DE102013219229A1

DE102013219229A1 - 2-Gang-Automatikgetriebe für E-Antriebe

Info

Publication number: DE102013219229A1
Application number: DE201310219229
Authority: DE
Inventors: David Thomas; Uli Blümelhuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein 2-Gang Automatikgetriebe mit einem Freilauf und eine Fliehkraftkupplung, die so miteinander gekoppelt sind, dass automatisch bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl n von einem ersten in einen zweiten Gang geschaltet wird und bei Unterschreiten dieser Drehzahl n ein Schaltvorgang automatisch zurück in den ersten Gang erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft daher eine Getriebeanordnung ausgebildet als ein 2-Gang-Automatikgetriebe mit einer Fliehkraftkupplung, das in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen automatisch von einem ersten in einen zweiten Gang schalten kann und umgekehrt.
Gebiet der Erfindung
Getriebeanordnungen sind bereits in der unterschiedlichsten Ausgestaltung und zu unterschiedlichsten Zwecken verwirklicht worden. Als vorgegebene Betriebsbedingungen, welche ein Schalten der Getriebeanordnung bewirken, kommen beispielsweise die Antriebsdrehrichtung, das Antriebsdrehmoment oder die Antriebsdrehgeschwindigkeit in Betracht. Im Stand der Technik sind automatisierte Schaltgetriebe (ASG) in unterschiedlichster Bauart bekannt. ASG-Getriebe ermöglichen aufgrund spezieller Fahrprogramme der Getriebesteuerung die Kombination von erhöhtem Fahrkomfort durch eine benutzerfreundliche Getriebesteuerung mit der Wirtschaftlichkeit. Ein automatisiertes Schaltgetriebe ist ein herkömmliches Schaltgetriebe, das um automatisierte Schaltkomponenten erweitert wurde. Der grundsätzliche Unterschied zu einem Schaltgetriebe besteht darin, dass der Gangwechsel nicht vom Bediener, sondern in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen automatisch durchgeführt wird.
Bei einer klassischen ASG ist nachteilig, dass eine Zugkraftunterbrechung gegeben ist, da der Kraftfluss zum Schalten kurzzeitig unterbrochen werden muss. Weiter nachteilig ist die relativ lange Schaltdauer und das besonders unter Last fühlbare Schaltrucken. Das im Stand der Technik weiter bekannte und verbreitete Doppelkupplungsgetriebe (DKG) hat zwar diesen Nachteil beseitigt, da beim DKG Getriebe immer eine der beiden Kupplungen im Eingriff ist. Vorteilhaft ist, dass beim Öffnen der ersten Kupplung die zweite gleichzeitig schließen kann und so die Zugkraft nicht unterbrochen wird. Das DKG-Getriebe birgt aber andere Nachteile, wie z. B. der erhöhte Energieaufwand, um die Kupplungen im Ruhepunkt geschlossen zu halten und die aufwendigere Bauweise.
Aus der DE 20 2007 017 648 U1 ist ein mehrgängiges Automatikgetriebe in Planetenbauweise insbesondere für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, mehrere Planetenradsätze sowie Schaltelemente, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle bewirkt, wobei in jedem Gang drei der Schaltelemente geschlossen sind und bei einem Wechsel von einem Gang in den nachfolgend höheren oder niedrigeren Gang jeweils nur eines der zuvor geschlossenen Schaltelemente geöffnet und ein zuvor offenes Schaltelement geschlossen wird, wodurch sich eine Vielzahl von Gängen realisieren lassen.
Insbesondere für Zweirad-Elektrofahrzeuge im Bereich der „Urban Mobility” ist ein wie in der DE 20 2007 017 648 U1 angegebenes Getriebe zu komplex aufgebaut und sind auch die klassichen Getriebeaufbauten mit entweder hydrodynamischen Drehmomentwandlern, Planetengetrieben oder mechanisch-hydraulische Steuerungen zu komplex, zu schwer und auch für die Anwendung nicht ohne weiteres oder überhaupt geeignet.
Die DE 63902455 T2 beschäftigt sich mit einem stufenlos regelbaren Automatikgetriebe für Zweiradfahrzeuge. Dieses Getriebe umfasst ein Paar von Riemenscheiben, um die ein kontinuierlicher Riemen zur Bewegungsübertragung von der Antriebsscheibe zur Abtriebsscheibe gewickelt ist. Jede Riemenscheibe weist ein Paar Kegelscheiben auf, von denen eine Scheibe zur anderen Scheibe axial beweglich ist, um die Breite der von den Scheiben gebildeten Bahn einzustellen und so den Radius des Riemens auf der Riemenscheibe zu ändern. Bei stufenlos regelbaren Getrieben der vorgenannten Art wird die bewegliche Scheibe von einer der Riemenscheiben, normalerweise der Abtriebsscheibe, durch mindestens eine Feder zur anderen Scheibe auf der gleichen Riemenscheibe hingedrückt und die bewegliche Scheibe der anderen Riemenscheibe, normalerweise die Antriebsscheibe, wird mittels der Fliehkraft, die durch die Drehung der Körper erzeugt wird, welche sich zusammen mit der beweglichen Scheibe drehen und radial zu ihr beweglich sind, zur anderen Scheibe auf der gleichen Riemenscheibe gedrückt. Somit drücken die Körper beim Anstieg der Winkelgeschwindigkeit der Antriebsscheibe die bewegliche Scheibe zur anderen Scheibe und erhöhen dabei den Radius des Riemens auf der Antriebsscheibe und verringern jenen von der Abtriebsscheibe. Ein stufenlos regelbare Getriebe dieser Art umfasst desweiteren eine Fliehkraftkupplung, die zur Abtriebsscheibe nachgeschaltet ist.
Bei modernen Elektrofahrzeugen kommt hinzu, dass diese zunehmend über eine Energierückgewinnungseinrichtung mittels einer Rekuperation verfügen. Es ist daher zur Steigerung des Fahrkomforts wünschenswert, dass ein Automatikgetriebe verwendet wird, um den Schaltvorgang abhängig von einer Betriebssituation vorzunehmen, sowie um eine Rekuperation der Energie im Schubbetrieb ausgehend von jedem Gang zu ermöglichen. Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen zunächst in einen bestimmten Gang gewechselt werden muß, um die Rekuperation im Schubbetrieb zu nutzen, da der eine oder die mehreren anderen Gänge jeweils mit einem Freilauf ausgebildet sind, welcher eine Rekuperation verhindert. Beim Schaltvorgang in den Schubbetrieb kommt es jedes Mal zu einem verstärkten und spürbaren Schaltruck auf Grund des Eingreifens der Klauen in die Taschen des Sollgangrades. Dieser Umstand wird als unkomfortabel für den Fahrer wahrgenommen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeanordnung zu schaffen, die vorbesagte Nachteile überwindet, die konstruktiv einfach aufgebaut ist und eine universelle Anwendung, insbesondere in elektroangetriebenen Zweirad-Fahrzeugen ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, dass eine Getriebeanordnung mit zwei Kupplungen vorgeschlagen wird, die so funktional miteinander in Wirkverbindung stehen, dass das kraftschlüssige Ineingriffbringen der einen Kupplung automatisch das Außereingriffbringen der anderen Kupplung bewirkt. Sobald das Antriebssystem im unteren Drehzahlbereich anläuft indem die Antriebswelle z. B. von einem Elektromotor angetrieben wird, dann treibt diese zunächst über das erste Gangradpaar die Abtriebswelle an, welche gleichzeitig über die bestehende Abtriebsverbindung ein Kopplungsteil der Fliehkraftkupplung mitnimmt. Diese bleibt jedoch zunächst unterhalb der den Schaltpunkt für die Fliehkraftkupplung bestimmenden Antriebsdrehzahl außer Kupplungseingriff. Wenn die den Schaltpunkt bestimmende Antriebsdrehzahl erreicht wird, dann wird die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff gebracht und bewirkt ihrerseits durch Drehmomentänderung über die bestehende Abtriebsverbindung die Aktivierung des Freilaufs der Überhohlkupplung. Der Abtrieb erfolgt jetzt ausschließlich über die Fliehkraftkupplung. Auf diese Weise ist es möglich zwei Gangstufen in einer Antriebsvorrichtung zu realisieren.
Die Erfindung geht daher in ihrer allgemeinsten Form von einem Automatikgetriebe, vorzugsweise einem 2-Gang-Automatikgetriebe aus, welches automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen von einem ersten in einen zweiten Gang und umgekehrt schaltet. Das erfindungsgemäße Automatikgetriebe umfasst dabei eine Antriebswelle, die mit einem elektrischen Antrieb verbindbar ist, wobei diese ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes ersten Gangrad und ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes zweites Gangrad aufweist, sowie eine Abtriebswelle die mit einem, mit der Abtriebswelle mittels einer Überholkupplung verbundenen ersten Gangrad und einem, mit der Abtriebswelle über eine Fliehkraftkupplung gekoppelten zweiten Gangrad ausgebildet ist und Mittel (Kopplungsmittel) aufweist, durch welche in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff geschaltet wird.
Das erste Gangradpaar dient dabei zur Realisierung des 1. Ganges mit einem ersten Untersetzungsverhältnis, während das zweite Gangradpaar zur Realisierung des 2. Ganges mit einem zweiten Untersetzungsverhältnis dient.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht die Betriebsbedingung bei der die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff geschaltet wird, einer definierten Antriebsdrehzahl, bei der die Kopplungsmittel die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff bringen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für Zweirad-Elektrofahrzeuge wird das Automatik-Getriebe als 2-Gang-Automatik-Getriebe ausgebildet mit einem ersten und zweiten Gangradpaar. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist das erste Gangrad auf der Antriebswelle drehfest montiert. Dieses erste Gangrad bildet mit einem ersten auf der Abtriebswelle über eine Freilaufkupplung gelagerten Gangrad ein erstes Gangradpaar.
Das erfindungsgemäße Automatik-Getriebe ist weiter bevorzugt so ausgebildet, dass die Abtriebswelle über das erste Gangrad von dem ersten Gangrad der Antriebswelle mechanisch durch Kraftschluß über ein Kopplungsmittel in einer Antriebsrichtung drehend betätigt werden kann, wobei die zweiten Gangräder (2. Gangradpaar) in diesem Zustand voneinander entkoppelt sind. Die zweiten Gangräder sind bis zum Erreichen einer bestimmten Drehzahl nicht in Kraftschluss. In diesem Zustand ist die Fliehkraftkupplung nicht in Kupplungseingriff und besteht daher zwischen dem 2. Gangrad auf der Abtriebswelle und der Abtriebswelle kein Kraftschluss.
Ferner ist es vorgesehen, dass die Abtriebswelle über das zweite Gangrad von dem zweiten Gangrad der Antriebswelle mechanisch durch Kraftschluss über ein Kopplungsmittel in Antriebsrichtung drehend betätigt werden kann, sobald eine definierte Drehzahl übersteigt wird, wobei der Kraftschluß der beiden ersten Gangräder (1. Gangradpaar) durch die Aktivierung des Freilaufs der Überholkupplung bei dieser Drehzahl aufgehoben ist.
Gemäß einer vorteihaften Weiterbildung der Erfindung sind Kopplungsmittel vorgesehen, die als mittels Drehung der Abtriebswelle betätigbare (aktivierbare) Kopplungsmittel ausgebildet sind, die bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl, die den Schaltpunkt des Getriebes definiert, die Fliehkraftkupplung in Kupplungseingriff bringen. Anders ausgedrückt werden Kopplungsmittel zwischen dem Kupplungskorb für das 2. Gangrad auf der Abtriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehen, wodurch der Kraftschluss hergestellt wird, indem die Kopplungsmittel durch die Fliehkraft bei steigender Drehzahl nach außen gezogen werden, wodurch Kontakt zum Kupplungskorb hergestellt wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Kupplungseingriff der Fliehkraftkupplung, der Freilauf der Überholkupplung auf Grund der Drehmomentänderung aktiviert wird.
Auf diese Weise wird bewerkstelligt, dass beim Kupplungseingriff der Fliehkraftkupplung, das zweite Gangrad der Abtriebswelle mit dem zweiten Gangrad der Antriebswelle in kraftschlüssigen Eingriff gebracht wird, Gleichzeitig wird der Freilauf des 1. Gangrades auf Grund der Änderung der Momentenrichtung überholt.
Eine vorteilhafte konstruktive Ausbildung kann dadurch erzielt werden, dass das zweite Gangrad über ein Lager drehbar auf der Abtriebswelle gelagert ist, so dass beim Außereingriffbringen der Fliehkraftkupplung das Gangrad gegenüber der Abtriebswelle nicht mit gedreht wird. Die Kopplung zwischen der Abtriebswelle und dem zweiten Gangrad kann über Kopplungsmittel und einem drehfest auf der Abtriebswelle montierten Kupplungskorb hergestellt werden.
Im Hinblick auf die Übersetzung, ist das Getriebe so ausgelegt, dass ein größeres Untersetzungsverhältnis zwischen den ersten Gangrädern von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle besteht als zwischen den zweiten Gangrädern.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:
1 ein schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen 2-Gang-Automatikgetriebes mit einer Fliehkraftkupplung;
2 eine schematische Ansicht der drehzahlabhängigen Realisierung des 1. Gangs und des 2. Gangs mittels des in der 1 gezeigten 2-Gang-Automatikgetriebes.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Automatikgetriebes 1 gezeigt. Das Automatikgetriebe 1 ist als ein 2-Gang-Automatikgetriebe 1 mit einer Fliehkraftkupplung 30 ausgebildet, so dass automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen und zwar abhängig von der Drehzahl n von einem ersten in einen zweiten Gang und umgekehrt geschaltet wird, wie dies in 2 dargestellt ist.
Das Automatikgetriebe 1 umfasst eine Antriebswelle 10, die mit einem, mit der Antriebswelle 10 drehfest verbundenen ersten Gangrad 11 und ferner einem, mit der Antriebswelle 10 drehfest verbundenen zweiten Gangrad 12 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 10 ist von einer herkömmlichen nicht dargestellten Elektromaschine drehend antreibbar.
Das Automatikgetriebe 1 umfasst ferner eine Abtriebswelle 20 die mit einem, mit der Abtriebswelle 20 mittels einer Überholkupplung 23 verbundenen ersten Gangrad 21 und einem, mit der Abtriebswelle 20 über die Fliehkraftkupplung 30 gekoppelten zweiten Gangrad 22 ausgebildet ist. Ferner sind Mittel 24, 25, 26 vorgesehen, durch welche in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung, vorliegend in Abhängigkeit von der Drehzahl n, die Fliehkraftkupplung 30 in Kupplungseingriff mit der Abtriebswelle 20 geschaltet wird. Die Abtriebswelle 20 kann über das erste Gangrad 21 von dem ersten Gangrad 11 mechanisch durch Kraftschluß über ein Kopplungsmittel K1 in einer Antriebsrichtung drehend betätigt werden, wobei die zweiten Gangräder 12, 22 voneinander entkoppelt sind und daher kein Kraftschluß zwischen diesen besteht. In 2 ist dieser Zustand in der linken Ansicht gezeigt. Dabei ist der Freilauf 23 gesperrt.
Die Abtriebswelle 20 kann über das zweite Gangrad 22 von dem zweiten Gangrad 12 mechanisch durch Kraftschluss über ein Kopplungsmittel K2 in Antriebsrichtung drehend betätigt werden, sobald eine definierte Schwellwert-Drehzahl n erreicht wird, wobei der Kraftschluß der ersten Gangräder 11, 21 durch die Wirkung des Freilaufs der Überholkupplung bei dieser Drehzahl aufgehoben ist. Das bedeutet, dass bei der in 2 gezeigten rechten Ansicht der 2. Gang realisiert ist, bei dem der Freilauf überholt wurde. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass bei dieser Drehzahl der Kraftschluß zwischem dem Fliehkraftelement der Fliehkraftkupplung 30 und der Abtriebswelle 20 hergestellt wird und aufgrund der hierdurch Erzeugten Änderung der Momentenrichtung der Freilauf 23 überholt wird. Folglich besteht nur noch ein Kraftfluss zwischen dem zweiten Gangradpaar 12, 22.
Hierzu ist ein Kupplungskorb 25 zum Eingriff in das zweite Gangrad 22 vorgesehen, welcher drehfest auf der Abtriebswelle 20 gelagert ist, vorgesehen, wobei Mittel 26 als mittels Drehung der Abtriebswelle 20 betätigbare Kopplungsmittel ausgebildet sind, die bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl n, die den Schaltpunkt des Getriebes definiert, die Fliehkraftkupplung 30 in Kupplungseingriff bringen.
Das zweite Gangrad 22 ist selbst über ein Lager 24 frei drehbar auf der Abtriebswelle 20 gelagert.
In der 2 ist ferner schematisch dargestellt, dass ein größeres Untersetzungsverhältnis zwischen den ersten Gangrädern 11, 21 von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle besteht, als zwischen den zweiten Gangrädern 12, 22.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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 202007017648 U1 [0004, 0005]
DE 63902455 T2 [0006]

Claims

Automatikgetriebe (1), welches automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen von einem ersten in einen zweiten Gang und umgekehrt schaltet umfassend: – eine Antriebswelle (10), die mit einem, mit der Antriebswelle (10) drehfest verbundenen ersten Gangrad (11) und einem, mit der Antriebswelle (10) drehfest verbundenen zweiten Gangrad (12) ausgebildet ist; und – eine Abtriebswelle (20) die mit einem, mit der Abtriebswelle (20) mittels einer Überholkupplung (23) verbundenen ersten Gangrad (21) und einem, mit der Abtriebswelle (20) über eine Fliehkraftkupplung (30) gekoppelten zweiten Gangrad (22) ausgebildet ist; sowie – Mittel (24, 25, 26), durch welche in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung die Fliehkraftkupplung (30) in Kupplungseingriff geschaltet wird.
Automatik-Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Automatik-Getriebe (1) als 2-Gang-Automatik-Getriebe ausgebildet ist.
Automatik-Getriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (20) über das erste Gangrad (21) von dem ersten Gangrad (11) mechanisch durch Kraftschluß über ein Kopplungsmittel (K1) in einer Antriebsrichtung drehend betätigt werden kann, wobei die zweiten Gangräder (12, 22) voneinander entkoppelt sind.
Automatik-Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (20) über das zweite Gangrad (22) von dem zweiten Gangrad (12) mechanisch durch Kraftschluss über ein Kopplungsmittel (K2) in Antriebsrichtung drehend betätigt werden kann, sobald eine definierte Drehzahl übersteigt wird, wobei der Kraftschluß der ersten Gangräder (11, 21) durch die Wirkung des Freilaufs der Überholkupplung bei dieser Drehzahl aufgehoben ist.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (26) als mittels Drehung der Abtriebswelle (20) betätigbare Kopplungsmittel ausgebildet sind, die bei einer vorgegebenen Antriebsdrehzahl, die den Schaltpunkt des Getriebes definiert, die Fliehkraftkupplung (30) in Kupplungseingriff bringen.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kupplungseingriff der Fliehkraftkupplung (30), das zweite Gangrad (22) der Abtriebswelle (20) über Kopplungsmittel (K2) mit dem zweiten Gangrad (12) der Antriebswelle (10) in kraftschlüssigen Eingriff gebracht wird.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Kupplungseingriff der Fliehkraftkupplung (30), der Freilauf der Überholkupplung (23) auf Grund der Drehmomentänderung aktiviert wird.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gangrad (22) über ein Lager (24) drehbar auf der Abtriebswelle (20) gelagert ist.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kupplungskorb (25) zum Eingriff in das zweite Gangrad (22) drehfest auf der Abtriebswelle (20) gelagert ist.
Automatik-Getriebe (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein größeres Untersetzungsverhältnis zwischen den ersten Gangrädern (11, 21) von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle besteht als zwischen den zweiten Gangrädern (12, 22).