DE102016207103A1

DE102016207103A1 - Getriebe mit Kupplung und unterbrechungsfrei schaltbarer Schalteinheit zum Schalten zwischen den Getriebeeingangswellen

Info

Publication number: DE102016207103A1
Application number: DE102016207103.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Herkommer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JP2017223356A; JP7105541B2; DE102016207103B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Drehteil (3), einer unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheit (5), die mit dem Drehteil (3) dauerhaft drehfest verbunden ist, sowie zwei Getriebewellen (6, 7), wobei die zwei Getriebewellen (6, 7) derart mit der Schalteinheit (5) in Verbindung stehen, dass in einer ersten Stellung der Schalteinheit (5) eine erste Getriebewelle (6) und in einer zweiten Stellung der Schalteinheit (5) eine zweite Getriebewelle (7) mit dem Drehteil (3) drehfest gekoppelt ist, und wobei die Getriebewellen (6, 7) jeweils als Getriebeeingangswelle ausgebildet sind und das Drehteil (3) wiederum ein Bestandteil einer Kupplung (8) des Getriebes (1) ist; sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, wie ein Pkw, Lkw, Bus oder landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, etwa mit zwei Eingangswellen, mit einem Drehteil, einer unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheit, die mit dem Drehteil dauerhaft drehfest verbunden ist. Solche Getriebe können insbesondere als Doppelkupplungsgetriebe realisiert werden. Auch betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe.
Getriebe mit unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheiten, alternativ auch als „Seamless Shift“-Units /-Einheiten oder „Zero Shift“-Units /-Einheiten bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Beispielsweise offenbart die WO 2004/099 654 A1 ein Antriebssystem mit zwei drehbaren Wellen und einem Mittel zum Übertragen eines Antriebs von einer der Wellen auf die andere Welle. Ein Auswahlzusammenbau bildet eine Schalteinheit aus und dient zum unterbrechungsfreien Schalten zwischen zwei unterschiedlichen Gängen bei einem Schaltvorgang des Getriebes. Somit ist im Stand der Technik eine unterbrechungsfreie Schaltung von Gängen mit speziellen Schaltelementen offenbart, wobei der eingelegte Gang automatisch ausgelegt wird.
Weiterer Stand der Technik ist aus der WO 2005/024 261 A1 , der WO 2006/095 140 A1 , der EP 1 642 052 B1 , der EP 2 302 258 A1 , der EP 2 463 555 B1 , der DE 10 2010 002 302 B4 , der US 2013/0 228 027 A1 , der US 4 096 932 sowie der US 3 780 840 bekannt.
Im Stand der Technik sind die bekannten Getriebe entweder analog zu klassischen Handschalter- oder zu ASG-Getrieben (Automatischen Schaltgetrieben) aufgebaut. Am Getriebeeingang ist zumeist eine Kupplung vorgesehen und dahinter, zwischen Ein- und Ausgangswellen, meist Schaltelemente angeordnet. Diese Schaltelemente haben eine besondere Ausführung, die das sofortige Umschalten der Gänge beim Gangwechsel ermöglicht. Als nachteilig hat es sich hierbei jedoch herausgestellt, dass die Schaltelemente jeden Ganges unabhängig voneinander bewegt werden können müssen. Zudem wird eine relativ hohe Anzahl von Schaltelementen für jede Schalteinheit benötigt, um die verschiedenen Schaltvorgänge umsetzen zu können. Desweiteren soll gleichzeitig ein möglichst harmonisches, d.h. schlagfreies, Umschalten beim instantanen Umbeschleunigen der Getriebewellen sichergestellt werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und ein Getriebe zur Verfügung zu stellen, das in seinem Aufbau weiter reduziert ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die zwei Getriebewellen derart mit der Schalteinheit in (Wirk-)Verbindung stehen / zusammenwirken, dass in einer ersten Stellung der Schalteinheit eine erste Getriebewelle und in einer zweiten Stellung der Schalteinheit eine zweite Getriebewelle mit dem Drehteil drehfest gekoppelt ist, wobei die Getriebewellen jeweils als Getriebeeingangswelle ausgebildet sind und das Drehteil ein Bestandteil einer Kupplung des Getriebes ist.
Dadurch wird ein Getriebe geschickt mit dem Seamless-Gedanken / dem unterbrechungsfreien Schaltgedanken verbunden. Dabei sind die Vorteile des unterbrechungsfreien Schaltens weiterhin beibehalten, wobei es zum sofortigen Schalten ohne Zugkraftunterbrechung mit nur einer Kupplung kommt. Das bestehende Getriebe an sich kann weitestgehend unverändert bleiben, wodurch der Konstruktionsaufwand zum Anpassen bekannter Getriebe weiter reduziert wird. Auch der konstruktive Aufwand zum Umgestalten der jeweiligen Schalteinheit wird dadurch reduziert. Die im Getriebe unmittelbar enthaltenen Schalteinheiten können wiederum vereinfacht werden. Zudem bleibt das Getriebe kompatibel zu bereits bekannten Schaltsystemen, bspw. dem „Active Interlock“-Aktuierungsprinzip sowie weiteren traditionellen Aktuierungsprinzipien, wobei auch verringerte Anforderungen an die Getriebeaktorik gestellt werden. Durch die Anordnung der Schalteinheit, im Drehmomentenfluss betrachtet, zwischen Kupplung und Getriebeeingangswellen befindet sich die Schalteinheit an einem für Sensoren gut zugänglichen Ort, sodass hier gut Informationen gesammelt werden können. Zudem wird ein entsprechender Sensor dann auch nur einmal benötigt. Die notwendige Dynamik und Schaltkraft zum Verstellen der Schaltelemente im Getriebe sind desweiteren sehr gering, was wiederum eine günstigere Aktorik als in bekannten Getrieben ermöglicht. Auch die rotatorische Trägheit der bei einem Schaltvorgang umzubeschleunigenden Wellen wird gegenüber bisher bekannten Zeroshift-Mechanismen weiter reduziert.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erste Getriebewelle eine erste Drehverbindungskontur aufweist, die so ausgestaltet ist, dass ein verschiebbar gelagertes Schaltelement der Schalteinheit formschlüssig mit ihr in Eingriff bringbar ist. Die Drehverbindungskontur ist vorzugweise unmittelbar / direkt in der ersten Getriebewelle / Getriebeeingangswelle eingebracht oder an ihr angeordnet, wodurch der Aufbau deutlich reduziert wird.
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft, wenn die zweite Getriebewelle eine zweite Drehverbindungskontur aufweist, die so ausgestaltet ist, dass wiederum ein verschiebbar gelagertes Schaltelement der Schalteinheit formschlüssig mit ihr in Eingriff bringbar ist. Die zweite Drehverbindungskontur ist vorzugsweise unmittelbar / direkt in der zweiten Getriebewelle / Getriebeeingangswelle eingebracht oder an ihr angeordnet. Dadurch wird der Aufbau des Getriebes weiter reduziert.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Kupplung in Form einer Einzelkupplung ausgestaltet ist und weiter bevorzugt als eine formschlüssig wirkende / formschlüssige Trennkupplung, etwa eine Klauenkupplung, oder als Reibkupplung / Reibungskupplung ausgebildet ist. Dann können bisher bestehende Kupplungen unmittelbar für das Getriebe verwendet werden und der Herstellaufwand wird weiter reduziert.
Wenn die unterbrechungsfrei schaltbare Schalteinheit ringförmig ausgebildet sowie radial außerhalb um zumindest einer der Getriebewellen / Getriebeeingangswellen umläuft, ist das Getriebe besonders kompakt ausgebildet. Die Getriebeeingangswellen sind in diesem Zusammenhang vorzugsweise unterschiedlich ausgebildet. Die Getriebeeingangswellen sind in radialer Richtung geschachtelt angeordnet, wobei weiter bevorzugt die erste Getriebeeingangswelle radial innerhalb der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Die Schalteinheit ist dann radial außerhalb eines aus der zweiten Getriebeeingangswelle herausragenden Endbereichs der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
Ist die unterbrechungsfrei schaltbare Schalteinheit als eine Zeroshift-Schaltung ausgeführt, kann die Schalteinheit auch besonders geschickt im Bereich zwischen der Kupplung und den Getriebeeingangswellen integriert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein (erster) Drehschwingungsdämpfer in der ersten Getriebewelle integriert ist und/oder ein (zweiter) Drehschwingungsdämpfer in der zweiten Getriebewelle integriert ist. Dadurch werden die im Betrieb auftretenden Drehschwingungen besonders effektiv abgedämpft.
In diesem Zusammenhang ist es desweiteren von Vorteil, wenn zusätzlich oder alternativ ein (dritter) Drehschwingungsdämpfer in dem Drehteil integriert ist und/oder ein (vierter) Drehschwingungsdämpfer in einem drehteilfesten Bauteil integriert ist. Dadurch werden die Schwingungsspitzen weiter deutlich reduziert.
Desweiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Kupplung als Verbindungseinheit zwischen zumindest einem Motor, etwa einem Elektromotor und/oder einer Verbrennungskraftmaschine, und den dem Getriebe zugeordneten Getriebewellen dient. Dadurch ist auch der Antriebsstrang besonders kompakt aufgebaut.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein (fünfter) Drehschwingungsdämpfer in einer Getriebeausgangswelle des Getriebes integriert ist und/oder ein (sechster) Drehschwingungsdämpfer zwischen dem Motor und der Kupplung (im Drehmomentenfluss betrachtet) angeordnet ist. Dadurch wird die Dämpfung der im Betrieb auftretenden Drehschwingungen weiter verstärkt.
In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß insbesondere ein Getriebe, das vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe bezeichnet / ausgeführt ist, mit einer Einfachkupplung sowie einer Zeroshift-Schaltung / unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheit zum Schalten zwischen den Getriebeeingangswellen ausgebildet. Mittels der unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheit kann der Drehmomentenfluss entweder einem ersten Teilgetriebe oder einem zweiten Teilgetriebe zugeführt werden. Auch können „Active Interlock“-Technologien hinzu kombiniert werden.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben sind.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes nach einem ersten Ausführungsbeispiel in einem im Längsschnitt dargestellten Antriebsstrang, wobei die Positionierung einer drehfest an einem Drehteil angeordneten Schalteinheit zwischen einer Kupplung und dem Getriebe gut erkennbar ist,
2 eine schematische Darstellung eines abgewickelt veranschaulichten Umfangsbereiches der ringförmig ausgebildeten Schalteinheit, wie sie zwischen zwei Drehverbindungskonturen zweier Getriebewellen des Getriebes eingesetzt ist, wobei in der gezeigten Neutralstellung der Schalteinheit weder die erste noch die zweite Getriebewelle drehfest mit einem Drehteil der Kupplung verbunden ist,
3 eine schematische Darstellung des abgewickelt veranschaulichten Umfangsbereiches der Schalteinheit nach 2 in einer ersten Zwischenstellung, wobei ein erstes Schaltelement der Schalteinheit in Richtung der ersten Drehverbindungskontur der ersten Getriebewelle verschoben ist, sodass das erste Schaltelement bei einem Relativverdrehen des Drehteils der Kupplung zu der ersten Getriebewelle in einer ersten Drehrichtung formschlüssig mit der Drehverbindungskontur verbunden ist,
4 eine schematische Darstellung des abgewickelt veranschaulichten Umfangsbereiches der Schalteinheit ähnlich zu 3, wobei nun gegenüber 3 zusätzlich ein zweites Schaltelement der Schalteinheit, unter Ausbilden einer ersten Stellung der Schalteinheit, in Richtung der ersten Drehverbindungskontur so verschoben ist, dass die Schalteinheit in beiden Drehrichtungen relativ zur ersten Getriebewelle formschlüssig mit der Drehverbindungskontur verbunden ist,
5 eine schematische Darstellung des abgewickelt veranschaulichten Umfangsbereiches der Schalteinheit in einer zweiten Zwischenstellung, wobei ein Umschaltvorgang zwischen den beiden Getriebewellen veranschaulicht ist und ein zweites Schaltelement bereits derart in axialer Richtung hin zu der zweiten Drehverbindungskontur der zweiten Getriebewelle verschoben ist, dass es mit ihr in einer (zweiten) Drehrichtung der Schalteinheit relativ zu der zweiten Getriebewelle formschlüssig in Eingriff ist,
6 wiederum eine schematische Darstellung des abgewickelt veranschaulichten Umfangsbereiches der Schalteinheit, wobei gegenüber 5 die erste Getriebewelle, unter Ausbilden einer zweiten Stellung, vollständig von dem Drehteil / der Schalteinheit entkoppelt ist und die Schalteinheit nun das Drehteil mit der zweiten Getriebewelle unter formschlüssigen Eingriff mit der zweiten Drehverbindungskontur in beiden Drehrichtungen der Schalteinheit relativ zu der zweiten Getriebewelle verbindet,
7 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, in dem die Kupplung nun zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist und der Antriebsstrang nicht mehr hybridisiert ist, und
8 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Getriebes nach einem dritten Ausführungsbeispiel, in dem gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel mehrere Drehschwingungsdämpfer eingesetzt sind.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Getriebe 1 besonders gut erkennbar. Das Getriebe 1 ist bereits in einem Antriebsstrang 2 eines Kraftfahrzeuges eingebaut. Der Antriebsstrang 2 ist als ein hybrider Antriebsstrang ausgestaltet, wobei eine Verbrennungskraftmaschine 9 sowie ein Elektromotor 10 zwei unabhängig voneinander betreibbare Motoren dieses Antriebsstranges 2 ausbilden.
Das Getriebe 1 ist grundsätzlich wie ein übliches Doppelkupplungsgetriebe aufgebaut sowie funktionierend und weist zwei Getriebeeingangswellen in Form einer ersten Getriebewelle 6 und einer zweiten Getriebewelle 7 auf. Auch weist das Getriebe 1 eine Getriebeausgangswelle 11 / dritte Getriebewelle auf, die auf übliche Weise mit einem Differenzial 12 weiter verbunden ist. Zahnradpaare auf der Getriebeausgangswelle 11 und der ersten Getriebewelle 6 bzw. der zweiten Getriebewelle 6, 7 sind jeweils auf übliche Weise mittels verschiedener Schaltmuffen 13, die auch als Schalthülsen bezeichnet sind und Synchronisierungen ausbilden, verbindbar. Eine erste Gruppe an Zahnrädern ist auf der ersten Getriebewelle 7 drehfest angeordnet, eine zweite Gruppe an Zahnrädern ist wiederum auf der zweiten Getriebewelle 7 drehfest angeordnet.
In dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Schalteinheit 5, auch wenn sie außerhalb eines hier in gestrichelten Linien dargestellten Getriebegehäuses 14 des Getriebes 1 angeordnet ist, dennoch Bestandteil des Getriebes 1.
Eine Kupplung 8, die nachfolgend auch als erste Kupplung 8 bezeichnet ist, dient als ein entkoppelbares / öffnenbares Verbindungselement zwischen dem Elektromotor 10 und den Getriebewellen 6, 7. Diese erste Kupplung 8 ist ebenfalls dem Getriebe 1 zugeordnet, auch wenn sie außerhalb des Getriebegehäuses 14 angeordnet ist. Das Getriebe 1 ist somit alternativ auch als Getriebe-Kupplungsanordnung bezeichnet. Die erste Kupplung 8 ist als Einfachkupplung sowie als Reibungskupplung ausgestaltet. Ein erstes Drehteil 3 der ersten Kupplung 8 ist drehfest mit einer Schalteinheit 5 verbunden. Das erste Drehteil 3 ist als eine Kupplungsscheibe ausgebildet. Ein Rotor des Elektromotors 10 ist mit einem (zweiten) Drehteil 4 der ersten Kupplung 8 drehfest verbunden. Ein Stator des Elektromotors 10 ist gehäusefest, etwa getriebegehäusefest oder kupplungsgehäusefest, angeordnet. Das zweite Drehteil 4 ist als eine Druckplatte ausgestaltet. In einer eingekuppelten Stellung der ersten Kupplung 8 sind die beiden Drehteile 3, 4 drehfest miteinander verbunden, in einer ausgekuppelten Stellung findet keine Drehmomentenübertragung zwischen den Drehteilen 3, 4 statt. Die erste Kupplung 8 ist über eine Betätigungseinrichtung 30 zwischen der ein- und der ausgekuppelten Stellungen bewegbar.
Neben der ersten Kupplung 8 ist in dem dargestellten Antriebsstrang 2 eine zweite Kupplung 29 eingesetzt ist, welche wiederum als Reibungskupplung ausgebildet ist. Die zweite Kupplung 29 ist im Drehmomentenfluss gesehen zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und der ersten Kupplung 8 angeordnet. Auch die zweite Kupplung 29 weist zwei Drehteile auf. Die zweite Kupplung 29 ist ebenfalls auf übliche Weise mittels einer Betätigungseinrichtung zwischen ihrer eingekuppelten Stellung und ihrer ausgekuppelten Stellung hin- und her bewegbar. Dadurch ist eine flexible Anbindung der Verbrennungskraftmaschine 9 unabhängig vom Elektromotor 10 und umgekehrt des Elektromotors 10 unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine 9 mit dem Getriebe 1 möglich.
Erfindungsgemäß ist die Schalteinheit 5 nun, im Drehmomentenfluss betrachtet, zwischen der ersten Kupplung 8, nämlich dem ersten Drehteil 3, und den beiden Getriebewellen 6, 7 angeordnet. Je nach Stellung der Schalteinheit 5 verbindet sie das erste Drehteil 3 mit der ersten Getriebewelle 6 oder mit der zweiten Getriebewelle 7. Die Schalteinheit 5 an sich ist als eine unterbrechungsfrei schaltbare Schalteinheit 5 in Form einer so genannten Zeroshift-Schaltung / nach dem Zeroshift-Mechanismus ausgeführt. Eine solche Zeroshift-Schaltung ist bereits aus der WO 2004/099 654 A1 als Wählzusammenbau / „selector assembly“ bekannt und bezeichnet. Die Funktion sowie der Aufbau dieses Wählzusammenbaus soll für die Schalteinheit 5 des erfindungsgemäßen Getriebes 1 als integriert gelten.
Die Schalteinheit 5 ist näher auch in Verbindung mit 2 erkennbar. 2 stellt einen abgewickelten, d.h. in einer Ebene abgewickelt dargestellten Umfangsbereich der Schalteinheit 5 dar, welche Schalteinheit 5 in ihrer gewöhnlichen Ausbildung ringförmig ist.
In der Schalteinheit 5 sind mehrere Schaltelemente 16, 17 integriert, die in axialer Richtung der Schalteinheit 5 verschiebbar gelagert sind. Ein erstes Schaltelement 16 ist in 2 erkennbar und in axialer Richtung (der Schalteinheit 5) verschiebbar zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Lagerteilen 21 eingesetzt. Ein zweites Schaltelement 17 ist ebenfalls zwischen zwei benachbarten Lagerteilen 21 in Umfangsrichtung eingesetzt und in axialer Richtung verschiebbar.
Die Schalteinheit 5 ist axial zwischen zwei an den Getriebewellen 6, 7 ausgebildeten Drehverbindungskonturen 15, 18 angeordnet. Eine erste Drehverbindungskontur 15 weist mehrere schwalbenschwanz- / klauenförmige, in Umfangsrichtung beabstandet angeordnete erste Vorsprünge 22a auf. Die erste Drehverbindungskontur 15 ist fest an der ersten Getriebewelle 6 befestigt. Jeder erste Vorsprung 22a der ersten Drehverbindungskontur 15 wirkt mit dem ersten sowie dem zweiten Schaltelement 16, 17 der Schalteinheit 5, wie nachfolgend näher beschrieben, zusammen.
Auf einer der ersten Drehverbindungskontur 15 abgewandten axialen Seite der Schalteinheit 5 ist eine zweite Drehverbindungskontur 18 angeordnet, die wiederum Bestandteil der zweiten Getriebewelle 7 / an der zweiten Getriebewelle 7 befestigt ist. Auch die zweite Drehverbindungskontur 18 weist mehrere schwalbenschwanz- / klauenförmige (zweite) Vorsprünge 22b auf. Die zweiten Vorsprünge 22b sind wiederum in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Wie nachfolgend näher beschrieben, wirkt mit dem Paar erster und zweiter Schaltelemente 16, 17, wie sie in 2 erkennbar sind, seitens der zweiten Drehverbindungskontur 18 nicht nur, wie an der ersten Drehverbindungskontur 15, ein Vorsprung 22a, sondern zwei Vorsprünge 22b zusammen.
Die Schaltelemente 16, 17 und die jeweilige Drehverbindungskontur 15 oder 18 bilden miteinander eine Klauenkupplung, d.h. eine formschlüssige Kupplung, aus.
Das erste Schaltelement 16, wie in 3 ersichtlich, weist eine erste Aussparung 23 auf, die mit dem ersten Vorsprung 22a der ersten Drehverbindungskontur 15 zusammenwirkt. Soll eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Drehteil 3 und der ersten Getriebewelle 6 umgesetzt werden, sind die Schaltelemente 16 und 17 in die in 4 dargestellte erste Stellung der Schalteinheit 5 zu verfahren. Hierfür wird zunächst das erste Schaltelement 16 in axialer Richtung hin zu der ersten Drehverbindungskontur 15 verschoben, bis es den ersten Vorsprung 22a in Umfangsrichtung überdeckt. In dieser ersten Zwischenstellung der Schalteinheit 5 ist das erste Schaltelement 16 bei einer Relativverdrehung des (ersten) Drehteils 3 / der Schalteinheit 5 zur ersten Getriebewelle 6 in einer ersten Drehrichtung 24 bereits formschlüssig mit der ersten Getriebewelle 6 verbunden. Im Anschluss daran wird gemäß 4 auch das zweite Schaltelement 17 entsprechend in axialer Richtung hin zu der ersten Drehverbindungskontur 15 verschoben, sodass auch das zweite Schaltelement 17 den ersten Vorsprung 22a in Umfangsrichtung gesehen, zu einer dem ersten Schaltelement 16 abgewandten Seite, überdeckt / formschlüssig hintergreift. Das zweite Schaltelement 17 dient somit in der ersten Stellung insbesondere zur formschlüssigen Verbindung der Schalteinheit 5 zu einer, der ersten Drehrichtung 24 entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung 27. Auch das zweite Schaltelement 17 weist eine erste Aussparung 23 auf. Die beiden Aussparungen 23 der beiden Schaltelemente 16 und 17 sind einander in Umfangsrichtung gesehen zugewandt.
Die beiden Schaltelemente 16 und 17 weisen jeweils, an einem den ersten Aussparungen 23 abgewandten Endbereich, eine zweite Aussparung 25 auf. Diese zweiten Aussparungen 25 sind einander in Umfangsrichtung abgewandt und dienen zum formschlüssigen Aufnehmen der zweiten Vorsprünge 22b der zweiten Drehverbindungskontur 18, wie in der zweiten Stellung der Schalteinheit 5 nach 6 gut erkennbar ist.
Den jeweiligen Aussparungen 23 und 25 in Umfangsrichtung abgewandt weist jedes Schaltelement 16 und 17 Betätigungsschrägen 26, die auch als Betätigungsrampen bezeichnet sind, auf. Die Betätigungsschrägen 26 dienen insbesondere zum Umschalten von der ersten Stellung in die zweite Stellung.
In Verbindung mit 5 ist insbesondere gut erkennbar, wie ein Schaltvorgang zum Umschalten der Schalteinheit 5 von der ersten in die zweite Stellung erfolgt. Hierzu wird das zweite Schaltelement 17 in axialer Richtung zunächst so verschoben, bis seine zweite Aussparung 25 in formschlüssigem Eingriff (in Umfangsrichtung gesehen) mit dem zweiten Vorsprung 22b der zweiten Drehverbindungskontur 18 ist. Dies ist in einer zweiten Zwischenstellung, wie in 5 veranschaulicht, umgesetzt. Wenn sich die zweite Getriebewelle 7 in diesem Zustand schneller in der ersten Drehrichtung 24 dreht als die erste Getriebewelle 6, wird auch die Schalteinheit 5 in dieser ersten Drehrichtung 24 beschleunigt, sodass es gleichzeitig zu einem Relativverdrehen der Schalteinheit 5 zu der ersten Getriebewelle 6 in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung 27 kommt. Somit bewegt sich das erste Schaltelement 15 mit seiner Betätigungsschräge 26 in Umfangsrichtung entlang eines der ersten Vorsprünge 22a und wird dabei in axialer Richtung weg von der ersten Drehverbindungskontur 15 geschoben, bis es nicht mehr in formschlüssigem Eingriff mit dem ersten Vorsprung 22a ist, sondern schließlich in einen zweiten Vorsprung 22b der zweiten Drehverbindungskontur 18 formschlüssig eingreift. In dieser zweiten Stellung nach 6 sind beide Schaltelemente 16, 17 schließlich jeweils formschlüssig mit einem zweiten Vorsprung 22b verbunden.
Die Aktuierung / das Umschalten der verschiedenen Schaltelemente 16, 17, die in der Praxis mehrfach paarweise entlang des Umfangs ausgestaltet sind, geschieht vorzugsweise gemeinsam mittels eines Aktors 28a, 28b. Ein erster Aktor 28a wirkt mit dem ersten Schaltelement 16 bzw. der Gruppe an ersten Schaltelementen 16 zusammen und ein zweiter Aktor 28b wirkt mit den zweiten Schaltelementen 17 bzw. der Gruppe an zweiten Schaltelementen 17 zusammen. In Abhängigkeit des Zustandes des jeweiligen Aktors 28a bzw. 28b wird somit die Stellung der Schalteinheit 5 verändert oder beibehalten. Auch dienen die Aktoren 28a und 28b dazu, die jeweiligen Schaltelemente 16 und 17 wieder aus der ersten bzw. zweiten Stellung in die in 2 dargestellte Neutralstellung zurückzubringen.
Wie wiederum aus 1 ersichtlich, ist die erste Getriebewelle 6 koaxial zu der zweiten Getriebewelle 7 angeordnet. Die erste Getriebewelle 6 ist radial innerhalb der zweiten Getriebewelle 7, relativ zu dieser verdrehbar, gelagert. Die erste Getriebewelle 6 ist als Vollwelle oder Hohlwelle und die zweite Getriebewelle 7 als Hohlwelle ausgebildet ist. Die erste Getriebewelle 6 durchragt die zweite Getriebewelle 7 vollständig und weist ihre (erste) Drehverbindungskontur 15 an einem axial aus der zweiten Getriebewelle 7 hinausragenden Endbereich auf. Die (zweite) Drehverbindungskontur 18 der zweiten Getriebewelle 7 ist an einem aus dem Getriebegehäuse 14 hinausragenden Ende der zweiten Getriebewelle 7 angeordnet.
In Verbindung mit 7 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel prinzipiell dargestellt, wobei der Antriebsstrang 2 alternativ als rein mechanisch angetriebener Antriebsstrang 2 mit ausschließlich einer Verbrennungskraftmaschine 9 ausgestattet ist. Somit ist in diesem zweiten Ausführungsbeispiel gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel auf einen Elektromotor 10 verzichtet. Durch das Weglassen des Elektromotors 10 wird zweite Kupplung 29 verzichtet und die erste Kupplung 8 ist mit ihrem zweiten Drehteil 4 nicht mehr mit einem Rotor des Elektromotors 10 zusätzlich verbunden.
In Verbindung mit 8 ist auch prinzipiell erkennbar, dass mehrere Drehschwingungsdämpfer in dem Getriebe 1 bzw. in dem Antriebsstrang 2 eingesetzt werden können. In dem dritten Ausführungsbeispiel nach 8 sind insgesamt sechs Drehschwingungsdämpfer 19a–f eingesetzt, die auch unabhängig voneinander und einzeln in weiteren Ausführungsbeispielen in dem Getriebe 1 bzw. in dem Antriebsstrang 2 eingebracht sein können.
Ein erster Drehschwingungsdämpfer 19a ist in der ersten Getriebewelle 6 integriert, nämlich benachbart zu der ersten Drehverbindungskontur 15. Ein zweiter Drehschwingungsdämpfer 19b ist in der zweiten Getriebewelle 7 integriert, nämlich benachbart zu der zweiten Drehverbindungskontur 18. Ein dritter Drehschwingungsdämpfer 19c ist in dem ersten Drehteil 3 in Form der Kupplungsscheibe integriert. Ein vierter Drehschwingungsdämpfer 19d ist in einem drehteilfesten Bauteil, d.h. einem Bauteil, das drehfest mit dem Drehteil 3 verbunden ist, integriert. Dieses drehteilfeste Bauteil ist als Verbindungswelle 20 ausgeführt. Die Verbindungswelle 20 dient, wie auch in den beiden ersten Ausführungsbeispielen, zur drehfesten Verbindung der Kupplungsscheibe / des ersten Drehteils 3 mit der Schalteinheit 5. Desweiteren ist ein fünfter Drehschwingungsdämpfer 19e in der Getriebeausgangswelle 11 integriert. Ein sechster Drehschwingungsdämpfer 19f ist zwischen der Verbrennungskraftmaschine 9 und dem zweiten Drehteil 4, im Drehmomentenfluss gesehen, eingebracht.
In anderen Worten ausgedrückt, ist mit 1 eine mögliche Ausführung für einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang 2 gezeigt. Der Antriebsstrang 2 ist als P2 Hybrid mit K0 (zweite Kupplung 29) und K1 (erste Kupplung 8) ausgeführt, wobei sich zwischen der K1 8 und dem Getriebe 1 eine erfindungsgemäße Schalteinheit 5 befindet. Mit dieser Schalteinheit 5 kann das Moment von der Kupplung 8 an die Getriebeeingangswellen 6, 7 (GEW1 und GEW2) weiter gegeben werden. Das Getriebe 1 ist vereinfacht dargestellt und beinhaltet hier zwei Teilgetriebe mit jeweils vier Gängen. Ein Rückwärtsgang ist der Einfachheit wegen nicht dargestellt.
Die Schalteinheit 5 besteht dabei aus zwei Gruppen Schaltelementen 16, 17, sowie zwei Sätzen Klauen 15, 18, die jeweils mit einer Getriebeeingangswelle 6, 7 drehfest verbunden sind. (Die Verbindung ist auch bei Einsatz eines Dämpfers 19a–f als drehfest bezeichnet). Die Schaltelemente 16, 17 können über separate Aktoren 28a, 28b (wie dargestellt) oder über einen gemeinsamen Aktor mit einer Federkonstruktion betrieben werden. Der Aktor 28a, 28b kann beispielsweise mechanisch (z.B. Spindeltrieb), hydraulisch oder magnetisch ausgeführt sein.
2 zeigt die Schalteinheit 5 im Detail. Dargestellt ist eine Abwicklung eines Abschnittes des Umfangs in Neutralstellung, das heißt, es wird kein Moment übertragen. Der obere Teil ist rotatorisch mit der ersten Getriebeeingangswelle 6 verbunden, der untere Teil mit der zweiten Getriebeeingangswelle 7. Der mittlere Teil, beinhaltend die Schaltelemente 16, 17, ist rotatorisch mit der Ausgangswelle 20 der K1 8 verbunden. Des Weiteren sind an den Getriebeeingangswellen 6, 7 Klauen 15, 18 platziert (bevorzugt mit Hinterschnitt), die jeweils zwischen die Schaltelemente 16, 17 passen.
Die Schaltelemente 16, 17 sind so gebaut, dass sie (mit dem Aktor oder den Aktoren 28a, 28b) in Richtung der GEW1 6 oder GEW2 7 verschoben werden können und dort abhängig von der Richtung einer Differenzdrehzahl zwischen der jeweiligen Getriebeeingangswelle 6, 7 und der Kupplungsausgangswelle 20 entweder in die Klauen 15, 18 einrasten, oder von diesen wieder in die Mittelstellung / Neutralstellung zurückgeschubst werden. Bevorzugt gibt es von Schaltelement 16, 17 jeweils mindestens drei Stück in gleichem Abstand über den Umfang verteilt. Dazwischen befinden sich optional Führungselemente (Lagerteile 21), welche die Schaltelemente 16, 17 in Position halten und helfen das Moment zu übertragen.
3 zeigt das Einlegen der Verbindung der Kupplungswelle 20 zur Getriebeeingangswelle 6. Dabei sollte in dem, der ersten Getriebewelle 6 zugeordneten, ersten Teilgetriebe bereits ein Gang eingelegt sein. Dabei bewegt sich die Kupplungsausgangswelle 20 und damit die Schaltelemente 16, 17 und Führungen 21 relativ zur Getriebeeingangswelle 6 nach rechts, so dass das erste Schaltelement 16 zur Abstützung dieser Richtung zuerst eingelegt werden muss. Zum vollständigen Verbinden der Kupplungswelle 20 zu GEW1 6 muss nun auch das zweite Schaltelement 17 nach oben bewegt werden. Das ist in 4 gezeigt.
5 zeigt den Umschaltvorgang auf die andere Getriebeeingangswelle 7. Es wird angenommen, dass in dem, der zweiten Getriebewelle 7 zugeordneten, zweiten Teilgetriebe bereits ein Gang eingelegt ist. Die Übersetzungen sind dabei so, dass sich die untere Klauenkupplung 18 auf dem Figurenbild relativ zu den Schaltelementen 16, 17 und der oberen Klauenkupplung 15 nach links bewegt. Es wird also das zweite Schaltelement 17 nach unten bewegt und rastet dort in die Klaue (Vorsprung 20b) ein. Dadurch bewegt sich nun die GEW1 6 relativ zu dem Rest nach rechts. Das erste Schaltelement 16 wird von der nächsten Klaue (Vorsprung 20a) an der Schräge 26 ausgeworfen. Das Umschalten geschieht also instantan.
In 6 ist dann das erste Schaltelement 16 ebenfalls nach unten umgeschaltet und die GEW2 7 fest mit dem Kupplungsausgang verbunden.
7 zeigt den Antriebsstrang 2 ohne Elektrifizierung. Die Idee bezieht sich auf das instantane Umschalten des Antriebsmomentes zwischen den Getriebeeingangswellen 6, 7. Add-Ons, wie E-Maschinen oder andere Zusatzaggregate, sind möglich. Ebenso ist die Anzahl der Gänge sowie die exakte Bauform des Getriebes 1 unerheblich.
Durch die hier vorgeschlagene Architektur kann der Aufwand gegenüber einem bekannten Zeroshift-Getriebe reduziert werden, da das Umschalten stets an dem gleichen (einzigen) Seamless-Shift Schaltelement 16, 17 stattfindet. Vorteilhafte Positionen für Feder/Dämpfereinheiten 19a–f sind in 8 gezeigt. Diese können beliebig miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Antriebsstrang
3: erstes Drehteil
4: zweites Drehteil
5: Schalteinheit
6: erste Getriebewelle
7: zweite Getriebewelle
8: Kupplung / erste Kupplung
9: Verbrennungskraftmaschine
10: Elektromotor
11: Getriebeausgangswelle
12: Differenzial
13: Schaltmuffe
14: Getriebegehäuse
15: erste Drehverbindungskontur
16: erstes Schaltelement
17: zweites Schaltelement
18: zweite Drehverbindungskontur
19a: erster Drehschwingungsdämpfer
19b: zweiter Drehschwingungsdämpfer
19c: dritter Drehschwingungsdämpfer
19d: vierter Drehschwingungsdämpfer
19e: fünfter Drehschwingungsdämpfer
19f: sechster Drehschwingungsdämpfer
20: Verbindungswelle
21: Lagerteil
22a: erster Vorsprung
22b: zweiter Vorsprung
23: erste Aussparung
24: erste Drehrichtung
25: zweite Aussparung
26: Betätigungsschräge
27: zweite Drehrichtung
28: Aktor
28a: erster Aktor
28b: zweiter Aktor
29: zweite Kupplung
30: Betätigungseinrichtung

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

WO 2004/099654 A1 [0002, 0035]
WO 2005/024261 A1 [0003]
WO 2006/095140 A1 [0003]
EP 1642052 B1 [0003]
EP 2302258 A1 [0003]
EP 2463555 B1 [0003]
DE 102010002302 B4 [0003]
US 2013/0228027 A1 [0003]
US 4096932 [0003]
US 3780840 [0003]

Claims

Getriebe (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Drehteil (3), einer unterbrechungsfrei schaltbaren Schalteinheit (5), die mit dem Drehteil (3) dauerhaft drehfest verbunden ist, sowie zwei Getriebewellen (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Getriebewellen (6, 7) derart mit der Schalteinheit (5) in Verbindung stehen, dass in einer ersten Stellung der Schalteinheit (5) eine erste Getriebewelle (6) und in einer zweiten Stellung der Schalteinheit (5) eine zweite Getriebewelle (7) mit dem Drehteil (3) drehfest gekoppelt ist, wobei die Getriebewellen (6, 7) jeweils als Getriebeeingangswelle ausgebildet sind und das Drehteil (3) wiederum ein Bestandteil einer Kupplung (8) des Getriebes (1) ist.
Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebewelle (6) eine erste Drehverbindungskontur (15) aufweist, die so ausgestaltet ist, dass ein verschiebbar gelagertes Schaltelement (16, 17) der Schalteinheit (5) formschlüssig mit ihr in Eingriff bringbar ist.
Getriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebewelle (7) eine zweite Drehverbindungskontur (18) aufweist, die so ausgestaltet ist, dass ein verschiebbar gelagertes Schaltelement (16, 17) der Schalteinheit (5) formschlüssig mit ihr in Eingriff bringbar ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (8) als eine formschlüssige Trennkupplung oder als eine Reibkupplung ausgebildet ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die unterbrechungsfrei schaltbare Schalteinheit (5) ringförmig ausgebildet ist und radial außerhalb von zumindest einer der Getriebewellen (6, 7) umläuft.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unterbrechungsfrei schaltbare Schalteinheit (5) als eine Zeroshift-Schaltung ausgeführt ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehschwingungsdämpfer (19a) in der ersten Getriebewelle (6) integriert ist und/oder ein Drehschwingungsdämpfer (19b) in der zweiten Getriebewelle (7) integriert ist.
Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehschwingungsdämpfer (19c) in dem Drehteil (3) integriert ist und/oder ein Drehschwingungsdämpfer (19d) in einem drehteilfesten Bauteil (20) integriert ist.
Antriebsstrang (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kupplung (8) als Verbindungseinheit zwischen einem Motor (9, 10) und den dem Getriebe (1) zugeordneten Getriebewellen (6, 7) dient.
Antriebsstrang (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehschwingungsdämpfer (19e) in einer Getriebeausgangswelle (11) des Getriebes (1) integriert ist und/oder ein Drehschwingungsdämpfer (19f) zwischen dem Motor (9, 10) und der Kupplung (8) angeordnet ist.