-
Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebswelle, einer ersten und zweiten Zwischenwelle, die koaxial zueinander um eine erste Drehachse drehbar gelagert sind, einer Antriebskopplungseinrichtung, die die Antriebswelle in einem ersten Kopplungszustand mit der ersten und in einem zweiten Kopplungszustand mit der zweiten Zwischenwelle koppelt, einer Abtriebswelle, die um eine zu der ersten Drehachsen versetzte zweite Drehachse drehbar gelagert ist, und wenigstens drei Zahnradpaaren, die jeweils ein erstes Zahnrad, das um die erste Drehachse drehbar gelagert ist, und ein zweites Zahnrad, das um die zweite Drehachse drehbar gelagert ist und in das jeweilige erste Zahnrad eingreift, umfassen, wobei das Getriebe mehrere Zahnradkopplungseinrichtungen aufweist, wobei in den Zahnradpaaren jeweils einerseits das erste Zahnrad über eine der Zahnradkopplungseinrichtungen lösbar mit einer der Zwischenwellen koppelbar ist und/oder andererseits das zweite Zahnrad über eine der Zahnradkopplungseinrichtungen lösbar mit der Abtriebswelle koppelbar ist, wobei durch Wahl verschiedene Kopplungszustände der Antriebskopplungseinrichtung und der Zahnradkopplungseinrichtungen mehrere Gänge des Getriebes wählbar sind, in denen jeweils die Antriebswelle über wenigstens eines der Zahnradpaare mit einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei für unterschiedliche Gänge unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse resultieren. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
-
In vielen Anwendungsfällen sollen aufgrund von Bauraumrestriktionen relativ kurz bauende Getriebe genutzt werden. Um dies zu erreichen, ist es in der Regel vorteilhaft, einen Parallelversatz von Antriebs- und Abtriebswelle des Getriebes zu nutzten. Es ist hierbei üblich, für jeden Gang des Getriebes ein Zahnradpaar aus einem Zahnrad, das fest mit einer dieser beiden Wellen verbundenen ist, und einem losen Rad, das an die verbleibende Welle ankoppelbar ist, zu nutzen. Durch Ankoppeln jeweils eines der losen Räder an die jeweilige Welle können die Antriebswelle und Abtriebswelle mit vorgegebenem Übersetzungsverhältnis miteinander gekoppelt werden.
-
Durch Nutzung verschiedener Zahnräder in den verschiedenen Zahnradpaaren kann somit pro Zahnradpaar ein Übersetzungsverhältnis und somit ein Gang bereitgestellt werden. Da somit pro Gang ein zusätzliches Zahnradpaar genutzt werden muss, sind einer weiteren Bauraumreduzierung enge Grenzen gesetzt.
-
Ein möglicher Ansatz zur axialen Verkürzung des Getriebes ist es, eine zusätzliche Welle, die gegenüber der Antriebs- und Abtriebswelle parallel versetzt ist, zu nutzen, wobei die weitere Welle über erste Zahnradpaare mit der Antriebswelle und über zweite Zahnradpaare mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Hierfür ist jedoch zusätzliche Bauraum in Richtung senkrecht zur Axialrichtung erforderlich, der nicht in allen Anwendungsfällen zur Verfügung steht.
-
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Bauraumverbrauch eines Getriebes zu reduzieren bzw. bei gegebenen Bauraumrestriktionen eine verbesserte Funktionalität des Getriebes bereitzustellen.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
-
In wenigstens einem der Gänge wird ein der Antriebswelle zugeführtes Drehmoment über die Zahnräder wenigstens dreier der Zahnradpaare zu der Abtriebswelle geführt und/oder die Anzahl der Gänge übersteigt die Anzahl der Zahnradpaare.
-
Im Rahmen der Erfindung wird ausgenutzt, dass durch ein mehrfaches Führen des Drehmoments zwischen zwei Achslagen, also zwischen um die erste Drehachse drehbaren Wellen und um die zweite Drehachse drehbaren Wellen, im Ergebnis ein mehrstufiges Getriebe realisiert wird. Hierdurch kann, beispielsweise bei einer Nutzung von drei Zahnradpaaren, ein zusätzlicher Gang bzw. ein zusätzliches Übersetzungsverhältnis über jene Gänge, die nur ein Zahnradpaar zur Drehmomentführung nutzen hinaus, bereitgestellt werden.
-
Durch dieses Vorgehen kann zumindest ein zusätzlicher Gang bereitgestellt werden, ohne das ein zusätzliches Zahnradpaar erforderlich ist. Somit kann bei vorgegebener Gangzahl insbesondere ein kürzer bauendes Getriebe resultieren bzw. bei gleicher Baulänger kann eine höhere Gangzahl erreicht werden.
-
Die Antriebskopplungseinrichtung kann insbesondere eine Doppelkopplung sein, die je nach gewähltem Gang, insbesondere für aufeinanderfolgende Gänge abwechselnd, jeweils eine der Zwischenwellen mit der Antriebswelle verbindet. Die Antriebswelle kann insbesondere koaxial zu den Zwischenwellen angeordnet sein. Somit können in dem Getriebe insbesondere zwei Achslagen genutzt werden, womit relativ kompakte Abmessungen senkrecht zur Axialrichtung erreicht werden können.
-
Die Zahnradkopplungseinrichtungen können aufgebaut sein, wie übliche Synchronisationen in üblichen Getrieben, also beispielsweise durch axial in die jeweiligen Zahnräder eingreifende Klauenkupplungen mit wenigstens einem Synchronring. Das erste und das zweite Zahnrad eines Zahnradpaars können, insbesondere durchgehend, derart miteinander im Eingriff stehen, dass sie miteinander kämmen.
-
Die erste und zweite Drehachse können zueinander parallel sein bzw. unter Umständen, insbesondere aufgrund von toleranzbedingten Abweichungen, um weniger als 5° oder weniger als 10° von einem parallelen Verlauf abweichen. Die Drehachsen sind senkrecht zur Axialrichtung einer der Drehachsen zueinander versetzt.
-
Bei einer Nutzung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug kann die Abtriebswelle insbesondere mit einem Differenzial gekoppelt sein. Dies kann beispielsweise durch ein Zahnradpaar, insbesondere durch ein Ritzel an der Abtriebswelle, erfolgen.
-
Die Antriebswelle kann in einem Kraftfahrzeug direkt oder über eine weitere Kopplungseinrichtung mit einem Antrieb, insbesondere einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor, gekoppelt sein. Das Getriebe kann beispielsweise in Hybridfahrzeugen genutzt werden, wobei die Antriebswelle beispielsweise mit dem Rotor des Elektromotors gekoppelt sein kann. Der Elektromotor kann unmittelbar mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein, was auch als P1-Position bezeichnet wird, oder durch eine weitere Kopplungseinrichtung von dem Verbrennungsmotor abkoppelbar sein, beispielsweise um einen rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen, was auch als P2-Position bezeichnet wird.
-
In Zahnradpaaren, in denen ausschließlich das erste Zahnrad über eine der Zahnradkopplungseinrichtungen lösbar mit einer der Zwischenwellen koppelbar ist, kann das zweite Zahnrad dieses Zahnradpaars starr mit der Abtriebswelle gekoppelt sein. Umgekehrt ist es auch möglich, dass für wenigstens ein Zahnradpaar ausschließlich das zweite Zahnrad über eine der Zahnradkopplungseinrichtungen lösbar mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, während das erste Zahnrad dieses Zahnradpaars starr mit einer der Zwischenwellen gekoppelt ist. Wie später noch genauer erläutert wird, ist es auch möglich, dass mehrere erste bzw. zweite Zahnräder über eine gemeinsame Zahnradkopplungseinrichtung mit einer der Zwischenwellen bzw. mit der Abtriebswelle gekoppelt sind.
-
In einem oder mehreren Gängen, insbesondere in allen Gängen außer einem ausgewählten Gang, in dem die Drehmomentführung über wenigstens drei Zahnradpaare erfolgt, kann das Drehmoment über genau eines der Zahnradpaare von der Antriebswelle bzw. der jeweiligen Zwischenwelle zu der Abtriebswelle geführt werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass wenigstens eines der Zahnräder der verbleibenden Zahnradpaare jeweils durch eine Kopplungseinrichtungen von der jeweiligen Welle, mit der es Koppelbar ist, entkoppelt wird.
-
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Zahnrad eines ersten der Zahnradpaare mit der ersten Zwischenwelle starr verbunden ist, das erste Zahnrad eines zweiten der Zahnradpaare mit der zweiten Zwischenwelle über eine zweite der Zahnradkopplungseinrichtungen koppelbar ist, und die zweiten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars starr miteinander verbunden sind und gemeinsam durch eine dritte der Zahnradkopplungseinrichtungen mit der Abtriebswelle koppelbar sind. Die zweiten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars können insbesondere durch eine gemeinsame Trägerwelle getragen werden bzw. einteilig mit dieser ausgebildet sein, die um die zweite Drehachse drehbar gelagert ist. Die Trägerwelle kann insbesondere als eine Hohlwelle ausgebildet sein, innerhalb der ein Abschnitt der Abtriebswelle verläuft.
-
Sind die zweiten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars über die dritte Zahnradkopplungseinrichtung mit der Abtriebswelle gekoppelt und ist das erste Zahnrad des ersten oder des zweiten Zahnradpaars über die erste bzw. zweite Zahnradkopplungseinrichtung von der ersten bzw. zweiten Zwischenwelle getrennt, so erfolgt eine Momentübertragung über nur eines der beiden Zahnradpaare. Das jeweilige Zahnradpaar, dessen erstes Zahnrad mit einer der Zwischenwellen gekoppelt ist, wird somit zur Bereitstellung eines Gangs genutzt, in dem, wie üblich, das Übersetzungsverhältnis durch genau ein Zahnradpaar definiert wird.
-
Zugleich ermöglicht es die starre Kopplung der zweiten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars jedoch, bei einer Entkopplung der zweiten Zahnräder bzw. der Trägerwelle von der Abtriebswelle die beiden Zahnradpaare zu nutzen, um eine zweistufige Übersetzung über beide Zahnradpaare zwischen den beiden Zwischenwellen bereitzustellen. Ist nun eine diese Zwischenwelle über die Antriebskopplungseinrichtung mit der Antriebswelle gekoppelt und die andere der Zwischenwellen über ein weiteres Zahnradpaar mit der Abtriebswelle, so wird die obig erwähnte Übertragung eines zugeführten Drehmoments über Zahnräder wenigstens dreie Zahnradpaare mit geringem technischen Aufwand realisiert.
-
Bevorzugt ist das erste Zahnrad des ersten Zahnradpaars starr mit der ersten Zwischenwelle verbunden und das erste Zahnrad des zweiten Zahnradpaars über die zweite Zahnradkopplungseinrichtung mit der zweiten Zwischenwelle koppelbar oder umgekehrt prinzipiell wäre es zwar möglich, sowohl das erste Zahnrad des ersten Zahnradpaars als auch das erste Zahnrad des zweiten Zahnradpaars jeweils starr mit der jeweiligen Zwischenwelle zu koppeln. In diesem Fall müsste jedoch stets die nicht direkt über die Antriebskopplungseinrichtung angetriebene der Zwischenwellen indirekt über die beiden Zahnradpaare angetrieben werden, wodurch zusätzliche Verluste resultieren können. Prinzipiell wäre es auch möglich, beide ersten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars mit der jeweiligen Zwischenwelle über eine jeweilige Zahnradkopplungseinrichtung zu koppeln. Hierdurch resultiert jedoch ein merklicher mechanischer Zusatzaufwand, der auch den Bauraumbedarf des Getriebes erhöhen kann, sodass es bevorzugt ist, eines der ersten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars starr mit der jeweiligen Zwischenwelle zu koppeln.
-
Das erste und zweite Zahnradpaar können dazu dienen, die beiden höchsten Gänge des Getriebes bzw. die beiden Gänge mit der niedrigsten Übersetzung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle bereitzustellen.
-
Das erste Zahnrad eines dritten der Zahnradpaare ist erfindungsgemäß über eine vierte der Zahnradkopplungseinrichtungen mit der zweiten Zwischenwelle koppelbar. Zusätzlich kann das zweite Zahnrad des dritten Zahnradpaars starr mit der Abtriebswelle gekoppelt oder durch diese gebildet sein. Das dritte Zahnradpaar kann eine Doppelfunktion bereitstellen. Einerseits kann es bei offener dritter Zahnradkopplungseinrichtung als einziges Zahnradpaar zur Momentübertragung dienen und somit einen separaten Gang bereitstellen. Andererseits kann es bei geschlossener dritter Zahnradkopplungseinrichtung dazu dienen, ein an der Antriebswelle bereitgestelltes Moment über drei Zahnradpaare und zwei Zwischenwellen, wie obig erläutert, zur Abtriebswelle zu führen, wobei insbesondere ein Übersetzungsverhältnis bereitgestellt werden kann, dass von den Übersetzungsverhältnissen der einzelnen Zahnradpaare abweicht. Somit können beispielsweise durch drei Zahnradpaare vier verschiedene Gänge bzw. vier voneinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bereitgestellt werden.
-
Die Bezeichnung der verschiedenen Zahnradkopplungseinrichtungen als „erste“, „zweite“, „dritte“ und „vierte“ Zahnradkopplungseinrichtung dient ausschließlich dazu, die jeweilige Zahnradkopplungseinrichtung dem jeweiligen Zahnrad bzw. den jeweiligen Zahnrädern und der jeweiligen Welle zuzuordnen, die durch sie gekoppelt werden. somit bedeutet das Vorhandensein der vierten Zahnradkopplungseinrichtung beispielsweise nicht notwendig, dass das Getriebe vier oder mehr Zahnradkopplungseinrichtungen aufweist. Es ist beispielsweise möglich, dass nur die zweite, dritte und vierte Zahnradkopplungseinrichtung vorhanden sind und das Getriebe somit insgesamt nur drei Zahnradkopplungseinrichtungen aufweist.
-
Die dritte und vierte Zahnradkopplungseinrichtung können in Axialrichtung der ersten Drehachse betrachtet zwischen dem zweiten und dritten Zahnradpaar angeordnet sein. Durch das Anordnen von Zahnradkopplungseinrichtungen für Zahnräder, die um unterschiedliche Drehachsen rotieren, im gleichen Axialbereich kann insbesondere die Baulänge des Getriebes reduziert werden. Zudem kann es vorteilhaft sein, eine gemeinsame Aktorik zur Betätigung dieser Zahnradkopplungseinrichtungen zu nutzen, wie später noch erläutert werden wird. Dadurch, dass beide Zahnradkopplungseinrichtungen im Bereich zwischen dem zweiten und dritten Zahnradpaar angeordnet sind, ist dies besonders einfach möglich, da die Aktorik anderenfalls Zahnräder übergreifen müsste.
-
Die zweite Zahnradkopplungseinrichtung kann in Axialrichtung der ersten Drehachse betrachtet zwischen dem zweiten und dritten Zahnradpaar angeordnet sein. Insbesondere wenn keine erste Zahnradkopplungseinrichtung genutzt wird, also beispielsweise wenn das erste Zahnrad des ersten Zahnradpaars mit der ersten Zwischenwelle starr verbunden ist, kann hierdurch die Baulänge des Getriebes weiter reduziert werden. Diese ist insbesondere dann der Fall, wenn im gleichen Axialbereich, in dem an der zweiten Zwischenwelle die zweite Zahnradkopplungseinrichtung angeordnet ist, an der Abtriebswelle ein Parksperrrad ausbildet bzw. angebracht ist, wie später noch erläutert wird.
-
Die dritte und vierte Zahnradkopplungseinrichtung können mit einem gemeinsamen Aktor derart gekoppelt sein, dass bei einer Kopplung des ersten Zahnrads des dritten Zahnradpaars mit der zweiten Zwischenwelle durch die vierte Zahnradkopplungseinrichtung die dritte Zahnradkopplungseinrichtung die zweiten Zahnräder des ersten und zweiten Zahnradpaars von der Abtriebswelle entkoppelt und umgekehrt. Anders ausgedrückt kann der Aktor zwischen einer Drehmomentzuführung zur Abtriebswelle einerseits über das zweite Zahnrad des dritten Zahnradpaars und andererseits über das zweite Zahnrad eines der anderen Zahnradpaare umschalten.
-
Durch die Nutzung eines gemeinsamen Aktors kann die Komplexität des Getriebes und somit typischerweise auch der Bauraumverbrauch weiter reduziert werden. Beispielsweise kann eine Schaltgabel genutzt werden, die in einer ersten Schwenk- bzw. Verschiebestellung zu einem Schließen der Kopplung an der dritten Zahnradkopplungseinrichtung und zu einem Öffnen der Kopplung an der vierten Zahnradkopplungseinrichtung führt und in einer zweiten Schieb- bzw. Verschwenkstellung zum umgekehrten Effekt führt. Die Schaltgabel kann beispielsweise hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt werden.
-
Das Getriebe kann eine Parksperre aufweisen, die ein Parksperrrad, das starr mit der Abtriebswelle gekoppelt ist oder durch diese gebildet ist, und ein Sperrelement, das dazu eingerichtet ist, eine Rotation des Parksperrrades zu blockieren oder zu bremsen, umfasst, wobei einerseits das Parksperrrad in Axialrichtung der Abtriebswelle betrachtet zwischen den zweiten Zahnrädern des zweiten und dritten Zahnradpaars angeordnet ist und/oder wobei andererseits das Getriebe einen Aktor aufweist, der sowohl zur Betätigung einer der Zahnradkopplungseinrichtungen, insbesondere der zweiten Zahnradkopplungseinrichtung, als auch des Sperrelements dient.
-
Die Anordnung des Parksperrrades zwischen diesen beiden Zahnradpaaren kann insbesondere in Verbindung mit den obig erläuterten Anordnungen der Zahnradkopplungseinrichtungen eine weitere Verkürzung der Baulänge des Getriebes ermöglichen.
-
Das Sperrelement kann beispielsweise eine Sperrklinke sein, die im Parkmodus in seitliche Ausnehmungen des Parksperrrades einfällt. Entsprechende Parksperren sind im Stand der Technik an sich bekannt und sollen daher nicht im Detail erläutert werden.
-
Eine weitere Vereinfachungsmöglichkeit des Getriebes ist es, zur Betätigung einer der Zahnradkopplungseinrichtungen, insbesondere der zweiten Zahnradkopplungseinrichtung, und des Sperrelements einen gemeinsamen Aktor zu nutzen. Durch diesen kann beispielsweise eine Schaltgabel verschoben bzw. verschwenkt werden, wobei beispielsweise drei Stellungen eingenommen werden können, in denen einerseits die Parksperre betätigt ist, andererseits die zweite Zahnradkopplungseinrichtung koppelt und zum Dritten weder eine Betätigung der Parksperre noch eine Kopplung der Zahnradkopplungseinrichtung erfolgt. Die Nutzung eines gemeinsamen Aktors ist möglich, da bei einem Eingreifen des Sperrelements in das Parksperrrad typischerweise keine Momentübertragung von der Antriebswelle zur Abtriebswelle erfolgen soll und somit die Zahnradkopplungseinrichtungen prinzipiell alle geöffnet sein können.
-
Das Getriebe kann genau vier Gänge bereitstellen und/oder genau drei Zahnradpaare aufweisen. Ein Getriebe mit vier Gängen und drei Zahnradpaaren kann sehr kompakt bauend sein, wobei für eine Vielzahl von Anwendungen bereits hinreichend viele Gänge bereitgestellt werden können. Beispielsweise können Elektromotoren über einen großen Drehzahlbereich große Drehmomente bereitstellen, sodass bei einem rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bzw. einem Hybridantrieb, bei dem ein Verbrennungsmotor elektrisch unterstützt wird, bereits eine relativ kleine Anzahl von Gängen ausreichend sein kann.
-
Die Nutzung eines elektrischen Motors kann es zudem ermöglichen, auf einen Rückwärtsgang zu verzichten. Eine Rückwärtsfahrt kann in diesem Fall beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Drehrichtung des Elektromotors umgekehrt wird. Bei einem Hybridantrieb ist es hierbei besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor vom Verbrennungsmotor abkoppelbar ist, also z.B. in der P2-Position angeordnet ist.
-
Die zweite Zwischenwelle kann als Hohlwelle ausgebildet sein, wobei sich die erste Zwischenwelle zumindest abschnittsweise innerhalb dieser Hohlwelle erstreckt oder umgekehrt. Diese ermöglicht einen besonders kompakten und mechanisch einfachen Aufbau des Getriebes.
-
Das Zahnradpaar, das den höchsten Gang, also die niedrigste Übersetzung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle, bereitstellt, kann zwischen den beiden Zahnradpaaren angeordnet sein, die die beiden nächst niedrigen Gängen bereitstellen. Beispielsweise kann das Zahnradpaar, über das das Drehmoment im vierten Gang geführt wird, zwischen den Zahnradpaaren liegen, über die das Drehmoment im zweiten und dritten Gang geführt wird. Der erste Gang kann in diesem Fall durch Führung des Drehmoments über alle Zahnradpaare und beide Zwischenwellen realisiert werden, wie bereits obig erläutert wurde.
-
Durch den beschriebenen Aufbau kann, insbesondere dann, wenn nur die zweite, dritte und vierte Zahnradkopplungseinrichtung genutzt werden, erreicht werden, dass bei Gangwechseln jeweils nur der Schaltzustand einer der Zahnradkopplungseinrichtungen verändert werden muss bzw. nur eine Aktorik betätigt werden muss.
-
Zudem kann ermöglicht werden, die Schaltungen der Zahnradkopplungseinrichtungen im lastfreien Zustand vorzunehmen, also dann, wenn die jeweilige mit der Abtriebswelle zu koppelnde bzw. von dieser zu entkoppelnde Zwischenwelle gerade nicht mit Antriebswelle gekoppelt ist. Die Zahnradkopplungseinrichtungen können somit z.B. bereits in den gewünschten Schalterzustand gebracht werden, bevor ein Schalten an der Antriebskopplungseinrichtung erfolgt, sodass insgesamt kurze Schaltzeit erreicht werden können, ohne dass ein schnelles Schalten der Zahnradkopplungseinrichtungen erforderlich ist. Diese ermöglicht es beispielsweise, eine relativ langsame Synchronisation an den Zahnradkopplungseinrichtungen durchzuführen und dadurch einen Verschleiß des Getriebes zu minimieren.
-
Neben dem erfindungsgemäßen Getriebe betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Getriebe umfasst. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere einen elektrischen Antrieb oder einen Hybridantrieb aus Verbrennungsmotor und Elektromotor aufweisen. Der Elektromotor kann im Falle eines Hybridantriebs an der P1- oder P2-Position angeordnet sein, wie bereits obig erläutert wurde. Die P2-Postion ermöglicht insbesondere eine Abkopplung von Verbrennungsmotor, wodurch, wie ebenfalls obig erläutert, auf einen dedizierten Rückwärtsgang des Getriebes verzichtet werden kann.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, dass ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes umfasst,
- 2 den Momentfluss des Drehmoments über mehrere Zahnradpaare in einem ausgewählten Gang des in 1 gezeigten Getriebes, und
- 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Getriebe.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 4, das einen Antrieb 25 aufweist, der über das Getriebe 1 und ein Differenzial 26 die Räder 27 des Kraftfahrzeugs 4 antreibt. Der Antrieb 25 ist im Beispiel ein Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor 35 und einen über eine Kopplungseinrichtung 36 mit dem Verbrennungsmotor 35 gekoppelten Elektromotor 34 umfasst. Ein durch den Antrieb 25 bereitgestelltes Drehmoment wird dem Getriebe 1 über die Antriebswelle 5 zugeführt und das nach einer Übersetzung durch das Getriebe 1 resultierende Drehmoment wird über die Abtriebswelle 10, im Beispiel über das Ritzel 33, zum Differenzial 26 geführt.
-
Das Getriebe 1 ist ein Getriebe mit zwei Wellenlagen bzw. Drehachsen 8, 11 für die verschiedenen genutzten Wellen und Zahnräder. Hierbei werden zwei Zwischenwellen 6, 7 genutzt, die über die Antriebskopplungseinrichtung 9 wahlfrei mit der Antriebswelle 5 koppelbar sind. Die weiteren Komponenten des Getriebes sind so gewählt, dass in aufeinanderfolgenden Gängen abwechselt die erste Zwischenwelle 6 und die zweite Zwischenwelle 7 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt wird, wodurch kontinuierliche Drehmoment an der Abtriebswelle 10 bereitgestellt wird. Das entsprechende Vorgehen ist in Doppelkupplungsgetrieben üblich und soll daher nicht detailliert erläutert werden.
-
Bei Getrieben mit zwei Achslagen werden mehrere Zahnradpaare 12-14 genutzt, wobei wenigstens eines der Zahnräder 17-20 der Zahnradpaare 12-14 durch eine jeweilige Zahnradkopplungseinrichtung 21-23 trennbar mit einer der Zwischenwellen 6, 7 bzw. der Abtriebswelle 10 gekoppelt ist. Eine Momentübertragung über das jeweilige Zahnradpaar 12-14 von der jeweiligen Zwischenwelle 6, 7 auf die Abtriebswelle 10 ist nur dann möglich, wenn beide Zahnräder 15-20 des jeweiligen Zahnradpaars 12-14 mit einer der Wellen gekoppelt sind. In üblichen Getrieben wird in jedem Gang jeweils nur eines der Zahnradpaare 12-14 genutzt, um das Drehmoment von der Antriebswelle 5 zu der Abtriebswelle 10 zu übertragen. Da im gezeigten Getriebe 1 drei Zahnradpaare 12, 13, 14 vorhanden sind, wären hierdurch jedoch nur drei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und somit nur drei Gänge realisierbar.
-
Ein vierter Gang bzw. allgemein eine Anzahl von Gängen, die die Anzahl der Zahnradpaare übersteigt, wird im Getriebe 1 dadurch realisiert, dass in einem Gang das über die Antriebswelle 5 zugeführte Drehmoment über die Zahnräder 15-20 aller drei Zahnradpaare 12-14 zur Abtriebswelle 10 geführt wird. Hierdurch resultiert eine Hintereinanderschaltung von drei Getriebestufe, durch die ein weiteres Übersetzungsverhältnis und somit ein weiterer Gang bereitgestellt werden kann. Im Beispiel erfolgt eine solche Drehmomentführung für den ersten Gang. Diese ist vorteilhaft, da aufgrund der Drehmomentführung über eine Vielzahl von Komponenten etwas höhere Verluste auftreten als bei einer Momentführung über nur ein Zahnradpaar und da der erste Gang typischerweise nur für kurze Zeiträume genutzt wird.
-
Die Drehmomentführung im Getriebe 1 ist in 2 schematisch durch die gestrichelte, mit Pfeilen versehene Linie 32 dargestellt. Das von dem Antrieb 25 an der Antriebswelle 5 bereitgestellte Drehmoment wird durch eine entsprechende Schaltung der Antriebskopplungseinrichtung 9 auf die erste Zwischenwelle 6 übertragen, die starr mit einem ersten Zahnrad 15 des ersten Zahnradpaars 12 verbunden ist.
-
Das Zahnrad 15 kämt das zweite Zahnrad 18 dieses Zahnradpaars 12, das starr mit dem zweiten Zahnrad 19 des zweiten Zahnradpaars 13 verbunden ist. Diese ist im Beispiel dadurch realisiert, dass die zweiten Zahnräder 18, 19 des ersten und zweiten Zahnradpaars 12, 13 durch eine gemeinsame Trägerwelle 31 getragen werden, die als Hohlwelle ausgebildet ist und innerhalb der die Abtriebswelle 10 verläuft. Die Trägerwelle 31 und somit die Zahnräder 18, 19 sind über die Zahnradkopplungseinrichtung 22 mit der Abtriebswelle 10 koppelbar, wobei die Zahnradkopplungseinrichtung 22 im ersten Gang jedoch offen ist, wodurch die Trägerwelle 31 zunächst frei bezüglich der Abtriebswelle 10 drehbar ist.
-
Das zweite Zahnrad 19 des zweiten Zahnradpaars 13 kämt mit dem ersten Zahnrad 16 dieses Zahnradpaars 13, das im ersten Gang über die geschlossene Zahnradkopplungseinrichtung 21 mit der zweiten Zwischenwelle 7 gekoppelt ist. Da im ersten Gang die Antriebswelle 5 über die Antriebskopplungseinrichtung 9 ausschließlich mit der ersten Zwischenwelle 6 gekoppelt ist, ist die zweite Zwischenwelle 7 somit ausschließlich über den beschriebenen Momentpfad und somit über zwei Zahnradpaare 12, 13 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Somit wird im ersten Gang durch die Zahnradpaare 12, 13 eine zweistufige Übersetzung zwischen der Antriebswelle 5 und der Zwischenwelle 7 realisiert.
-
Durch die Zahnradkopplungseinrichtung 23 wird die Zwischenwelle 7 im ersten Gang zudem mit dem ersten Zahnrad 17 des dritten Zahnradpaars 14 gekoppelt, das mit dem zweiten Zahnrad 20 dieses Zahnradpaars 14 kämmt. Das Zahnrad 20 ist starr mit der Abtriebswelle 10 gekoppelt, sodass das Zahnradpaar 14 im ersten Gang eine einstufige Übersetzung zwischen der zweiten Zwischenwelle 7 und Abtriebswelle 10 bildet. Zwischen der ersten Zwischenwelle 6 bzw. der Antriebswelle 5 und der Abtriebswelle 10 resultiert somit insgesamt eine dreistufige Übersetzung über alle drei Zahnradpaare 12-14.
-
Die verbleibenden drei Gänge nutzen jeweils nur eines der Zahnradpaare 12-14, um ein über die Antriebswelle 5 geführtes Drehmoment auf die Abtriebswelle 10 zu übertragen. Für den zweiten Gang soll ausschließlich das dritte Zahnradpaar 14 genutzt werden. Zum Schalten von dem ersten in den zweiten Gang wird hierzu die Kopplung des Zahnrads 16 an die zweite Zwischenwelle 7 durch die Zahnradkopplungseinrichtung 21 aufgehoben. Gleichzeitig oder nachfolgend wird zudem die Antriebskopplungseinrichtung 9 umgeschaltet, sodass nun das Drehmoment des Antriebs 25 auf die zweite Zwischenwelle 7 und somit über das dritte Zahnradpaar 14 auf die Abtriebswelle 10 übertragen wird.
-
Im dritten Gang soll die Momentübertragung ausschließlich über das erste Zahnradpaar 12 erfolgen. Hierzu wird zunächst über die Zahnradkopplungseinrichtung 22 die Trägerwelle 31 und somit das Zahnrad 18 mit der Abtriebswelle 10 gekoppelt, wodurch die Zwischenwelle 6 und die Abtriebswelle 10 mit vorgegebener Übersetzung über das Zahnradpaar 12 gekoppelt sind. Gleichzeitig oder anschließend wird die Antriebskopplungseinrichtung 9 umgeschaltet, sodass nun das über die Antriebswelle 5 eingebrachte Drehmoment über die Zwischenwelle 6, das Zahnradpaar 12 und die Kopplungseinrichtung 22 zu der Abtriebswelle 10 geführt wird.
-
Würden ausschließlich diese Schritte durchgeführt, so würde die zweite Zwischenwelle 7 hierbei weiterhin über das erste Zahnradpaar 14 und die Zahnradkopplungseinrichtung 23 angetrieben, wodurch unnötige Verluste resultieren können. Vorteilhaft wird somit gleichzeitig mit dem Schalten der Antriebskopplungseinrichtung oder im Anschluss hieran die Zahnradkopplungseinrichtung 23 in den offenen Zustand überführt, um die zweite Zwischenwelle 7 von der Abtriebswelle 10 zu entkoppeln.
-
Im vierten Gang soll das Drehmoment ausschließlich über das Zahnradpaar 13 von der Antriebswelle 5 zu der Abtriebwelle 10 geführt werden. Hierzu wird ausgehend vom dritten Gang zunächst die Zahnradkopplungseinrichtung 21 geschlossen, um das Zahnrad 16 an die zweite Zwischenwelle 7 anzukoppeln. Gleichzeitig oder im Anschluss hieran erfolgt durch die Antriebskopplungseinrichtung 9 ein Umschalten, sodass das Drehmoment der Antriebswelle 5 nun wiederum der zweiten Zwischenwelle 7 zugeführt wird und somit über die Zahnradkopplungseinrichtung 21 und das zweite Zahnradpaar 13 zur Abtriebswelle 10 geführt wird.
-
In einem Beispiel kann eine Übersetzung I2 = 2,3 für das dritte Zahnradpaar 14 bzw. für den zweiten Gang gewählt werden, eine Übersetzung I3 = 1,3 für das erste Zahnradpaar 12 bzw. für den dritten Gang gewählt werden und eine Übersetzung I4 =0,7 für das zweite Zahnradpaar 13 bzw. den vierten Gang 0,7 gewählt werden. Die Übersetzung für den ersten Gang lässt sich dann als I1 = I3 * I2 / I4 = 4,3 berechnen. Selbst mit der recht grob abgestuften Übersetzungswahl mit nur einer Dezimalstelle können somit relativ gleichmäßige Stufensprünge bei guter Spreizung erreicht werden. Es kann somit ein vollwertiges Vierganggetriebe bereitgestellt werden, wobei aufgrund der Nutzung von nur drei Zahnradpaaren 12-14 eine merklich kürzere Bauform gegenüber üblichen Vierganggetrieben erreicht werden kann.
-
Wie sich aus den vorrangehenden Erläuterungen ergibt, besteht unabhängig vom Gang ein Zusammenhang zwischen den Schaltzuständen der beiden Zahnradkopplungseinrichtungen 22, 23. Ist die Zahnradkopplungseinrichtung 23 im gekoppelten Zustand, ist die Zahnradkopplungseinrichtung 22 stets offen und umgekehrt. Daher ist es möglich, einen gemeinsamen Aktor 24 zu nutzen, um beide Zahnradkopplungseinrichtungen 22, 23 zu betätigen. Beispielsweise kann eine gemeinsame Schaltgabel beide Zahnradkopplungseinrichtungen 22, 23 betätigen.
-
In dem Kraftfahrzeug 4 bzw. in dem Getriebe 1 ist zusätzlich eine Parksperre 28 vorgesehen, die ein Parksperrrad 29, das starr mit der Abtriebswelle 10 gekoppelt ist, und ein Sperrelement 30, beispielsweise einen aktorischen lösbaren Schnapphacken, der in das Parksperrrad 29 eingreift, umfasst. Die Nutzung einer solchen Parksperre 28 ist vorteilhaft, wenn der Antrieb 25 ausschließlich durch einen Elektromotor 34 erfolgt bzw., wie in 1 dargestellt ist, durch einen Elektromotor 34 erfolgt, der von einem Verbrennungsmotor 35 abkoppelbar ist. Elektromotoren haben typischerweise eine erhebliche geringere Selbsthemmung als Verbrennungsmotoren, sodass im Gegensatz zu einem verbrennungsmotorischen Antrieb bei einem elektrischen Antrieb das Einliegen eines Gangs bei abgeschaltetem Motor nur eine geringe Bremswirkung hervorruft und daher in der Regel nicht ausreicht, um ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs zu unterdrücken. Um dennoch eine hinreichende Bremsfunktion zu erreichen, ohne beispielsweise stets Reibungsbremsen nutzen zu müssen, kann eine entsprechende Parksperre vorgesehen werden.
-
In dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist das Parksperrrad 29 im Bereich zwischen den Zahnradpaaren 13 und 14 angeordnet. Dies kann vorteilhaft sein, da dort unter Umständen hinreichend Bauraum vorhanden ist, sodass die Nutzung des Parksperrrades das Getriebe 1 nicht axial verlängern muss.
-
3 zeigt ein Getriebe 2, das gegenüber dem Getriebe 1 bezüglich der Anordnung des Parksperrrads 29 etwas abgewandelt ist, statt einer Anordnung des Parksperrrads 29 zwischen den Zahnradpaaren 13 und 14 ist das Parksperrrad 29 dort zwischen dem Ritzel 33 bzw. allgemein einer Momentübertragung zum Differenzial bzw. einer angetriebenen Komponente und dem dritten Zahnradpaar 14 angeordnet. Dies kann vorteilhaft sein, da die Zahnradkopplungseinrichtungen 22, 23 ähnliche Abmessungen aufweisen können, wodurch durch Verlegung des Parksperrrads 29 aus dem Zwischenraum zwischen den Zahnradpaaren 13, 14 heraus die Zahnradpaare 13, 14 deutlich näher aneinander angeordnet werden können.
-
Da das Parksperrrad 29 einen deutlich geringeren Durchmesser als das Zahnrad 20 aufweisen kann, kann es in einen Axialabschnitt des Antriebsstrangs verlegt werden, in dem beispielsweise auch die Antriebskopplungseinrichtung 9 bzw. Komponenten des Antriebs 25 angeordnet sind. In einigen Fällen kann hierdurch ein insgesamt kompakterer Aufbau des Antriebsstrangs erreicht werden.
-
4 zeigt ein Getriebe 3, das einen etwas anderen Ansatz zur Bauraumoptimierung nutzt. Verglichen mit dem Getriebe 1 wird hierbei die Zahnradkopplungseinrichtung 21 von dem Zwischenraum zwischen dem ersten und zweiten Zahnradpaar 12, 13 in den Zwischenraum zwischen dem zweiten und dritten Zahnradpaar 13, 14 verlegt. Somit sind im Bereich der ersten Drehachse 8 zwischen den Zahnradpaaren 13, 14 zwei Zahnradkopplungseinrichtungen 21, 23 angeordnet, während im Bereich der Drehachse 11 dort nur eine Zahnradkopplungseinrichtung 22 angeordnet ist. Der verbleibende Bauraum im Bereich der zweite Drehachse 11 kann zur Anordnung des Parksperrrades 29 genutzt werden. Die Verlegung der Zahnradkopplungseinrichtung 21 führt dazu, dass zwischen den Zahnradpaaren 12, 13 im Bereich der Drehachsen 8, 11 keine weiteren Komponenten angeordnet sind, sodass die Zahnradpaare 12, 13 nahe aneinandergerückt werden können, was insgesamt zu einer Verkürzung des Getriebes 3 in Richtung der Drehachsen 8, 11 im Vergleich zu dem in 1 bzw. 2 gezeigten Getriebe 1 führen kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Getriebe
- 2
- Getriebe
- 3
- Getriebe
- 4
- Kraftfahrzeug
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Zwischenwelle
- 7
- Zwischenwelle
- 8
- Drehachse
- 9
- Antriebskopplungseinrichtung
- 10
- Abtriebswelle
- 11
- Drehachse
- 12
- Zahnradpaar
- 13
- Zahnradpaar
- 14
- Zahnradpaar
- 15
- Zahnrad
- 16
- Zahnrad
- 17
- Zahnrad
- 18
- Zahnrad
- 19
- Zahnrad
- 20
- Zahnrad
- 21
- Zahnradkopplungseinrichtung
- 22
- Zahnradkopplungseinrichtung
- 23
- Zahnradkopplungseinrichtung
- 24
- Aktor
- 25
- Antrieb
- 26
- Differenzial
- 27
- Rad
- 28
- Parksperre
- 29
- Parksperrrad
- 30
- Sperrelement
- 31
- Trägerwelle
- 32
- Linie
- 33
- Ritzel
- 34
- Elektromotor
- 35
- Verbrennungsmotor
- 36
- Kopplungseinrichtung
