-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Stufengetriebe, das wenigstens eine antriebsseitige Welle und eine abtriebsseitige Welle umfasst, und einer Kupplung zum Unterbrechen eines Drehmomentflusses zwischen einem Motor des Kraftfahrzeugs und dem Stufengetriebe, sowie ein Betriebsverfahren für ein solches Kraftfahrzeug.
-
Die Wellen eines Stufengetriebes tragen üblicherweise eine Vielzahl von miteinander kämmenden Zahnrädern, deren einander berührende Zähne im Betrieb zuverlässig geschmiert sein müssen, um Reibverschleiß und eine schnelle Zerstörung des Getriebes zu verhindern. Die Zahnräder können nicht auf ihrem gesamten Umfang in Öl eintauchen, da sonst die von ihnen angetriebene Verwirbelung des Öls zu unvertretbaren Verlusten führen würde. Zahnräder, die nicht in Öl eintauchen, neigen jedoch dazu, während des Stillstands des Getriebes ihren Ölfilm zu verlieren, so dass, wenn das Fahrzeug nach einem längeren Halt anfährt, die Gefahr einer unvollständigen Schmierung besteht.
-
Wollte man eine vollständige Schmierung der trocken gefallenen Zahnräder gewährleisten, bevor die Wellen des Getriebes anfangen zu rotieren, dann wäre hierfür ein Zwangsantrieb, der einen Umlauf des Öls antreibt, sowie ein aufwändiges Verteilersystem erforderlich, welches das Öl allen zu schmierenden Oberflächen des Getriebes zuführt. Ein solches System wäre nicht nur hinsichtlich der Kosten seiner Implementierung problematisch, sondern auch aufgrund des Platzbedarfs.
-
Getriebesteuereinrichtungen, die eingerichtet sind, um eine Kupplung zwischen Motor und Stufengetriebe eines Kraftfahrzeugs zu betätigen, sowie zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen und einer Neutralstellung des Stufengetriebes umzuschalten, sind als so genannte automatisierte Schaltgetriebe an sich bekannt. Auf die Schmierung des Schaltgetriebes haben die herkömmlichen Getriebesteuereinrichtungen keinen Einfluss.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kraftfahrzeug und ein Betriebsverfahren dafür anzugeben, die eine vollständige und sichere Schmierung des Getriebes mit minimalem apparativem Aufwand und ohne den zusätzlichen Platzbedarf eines Zwangsschmiersystems ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kraftfahrzeug mit einem wenigstens eine antriebsseitige Welle und eine abtriebsseitige Welle umfassenden Stufengetriebe, einer Kupplung zum Unterbrechen eines Drehmomentflusses zwischen einem Motor und dem Stufengetriebe und einer Getriebesteuereinrichtung zum Betätigen der Kupplung und zum Umschalten zwischen verschiedenen Übersetzungsstufen des Stufengetriebes und einer Neutralstellung die Getriebesteuereinrichtung eingerichtet ist, nach einem Stillstand des Stufengetriebes vor dem Anfahren des Fahrzeugs die Kupplung zeitweilig bei in Neutralstellung befindlichem Stufengetriebe zu schließen. Durch das Schließen der Kupplung werden die antriebsseitige Welle sowie alle dauerhaft an die antriebsseitige Welle drehgekoppelten Räder des Getriebes in Drehung versetzt. Da das Getriebe in Neutralstellung ist, setzt sich das Fahrzeug nicht in Bewegung, und es wird nicht mehr Drehmoment übertragen, als zur Überwindung eventueller Reibungsverluste des Getriebes erforderlich. Daher sind die an einander berührenden Oberflächen der Räder wirkenden Reibungskräfte gering, auch wenn die Oberflächen eventuell noch nicht ausreichend geschmiert sind. Indem auf diese Weise wesentliche Teile des Getriebes ohne Last bewegt werden, kann ein verloren gegangener Schmierfilm wiederhergestellt werden, bevor durch Schließen der Kupplung und Anfahren des Fahrzeugs das Getriebe wieder belastet wird. Das Getriebe ist so vom ersten Moment der Belastung an wirksam vor Verschleiß geschützt.
-
Vorzugsweise sind alle Räder der abtriebsseitigen Welle, die an ein Rad der antriebsseitigen Welle dauerhaft gekoppelt sind, Losräder. So können sich die Räder der abtriebsseitigen Welle in der neutralen Stellung des Getriebes mit der antriebsseitigen Welle mitdrehen und zur Verteilung des Öls im Getriebe vor dem Anfahren beitragen.
-
Wenn wenigstens ein Rad, das an die antriebsseitige Welle dauerhaft drehgekoppelt ist, in ein Ölreservoir eintaucht, nimmt es, wenn es in Neutralstellung des Stufengetriebes drehangetrieben wird, Öl aus dem Reservoir mit, das sich anschließend durch Kontakt mit anderen Rädern oder auch durch Sprühnebelbildung auf weitere zu schmierende Räder verteilt.
-
Die Getriebesteuereinrichtung kann zweckmäßigerweise mit einer Bremse des Fahrzeugs verbunden sein, um sicherzustellen, dass die zeitweilige Schließung der Kupplung nur bei betätigter Bremse vorgenommen wird und auf diese Weise sicherzustellen, dass das Fahrzeug sich auch nicht kriechend bewegt, wenn die Kupplung in der Neutralstellung geschlossen wird. Die Verbindung zwischen Getriebesteuereinrichtung und Bremse kann eine Signalverbindung von der Bremse zur Getriebesteuereinrichtung sein, dergestalt, dass die Getriebesteuereinrichtung den Zustand, betätigt oder nicht betätigt, der Bremse erfassen und in Abhängigkeit hiervon die Schließung der Kupplung vornehmen oder unterlassen kann. Alternativ kann die Verbindung auch eine Steuerverbindung von der Getriebesteuereinrichtung zur Bremse sein, dergestalt, dass die Getriebesteuereinrichtung selbsttätig die Bremse betätigt, um ein Kriechen des Fahrzeugs bei in Neutralstellung geschlossener Kupplung auszuschließen.
-
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Doppelkupplungsgetriebe. Diese zeichnen sich im Allgemeinen durch eine hohe Packungsdichte aus, die den Wiederaufbau eines Schmierfilms nach längerem Stillstand auf anderem als dem erfindungsgemäßen Wege erschwert.
-
Um eine Verzögerung des Anfahrens durch vorheriges Schließen der Kupplung in Neutralstellung zu minimieren, ist die Getriebesteuereinrichtung zweckmäßigerweise eingerichtet, beim zeitweiligen Schließen der Doppelkupplung deren Teilkupplungen gleichzeitig zu schließen.
-
Das gleichzeitige Schließen beider Teilkupplungen in einem Doppelkupplungsgetriebe führt in der Regel zur Blockade des Getriebes, wenn nicht beide Teilgetriebe in Neutralstellung sind. Um die Gefahr einer Schädigung des Getriebes durch eine solche Blockade auszuschließen, sind Sicherungsmechanismen gebräuchlich, die ein gleichzeitiges Schließen der Teilkupplungen unterbinden. Wenn ein solcher Sicherungsmechanismus an einem Doppelkupplungsgetriebe implementiert ist, ist nicht wünschenswert, ihn zu deaktivieren. Daher kann es auch zweckmäßig sein, das zeitweilige Schließen der Kupplung bei einem Doppelkupplungsgetriebe in Form eines zeitversetzten Schließens der Teilkupplungen vorzunehmen.
-
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem wenigstens eine antriebsseitige Welle und eine abtriebsseitige Welle umfassenden Stufengetriebe und einer Kupplung zwischen einem Motor und dem Stufengetriebe, bei dem zwischen dem Anlassen des Motors und dem Anfahren die Kupplung zeitweilig geschlossen wird, während das Stufengetriebe sich in einer Neutralstellung befindet.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Stufengetriebes, an dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist, in einem axialen Schnitt;
-
2 eine schematische Darstellung des Getriebes der 1 in einem radialen Schnitt; und
-
3 ein Flussdiagramm eines von einer Getriebesteuervorrichtung des Stufengetriebes der 1 ausgeführten Arbeitsverfahrens.
-
Eine Antriebswelle 1 des in 1 dargestellten Stufengetriebes umfasst eine zentrale Vollwelle 2, die sich über die gesamte axiale Ausdehnung des Getriebes erstreckt, und eine Hohlwelle 3, die die Vollwelle 2 auf einem Teil ihrer Länge umgibt. Die Vollwelle 2 und die Hohlwelle 3 sind über eine Doppelkupplung 36 selektiv und unabhängig voneinander an den (nicht dargestellten) Motor eines Kraftfahrzeugs ankoppelbar. Die Vollwelle 2 trägt Festräder 4, 5, 6; die Hohlwelle 3 ist mit Festrädern 7, 8 versehen.
-
Eine erste Vorgelegewelle 9 trägt ein Stufenrad 10 mit Zahnkränzen 11, 12 das durch eine Sperrsynchronisiereinrichtung 13 an der Vorgelegewelle 9 festlegbar ist. Der größere der beiden Zahnkränze 11 kämmt mit dem mittleren Festrad 5 der Vollwelle 2. Der kleinere Zahnkranz 12 liegt in der gleichen radialen Ebene wie das Festrad 6, ohne mit diesem zu kämmen.
-
Neben dem Stufenrad 10 ist ein Losrad 14 an der Vorgelegewelle 9 angeordnet, das über eine einseitig wirkende Sperrsynchronisiereinrichtung 15 an der Vorgelegewelle 9 festlegbar ist. Jenseits der Sperrsynchronisiereinrichtung 15 befindet sich an der Vorgelegewelle 9 ein Festrad 16 und ein Abtriebsritzel 17, das mit einem Zahnkranz eines nicht dargestellten Differenzials kämmt.
-
Eine zweite Vorgelegewelle 18 trägt eine drehbare Hohlwelle 19, an der ein Rad 20 und ein Synchronkörper 22 einer weiteren Sperrsynchronisiereinrichtung 21 befestigt sind. Das Rad 20 kämmt mit dem kleineren Zahnkranz 12 des Stufenrades 10. Eine Schaltmuffe 23 der Sperrsynchronisiereinrichtung 21 ist aus einer in der 1 gezeigten Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen verschiebbar, um die Hohlwelle 19 entweder an ein von ihr getragenes Losrad 24 oder an die Vorgelegewelle 18 zu koppeln. Auch die Vorgelegewelle 18 ist mit einem Abtriebsritzel 25 versehen, das mit dem Zahnkranz des Differenzials kämmt. Darüber hinaus ist zwischen dem Abtriebsritzel 25 und einem Lager 26, das die Vorgelegewelle 18 an einem nicht dargestellten Gehäuse des Getriebes abstützt, ein Parkrad 27 als Festrad vorgesehen, an dem durch Eingriff einer Sperrklinke das gesamte Getriebe blockierbar ist, um das Fahrzeug gegen Wegrollen gesichert abstellen zu können.
-
Das Losrad 24 kämmt mit dem Festrad 16 an der Vorgelegewelle 9.
-
Eine dritte Vorgelegewelle 28 ist mit vier Losrädern 29, 30, 31, 32, einem mit dem Differenzial kämmenden Abtriebsritzel 33 und in zwei Richtungen wirksamen Sperrsynchronisiereinrichtungen 34, 35 zum selektiven Festlegen eines der Losräder 29 bis 32 an der Welle 28 versehen. 1 zeigt das Getriebe in einer Neutralstellung, in der sämtliche Sperrsynchronisiereinrichtungen 13, 15, 21, 34, 35 mit benachbarten Losrädern außer Eingriff sind und kein Drehmoment von der Antriebswelle 1 auf das Differenzial übertragbar ist. In dieser Neutralstellung kann die Antriebswelle 1 oder eine ihrer Teilwellen 2, 3 frei rotieren, während gleichzeitig die Vorgelegewellen 9, 18, 28 durch eine an den Rädern des Fahrzeugs angreifende Bremse oder die am Parkrad 27 eingreifende Sperrklinke festgehalten sind.
-
2 zeigt einen schematischen Schnitt durch das Getriebe der 1 in einer radialen, rechtwinklig zu den Achsen der Wellen 1, 9, 18, 28 verlaufenden Ebene. Die Figur zeigt ferner eine Auswahl der diversen an den Wellen 1, 9, 18, 28 montierten Räder. Ein das Getriebe umgebendes Gehäuse 37 bildet in seinem unteren Bereich einen Ölsumpf 38, in den unter anderem die Zahnkränze 11, 12 des Stufenrades 10 der Vorgelegewelle 9 sowie das Rad 32 der Vorgelegewelle 28 eintauchen. Die Räder 4 bis 8 der Antriebswelle 1 und 20, 24 der Vorgelegewelle 18 befinden sich vollständig oberhalb des Ölsumpfs 38. Indem die Antriebswelle 1 in Neutralstellung des Getriebes in Drehung versetzt wird, rotieren die Räder 10, 28 sowie gegebenenfalls weitere in 2 nicht dargestellte in den Ölsumpf 38 eintauchende Räder der Vorgelegewellen 9, 28 mit und nehmen Öl aus dem Ölsumpf 38 auf. Im Laufe einer kleinen Zahl von Umdrehungen dieser eintauchenden Räder verteilt sich das von ihnen aufgenommene Öl auf die mit ihnen kämmenden Räder 4 bis 8 der Antriebswelle 1 und das Rad 20 der Vorgelegewelle 18.
-
In dem Maße, wie Öl aus dem Ölsumpf 38 aufgenommen und im Getriebe verteilt wird, fällt der Spiegel des Ölsumpfs 38 ab, so dass die Zahl der darin eintauchenden Räder im Dauerbetrieb kleiner sein kann als beim Anfahren des Fahrzeugs. Dies muss jedoch nicht zu Problemen führen, da bei laufendem Getriebe der Ölnebel, welchen die ständig eintauchenden und bei voller Fahrt des Fahrzeugs schnell bewegten Räder wie etwa 11 oder 32 erzeugen, für eine Schmierung auch nicht ständig eintauchender Räderpaare sorgt.
-
Das einzige Räderpaar, welches durch Drehen der Antriebswelle 1 in Neutralstellung des Getriebes nicht in Drehung versetzt wird, sind das Losrad 24 der Vorgelegewelle 18 und das mit ihm kämmende Festrad 16 der Vorgelegewelle 9. Dem lässt sich allerdings abhelfen, indem das Festrad 16 durch ein Losrad 16 und die einseitig wirkende Sperrsynchronisiereinrichtung 15 durch eine beidseitig wirkende Sperrsynchronisiereinrichtung ersetzt wird, die in der Lage ist, beide zu ihr benachbarten Räder 14, 16 nach Bedarf an die Vorgelegewelle 9 zu koppeln. Bei einem derart modifizierten Getriebe könnte in der Neutralstellung das Losrad 24 durch die Sperrsynchronisiereinrichtung 21 an der Hohlwelle 19 verriegelt sein, um in der Neutralstellung sämtliche Paare von miteinander kämmenden Rädern der Wellen 1, 9, 18, 28 in Drehung zu versetzen und mit Öl zu benetzen.
-
Wiederum bezogen auf 1 ist mit 39 eine elektronische Getriebesteuereinheit, insbesondere in Form eines Mikroprozessor- oder Mikrokontrollersystems, bezeichnet. Die Getriebesteuereinheit 39 ist gekoppelt an Stellglieder 40 zum selektiven Schließen jeweils einer Teilkupplung 41 oder 42 der Doppelkupplung 36 bzw. zum Verschieben der Schaltmuffen 23 der diversen Sperrsynchronisiereinrichtungen 13, 15, 21, 34, 35, von denen in 1 stellvertretend jeweils nur ein Stellglied 40 für eine der Teilkupplungen 41, 42 sowie ein Stellglied 43 an der Sperrsynchronisiereinrichtung 21 dargestellt sind. Ein weiteres mit der Getriebesteuereinheit 39 verbundenes Stellglied 44 kontrolliert die Sperrklinke des Parkrades 27.
-
Eine Aufgabe der Getriebesteuereinheit 39 besteht in an sich bekannter Weise darin, Befehle zum Einlegen eines bestimmten Gangs von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuereinheit oder, über eine geeignete Mensch-Maschine-Schnittstelle, von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs entgegenzunehmen und die diversen Stellglieder 40, 43 der Teilkupplungen 41, 42 und der Sperrsynchronisiereinrichtungen in geeigneter Reihenfolge anzusteuern, um den gewünschten Gang einzulegen. Eine zusätzliche Aufgabe, die die Getriebesteuereinheit 39 im Rahmen der vorliegenden Erfindung wahrnimmt, wird anhand des Flussdiagramms der 3 erläutert.
-
Wenn ein Fahrer das Fahrzeug starten will und dazu z. B. in an sich bekannter Weise anfängt, einen Zündschlüssel im Zündschloss zu drehen, so wird dadurch in üblicher Weise ein Kontakt geschlossen, der die elektrischen Systeme des Fahrzeugs mit Spannung versorgt, darunter auch die Getriebesteuereinheit 39. Diese nimmt den Betrieb auf, indem sie in einem ersten Schritt S1 überprüft, ob eine Wegrollsperre des Fahrzeugs aktiv ist. Bei dieser Wegrollsperre kann es sich, wie oben beschrieben, um das Parkrad 27 und die an ihm angreifende, durch das Stellglied 24 steuerbare Klinke handeln, oder um eine Bremse, die in üblicher Weise vom Fahrer über ein Bremspedal betätigbar ist. Wenn keine Wegrollsperre aktiv ist, aktiviert die Getriebesteuereinheit 39 sie in Schritt S2.
-
Alternativ kann eine Absicherung gegen Wegrollen auch ohne Beteiligung der Getriebesteuereinheit 39 implementiert werden, indem Treten des Bremspedals zur Voraussetzung für das Einschalten des Bordnetzes gemacht ist.
-
Wenn sichergestellt ist, dass das Fahrzeug nicht rollen kann, bringt die Steuereinheit 39 das Getriebe in die Neutralstellung, sofern es sich nicht von vornherein in dieser befindet (S3). Nun ist das Fahrzeug bereit, um den Motor einzuschalten (S4).
-
Die Kupplung 36 wird im Schritt S5 geschlossen. Nach einer Zahl von Umdrehungen der Antriebswelle 1, die ausreicht, um die dadurch drehangetriebenen Räder des Getriebes mit Öl zu benetzen, wird die Kupplung in Schritt S6 wieder geöffnet. Die Schritte S5, S6 können für beide Teilkupplungen 41, 42 gleichzeitig durchgeführt werden, oder nacheinander, falls das Getriebe über eine Sicherung verfügt, die ein gleichzeitiges Schließen beider Teilkupplungen 41, 42 verhindert. Nachdem so für eine vollständige Schmierung des Getriebes gesorgt ist, kann in Schritt S7 ein Gang eingelegt und das Getriebe belastet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Antriebswelle
- 2
- Vollwelle
- 3
- Hohlwelle
- 4
- Festrad
- 5
- Festrad
- 6
- Festrad
- 7
- Festrad
- 8
- Festrad
- 9
- Vorgelegewelle
- 10
- Stufenrad
- 11
- Zahnkranz
- 12
- Zahnkranz
- 13
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 14
- Losrad
- 15
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 16
- Festrad
- 17
- Abtriebswelle
- 18
- Vorgelegewelle
- 19
- Hohlwelle
- 20
- Rad
- 21
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 22
- Synchronisationskörper
- 23
- Schaltmuffe
- 24
- Losrad
- 25
- Abtriebsritzel
- 26
- Lager
- 27
- Parkrad
- 28
- Vorgelegewelle
- 29
- Losrad
- 30
- Losrad
- 31
- Losrad
- 32
- Losrad
- 33
- Abtriebsritzel
- 34
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 35
- Sperrsynchronisiereinrichtung
- 36
- Doppelkupplung
- 37
- Gehäuse
- 38
- Ölsumpf
- 39
- Getriebesteuereinheit
- 40
- Stellglied
- 41
- Teilkupplung
- 42
- Teilkupplung
- 43
- Stellglied
- 44
- Stellglied
