DE102009007066A1

DE102009007066A1 - Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung

Info

Publication number: DE102009007066A1
Application number: DE102009007066A
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Simon
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2009-08-27
Also published as: US8105192B2; US20100317473A1

Abstract

Ein Getriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung enthält einen eingangsseitigen Drehmomentwandler, der ausgangsseitig wahlweise über eine Getriebestufe mit vorbestimmter Übersetzung oder über eine CVT-Getriebestufe mit der Abtriebswelle des Getriebes drehmomentübertragend verbindbar ist, wobei die Übersetzung der CVT-Getriebestufe auf einen Wert derart einstellbar ist, dass die Drehzahl der Abtriebwelle bei einem Umschalten der Drehmomentübertragung konstant bleibt.

Description

Getriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung (CVT-Getriebe) haben den Vorteil, die Übersetzung völlig ruckfrei kontinuierlich zu verändern. Eine Eigenart ist ihre begrenzte Spreizung und ihr begrenztes Drehmomentübertragungsvermögen. Um durch diese Eigenarten bedingte Nachteile zu vermeiden, werden leistungsverzweigte Getriebestrukturen eingesetzt, die eine höhere Spreizung ermöglichen und die eine in ihnen enthaltene CVT-Getriebestufe, insbesondere den Variator, entlasten. Der Aufbau solcher Getriebestränge ist im Allgemeinen verhältnismäßig komplex.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung zu schaffen, das eine große Spreizung ermöglicht und mit dem ein hohes Drehmoment eines Antriebsmotors abgedeckt werden kann.
Eine Lösung der vorgenannten Aufgabe wird mit einem Getriebe gemäß den beigefügten Patentansprüchen erzielt.
Ein erfindungsgemäßes Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung, enthält einen eingangsseitigen Drehmomentwandler, der ausgangsseitig wahlweise über eine Getriebestufe mit vorbestimmter Übersetzung oder über eine CVT-Getriebestufe mit der Abtriebswelle des Getriebes drehmomentübertragend verbindbar ist, wobei die Übersetzung der CVT-Getriebestufe auf einen Wert derart einstellbar ist, dass die Drehzahl der Abtriebswelle bei einem Umschalten der Drehmomentübertragung konstant bleibt.
Das erfindungsgemäße Getriebe besteht aus zwei separaten, unverzweigten Ästen, wobei einer einen Wandler als Anfahrelement und ein anderer eine CVT-Getriebestufe enthält. Beim Anfahren bestehen nicht die durch die CVT-Getriebestufe bedingten Einschränkungen, da beim Anfahren das Drehmoment nicht über die CVT-Getriebestufe übertragen wird.
Ein erfindungsgemäßes Getriebe enthält beispielsweise eine mit einer motorisch angetriebenen Welle kuppelbare Antriebswelle, eine mit der Antriebswelle über den Drehmomentwandler gekoppelte Zwischenwelle, die wahlweise über die Getriebestufe mit vorbestimmter Überset zung mit der Abtriebswelle des Getriebes drehmomentübertragend verbindbar ist, oder mit einer Eingangswelle der CVT-Getriebestufe drehmomentübertragend verbindbar ist, und eine Drehmomentübertragungsumschalteinrichtung mit zwei Schaltkupplungen, wobei mit der einen Schaltkupplung die Drehmomentübertragung über die erste Getriebestufe herstellbar und lösbar ist und mit der anderen Schaltkupplung die Drehmomentübertragung über die CVT-Getriebestufe herstellbar und lösbar ist.
Vorteilhafterweise ist die Zwischenwelle drehfest mit einem Zahnrad verbunden, das mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad kämmt, welches erste Zahnrad über die eine Schaltkupplung drehfest mit der Abtriebswelle kuppelbar ist und welches zweite Zahnrad über die andere Schaltkupplung drehfest mit der Eingangswelle der CVT-Getriebestufe kuppelbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Zwischenwelle drehfest mit einem Zahnrad verbunden, das über ein Zwischenzahnrad mit einem drehfest mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad verbunden ist, die Drehmomentübertragung über den das Zwischenzahnrad enthaltenden Übertragungsweg mit der einen Schaltkupplung lösbar ist, und die Zwischenwelle über die andere Schaltkupplung drehfest mit der Eingangswelle der CVT-Getriebestufe kuppelbar ist.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die Zwischenwelle drehfest mit einem Rad verbunden, das über ein Umschlingungsmittel drehfest mit einem weiteren Rad verbunden ist, das mittels der einen Schaltkupplung drehfest mit der Abtriebswelle kuppelbar ist, und die Zwischenwelle über die andere Schaltkupplung drehfest mit der Eingangswelle der CVT-Getriebestufe kuppelbar ist.
Die Schaltkupplungen können in einfacher Weise durch Klauenkupplungen gebildet sein.
Die CVT-Getriebestufe ist vorteilhafterweise ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe.
Der Drehmomentwandler ist vorteilhafterweise mittels einer Überbrückungskupplung überbrückbar.
Die Abtriebswelle ist vorteilhafter Weise drehfest mit einem Zahnrad verbunden, das mit einem Zahnrad kämmt, das drehfest mit einer zu einem Differential einer angetriebenen Fahrzeugachse führenden Welle verbunden ist.
Der Drehmomentwandler kann eingangsseitig über eine Kupplung von einer motorisch angetriebenen Welle entkuppelbar sein, so dass die Schleppmomente die Drehmomentwandler auf Null sinken. Im Leerlaufzustand kann auf diese Weise Kraftstoff eingespart werden.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist in seinem Aufbau verhältnismäßig einfach und benötigt nur wenige Komponenten, wie zum Beispiel Zahnräder oder einfache Klauenkupplungen. Ein Wandler, eine CVT-Getriebestufe, beispielsweise ein Ketten-Variator, zwei Schaltkupplungen, beispielsweise Klauenkupplungen als Kopplungs-/Entkopplungselemente und vier Zahnräder bis zum Differential einer angetriebenen Achse genügen zur Realisierung des erfindungsgemäßen Getriebes. Der Rückwärtsgang kann in an sich bekannter Weise direkt in den Wandler integriert werden. Drei hintereinander angeordnete, miteinander kämmende Zahnräder können durch einen Zahnriemen bzw. eine Zahnkette ersetzt werden.
Das erfindungsgemäße Getriebe, das sich insbesondere als Fahrzeuggetriebe eignet, kann für jedwelche weitere Anwendung verwendet werden, in denen eine hohe Spreizung in Kombination mit einem hohen Drehmomentübertragungsvermögen, insbesondere beim Anfahren, benötigt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 im Figurenteil a) die Prinzipstruktur einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes, im Figurenteil b) die Auslegung der einzelnen Getriebeelemente und im Figurenteil c) die jeweils wirksamen Übersetzungen,
2 und 3 der 1 ähnliche Ansichten zweier weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes, und
4 eine Prinzipansicht einer Klauenkupplung.
Gemäß dem Figurenteil a) der 1 ist eine von einem nicht dargestellten Antriebsmotor, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, angetriebene Welle 20 über eine Kupplung 22 mit einer Eingangs- bzw. Antriebswelle 23 eines Wandlers 24, beispielsweise eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbind- und trennbar, dessen Ausgang drehfest mit einer Zwischenwelle 26 verbunden ist, die wiederum drehfest mit einem Zahnrad 28 verbunden ist. Der Wandler 24 ist in an sich bekannter Weise mittels einer Überbrückungskupplung 30 überbrückbar, die geschlossen wird, sobald zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Wandlers eine vorbestimmte Drehzahldifferenz unterschritten wird.
Das Zahnrad 28 kämmt mit einem ersten Zahnrad 32 und einem zweiten Zahnrad 34. Das zweite Zahnrad 34 ist über eine Schaltkupplung 36 drehfest mit einer Eingangswelle 38 eines Variators 40 eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 42 verbunden, das eine CVT-Getriebestufe bildet.
Eine Abtriebswelle 44 des Variators 40 ist drehfest mit einem Zahnrad 46 verbunden und über eine Schaltkupplung 48 drehfest mit dem ersten Zahnrad 32 verbindbar. Wie noch zu erläutern ist, hat die Abtriebswelle 44, die gleichzeitig die Ausgangswelle des Variators 40 ist, die Funktion der Abtriebswelle des gesamten Getriebes. Das drehfest mit der Abtriebswelle 44 verbundene Zahnrad 46 kämmt mit einem weiteren Zahnrad 50, das drehfest mit einem Differential 52 einer angetriebenen Fahrzeugachse verbunden ist.
Die Funktion des geschilderten Getriebes ist wie folgt:
Zum Anfahren (Kupplung 22 geschlossen) sind die Überbrückungskupplung 30 geöffnet, die Schaltkupplung 36 geöffnet und die Schaltkupplung 48 geschlossen. Das Anfahren erfolgt somit über den Wandler 24, der über eine erste, durch die Zahnräder 28 und 32 gebildete Getriebestufe 54 mit der Abtriebswelle 44 des Getriebes verbunden ist. Das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 42 bzw. dessen Variator 40 sind beim Anfahren drehmomentfrei. Sobald der Anfahrvorgang beendet ist, wird die Überbrückungskupplung 30 geschlossen, die Schaltkupplung 48 geöffnet und die Schaltkupplung 36 geschlossen, so dass die Drehmomentübertragung nunmehr über eine zweite Getriebestufe 56 und das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe 42 bzw. dessen Variator 40 erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, während der Umschaltphase der Schaltkupplungen 48 und 36, die Überbrückungskupplung 30 geöffnet zu lassen, um Schwingungen und Schaltstöße zu dämpfen.
1b) gibt ein Auslegungsbeispiel der einzelnen Komponenten:
Der Wandler 24 liefert eine Übersetzung von 2; die erste Getriebestufe 54 hat eine Übersetzung von 2,53. Die zweite Getriebestufe 56 liefert eine Übersetzung von 1,02. Der Variator 40 ermöglicht eine stufenlose Verstellung der Übersetzung zwischen 2,48 und 0,4, d. h. er hat eine Spreizung von etwas größer als 6.
Die abschließende, durch die Zahnräder 46 und 50 vermittelte Getriebestufe hat eine Übersetzung von 3,7.
1c) zeigt die Gesamtübersetzungen des Getriebes, wobei die Abszisse die Übersetzung des Variatiors iVar angibt und die Ordinate die jeweilige Gesamtübersetzung des Getriebes iGes angibt.
Beim Anfahren greift der Wandler bei einer Übersetzung von 2, die bei geschlossener Schaltkupplung 48 und offener Schaltkupplung 36 mit der Übersetzung 2,53 und der Übersetzung 3,7 multipliziert wird, so dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors bzw. der Welle 20 bis zum Eingang in das Differential mit einer Gesamtübersetzung von 18,77 übersetzt wird. Der Variator 40, der während des Anfahrens kein Drehmoment überträgt, befindet sich während des Anfahrens im Zustand der maximalen Übersetzung von 2,48 (Underdrive).
Wenn der Anfahrvorgang soweit beendet ist, dass der Wandler überbrückt werden kann, d. h. dessen Übersetzung nicht mehr wirksam ist, ist zwischen der Zwischenwelle 26 und der Abtriebswelle 44 bei noch geschlossener Schaltkupplung 48 nur die Übersetzung der zweiten Getriebestufe 56 von 2,53 wirksam. Diese Übersetzung entspricht der Übersetzung der ersten Getriebestufe 54 und des im Zustand von maximalem Underdrive befindlichen Variator 40 von 1,02 × 2,48, so dass in diesem Zustand die Schaltkupplung 48 geöffnet und die Schaltkupplung 36 geschlossen werden kann, ohne dass eine Änderung der Drehzahl der Abtriebswelle 44 erfolgt. Anschließend kann die Spreizung des Variators voll durchfahren werden, die beim maximalen Overdrive 0,40 beträgt, so dass bei maximalem Overdrive die Gesamtübersetzung insgesamt 0,4 × 3,7 = 1,51 beträgt.
Bezugnehmend wiederum auf 1c) ist zwischen einer Gesamtübersetzung von 18,77 und 9,36 die Schaltkupplung 48 geschlossen und die Schaltkupplung 36 geöffnet. Bei der Getriebeübersetzung von 9,36 wird die Schaltkupplung 48 geöffnet und die Schaltkupplung 36 ge schlossen, so dass dann die Übersetzung bis auf einen Wert von 1,51 vermindert werden kann. Die Gesamtspreizung φ des Getriebes beträgt 12,34.
2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Getriebes, wobei für funktionsähnliche Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie bei 1 verwendet werden.
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist bei der Ausführungsform gemäß 2 die mit der Ausgangswelle des Wandlers 24 identische Zwischenwelle 26 über die Schaltkupplung 36 unmittelbar drehfest mit der Eingangswelle 38 des Variators kuppelbar. Das drehfest mit der Zwischenwelle 26 verbundene Zahnrad 28 kämmt über ein Zwischenrad 60 mit dem drehfest mit der Abtriebswelle 44 des Getriebes, die gleichzeitig die Ausgangswelle des Variators 40 ist, verbundenen Zahnrad 46. Die erste Getriebestufe 54 des Getriebes gemäß 2 besteht aus den Zahnrädern 28 und 60. Die Drehmomentübertragung über die erste Getriebestufe 54 kann mit Hilfe der Schaltkupplung 48 unterbrochen werden, indem beispielsweise das Zwischenrad 60 aus zwei nebeneinander liegenden Rädern zusammen gesetzt ist, von denen eines mit dem Zahnrad 28 und das andere mit dem Zahnrad 46 kämmt und zwischen den Rädern die Schaltkupplung 48 angeordnet ist. Alternativ zur Schaltkupplung 48 kann auch ein Schaltelement vorgesehen sein, welches das Zwischenrad 60 ausrückt, um die Drehmomentübertragung zu unterbrechen.
Die zweite Getriebestufe 56 der 1 fehlt bzw. hat eine Übersetzung von 1. Die Verbindung zwischen der Zwischenwelle 26 und der Eingangswelle 38 kann mittels der Schaltkupplung 36 unterbrochen werden.
Im Übrigen entspricht die Funktion des Getriebes gemäß 2 der der 1. In 2b) sind die einzelnen Übersetzungen angegeben. 2c) stellt ähnlich wie 1c) die Getriebegesamtübersetzung iGes mit der jeweiligen Übersetzung iVar des Variators 40 dar.
3 zeigt im Figurenteil a) eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Getriebes, die sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch unterscheidet, dass das drehfest mit der Zwischenwelle 26 verbundene Zahnrad 28 über ein Umschlingungsmittel 62, beispielsweise eine Kette oder einen Zahnriemen, mit einem weiteren Zahnrad 64 drehmomentübertragen verbunden ist, das über die Schaltkupplung 48 drehfest mit der Abtriebswelle 44 verbindbar ist, die wiederum drehfest mit dem Zahnrad 46 verbunden ist.
Die erste, mit konstanter Übersetzung ausgebildete Getriebestufe 54 ist durch die Zahnräder 28 und 64 sowie das Umschlingungsmittel 62 gebildet.
Die Funktion des Getriebes gemäß 3 entspricht der der 1 oder der 2. In 3b) sind die Übersetzungen der einzelnen Elemente angegeben. 3c) stellt wiederum die Gesamtübersetzung iGes des Getriebes abhängig von der Variatorübersetzung iVar dar.
Die Schaltkupplungen 36 und 48 können als einfache Klauenkupplungen ausgebildet sein deren Klauen 70 gemäß 4 von Torsionsfedern in eine zurückgezogene Stellung (Klauen 70a, 70b) verschwenkt werden können und mittels nicht dargestellter Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, Elektromagnete oder sonst wie in eine ausgefahrene Stellung (Klauen 70c, 70d) gegen die Kraft der Torsionsfedern 72 bewegt werden können. Die dargestellte Anordnung befindet sich beispielsweise im Innenteil einer Welle, um den herum ein Außenteil der Welle angeordnet ist, der in einer Innenfläche Ausnehmungen aufweist, in die die ausgefahrenen Klauen eingreifen.
Das anhand von drei Beispielen erläuterte erfindungsgemäße Getriebe kann vielfältig abgeändert werden, indem die Getriebestufen mit fest vorgegebener Übersetzung in unterschiedlicher Weise, beispielsweise mit mehreren Zahnrädern ausgeführt werden und die Schaltkupplungen die Drehmomentübertragung über die jeweilige Getriebestufe unterbrechen bzw. einrücken. Die CVT-Getriebestufe kann in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Reibradgetriebe und ist nicht auf ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe beschränkt. Die Schaltkupplungen können in unterschiedlichster Weise ausgeführt werden. Die Überbrückungskupplung 30 kann ebenso fehlen wie die Kupplung 22. Die mit konstanter Übersetzung und mit einem Umschlingungsmittel ausgebildete Getriebestufe (Getriebestufe 54 in 3) kann reibschlüssig bleiben.
Das erfindungsgemäße Getriebe ermöglicht infolge seiner hohen Spreizung in Richtung Overdrive die Drehzahl des Antriebsmotors weit abzusenken, wobei gleichzeitig beim Anfahren eine kurze Übersetzung möglich ist. Die im Hinblick auf einen guten Motorwirkungsgrad bei gleichzeitig hohem Drehmoment erforderliche „Wunschdrehzahl" des Motors kann rasch erreicht werden, so dass bei aufgeladenen Motoren das sogenannte Turboloch weniger spürbar wird. Im Wandler wird die für eine Überbrückung erforderliche Drehzahl rasch erreicht, wodurch Verluste vermindert werden. Insgesamt trägt das Getriebe zu einer Verbrauchssenkung bei gleichzeitig gutem Komfort bei.

20: Welle
22: Kupplung
23: Antriebswelle
24: Wandler
26: Zwischenwelle
28: Zahnrad
30: Überbrückungskupplung
32: erstes Zahnrad
34: zweites Zahnrad
36: Schaltkupplung
38: Eingangswelle
40: Variator
42: Kegelscheibenumschlingungsgetriebe
44: Abtriebswelle
46: Zahnrad
48: Schaltkupplung
50: Zahnrad
52: Differential
54: erste Getriebestufe
56: zweite Getriebestufe
60: Zwischenrad
62: Umschlingungsmittel
64: Zahnrad
70: Klaue
70a–d: Klauen
72: Torsionsfeder
φ: Gesamtspreizung

Claims

Getriebe, insbesondere Fahrzeuggetriebe, mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung, enthaltend einen eingangsseitigen Drehmomentwandler (24), der ausgangsseitig wahlweise über eine Getriebestufe (54) mit vorbestimmter Übersetzung oder über eine CVT-Getriebestufe (42) mit der Abtriebswelle (44) des Getriebes drehmomentübertragend verbindbar ist, wobei die Übersetzung der CVT-Getriebestufe auf einen Wert derart einstellbar ist, dass die Drehzahl der Abtriebwelle bei einem Umschalten der Drehmomentübertragung konstant bleibt.
Getriebe nach Anspruch 1, enthaltend eine mit einer motorisch angetriebenen Welle (20) kuppelbare Antriebswelle (23), eine mit der Antriebswelle über den Drehmomentwandler (24) gekoppelte Zwischenwelle (26), die wahlweise über die Getriebestufe (54) mit vorbestimmter Übersetzung mit der Abtriebswelle (44) des Getriebes drehmomentübertragend verbindbar ist oder mit einer Eingangswelle (38) der CVT-Getriebestufe (42) drehmomentübertragend verbindbar ist, und eine Drehmomentübertragungsumschalteinrichtung mit zwei Schaltkupplungen (36, 48), wobei mit der einen Schaltkupplung (48) die Drehmomentübertragung über die erste Getriebestufe (54) herstellbar und lösbar ist und mit der anderen Schaltkupplung (36) die Drehmomentübertragung über die CVT-Getriebestufe (42) herstellbar und lösbar ist.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Zwischenwelle (26) drehfest mit einem Zahnrad (28) verbunden ist, das mit einem ersten Zahnrad (32) und einem zweiten Zahnrad (34) kämmt, welches erste Zahnrad über die eine Schaltkupplung (48) drehfest mit der Abtriebswelle (44) kuppelbar ist und welches zweite Zahnrad über die andere Schaltkupplung (36) drehfest mit der Eingangswelle der CVT-Getriebestufe (42) kuppelbar ist.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Zwischenwelle (26) drehfest mit einem Zahnrad (28) verbunden ist, das über ein Zwischenzahnrad (60) mit einem drehfest mit der Abtriebswelle (44) verbundenen Zahnrad (46) verbunden ist, die Drehmomentübertragung über den das Zwischenzahnrad enthaltenden Übertragungsweg mit der einen Schaltkupplung (48) lösbar ist, und die Zwischenwelle über die andere Schaltkupplung (36) drehfest mit der Eingangswelle (38) der CVT-Getriebestufe (42) kuppelbar ist.
Getriebe nach Anspruch 2, wobei die Zwischenwelle (26) drehfest mit einem Rad (28) verbunden ist, das über ein Umschlingungsmittel (62) drehfest mit einem weiteren Rad (64) verbunden ist, das mittels der einen Schaltkupplung (48) drehfest mit der Abtriebswelle (44) kuppelbar ist, und die Zwischenwelle (26) über die andere Schaltkupplung (36) drehfest mit der Eingangswelle (38) der CVT-Getriebestufe (42) kuppelbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Schaltkupplungen (36, 48) durch Klauenkupplungen gebildet sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die CVT-Getriebestufe ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe (42) ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Drehmomentwandler (24) mittels einer Überbrückungskupplung (30) überbrückbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Abtriebswelle (44) drehfest mit einem Zahnrad (46) verbunden ist, das mit einem Zahnrad (50) kämmt, das drehfest mit einer zu einem Differential (52) einer angetriebenen Fahrzeugachse führenden Welle verbunden ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Drehmomentwandler (24) eingangsseitig über eine Kupplung (22) von einer motorisch angetriebenen Welle (20) entkuppelbar ist.