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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wie etwa eines PKW, eines LKW oder eines Nutzfahrzeugs, mit einer Antriebseinheit, etwa einem Verbrennungs- oder einem Hybridmotor, einer Abtriebseinheit, etwa eine Welle, die die Räder des Kraftfahrzeugs antreibt, und einem Getriebe, über das die Antriebseinheit und die Abtriebseinheit koppelbar sind. Das Getriebe ermöglicht zumindest in bestimmten Betriebsstadien, also in bestimmten Schaltvorgängen, wie dem sequentiellen Hoch- oder Herunterschalten, eine zug- und/oder schubunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle.
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Bei gattungsgemäßen Getrieben treten häufig Drehmomentsprünge auf. Unter einem Drehmomentsprung wird hierbei ein hoher Gradient des Drehmoments in der Getriebeausgangswelle verstanden, verglichen mit dem Gradienten, der vorliegt, wenn das Drehmoment unter Beibehaltung des gleichen Gangs durch Motorbeschleunigung erhöht wird.
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Ein gattungsgemäßer Antriebsstrang ist etwa aus der Europäischen Patentschrift
EP 1 748 231 B1 bekannt. Diese offenbart ein Getriebe, dessen Schaltmuffe mittels zweier Klauenringe ausgestaltet ist. Die Klauenringe sind relativ zueinander derart angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung alternierend verlaufen. Über jeweils einen Riegel sind die Klauenringe in Axialrichtung zueinander verschiebbar, sodass eine zugunterbrechungsfreie Drehmomentübertragung von der Eingangs- auf die Ausgangswelle ermöglicht ist. Ein zeitgleiches Eingreifen der beiden Klauenringe in unterschiedliche Zahnräder ist tunlichst zu vermeiden, um einem Blockieren des Antriebsstrangs vorzubeugen.
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Auch die Internationalen Patentanmeldungen
WO 2005 / 024261 A1 und
WO 2006 / 095140 A1 sind auf jenem Gebiet anzusiedeln. Ein Getriebe der darin offenbarten Antriebsstränge beinhaltet eine Ein- und eine Ausgangswelle, die sequentiell zugunterbrechungsfrei schaltbar sind.
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Die US-amerikanische Patentanmeldung
US 2013 / 0228027 A1 bildet einen weiteren Bestandteil des Standes der Technik. Sie ist auf ein Getriebe gerichtet, das möglichst ohne Beschleunigungsunterbrechung eine Drehmomentweitergabe gewährleistet.
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Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass in den jeweiligen Abtriebseinheiten von den Drehmomentsprüngen in der Getriebeausgangswelle Drehmomentschläge bzw. Abtriebsmomentsprünge auftreten. Diese induzieren eine Unwucht, die sogar von einem Fahrzeuginsassen spürbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest zu mildern und insbesondere eine Lösung dafür bereitzustellen, dass der Fahrkomfort bzw. die Abtriebslaufruhe unter Einsatz eines gattungsgemäßen Getriebes erhöht wird. Gleichzeitig ist eine Zugkraftunterbrechung bei einem Schaltvorgang, wie sie etwa in konventionellen Automatikschaltgetrieben auftritt, zu vermeiden.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen der Getriebeausgangswelle und der Abtriebseinheit eine Schutzeinrichtung so angeordnet und ausgestaltet ist, dass ein Drehmomentübertragungssprung von der Getriebeausgangswelle auf die Abtriebseinheit gedämpft ist. So ist bei Drehmomentsprüngen in der Getriebeausgangswelle eine solche Laufruhe in der Abtriebseinheit gewährleistet, dass für den Insassen ein hoher Komfort auch bei hohen Beschleunigungen garantiert ist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn die Schutzeinrichtung als Reibungskupplung, etwa als Einfachkupplung, ausgestaltet ist. Eine solche Kupplung ist präzise betätigbar, sodass sie, wenn es gewünscht ist, einen gewissen Schlupf ermöglicht, während sie ebenso eine starre, dämpfungsfreie Kopplung zwischen der Getriebeausgangswelle und dem Abtrieb ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Reibungskupplung als nasslaufende Reibungskupplung ausgestaltet ist. Jene nasslaufende Reibungskupplung entfaltet vor allem deshalb Vorteile, da an der Getriebeausgangswelle geringere Drehzahlen anliegen als an der Getriebeeingangswelle.
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Auch dann, wenn die Getriebeeingangswelle unterbrechungsfrei mit einer Ausgangswelle der Antriebseinheit gekoppelt ist, also ausschließlich abtriebsseitig und nicht motorseitig von dem Getriebe eine Kupplung angeordnet ist, entstehen weitere Vorteile. So ermöglicht jene Anordnung den Entfall der konventionellen Reibungskupplung zwischen der Antriebseinheit und dem Getriebe, was in einer Abnahme der Komplexität des Antriebsstrangs resultiert.
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Als alternative Ausgestaltung zur Reibungskupplung als Schutzeinrichtung bietet es sich ebenfalls an, die Schutzeinrichtung als Feder-Dämpfer-Mechanismus auszugestalten. Dieser kann auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst derart modifiziert werden, dass eine effiziente Dämpfung von Drehmomentspitzen in der Getriebeausgangswelle bei Schaltvorgängen ermöglicht ist.
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Insbesondere dann, wenn ein Dämpfer des Feder-Dämpfer-Mechanismus variabel einstellbar ist, vorzugsweise im Betrieb veränderbar, ist die Glättung von Drehmomentspitzen von Anwendungsfall zu Anwendungsfall anpassbar. So ist zwischen einem Hochschaltevorgung und einem Herunterschaltevorgang eine unterschiedliche Dämpfung realisierbar. Ebenso kann zwischen den einzelnen Übersetzungsstufen eine variable Dämpfung über eine entsprechende Ansteuerung des Dämpfers realisiert werden.
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Sobald die von dem Feder-Dämpfer-Mechanismus hervorgerufene Elastizität schaltbar ist, sodass durch den Feder-Dämpfer-Mechanismus eine starre, also dämpfungsfreie und elastizitätsfreie, Kopplung zwischen der Getriebeausgangswelle und der Abtriebseinheit hervorrufbar ist, erfüllt der erfindungsgemäße Antriebsstrang höchste Anforderungen an die Effizienz. So ist es ermöglicht, dass in einem Betriebszustand, in dem keine Glättung gewünscht ist, also beispielsweise während einer sukzessiven Drehmomenterhöhung unter Beibehaltung einer konstanten Übersetzungsstufe, eine starre Drehmomentweitergabe zwischen der Getriebeausgangswelle und dem Abtrieb gewährleistet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Schutzeinrichtung eine solche Relativbewegung zwischen der Getriebeausgangswelle und der Abtriebseinheit gewährleistet, dass während eines Schaltvorgangs des Getriebes eine hohe Laufruhe der Abtriebseinheit erreicht ist. Dies steigert den Fahrtkomfort sämtlicher Fahrzeuginsassen. Weiterhin wirkt sich jene Ausgestaltung gemäß dem erfinderischen Gedanken positiv auf die im Abtrieb angeordneten Komponenten aus, da diese keine beziehungsweise abgedämpfte Drehmomentschläge zu kompensieren haben.
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Ebenso entsteht ein Vorteil dann, wenn das Getriebe zumindest zwei Klauenringe aufweist, deren Klauen in entgegengesetzte Richtungen orientiert sind. So ist unter minimalem Bauraumbedarf eine zugunterbrechungsfreie Drehmomentübertragung von der Getriebeeingangs- auf die Getriebeausgangswelle und anders herum ermöglicht. Hierbei entfaltet sich ein weiterer Vorteil, wenn die Klauenringe zueinander unsynchronisiert sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebseinheit als ein Verbrennungsmotor, ein Hybridmodul oder ein Elektromotor ausgestaltet. Somit ist das erfinderische Konzept in vorhandene Antriebsstränge einsetzbar und zeichnet sich durch ein hohes Maß an Flexibilität aus.
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In anderen Worten kann gesagt werden, dass sich die Erfindung der Lösung des Problems widmet, dass ein schlagartiges Umbeschleunigen der Getriebeausgangswelle in gattungsgemäßen Getrieben zu einem solchen Krafteintrag / Impact auf die Getriebeausgangswelle führt, dass hohe Drehmomentpeaks resultieren. Bei solchen Getrieben handelt es sich etwa um als Klauenkupplung ausgestaltete sogenannte „Seamless Shift“ Getriebe.
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Teil des erfinderischen Gedankens der Glättung jener Peaks sind hierbei unterschiedliche konstruktive Ausgestaltungen. Einerseits ist als Schutzeinrichtung eine Reibungskupplung einsetzbar, andererseits entfaltet auch ein weicher, variabel bedämpfbarer Feder-Dämpfer-Mechanismus die erfindungsgemäßen Vorteile.
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Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert, in welchem Zusammenhang auch verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert sind. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einer Reibungskupplung als Schutzeinrichtung; und
- 2 eine weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs mit einem Feder-Dämpfer-Mechanismus als Schutzeinrichtung.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Ein Antriebsstrang 1 weist eine Antriebseinheit 2, ein Getriebe 3, eine Schutzeinrichtung 4, 6 und eine Abtriebseinheit 5 auf. Die Antriebseinheit 2 ist erfindungsgemäß etwa als Verbrennungsmotor, als Hybridmodul, aufweisend einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, oder auch Elektromotor ausgestaltbar. Die Antriebseinheit weist eine Motorausgangswelle 11 auf.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 1 ist die Motorausgangswelle 11 starr mit einer Getriebeeingangswelle 9 gekoppelt. Es ist kein schaltbares Entkopplungselement der beiden Wellen 9, 11 vorgesehen. Die Getriebeeingangswelle 9 überträgt über das Getriebe 9, das zumindest eine Schalteinheit aufweist, ein Drehmoment auf eine Getriebeausgangswelle 10.
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Das Getriebe 3 ermöglicht ein zugunterbrechungsfreies Hochschalten zumindest zwischen zwei Übersetzungsstufen, also Gängen, des Getriebes 3. Ebenso ermöglicht es ein schubunterbrechungsfreies Herunterschalten zumindest zwischen zwei Übersetzungsstufen des Getriebes 3.
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Zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und einer Abtriebswelle 12 ist die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung 4, 6 angeordnet. Die Abtriebswelle 12 ist etwa starr oder auch über ein Differential mit der Abtriebseinheit 5, etwa einem Rad, gekoppelt.
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Die Schutzeinrichtung 4, 6 aus dem Ausführungsbeispiel in 1 ist als Reibungskupplung 4 ausgestaltet. Diese ist direkt oder indirekt betätigbar. Die Reibungskupplung 4 ist von einer Betätigungseinheit derart ein- und/oder ausrückbar, dass sie in solchen Fällen, in denen in der Getriebeausgangswelle 10 ein Drehmomentsprung auftritt, also etwa bei einem sequentiellen Hoch- oder Herunterschalten zwischen zwei Übersetzungsstufen des Getriebes 3, ein gewisser Schlupf zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und der Abtriebswelle 12 hervorgerufen ist, um die Drehmomentspitzen zu dämpfen / zu glätten.
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In einem Betriebszustand, in dem keine Glättung von Drehmomentspitzen in der Abtriebswelle 12 nötig ist, also wenn das Getriebe 3 gerade keinen Schaltvorgang vornimmt, bewirkt die Reibungskupplung 4 eine starre Kopplung der beiden Wellen 10, 12, damit der Antriebsstrang 1 keine oder kaum Drehmomentverluste verzeichnet.
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Das Ausführungsbeispiel aus 2 ist als alternativ zu dem aus 1 anzusehen. Es stellt eine weitere konstruktive Umsetzung des übergeordneten erfinderischen Gedankens der Erhöhung des Fahrtkomforts dar.
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Die Schutzeinrichtung 4, 6 zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und dem Abtrieb 5 beziehungsweise der Abtriebswelle 12 ist hierbei als Feder-Dämpfer-Mechanismus 6 realisiert. Dieser weist einen Dämpfer 7 sowie eine Feder 8 auf. Der Dämpfer 7 ist einstellbar ausgestaltet, um eine Schaltbarkeit der Dämpffunktion zu erreichen.
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So ist der Dämpfer 7 von einer Betätigungseinheit derart zu- und/oder abschaltbar, dass er in den Fällen, in denen in der Getriebeausgangswelle 10 ein Drehmomentsprung auftritt, also etwa bei dem sequentiellen Hoch- oder Herunterschalten zwischen zwei Übersetzungsstufen des Getriebes 3, ein gewisser Schlupf zwischen der Getriebeausgangswelle 10 und der Abtriebswelle 12 hervorgerufen ist, um die Drehmomentspitzen zu dämpfen / zu glätten.
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In dem Betriebszustand, in dem keine Glättung von Drehmomentspitzen in der Abtriebswelle 12 nötig ist, also wenn das Getriebe 3 gerade keinen Schaltvorgang vornimmt, bewirkt der Feder-Dämpfer-Mechanismus 6 eine starre Kopplung der beiden Wellen 10, 12, damit der Antriebsstrang 1 keine oder kaum Drehmomentverluste verzeichnet.
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In dem Ausführungsbeispiel aus 2 ist die Motorausgangswelle 11 über eine Antriebskupplung 13 mit der Getriebeeingangswelle 9 wirkgekoppelt und somit nicht integral mit dieser ausgestaltet.
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Die Antriebskupplung 13 ist aufgrund der hohen Drehzahlen vorzugsweise trockenlaufend und schaltbar ausgestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- Getriebe
- 4
- Reibungskupplung
- 5
- Abtriebseinheit
- 6
- Feder-Dämpfer-Mechanismus
- 7
- Dämpfer
- 8
- Feder
- 9
- Getriebeeingangswelle
- 10
- Getriebeausgangswelle
- 11
- Motorausgangswelle
- 12
- Abtriebswelle
- 13
- Antriebskupplung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1748231 B1 [0003]
- WO 2005/024261 A1 [0004]
- WO 2006/095140 A1 [0004]
- US 2013/0228027 A1 [0005]
