DE102013224992A1

DE102013224992A1 - Getriebeanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102013224992A1
Application number: DE102013224992.6A
Authority: DE
Inventors: Tobias Dieckhoff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2015082173A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg sowie eine Kopplungsanordnung zum Zusammenführen der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle angeordnet sind und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege zumindest eine Phasenschieberanordnung angeordnet ist, und wobei eine Übersetzungseinrichtung angeordnet ist, derart, dass mittels der Übersetzungseinrichtung am Ausgang der Phasenschieberanordnung zusätzlich zu einem am Ausgang der Phasenschieberanordnung vorhandenen ersten Massenträgheitsmoment einer ersten Masse ein zusätzliches zweites Massenträgheitsmoment einer zweiten Masse übersetzt bereitstellbar ist, sodass das insgesamt am Ausgang der Phasenschieberanordnung vorhandene Massenträgheitsmoment größer ist als das Massenträgheitsmoment der zweiten Masse bezogen auf die Eingangswelle der Getriebeanordnung. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg sowie eine Kopplungsanordnung zum Zusammenführen der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle angeordnet sind und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege zumindest eine Phasenschieberanordnung angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg sowie eine Kopplungsanordnung zum Zusammenführung der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege übertragenden Drehmomente für die Ausgangswelle angeordnet werden und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege zumindest eine Phasenschieberanordnung angeordnet wird.
Obwohl für bzw. in beliebige/n Vorrichtungen anwendbar bzw. integrierbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Kraftfahrzeuge erläutert.
Obwohl auf beliebige Getriebeanordnungen anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf Drehschwingungsdämpfungseinrichtungen erörtert.
Aus der DE 10 2011 007 118 A1 ist eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt geworden. Mittels der dort bekannt gewordenen Drehschwingungsdämpfungsanordnung werden Drehungleichförmigkeiten, die in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingeleitet werden, gedämpft. Hierbei erfolgt eine Aufteilung des schwingungsmäßig zu beruhigenden Eingangsmoments einer Eingangswelle auf zwei Drehmomentzweige. Der erste Drehmomentzweig beinhaltet dabei einen Phasenschieber, der sowohl zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude als auch zu einer Verschiebung der Phasenlage der Schwingungen um idealerweise 180° führt. Der zweite Drehmomentzweig leitet den restlichen Teil des Eingangsdrehmoments ohne Verringerung seiner Amplitude oder Veränderung der Phasenlage in ein Koppelgetriebe, indem die Drehmomente aus den beiden Drehmomentzweigen zusammengeführt werden. Dabei kommt es dann zu einer destruktiven Überlagerung der Schwingungsanteile aus den beiden Drehmomentzweigen und somit zu einer Beruhigung des Ausgangsmoments auf einer Ausgangswelle der Drehschwingungsdämpfungsanordnung.
Bei dem in der DE 10 2011 007 118 A1 gezeigten Phasenschieber handelt es sich um einen Feder-Masse-Schwinger, der auf einen überkritischen Betrieb ausgelegt ist. Überkritisch heißt, dass die Frequenz der Anregung jenseits der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Schwingers liegt. Eine geringe Eigenfrequenz, die den überkritischen Betrieb desselben bereits bei kleiner Motordrehzahl erlaubt, wird durch eine geringe Federsteifigkeit oder durch ein hohes Massenträgheitsmoment erreicht.
Da zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen die im Betrieb gebräuchliche Motordrehzahl mehr und mehr reduziert wird, wird der überkritische Bereich des Feder-Masse-Schwingers daher derart ausgelegt, so dass dieser bereits bei möglichst niedriger Drehzahl erreicht wird.
Da man hinsichtlich der Federsteifigkeit bereits an die Grenzen hinsichtlich der zulässigen Federspannung stößt, wird zur Absenkung der Eigenfrequenz das Massenträgheitsmoment gesteigert.
Dies kann beispielsweise durch Vergrößerung des Bauraumes oder durch die Verwendung von Werkstoffen höherer Dichte als Zusatzmasse erreicht werden.
Nachteilig dabei ist jedoch, dass dabei die zusätzliche Masse ebenfalls vom Motor beschleunigt werden muss und sich somit negativ auf die Dynamik des Antriebs auswirkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass die zusätzliche Masse das Fahrzeuggewicht erhöht und die Montage erschwert. Darüber hinaus ist ein höherer Materialeinsatz notwendig, was ebenfalls höhere Kosten verursacht. Ebenso muss die Zusatzmasse möglichst weit außen in Bezug auf ihre Drehachse angebracht sein, was einen vergrößerten Bauraum erfordert. Dieser ist jedoch in den meisten Fällen nur äußerst begrenzt verfügbar.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung zur Verfügung zu stellen, welches ein höheres Massenträgheitsmoment zur Verfügung stellt, ohne dass der Bauraum insgesamt vergrößert wird und ohne eine wesentliche Verringerung der Dynamik des Antriebs. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Getriebeanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung zur Verfügung zu stellen, welche einfach zu montieren sind, und ohne dass dabei das Gewicht der Getriebeanordnung wesentlich erhöht wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein alternatives Getriebe bzw. ein alternatives Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben bei einer Getriebeanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg sowie eine Kopplungsanordnung zum Zusammenführen der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle angeordnet sind und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege zumindest eine Phasenschieberanordnung angeordnet ist, dadurch, dass eine Übersetzungseinrichtung angeordnet ist, derart, dass mittels der Übersetzungseinrichtung am Ausgang der Phasenschieberanordnung zusätzlich zu einem am Ausgang der Phasenschieberanordnung vorhandenen ersten Massenträgheitsmoment einer ersten Masse ein zusätzliches zweites Massenträgheitsmoment einer zweiten Masse übersetzt bereitstellbar ist, sodass das eine insgesamt am Ausgang der Phasenschieberanordnung wirkende Massenträgheitsmomentensumme, bestehend aus dem Massenträgheitsmoment der ersten Masse und dem übersetzten Massenträgheitsmoment der zweiten Masse größer ist als eine Massenträgheitsmomentensumme, bestehend aus dem Massenträgheitsmoment der ersten Masse und dem Massenträgheitsmoment der zweiten Masse.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg sowie ein Kopplungsanordnung zur Zusammenführung der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle angeordnet werden und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege zumindest eine Phasenschieberanordnung angeordnet wird, dadurch, dass am Ausgang der Phasenschieberanordnung zusätzlich zu einem am Ausgang der Phasenschieberanordnung vorhandenen ersten Massenträgheitsmoment einer ersten Masse ein zusätzliches zweites Massenträgheitsmoment einer zweiten Masse übersetzt bereitgestellt wird, sodass das insgesamt am Ausgang der Phasenschieberanordnung vorhandene Massenträgheitsmoment größer ist als das Massenträgheitsmoment der zweiten Masse bezogen auf die Eingangswelle der Getriebeanordnung.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Kraftfahrzeug und/oder Kraftfahrzeuggetriebe mit einer Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit das Massenträgheitsmoment auf der Ausgangswelle der Getriebeanordnung mit lediglich einer geringen Zusatzmasse wesentlich erhöht werden kann. Darüber hinaus vergrößert sich der Bauraum nicht wesentlich, da die zweite Masse flexibel anordenbar ist, so dass ggf. vorhandene Beschränkungen des Bauraums in einer Richtung umgangen werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass damit im Falle einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung die Eigenfrequenz abgesenkt werden kann und so insgesamt die Motordrehzahl reduziert werden kann, was in Folge zu einer Reduzierung des CO₂-Ausstoßes führt, wenn die Getriebeanordnung in einem Kraftfahrzeug im Antriebsstrang angeordnet ist.
Über die Eingangs- oder Antriebswelle wird besonders bevorzugt ein Drehmoment bzw. eine Rotationsbewegung eines Antriebs, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, in das Getriebe eingeleitet. In bevorzugter Weise befindet sich zwischen Antriebswelle und der Abtriebswelle ein Anfahrelement, wie etwa ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Strömungskupplung.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung, besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl, wenn die Verbindung besteht.
Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle bzw. ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung miteinander verbunden sein.
Unter einer Kupplung ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil still steht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Weiter ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Grundsätzlich ist auch eine Verwendung von Schaltelementen möglich, die im nicht betätigten Zustand geschlossen und im betätigten Zustand geöffnet sind. Dementsprechend sind die Zuordnungen zwischen Funktion und Schaltzustand der oben beschriebenen Schaltzustände in umgekehrter Weise zu verstehen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, wird zunächst eine Anordnung zugrundegelegt, in der ein betätigtes Schaltelement geschlossen und ein nicht betätigtes Schaltelement geöffnet ist.
Eine Ausführungsform eines Planetenradsatzes umfasst ein Sonnenrad, ein Planetenträger respektive Steg und ein Hohlrad. An dem Planetenträger respektive Steg drehbar gelagert sind Planetenräder oder Planeten, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder der Verzahnung des Hohlrades kämmen. Es sind aber auch Planetenradsätze mit zwei oder mehreren Sonnenrädern oder Ausführungen mit zwei Hohlrädern, also einem Antriebshohlrad und einem Abtriebshohlrad, möglich.
Unter den Elementen eines Planetenradsatzes werden insbesondere das Sonnenrad, das Hohlrad, der Planetenträger respektive Steg und die Planetenräder respektive die Planeten des Planetenradsatzes verstanden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise ist das auf besagtem, zumindest einen weiteren Drehmomentzweig bereitgestellte Massenträgheitsmoment durch die zweite Masse bezogen auf die Achse der Eingangswelle kleiner als das durch die Übersetzungseinrichtung am Ausgang der Phasenschieberanordnung bereitgestellte Massenträgheitsmoment. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die zweite Masse aufgrund der Übersetzung mehr Massenträgheitsmoment für die Phasenschiebung und ggf. Dämpfung erzeugt, als wenn sie ohne Übersetzung direkt der ersten Masse hinzuaddiert würde. Dies hat den Vorteil, dass mit geringerer Masse die gleiche Leistungsfähigkeit der Phasenschieberanordnung erzielt werden kann, was ein geringes Gewicht bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrdynamik ermöglicht.
Zweckmäßigerweise ist zumindest ein weiteres Getriebeelement, insbesondere zumindest ein Element der Kopplungsanordnung, welches einerseits mit dem Ausgang der Phasenschieberanordnung und andererseits mit der Übersetzungseinrichtung verbindbar ist, zur zumindest teilweisen Bereitstellung der Übersetzung ausgebildet. Damit kann der Bauraum weiter verkleinert werden, da weitere bereits vorhandene Getriebeelemente zur Erhöhung des Massenträgheitsmoments am Ausgang der Phasenschieberanordnung genutzt werden können.
Vorteilhafterweise umfasst die Übersetzungseinrichtung ein mehrstufiges Getriebe. Dies hat den Vorteil, dass eine möglichst hohe Übersetzung erreicht werden kann.
Zweckmäßigerweise ist eine Lagerung der zweiten Masse auf der Ausgangsseite der Kopplungsanordnung angeordnet. Dies erhöht die Flexibilität, da die Lagerung der zweiten Masse auch z.B. drehmomentabwärts der Kopplungsanordnung angeordnet werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Eingangsseite der Kopplungsanordnung kompakter ausgeführt werden kann.
Vorteilhafterweise ist die Übersetzungseinrichtung ausgebildet, das zweite Massenträgheitsmoment drehzahlabhängig, insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl der Eingangswelle, mit dem Ausgang der Phasenschieberanordnung zu koppeln. Dies erhöht die Flexibilität des Getriebes, insbesondere in Bezug auf die Kopplung der ersten und zweiten Masse miteinander, weiter, da damit das Verhalten der Kopplungsanordnung anhand der Übersetzungseinrichtung an die Drehzahl der Eingangswelle anpassbar ist. Die Übersetzungseinrichtung kann also auf diese Weise das zweite Massenträgheitsmoment in Abhängigkeit der Drehzahl ankoppeln.
Zweckmäßigerweise ist ein drehzahlabhängig wirkendes Schaltelement, insbesondere eine drehzahlabhängig schaltende Kupplung angeordnet, insbesondere in der Übersetzungseinrichtung, zur drehzahlabhängigen Verbindung zwischen der zweiten Masse und dem Ausgang der Phasenschieberanordnung. Damit lässt sich beispielsweise auf besonders einfache Weise eine drehzahlabhängige Übersetzungseinrichtung bereitstellen.
Vorteilhafterweise ist das Schaltelement ausgebildet, ab einer bestimmten Drehzahl der Eingangswelle der Getriebeanordnung am Ausgang der Phasenschieberanordnung lediglich das erste Massenträgheitsmoment bereitzustellen. Dabei kann bei Einsatz der Getriebeanordnung bei einer Drehungleichförmigkeitsreduzierung Folgendes erreicht werden: Bei hoher Drehzahl einer als Feder-Masse-Schwingers aufgebauten Phasenschieberanordnung arbeitet diese weit im überkritischen Bereich und bietet somit eine bessere Entkopplung im Vergleich zu niedrigeren Drehzahlen, bei der der Feder-Masse-Schwinger noch näher an seiner Resonanzfrequenz schwingt. Durch die bessere Entkopplung wird folglich bei höherer Drehzahl über den ersten Drehmomentübertragungsweg immer weniger Drehungleichförmigkeit in die Kopplungsanordnung eingeleitet. Die Übersetzung der Kopplungsanordnung wird dabei üblicherweise so abgestimmt, dass es bereits im Bereich niedriger Drehzahl zu einer optimierten Auslöschung der Drehungleichförmigkeit kommt. Bei höherer Drehzahl führt das Absinken der Amplitude der Drehungleichförmigkeit im ersten Drehmomentübertragungsweg dann dazu, dass es nicht mehr zu einer vollständigen Auslöschung mit dem zweiten Drehmomentübertragungsweg kommen kann. Es gelangt also ein immer größerer Anteil an Drehungleichförmigkeit aus dem zweiten Drehmomentübertragungsweg auf die Ausgangswelle. Wird nun ab einer bestimmten Drehzahl lediglich das erste Massenträgheitsmoment am Ausgang der Phasenschieberanordnung bereitgestellt, wird die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Schwingers, mithin also der Phasenschieberanordnung, angehoben.
Zweckmäßigerweise ist das Schaltelement ausgebildet, drehzahlabhängig einen Schlupf bereitzustellen. Dies ermöglicht eine gezielte Erhöhung der Verschlechterung der Entkopplung bei höherer Drehzahl mittels des Schaltelementes.
Vorteilhafterweise umfasst die Übersetzungseinrichtung ein Reibradgetriebe, insbesondere wobei dieses derart ausgebildet ist, dass fliehkraftabhängig eine Anpresskraft zwischen Rädern des Reibgetriebes reduziert wird. Dies ermöglicht auf einfache und kostengünstige sowie flexible Weise, die Wirkung der zweiten Masse auf die Ausgangsseite der Phasenschieberanordnung kontinuierlich zu reduzieren und die Entkopplung der Phasenschieberanordnung zu verschlechtern. Damit wird dann die Resonanzfrequenz der Phasenschieberanordnung, insbesondere in Form eines Feder-Masse-Schwingers erhöht.
Vorteilhafterweise ist die Übersetzungseinrichtung ausgebildet, eine variable Übersetzung bereitzustellen. Damit lässt sich auch ohne Schlupf mit Hilfe der Getriebeanordnung die Wirkung des zweiten Masseträgheitsmoments auf die Ausgangsseite der Phasenschieberanordnung reduzieren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
1 Prinzipschaubild für die Kopplung zweier Massen mittels einer Übersetzungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Getriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Getriebeanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine Getriebeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 eine Getriebeanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Prinzipschaubild für die Kopplung zweier Massen mittels einer Übersetzungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine allgemeine Darstellung eines reduzierten Massenträgheitsmoments gezeigt. Zwei Massen M₁ und M₂ rotieren hierbei um zueinander parallele Wellen Wa, Wb auf unterschiedlichen Achsen A, B, die hier in 1 parallel zueinander angeordnet sind. Die Lagerung 4a, 4b der zweiten Masse M₂ erfolgt hier an einer Eingangswelle EW bzw. Ausgangswelle AW auf der Achse A. Zwischen den Wellen Wa, Wb ist eine Übersetzungseinrichtung 3 mit einer Übersetzung i angeordnet. Jede der beiden Massen M₁, M₂ verursacht ein Massenträgheitsmoment J_1,A bezogen auf die Achse A bzw. J_2,B bezogen auf die Achse B. Aufgrund der Kopplung der Bewegungen über die Getriebeanordnung 1 wirkt beispielsweise bei einem Antrieb der Welle Wa jedoch auch das Massenträgheitsmoment J₂ auf die Welle Wa. Dieses wird entsprechend der Übersetzung i_BA von der Welle Wb nach der Welle Wa reduziert: J_2,A ^R = J_2,B × i_BA ². Das Gesamtmassenträgheitsmoment, welches dann auf die Welle Wa wirkt, ist die Summe aus dem Trägheitsmoment J_1,A und dem reduzierten Trägheitsmoment J_2,A ^R der zweiten Masse M₂: J_A = J_1,A + J_2,A ^R.
2 zeigt eine Getriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2 ist eine Anwendung des Prinzips gemäß 1 bezogen auf eine Drehungleichförmigkeitsreduzierung durch Leistungsverzweigung gezeigt. Das Motormoment eines Motors eines Kraftfahrzeugs wird vom Motor über die Kurbelwelle kollinear zur Achse A über eine Eingangswelle EW in die Getriebeanordnung 1 eingeleitet und teilt sich dann auf einen ersten Drehmomentzweig 2b auf, der in einen Phasenschieber 6 führt und in einen zweiten Drehmomentzweig 2a, der direkt in ein Koppelgetriebe 5 führt. Der Phasenschieber 6 ist hier als Feder-Masse-Schwinger ausgeführt und umfasst einen Federspeicher 6a und eine erste Masse M₁, so dass am Ausgang des Phasenschiebers 6 ein Massenträgheitsmoment J_1,A an dessen Ausgang anliegt. Um eine zweite Achse B, welche hier zur Achse A parallel angeordnet ist, ist eine zweite Masse M₂ mit dem Massenträgheitsmoment J_2,B drehbar gelagert angeordnet. Die Lagerung 4a, 4b der zweiten Masse M₂ erfolgt in 2 gegenüber dem Eingang der gesamten Getriebeanordnung 1. Zwischen den beiden Massen M₁ und M₂ ist eine Übersetzungseinrichtung 3 in Form eines Getriebes mit der Übersetzung i geschaltet, so dass das Massenträgheitsmoment J_2,B ebenfalls auf den Ausgang des Phasenschiebers 6 wirkt. Das für den Phasenschieber 6 wirksame Massenträgheitsmoment wird somit um das entsprechend der Übersetzung i reduzierte Massenträgheitsmoment J_2,B ^R ergänzt. Zur Aufteilung des Eingangsdrehmoments über die Eingangswelle EW sind weitere Wellen Wa, Wb angeordnet.
Insgesamt können die Parameter der Getriebeanordnung 1 so gewählt werden, dass das Massenträgheitsmoment der zweiten Masse M₂ um die Achse A geringer ist als das über die Übersetzung i reduzierte Massenträgheitsmoment auf den Ausgang des Phasenschiebers 6, d.h., dass die zweite Masse M₂ aufgrund der Übersetzung i mehr Massenträgheitsmoment für die Phasenverschiebung und Dämpfung erzeugt, als wenn sie ohne Übersetzung direkt der ersten Masse M₁ des Phasenschiebers 6 hinzuaddiert würde. Dies ist hinsichtlich des Leichtbaus und der Fahrdynamik vorteilhaft, da mit geringerer Masse die gleiche Leistungsfähigkeit des Phasenschiebers 6 oder allgemein einer Phasenschieberanordnung erzielt werden kann.
In 2 ist zwar die zweite Masse M₂ über ein separates von der Kopplungsanordnung 5 der Leistungsverzweigung getrenntes Getriebe mit der Übersetzung i an die Ausgangsseite des Phasenschiebers 6 angebunden, jedoch kann auch ein mit dem Ausgang des Phasenschiebers 6 verbundenes Getriebeglied der Kopplungsanordnung 5, zum Beispiel ein Eingangs-Hohlrad, mit genutzt werden. Weiterhin kann auch die Übersetzungseinrichtung 3 ein mehrstufiges Getriebe umfassen, um eine möglichst hohe Übersetzung bereitzustellen.
3 zeigt eine Getriebeanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist im Wesentlichen eine Getriebeanordnung 1 gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zu der Getriebeanordnung 1 gemäß 2 ist bei der Getriebeanordnung 1 gemäß 3 die Lagerung 4a, 4b der zweiten Masse M₂ nicht mit der Eingangswelle EW der Kopplungseinrichtung 5, sondern mit dem Ausgang derselben verbunden bzw. auf der Ausgangswelle AW. Funktionell unterscheiden sich die beiden Ausführungsformen der 2 und 3 nicht.
4 zeigt eine Getriebeanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 ist eine weitere Getriebeanordnung 1 basierend auf dem Prinzip der 1 gezeigt. Die übersetzte zweite Masse M₂ ist dabei nicht direkt über die Übersetzungseinrichtung 3 an die Ausgangsseite der Phasenschieberanordnung 6 angebunden, sondern über ein weiteres Element der Kopplungsanordnung 5. Beispielhaft ist in 4 ein Planetengetriebe 5 dargestellt, wobei die Übersetzungseinrichtung 3 mit dem Planetenrad PR zusammenwirkt. Das Planetenrad PR wirkt weiterhin mit einem Hohlrad HR zusammen, welches mit der Phasenschieberanordnung 6 zusammenwirkt. Weiterhin wirkt die Eingangswelle EW mit dem Sonnenrad SR des Planetengetriebes zusammen. Der Planetenträger PT fungiert dabei als Abtrieb des Planetengetriebes. Insgesamt wird somit eine Koppelgetriebeschaltung 5 aus den Getriebeelementen Hohlrad HR, welches als Eingang des ersten Drehmomentübertragungsweges 2b für die Koppelgetriebeschaltung 5 dient, Sonnenrad SR als Eingang des zweiten Drehmomentübertragungsweges 2a und Planetenträger PT als Abtrieb der Koppelgetriebeschaltung 5 gebildet. Die zweite Masse M₂ wird somit über eine Übersetzungseinrichtung 3 mit der Übersetzung i an das Planetenrad PR der Koppelgetriebeschaltung 5 angebunden. Das Massenträgheitsmoment J_2,B wird also zunächst entsprechend der Übersetzung i auf das Planetenrad PR der Koppelgetriebeschaltung 5 reduziert und dann entsprechend der Übersetzung zwischen Planetenrad PR und Hohlrad HR der Koppelgetriebeschaltung 5 weiter auf das Hohlrad HR und somit die Ausgangsseite der Phasenschieberanordnung 6 übertragen.
Es werden somit bereits vorhandene Getriebeelemente der Getriebeanordnung 1 für die Realisierung der Übersetzung i genutzt, ebenso wie auch für die Getriebestufe zwischen der zweiten Masse M₂ und Planetenrad PR, bei der eine vorhandene Planetenradverzahnung zur Übersetzung verwendet werden kann. Weiterhin ist somit das Getriebe zur Anwendung der zweiten Masse M₂ insgesamt mehrstufig ausgeführt.
5 zeigt eine Getriebeanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5 ist im Wesentlichen eine Getriebeanordnung 1 gemäß 3 gezeigt. Im Unterschied zur Getriebeanordnung 1 gemäß 3 ist bei der Getriebeanordnung 1 gemäß 5 zwischen der Übersetzungseinrichtung 3 und der zur Kopplungsanordnung 5 nächstbenachbarten Lagerung 4a zwischen den beiden Achsen A und B eine Kupplung K angeordnet. Die Kupplung K dient dazu, drehzahlabhängig die Verbindung zwischen der zweiten Masse M₂ und dem Ausgang der Phasenschieberanordnung 6 zu unterbrechen.
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, die Kupplung K auch zwischen der Übersetzungseinrichtung 3 und dem Ausgang der Phasenschieberanordnung 6 anzuordnen. Weiterhin ist es ebenfalls möglich, eine derartige Trennstelle auch in die Übersetzungseinrichtung 3, beispielsweise in ein Übersetzungsgetriebe selbst zu integrieren, indem zum Beispiel zwei Getriebeglieder der Übersetzungseinrichtung 3 außer Eingriff gebracht werden.
Weiterhin ist es möglich, die Wirkung der zweiten Masse M₂ auf die Abtriebsseite der Phasenschieberanordnung 6 kontinuierlich zu reduzieren und die Entkopplung der Phasenschieberanordnung 6 zu verschlechtern, in dem abhängig von der Drehzahl ein Schlupf in der Kupplung K oder innerhalb der Übersetzungseinrichtung 3 eingeführt wird. Dies kann beispielsweise mittels eines Reibradgetriebes mit fliehkraftabhängiger Reduzierung der Anpresskraft zwischen den Rädern des Reibradgetriebes erfolgen. Eine weitere Möglichkeit, auch ohne Schlupf mit Hilfe des Getriebes die Wirkung des zusätzlichen Massenträgheitsmoments auf die Ausgangsseite der Phasenschieberanordnung 6 zu reduzieren, ist die Verwendung einer Übersetzungseinrichtung 3 mit variabler Übersetzung. Dabei können bereits bekannte Getriebearten für die Übersetzungseinrichtung und bereits bekannte Ausführungen lösbarer Kupplungen eingesetzt werden in Abhängigkeit jeweiliger Anforderungen.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass das Massenträgheitsmoment gesteigert werden kann, ohne den Bauraum wesentlich zu vergrößern oder Werkstoffe höherer Dichte zu verwenden. Werkstoffe höherer Dichte müssen ebenfalls von einem Motor beschleunigt werden und wirken sich somit negativer auf die Dynamik eines Fahrzeugantriebs mit einer derartigen Getriebeanordnung aus, verglichen mit einer zweiten Masse, die über eine Übersetzungseinrichtung an den Ausgang der Phasenschieberanordnung angebunden ist. Ein weiterer Vorteil ist schließlich, dass ein geringer Materialeinsatz und damit geringe Kosten für die Erhöhung des Massenträgheitsmoments ermöglicht werden.
Zusammenfassend wird durch die vorliegende Erfindung das auf den Ausgang der Phasenschieberanordnung wirkende Massenträgheitsmoment stärker erhöht als das um eine Drehachse des Motors bzw. einer Getriebeeingangswelle wirkende Massenträgheitsmoment. Zwischen dem Ausgang der Phasenschieberanordnung und der betreffenden Massenträgheit wird eine Übersetzung eingeführt, so dass das auf den Ausgang der Phasenschieberanordnung reduzierte Massenträgheitsmoment größer ist als das Massenträgheitsmoment der zweiten Masse bezogen auf die Getriebeeingangswelle.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeanordnung
2a, 2b: erster/zweiter Drehmomentübertragungsweg
3: Übersetzungseinrichtung
4a, 4b: Lagerung
5: Kopplungsanordnung
6: Phasenschieberanordnung
6a: Federspeicher
J₁, J₂: Massenträgheitsmoment
J₂ ^R: Massenträgheitsmoment, reduziert
M₁, M₂: Masse
Wa, Wb: Welle
A, B: Achse
EW: Eingangswelle
AW: Ausgangswelle
K: Kupplung
PR: Planetenrad
SR: Sonnenrad
PT: Planetenradträger/Steg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011007118 A1 [0005, 0006]

Claims

Getriebeanordnung (1), insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Eingangswelle (EW) und einer Ausgangswelle (AW), wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle (EW) und Ausgangswelle (AW) zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg (2a, 2b) sowie eine Kopplungsanordnung (5) zum Zusammenführen der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege (2a, 2b) übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle (AW) angeordnet sind und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege (2a) zumindest eine Phasenschieberanordnung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzungseinrichtung (3) angeordnet ist, derart, dass mittels der Übersetzungseinrichtung (3) am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) zusätzlich zu einem am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) vorhandenen ersten Massenträgheitsmoment (J₁) einer ersten Masse (M₁) ein zusätzliches zweites Massenträgheitsmoment (J₂) einer zweiten Masse (M₂) übersetzt bereitstellbar ist, so dass eine insgesamt am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) wirkende Massenträgheitsmomentensumme (J₁ + J₂ ^R), bestehend aus dem Massenträgheitsmoment (J₁) der ersten Masse (M₁) und dem übersetzten Massenträgheitsmoment (J₂ ^R) der zweiten Masse (M₂) größer ist als eine Massenträgheitsmomentensumme (J₁ + J₂), bestehend aus dem Massenträgheitsmoment (J₁) der ersten Masse (M₁) und dem Massenträgheitsmoment (J₂) der zweiten Masse (M₂).
Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das, auf besagtem zumindest einen weiteren Drehmomentübertragungsweg (2b) bereitgestellte Massenträgheitsmoment durch die zweite Masse (M₂) bezogen auf die Achse (A) der Eingangswelle (EW) kleiner ist als das durch die Übersetzungseinrichtung (3) am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) bereitgestellte Massenträgheitsmoment (J₂ ^R).
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiteres Getriebeelement (PR), insbesondere zumindest ein Element (PR) der Kopplungsanordnung (5), welche einerseits mit dem Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) und andererseits mit der Übersetzungseinrichtung (3) verbindbar ist, zur zumindest teilweisen Bereitstellung der Übersetzung ausgebildet ist.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (3) ein mehrstufiges Getriebe umfasst.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerung der zweiten Masse (M₂) auf der Ausgangsseite der Kopplungsanordnung (5) angeordnet ist.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (3) ausgebildet ist, das zweite Massenträgheitsmoment (J₂) drehzahlabhängig, insbesondere in Abhängigkeit der Drehzahl der Eingangswelle (EW), mit dem Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) zu koppeln.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehzahlabhängig wirkendes Schaltelement (K), insbesondere eine drehzahlabhängig schaltende Kupplung (K), angeordnet ist, insbesondere in der Übersetzungseinrichtung (3), zur drehzahlabhängigen Verbindung zwischen der zweiten Masse (M₂) und dem Ausgang der Phasenschieberanordnung (6).
Getriebeanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (K) so ausgebildet ist, ab einer bestimmten Drehzahl der Eingangswelle (EW) der Getriebeanordnung (1) am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) lediglich das erste Massenträgheitsmoment (J₁) bereitzustellen.
Getriebeanordnung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (K) ausgebildet ist, drehzahlabhängig einen Schlupf bereitzustellen.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (3) ein Reibradgetriebe umfasst, wobei dieses derart ausgebildet ist, dass, insbesondere fliehkraftabhängig, eine Anpresskraft zwischen Rädern des Reibradgetriebes reduziert wird.
Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinrichtung (3) ausgebildet ist, eine variable Übersetzung bereitzustellen.
Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung (1), insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Eingangswelle (EW) und einer Ausgangswelle (AW), wobei zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Eingangswelle (EW) und Ausgangswelle (AW) zumindest ein erster und zweiter Drehmomentübertragungsweg (2a, 2b) sowie ein Kopplungsanordnung (5) zum Zusammenführen der über die zumindest zwei Drehmomentübertragungswege (2a, 2b) übertragenen Drehmomente für die Ausgangswelle (AW) angeordnet werden und wobei in zumindest einem der Drehmomentübertragungswege (2a) zumindest eine Phasenschieberanordnung (6) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) zusätzlich zu einem am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) vorhandenen ersten Massenträgheitsmoment (J₁) einer ersten Masse (M₁) ein zusätzliches zweites Massenträgheitsmoment (J₂) einer zweiten Masse (M₂) von zumindest einem der weiteren Drehmomentübertragungswege (2b) übersetzt bereitgestellt wird, sodass das insgesamt am Ausgang der Phasenschieberanordnung (6) vorhandene Massenträgheitsmoment (J₁ + J₂ ^R) größer ist als das Massenträgheitsmoment der zweiten Masse (M₂) bezogen auf die Eingangswelle (EW) der Getriebeanordnung (1).
Kraftfahrzeug und/oder Kraftfahrzeuggetriebe mit einer Getriebeanordnung (1) gemäß einem der Ansprüche 1–11.