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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeuggetriebe mit stufenlos
veränderbarer Übersetzung,
mit einem an einer ersten Welle angeordneten ersten Kegelscheibenpaar
und einem an einer zweiten Welle angeordneten zweiten Kegelscheibenpaar und
einem zwischen den Kegelscheibenpaaren angeordneten Umschlingungsmittel
sowie einer Eingangswelle und einer Zwischenwelle, wobei an der Zwischenwelle
ein mit der ersten Welle in Dreheingriff bringbares Zwischenzahnrad
und ein Abtriebszahnrad drehbar gelagert sind und ein Verbindungszahnrad
drehfest angeordnet ist, und zwischen der Eingangswelle und der
Zwischenwelle eine erste Drehkraftübertragungseinrichtung und
zwischen der Eingangswelle und dem Zwischenzahnrad eine zweite Drehkraftübertragungseinrichtung
angeordnet ist und zwischen dem Zwischenzahnrad und dem Abtriebszahnrad
eine dritte Drehkraftübertragungsseinrichtung
und zwischen der Zwischenwelle und dem Abtriebszahnrad eine vierte
Drehkraftübertragungseinrichtung
angeordnet ist.
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Anhand
der auf die Anmelderin zurückgehenden
unveröffentlichten
Patentanmeldung US 60/999,964 ist ein gattungsgemäßes Fahrzeuggetriebe
mit stufenlos veränderbarer Übersetzung
bekannt geworden.
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Bei
dem Getriebe handelt es sich um ein so genanntes i2-red-Getriebe,
wobei „i” auf die Übersetzung
eines Variators eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes hinweist
und die „2” darauf
hinweist, dass der Übersetzungsbereich
des Variators zweifach durchfahren wird.
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Auf
diese Weise kann ein Getriebe mit einer großen Spreizung erreicht werden,
das ein hohes Antriebsmoment übertragen
kann.
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Obwohl
sich das vorstehend beschriebene Getriebe bereits bewährt hat,
weist es den Nachteil eines relativ komplexen Aufbaus auf, da es
insgesamt fünf
Kupplungen aufweist, von denen eine Kupplung dem Rückwärtsfahrbereich
zugeordnet ist, alleine vier Kupplungen aber für das zweimalige Durchfahren
der Spreizung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes notwendig
sind. Diese Kupplungen müssen
entsprechend angesteuert werden, was zu komplizierten Schaltvorgängen führt.
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Ausgehend
hiervon liegt der vorliegenden Erfindung nunmehr die Aufgabe zu
Grunde, das gattungsgemäße Fahrzeuggetriebe
hinsichtlich seines Aufbaus zu vereinfachen und damit auch die Ansteuerung
der einzelnen Drehkraft übertragenden
Bauteile des Getriebes.
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Die
Erfindung weist zur Lösung
dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte
Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung schafft ein Fahrzeuggetriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung,
mit einem an einer ersten Welle angeordneten ersten Kegelscheibenpaar
und einem an einer zweiten Welle angeordneten zweiten Kegelscheibenpaar
und einem zwischen den Kegelscheibenpaaren angeordneten Umschlingungsmittel
sowie einer Eingangswelle und einer Zwischenwelle, wobei an der
Zwischenwelle ein mit der ersten Welle in Dreheingriff bringbares Zwischenzahnrad
und ein Abtriebszahnrad drehbar gelagert sind und ein Verbindungszahnrad
drehfest angeordnet ist und zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle
eine erste Drehkraftübertragungseinrichtung
und zwischen der Eingangswelle und dem Zwischenzahnrad eine zweite
Drehkraftübertragungseinrichtung
angeordnet ist und zwischen dem Zwischenzahnrad und dem Abtriebszahnrad
eine dritte Drehkraftübertragungsseinrichtung
und zwischen der Zwischenwelle und dem Abtriebszahnrad eine vierte
Drehkraftübertragungseinrichtung
angeordnet ist, wobei mindestens eine der Drehkraftübertragungseinrichtungen
ein Freilauf ist.
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Es
bedeutet dies mit anderen Worten, dass nach der vorliegenden Erfindung
mindestens eine der Drehkraftübertragungseinrichtungen
nicht mehr in Form einer Kupplung vorliegt, sondern in Form eines
Freilaufs. Dadurch entfällt
auch die Notwendigkeit, die in Wegfall geratene Kupplung eigens
ansteuern zu müssen.
Die Anordnung des Freilaufs oder der Freiläufe ist dabei so vorgesehen,
dass er in Richtung der gewünschten
Drehkraftübertragungsrichtung
sperrt und in die entgegengesetzte Drehrichtung ohne Sperrwirkung überrollbar
ist.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform sind
die Eingangswelle und die Zwischenwelle koaxial vorgesehen und die
Drehkraftübertragungseinrichtungen
werden so angesteuert, dass sich ein stark übersetzter Fahrbereich ”Low” ergibt
und ein länger übersetzter
Fahrbereich ”High”, so dass
das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe
insgesamt eine große
Spreizung besitzt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die erste und zweite Drehkraftübertragungseinrichtung jeweils
eine Kupplung und die dritte sowie vierte Drehkraftübertragungseinrichtung
ist jeweils ein Freilauf. Damit kann eine Übertragung der Drehkraft zwischen
der Eingangswelle und der Zwischenwelle mittels einer schaltbaren
Kupplung erfolgen. Ebenso kann eine Drehkraftübertragung zwischen der Eingangswelle und
dem Zwischenzahnrad mittels einer Kupplung erfolgen, wobei dies
jeweils in beide Richtungen möglich
ist, während
mittels der zwischen dem Zwischenzahnrad und dem Abtriebszahnrad
beziehungsweise zwischen der Zwischenwelle und dem Abtriebszahnrad
angeordneten Freiläufe
eine Drehkraftübertragung
jeweils nur in eine Drehrichtung möglich ist.
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Damit
ist bei dieser Ausführungsform
aber die Möglichkeit
geschaffen, von den zum Durchfahren der Spreizung des erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes
ansonsten erforderlichen vier Kupplungen zwei der Kupplungen in
Wegfall geraten zu lassen.
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Nach
einer alternativen Ausführungsform
ist es nach der vorliegenden Erfindung auch vorgesehen, dass die
erste und vierte Drehkraftübertragungseinrichtung
jeweils ein Freilauf ist und die zweite und dritte Drehkraftübertragungseinrichtung
jeweils eine Kupplung ist. Damit ist eine Drehkraftübertragung
zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle nur in eine Richtung
möglich,
während auch
zwischen der Zwischenwelle und dem Abtriebszahnrad eine Drehkraftübertragung
nur in eine Richtung möglich
ist. Aber auch bei dieser Ausführungsform
können
von den ansonsten erforderlichen vier Kupplungen zwei Kupplungen
eingespart werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass die erste und zweite Drehkraftübertragungseinrichtung
jeweils ein Freilauf ist und die dritte und vierte Drehkraftübertragungseinrichtung
jeweils eine Kupplung ist. Auch bei dieser Ausführungsform sind gegenüber dem
bekannten Fahrzeuggetriebe zwei der für das Durchfahren der Spreizung
des Fahrzeuggetriebes erforderlichen Kupplungen in Wegfall geraten,
so dass auch die Ansteuermittel für die Ansteuerung der beiden
in Wegfall geratenen Kupplungen nicht mehr erforderlich sind. Damit besitzt
das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe
verglichen mit dem vorstehend beschriebenen bekannten Fahrzeuggetriebe
einen einfacheren Aufbau und kann kostengünstiger gefertigt werden, da
auch Steuereinrichtungen, wie beispielsweise Programmsteuerungen
für die
in Wegfall geratenen Kupplungen nicht mehr erforderlich sind.
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Bei
allen geschilderten Ausführungsformen ist
es vorgesehen, dass an der zweiten Welle ein Zahnrad drehbar gelagert
ist, welches mittels einer Kupplung mit dem Abtriebszahnrad in einen
Drehkraftübertragungseingriff
bringbar ist. Damit kann eine Drehrichtungsumkehr erreicht werden,
die ähnlich
einer Wendestufe arbeitet, um eine Rückwärtsfahrt des mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe
ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Schließlich ist
zum Momenteneintrag in die Zwischenwelle von der zweiten Welle ausgehend vorgesehen,
dass an der zweiten Welle ein damit drehfest verbundenes Zahnrad
angeordnet ist, welches sich mit dem Verbindungszahnrad in Dreheingriff
befindet, so dass zwischen der zweiten Welle beziehungsweise dem
zweiten Kegelscheibenpaar und der Zwischenwelle eine Momentenübertragung
möglich
ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt in:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Fahrzeuggetriebes nach der vorliegenden
Erfindung in einer ersten Ausführungsform;
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2 eine
Matrix der Stellungen von im Fahrzeuggetriebe nach 1 vorgesehener
Kupplungen und Freiläufe;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des in 1 eingekreisten Bereichs der Architektur der Eingangswelle
und der Zwischenwelle mit daran angeordneten Bauteilen;
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4 Darstellungen
verschiedener Fahrbereiche des Fahrzeuggetriebes nach der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Prinzipdarstellung des Fahrzeuggetriebes nach einer zweiten Ausführungsform
mit einer ähnlichen
Darstellung wie in 2 und 4 der Zeichnung;
und
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6 eine
Prinzipdarstellung des Fahrzeuggetriebes nach einer dritten Ausführungsform
mit einer ähnlichen
Darstellung wie in 2 und 4 der Zeichnung.
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1 der
Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuggetriebes 1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung.
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Das
Fahrzeuggetriebe 1 weist eine Eingangswelle 2 auf, über die
ein Antriebsmoment von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine
in das Fahrzeuggetriebe 1 eingeleitet werden kann. An einer
Zwischenwelle 3 befindet sich ein Zwischenzahnrad 4 und
ein Abtriebszahnrad 5 drehbar gelagert angeordnet, wobei
dies näher
anhand des vergrößert dargestellten
Aufbaus der Architektur des eingekreisten Bereichs nach 1 in 3 ersichtlich
ist.
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Ein
Verbindungszahnrad 6 ist an der Zwischenwelle 3 drehfest
angeordnet und dient der Einleitung eines Moments in die Zwischenwelle 3.
Wie es näher
noch anhand von 3 ersichtlich ist, befindet
sich eine Kupplung K1 an der Eingangswelle 2 angeordnet,
um eine Drehkraftübertragung
von der Eingangswelle 2 in die Zwischenwelle 3 bei
geschlossener Kupplung K1 zu ermöglichen. Über eine
zweite Kupplung K2 kann ein Moment beziehungsweise eine Drehkraft
von der Eingangswelle 2 auf das Zwischenzahnrad 4 übertragen
werden.
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Das
Zwischenzahnrad 4 befindet sich in Dreheingriff mit einem
Zahnrad 7, welches sich mit einer ersten Welle 8 in
Eingriff befindet. Mit der ersten Welle 8 kann ein erstes
Kegelscheibenpaar 9 angetrieben werden. An dem ersten Kegelscheibenpaar 9 und
einem zweiten Kegelscheibenpaar 10 ist ein Umschlingungsmittel 11 in
der Form beispielsweise einer Laschenkette angeordnet, mittels der
eine Kraftübertragung
zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren stattfindet.
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Das
zweite Kegelscheibenpaar 10 ist dabei an einer zweiten
Welle 12 angeordnet, an der ein Zahnrad 13 drehbar
angeordnet ist. Über
eine Rückwärtsfahrkupplung
KR kann das Zahnrad 13 drehfest mit der zweiten Welle 12 verbunden
werden, um eine Rückwärtsfahrt
des mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe 1 ausgestatteten
Kraftfahrzeugs zu ermöglichen
und zwar über
eine Drehkraftübertragung
von dem Zahnrad 13 auf das Abtriebszahnrad 5 mittels
eines sich mit dem Zahnrad 13 und dem Abtriebszahnrad 5 in
Dreheingriff befindenden Zahnrads 14. An einer Scheibe
des zweiten Kegelscheibenpaars ist ein Zahnrad 15 angeordnet,
das sich in Dreheingriff mit dem Verbindungszahnrad 6 befindet, so
dass eine Momentenübertragung
zwischen der Zwischenwelle 3 und dem zweiten Kegelscheibenpaar 10 möglich ist.
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2 der
Zeichnung zeigt eine Matrix der Stellungen von im erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe
nach 1 vorhandener Kupplungen und Freiläufe. „x” bedeutet
dabei, dass die jeweilige Kupplung K1, K2 und KR geschaltet ist. „ü” bedeutet,
dass der entsprechende Freilauf F3, F4 überrollt wird, also keine Drehkraft überträgt und „s” bedeutet,
dass der entsprechende Freilauf sperrt, also Drehkraft übertragen kann.
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Die
zugehörigen
Fahrbereiche „Low”, „High” und „Rev” sind in 4 der
Zeichnung dargestellt.
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Dabei
bedeutet „Low” eine stark übersetzte Schaltstellung
des erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes,
bei der die Kupplung K2 geschaltet, also geschlossen ist, der Freilauf
F4 Moment überträgt und der
Freilauf F3 überrollt
wird. Der Kraftfluss im Fahrzeuggetriebe läuft dabei über die Eingangswelle 2, die
geschlossene Kupplung K2, das Zwischenzahnrad 4 und das
Zahnrad 7 in die erste Welle 8. Von dort wird
die Drehkraft über
das erste Kegelscheibenpaar 9 und das Umschlingungsmittel 11 in
das zweite Kegelscheibenpaar 10 übertragen, über das Verbindungszahnrad 6 in
die Zwischenwelle 3 eingeleitet und dort über den
gesperrten Freilauf F4 in das Abtriebszahnrad 5 eingeleitet,
von wo aus es in den Triebstrang des nicht dargestellten Fahrzeugs
eingeleitet werden kann.
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Der
Freilauf F4 befindet sich dabei zwischen der Zwischenwelle 3 und
dem Abtriebszahnrad 5 angeordnet, der Freilauf F3 kann
Drehkraft zwischen dem Zwischenzahnrad 4 und dem Abtriebszahnrad 5 übertragen.
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Im
länger übersetzten
Bereich „High” ist die Kupplung
K1 geschlossen, der Freilauf F4 wird überrollt und der Freilauf F3
sperrt. Die Drehkraftübertragung
findet dabei von der Eingangswelle 2 über die geschlossene Kupplung
K1 in die Zwischenwelle 3 statt. Von dort wird die Drehkraft über das
Verbindungszahnrad 6 in die zweite Welle 8 eingeleitet, über das
zweite Kegelscheibenpaar 10 und das Umschlingungsmittel 11 in
das erste Kegelscheibenpaar 9 übertragen, von dort über die
erste Welle 8 und das Zahnrad 7 in das Zwischenzahnrad 4 eingetragen und über den
gesperrten Freilauf F3 zum Abtriebszahnrad 5 übertragen.
Von dort kann die Drehkraft wieder in den Triebstrang des Fahrzeugs
eingeleitet werden.
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Im
Rückwärtsfahrbereich „Rev” findet
eine Drehkraftübertragung
von der Eingangswelle 2 über die geschlossene Kupplung
K2 auf das Zwischenzahnrad 4 statt. Von dort wird die Drehkraft über das Zahnrad 7 in
die erste Welle 8 eingeleitet und über das erste Kegelscheibenpaar 9 und
das Umschlingungsmittel 11 zum zweiten Kegelscheibenpaar 10 übertragen. Über die
zweite Welle 12 und die geschlossene Rückwärtsfahrkupplung „KR” wird die Drehkraft
zu dem an der zweiten Welle 12 drehbar gelagerten Zahnrad 13 übertragen,
welches zusammen mit einem damit kämmenden weiteren Zahnrad 14 als
Wendestufe fungiert und die Drehkraft in das Abtriebszahnrad 4 einleitet,
wodurch eine Rückwärtsfahrt
des damit ausgestatteten Fahrzeugs möglich ist.
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5 der
Zeichnung zeigt im rechten Teil der Darstellung ein Fahrzeuggetriebe
nach einer zweiten Ausführungsform,
in der Darstellung links oben die Architektur und die Anordnung
von zwei Kupplungen und zwei Freiläufen und in der Darstellung
links unten die Darstellung der Stellungen der Kupplungen und Freiläufe bei
den verschiedenen Fahrbereichen des Fahrzeuggetriebes nach 5.
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Wie
es ohne weiteres ersichtlich ist, befindet sich bei dieser Ausführungsform
ein Freilauf F1 zwischen der Eingangswelle 2 und der Zwischenwelle 3 und
ein weiterer Freilauf zwischen der Zwischenwelle 3 und
dem Abtriebszahnrad 5 angeordnet. Eine Kupplung K2 befindet
sich im Drehkraftübertragungsweg
zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zwischenrad 4 angeordnet.
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Im
Fahrbereich „Rev” ist die
Rückwärtsfahrkupplung „KR” geschlossen,
der Freilauf F1 wird überrollt,
ebenso wird der Freilauf F4 überrollt
und die Kupplung K2 ist geschlossen. Der Momentenweg beziehungsweise
Drehkraftübertragungsweg
entspricht dabei der Darstellung „Rev” gemäß 4 der Zeichnung.
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Im
Fahrbereich „Low” wird der
Freilauf F1 überrollt,
der Freilauf F4 ist gesperrt und die Kupplung K2 ist geschlossen.
Der Drehkraftübertragungsweg
entspricht dabei dem unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen
Weg des Fahrbereichs „Low”.
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Im
Fahrbereich „High” ist der
Freilauf F1 gesperrt, der Freilauf F4 wird überrollt und die Kupplung K3
wird geschlossen. Der Weg der Drehkraftübertragung entspricht dem unter
Bezugnahme auf 4 beschriebenen Weg des Fahrbereichs „High”.
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6 der
Zeichnung zeigt in der rechten Darstellung eine Prinzipdarstellung
eines Fahrzeuggetriebes nach der vorliegenden Erfindung in einer dritten
Ausführungsform.
In der Darstellung links oben ist die Architektur und die Anordnung
von zwei Kupplungen und zwei Freiläufen und in der Darstellung
links unten die Darstellung der Stellungen der Kupplungen und Freiläufe bei
den verschiedenen Fahrbereichen des Fahrzeuggetriebes nach 6 dargestellt.
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Bei
dem Getriebe nach der dritten Ausführungsform befindet sich ein
Freilauf F1 zwischen der Eingangswelle 2 und der Zwischenwelle 3 angeordnet.
Ebenso befindet sich ein Freilauf F2 zwischen der Eingangswelle 2 und
dem Zwischenzahnrad 4 angeordnet. Eine Kupplung K3 befindet
sich im Drehkraftübertragungsweg
zwischen dem Zwischenzahnrad 4 und dem Abtriebszahnrad 5 angeordnet
und eine weitere Kupplung K4 befindet sich zwischen der Zwischenwelle 3 und
dem Abtriebszahnrad 5 angeordnet.
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Die
Ausbildung des für
die Rückwärtsfahrt des
Fahrzeugs benötigten
Teils des Getriebes nach 5 und 6 entspricht
der Anordnung des entsprechenden Teils des Getriebes nach 1.
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Soll
nun das Fahrzeuggetriebe nach 6 in die
Stellung Rückwärtsfahrt
(„Rev”) geschaltet
werden, so wird die Rückwärtsfahrkupplung
KR geschlossen, der Freilauf F1 zwischen der Eingangswelle 2 und
der Zwischenwelle 3 wird überrollt und der Freilauf F2
zwischen der Eingangswelle 2 und dem Zwischenzahnrad 4 befindet
sich in der gesperrten Stellung, in der also eine Drehkraft von
der Eingangswelle 2 unter Bezugnahme auf den in Verbindung
mit 1 zur Stellung „Rev” beschriebenen Drehkraftübertragungsweg
bis zum Abtriebszahnrad 5 übertragen werden kann.
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In
der stark übersetzten
Fahrstellung „Low” wird der
Freilauf F1 überrollt,
der Freilauf F2 befindet sich in der gesperrten Stellung, überträgt also
Drehkraft zum Zwischenzahnrad 4 und von dort wird das über die
Eingangswelle 2 eingetragene Antriebsmoment entsprechend
dem Drehkraftübertragungsweg, wie
er unter Bezugnahme auf die Fahrstellung „Low” zu 4 beschrieben
worden ist, zum Abtriebszahnrad 5 übertragen.
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Im
länger übersetzten
Fahrbereich „High” befindet
sich der Freilauf F1 in der gesperrten Stellung, der Freilauf F2
befindet sich in der überrollten Stellung
und die Kupplung K3 ist geschlossen, so dass eine Drehkraftübertragung
von der Eingangswelle 2 zur Zwischenwelle 3 stattfindet
und von dort gemäß dem Drehkraftübertragungsweg
entsprechend der Fahrstellung „High” bis zum
Abtriebszahnrad 5.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe ermöglicht es,
von den vier zum vollständigen
Durchfahren der Spreizung des bekannten Fahrzeuggetriebes benötigten Kupplungen
mindestens eine, bei den dargestellten Ausführungsformen jeweils zwei Kupplungen
in Wegfall geraten zu lassen. Damit ist der Aufbau des Fahrzeuggetriebes
gegenüber
dem Aufbau des bekannten Fahrzeuggetriebes vereinfacht worden und
es ist auch möglich,
die Ansteuerung des erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes einfacher
zu gestalten, als dies beim bekannten Fahrzeuggetriebe der Fall
ist, da die in Wegfall geratenen Kupplungen nicht mehr zum jeweiligen Öffnen und
Schließen
angesteuert werden müssen.
Damit fällt
auch eine ansonsten notwendige Aktorik zur Betätigung der in Wegfall geratenen
Kupplungen weg.
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Hinsichtlich
vorstehend im Einzelnen nicht näher
erläuterter
Merkmale der Erfindung wird im Übrigen
ausdrücklich
auf die Ansprüche
und die Zeichnung verwiesen.
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- 1
- Fahrzeuggetriebe
- 2
- Eingangswelle
- 3
- Zwischenwelle
- 4
- Zwischenzahnrad
- 5
- Abtriebszahnrad
- 6
- Verbindungszahnrad
- 7
- Zahnrad
- 8
- erste
Welle
- 9
- erstes
Kegelscheibenpaar
- 10
- zweites
Kegelscheibenpaar
- 11
- Umschlingungsmittel
- 12
- zweite
Welle
- 13
- Zahnrad
- 14
- Zahnrad
- 15
- Zahnrad
- K1,
K2, K3, K4, KR
- Kupplungen
- F1,
F2, F3, F4
- Freiläufe