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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges. Die Antriebsanordnung ist zum gemeinsamen Antrieb eines Kraftfahrzeuges mit zwei Antriebseinheiten vorgesehen, wobei durch die Antriebsanordnung eine erste Antriebseinheit mit einer das Kraftfahrzeug antreibenden ersten Abtriebswelle lösbar verbunden ist. Die Antriebsanordnung umfasste eine Doppelkupplung, die einerseits eine lösbare Verbindung zwischen der ersten Antriebseinheit und der ersten Abtriebswelle herstellt und die andererseits zum Lösen der Verbindung zwischen der zweiten Antriebseinheit und der ersten Abtriebswelle eingerichtet ist.
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Solche Antriebsanordnungen, die eine Trennvorrichtung zum An- und Abkuppeln einer ersten Kurbelwelle an bzw. von einer zweiten Kurbelwelle umfassen, sind z. B. aus der
DE 30 05 344 A1 bekannt. Allerdings wird dort für die Trennung der Kurbelwellen der zwei Antriebseinheiten eine eigene Kupplung eingesetzt. Eine weitere Kupplung ist zum schaltbaren Verbinden der gemeinsamen Antriebswelle mit einer Getriebeeingangswelle erforderlich.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Insbesondere soll die Funktion der bekannten Trennvorrichtung auf eine Kupplung übertragen werden, die zum schaltbaren Verbindung der Antriebswelle mit einer Getriebeeingangswelle (die das Kraftfahrzeug antreibende (erste) Abtriebswelle) in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Damit könnte eine zusätzliche (Reib-)Kupplung entfallen, so dass Kosten eingespart, eine Komplexität der Antriebsanordnung verringert und ggf. die Baulänge der Antriebsanordnung verkürzt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges, zumindest umfassend
- a. eine mit einer ersten Antriebseinheit drehfest verbindbare erste Antriebswelle;
- b. eine mit einer zweiten Antriebseinheit drehfest verbindbare zweite Antriebswelle;
- c. eine erste Abtriebswelle;
- d. eine zweite Abtriebswelle;
- e. eine Doppelkupplung mit einer ersten Teilkupplung und einer zweiten Teilkupplung; wobei die erste Teilkupplung zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle mit der ersten Abtriebswelle geeignet ist; wobei die zweite Teilkupplung zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle mit der zweiten Abtriebswelle geeignet ist;
- f. eine erste Kupplung, die zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle mit der zweiten Antriebswelle geeignet ist;
- g. eine zweite Kupplung, die zur lösbaren Verbindung der zweiten Abtriebswelle mit der zweiten Antriebswelle geeignet ist;
wobei die erste Antriebswelle drehfest mit der Doppelkupplung verbunden ist.
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Eine Doppelkupplung ist z. B. aus der
WO 2009/152800 A1 bekannt. Im vorliegenden Fall ist die Doppelkupplung nicht auf eine bestimmte Ausgestaltung festgelegt. Entscheidend ist vielmehr, dass eine Antriebswelle (hier die erste Antriebswelle) über die Doppelkupplung mit zwei Abtriebswellen (hier mit der ersten und der zweiten Abtriebswelle) lösbar verbindbar ist.
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Insbesondere ist die Doppelkupplung eine Reibkupplung.
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Insbesondere ist das Kraftfahrzeug nur über die erste Abtriebswelle antreibbar. Die erste Abtriebswelle ist also eine Getriebeeingangswelle, die über die Doppelkupplung zumindest mit der ersten Antriebswelle und damit mit zumindest der ersten Antriebseinheit (schaltbar) verbunden ist. Über ein schaltbares Getriebe werden die Antriebseinheiten schaltbar mit insbesondere den Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden.
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Insbesondere ist zumindest eine von erster Kupplung und zweiter Kupplung eine Formschlusskupplung. Bevorzugt sind beide Kupplungen (erste und zweite Kupplung) Formschlusskupplungen. Formschlusskupplungen sind insbesondere Klauenkupplungen oder Zahnkupplungen (oder ähnliche), bei denen die beiden Verbindungspartner einen Formschluss eingehen. Formschlüssige Verbindungen entstehen durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Dadurch können sich die Verbindungspartner auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht voneinander lösen. Anders ausgedrückt ist bei einer formschlüssigen Verbindung der eine Verbindungspartner dem anderen im Weg, hier in der Drehrichtung der miteinander verbundenen Wellen.
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Insbesondere ist zumindest die erste Kupplung so ausgelegt, dass durch die formschlüssige Verbindung zwischen erster Antriebswelle und zweiter Antriebswelle eine vorbestimmte Winkelstellung der Antriebswellen (und damit der Kurbelwellen bzw. Exzenterwellen der Antriebseinheiten) zueinander festgelegt ist.
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Insbesondere kann so bei einer Trennung bzw. einer Verbindung von erster Antriebswelle und zweiter Antriebswelle eine ggf. erforderliche vorbestimmte Zündreihenfolge der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit eingestellt oder wieder hergestellt werden.
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Insbesondere ist die erste Antriebswelle eine Hohlwelle, wobei die zweite Antriebswelle zumindest teilweise in der ersten Antriebswelle und koaxial zu der ersten Antriebswelle angeordnet ist.
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Insbesondere erstreckt sich die Hohlwelle bis hin zu der Doppelkupplung bzw. zu einem Schwungrad.
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Im Bereich der Hohlwelle ist insbesondere die erste Kupplung angeordnet.
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Insbesondere umfasst die Antriebsanordnung zusätzlich die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit; wobei zumindest eine Antriebseinheit über ein Getriebe (eine Zahnradpaarung) mit der jeweiligen Antriebswelle drehfest verbunden ist.
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Insbesondere sind beide Antriebseinheiten über Getriebe mit der jeweiligen Antriebswelle verbunden.
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Bevorzugt ist zwischen zumindest einer Antriebseinheit und dem jeweiligen Getriebe ein Schwungrad (z. B. ein bekanntes Zwei-Massen-Schwungrad, ZMS) angeordnet.
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Insbesondere ist zumindest eine Antriebswelle über einen Dämpfer drehfest mit der jeweiligen Antriebseinheit verbunden. Drehfest bedeutet, dass eine Drehung der Kurbelwelle (oder Exzenterwelle) der Antriebseinheit eine Drehung der jeweiligen Antriebswelle bewirkt. Dabei kann in bekannter Weise ein Dämpfer und/ oder ein ZMS zwischen der Antriebseinheit und der Welle angeordnet sein, so dass Änderungen der Drehgeschwindigkeit und/ oder von Drehmomenten nur gedämpft übertragen werden.
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Insbesondere ist ein Schwungrad mit der Doppelkupplung verbunden bzw. in oder an der Doppelkupplung integriert angeordnet.
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Insbesondere ist nur die erste Antriebseinheit über das Schwungrad mit der Doppelkupplung verbunden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Antriebsanordnung zusätzlich die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit, wobei beide Antriebseinheiten auf einer Seite der Doppelkupplung angeordnet sind.
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Insbesondere weist die zweite Antriebseinheit eine Kurbelwelle und die erste Antriebseinheit eine hohle Exzenterwelle auf, wobei die zweite Antriebswelle in der Exzenterwelle und koaxial zu der Exzenterwelle angeordnet ist.
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Im Unterschied zu einer Kurbelwelle weist eine Exzenterwelle insbesondere keine formschlüssige Verbindung mit den Kolben bzw. Pleueln der jeweiligen Antriebseinheit auf. So kann sich die zweite Antriebswelle durch die Exzenterwelle hindurch erstrecken.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung umfasst die Antriebsanordnung die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit, wobei die erste Antriebseinheit auf einer ersten Seite der Doppelkupplung und die zweite Antriebseinheit auf einer (der ersten Seite gegenüberliegenden) zweiten Seite der Doppelkupplung angeordnet ist.
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Es wird weiter ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung vorgeschlagen, wobei zum Starten der zweiten Antriebseinheit durch die erste Antriebseinheit die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- i. Verbinden der zweiten Antriebswelle mit der zweiten Abtriebswelle über die zweite Kupplung;
- ii. Verbinden der zweiten Abtriebswelle mit der ersten Antriebswelle über die zweite Teilkupplung;
- iii. Verbinden der zweiten Antriebswelle mit der ersten Antriebswelle über die erste Kupplung, so dass die erste Abtriebswelle zumindest über die erste Teilkupplung mit der ersten Antriebswelle verbunden ist und die erste Abtriebswelle nun durch die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle angetrieben wird.
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Insbesondere wird vor Schritt i. nur die ersten Antriebseinheit betrieben oder ist nur die erste Antriebseinheit mit der ersten Abtriebswelle zur Übertragung von Drehmomenten verbunden.
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Insbesondere wird vor dem Verbinden der zweiten Antriebswelle mit der zweiten Abtriebswelle gemäß Schritt i. eine Synchronisierung (Angleichung) der Drehzahlen der zweiten Antriebswelle und der zweiten Abtriebswelle durchgeführt.
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In Schritt ii. wird die zweite Abtriebswelle mit der ersten Antriebswelle über die zweite Teilkupplung verbunden. Da die zweite Abtriebswelle über die zweite Kupplung bereits mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, wird nun auch die zweite Antriebswelle mit der ersten Antriebswelle verbunden.
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Insbesondere wird hier eine Drehzahldifferenz zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle so lange beibehalten, bis eine (vor-)bestimmte relative Winkelstellung von erster Antriebswelle gegenüber der zweiten Antriebswelle erreicht ist. Bei Vorliegen dieser Winkelstellung kann die erste Kupplung geschlossen werden, so dass die zweite Antriebswelle mit der ersten Antriebswelle über die erste Kupplung verbunden ist.
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Insbesondere kann dann die zweite Kupplung geöffnet werden. Die erste Abtriebswelle wird so von der ersten Antriebseinheit und der zweiten Antriebseinheit gemeinsam angetrieben und ist über die erste Teilkupplung schaltbar mit den Antriebseinheiten verbindbar bzw. von ihnen lösbar.
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Insbesondere werden zum Abtrennen der zweiten Antriebseinheit von der ersten Abtriebswelle die erste Kupplung und die zweite Kupplung gelöst.
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Insbesondere kann zum Abschalten und Abtrennen der zweiten Antriebseinheit entweder zuerst die erste Kupplung gelöst und dann die zweite Antriebseinheit abgeschaltet werden (erstes Teilverfahren) oder zunächst die zweite Antriebseinheit abgeschaltet und dann die erste Kupplung gelöst werden (zweites Teilverfahren).
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Das Abschalten der Antriebseinheit umfasst insbesondere das Beenden einer Kraftstoffzufuhr und/ oder das Beenden eines Zündvorgangs (Zylinderabschaltung). Das zweite Teilverfahren erlaubt ein einfaches Wiederanschalten der zweiten Antriebseinheit (vor dem Lösen der ersten Kupplung). Das erste Teilverfahren benötigt insbesondere eine geringere Betätigungskraft für die erste Kupplung, da beide Antriebswellen jeweils durch eine Antriebseinheit angetrieben werden (bis die erste Kupplung gelöst ist).
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Die Ausführungen zum Verfahren gelten gleichermaßen für die Antriebsanordnung und umgekehrt.
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Die Erfindung ist insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignet, die zeitweise nur mit einem Teil der vorhandenen Antriebseinheiten angetrieben werden. Insbesondere ist so ein Betrieb nur eines Teils einer Verbrennungskraftmaschine (z. B. infolge einer Zylinderabschaltung) möglich, wobei die beweglichen Bauteile (Kurbelwelle, Pleuel, Kolben, Nockenwelle, Ventile, usw.) der nicht betriebenen Teile der Verbrennungskraftmaschine (also der nicht weiter betriebenen Zylinder) möglichst nicht weiter mitbewegt werden sollen.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: eine erste Ausführungsvariante der Antriebsanordnung;
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2: eine zweite Ausführungsvariante der Antriebsanordnung;
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3: eine dritte Ausführungsvariante der Antriebsanordnung; und
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4: eine vierte Ausführungsvariante der Antriebsanordnung.
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1 zeigt eine erste Ausführungsvariante der Antriebsanordnung 1 in einem Kraftfahrzeug 13. Die Antriebsanordnung 1 umfasst eine mit einer ersten Antriebseinheit 2 drehfest verbundene erste Antriebswelle 3, eine mit einer zweiten Antriebseinheit 4 drehfest verbundene zweite Antriebswelle 5, eine erste Abtriebswelle 6, eine zweite Abtriebswelle 7 und eine Doppelkupplung 8 mit einer ersten Teilkupplung 9 und einer zweiten Teilkupplung 10. Die erste Teilkupplung 9 ist zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle 3 mit der ersten Abtriebswelle 5 geeignet. Die zweite Teilkupplung 10 ist zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle 3 mit der zweiten Abtriebswelle 6 geeignet. Weiter umfasst die Antriebsanordnung 1 eine erste Kupplung 11, die zur lösbaren Verbindung der ersten Antriebswelle 3 mit der zweiten Antriebswelle 5 geeignet ist und eine zweite Kupplung 12, die zur lösbaren Verbindung der zweiten Abtriebswelle 7 mit der zweiten Antriebswelle 5 geeignet ist. Die erste Antriebswelle 3 ist drehfest mit der Doppelkupplung 8 verbunden ist.
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Die Antriebseinheiten 2, 4 umfassen jeweils Kurbelwellen 19, die über Schwungräder 21 und Getriebe 15, 16 (Zahnradpaarungen) mit der jeweiligen Antriebswelle 3, 5 drehfest verbunden sind. Die erste Antriebseinheit 2 umfasst einen ersten Kolben 22 und einen zweiten Kolben 23, die sich in Zylindern (nicht gezeigt) der ersten Antriebseinheit auf und ab bewegen (Verbrennungskraftmaschine). Entsprechend weist die zweite Antriebseinheit einen dritten Kolben 24 und einen vierten Kolben 25 auf.
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Die erste Antriebswelle 3 ist eine Hohlwelle 14, wobei die zweite Antriebswelle 5 zumindest teilweise in der ersten Antriebswelle 3 und koaxial zu der ersten Antriebswelle 3 angeordnet ist. Hier erstreckt sich die Hohlwelle 14 bis hin zu der Doppelkupplung 8. Im Bereich der Hohlwelle 14 ist die erste Kupplung 11 angeordnet.
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Hier sind beide Antriebseinheiten 2, 4 auf der ersten Seite 17 der Doppelkupplung 8 angeordnet.
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Das Kraftfahrzeug 13 ist nur über die erste Abtriebswelle 6 antreibbar. Die erste Abtriebswelle 6 ist also eine Getriebeeingangswelle, die über die Doppelkupplung 8 zumindest mit der ersten Antriebswelle 3 und damit mit zumindest der ersten Antriebseinheit 2 (schaltbar) verbunden ist. Über ein schaltbares Getriebe werden die Antriebseinheiten 2, 4 schaltbar mit den Rädern des Kraftfahrzeuges 13 verbunden.
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Im Folgenden wird das Verfahren beschrieben. Das Verfahren ist auch auf die, in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsvarianten anwendbar.
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Bei dem Verfahren zum Betrieb der Antriebsanordnung 1 werden zum Starten der zweiten Antriebseinheit 4 durch die erste Antriebseinheit 2 die folgenden Schritte durchgeführt:
- i. Verbinden der zweiten Antriebswelle 5 mit der zweiten Abtriebswelle 7 über die zweite Kupplung 12;
- ii. Verbinden der zweiten Abtriebswelle 7 mit der ersten Antriebswelle 3 über die zweite Teilkupplung 10;
- iii. Verbinden der zweiten Antriebswelle 5 mit der ersten Antriebswelle 3 über die erste Kupplung 11, so dass die erste Abtriebswelle 6 zumindest über die erste Teilkupplung 9 mit der ersten Antriebswelle 3 verbunden ist und die erste Abtriebswelle 6 nun durch die erste Antriebswelle 3 und die zweite Antriebswelle 5 angetrieben wird.
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In Schritt ii. wird die zweite Abtriebswelle 7 mit der ersten Antriebswelle 3 über die zweite Teilkupplung 10 verbunden. Da die zweite Abtriebswelle 7 über die zweite Kupplung 12 bereits mit der zweiten Antriebswelle 5 verbunden ist, wird nun auch die zweite Antriebswelle 5 mit der ersten Antriebswelle 3 verbunden.
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Nach Schritt iii. kann dann die zweite Kupplung 12 geöffnet werden. Die erste Abtriebswelle 6 wird so von der ersten Antriebseinheit 2 und der zweiten Antriebseinheit 4 gemeinsam angetrieben und ist über die erste Teilkupplung 9 schaltbar mit den Antriebseinheiten 2, 4 verbindbar bzw. von ihnen lösbar.
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Zum Abtrennen der zweiten Antriebseinheit 4 von der ersten Abtriebswelle 6 werden die erste Kupplung 11 und (insbesondere bereits vorher) die zweite Kupplung 12 gelöst.
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Zum Abschalten und Abtrennen der zweiten Antriebseinheit 4 kann entweder zuerst die erste Kupplung 11 gelöst und dann die zweite Antriebseinheit 4 abgeschaltet werden (erstes Teilverfahren) oder zunächst die zweite Antriebseinheit 4 abgeschaltet und dann die erste Kupplung 11 gelöst werden (zweites Teilverfahren).
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Das Abschalten der zweiten Antriebseinheit 4 umfasst das Beenden einer Kraftstoffzufuhr und/ oder das Beenden eines Zündvorgangs (Zylinderabschaltung), so dass keine Kraft über den dritten Kolben 24 und den vierten Kolben 25 auf die Kurbelwelle 19 ausgeübt wird. Das zweite Teilverfahren erlaubt ein einfaches Wiederanschalten der zweiten Antriebseinheit 4 (vor dem Lösen der ersten Kupplung 11). Das erste Teilverfahren benötigt insbesondere eine geringere Betätigungskraft für die erste Kupplung 11, da beide Antriebswellen 3, 5 jeweils durch eine Antriebseinheit 2, 4 angetrieben werden (bis die erste Kupplung 11 gelöst ist).
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2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Antriebsanordnung 1. Es wird auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen. Hier sind die Antriebseinheiten 2, 4 auf unterschiedlichen Seiten 17, 18 der Doppelkupplung angeordnet. Weiterhin sind die Kurbelwellen 19 der Antriebseinheiten 2, 4 koaxial zueinander und koaxial zu den Antriebswellen 3, 5 angeordnet. Ein Schwungrad 21 ist an der Doppelkupplung 8 angeordnet. Die zweite Antriebswelle 5 der zweiten Antriebseinheit 4 erstreckt sich durch die Doppelkupplung 8 und durch die als Hohlwelle 14 ausgeführte erste Antriebswelle 3. Außerdem erstreckt sich die zweite Antriebswelle 5 durch die erste Abtriebswelle 6 und ist innerhalb der zweiten Abtriebswelle 7 angeordnet, mit der sie über die zweite Kupplung 12 lösbar verbindbar ist.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der Antriebsanordnung 1. Es wird auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen. Hier sind die Antriebseinheiten 2, 4 auf einer Seite 17 der Doppelkupplung angeordnet. Hier weist die zweite Antriebseinheit 4 eine Kurbelwelle 19 und die erste Antriebseinheit 2 eine hohle Exzenterwelle 20 auf, wobei die zweite Antriebswelle 5 in der Exzenterwelle 20 und koaxial zu der Exzenterwelle 20 angeordnet ist.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante der Antriebsanordnung 1. Es wird auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen. Hier sind die Antriebseinheiten 2, 4 auf einer Seite 17 der Doppelkupplung angeordnet. Die erste Antriebseinheit 2 ist über ein Getriebe 15 (Zahnradpaarung) mit der ersten Antriebswelle 3 drehfest verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsanordnung
- 2
- erste Antriebseinheit
- 3
- erste Antriebswelle
- 4
- zweite Antriebseinheit
- 5
- zweite Antriebswelle
- 6
- erste Abtriebswelle
- 7
- zweite Abtriebswelle
- 8
- Doppelkupplung
- 9
- erste Teilkupplung
- 10
- zweite Teilkupplung
- 11
- erste Kupplung
- 12
- zweite Kupplung
- 13
- Kraftfahrzeug
- 14
- Hohlwelle
- 15
- Erstes Getriebe
- 16
- Zweites Getriebe
- 17
- Erste Seite
- 18
- Zweite Seite
- 19
- Kurbelwelle
- 20
- Exzenterwelle
- 21
- Schwungrad
- 22
- Erster Kolben
- 23
- Zweiter Kolben
- 24
- Dritter Kolben
- 25
- Vierter Kolben
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3005344 A1 [0002]
- WO 2009/152800 A1 [0006]
