DE102013019320A1

DE102013019320A1 - Kraftfahrzeuggetriebe und Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number: DE102013019320A1
Application number: DE102013019320.6A
Authority: DE
Inventors: Carsten Bünder
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Kraftfahrzeuggetriebeanordnung (14) mit einem Getriebegehäuse (26), in dem eine nasslaufende Reibkupplung (28), ein Stufengetriebe (18), das zur Einrichtung einer Mehrzahl von Gangstufen eingerichtet ist und eine Mehrzahl von Radsätzen (30) mit in Eingriff stehenden Zahnrädern (32, 36) aufweist, ein Ausgleichsgetriebe (20) zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder (22) und/oder eine hydraulische Aktuatoranordnung (78) aufgenommen sind, wobei in dem Getriebegehäuse (26) wenigstens ein Schmierfluid (44) zur Schmierung und/oder Kühlung von wenigstens einer in dem Getriebegehäuse (26) aufgenommenen Komponente enthalten ist. Dabei ist das Schmierfluid (44) als rheologisches Schmierfluid ausgebildet, wobei in dem Getriebegehäuse (26) wenigstens eine elektrische und/oder magnetische Anregungsanordnung (52) so angeordnet ist, dass das rheologische Schmierfluid (44) wenigstens lokal in einem Beeinflussungsabschnitt in Bezug auf seine Viskosität gesteuert beeinflussbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeuggetriebeanordnung mit einem Getriebegehäuse, in dem eine nasslaufende Reibkupplung, ein Stufengetriebe, das zur Einrichtung einer Mehrzahl von Gangstufen eingerichtet ist und eine Mehrzahl von Radsätzen mit in Eingriff stehenden Zahnrädern aufweist, ein Ausgleichsgetriebe zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder und/oder eine hydraulische Aktuatoranordnung aufgenommen sind, wobei in dem Getriebegehäuse wenigstens ein Schmierfluid zur Schmierung und/oder Kühlung von wenigstens einer in dem Getriebegehäuse aufgenommenen Komponente enthalten ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Kraftfahrzeuggetriebeanordnung.
In derartigen Kraftfahrzeuggetriebeanordnungen treten häufig störende Geräusche auf. Solche Geräusche können beispielsweise entstehen, wenn die Zahnflanken von Zahnrädern des Getriebes aufgrund des Zahnspiels und aufgrund von Anregungen aufeinander schlagen. Eine Art derartiger Geräusche wird auch als Getrieberasseln bezeichnet. Andere Geräusche, die in einem Kraftfahrzeuggetriebe entstehen können und als störend empfunden werden, sind Schaltgeräusche oder sonstige Geräusche, die beim Aufeinanderprallen von insbesondere metallischen Bauteilen entstehen können.
Bei Antriebssträngen, bei denen ein derartiges Kraftfahrzeuggetriebe von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, ist es häufig notwendig, die Verbindung über ein Zweimassenschwungrad zu entkoppeln, um Getriebegeräusche zu verringern. Diese sind teuer, besitzen eine große Bauform und eine hohe Masse. Für moderne aufgeladene Motoren kann deren Schwingungsisolation zudem nicht mehr ausreichend sein.
Die in solchen Kraftfahrzeuggetrieben verwendeten Synchronisierungen erfordern erheblichen Bauraum und sind Verschleiß unterworfen.
Schließlich haben derartige Kraftfahrzeuggetriebe häufig einen verbesserungsfähigen Wirkungsgrad.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Kraftfahrzeuggetriebeanordnung sowie ein zugeordnetes Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeuggetriebeanordnung anzugeben, wobei vorzugsweise wenigstens einer der oben beschriebenen Nachteile vermieden wird.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Kraftfahrzeuggetriebeanordnung dadurch gelöst, dass das Schmierfluid als rheologisches Schmierfluid ausgebildet ist, wobei in dem Getriebegehäuse wenigstens eine elektrische und/oder magnetische Anregungsanordnung so angeordnet ist, dass das rheologische Schmierfluid wenigstens lokal in einem Beeinflussungsabschnitt im Bezug auf seine Viskosität gesteuert beeinflussbar ist.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kraftfahrzeuggetriebeanordnung, mit dem Schritt, die Anregungsanordnung bedarfsweise mit Energie zu versorgen, um die Viskosität des rheologischen Schmierfluids innerhalb des Beeinflussungsabschnittes zu verändern.
Das rheologische Fluid beinhaltet insbesondere ein elektrorheologisches und/oder ein magnetorheologisches Fluid und insbesondere eine elektrorheologische und/oder eine magnetorheologische Flüssigkeit.
Derartige Fluide haben die Eigenschaft, dass sich deren Fließverhalten und/oder Viskosität beeinflussen lässt. Bei einer elektrorheologischen Flüssigkeit kann dies beispielsweise durch das Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. das Bereitstellen eines elektrischen Feldes in dem Beeinflussungsabschnitt erfolgen. Alternativ ist es möglich, Fluide durch ein Magnetfeld hinsichtlich ihrer Viskositätseigenschaften zu beeinflussen. Denkbar ist auch eine Beeinflussung durch Strahlung, beispielsweise durch elektromagnetische Strahlung im sichtbaren oder im nichtsichtbaren Bereich. Das rheologische Schmierfluid ist vorzugsweise gebildet durch ein Trägerfluid in Form eines herkömmlichen Schmierfluides (z. B. ATF-Öl oder Hypoidöl), in das polarisierbare Partikel oder Tröpfchen dispergiert sind. Die polarisierbaren Teilchen oder Tröpfchen können in einer Variante elektrisch polarisierbar sein, in einer anderen Variante magnetisch polarisierbar sein. Ein rheologisches Schmierfluid erfüllt folglich sämtliche Funktionen eines herkömmlichen Fluides in einer Kraftfahrzeuggetriebeanordnung, und hat zusätzlich die Eigenschaft, dass sich dessen Viskosität durch elektrische oder magnetische Felder ändern lässt.
Generell ist es denkbar, in dem Getriebegehäuse eine Anregungsanordnung so anzuordnen, dass die Viskosität des in dem Getriebegehäuse enthaltenen rheologischen Schmierfluides insgesamt oder nahezu insgesamt beeinflussbar ist. Der Beeinflussungsabschnitt ist in diesem Fall vorzugsweise der gesamte Innenraum des Getriebegehäuses.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Anregungsanordnung so angeordnet ist, dass das rheologische Schmierfluid nur lokal in einem räumlich begrenzten Beeinflussungsabschnitt hinsichtlich seiner Viskosität veränderbar ist.
Durch diese Maßnahme ist es beispielsweise möglich, das rheologische Schmierfluid in einem Grundzustand mit einer sehr niedrigen Viskosität zu realisieren. Hierdurch kann der gesamte Wirkungsgrad der Kraftfahrzeuggetriebeanordnung verbessert werden, da bei einem dünnflüssigeren Schmierfluid weniger Schleppverluste und dergleichen erzeugt werden.
Dort, wo beispielsweise eine höhere Viskosität des Schmierfluides entweder ständig oder zu bestimmten Zeiten (in Abhängigkeit von der Betriebsweise) erforderlich ist, wird eine Anregungsanordnung bereitgestellt, mittels der in diesem räumlich begrenzten Bereich eine höhe Viskosität einrichtbar ist.
Insbesondere dann, wenn die höhere Viskosität nur zu bestimmten Zeiten lokal bereitgestellt werden muss, kann der Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung verbessert werden.
Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn in dem Getriebegehäuse eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen so angeordnet ist, dass das rheologische Schmierfluid lokal an mehren voneinander räumlich getrennten Beeinflussungsabschnitten in Bezug auf seine Viskosität gesteuert beeinflussbar ist.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Anregungsanordnung mit einer steuerbaren Energiequelle verbunden.
Die Energiequelle kann beispielsweise eine elektrische Anregungsanordnung für eine Hochspannungsquelle beinhalten, über die Spannungen von vorzugsweise größer 1.000 V bereitgestellt werden. Hierdurch können die Viskositätseigenschaften des rheologischen Schmierfluides nicht nur in großem Umfang sondern auch sehr schnell (d. h. im Bereich von deutlich weniger als einer Sekunde, insbesondere weniger als 10 Millisekunden) geändert werden.
Eine magnetische Anregungsanordnung kann beispielsweise zwei geeignet polbare Elektromagnete beinhalten, die mittels einer geeigneten Energiequelle angesteuert werden.
In einer bevorzugten Variante weist die Anregungsanordnung einen ersten und einen zweiten elektrischen oder magnetischen Pol auf, zwischen denen der Beeinflussungsabschnitt angeordnet ist.
Jeder Pol kann im Falle eines elektrischen Pols beispielsweise durch eine Elektrode gebildet sein, die mit einer Energiequelle verbunden ist. Derartige Elektroden können als einfache Platten (nach der Art eines Kondensators) ausgebildet sein, können jedoch auch angepasst an die Form des Beeinflussungsabschnittes ausgebildet sein, also beispielsweise gekrümmt oder auf sonstige Art und Weise angepasst an die jeweiligen Gegebenheiten. Ein magnetischer Pol kann beispielsweise, wie erwähnt, durch einen Elektromagneten gebildet werden.
Bei dieser Variante kann die Anregungsanordnung fest bzw. starr in dem Getriebegehäuse montierte Pole aufweisen, zwischen denen ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugt wird, wobei der Beeinflussungsabschnitt innerhalb dieses Feldes angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass elektrische und magnetische Felder natürlich nicht immer lokal begrenzbar sind. Das vorliegend als wirksam erachtete Feld ist jenes, das sich im Wesentlichen direkt zwischen den zwei Polen/Elektroden erstreckt, und das vorzugsweise im Wesentlichen homogen ausgebildet ist. Die Beeinflussung der Umgebung wird vorliegend der Einfachheit halber nicht berücksichtigt, zumal die dort vorhandenen Feldstärken deutlich geringer sind.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Anregungsanordnung ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement auf, wobei das erste Kontaktelement mit einem ersten Komponentenbauteil verbunden ist, wobei das zweite Kontaktelement mit einem zweiten Komponentenbauteil verbunden ist, und wobei der Beeinflussungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Komponentenbauteil angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, Bauteile von Komponenten im Inneren des Getriebegehäuses direkt als elektrischen Stromleiter zu verwenden. Hierbei ergibt sich der Beeinflussungsabschnitt dann unmittelbar durch die Bereiche, bei denen das erste und das zweite Komponentenbauteil einander gegenüberliegen.
Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn das erste und/oder das zweite elektrische Kontaktelement als Gleitkontaktelement im Sinne eines Schleifkontaktes ausgebildet ist, um einen elektrischen Kontakt mit einem sich innerhalb des Getriebegehäuses im Betrieb bewegenden Komponentenbauteil herzustellen.
Hierdurch ist es beispielsweise möglich, auch sich drehende oder in großem Umfang linear bewegende Bauteile von Komponenten der Kraftfahrzeuggetriebeanordnung elektrisch zu kontaktieren und diese als elektrischen Leiter und damit als Teil der Anregungsanordnung selbst zu verwenden. Bei den sich innerhalb des Getriebegehäuses drehenden Komponenten, wie Wellen, Zahnrädern etc., kann das Gleitkontaktelement als Ringschleifkontakt oder Ähnliches ausgebildet sein.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn in dem Getriebegehäuse eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen verteilt angeordnet ist, um die Viskosität des rheologischen Schmierfluids in räumlich getrennten Beeinflussungsabschnitten zu beeinflussen, wobei die Anregungsanordnungen vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Während es generell denkbar ist, eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen parallel an eine Energiequelle anzuschließen, ist es jedoch vorteilhaft, wenn zumindest einige dieser Anregungsanordnungen jeweils mit einer eigenen Energiequelle verbunden sind, so dass diese Anregungsanordnungen unabhängig voneinander ansteuerbar sind, also insbesondere bedarfsweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand.
In einer Ausführungsform weist wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Wellenabschnitt einer Getriebewelle und einen Losradabschnitt eines an der Getriebewelle drehbar gelagerten Losrades auf, wobei der Wellenabschnitt und der Losradabschnitt im Betrieb über das rheologische Schmierfluid miteinander gekoppelt sind.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, durch Beeinflussung des rheologischen Schmierfluides das Losrad und die Getriebewelle stärker miteinander zu koppeln bzw. relative Drehbewegungen dazwischen zu dämpfen, indem die Viskosität des rheologischen Schmierfluides in dem Beeinflussungsbereich erhöht wird. Diese Maßnahme kann beispielsweise dann getroffen werden, wenn Losradgeräusche auftreten oder Situationen vorliegen, bei denen Losradgeräusche vermehrt auftreten können.
Durch die Möglichkeit, die relativen Drehbewegungen zwischen Losrad und Welle in unterschiedlicher Höhe dämpfen zu können, kann der Beeinflussungsabschnitt nicht nur zur Geräuschverminderung verwendet werden, sondern beispielsweise auch zur Synchronisierung. Hierdurch ist es möglich, auf synchronisierende Schaltkupplungen, die das Losrad mit der Welle verbinden können, entweder vollständig zu verzichten und diese Kupplungen als einfache Klauenkupplungen auszubilden. In anderen Ausführungsformen kann es zumindest möglich sein, die Synchronisierungen einfacher zu realisieren, beispielsweise mit Einfachkegeln anstelle von Mehrfachkegelsynchronisierungen.
Da Losradgeräusche gezielt gedämpft werden können, kann es zudem möglich sein, auf ein Zweimassenschwungrad zu verzichten, oder dieses einfacher bzw. kostengünstiger zu realisieren.
Der Losradabschnitt und der Wellenabschnitt können einander in axialer Richtung gegenüberliegen, oder können einander in radialer Richtung gegenüberliegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Zahneingriffes zwischen zwei Zahnrädern.
Bei dieser Maßnahme ist es beispielsweise möglich, das rheologische Schmierfluid mit einer sehr geringen Grundviskosität bereitzustellen. Um die im Zahneingriff erforderliche Schmierfilmdicke zu realisieren, kann die Viskosität des rheologischen Schmierfluides im Bereich des Zahneingriffes gezielt erhöht werden. Der Zahneingriff kann ein Zahneingriff zwischen einem Losrad und einem Festrad eines Getriebes in Vorgelegebauweise sein. Der Zahneingriff kann jedoch auch ein Eingriff zwischen Rädern eines Planetenradsatzes sein, wie er bspw. in Wandler-Automatikgetrieben verwendet wird.
Ferner ist es möglich, gezielt die Viskosität im Bereich des Zahneingriffes zu erhöhen, wenn der Zahneingriff drehmomentbelastet ist.
In Getrieben in Vorgelegebauweise und in Wandler-Automatikgetrieben sind in der Regel eine Mehrzahl von Radsätzen miteinander in Eingriff, von denen beispielsweise nur ein Radsatz ein Drehmoment überträgt. Gerade bei dem drehmomentübertragenden Radsatz ist es erforderlich, dass eine hinreichend hohe Viskosität im Bereich des Zahneingriffs vorhanden ist, um Abnutzungserscheinungen im Bereich der Verzahnungen zu vermeiden bzw. zu verringern.
Demzufolge ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, wenn jener Radsatz einer Mehrzahl von Radsätzen erfasst wird, über den ein Drehmoment übertragen wird, wobei eine Anregungsanordnung mit Energie versorgt wird, deren zugeordneter Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Zahneingriffes zwischen Zahnrädern genau jenes Radsatzes beinhaltet, um z. B. die Viskosität des rheologischen Schmierfluides im Bereich des drehmomentbelasteten Zahneingriffes zu erhöhen.
Generell ist es auch denkbar, eine Mehrzahl von Radsätzen zu erfassen, bei denen eine Gefahr einer Geräuschentwicklung (z. B. Losradrasseln) besteht, und dann die Viskosität im Bereich der zugeordneten Zahneingriffe zu erhöhen.
Diese Maßnahme kann alternativ oder zusätzlich zu der Maßnahme durchgeführt werden, dass ein Beeinflussungsabschnitt in Form eines Wellenabschnittes und eines Losradabschnittes beeinflusst wird, um derartige Getriebegeräusche zu verringern.
Bei den oben genannten Anregungsanordnungen und bei den nachfolgend noch zu erläuternden Anregungsanordnungen ist es zudem vorzugsweise möglich, das Maß der Beeinflussung der Viskosität zu verändern.
Folglich kann die Viskositätsbeeinflussung in dem jeweiligen Beeinflussungsabschnitt nicht nur nach dem Prinzip ”an/aus” erfolgen, sondern kann vorzugsweise in mehreren Schritten oder kontinuierlich zwischen einer Nichtbeeinflussung und einer maximalen Beeinflussung variiert werden.
Hierbei ist es in Kombination mit einem Beeinflussungsabschnitt im Bereich des Zahneingriffes möglich, die Schmierfilmdicke beispielsweise last- oder momentabhängig einzustellen. Bei einem Beeinflussungsabschnitt zwischen Losrad und Welle ist es beispielsweise möglich, die Kopplung dazwischen in Abhängigkeit von dem Maß der Rasselneigung einzustellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet ein Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Eingriffes von Lamellen einer nasslaufenden Lamellenkupplung.
Die Lamellenkupplung kann Teil einer Doppelkupplungsanordnung eines Doppelkupplungsgetriebes sein. Die Lamellenkupplung kann in einem abgetrennten Abschnitt innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sein, so dass in diesem abgetrennten Abschnitt ein anderes Schmierfluid vorhanden sein kann als in jenem Abschnitt des Getriebegehäuses, in dem das Stufengetriebe angeordnet ist. Beispielsweise kann die Lamellenanordnung mit ATF-Fluid betrieben werden, und das Stufengetriebe kann ein Schmierfluid auf der Grundlage von Hypoidöl beinhalten.
Alternativ ist es jedoch denkbar, für beide Komponenten (Lamellenkupplung und Stufengetriebe) dasselbe Schmierfluid zu verwenden, so dass ein gemeinschaftlicher Ölsumpf vorhanden ist.
Die Beeinflussung einer Lamellenkupplung durch Änderung der Viskosität zwischen den Lamellen kann zumindest in begrenztem Maße zum Betätigen der Lamellenkupplung verwendet werden. Beispielsweise könnte hierdurch bei einem Doppelkupplungsgetriebe auf eine nicht aktive Lamellenkupplung gezielt ein Schleppmoment aufgebracht werden, um auf diese Weise Geräusche in einem inaktiven Teilgetriebe des Stufengetriebes zu verringern. Auch könnte eine solche Viskositätsbeeinflussung dazu verwendet werden, um in die Regelung der elektrischen oder hydraulischen Betätigung einer solchen Lamellenkupplung einzugreifen, die beispielsweise auch Parameter wie die Viskosität bzw. die Temperatur des Schmierfluides regelmäßig beinhaltet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhaltet wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt eine Blende und/oder ein Ventil einer hydraulischen Aktuatoranordnung.
Eine derartige hydraulische Aktuatoranordnung kann beispielsweise zum Betätigen einer Lamellenanordnung und/oder zum Betätigen von Schaltkupplungen des Stufengetriebes verwendet werden.
Eine Ausführungsform einer derartigen Aktuatoranordnung beinhaltet eine Pumpe, deren Druckanschluss direkt mit einem Aktuator wie einem Zylinder oder dergleichen verbunden ist. Der Druck wird hierbei durch Einstellen der Drehzahl der Pumpe, die in der Regel über einen Elektromotor angetrieben wird, eingestellt. Zum Verbessern der Regelbarkeit ist der Druckanschluss dabei häufig über eine Blende mit einem Fluidsumpf verbunden. Im geschlossenen Zustand des Aktuators führt dies in der Regel zu einem ständigen Druckverlust, der durch Antrieb der Pumpe ausgeglichen werden muss.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme, die Viskosität des Schmierfluides (das vorzugsweise auch als Fluid für die Aktuatoranordnung verwendet wird) im Bereich der Blende zu verändern, kann beispielsweise bei geschlossener Reibkupplung die Viskosität im lokalen Bereich der Blende erhöht werden, um den Abfluss zu verringern. Hierdurch können der Wirkungsgrad und/oder die Regelbarkeit bei tiefen und hohen Temperaturen verbessert werden.
Generell ist es auch denkbar, die Funktionen von Ventilen innerhalb solcher Aktuatoranordnungen durch elektro- oder magnetrorheologische Ventile zu realisieren.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt ein Differential eines Ausgleichsgetriebes.
Bei Ausgleichsgetrieben kann es vorteilhaft sein, wenn durch Erhöhen der Viskosität eine gewisse Sperrwirkung des Differentials erzielbar ist, beispielsweise zum Anfahren auf Fahrbahnoberflächen mit unterschiedlichen Reibwerten für die Antriebsräder, die mit dem Differential gekoppelt sind.
Ferner ist es bevorzugt, wenn wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Abschnitt einer mechanischen Übertragungseinrichtung zwischen einem Gangschalthebel und einer Schaltkupplungsanordnung zum Ein- und Auslegen von Gangstufen beinhaltet. Hier kann beispielsweise die Haptik (z. B. die Kraft-Weg-Charakteristik an einem Gangschalthebel) den Wunschverläufen sehr gut angepasst werden. Ggf. kann bei handgeschalteten Getrieben auf ein Schaltgewicht verzichtet werden.
Die Getriebeanordnung beinhaltet vorzugsweise einen Temperatursensor, um die Temperatur des rheologischen Schmierfluides zu erfassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dabei vorteilhaft, wenn die Temperatur des Fluides erfasst wird und wenn die Anregungsanordnung in Abhängigkeit von der Temperatur mit Energie versorgt wird.
Hierdurch kann beispielsweise während einer Kaltlaufphase der Getriebeanordnung, bei der die Viskosität hoch ist, eine geringere Beeinflussung der Viskosität erfolgen, oder gar keine Beeinflussung der Viskosität, wohingegen in einer Warmlaufphase, wenn die Viskosität des rheologischen Schmierfluides aufgrund der erhöhten Temperatur ohnehin geringer ist, eine stärkere lokale Beeinflussung von wenigstens einem Beeinflussungsabschnitt erfolgt.
Bei allen oben beschriebenen Varianten von Anregungsanordnungen bzw. Beeinflussungsabschnitten ist es möglich, die Anregungsanordnung durch stationäre elektrische oder magnetische Pole bzw. Elektroden zu realisieren, zwischen denen der jeweilige Beeinflussungsabschnitt angeordnet ist.
Ferner ist es bei sämtlichen oben genannten Ausführungsformen möglich, die Anregungsanordnung mit elektrischen Kontaktelementen zu realisieren, so dass die hiermit kontaktierten Komponentenbauteile als Teil der Anregungsanordnung verwendet werden. Der Beeinflussungsabschnitt wird bei dieser Variante durch die relative Anordnung der Komponentenbauteile definiert. Mit anderen Worten bilden die Komponentenbauteile in diesem Fall selber Pole bzw. Elektroden, so dass ein dazwischen angeordnetes Schmierfluid hinsichtlich seiner Viskosität beinflussbar ist.
Generell ist es auch denkbar, die Komponentenbauteile selber als magnetisierbare Bauteile nach der Art von Elektromagneten auszugestalten.
Generell ist es möglich, die Energiequelle so anzusteuern, dass die Anregungsanordnung mit einem bestimmten Energiewert (z. B. einer bestimmten Spannung) beaufschlagt wird. Alternativ ist es möglich, die Energiequelle pulsierend anzusteuern, so dass eine pulsierende Beeinflussung der Viskosität und damit ggf. eine pulsierende Dämpfung von Schwingungen erreicht werden kann.
Bei einem Betätigungsabschnitt mit einem Wellenabschnitt und einem Losradabschnitt kann das Losrad je nach Relativdrehzahl in Bezug auf den Wellenabschnitt aktiv beschleunigt oder abgebremst werden, um auf diese Weise einen Synchronisierungsvorgang durchzuführen oder zu unterstützen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Kraftfahrzeuggetriebeanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Kraftfahrzeuggetriebeanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 weist einen Antriebsmotor 12 wie einen Verbrennungsmotor, einen Hybrid-Antriebsmotor oder einen Elektromotor auf. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine Getriebeanordnung 14. Die Getriebeanordnung 14 weist eine Kupplungsanordnung 16 auf, die als Anfahr- und Trennkupplung ausgebildet sein kann. Die Kupplungsanordnung 16 kann als einfache Kupplung oder als Doppelkupplung realisiert sein. Ferner beinhaltet die Getriebeanordnung 14 ein Stufengetriebe 18 in Vorgelegebauweise, das als manuelles Stufengetriebe, als automatisiertes Stufengetriebe oder als Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben ausgebildet sein kann. Die Getriebeanordnung 14 beinhaltet ferner ein Ausgleichsgetriebe 20, das in der Regel ein mechanisches Differential beinhaltet, mittels dessen Antriebsleistung auf zwei angetriebene Räder 22L, 22R verteilt wird.
Die Getriebeanordnung 14 ist schematisch in 1 vergrößert dargestellt. Die Getriebeanordnung 14 beinhaltet ein Getriebegehäuse 26, wobei innerhalb des Getriebegehäuses 26 eine Mehrzahl von Komponenten aufgenommen ist. Vorliegend ist schematisch angedeutet, dass in dem Getriebegehäuse 26 eine nasslaufende Reibkupplung in Form einer Lamellenkupplung 28 angeordnet ist. Ferner sind in dem Getriebegehäuse 26 eine Mehrzahl von Radsätzen angeordnet, von denen vorliegend der Übersichtlichkeit halber zwei dargestellt und mit 30A, 30B bezeichnet sind. Die Radsätze weisen jeweils ein Losrad 32A, 32B auf, das an einer Welle 34 drehbar gelagert ist. Ferner beinhalten die Radsätze 30A, 30B jeweils ein Festrad 36A, 36B, das an einer weiteren Welle 38 festgelegt ist. Die Zahneingriffe zwischen den Losrädern 32A, 32B und den Festrädern 36A, 36B sind in 1 schematisch bei 40A, 40B angedeutet.
In dem Getriebegehäuse 26 kann ferner ein Differential 42 des Ausgleichsgetriebes 20 angeordnet sein. Das Differential 42 kann jedoch auch in einem separaten Getriebegehäuse untergebracht sein.
In dem Getriebegehäuse 26 ist ein Schmierfluid 44 aufgenommen, das zum Schmieren und/oder Kühlen von Komponenten innerhalb des Getriebegehäuses 26 ausgelegt ist. Das Schmierfluid kann beispielsweise ein Getriebeöl sein. In einer Variante ist es möglich, dass ein einzelnes Schmierfluid mit einem einzelnen Fluidsumpf 46 zur Versorgung sämtlicher Komponenten innerhalb des Getriebegehäuses 26 vorgesehen ist. Alternativ ist es möglich, ein Schmierfluid 44 für das Stufengetriebe 18 vorzusehen, und ein weiteres Schmierfluid 44a für die nasslaufende Reibkupplung 28, so dass innerhalb des Getriebegehäuses ein weiterer Fluidsumpf 46a vorgesehen ist. Schließlich ist es möglich, für das Differential 42 ein eigenes Schmierfluid 44b vorzusehen, so dass innerhalb eines Getriebegehäuses des Ausgleichsgetriebes 20 ein eigener Fluidsumpf 46b vorhanden ist.
Wenigstens eines der Schmierfluide 44, 44a, 44b ist als rheologisches Schmierfluid ausgebildet, insbesondere als elektro- oder magnetorheologisches Schmierfluid. Dies bedeutet, dass das Schmierfluid jeweils die Funktion der Schmierung und/oder Kühlung einrichten kann, und gleichzeitig hinsichtlich seiner Viskosität beeinflussbar ist.
Die Getriebeanordnung 14 beinhaltet ferner eine Energiequelle 50, die innerhalb oder außerhalb des Getriebegehäuses 26 angeordnet sein kann. Die Energiequelle 50 stellt vorzugsweise an zwei Polen eine Spannung U bereit. Die Spannung kann vorzugsweise Werte größer 1.000 V erreichen. Die Energiequelle 50 kann in einer Ausführungsform zwei Anschlüsse +/– beinhalten, oder eine Mehrzahl derartiger Anschlüsse +/–.
Die Getriebeanordnung 14 beinhaltet ferner wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen 52, die innerhalb des Getriebegehäuses 26 angeordnet sind.
Einige Anregungsanordnungen beinhalten jeweils einen ersten und einen zweiten elektrischen oder magnetischen Pol 54, 56, die jeweils mit einem Anschluss der Energiequelle 50 verbindbar sind. Alternativ können die Anregungsanordnungen 52 ein erstes Kontaktelement 58 und ein zweites Kontaktelement 60 aufweisen, die Komponentenbauteile innerhalb des Getriebegehäuses 26 elektrisch kontaktieren und mit jeweils einem Anschluss der Energiequelle 50 verbunden sind. Ferner kann wenigstens ein Temperatursensor 62 vorgesehen sein, der die Temperatur des Schmierfluides 44 oder der Schmierfluide 44, 44a, 44b erfasst. Der Temperatursensor 62 ist mit einer Steuereinrichtung 63 verbunden, die die Energiequelle 50 ansteuert.
Eine erste Anregungsanordnung ist bei 52a gezeigt. Die Anregungsanordnung 52a beinhaltet einen ersten Pol 54a und einen zweiten Pol 54b. Die Pole 54a, 54b können durch zwei Elektroden gebildet sein, die mit Anschlüssen der Energiequelle 50 verbunden sind. Die Pole 54a, 54b können jedoch auch durch einen oder zwei Elektromagnete gebildet sein, die mit Anschlüssen der Energiequelle 50 verbunden sind. Die Pole 54, 54b sind so angeordnet, dass die nasslaufende Lamellenkupplung 28 dazwischen angeordnet ist, so dass die Viskosität des Schmierfluides im Bereich der nasslaufenden Lamellenkupplung 28 beeinflussbar ist. Die Pole 54a, 54b sind in 1 schematisch als Platten dargestellt, können jedoch auch durch halbringförmige Elemente ausgebildet sein.
In einer alternativen oder zusätzlichen Variante beinhaltet eine Anregungsanordnung 52b ein erstes Kontaktelement 58b und ein zweites Kontaktelement 60b. Das erste Kontaktelement 58b ist beispielsweise mit einem Ausgangsglied der nasslaufenden Lamellenkupplung 28 verbunden, und das zweite Kontaktelement 60b ist beispielsweise mit einem Eingangsglied der nausslaufenden Reibkupplung 28 verbunden. Folglich bilden das Eingangsglied und das Ausgangsglied der Kupplung 28 ”Elektroden”, so dass zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied vorhandenes Schmierfluid hinsichtlich seiner Viskosität beeinflussbar ist. Es versteht sich, dass die Kontaktelemente 58b, 60b ebenfalls mit Anschlüssen der Energiequelle 50 verbindbar sind.
Bei 60c' ist ein Kontaktelement gezeigt, das mit der Welle 38 verbunden ist, an der eine Mehrzahl von Festrädern 36A, 36B festgelegt ist.
Sofern eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen 52c vorgesehen wird, kann es vorteilhaft sein, dass diese Anregungsanordnungen 52c für jedes Losrad ein eigenes Kontaktelement 58c beinhalten, und für die Festräder ein gemeinschaftliches Kontaktelement aufweisen, das entweder mit einem Festrad elektrisch verbunden ist (bei 60c gezeigt) oder mit der zugehörigen Welle (bei 60c' gezeigt).)
Nachstehend werden weitere Ausführungsformen von Anregungsanordnungen erläutert, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell den Anregungsanordnungen 52a, 52b entsprechen können. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
Eine Anregungsanordnung 52c beinhaltet ein erstes Kontaktelement 58c und ein zweites Kontaktelement 60c. Das erste Kontaktelement 58c ist mit einem Losrad (beispielsweise 32A) elektrisch verbunden. Das zweite Kontaktelement 60c ist mit einem hiermit in Eingriff stehenden Festrad (z. B. 36A) verbunden. Hierdurch bilden die Zahnräder im Bereich des Zahneingriffes (z. B. 44A) ”Elektroden”, zwischen denen das Schmierfluid hinsichtlich der Viskosität beeinflussbar ist.
Die Kontaktelemente 58, 60, die oben beschrieben worden sind, können beispielsweise durch Gleitkontaktelemente, wie Schleifringe oder dergleichen ausgebildet sein.
Bei 52d ist eine weitere Anregungsanordnung gezeigt, die einen ersten Pol 54d und einen zweiten Pol 56d aufweist, wobei die Pole mit Anschlüssen der Energiequelle 50 verbindbar sind. Die Pole 54d, 56d sind auch auf axial gegenüberliegenden Seiten eines Verzahnungseingriffes 40B angeordnet, so dass das Schmierfluid im Bereich des Verzahnungseingriffes hinsichtlich seiner Viskosität beeinflussbar ist.
Bei 52e ist eine weitere Anregungsanordnung gezeigt, die einen Pol 54e und einen zweiten Pol 56e aufweist, wobei das Differential 42 zwischen diesen Polen angeordnet ist. Hierdurch kann ein Schmierfluid im Bereich des Differentials hinsichtlich seiner Viskosität beeinflusst werden, um beispielsweise eine Sperrwirkung des Differentials zu beeinflussen.
Bei 52f ist eine weitere Anregungsanordnung gezeigt, die einen ersten Pol 54f und einen zweiten Pol 56f aufweist. Die Pole 54f, 56f sind so angeordnet, dass zwischen ihnen eine Mehrzahl, vorzugsweise sämtliche Komponenten des Stufengetriebes 18 und/oder der Kupplungsanordnung 16 und/oder des Ausgleichsgetriebes 20 angeordnet sind. Mittels der Anregungsanordnung 52f lässt sich die Viskosität des Schmierfluides insgesamt und weitgehend einheitlich für sämtliche Komponenten dazwischen beeinflussen. Einer der Pole kann dabei in dem Fluidsumpf 46 angeordnet sein.
In 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Getriebeanordnung 14 gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Getriebeanordnung 14 entsprechen kann. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
In 2 ist eine Anregungsanordnung 52g gezeigt, die ein erstes Kontaktelement 58g und ein zweites Kontaktelement 60g aufweist. Das erste Kontaktelement 58g stellt eine elektrische Verbindung zu einem Losrad 32C her. Das zweite Kontaktelement 60g ist mit einer zugeordneten Welle 34 verbunden. Hierdurch kann die Viskosität des Schmierfluides zwischen dem Losrad 52C und der Welle 34 gezielt beeinflusst werden. Dies kann dazu benutzt werden, um die Drehzahlen von Welle 34 und Losrad 32C aneinander anzugleichen bzw. zu synchronisieren.
Demzufolge kann eine zugeordnete Schaltkupplung im einfachsten Fall als einfache Synchronisierung oder als Klauenkupplung ausgebildet sein, wie es in 2 bei 64 angedeutet ist.
Eine zweite Schaltkupplung 66 ist in 2 als Synchron-Schaltkupplung dargestellt und dient zur Verbindung der Welle 34 und eines weiteren Losrades 22D. Es versteht sich, dass Anregungsanordnungen 52g für jede Paarung von Welle und Losrad vorgesehen sein können.
Bei 70 ist ein Gangschalthebel dargestellt, der zur Betätigung insbesondere eines manuellen Schaltgetriebes dienen kann. Der Schalthebel 70 wird in einem an sich bekannten H-Schema betätigt. Der Gangschalthebel 70 ist über eine schematisch angedeutete mechanische Übertragungseinrichtung 74 mit einer Schaltmuffe eines Schaltkupplungspaketes (hier 64, 66) koppelbar.
Eine weitere Anregungsanordnung 52h kann einen ersten Pol 54h und einen zweiten Pol 56h beinhalten, wobei die Pole 54h, 56h der mechanischen Übertragungseinrichtung 74 zugeordnet sind. Hierdurch können ggf. Schaltgeräusche verringert werden und/oder eine Kraft-Weg-Kennlinie des Gangschalthebels 70 gezielt beeinflusst werden.
Bei 78 ist eine hydraulische Aktuatoranordnung innerhalb des Getriebegehäuses 26 dargestellt. Die hydraulische Aktuatoranordnung 78 beinhaltet eine Pumpe 80, deren Sauganschlüsse mit dem Fluidsumpf 46 verbunden sind. Der Druckanschluss der Pumpe 80 ist mit einem Aktuator 82, beispielsweise in Form eines Hydraulikzylinders verbunden, und zwar vorzugsweise direkt. Die Pumpe 80 wird vorzugsweise mittels eines Elektromotors angetrieben, so dass der von dem Aktuator 82 ausgeübte Druck durch Einstellen der Drehzahl der Pumpe 80 veränderbar ist. Der Druckanschluss der Pumpe 80 ist ferner über eine Blende 84 mit dem Fluidsumpf 46 verbunden. Ferner kann die hydraulische Aktuatoranordnung 78 ein Ventil 86 beinhalten.
Der Aktuator 82 kann zum Betätigen einer Kupplung der Kupplungsanordnung 16 oder zur Durchführung von Schaltvorgängen in dem Stufengetriebe 18 und/oder zum Ein- und Auslegen einer Parksperrenanordnung (nicht dargestellt) dienen.
Die Blende 84 ist bei dieser hydraulischen Aktuatoranordnung 78 vorgesehen, um die Regelbarkeit des Druckes des Aktuators 82 zu verbessern.
Vorliegend beinhaltet die Getriebeanordnung 14 eine weitere Anregungsanordnung 52i, die einen ersten Pol 54i und einen zweiten Pol 56i aufweist, wobei die Blende 84 zwischen den Polen 54i, 56i angeordnet ist, so dass durch die Blende 84 strömendes Schmierfluid hinsichtlich der Viskosität beeinflussbar ist. Dies ermöglicht es, in den Fällen, bei denen die Funktion der Blende zur Regelbarkeit nicht erforderlich ist (beispielsweise bei einer vollständig geschlossenen Reibkupplung) die Viskosität zu erhöhen, um den Durchfluss zu begrenzen und folglich den Wirkungsgrad der Aktuatoranordnung zu erhöhen.
In 2 ist ferner eine weitere Anregungsanordnung 52k gezeigt, die einen ersten Pol 54k und einen zweiten Pol 56k aufweist, wobei das Ventil 86 zwischen den Polen 54k, 56k angeordnet ist. Demzufolge kann das Ventil als rheologisches Ventil ausgebildet sein, dessen Funktion durch Beeinflussung der Viskosität des hierdurch strömenden Fluides erzielbar oder anpassbar ist.

Claims

Kraftfahrzeuggetriebeanordnung (14) mit einem Getriebegehäuse (26), in dem eine nasslaufende Reibkupplung (28), ein Stufengetriebe (18), das zur Einrichtung einer Mehrzahl von Gangstufen eingerichtet ist und eine Mehrzahl von Radsätzen (30) mit in Eingriff stehenden Zahnrädern (32, 36) aufweist, ein Ausgleichsgetriebe (20) zur Verteilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder (22) und/oder eine hydraulische Aktuatoranordnung (78) aufgenommen sind, wobei in dem Getriebegehäuse (26) wenigstens ein Schmierfluid (44) zur Schmierung und/oder Kühlung von wenigstens einer in dem Getriebegehäuse (26) aufgenommenen Komponente enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmierfluid (44) als rheologisches Schmierfluid ausgebildet ist, wobei in dem Getriebegehäuse (26) wenigstens eine elektrische und/oder magnetische Anregungsanordnung (52) so angeordnet ist, dass das rheologische Schmierfluid (44) wenigstens lokal in einem Beeinflussungsabschnitt in Bezug auf seine Viskosität gesteuert beeinflussbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsanordnung (52) mit einer steuerbaren Energiequelle (50) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsanordnung (52) einen ersten und einen zweiten elektrischen oder magnetischen Pol (54, 56) aufweist, zwischen denen der Beeinflussungsabschnitt angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsanordnung (52) ein erstes und ein zweites elektrisches Kontaktelement (58, 60) aufweist, wobei das erste Kontaktelement (58) mit einem ersten Komponentenbauteil verbunden ist, wobei das zweite Kontaktelement (60) mit einem zweiten Komponentenbauteil verbunden ist und wobei der Beeinflussungsabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Komponentenbauteil (58, 60) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite elektrische Kontaktelement (58, 60) als Gleitkontaktelement ausgebildet ist, um einen elektrischen Kontakt mit einem sich innerhalb des Getriebegehäuses (26) im Betrieb bewegenden Komponentenbauteil herzustellen.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Getriebegehäuse (26) eine Mehrzahl von Anregungsanordnungen (52) verteilt angeordnet ist, um die Viskosität des rheologischen Schmierfluids in räumlich getrennten Beeinflussungsabschnitten zu beeinflussen, wobei die Aktuatoranordnungen (52) vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Wellenabschnitt einer Getriebewelle (34) und einen Losradabschnitt eines an der Getriebewelle (34) drehbar gelagerten Losrades (32) aufweist, wobei der Wellenabschnitt und der Losradabschnitt im Betrieb über das rheologische Schmierfluid (44) miteinander gekoppelt sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Zahneingriffes (40) zwischen zwei Zahnrädern (32, 36) beinhaltet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Eingriffes von Lamellen einer nasslaufenden Lamellenkupplung (28) beinhaltet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt eine Blende (84) und/oder ein Ventil (86) einer hydraulischen Aktuatoranordnung (78) beinhaltet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt ein Differential (42) eines Ausgleichsgetriebes (20) beinhaltet.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Beeinflussungsabschnitt einen Abschnitt einer mechanischen Übertragungseinrichtung (74) zwischen einem Gangschalthebel (70) und einer Schaltkupplungsanordnung (64, 66) zum Ein- und Auslegen von Gangstufen beinhaltet.
Verfahren zum Betreiben einer Kraftfahrzeuggetriebeanordnung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit dem Schritt, die Anregungsanordnung (52) bedarfsweise mit Energie zu versorgen, um die Viskosität des rheologischen Schmierfluids (44) innerhalb des Beeinflussungsabschnittes zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 13, mit dem Schritt, die Temperatur des rheologischen Schmierfluids (44) zu erfassen, wobei die Aktuatoranordnung (52) in Abhängigkeit von der Temperatur mit Energie versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, mit dem Schritt, jenen Radsatz einer Mehrzahl von Radsätzen zu erfassen, über den ein Drehmoment übertragen wird, wobei eine Anregungsanordnung (52) mit Energie versorgt wird, deren zugeordneter Beeinflussungsabschnitt einen Bereich eines Zahneingriffes (40) zwischen zwei Zahnrädern (32, 36) jenes Radsatzes beinhaltet, um die Viskosität des rheologischen Schmierfluides (44) im Bereich des drehmomentbelasteten Zahneingriffes (40) zu erhöhen.