Antriebsmaschine abgegebene Drehmoment Einfluss
zu nehmen. Das in der
DE
101 05 322 C1 beschriebene Verfahren zum Betrieb eines Antriebstrangs
eines Kraftfahrzeuges sieht dazu insbesondere vor, durch eine Steuerungseinrichtung
einen Sollwert für ein abzugebendes Drehmoment zu erzeugen,
wenn eine Kupplung betätigt wird, wobei der Sollwert insbesondere
so gewählt werden soll, dass die Antriebsmaschine während
des Kupplungsvorgangs kein Drehmoment abgibt. Da gemäß dem in
der
DE 101 05 322
C1 beschriebenen Verfahren auf die Antriebsmaschine Einfluss
zu nehmen ist, ist das Verfahren sehr aufwändig, und es
erfordert auch einen hohen Aufwand hinsichtlich der vorzusehenden
Sensorik und Steuerung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Auswirkungen einer kupplungsbetätigungsbedingten
Asymmetrie zwischen einer Antriebsmaschine und einem Abtrieb mit
einfachen Mitteln zu begrenzen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 11.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Schaltgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang,
das eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, ein Freilaufelement
vorgesehen. Durch ein solches Freilaufelement werden Asymmetrien,
insbesondere unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten zwischen einer
Antriebsmaschine und einem Abtrieb in ihrer Wirkung aufgehoben,
denn die Eingangswelle kann durch das Freilaufelement die Ausgangswelle überholen,
wodurch eine Rückwirkung der Ausgangswelle auf die Eingangswelle
und damit verbundene Schläge auf die Antriebsmaschine in
ihrer Wirkung begrenzt werden. Mit der Erfindung erfolgt also eine
Begrenzung der Auswirkungen kupplungsbetätigungsbedingten
Asymmetrien unabhängig von der Antriebsmaschine.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Freilaufelement eine
Bremsvorrichtung auf, durch die bei einem Kupplungsvorgang insbesondere
gegensinnig zur Antriebsrichtung auftretende Rotationsenergie aus dem
Schaltgetriebe ausgekoppelt wird. Durch eine solche Ausgestaltung
werden insbesondere beim Trennen des Antriebsstrangs durch eine
Kupplungsbetätigung auftretende Wechselschwingungen aktiv gedämpft.
Eine Schwingungsamplitude des Antriebsstrangs wird deutlich schneller
abgebaut, womit das NVH-Verhalten des Antriebsstrangs verbessert
wird. Diese Maßnahme wirkt insbesondere beim Anfahren, da
es dabei zu einer Umkehr der Drehrichtung bei den Wechselschwingungen
kommt. Bei einer Schwingung während der Fahrt ändert
sich dagegen nur die Drehgeschwindigkeit der Welle, ohne dass sich
die Bewegungsrichtung umkehrt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
als Reib-Bremsvorrichtung ausgebildet. Bei einer solchen Ausgestaltung
lässt sich das erfindungsgemäße Schaltgetriebe
aus mechanischen Teilen ohne elektrische Komponenten und ohne eine
Steuerung aufbauen. Dadurch ist der Herstellungsaufwand für ein
erfindungsgemäßes Schaltgetriebe gering.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
als elektromagnetische Bremsvorrichtung ausgebildet. Eine solche
Ausgestaltung erlaubt es, eine gezielte Dämpfung der Wechselschwingungen
im Antriebsstrang zu bewirken, wobei auch eine Dämpfung gleichsinnig
zur Antriebsrichtung auftretender unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeiten
möglich ist. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer elektromagnetischen
Bremsvorrichtung ist nach Art einer Wirbelstrombremse ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung eine
geschwindigkeitsunabhängige Bremsfunktion, insbesondere
eine konstante Reibung von 2,0 bis 10 Nm, vorzugsweise eine konstante
Reibung von 5 bis 10 Nm auf.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung eine
geschwindigkeitsabhängige Bremsfunktion, insbesondere eine
geschwindigkeitsabhängige Reibung von 0,1 Nms/rad bis 1,0
Nms/rad, vorzugsweise eine geschwindigkeitsabhängige Reibung
von 0,2 Nms/rad bis 0,3 Nms/rad, insbesondere 0,23 Nms/rad auf.
Eine geschwindigkeitsabhängige Bremsfunktion erlaubt es,
die Bremsvorrichtung klein zu dimensionieren, denn eine geschwindigkeitsabhängige
Reibung von 0,23 Nms/rad stoppt eine Wechselschwingung ähnlich
wirksam wie eine geschwindigkeitsunabhängige Bremsfunktion
mit einer konstanten Reibung von 10 Nm.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
zwischen der Eingangswelle und einer Schaltstufe des Schaltgetriebes
angeordnet. Auf diese Weise wirkt die Bremsvorrichtung an einer
Stelle, an der hohe Winkelgeschwindigkeiten vorliegen, sodass die
aufzuprägenden Kräfte und Momente klein dimensioniert
sein können. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen,
dass es bei der Frage, ob eine „gleiche" Winkelgeschwindigkeit
vorliegt, nicht auf die absoluten Werte ankommt, sondern die Übersetzung
mit berücksichtigt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
an einer Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet, wodurch
sich die Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes
einfach gestaltet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Freilaufelement
zylindrische Klemmrollen oder keilartige Klemmkörper auf,
wobei die Klemmwinkel so gewählt sind, dass die Klemmrollen
bzw. die Klemmkörper im Freilauf definiert rutschen. Dadurch
ist ein besonders einfacher Aufbau eines erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes möglich.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
als Zylinderrollenlager für eine Vorgelegewelle ausgebildet.
Auch diese Ausgestaltung erlaubt einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung, für den auch selbstständig
Schutz beansprucht wird, ist bei einem Antriebsstrang mit einer
Eingangswelle, einer Ausgangswelle, einem Schaltgetriebe und einem
Freilaufelement vorgesehen, dass das Freilaufelement eine Bremsvorrichtung
aufweist, durch die bei einem Kupplungsvorgang insbesondere gegensinnig
zur Antriebsrichtung auftretende Rotationsenergie aus dem Antriebsstrang
ausgekoppelt wird. Die Wirkungsweise eines solchen Antriebsstrangs
ist mit der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes vergleichbar, sodass auf dessen Beschreibung sowie
auf die Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltungen des Schaltgetriebes hinsichtlich
des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ausdrücklich
Bezug genommen und verwiesen wird. Wie bei dem Schaltgetriebe werden
auch bei einem Antriebsstrang durch die Bremsvorrichtung des Freilaufelements
die Auswirkungen unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeiten begrenzt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist auch bei einem Antriebsstrang
die Bremsvorrichtung als Reib-Bremsvorrichtung ausgebildet. Bei
einer solchen Ausgestaltung lässt sich der erfindungsgemäße
Antriebsstrang aus mechanischen Teilen ohne elektrische Komponenten
und ohne eine Steuerung aufbauen. Dadurch ist der Herstellungsaufwand
für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang
gering.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
als elektromagnetische Bremsvorrichtung ausgebildet. Eine solche
Ausgestaltung erlaubt es, eine gezielte Dämpfung der Wechselschwingungen
im Antriebsstrang zu bewirken, wobei auch eine Dämpfung gleichsinnig
zur Antriebsrichtung auftretender unterschiedlicher Winkelgeschwindigkeiten
möglich ist. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung einer elektromagnetischen
Bremsvorrichtung ist nach Art einer Wirbelstrombremse ausgebildet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung eine
geschwindigkeitsunabhängige Bremsfunktion, insbesondere
eine konstante Reibung von 2,0 bis 10 Nm, vorzugsweise eine konstante
Reibung von 5 bis 10 Nm auf.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Bremsvorrichtung eine
geschwindigkeitsabhängige Bremsfunktion, insbesondere eine
geschwindigkeitsabhängige Reibung von 0,1 Nms/rad bis 1,0
Nms/rad, vorzugsweise eine geschwindigkeitsabhängige Reibung
von 0,2 Nms/rad bis 0,3 Nms/rad, insbesondere 0,23 Nms/rad auf.
Eine geschwindigkeitsabhängige Bremsfunktion erlaubt es,
die Bremsvorrichtung klein zu dimensionieren, denn eine geschwindigkeitsabhängige
Reibung von 0,23 Nms/rad stoppt eine Wechselschwingung ähnlich
wirksam wie eine geschwindigkeitsunabhängige Bremsfunktion
mit einer konstanten Reibung von 10 Nm.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
zwischen der Eingangswelle und einer Schaltstufe des Schaltgetriebes
angeordnet. Auf diese Weise wirkt die Bremsvorrichtung an einer
Stelle, an der hohe Winkelgeschwindigkeiten vorliegen, sodass die
aufzuprägenden Kräfte und Momente klein dimensioniert
sein können. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen,
dass es bei der Frage, ob eine „gleiche" Winkelgeschwindigkeit
vorliegt, nicht auf die absoluten Werte ankommt, sondern die Übersetzung
mit berücksichtigt wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
an einer Vorgelegewelle des Schaltgetriebes angeordnet, wodurch
sich die Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes
einfach gestaltet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Freilaufelement
zylindrische Klemmrollen oder keilartige Klemmkörper auf,
wobei die Klemmwinkel so gewählt sind, dass die Klemmrollen
bzw. die Klemmkörper im Freilauf definiert rutschen. Dadurch
ist ein besonders einfacher Aufbau eines erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes möglich.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Bremsvorrichtung
als Zylinderrollenlager für eine Vorgelegewelle ausgebildet.
Auch diese Ausgestaltung erlaubt einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen
Antriebsstrangs.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antriebsstrangs mit einem Schaltgetriebe gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in
schematischer Darstellung,
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2 das
Schaltgetriebe in 1 in schematischer Darstellung,
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3 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen
Schaltgetriebes und
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4 ein Diagramm, welches die Wechselschwingungen
bei einem Schaltgetriebe gemäß dem Stand der Technik
zeigt.
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Die
in 1 gezeigte besonders bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 100 weist
zwischen einer Antriebsmaschine 102 und einem, den Abtrieb 104 repräsentierenden
Hinterachsgetriebe 106 eine Kupplung 108, ein
Schaltgetriebe 110 gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie eine Kardanwelle 112 auf.
Die Antriebsmaschine 102 ist eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine,
die an einem Fahrzeugrahmen oder einer Fahrzeugkarosserie über
Motorlager 114 gelagert ist.
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In 2 ist
das Schaltgetriebe 110 in detailreicher schematischer Darstellung
gezeigt, wodurch erkennbar ist, dass bei der besonders bevorzugten Ausführungsform
des Schaltgetriebes 110 in einem Getriebegehäuse 116 eine
Eingangswelle 118 und eine Ausgangswelle 120 gelagert
sind. Die Eingangswelle 118 ist verdrehfest mit einer Kupplungsscheibe 122 der
Kupplung 108 verbunden. Die Ausgangswelle 120 ist
verdrehfest mit der Kardanwelle 112 verbunden. Im Innern
des Schaltgetriebes 110 ist ferner eine Vorgelegewelle 124 vorgesehen.
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In
dem Schaltgetriebe 110, welches für eine mechanische
Direktschaltung oder Zwei-Zug-Schaltung für PKW, Transporter
oder leichte Nutzfahrzeuge vorgesehen ist, sind eine Eingangsstufe 126 und eine
Schaltstufe 128 vorgesehen, wobei die Schaltstufe zur Vereinfachung
lediglich mit zwei Gängen dargestellt ist.
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Die
Eingangsstufe 126 weist ein Eingangsrad 130 auf,
welches verdrehfest auf der Eingangswelle 118 gelagert
ist. Dieses Eingangsrad 130 kämmt mit einem ersten
Zwischenrad 132, welches verdrehfest auf der Vorgelegewelle 124 gelagert
ist. Über ein zweites Zwischenrad 134 oder ein
drittes Zwischenrad 136 sind so ein erstes Ausgangsrad 138 bzw.
ein zweites Ausgangsrad 140 je nach gewähltem
Gang antreibbar, wobei weitere Radpaarungen zwischen auf der Vorgelegewelle 124 vorgesehenen
weiteren Zwischenrändern und auf der Ausgangswelle 120 angeordneten
weiteren Ausgangsrädern der Einfachheit halber weggelassen
sind.
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An
der Vorgelegewelle 124 ist ein Freilaufelement 142 mit
einer Bremsvorrichtung 144 vorgesehen. Die Bremsvorrichtung 144,
die auch alternativ durch eine erfindungsgemäße
Gestaltung der Klemmrollen durch das Freilaufelement 142 selbst ausgebildet
sein kann, ist in 2 durch eine Reibscheibe 146 veranschaulicht.
Anstelle einer Reibscheibe 146 kann auch eine Wirbelstrombremse
vorgesehen sein.
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Die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes 110 ist
anhand von 3 erläutert. Dabei
ist insbesondere gezeigt, dass das Drehmoment M( t ) in seinem zeitlichen
Verlauf um einen Mittelwert A nur mehr geringe Schwingungen ausführt
und insbesondere den Mittelwert A nur unmerklich unterschreitet.
Damit sind auch Motorlagerschwingungen an den Motorlagern 114 deutlich
verringert, was insbesondere ein Vergleich mit 4 zeigt,
in welcher ein vergleichbarer Momentenverlauf bei einem Schaltgetriebe
gemäß dem Stand der Technik gezeigt ist. Gemäß der
Erfindung sind die Schwingungen bereits nach der dritten Periode
durch die Auskopplung von Rotationsenergie aus dem Schaltgetriebe 110 heraus
gedämpft, was beim Stand der Technik nicht der Fall ist.
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Das
Diagramm in 3 zeigt die Wirkung einer Bremsvorrichtung 144 mit
einer geschwindigkeitsabhängigen Bremsfunktion, die eine
Reibung von 0,23 Nms/rad aufweist. Die Wirkung ist gleich der einer
Bremsvorrichtung 144 mit konstanter Reibung von 10 Nm.
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Anstelle
einer Bremsvorrichtung 144 können auch Vorgelegewellen-Lager 148 mit
einem Reibmoment bei negativer Drehrichtung vorgesehen sein. Das
Reibmoment der Vorgelegewellen-Lager sollte insgesamt im Bereich
von 5 Nm bis 10 Nm liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10105322
C1 [0003, 0003, 0003]