DE102013218615A1

DE102013218615A1 - Lastschaltautomatgetriebe

Info

Publication number: DE102013218615A1
Application number: DE102013218615.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schmid; Bernhard Fessler; Herbert Ott; Bernd Lutz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-09-17
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2015-03-19
Also published as: US20150080169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lastschaltautomatgetriebe, umfassend ein eine Getriebeeingangswelle (4), eine Getriebeausgangswelle (5), mehrere Radsätze (RS1, RS2, RS3) und Schaltelemente (A, B, D, E, F) aufweisendes Schaltgetriebe (2) sowie ein der Getriebeeingangswelle (4) vorgeschaltetes Anfahrelement (3). Es wird vorgeschlagen, dass das Anfahrelement (3) als Planetenradsatz (6) mit Hohlrad (9), Planetenträger (10) und Sonnenrad (12) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (9) und der Planetenträger (10) koppelbar und das Sonnenrad (12) arretierbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lastschaltautomatgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Lastschaltautomatgetriebe, insbesondere für Nutzfahrzeuge, weisen in der Regel ein als Drehmomentwandler ausgebildetes Anfahrelement auf, welches insbesondere eine Überhöhung des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmomentes bewirkt. Nachteilig bei einem derartigen Drehmomentwandler sind einerseits die durch den Schlupf zwischen Pumpen- und Turbinenrad verursachten hydraulischen Verluste und andererseits ein relativ hohes Gewicht des Wandlers.
In der DE 10 2008 041 887 A1 der Anmelderin wurde bei Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, den hydrodynamischen Drehmomentwandler durch eine Einganggetriebestufe mit hoher Übersetzung zu ersetzen, wobei die Eingangsgetriebestufe als Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger sowie einem Hohlrad ausgebildet ist. Das Hohlrad ist dabei mit dem Verbrennungsmotor und/oder der elektrischen Maschine koppelbar, der Planetenträger ist mit der Getriebeeingangswelle verbunden, und das Sonnenrad ist permanent gegenüber dem Getriebegehäuse festgehalten. Damit ergibt sich für das Planetengetriebe eine Standübersetzung. Durch die Eingangsgetriebestufe wird eine Erhöhung des Drehmoments der elektrischen Maschine um ca. 70 % erreicht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Lastschaltautomatgetriebe der eingangs genannten Art die Verluste des Anfahrelements zu verringern.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der bei einem Lastschaltautomatgetriebe bisher übliche Drehmomentwandler durch einen Planetenradsatz ersetzt, wobei das Hohlrad und der Planetenträger des Planetenradsatzes miteinander koppelbar und das Sonnenrad festsetzbar ist. Damit ergibt sich beim Anfahren eine Übersetzung zwischen Antriebswelle und Getriebeeingangswelle ins Langsame, d.h. das vom Verbrennungsmotor gelieferte Drehmoment wird – ähnlich wie beim hydrodynamischen Wandler – erhöht. Damit ist ein schnelles und leichtes Anfahren möglich. Insbesondere ergeben sich jedoch geringere Verluste, da hydraulische Verluste entfallen und lediglich Zahnreibungsverluste auftreten. Darüber hinaus ist das Gewicht des Automatgetriebes mit erfindungsgemäßem Anfahrelement niedriger gegenüber dem konventionellen Wandler.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform dient als Anfahrelement mindestens ein Schaltelement des Schaltgetriebes, d.h. die im Schaltgetriebe ohnehin vorhandenen Schaltelemente übernehmen zusätzlich eine Anfahrfunktion, also die Überbrückung der Drehzahldifferenz zwischen Antriebswelle bzw. Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle beim Anfahren.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenträger über eine Schaltkupplung mit der Antriebswelle koppelbar, d.h. beide Getriebeglieder, das Hohlrad und der Planetenträger, können miteinander „verblockt“ werden, sodass sie synchron laufen. Die Kupplung wird eingerückt, sobald der Anfahrvorgang beendet ist; damit entfällt die Anfahrübersetzung.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Sonnenrad bzw. die Sonnenradwelle – während des Anfahrvorganges – über einen Freilauf gegenüber dem Gehäuse abgestützt, d.h. festgehalten. Der Planetenradsatz arbeitet also während des Anfahrvorganges mit einer Standübersetzung zwischen Hohlrad und Planetenträger. Wie bereits erwähnt, ergibt sich eine Übersetzung ins Langsame und damit eine Überhöhung des Drehmoments an der Getriebeeingangswelle.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad direkt mit der Antriebswelle verbunden, d.h. der Verbrennungsmotor treibt direkt auf das Hohlrad des Planetenradsatzes.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Hohlrad mit einer elektrischen Maschine koppelbar, wobei die elektrische Maschine vorzugsweise die Funktion eines Starter-Generators erfüllt. Der Verbrennungsmotor kann somit über die elektrische Maschine gestartet werden (Starterfunktion), oder die elektrische Maschine wird über den Verbrennungsmotor angetrieben (Generatorfunktion).
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Lastschaltautomatgetriebes mit erfindungsgemäßem Anfahrelement und
2 eine konstruktive Ausführung des Anfahrelementes mit einer integrierten elektrischen Maschine.
1 zeigt ein Lastschaltautomatgetriebe 1, im Folgenden kurz Automatgetriebe 1 genannt, welches eine Antriebsseite AN, eine Abtriebsseite AB, ein Schaltgetriebe 2 und ein Anfahrelement 3 umfasst. Das Schaltgetriebe 2 weist eine Getriebeeingangswelle 4 und eine Getriebeausgangswelle 5, drei Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 sowie fünf Schaltelemente A, B, D, E, F auf. Mit dem Schaltgetriebe 2 können sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang geschaltet werden. Zwischen der Antriebsseite AN und der Getriebeeingangswelle 4 ist das Anfahrelement 3 angeordnet, welches einen Planetenradsatz 6, eine Schaltkupplung 7 sowie einen Freilauf 8 aufweist. Der Planetenradsatz 6 umfasst ein Hohlrad 9 mit Hohlradträger, einen Planetenträger 10 mit Planeten 11 sowie ein Sonnenrad 12 mit Sonnenradwelle 12a. Das Anfahrelement 3 wird durch eine von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor angetriebene Antriebswelle 13 angetrieben, welche einerseits über den Hohlradträger 9a mit dem Hohlrad 9 und andererseits mit der Eingangsseite (Innenlamellenträger) der Kupplung 7 verbunden ist. Der Planetenträger 10, auch Stegwelle 10 genannt, ist einerseits mit der Ausgangsseite (Außenlamellenträger) der Kupplung 7 und andererseits mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Das Sonnenrad 12 ist über die Sonnenradwelle 12a mit einem gehäuseseitig abgestützten Freilauf 8 verbunden. Hohlrad 9, Planeten 11 sowie Sonnenrad 12 stehen miteinander in ständigem Zahneingriff.
Das Automatgetriebe 1 mit dem erfindungsgemäßen Anfahrelement 3 arbeitet wie folgt:
Beim Anfahren ist die Kupplung 7 geöffnet, und das Sonnenrad 12 wird über den Freilauf 8 festgehalten. Damit ergibt sich für das Planetengetriebe 6 eine Standübersetzung vom Hohlrad 9 auf die Stegwelle 10, d.h. eine Übersetzung ins Langsame (von der Antriebsseite AN zur Abtriebsseite AB gesehen). Das über die Antriebswelle 13 vom Verbrennungsmotor eingeleitete Drehmoment wird somit überhöht. Der Anfahrvorgang erfolgt über eine Anfahrkupplung, deren Funktion vom Schaltelement A (Kupplung) und vom Schaltelement F (Bremse) des Schaltgetriebes 2 wahrgenommen wird. Die Kupplung A ist zu Beginn des Anfahrvorganges geschlossen, sodass das Drehmoment über das Sonnenrad in den Radsatz RS3 eingeleitet wird. Durch ein kontrolliertes Schließen der Bremse F wird das Hohlrad des Radsatzes RS3 abgebremst, sodass der Abtrieb über die Stegwelle des Radsatzes RS3 auf die Getriebeabtriebswelle 5 erfolgen kann.
Sobald der Anfahrvorgang beendet ist, wird die Kupplung 7 geschlossen, sodass die Stegwelle 10 und das Hohlrad 9 starr miteinander verbunden, d.h. „verblockt“ sind. Das Hohlrad 9 und die Stegwelle 10 laufen dann synchron um. Der Freilauf 8 ist entsperrt, sodass das Sonnenrad 12 lose mitlaufen kann. Das vom Verbrennungsmotor gelieferte Drehmoment wird jetzt eins zu eins auf die Getriebeeingangswelle 4 übertragen. Die Anfahrübersetzungsstufe ist entfallen.
2 zeigt ein Anfahrelement 20, welches eine konstruktive Ausführung des in 1 schematisch dargestellten Anfahrelementes 3 bildet. Das Anfahrelement 20 umfasst ein aus Hohlrad 21, Planetenträger 22 mit Planetenrad 23 sowie Sonnenrad 24 bestehendes Planetengetriebe. Das Hohlrad 21 ist mit einem Hohlradträger 21a verbunden, welcher in einem Gehäuse 25 gelagert ist. Zwischen dem Planetenträger 22 und dem Hohlradträger 21a ist eine als Lamellenkupplung 26 ausgebildete Schaltkupplung angeordnet, welche einen mit dem Hohlradträger 21a verbundenen Innenlamellenträger 26a und einen mit dem Planetenträger 22 verbundenen Außenlamellenträger 26a aufweist. Der Planetenträger 22 respektive die Stegwelle 22 und das Hohlrad 21 können somit getrennt voneinander laufen oder miteinander verblockt werden. Das Sonnenrad 24 ist auf nicht näher erläuterte Weise mit einem Freilauf (ohne Bezugszahl) verbunden. Die Stegwelle 22 wird mit einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle verbunden. Soweit entspricht das Anfahrelement 20 der Darstellung in 1.
Zusätzlich ist in 2 eine elektrische Maschine 27 in das Anfahrelement 20 integriert. Die elektrische Maschine 27 weist einen mit dem Gehäuse 25 verbundenen Stator 27a sowie einen mit dem Hohlradträger 21a verbundenen Rotor 27b auf. Die elektrische Maschine 27 erfüllt die Funktion eines Starter-Generators und kann somit entweder den Verbrennungsmotor starten oder vom Verbrennungsmotor als Generator angetrieben werden. Eine Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) ist ebenfalls möglich.
Bezugszeichenliste

1: Lastschaltautomatgetriebe (Automatgetriebe)
2: Schaltgetriebe
3: Anfahrelement
4: Getriebeeingangswelle
5: Getriebeausgangswelle
6: Planetenradsatz
7: Kupplung
8: Freilauf
9: Hohlrad
9a: Hohlradträger
10: Planetenträger
11: Planetenrad
12: Sonnenrad
12a: Sonnenradwelle
13: Antriebswelle
20: Anfahrelement
21: Hohlrad
21a: Hohlradträger
22: Planetenträger
23: Planetenrad
24: Sonnenrad
25: Gehäuse
26: Lamellenkupplung
26a: Innenlamellenträger
26b: Außenlamellenträger
27: E-Maschine
27a: Stator
27b: Rotor
AN: Antriebsseite
AB: Abtriebsseite
RS1, RS2, RS3: Radsätze
A, B, D, E, F: Schaltelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008041887 A1 [0003]

Claims

Lastschaltautomatgetriebe, umfassend ein eine Getriebeeingangswelle (4), eine Getriebeausgangswelle (5), mehrere Radsätze (RS1, RS2, RS3) und Schaltelemente (A, B, D, E, F) aufweisendes Schaltgetriebe (2) sowie ein der Getriebeeingangswelle (4) vorgeschaltetes Anfahrelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (3, 20) als Planetenradsatz (6) mit Hohlrad (9, 21), Planetenträger (10, 22) und Sonnenrad (12, 24) ausgebildet ist, wobei das Hohlrad (9, 21) und der Planetenträger (10, 22) koppelbar und das Sonnenrad (12, 24) arretierbar sind.
Lastschaltautomatgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (3) eine Anfahrkupplung umfasst, welche als mindestens ein Schaltelement (A, F) des Schaltgetriebes (2) ausgebildet ist.
Lastschaltautomatgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (10, 22) über eine Schaltkupplung (7, 26) mit dem Hohlradträger (9a, 21a) koppelbar ist.
Lastschaltautomatgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (12) über einen gehäusefesten Freilauf (8) arretierbar ist.
Lastschaltautomatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (3, 20) von einer mit einem Verbrennungsmotor verbundenen Antriebswelle (13) antreibbar und das Hohlrad (9) direkt mit der Antriebswelle (13) gekoppelt ist.
Lastschaltautomatgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (9) zusätzlich mit dem Rotor (27b) einer elektrischen Maschine (27) koppelbar ist.