DE102013220991A1

DE102013220991A1 - Lastschaltgetriebe

Info

Publication number: DE102013220991A1
Application number: DE201310220991
Authority: DE
Inventors: Christian Langsenlehner
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Beschrieben wird ein Lastschaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Sekundärantrieb in Form eines Schwungradspeicher in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten An- oder Abtriebswelle (W1), einer zweiten An- oder Abtriebswelle (W2), einer Anzahl Achsen (A1, A2, A3) zwischen erster und zweiter An- oder Abtriebswelle (W1, W2), wobei die Achsen (A1, A2, A3) auf Seiten der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle (W1, W2) mit Übersetzungen (U1, U2) gekoppelt sind, mit wenigstens zwei schaltbaren Kupplungen (K11, K12, ..., K31, K32) in jeder Achse (A1, A2, A3), wobei in den Bereichen zwischen den Kupplungen (K11, K12, ..., K31, K32) weitere die Achsen A1, A2, A3) verbindende Übersetzungen (UZ) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe der Art von Anspruch 1.
In Kraftfahrzeugen finden Energiespeicher in Form von drehenden Schwungmassen, Schwungrädern Verwendung. Das Schwungrad wird in bestimmten Fahrsituationen – Bremsen – angetrieben und kann so in nachfolgenden Beschleunigungsphasen zusätzlich ein Drehmoment in den Antriebsstrang einleiten. Zwischen Schwungrad und dem Antriebsstrang ist ein Getriebe angeordnet, um eine optimale Anpassung des Schwungmassenpotentials an die vorliegende Fahrsituation zu bieten.
Aus der WO 2011/080512 A1 ist ein Schwungradspeicher mit einem Schaltgetriebe bekannt. Eine erste Welle – gekoppelt mit dem Schwungrad – ist mittels Übersetzungen mit einer Anzahl von Wellen gekoppelt, jede dieser Wellen ist mittels Übersetzungen mit einer zweiten Welle gekoppelt. In jeder dieser Wellen ist eine Mehrscheibenkupplung angeordnet, so dass der Drehmomentfluss zwischen der ersten und der zweiten Welle durch Schalten der Kupplungen einstellbar ist.
Die GB 2111612 A beschreibt ein Schaltgetriebe mit einer ersten Welle – Eingangswelle – und einer zweiten Welle – der Ausgangswelle. Die erste Welle ist mit Übersetzungen mit Welle gekoppelt. Diese Wellen weisen je eine Kupplung auf, welche über Übersetzungen mit der Ausgangswelle gekoppelt sind. Eingangs- und Ausgangswelle sind ebenfalls mit einer schaltbaren Kupplung koppelbar, so dass eine direkte Momentenübertragung möglich ist.
Die DE 30 26 219 A1 zeigt ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug mit einer Antriebsmaschine, einem Schwungrad und einem stufenlos variablen Getriebe. Vier Schaltkupplungen sind zwischen Antriebsmaschine und Schwungrad, zwischen Schwungrad und Zwischengetriebe, zwischen Antriebsmaschine und Abtriebswelle und zwischen Zwischengetriebe und Abtriebswelle.
Aus der DE 90 10 321 U1 geht eine Mehrfach-stufenlos-Getriebekombination für einen KFZ-Antrieb mit einem Gyrospeicher hervor. Den Stufenlos-Getriebekomponenten sind Schaltkupplungen zugeordnet, so dass die Stufenlos-Getriebekomponenten einzeln, in Gruppen, hintereinander und parallel kuppelbar sind.
Ein Energiespeichersystem für ein Fahrzeug mit einem Schwungmassenspeicher beschreibt die DE 10 2007 033 577 A1 . Dem Schwungmassenspeicher ist ein stufenloses variables Getriebe zugeordnet.
Es liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Getriebe in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Form bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Lastschaltgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß der Erfindung ist bevorzugt ein Lastschaltgetriebe für einen Sekundärantrieb (z.B. Schwungradspeicher) vorgesehen, mit einer ersten An- oder Abtriebswelle als Verbindung mit dem Sekundärantrieb, dem Schwungrad als Energiespeicher, einer zweiten An- oder Abtriebswelle als Verbindung zum Antriebsstrang, einer Anzahl N Achsen zwischen erster und zweiter An- oder Abtriebswelle, wobei die N Achsen auf Seiten der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle jeweils mit Übersetzungen gekoppelt sind, mit wenigstens zwei schaltbaren Kupplungen in jeder Achse, wobei in den Bereichen zwischen den Kupplungen weitere Übersetzungen angeordnet sind. Die Übersetzungen in einer Achse zwischen den Kupplungen (mit jeweils einer Verbindung zu einer Hälfte jeder Kupplung der Achse) – die Zwischenübersetzungen – sind durch eine der Kupplungen in der zugehörigen Achse schaltbar. Der Drehmomentfluss in der Achse kann so über die Zwischenübersetzung auf eine weitere Achse übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist somit die erste Welle mit dem Sekundärantrieb, dem Schwungrad als Energiespeichers verbunden, die zweite Welle mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges. Durch die schaltbaren Kupplungen, die auf Seiten der ersten und der zweiten Welle, der An- oder Abtriebswelle sowie der dazwischen angeordneten Übersetzungen sind eine Vielzahl von Übersetzungen schaltbar, wobei jede der Übersetzungen sich durch Schalten von zwei Kupplungen ergibt – die übrigen Kupplungen sind offen, übertragen dann kein Drehmoment. Der Gangwechsel, der Pfadwechsel erfolgt bevorzugt durch Schalten der Kupplungen in der Weise, dass ein fließender Übergang erzielt wird, also die geschalteten Kupplungen geöffnet und die dem vorgesehenen Gang, Übersetzungspfad entsprechenden Kupplungen fließend zugeschaltet werden.
Das erfindungsgemäße Lastschaltgetriebe weist eine Anzahl von N Achsen – des Weiteren auch als Wellen bezeichnet – auf, wobei jede der Wellen zwei Kupplungen – des Weiteren als Kupplungspaar bezeichnet – besitzt. Zwischen den Kupplungen ist eine weitere Übersetzungskopplung mit den Wellen angeordnet. Durch Schalten, d.h. Verbinden von jeweils zwei Kupplungen und das Öffnen der übrigen Kupplungen wird ein Drehmomentfluss zwischen der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle realisiert. Dabei ‚addieren‘ sich die Übersetzungen der einzelnen Übersetzungsstufen, also die in Drehmomentflussrichtung wirkenden Übersetzungen, welche durch die geschalteten Kupplungen wirksam werden. Durch die Anzahl Wellen und die Kupplungen werden die Übersetzungsstufen mehrfach genutzt, so dass eine hohe Zahl von Gesamtübersetzungen zwischen der ersten An- oder Abtriebswelle, dem Schwungrad und der zweiten An- oder Abtriebswelle, dem Antriebsstrang realisierbar ist. So kann in jedem Fahrgeschwindigkeitsbereich der Antriebsstrang mit jeder möglichen Betriebsdrehzahl des Sekundärantriebes gekoppelt werden – und zwar in beiden Richtungen, d.h. zum Treiben des Schwungrades und auch zur Einspeisung der Schwungradenergie in den Fahrzeugantrieb.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht drei Wellen mit jeweils zwei Kupplungen, also je einem Kupplungspaar vor, so dass sich insgesamt neun Gänge, neun unterschiedliche Übersetzungen zwischen der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle schalten lassen. Die Übersetzungen auf der Seite der ersten An- oder Abtriebswelle, auf der Seite der zweiten An- oder Abtriebswelle sowie die Übersetzungen zwischen den Kupplungen sind so gewählt, aufeinander abgestimmt, dass die einzelnen Gänge die gewünschten Übersetzungen aufweisen und dass die Stufung der einzelnen Gangübersetzungen bspw. möglichst gleich ist.
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht zwei Wellen mit jeweils zwei Kupplungen, also je einem Kupplungspaar vor, die wie in der vorigen Ausführungsform beschrieben je eine Übersetzung auf Seiten der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle sowie eine Übersetzung zwischen den Kupplungen besitzt. So entstehen vier Gänge, vier unterschiedliche Übersetzungen zwischen der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle.
Vorgesehen ist somit ein 4-Gang-Lastschaltgetriebe. Die erste An- oder Abtriebswelle, die mit dem Schwungrad gekoppelt ist, ist als Welle weitergeführt, stellt so eine der Achsen dar. Auf Seiten der ersten An- oder Abtriebswelle ist eine durch ein Zahnradpaar realisierte Übersetzung zu einer weiteren parallelen Welle, die zweite Achse hergestellt. Jede der beiden Wellen ist durch ein Kupplungspaar realisiert, wobei zwischen den Kupplungen eine weitere Übersetzung besteht – jeweils ein Zahnradpaar.
Die bei der Erfindung zum Einsatz kommenden Kupplungen sind bevorzugt als Mehrscheiben-Lammellenkupplungen ausgebildet. Bei den zum Einsatz kommenden Kupplungen ist jeweils ein Satz Scheiben an einer Kupplungsnabe und ein Satz der dazwischen angeordneten weiteren Scheiben an einem Kupplungskorb angelenkt.
Die Kupplungen, die Mehrscheiben-Lamellenkupplungen sind über zugerdnete Aktuatoren einzeln betätigbar. Die Aktuierung erfolgt bevorzugt aktiv, d.h. jede der Kupplungen wird durch eine entsprechende Beaufschlagung geschlossen. Die Beaufschlagung kann aktiv durch eine Hydraulik erfolgen, auch eine elektromagnetische Aktuierung kann vorgesehen sein. Die Kupplungen werden nach Aufheben der Aktuierung – keine Hydraulikdruck, kein Stromfluss – durch Federkraft geöffnet.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt ein Lastschaltgetriebe gemäß der Erfindung mit zwei Achsen A1, A2 und mit je einem Kupplungspaar K11/K12, K21/K22 pro Achse. Mit dem dargestellten Lastschaltgetriebe lassen sich bei kompakter Bauweise insgesamt vier Gänge, Übersetzungsstufen realisieren.
Ein Schwungmassenspeicher SMS, ein Schwungrad ist über eine erste An- oder Abtriebswelle W1 mit dem Lastschaltgetriebe verbunden. Die erste An- oder Abtriebswelle W1 stellt einen Teil der ersten Achse A1 des Lastschaltgetriebes dar. Über eine die erste Übersetzung U1 darstellendes Zahnradpaar ist die erste Achse A1, hier die erste An- oder Abtriebswelle W1 mit einem Teil der zweiten Achse A2 gekoppelt. Das zu der Übersetzung U1 zugehörige Zahnrad der zweiten Achse A2 ist über eine Hohlwelle mit der Kupplungsnabe der ersten Kupplung K21 der zweiten Achse verbunden. Die Kupplungsnabe der zweiten Kupplung K22 der zweiten Achse A2 ist mit der An- oder Abtriebswelle W2 verbunden, welche mit dem nicht dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
Die An- oder Abtriebswelle W1 der ersten Achse ist mit der Kupplungsnabe der ersten Kupplung K11 des Kupplungspaares der ersten Achse A1 verbunden. Die Kupplungsnabe der zweiten Kupplung K12 der ersten Achse A1 ist verbunden mit einem Zahnrad, welches mit einem weiteren Zahnrad der zweiten An- oder Abtriebswelle W2 kämmt und so die zweite Übersetzung U2 bildet.
Die Kupplungskörbe des Paares der Kupplungen K11, K12 der ersten Achse A1 sowie die Kupplungskörbe des Paares der Kupplungen K21, K22 der zweiten Achse A2 sind jeweils paarweise miteinander und über ein Zahnrad verbunden. Diese Zahnräder der Achsen A1 und A2 kämmen miteinander und realisieren so eine Zwischenübersetzung UZ.
Der Drehmomentfluss ist nun vom Schwungmassenspeicher SMS über die erste An- oder Abtriebswelle W1 auf die zweite An- oder Abtriebswelle W2 in insgesamt vier Stufen – Gesamtübersetzungen, Gängen – schaltbar.
Kupplung K11 offen, Kupplung K21 zu – über Kupplung K12 bzw. Kupplung K22 sind zwei Übersetzungsstufen schaltbar – insgesamt ergibt sich die Summenübersetzung U1 + ZU + U2 (K12 zu und K22 offen) bzw. U1 (K22 zu und K12 offen) – die Übersetzungen summieren sich indem die Übersetzungsverhältnisse multipliziert werden.
Kupplung K11 zu, Kupplung K21 offen – über die Kupplung K12 bzw. Kupplung K22 werden weitere zwei Übersetzungsstufen realisiert – insgesamt ergibt sich in diesem Fall als Summenübersetzung UZ (K12 offen und K22 zu) bzw. nur U2 (K12 zu und K22 offen).
2 zeigt prinzipiell ein Lastschaltgetriebe mit drei Achse A1, A2, A3, jeweils zwei Kupplungen K11, K12, ... K31, K32 und – wie im Beispiel nach 1 – einer ersten Übersetzung U1-12, U1-13, welche der ersten An- oder Abtriebswelle W1 zugeordnet ist, einer zweiten Übersetzung U2-12, U2-13, welche der zweiten An- oder Abtriebswelle (verbunden mit dem Antriebsstrang) W2 zugeordnet ist sowie einer Zwischenübersetzung UZ12, UZ13 zwischen den Kupplungen K11, K12, ..., K31, K32.
Im Unterschied zu der Ausführung von 1 ist die erste Übersetzungsstufe U1-12, U1-13 durch zwei Zahnradpaarungen realisiert, nämlich der Übersetzung U1-12 zwischen Achse 1 und Achse 2 sowie der Übersetzung U1-13 zwischen Achse 1 und Achse 3. Entsprechendes gilt für die zweite Übersetzungsstufe U2-12, U2-13, welche besteht aus einer Übersetzung U2-12 zwischen Achse 1 und Achse 2 und einer Übersetzung U2-13 zwischen Achse 1 und Achse 3. Die ersten Übersetzungsstufen U1-12, U1-13 sind realisiert durch zwei parallele Zahnradpaare – die erste An- oder Abtriebswelle W1 treibt zwei nebeneinander liegende Räder mit denen je ein Rad der Achse A2 bzw. A3 kämmt.
Die zwischen den Kupplungen K11, K12, ..., K31, K32 angeordneten Übersetzungen UZ12, UZ13 koppeln – in Abhängigkeit des Schaltzustandes der Kupplungen K11, K12, ..., K31, K32 die Achsen A1 mit A2 bzw. A1 mit A3. Die Schaltung der insgesamt neun Gänge bzw. Übersetzungsstufen ergibt sich analog zu dem Beispiel von 1.
Bezugszeichenliste

A1: Achse
A2: Achse
A3: Achse
SMS: Schwungmassenspeicher, Schwungrad
W1: erste An- oder Abtriebswelle
W2: zweite An- oder Abtriebswelle
U1: Übersetzungsstufe
U2: Übersetzungsstufe
U1-12, U1-13: Übersetzungsstufe
U2-12, U2-13: Übersetzungsstufe
UZ: Übersetzungsstufe
UZ12, UZ13: Übersetzungsstufe
K11–K32: Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/080512 A1 [0003]
GB 2111612 A [0004]
DE 3026219 A1 [0005]
DE 9010321 U1 [0006]
DE 102007033577 A1 [0007]

Claims

Lastschaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Sekundärantrieb in Form eines Schwungradspeicher in einem Kraftfahrzeug, mit einer ersten An- oder Abtriebswelle (W1), einer zweiten An- oder Abtriebswelle (W2), einer Anzahl Achsen (A1, A2, A3) zwischen erster und zweiter An- oder Abtriebswelle (W1, W2), wobei die Achsen (A1, A2, A3) auf Seiten der ersten und der zweiten An- oder Abtriebswelle (W1, W2) mit Übersetzungen (U1, U2) gekoppelt sind, mit wenigstens zwei schaltbaren Kupplungen (K11, K12, ..., K31, K32) in jeder Achse (A1, A2, A3), wobei in den Bereichen zwischen den Kupplungen (K11, K12, ..., K31, K32) weitere die Achsen A1, A2, A3) verbindende Übersetzungen (UZ) angeordnet sind.
Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1, die erste An- oder Abtriebswelle (W1) ist mit einem Schwungmassenspeicher (SMS), vorzugsweise mit einer Baugruppe eines Schwungrad des Kraftfahrzeuges, die zweite An- oder Abtriebswelle (W2) ist mit dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges verbunden.
Lastschaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, die erste An- oder Abtriebswelle (W1) ist über eine Anzahl von Zahnradpaaren (U1-12, U1-13) mit den Achsen (A1, A2, A3) gekoppelt.
Lastschaltgetriebe wenigstens nach Anspruch 1, die zweite An- oder Abtriebswelle (W2) ist über eine Anzahl von Zahnradpaaren (U2-12, U2-13) mit den Achsen (A1, A2, A3) gekoppelt.
Lastschaltgetriebe wenigstens nach Anspruch 1, die Kupplungen (K11, K12, ..., K31, K32) sind als Mehrscheiben-Lamellenkupplungen ausgebildet, mit je einem Kupplungskorb sowie einer Kupplungsnabe.
Lastschaltgetriebe wenigstens nach Anspruch 5, je Achse (A1, A2, A3) ist eine Welle angeordnet, welche die Kupplungsnaben des jeweiligen Kupplungspaares (K11, K12, ..., K31, K32) der Achse (A1, A2, A3) verbindet.
Lastschaltgetriebe vorzugsweise nach Anspruch 6, die ersten und/oder die zweiten Übersetzungen (U1, U2, U1-12, U1-13, U2-12, U2-13) zwischen der ersten An- oder Abtriebswelle (W1) und den Achsen (A1, A2, A3) und/oder der zweiten An- oder Abtriebswelle (W2) und den Achsen (A1, A2, A3) wirken auf die Kupplungskörbe der jeweiligen Kupplung (K11, K12, ..., K31, K32).