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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltwalzenanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere einen Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstrang, mit einer Schaltwalzenanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere einen Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstrang, mit einer ersten Schaltwalze, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und die wenigstens eine umfängliche erste Schaltkontur für wenigstens eine erste Schaltkupplung aufweist, mit einem ersten Elektromotor, der mit der ersten Schaltwalze gekoppelt ist, um die erste Schaltwalze in wenigstens einer Drehrichtung anzutreiben, mit einer zweiten Schaltwalze, die um die Drehachse drehbar gelagert ist und die wenigstens eine umfängliche zweite Schaltkontur für wenigstens eine zweite Schaltkupplung aufweist, und mit einem zweiten Elektromotor, der mit der zweiten Schaltwalze gekoppelt ist, um die zweite Schaltwalze in wenigstens einer Drehrichtung anzutreiben.
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Eine derartige Schaltwalzenanordnung ist bekannt aus dem Dokument
DE 199 20 440 C2 .
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Doppelkupplungsgetriebe und mit einer Schaltwalzenanordnung der oben beschriebenen Art.
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Auf dem Gebiet der automatisierten Schaltgetriebe sind unterschiedliche Arten der automatisierten Betätigung von Schaltkupplungen bekannt. Zum einen ist es möglich, zu diesem Zweck eine geeignete Hydraulikanordnung bereitzustellen, sodass Schaltkupplungen, die in der Regel als Synchron-Schaltkupplungen ausgebildet sind, über Aktuatoren in Form von Kolben-/Zylinderanordnungen betätigt werden.
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Andererseits ist es bekannt, Schaltkupplungen elektromechanisch zu betätigen, beispielsweise mittels Elektromotoren. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn eine Drehung einer Antriebswelle des Elektromotors über einen Rotations-/Translationswandler in eine Längsbewegung umgesetzt wird, mittels der beispielsweise eine Schaltmuffe eines Schaltkupplungspaketes betätigbar ist.
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Ein derartiger Rotations-/Translationswandler ist eine Schaltwalze. Schaltwalzen ermöglichen generell eine sequentielle Betätigung von Schaltkupplungen. Die Schaltzeiten können bei Verwendung von nur einer Schaltwalze generell relativ lang sein.
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Aus dem oben genannten Dokument
DE 199 20 440 C2 ist es bekannt, für einen Antriebsstrang, der ein Doppelkupplungsgetriebe aufweist, eine Schaltwalzenanordnung mit zwei unabhängig voneinander betätigbaren bzw. antreibbaren Schaltwalzen vorzusehen. Eine der zwei Schaltwalzen ist dabei einem ersten Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet, das beispielsweise den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Die andere Schaltwalze ist dem anderen Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet, wobei das andere Teilgetriebe vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
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Mit einer derartigen Schaltwalzenanordnung ist es möglich, während einer Leistungsübertragung über eines der Teilgetriebe in dem anderen Teilgetriebe eine Anschlussgangstufe mittels der anderen Schaltwalze vorzuwählen. Anschließend kann ein Gangwechsel durch überschneidende Betätigung von eingangsseitigen Reibkupplungen einer Doppelkupplungsanordnung erfolgen, und mithin zugkraftunterbrechungsfrei.
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In dem oben genannten Dokument
DE 199 20 440 C2 wird generell vorgeschlagen, die Schaltwalzen mit den Elektromotoren über Stirnradsätze zu verbinden.
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Insgesamt erfordert die Schaltwalzenanordnung des Dokumentes
DE 199 20 440 C2 relativ viel Bauraum.
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Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schaltwalzenanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang sowie einen verbesserten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltwalzenanordnung dadurch gelöst, dass die erste Schaltwalze mit dem ersten Elektromotor über eine erste Planetenradsatzanordnung gekoppelt ist und/oder die zweite Schaltwalze mit dem zweiten Elektromotor über eine zweite Planetenradsatzanordnung gekoppelt ist.
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Durch die Kopplung einer Schaltwalze mit einem Elektromotor über eine Planetenradsatzanordnung kann eine vergleichsweise hohe Übersetzung eingerichtet werden, und zwar bei kompakter Bauweise.
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Zudem ist es möglich, bei Verwendung einer Planetenradsatzanordnung zur Kopplung von Schaltwalze und Elektromotor die Schaltwalze und den Elektromotor koaxial anzuordnen, sodass sich eine radial kompakte Bauweise ergeben kann.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Planetenradsatzanordnung wenigstens zwei in Reihe geschaltete erste Planetenradsätze auf und/oder die zweite Planetenradsatzanordnung weist wenigstens zwei in Reihe geschaltete zweite Planetenradsätze auf.
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Ein Planetenradsatz ist generell in einer Radsatzebene angeordnet und beinhaltet dabei insbesondere wenigstens ein Sonnenrad, wenigstens ein Hohlrad und wenigstens einen Planetenträger, an dem Planetenräder drehbar gelagert sind, die mit dem Hohlrad und mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen. Ggf. können auch zwei Planetenträger vorhanden sein.
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Durch eine Reihenschaltung von Planetenradsätzen kann die Übersetzung zwischen einem Eingang der Planetenradsatzanordnung und einem Ausgang der Planetenradsatzanordnung erheblich gesteigert werden. Unter einer Reihenschaltung von Planetenradsätzen wird insbesondere verstanden, dass deren Übersetzungen miteinander multipliziert werden. Die Übersetzung eines einzelnen Planetenradsatzes kann beispielsweise in einem Bereich von 3 bis 20 liegen. Demzufolge kann die Übersetzung von zwei in Reihe geschalteten Planetenradsätzen beispielsweise in einem Bereich von 9 bis 400 liegen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die miteinander in Reihe geschalteten ersten und zweiten Planetenradsätze jeweils koaxial zueinander und axial benachbart zueinander angeordnet.
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Dadurch ergibt sich eine kompakte Bauweise. Bevorzugt sind die Planetenradsätze dabei koaxial zu der Drehachse angeordnet.
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Insgesamt ist es ferner bevorzugt und stellt eine eigene Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dar, wenn der erste und der zweite Elektromotor koaxial zu der Drehachse angeordnet sind.
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Hierdurch kann eine radial besonders kompakte Bauweise realisiert werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der erste Elektromotor und/oder die erste Schaltwalze in axialer Richtung zwischen dem zweiten Elektromotor und der zweiten Schaltwalze angeordnet ist bzw. sind.
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Auch hierdurch kann eine radial kompakte Bauweise realisiert werden.
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Insgesamt kann die Schaltwalzenanordnung einen Bauraum einnehmen, der im Wesentlichen jenem Bauraum entspricht, der bei einer Schaltwalzenanordnung mit einer einzelnen Schaltwalze benötigt wird.
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Insgesamt ist es ferner vorteilhaft und stellt eine eigene Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dar, wenn der erste Elektromotor über eine Hohlwelle mit der ersten Schaltwalze gekoppelt ist.
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Hierdurch ist eine Kopplung der zweiten Schaltwalze und des zweiten Elektromotors durch die Hohlwelle hindurch möglich.
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Insofern ist es von besonderem Vorzug, wenn die Hohlwelle um eine Innenwelle herum angeordnet ist, über die die zweite Schaltwalze mit dem zweiten Elektromotor gekoppelt ist.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor in einem gemeinsamen Elektromotorgehäuse angeordnet sind, aus dem sich eine mit dem ersten Elektromotor verbundene Hohlwelle und eine mit dem zweiten Elektromotor verbundene Innenwelle heraus erstrecken.
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Durch diese Maßnahme kann der Aufwand hinsichtlich Abdichtungen und Lagerungen der Elektromotoren reduziert werden.
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Bevorzugt ist es hierbei ferner, wenn das Elektromotorgehäuse an einem Antriebsstranggehäuse festgelegt ist, wobei die erste Schaltwalze und/oder die zweite Schaltwalze drehbar in Bezug auf das Antriebsstranggehäuse gelagert sind.
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Eine Lageranordnung zum Lagern der ersten Schaltwalze und/oder der zweiten Schaltwalze kann dabei insbesondere ein erstes Schaltwalzenlager und ein zweites Schaltwalzenlager beinhalten, die die Schaltwalzenanordnung in Bezug auf das Antriebsstranggehäuse lagern.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn die zweite Schaltwalze mit der ersten Schaltwalze über ein Koppellager verbunden ist, das eine Radiallagerfunktion und/eine Axiallagerfunktion aufweist.
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Diese Ausführungsform stellt in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 eine eigene Erfindung dar. Die zwei Schaltwalzen werden hierdurch aneinander gelagert, derart, dass sie relativ zueinander verdrehbar sind und/oder die bei einer Verdrehung einer Schaltwalze auftretenden Axialkräfte aufgenommen werden können.
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Insgesamt wird mit der erfindungsgemäßen Schaltwalzenanordnung eine Art zweigeteilte Schaltwalze geschaffen, wobei jede der beiden Schaltwalzen jeweils von einer Planetenradsatzanordnung angetrieben wird. Die beiden Schaltwalzen sind koaxial zueinander und hintereinander angeordnet und benötigen vorzugweise den gleichen Bauraum wie eine Einschaltwalzenkonstruktion.
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Die beiden Planetenradsätze können von einer Elektromotoranordnung angetrieben werden, bei der zwei Elektromotoren in einem Elektromotorgehäuse vereint sind. Dabei wird vorzugsweise eine Hohlwelle des einen Elektromotors zum Antrieb eines ersten Planetenradsatzes verwendet. Eine Innen- bzw. Kernwelle dient zur Kopplung des anderen Elektromotors mit der anderen Planetenradsatzanordnung.
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Insgesamt lässt sich eine kompakte Schaltungsanordnung realisieren.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einer erfindungsgemäßen Schaltwalzenanordnung.
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In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
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Der Antriebsstrang 10 weist einen Antriebsmotor 12 auf, der beispielsweise einen Verbrennungsmotor beinhalten kann. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 ein Doppelkupplungsgetriebe 14. Das Doppelkupplungsgetriebe 14 weist eine erste Reibkupplung 16 auf, deren Eingangsglied mit dem Antriebsmotor 12 verbunden ist und deren Ausgangsglied mit einem ersten Teilgetriebe 18 des Doppelkupplungsgetriebes 14 verbunden ist. Das erste Teilgetriebe 18 kann beispielsweise ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet sein.
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Ferner weist die Doppelkupplungsanordnung des Doppelkupplungsgetriebes 14 eine zweite Reibkupplung 20 auf, deren Eingangsglied mit dem Antriebsmotor 12 verbunden ist und deren Ausgangsglied mit einem zweiten Teilgetriebe 22 des Doppelkupplungsgetriebes 14 verbunden ist. Das zweite Teilgetriebe 22 kann beispielsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet sein.
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Die Teilgetriebe 18, 22 sind jeweils vorzugsweise als Stirnradgetriebe ausgebildet. Eine Eingangswellenanordnung zwischen den Reibkupplungen 16, 20 und den Teilgetrieben 18, 22 kann beispielsweise durch eine Kernwellen-/Hohlwellen-Konstruktion realisiert sein.
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Ausgänge der zwei Teilgetriebe 18, 22 sind mit einem Differential 24 oder einer anderen Leistungsverteilungseinrichtung gekoppelt, mittels der Antriebsleistung auf angetriebene Räder 26L, 26R verteilbar ist.
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Der Antriebsstrang 10 weist ferner eine Schaltwalzenanordnung 30 auf. Die Schaltwalzenanordnung 30 beinhaltet eine erste Schaltwalze 32 und eine zweite Schaltwalze 34. Die erste Schaltwalze 32 und die zweite Schaltwalze 34 sind koaxial in Bezug auf eine gemeinsame Drehachse 36 relativ zueinander verdrehbar gelagert.
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Die erste Schaltwalze 32 weist wenigstens eine erste Schaltkontur auf, vorliegend zwei erste Schaltkonturen 38a, 38b.
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Die erste Schaltwalze 32 ist dem ersten Teilgetriebe 18 zugeordnet. Das erste Teilgetriebe 18 weist wenigstens ein Schaltkupplungspaket auf, vorliegende zwei erste Schaltkupplungspakete 40a, 40b. Das erste Schaltkupplungspaket 40a ist über einen schematisch angedeuteten Mitnehmer mit der ersten Schaltkontur 38a gekoppelt. In entsprechender Weise ist das weitere erste Schaltkupplungspaket 40b mit der weiteren ersten Schaltkontur 38b über einen als gestrichelte Linie dargestellten Mitnehmer gekoppelt.
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In entsprechender Weise weist die zweite Schaltwalze 34 wenigstens eine zweite Schaltkontur auf, vorliegend zwei zweite Schaltkonturen 42a, 42b, die über jeweilige Mitnehmer mit entsprechenden zweiten Schaltkupplungspaketen 44a, 44b des zweiten Teilgetriebes 22 gekoppelt sind.
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Die Schaltwalzen 32, 34 sind drehbar in Bezug auf ein Antriebsstranggehäuse 46 gelagert, das beispielsweise durch ein Kupplungs-/Getriebegehäuse gebildet sein kann.
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Die Schaltwalzenanordnung 30 beinhaltet ferner einen ersten Elektromotor 48, der koaxial zu der Drehachse 36 angeordnet ist. Der erste Elektromotor 48 weist einen ersten Stator 50 auf, der im Inneren eines Elektromotorgehäuses 52 festgelegt ist. Ferner beinhaltet der erste Elektromotor 48 einen ersten Rotor 54, der mit einer ersten Motorwelle in Form einer Hohlwelle 56 verbunden ist.
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Die Hohlwelle 56 ist über eine erste Planetenradsatzanordnung 58 mit der ersten Schaltwalze 32 gekoppelt. Die erste Planetenradsatzanordnung 58 weist vorliegend drei in Reihe geschaltete Planetenradsätze 60a, 60b, 60c auf.
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Die Planetenradsätze 60a, 60b, 60c weisen ein gemeinsames Hohlrad auf, das fest mit dem Antriebsstranggehäuse 46 verbunden ist.
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Die Hohlwelle 56 bildet ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 60a. Ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes 60a bildet ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes 60b. Ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes 60b bildet ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes 60c. Der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes 60c ist fest mit der ersten Schaltwalze 32 verbunden. Die Planetenradsätze 60a, 60b, 60c sind in Reihe geschaltet.
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Die erste Schaltwalze 32 ist nach der Art eines Topfes ausgebildet, wobei die erste Planetenradsatzanordnung 58 innerhalb des Topfes angeordnet ist. Ferner ist der erste Elektromotor 48 zumindest abschnittsweise innerhalb des Topfes bzw. der axialen Ausnehmung der ersten Schaltwalze 32 angeordnet.
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Die Schaltwalzenanordnung 30 weist einen zweiten Elektromotor 62 auf. Der zweite Elektromotor 62 beinhaltet einen zweiten Stator 64, der innerhalb des Elektromotorgehäuses 52 festgelegt ist, sowie einen zweiten Rotor 66. Der zweite Rotor 66 ist über eine zweite Motorwelle in Form einer Innenwelle 68 mit einer zweiten Planetenradsatzanordnung 70 verbunden, über die der zweite Elektromotor 62 mit der zweiten Schaltwalze 34 gekoppelt ist.
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Der zweite Elektromotor 62 ist auf einer axialen Seite des ersten Elektromotors 48 angeordnet, und zwar auf der der ersten Planetenradsatzanordnung 58 abgewandten Seite. Andererseits ist die zweite Planetenradsatzanordnung 70 auf einer axialen Seite der ersten Planetenradsatzanordnung 58 angeordnet, die dem ersten Elektromotor 48 gegenüberliegt.
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Mit anderen Worten sind der erste Elektromotor 48 und die erste Schaltwalze 32 in axialer Richtung zwischen dem zweiten Elektromotor 62 und der zweiten Planetenradsatzanordnung 70 bzw. der zweiten Schaltwalze 34 angeordnet.
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Die zweite Schaltwalze 34 ist als Hohlzylinder ausgebildet und weist in ihrem Inneren die zweite Planetenradsatzanordnung 70 auf.
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Die Innenwelle 68 erstreckt sich von dem zweiten Rotor 66 durch die Hohlwelle 56 und durch eine zentrale Öffnung der ersten Planetenradsatzanordnung 58 sowie durch eine zentrale Öffnung der ersten Schaltwalze 32 hindurch zu der zweiten Planetenradsatzanordnung 70.
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Die zweite Planetenradsatzanordnung 70 weist einen ersten Planetenradsatz 72a auf. Die Innenwelle 68 bildet ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 72a. Ein Planetenträger des ersten Radsatzes72a bildet ein Sonnenrad eines zweiten Planetenradsatzes 72b der zweiten Planetenradsatzanordnung 70. Ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes 72b ist mit dem Antriebsstranggehäuse 46 verbunden. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes 72b ist mit der zweiten Schaltwalze 34 verbunden.
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Zur Drehlagerung der Schaltwalzenanordnung 30 ist eine Schaltwalzen-Lageranordnung 76 vorgesehen. Die Schaltwalzen-Lageranordnung 76 weist ein erstes Schaltwalzenlager 78 auf, mittels dessen sich die erste Schaltwalze 32 in Bezug auf das Antriebsstranggehäuse 46 abstützt bzw. an diesem drehgelagert ist.
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Ferner weist die Schaltwalzen-Lageranordnung 76 ein zweites Schaltwalzenlager 80 auf, mittels dessen die zweite Schaltwalze 34 in Bezug auf das Antriebsstranggehäuse 46 abgestützt ist und/oder drehgelagert ist.
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Die Schaltwalzen-Lageranordnung 76 beinhaltet ferner ein Koppellager 82, mittels dessen die erste Schaltwalze 32 und die zweite Schaltwalze 34 relativ zueinander drehgelagert sind. Das Koppellager 82 beinhaltet ferner eine Axiallagerfunktion, um auftretende Axialkräfte abstützen zu können. Auch die Schaltwalzenlager 78, 80 weisen vorzugsweise eine Axiallagerfunktionalität auf.
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Die Lager 78, 80, 82 können jeweils als Wälzlager ausgebildet sein, insbesondere als Kugellager.
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Die Schaltwalzenanordnung 30 beinhaltet ferner eine Wellen-Lageranordnung 86. Die Wellen-Lageranordnung 86 weist ein erstes Hohlwellenlager 88 und ein zweites Hohlwellenlager 90 auf, mittels der die Hohlwelle 56 in Bezug auf das Elektromotorgehäuse 52 abgestützt bzw. drehgelagert ist. Das Elektromotorgehäuse 52 ist fest mit dem Antriebsstranggehäuse verbunden.
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Die Wellen-Lageranordnung 86 beinhaltet ferner ein Innenlager 92, mittels dessen die Innenwelle 68 drehbar in Bezug auf das Elektromotorgehäuse 52 gelagert ist.
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Die Gesamtübersetzung der ersten Planetenradsatzanordnung 58 kann in einem Bereich von 8 bis 100 liegen, um ein Beispiel zu nennen. In entsprechender Weise kann eine Übersetzung der zweiten Planetenradsatzanordnung 70 in einem Bereich von 4 bis 100 liegen, um ein Beispiel zu nennen.
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Das Elektromotorgehäuse 52 kann mehrteilig ausgebildet sein, und zwar mit einem ersten axialen Abschnitt, innerhalb dessen der erste Elektromotor 48 aufgenommen ist, und mit einem zweiten axialen Abschnitt, innerhalb dessen der zweite Elektromotor 62 aufgenommen ist.
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Zwischen diesen zwei axialen Abschnitten kann ein Anschlussabschnitt ausgebildet sein, über den Anschlüsse zum Ansteuern der Elektromotoren 48, 62 zugeführt werden können und/oder an dem eine Leistungselektronik festgelegt sein kann oder dergleichen.
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Das Antriebsstranggehäuse 46 weist einen Deckelabschnitt auf, der mit einem Planetenträger des Planetenradsatzes 72b verbunden ist und an dem die zweite Schaltwalze 34 über das zweite Schaltwalzenlager 80 drehbar gelagert ist. Ferner weist das Antriebsstranggehäuse 46 einen Hohlzylinderabschnitt auf, der sich in die topfartige erste Schaltwalze 32 hinein erstreckt. Das erste Schaltwalzenlager 78 erstreckt sich radial innerhalb der ersten Schaltwalze 32 hin zu einem Außenumfang dieses Zylinderabschnittes des Antriebsstranggehäuses 46. An dem Zylinderabschnitt ist ferner das gemeinsame Hohlrad der Planetenradsätze 60a, 60b, 60c festgelegt.
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Das zweite Hohlwellenlager 90 kann ferner zur Abdichtung des Elektromotorgehäuses 52 in Bezug auf das Antriebsstranggehäuse 46 dienen. Das zweite Hohlwellenlager 90 ist radial innerhalb der ersten Schaltwalze 32 angeordnet, und axial hiermit ausgerichtet. Das zweite Hohlwellenlager 90 ist in axialer Richtung zwischen dem ersten Elektromotor 48 und der ersten Planetenradsatzanordnung 58 angeordnet. Das erste Hohlwellenlager 88 ist in axialer Richtung zwischen den zwei Elektromotoren 48, 62 angeordnet.
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Das Innenwellenlager 92 ist auf einer axialen Seite des zweiten Elektromotors 62 angeordnet, die dem ersten Elektromotor 48 gegenüberliegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19920440 C2 [0002, 0007, 0009, 0010]
