DE102013223601A1

DE102013223601A1 - Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102013223601A1
Application number: DE102013223601.8A
Authority: DE
Inventors: Jerome Malitourne
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem automatisierten Getriebe, das ein erstes und ein zweites Teilgetriebe umfasst, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine, wie einem Verbrennungsmotor, verbindbar sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Teilgetriebe über ein Differenzial und eine Kupplung antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem automatisierten Getriebe, das ein erstes und ein zweites Teilgetriebe umfasst, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine, wie einem Verbrennungsmotor, verbindbar sind.
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 03/081067 A1 ist ein Doppelkupplungssystem für ein Doppelkupplungsgetriebe mit zumindest zwei Kupplungen bekannt, welche jeweils einen Kupplungsdeckel aufweisen, an denen zumindest ein die Kupplungen betätigendes Ausrücksystem befestigt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebsstrang mit einem automatisierten Getriebe, das ein erstes und ein zweites Teilgetriebe umfasst, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine, wie einem Verbrennungsmotor, verbindbar sind, zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem Antriebsstrang mit einem automatisierten Getriebe, das ein erstes und ein zweites Teilgetriebe umfasst, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine, wie einem Verbrennungsmotor, verbindbar sind, dadurch gelöst, dass die Teilgetriebe über ein Differenzial und eine Kupplung antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbindbar sind. Das automatisierte Getriebe mit den beiden Teilgetrieben wird auch als Parallelschaltgetriebe bezeichnet. Herkömmliche Parallelschaltgetriebe werden über ein Doppelkupplungssystem geschaltet, wie es zum Beispiel in der internationalen Veröffentlichung WO 03/081067 A1 offenbart ist. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird eine Kupplung des bekannten Doppelkupplungssystems durch ein Differenzial ersetzt. Dadurch kann eine Kupplung eingespart werden. Der dadurch eingesparte axiale Bauraum kann vorteilhaft für die Unterbringung einer Elektromaschine genutzt werden, insbesondere in einem Hybridantriebsstrang. Das Differenzial benötigt, insbesondere bei einer Anordnung im Getriebe, keinen zusätzlichen axialen Bauraum beziehungsweise deutlich weniger axialen Bauraum als die eingesparte Kupplung. Beide Teilgetriebe können gleichzeitig Drehmoment übertragen, wobei über das Differenzial sichergestellt ist, dass die beiden Teilgetriebe mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren können. Dadurch können insgesamt 2n + 1 Gänge realisiert werden. Das automatisierte Getriebe ist zum Beispiel als Neunganggetriebe mit Parksperre und Rückwärtsgang ausgeführt. Das Neunganggetriebe hat zum Beispiel fünf physikalische Gänge, die auch als Hauptgänge bezeichnet werden, und vier virtuelle Gänge, die auch als Zwischengänge bezeichnet werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teilgetriebe über die Kupplung oder das Differenzial antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbindbar ist. Das erste Teilgetriebe kann also entweder über das Differenzial oder über die einzige Kupplung antriebsmäßig direkt mit der Antriebsmaschine, insbesondere dem Verbrennungsmotor, verbunden werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Teilgetriebe nur über das Differenzial antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine verbindbar ist. Das zweite Teilgetriebe wird ausschließlich über das Differenzial angetrieben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial als Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern, Planetenradpaaren und einem Planetenträger ausgeführt ist. Das Differenzial ist über den Planetenträger vorteilhaft fest beziehungsweise drehfest mit einer Kurbelwelle der Antriebsmaschine verbunden. Die beiden Sonnenräder sind vorteilhaft mit Eingangswellen der Teilgetriebe verbunden. Über die Planetenradpaare sind die Sonnenräder vorteilhaft mit dem Planetenträger gekoppelt. Über unterschiedliche Zahnradpaare in den Teilgetrieben können, zum Beispiel mittels Klauenkupplungen, unterschiedliche Gänge realisiert werden. Das erste Teilgetriebe dient vorteilhaft zur Darstellung von ungeraden Gängen. Das zweite Teilgetriebe dient vorteilhaft zur Darstellung von geraden Gängen. Darüber hinaus sind durch die beiden Teilgetriebe Zwischengänge darstellbar. Mit dem zweiten Teilgetriebe kann zusätzlich ein Rückwärtsgang dargestellt werden. Mit dem ersten Teilgetriebe kann zusätzlich eine Parkstellung dargestellt werden. Das als Planetengetriebe ausgeführte Differenzial umfasst kein Hohlrad.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger mehrere Planetenradpaare mit jeweils einem ersten Planetenrad, das sich in Eingriff mit einem ersten Sonnenrad befindet, und mit einem zweiten Planetenrad trägt, das sich in Eingriff mit einem zweiten Sonnenrad befindet, wobei sich die ersten und zweiten Planetenräder der Planetenradpaare zusätzlich miteinander in Eingriff befinden. Die Planetenradpaare sind vorteilhaft in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Um die Herstellung zu vereinfachen, sind die Planeten der beiden Teilgetriebe vorteilhaft identisch ausgeführt. Das Planetengetriebe umfasst vorteilhaft drei Planetenradpaare, die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial zwischen den beiden Teilgetrieben in einem Getriebegehäuse angeordnet ist. Das liefert den Vorteil, dass für die Schmierung des Differenzials der gleiche Schmiermittelkreislauf wie für die Teilgetriebe verwendet werden kann. Die Kupplung ist vorteilhaft als trockene Reibungskupplung ausgeführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial in die Kupplung integriert ist. Daraus ergeben sich Vorteile im Hinblick auf das für die Kupplung benötigte Drehmoment.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilgetriebe über das Differenzial und/oder die Kupplung antriebsmäßig mit einer weiteren Antriebsmaschine, wie einer Elektromaschine, verbindbar sind. Die Elektromaschine kann in dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang in Kombination mit der Kupplung und dem Differenzial vorteilhaft unterstützend bei der Synchronisierung verwendet werden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind die beiden Teilgetriebe über das Differenzial und/oder die Kupplung antriebsmäßig mit zwei Elektromaschinen verbindbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang mit der Antriebsmaschine und der weiteren Antriebsmaschine als Hybridantriebsstrang ausgeführt ist. Durch die Kombination der Kupplung mit dem Differenzial wird besonders vorteilhaft auch die Darstellung eines Parallelschaltgetriebes in einem Hybridantriebsstrang ermöglicht, der zusätzlich zu einem primären Antrieb, wie einem Verbrennungsmotor, mindestens eine Elektromaschine als sekundären Antrieb umfasst.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Antriebsstrangs.
Im Betrieb des Antriebsstrangs mit den beiden Teilgetrieben kommt das erfindungsgemäße Differenzial insbesondere dann zum Tragen, wenn in den Teilgetrieben gleichzeitig Gänge eingelegt sind. Dann kommt es in Abhängigkeit von dem jeweils in Eingriff befindlichen Zahnrädern zu Drehzahldifferenzen.
Diese Drehzahldifferenzen werden mit dem Differenzial ausgeglichen. Bei gleichzeitigem Betrieb der beiden Teilgetriebe weist eine Abtriebswelle des automatisierten Getriebes eine durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegebene Winkelgeschwindigkeit auf. Über ein zusätzliches herkömmliches Differenzial, zum Beispiel ein Ausgleichsgetriebe, wird die vorgegebene Winkelgeschwindigkeit auf Teilgetriebewellen übertragen.
Durch die unterschiedlichen Übersetzungen der Teilgetriebe bewegen sich die Planetenräder des Differenzials mit einer entsprechenden Drehzahldifferenz. Der Planetenträger hat dann eine mittlere Geschwindigkeit. Das Drehmoment wird jeweils zu fünfzig Prozent übertragen.
Dadurch können auf einfache Art und Weise Zwischengänge dargestellt werden. Im Unterschied zu den Zwischengängen, bei denen die Kupplung geöffnet ist, ist die Kupplung zur Darstellung von Hauptgängen geschlossen. Wenn die Kupplung geschlossen ist, ermöglicht das Differenzial keine Differenzgeschwindigkeit.
Der Planetenträger des Differenzials ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Blechteil ausgeführt. Das Blechteil ist vorteilhaft von der Antriebswelle radial nach außen geführt. Über entsprechende Wellen sind an dem als Blechteil ausgeführten Planetenträger die Planetenräder gelagert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem automatisierten Getriebe, das zwei Teilgetriebe umfasst, die über ein Differenzial und eine Kupplung antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine verbindbar sind, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 einen ähnlichen Antriebsstrang wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
3 einen ähnlichen Antriebsstrang wie in den 1 und 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit zwei Elektromaschinen.
In den 1 bis 3 ist ein Antriebsstrang 1; 41; 51 gemäß drei Ausführungsbeispielen vereinfacht dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden wird zunächst auf die Gemeinsamkeiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele eingegangen. Anschließend wird auf die Unterschiede zwischen den drei Ausführungsbeispielen eingegangen.
Der Antriebsstrang 1; 41; 51 umfasst eine Antriebsmaschine 4, die als Brennkraftmaschine ausgeführt ist. Der Antriebsstrang 1; 41; 51 dient zum Antrieb eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs mit mindestens zwei angetriebenen Rädern. Daher wird die als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine 4 auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Von der Antriebsmaschine 4 ist in den 1 bis 3 nur symbolisch eine Kurbelwelle 5 angedeutet.
Der Antriebsstrang 1; 41; 51 umfasst neben der als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 4 noch eine Elektromaschine 8. Bei der Elektromaschine 8 handelt es sich zum Beispiel um einen Startergenerator, der dazu dient, die als Brennkraftmaschine ausgeführte Antriebsmaschine 4 zu starten. Bei der Elektromaschine 8 kann es sich aber auch um einen sekundären Antrieb handeln, wenn der Antriebsstrang 1; 41; 51 als Hybridantriebsstrang mit zwei Antrieben ausgeführt ist.
Die Kurbelwelle 5 der Antriebsmaschine 4 ist über eine Kupplung 10 antriebsmäßig mit einem automatisierten Getriebe 20 verbindbar beziehungsweise verbunden. Die Kupplung 10 ist als trockene Reibungskupplung ausgeführt und in einer Kupplungsglocke 11 angeordnet.
Die trockene Reibungskupplung umfasst eine mit Reibbelägen versehene Kupplungsscheibe 12, die zur Drehmomentübertragung zwischen zwei Anpressplatten oder Druckplatten einklemmbar ist. Die Anpressplatten oder Druckplatten der Kupplung 10 sind über einen Drehschwingungsdämpfer 14 mit der Kurbelwelle 5 gekoppelt.
Das automatisierte Getriebe 20 umfasst ein erstes Teilgetriebe 21 und ein zweites Teilgetriebe 22. Das erste Teilgetriebe 21 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 23. Das zweite Teilgetriebe 22 umfasst eine zweite Getriebeeingangswelle 24.
Das erste Teilgetriebe 21 umfasst eine erste Getriebeausgangswelle 25. Das zweite Teilgetriebe 22 umfasst eine zweite Getriebeausgangswelle 26. Das zweite Teilgetriebe 22 umfasst zur Darstellung eines Rückwärtsgangs eine zusätzliche Getriebewelle 27.
Die Getriebewellen 23 bis 27 sind parallel zueinander in einem Getriebegehäuse 29 angeordnet. Die Kupplungsglocke 11 mit der Kupplung 10 ist an das Getriebegehäuse 29 mit den beiden Teilgetrieben 21 und 22 angebaut.
Die Elektromaschine 8 ist ebenfalls an das Getriebegehäuse 29 angebaut. Dabei ist das Getriebegehäuse 29 mit dem Getriebe 20 zwischen der Kupplungsglocke 11 mit der Kupplung 10 und der Elektromaschine 8 angeordnet.
Ein Differenzial 30 ist in dem Getriebegehäuse 29 zwischen die beiden Teilgetriebe 21 und 22 geschaltet. Das Differenzial 30 ist als Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad 31 und einem zweiten Sonnenrad 32 ausgeführt.
Das erste Sonnenrad 31 ist der ersten Getriebeeingangswelle 23 zugeordnet. Das zweite Sonnenrad 32 ist der zweiten Getriebeeingangswelle 24 zugeordnet.
Das erste Sonnenrad 31 kämmt mit einem ersten Planetenrad 33. Das zweite Sonnenrad 32 kämmt mit einem zweiten Planetenrad 34. Die beiden Planetenräder 33, 34 kämmen zudem miteinander. Die miteinander kämmenden Planetenräder 33, 34 stellen ein Planetenradpaar 35 dar.
Das Differenzial 30 umfasst insgesamt drei Planetenradpaare 35, deren Planetenräder 33, 34 an einem Planetenträger 36 drehbar gelagert sind. Der Planetenträger 36 ist drehfest mit einer Antriebswelle 28 verbunden. Die Antriebswelle 28 ist über den Drehschwingungsdämpfer 14 antriebsmäßig mit der Kurbelwelle 5 der Antriebsmaschine 4 verbunden.
Das erste Sonnenrad 31 des Differenzials 30 ist über die erste Getriebeeingangswelle 23 drehfest mit der Kupplungsscheibe 12 der Kupplung 10 verbunden. Das zweite Sonnenrad 32 des Differenzials 30 ist drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 24 verbunden. Über die Planetenräder 33 und 34 des Differenzials 30 sind die beiden Getriebeeingangswellen 23 und 24 miteinander verbunden.
Mit dem in 1 dargestellten Antriebsstrang 1 können fünf Hauptgänge und vier Zwischengänge eine Parkstellung P und ein Rückwärtsgang dargestellt werden. In der folgenden Schalttabelle zu 1 sind die beiden Teilgetriebe 21 und 22 mit TG1 und TG2 bezeichnet.

Die Kupplung 10 ist in der folgenden Schalttabelle zu 1 mit K bezeichnet. Schalttabelle zu Figur 1:

Gang	TG1	TG2	K
Motor-Start (1)	1		auf
Anfahrt: 1	1		zu
2 (1,5)	1	2	auf
3 (2)		2	zu
4 (2,5)	3	2	auf
5 (3)	3		zu
6 (3,5)	3	4	auf
7 (4)		4	zu
8 (4,5)	5	4	auf
9 (5)	5		zu

Die Zwischengänge, die mit ..., 5 bezeichnet sind, werden bei geöffneter oder offener Kupplung K realisiert. Die Hauptgänge 1 bis 5 kommen bei geschlossener Kupplung zum Tragen und entsprechen in der Spalte Gang der Schalttabelle den Ziffern 1, 3, 5, 7 und 9.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektromaschine 8 drehfest mit der Antriebswelle 28 verbunden. Somit stellt die Antriebswelle 28 in 1 eine drehfeste Verbindung zwischen der Kurbelwelle 4 und der Elektromaschine 8 dar. Dabei ist der Drehschwingungsdämpfer 14 zwischen die Kurbelwelle und die Antriebswelle 28 geschaltet.
Bei dem in 2 dargestellten Antriebsstrang 41 ist die Elektromaschine 8 über die zweite Getriebeeingangswelle 24 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 32 verbunden. Die Antriebswelle 28 verbindet die Kurbelwelle 4 unter Zwischenschaltung des Drehschwingungsdämpfers 14 mit dem Planetenträger 36 des Differenzials 30.

Im Folgenden ist die Schalttabelle zu 2 dargestellt. Schalttabelle zu Figur 2:

Gang	TG1	TG2	K
Motor-Start (0,5)	1 + P		auf
Anfahrt: 1	1		zu
2 (1,5)	1	2	auf
3 (2)		2	zu
4 (2,5)	3	2	auf
5 (3)	3		zu
6 (3,5)	3	4	auf
7 (4)		4	zu
8 (4,5)	5	4	auf
9 (5)	5		zu

Bei dem in 3 dargestellten Antriebsstrang 51 ist zusätzlich zu der Elektromaschine 8 eine weitere Elektromaschine 58 vorgesehen. Die Elektromaschine 8 ist, wie bei dem in 2 dargestellten Antriebsstrang 41 über die zweite Getriebeeingangswelle 24 drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 32 verbunden. Die weitere Elektromaschine 58 ist drehfest mit der Antriebswelle 28 verbunden. Für den in 3 dargestellten Antriebsstrang 51 gilt auch die vorab dargestellte Schalttabelle zu 1.
Zur Darstellung der ungeraden Gänge wird das zweite Teilgetriebe 22 gangfrei gestellt. Zur Darstellung der geraden Gänge wird das erste Teilgetriebe 21 gangfrei gestellt. Dabei wird das Drehmoment über die geschlossene Kupplung 10 und die Verbindung der Planetenräder über den Planetenträger nur über das jeweilige Teilgetriebe übertragen. Die Zwischengänge werden dagegen bei offener Kupplung 10 realisiert. Der Abtrieb erfolgt über die jeweilige Getriebeausgangswelle 25, 26 bei Diff1 und Diff2.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
4: Antriebsmaschine
5: Kurbelwelle
8: Elektromaschine
10: Kupplung
11: Kupplungsglocke
12: Kupplungsscheibe
14: Drehschwingungsdämpfer
20: Getriebe
21: Teilgetriebe
22: Teilgetriebe
23: erste Getriebeeingangswelle
24: zweite Getriebeeingangswelle
25: erste Getriebeausgangswelle
26: zweite Getriebeausgangswelle
27: zusätzliche Getriebewelle
28: Antriebswelle
29: Getriebegehäuse
30: Differenzial
31: erstes Sonnenrad
32: zweites Sonnenrad
33: erstes Planetenrad
34: zweites Planetenrad
35: Planetenradpaar
36: Planetenträger
41: Antriebsstrang
51: Antriebsstrang
58: zusätzliche Elektromaschine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 03/081067 A1 [0002, 0004]

Claims

Antriebsstrang (1; 41; 51) mit einem automatisierten Getriebe (20), das ein erstes (21) und ein zweites (22) Teilgetriebe umfasst, die antriebsmäßig mit einer Antriebsmaschine (4), wie einem Verbrennungsmotor, verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilgetriebe (21, 22) über ein Differenzial (30) und eine Kupplung (10) antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine (4) verbindbar sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teilgetriebe (21) über die Kupplung (10) oder das Differenzial (30) antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine (4) verbindbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Teilgetriebe (22) nur über das Differenzial (30) antriebsmäßig mit der Antriebsmaschine (4) verbindbar ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (30) als Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern (31, 32), Planetenradpaaren (35) und einem Planetenträger (36) ausgeführt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (36) mehrere Planetenradpaare (35) mit jeweils einem ersten Planetenrad (33), das sich in Eingriff mit einem ersten Sonnenrad (31) befindet, und mit einem zweiten Planetenrad (34) trägt, das sich in Eingriff mit einem zweiten Sonnenrad (32) befindet, wobei sich die ersten und die zweiten Planetenräder (33, 34) der Planetenradpaare (35) zusätzlich miteinander in Eingriff befinden.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (30) zwischen den beiden Teilgetrieben (21, 22) in einem Getriebegehäuse (29) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (30) in die Kupplung integriert ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilgetriebe (21, 22) über das Differenzial (30) und/oder die Kupplung (10) antriebsmäßig mit einer weiteren Antriebsmaschine, wie einer Elektromaschine (8), verbindbar sind.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1; 41; 51) mit der Antriebsmaschine (8) und der weiteren Antriebsmaschine (58) als Hybridantriebsstrang ausgeführt ist.
Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Antriebsstrangs (1; 41; 51).