WO2011120492A1 - Antriebsbaugruppe für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2011120492A1
WO2011120492A1 PCT/DE2011/000279 DE2011000279W WO2011120492A1 WO 2011120492 A1 WO2011120492 A1 WO 2011120492A1 DE 2011000279 W DE2011000279 W DE 2011000279W WO 2011120492 A1 WO2011120492 A1 WO 2011120492A1
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flywheel
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drive assembly
switching
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PCT/DE2011/000279
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Emmanuel Simon
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
    • B60K6/10—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable mechanical accumulator, e.g. flywheel
    • B60K6/105—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable mechanical accumulator, e.g. flywheel the accumulator being a flywheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
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Definitions

  • the invention relates to a drive assembly for a motor vehicle with a CVT transmission, a flywheel accumulator and an adjustable transmission (variator).
  • the switching group may comprise a switching element for switching between the forward gear and the reverse gear in the form of a first dog clutch and a second switching element for splitting the forward gear in at least a first driving range and a second driving range in the form of a second dog clutch for the reverse gear, a first gear stage, for the first driving range of the forward gear, a second gear stage and for the second driving range of the forward gear, a third gear stage is integrated into the switching group.
  • the storage of the braking energy in the flywheel storage while increasing the speed of this flywheel by a variable ratio change has essential Advantages compared to systems with several fixed ratios (multi-speed gearboxes such as multi-speed gearbox, double clutch or automated manual gearbox), as the lack of speed means that most of the braking energy goes into the flywheel instead of being lost in the gear change.
  • the big advantage is, for example, when approaching only via the flywheel 3. When all the energy is consumed, the input speed will be about 1.00Orpm and can thus be coupled to the engine 1, without losses or shocks. If the approach must be made from the combination of flywheel and engine power, it is also possible to use the engine 1 with the working range of the flywheel 3 1.000rpm-3. OOOrpm to run.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die zwischen einem Motor und einer Abtriebswelle angeordnet ist, mit einem CVT-Getriebe, welches einen Variator und einen Schwungradspeicher mit einem Schwungrad und Zahnräder aufweist, wobei zwischen dem Ausgang des Variators und der Abtriebswelle eine Schaitgruppe angeordnet ist, welche ein Umschalten zwischen einem Vorwärtsgang und einem Rückwärtsgang gewährleistet und eine Aufteilung des Vorwärtsgangs in wenigstens einen ersten Fahrbereich und einen zweiten Fahrbereich realisiert.

Description

Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug mit einem CVT-Getriebe, einem Schwungradspeicher und einem verstellbaren Getriebe (Variator).
Derartige Getriebestrukturen mit Schwungradspeicher sind schon bekannt und werden beispielsweise in den Druckschriften WO 2007/138353 A2, WO 82/00270 A1 und DE 25 15 048 B2 beschrieben.
Gemäß WO 2007/138353 ist ein Hybridantrieb mit einem Schwungradspeicher bekannt, der über eine Anordnung mehrerer schaltbarer Kupplungen mit einer Getriebeeingangswelle eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes verbunden ist.
Die WO 82/00270 A1 umfasst ein stufenlos variables Getriebe und vier Schaltkupplungen. Eine Schaltkupplung verbindet eine Antriebsmaschine mit einem Schwungrad und eine weitere Kupplung verbindet das Schwungrad mit einem Zwischengetriebeglied. Eine weitere Schaltkupplung verbindet die Antriebsmaschine mit einer Abtriebswelle und eine weitere Schaltkupplung das Zwischengetriebeglied mit der Abtriebswelle. Dem Getriebe ist ein Differentialgetriebe zugeordnet, das drei Getriebeglieder aufweist und vorzugsweise als ein Planetenradsatz ausgebildet ist. Das stufenlose Getriebe ist aus zwei einzelnen hydrostatischen Einheiten zusammengesetzt. Von dem Planetenradsatz ist das Hohlrad mit der Antriebsmaschine verbunden, das Sonnenrad mit der einen Hydrostatikeinheit und der Planetenträger mit dem Zwischengetriebeglied und gleichzeitig mit einer anderen Hydrostatikeinheit. Mit dieser Lösung soll ein möglichst einfaches stufenlos schaltbares Getriebe geschaffen werden, bei welchem der Verlauf der Leistungseinteilung veränderbar sein soll. Durch die Verwendung von vier Kupplungen ist jedoch ein hoher konstruktiver und fertigungstechnischer Aufwand erforderlich.
Bei der DE 25 15 048 ist der Schwungradspeicher hydraulisch mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt, wobei der Schwungradspeicher ein Drehmoment an die durch einen Verbrennungsmotor antreibbaren Räder abgeben kann.
Derartige Getriebestrukturen können zwar immer die passenden Übersetzungen einstellen, um das Schwungrad optimal zu nutzen und um den Wirkungsgrad von der Rückgewinnung bis zu der Wiederverwendung auf dem besten Niveau zu halten. Die Übersetzung kann sich kontinuierlich und ohne Sprung ändern (weder in der Gesamtübersetzung als auch in der Va- riatorübersetzung). Aber gleichzeitig bedeutet es auch mehr Aufwand bezüglich der Getriebestruktur und auch eine höhere Komplexität für die Steuerung. Das führt wiederum zu einem Getriebe, das ein relativ hohes Gewicht aufweist und mit einem hohen fertigungs- und steuerungstechnischen Aufwand herstellbar ist.
Es sind ebenfalls aus noch nicht veröffentlichten Schriften leistungsverzweigte Geared Neutral CVT Getriebe mit integriertem Schwungrad Speicher bekannt, in die ein abkoppelbares Schwungrad integriert ist, welches bei Verzögerungsphasen des Kraftfahrzeuges kinetische Energie speichert und bei der nächsten Beschleunigung dem Triebstrang wieder zur Verfügung stellt und durch den Geared Neutral Punkt die Anfahrverluste reduziert. Das Schwungrad wird dabei zur Rekuperation genutzt. Dieses Getriebe weist einen relativ komplizierten Aufbau auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug mit einem CVT- Getriebe, einem Schwungradspeicher und einem verstellbaren Getriebe (Variator) zu entwickeln, die einen gewichtssparenden, einfachen und kompakten konstruktiven Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die zwischen einem Motor und einer Abtriebswelle angeordnet ist, weist einen CVT-Getriebe mit einem Variator und einen Schwungradspeicher mit einem Schwungrad und Zahnräder auf, wobei zwischen dem Ausgang des Variators und der Abtriebswelle des CVT-Getriebes eine Schaltgruppe angeordnet ist, welche ein Umschalten zwischen einem Vorwärtsgang und einem Rückwärtsgang gewährleistet und eine Aufteilung des Vorwärtsgangs in wenigstens einen ersten Fahrbereich und einen zweiten Fahrbereich realisiert.
Dadurch wird eine einfache und kompakte Bauweise der Antriebsbaugruppe erzielt.
Dazu besitzt die Schaltgruppe wenigstens ein erstes Schaltelement, welches das Umschalten zwischen dem Vorwärtsgang und dem Rückwärtsgang gewährleistet sowie wenigstens ein zweites Schaltelement, welches die Aufteilung des Vorwärtsgangs in wenigstens einen ersten Fahrbereich und einen zweiten Fahrbereich realisiert.
Für die Gestaltung der Schaltgruppe sind mehrere Varianten möglich.
In einer ersten Variante kann die Schaltgruppe ein Schaltelement zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsgang und dem Rückwärtsgang in Form einer erste Klauenkupplung und ein zweites Schaltelement zur Aufteilung des Vorwärtsgangs in wenigstens einen ersten Fahrbereich und einen zweiten Fahrbereich in Form einer zweiten Klauenkupplung aufweisen, wobei für den Rückwärtsgang eine erste Zahnradstufe, für den ersten Fahrbereich des Vorwärtsganges eine zweite Zahnradstufe und für den zweiten Fahrbereich des Vorwärtsganges eine dritte Zahnradstufe in die Schaltgruppe integriert ist.
In einer zweiten Variante kann die Schaltgruppe zur Realisierung der zwei Vorwärtsübersetzungen des ersten und zweiten Fahrbereiches des Vorwärtsganges und der Rückwärtsübersetzung des Rückwärtsganges einen Planetensatz mit zwei Kupplungen in Kombination mit einer Klauenkupplung aufweisen, wobei die Klauenkupplung zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrbereich des Vorwärtsganges und dem Rückwärtsgang schaltbar ist.
Gemäß einer dritten Variante kann die Schaltgruppe zur Realisierung der zwei Vorwärtsübersetzungen des ersten und zweiten Fahrbereiches des Vorwärtsganges und der Rückwärtsübersetzung des Rückwärtsganges einen Ravigneaux Satz mit zwei Kupplungen in Kombination mit einer Klauenkupplung aufweisen.
Vorteilhafter Weise ist das CVT-Getriebe beim Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Fahrbereich wieder zurückstellbar, wobei die Gesamtübersetzung des Getriebes in etwa das Zweifache der Übersetzung des CVT beträgt.
Getriebeeingangsseitig ist zum Motor eine Motortrennkupplung angeordnet. Daran schließt sich ein Schwungradspeicher an, dessen Schwungrad über eine Schwungradkupplung zuschaltbar ist, wobei das Schwungrad mit der Eingangswelle des CVT-Getriebes mittels eines doppelten Planetensatzes (Übersetzung etwa 10) durch Schließen der Schwungradkupplung verbindbar ist. Dadurch ist der Schwungradspeicher im Schubbetrieb des Fahrzeugs stufenlos beschleunigbar und somit aufladbar und es ist umgekehrt eine Anfahrt nur über das Schwungrad des Schwungradspeichers möglich.
Die erfindungsgemäße Antriebsbaugruppe gewährleistet sowohl eine große Startübersetzung als auch eine lange Overdrive Übersetzung. Durch diese zwei Besonderheiten können gegenüber einem konventionellen Getriebe die Anfahrverluste deutlich reduziert werden. Weiterhin kann die Motordrehzahl dank der langen Overdrive Übersetzung bei größerer Geschwindigkeit reduziert werden, wodurch der Verbrauch und damit der Schadstoffausstoß verringerbar sind.
Das Schwungrad erlaubt darüber hinaus bei den Verzögerungsphasen des Fahrzeuges die Speicherung der Energie in Form von kinetischer Energie und unterstützt bzw. ersetzt die Bremse. Diese Energie wird bei der nächsten Anfahrt oder Beschleunigung wieder dem Triebstrang zu Verfügung gestellt.
Die Speicherung der Bremsenergie in dem Schwungradspeicher und dabei die Drehzahl dieses Schwungrads durch eine variable Übersetzungsänderung zu erhöhen, hat wesentliche Vorteile gegenüber Systemen mit mehreren festen Übersetzungen (Mehrganggetriebe wie z.B. Stufenautomat, Doppelkupplung oder Automatisiertes Schaltgetriebe), da durch die Stu- fenlosigkeit die Bremsenergie größtenteils in das Schwungrad geht, anstatt in dem Gangwechsel verloren zu gehen.
Dazu braucht man jedoch auch noch eine große Spreizung, um in jeder Fahrsituation die Drehzahl vom Schwungrad mit der des Triebstrangs anpassen zu können, wobei die Randübersetzungen Underdrive (i UD) und Overdrive (i OD) von Bedeutung sind. Die optimale UD Übersetzung wird dabei definiert als Ratio zwischen der maximal zulässigen Drehzahl des Schwungrads und der minimalen Drehzahl des Triebstrangs.
Ähnlicherweise wird die OD Übersetzung als Ratio zwischen der minimalen Drehzahl des Schwungrads und der maximalen Drehzahl des Triebstrangs festgelegt. In der Realität wird versucht sich an diese Werte zu nähern, begrenzt durch die technischen Randbedingungen in Form von Variator Spreizung, Anzahl der Bereiche, Übersetzungen von den Feststufen usw. Die Besonderheit des Schwungradsystems der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei der begrenzte Bereich der Übersetzung, wo der Schwungradspeicher geladen bzw. entladen wird. Je nach Fahrzeugklasse (Fahrzeuggewicht, Fahrwiderstand, Rollradius), Schwungrad Charakteristik (Trägheitsmasse, maximale erlaubte Drehzahl) und Fahrzyklus ergibt sich eine Grenzübersetzung für die Rückgewinnung (i_rgw) und eine Grenzübersetzung für die Rückgabe (i_rga). Deswegen liegt die Besonderheit dieser Erfindung auch darin, dass das Getriebe ein Mehrbereich CVT ist, dessen Übersetzungsbereiche diesen Grenzübersetzungen entsprechen.
Wenn sich beispielsweise die Bereiche [i_UD ; i_rga] und [i_rgw ; i_OD] überlappen, kann ein 2 Bereich Getriebe eingesetzt werden, bei welchem diese Übersetzungen die Randübersetzungen den ersten bzw. zweiten Bereich darstellen. Sollte es keine Überlappung geben, ist es vorstellbar, die Bereiche zu erweitern, um ein Überlappung zu treffen und somit immer einen 2-Bereich zu verwenden.
Alternativ ist es auch möglich, ein 3-Bereich System zu realisieren, bei welchem der Vorwärtsgang drei Fahrbereiche aufweist. Mit dieser Lösung wäre aber wieder mit mehr Gewicht und Kosten zu rechnen.
Um die bestmögliche Ankopplung zwischen Schwungrad und Triebstrang zu realisieren, muss die entsprechende Drehzahldifferenz am Geringsten sein (idealerweise sollten diese 2 Drehzahlen identisch sein, also mit einem Ratio = 1 verbunden sein). Für die beste Fahrzeugbremsung und Energie-Zurückgewinnung muss durch eine variable Übersetzungsänderung die Schwungraddrehzahl erhöht werden, dafür ist also eine große Übersetzung ins Schnelle not- wendig. Durch die schnelle Verstellung und den großen Spreizungsbedarf werden die Belastungen am Variator erhöht. Ein anderer wichtiger Punkt für die Steigerung der Effektivität ist die im Schwungradspeicher gespeicherte Energie wieder dem Triebstrang zur Verfügung zu stellen. Dafür muss auch der Verlauf mit den geringsten Verluste durchgeführt werden, ähnlich wie bei der Rekuperation: Start, Übersetzung, unendlich vom Schwungrad zum Triebstrang (Geared Neutral), Ende Übersetzung 1. Aber die Schwierigkeit ist es, mit geringem Aufwand feste schaltbare Übersetzungen zu realisieren, die in Kombination mit einem Variator die erforderlichen Bereichübersetzungen realisieren können. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Lösung zum Beispiel durch feste Zahnradübersetzungen und Klauenschaltungen oder durch ein Planetengetriebe oder einen Ravigneaux-Planetensatz, beide in Kombination mit nassen Kupplungen oder Bremsen, möglich.
Alternativ kann es auch möglich sein, die erfindungsgemäße Lösung nicht als Hauptgetriebe zu verwenden (also nicht zwischen dem Motor und Rad), sondern als Zusatzlösung in Form eines Add-On Moduls, welcher direkt am Rad gekoppelt wird. Diese Möglichkeit vereinfacht den Regelungs-Aufwand zwischen Motor und Rad, aber ersetzt nicht das bestehende Getriebe des Triebstrangs. Diese Variante hätte den Vorteil, in bestehenden Triebsträngen untergebracht zu werden, besonders wenn als Hauptgetriebe kein CVT-Getriebe eingesetzt werden soll.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Antriebsbaugruppe mit einer angedeuteten Schaltgruppe zwischen Variator und Abtriebswelle,
Figur 2 eine Antriebsbaugruppe, bei welcher in der Schaltgruppe Klauenkupplungen zur Um- schaltung zwischen D und R und zur Schaltung zwischen den Fahrbereichen verwendet werden,
Figur 3 Darstellung einer Schaltgruppe mit einem Planetensatz, Figur 4 Darstellung einer Schaltgruppe mit einem Ravigneaux Satz,
Figur 5 Antriebsbaugruppe mit einem E-Motor. Die Antriebsbaugruppe weist gemäß Figur 1 und 2 folgenden Aufbau auf:
Getriebeeingangsseitig ist zum Motor 1 (Verbrennungsmotor) eine Motortrennkupplung KM angeordnet. Nach der Motortrennkupplung KM ist über eine Schwungradkupplung KSR dem Triebstrang ein Schwungrad 3 zuschaltbar, dessen Drehzahl über eine mit dieser verbundenen Doppelplanetenstufe 2 um ein Vielfaches erhöht werden kann. An die Schwungradkupplung KSR schließt sich ein Variator 4 an, über den die ganze Eingangsleistung läuft. Zwischen der Ausgangswelle 5 des Variators 4 und der Abtriebswelle 6 des CVT-Getriebes ist eine Schaltgruppe S angeordnet, die eine Schaltung zwischen unterschiedlichen Fahrstufen des Vorwärtsganges und eine Schaltung zwischen Vorwärtsgang und Rückwärtsgang ermöglicht.
Am Ausgang der Schaltgruppe S wird die Leistung auf die Abtriebswelle 6 und somit die Achse 7 und die der Räder 8 übertragen.
Die Doppelplanetenstufe 2 erhöht die Drehzahl vom Getriebeeingang auf das Schwungrad 3 um circa einen Faktor 10. Das erlaubt nicht nur die Drehzahl des Schwungrads 3 während der Verzögerungsphasen am meistens zu erhöhen, sondern synchronisiert die Schwungraddrehzahl mit dem Motor 1. Allerdings dreht das Schwungrad 3 beispielsweise zwischen lO.OOOrpm und 30.000rpm, weil die Auslegungsparameter zu diesen Werten geführt haben (Zyklus, Trägheitsmasse des Schwungrads, Energie, die kinetisch gespeichert werden muss), das bedeutet also mit einem Faktor 10 (ins Langsame dieses Mal, weil in Richtung des Triebstrangs) eine Getriebeeingangsdrehzahl zwischen 1.OOOrpm und 3.000rpm.
Der große Vorteil liegt zum Beispiel bei einer Anfahrt nur über das Schwungrad 3. Wenn die ganze Energie verbraucht ist, wird sich die Eingangsdrehzahl ungefähr bei 1.OOOrpm befinden und kann somit am Verbrennungsmotor 1 gekoppelt werden, ohne Verluste oder Stöße. Wenn die Anfahrt aus der Kombination von Schwungrad und Motor Leistung erfolgen muss, ist es auch möglich, den Motor 1 mit dem Arbeitsbereich des Schwungrads 3 1.000rpm-3. OOOrpm laufen zu lassen.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Schaltgruppe S innerhalb der Antriebsbaugruppe und Figur 2 eine konstruktive Variante der Schaltgruppe S innerhalb der Antriebsbaugruppe.
In dieser Ausführung sind in der Schaltgruppe S eine erste Klauenkupplung 9.1 zur Wahl der Vorwärtsrichtung D oder der Rückwärtsrichtung R und eine zweite Klauenkupplung 9.2 zur Wahl des ersten Fahrbereiches F1 und des zweiten Fahrbereiches F2 vorgesehen. Dem Rückwärtsgang R ist dabei eine erste Übersetzungsstufe U1 mit Zahnrädern Z1 und Z2 dem, dem ersten Fahrbereich F1 eine zweite Übersetzungsstufe U2 mit Zahnrädern Z3, Z4 und dem zweiten Fahrbereich F2 eine dritte Übersetzungsstufe mit Zahnrädern Z5, Z6 zugeordnet.
Wird die erste Klauenkupplung 9.1 in Richtung R (Rückwärtsgang) in Eingriff mit dem Zahnrad Z1 geschaltet, ist das erste Zahnrad Z1 mit der Abtriebswelle 6 verbunden und das zweite Zahnrad Z2 mit der Ausgangswelle 5 des Variators 4.
Wird die erste Klauenkupplung 9.1 in Richtung D (Vorwärtsgang) geschaltet, wird diese mit der Welle 10 gekoppelt, auf welcher die Zahnräder Z5 und Z3 sitzen. Wird die zweite Klauenkupplung 9.2 in Richtung F1 (erster Fahrbereich) mit dem vierten Zahnrad Z4 in Eingriff gebracht, wird über den Variator 4, dessen Ausgangswelle 5, die zweite Übersetzungsstufe U2 (Zahnräder Z4, Z3) die Leistung auf die Welle 10 und darüber durch die erste Klauenkupplung 9.1 auf die Abtriebswelle 6 übertragen.
Erfolgt ein Schaltvorgang der zweiten Klauenkupplung 9.2 in Richtung F2 (zweiter Fahrbereich) wird diese mit dem sechsten Zahnrad Z6 in Eingriff gebracht und es erfolgt über den Variator 4, dessen Ausgangswelle 5 die dritte Übersetzungsstufe U3 (Zahnräder Z6, Z5) die Übertragung der Leistung auf die Welle 10 und darüber durch die erste Klauenkupplung 9.1 auf die Abtriebswelle. Durch die zwei Fahrbereiche werden jeweils unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche realisiert. Der erste Fahrbereich F1 weist dabei einen geringeren Geschwindigkeitsbereich auf, als der zweite Fahrbereich F2.
In den beiden Fahrbereichen F1 und F2 wird der gesamte Übersetzungsbereich des Variators 4 verwendet.
Zwischen beiden Fahrbereichen F1 und F2 ist dabei eine Zurückverstellung des Variators 4 nötig, um auf die Synchrondrehzahl des anderen Bereiches zu kommen. Als Beispiel wird beim Variator 4 in Underdrive angefahren und im ersten Fahrbereich F1 der Variator 4 verstellt bis Overdrive. Danach findet eine Zugkraftunterbrechung statt und dabei der Variator 4 von Overdrive nach Underdrive verstellt, gleichzeitig öffnet die zweite Klauenkupplung 9.2 und löst sich somit vom 1. Fahrbereich (von Zahnrad Z4) und wechselt in den 2. Fahrbereich (Eingriff mit Zahnrad Z6). Die zweite Klauenkupplung 9.2 schließt somit ab dem Moment, wo der Variator 4 die Underdriveübersetzung erreicht hat. Danach verstellt der Variator 4 wieder in Richtung Overdrive, um die Endübersetzung des gesamten CVT-Getriebes zu finden.
Für den Rückwärtsgang ist es möglich, eine erste Klauenkupplung 9.1 einzubauen, die zwischen Vorwärts D und Rückwärts R entscheidet. Diese ist gemäß Figur 2 nach den zwei festen Übersetzungen U2, U3 in Richtung Differenzial 11 untergebracht. Somit wäre es auch möglich, bei Rückwärtsfahrt auch zwei Geschwindigkeitsbereiche zu realisieren. Eine andere konstruktive Lösung wäre eine feste Stufe, um den Variator 4 zu überbrücken.
Zur Realisierung von zwei Vorwärtsübersetzungen (eine ins Langsame - F1- und eine ins Schnelle -F2- ) und einer Rückwärtsübersetzung (nur ins Langsame) sind auch andere konstruktive Lösungen der Schaltgruppe S möglich.
Die Darstellung einer Schaltgruppe S mit einem Planetensatz 20 wird in Figur 3 gezeigt. Der Planetensatz weist dazu zwei Kupplungen K1 und KR auf. Mit K1 ist der erste Fahrbereich F1 und mit KR der Rückwärtsgang schaltbar. Durch eine dritte Klauenkupplung 9.3 wird in Richtung zur Abtriebswelle 6 zwischen ersten und zweiten Fahrbereich (F1 , F1 ) bei Vorwärtsfahrt D und zwischen Rückwärtsfahrt R geschaltet.
Gemäß Figur 4 kann zur Realisierung der zwei Fahrstufen F1 , F2 auch eine Schaltgruppe S mit einem Ravigneaux Satz 30 verwendet werden. Eine Kupplung K1 R ist für den ersten Fahrbereich F1 und den Rückwärtsgang R schaltbar und eine Kupplung K2 für den zweiten Fahrbereich F2. Eine vierte Klauenkupplung 9.4 schaltet zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt D, R.
Figur 5 zeigt eine Antriebsbaugruppe mit einem Mehrbereich CVT mit integriertem E-Motor (Elektromotor). Die Schaltgruppe S entspricht der Schaltgruppe S gemäß Figur 3.
Die optimale Anpassung der Eingangsdrehzahl des Getriebes erlaubt es, den E-Motor immer in seinem optimalen Drehzahlbereich zu nutzen. Durch die Flexibilität seiner Drehzahl kann diese auch variiert werden und angepasst werden um in einigen Sonderfällen mit dem besten Komfort die Übergabe vom Verbrennungsmotor zum E-Motor zu gewährleisten.
Der Rotor des E-Motors kann ebenfalls durch eine Kupplung KM vom Rest des Triebstrangs abgekoppelt werden, um nicht immer seine Masse mitzuschleppen.
Die Energie des Schwungradspeichers SP , welcher ein Schwungrad 3 aufweist, kann über einen Generator 40 auch einer Batterie 50 zugeführt und in dieser gespeichert werden.
Alternativ ist es möglich, gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels den Schwungradspeicher direkt durch einen Elektromotor zu ersetzen. Der Variator weist bevorzugt ein Umschlingungsgetriebe mit Kette auf, kann aber auch als ein anderes System ausgeführt sein, zum Beispiel als Hydrostat. Als Hauptgetriebe wäre eine solche Lösung bezüglich des Wirkungsgrads jedoch schlechter.
Durch die neuartige Antriebsbaugruppe ist es möglich, den Verbrauch des Kraftfahrzeuges (PKW oder LKW) in erheblichem Maß zu reduzieren, wodurch neue Maßstäbe hinsichtlich der Energieeffizienz geschaffen werden.
Bezuqszeichenliste
Motor
Doppel-Planetensatz
Schwungrad
Variator
Ausgangswelle
Abtriebswelle
Achse
Räder
.1 erste Klauenkupplung
.2 zweite Klauenkupplung
9.3 dritte Klauenkupplung
9.4 vierte Klauenkupplung
10 Welle
11 Differential
20 Planetensatz
30 Ravigneaux Satz
40 Generator
50 Batterie
F1 Fahrbereich
F2 Fahrbereich
KM Motortrennkupplung
D Vorwärtsrichtung
E-Motor Elektromotor
KSR Schwungradtrennkupplung
K1 , KR Kupplungen des Planetensatzes 20
K2, K1 R Kupplungen des Ravigneaux Satzes 30
R Rückwärtsrichtung
S Schaltgruppe
SP Schwungradspeicher
U1 erste Übersetzungsstufe U2 zweite Übersetzungsstufe
U3 dritte Übersetzungsstufe
Z1 erstes Zahnrad
Z2 zweites Zahnrad
Z3 drittes Zahnrad
Z4 viertes Zahnrad
Z5 fünftes Zahnrad
Z6 sechstes Zahnrad

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die zwischen einem Motor (1 ) und einer Abtriebswelle (6) angeordnet ist, mit einem CVT-Getriebe, welches einen Variator (4) und einen Schwungradspeicher mit einem Schwungrad (3) und Zahnräder aufweist, wobei zwischen dem Ausgang (5) des Variators (4) und der Abtriebswelle (6) eine Schaltgruppe (S) angeordnet ist, welche ein Umschalten zwischen einem Vorwärtsgang (D) und einem Rückwärtsgang (R) gewährleistet und eine Aufteilung des Vorwärtsgangs (D) in wenigstens einen ersten Fahrbereich (F1 ) und einen zweiten Fahrbereich (F2) realisiert.
2. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgruppe (S) wenigstens ein erstes Schaltelement aufweist, welches das Umschalten zwischen dem Vorwärtsgang (D) und dem Rückwärtsgang (R) gewährleistet und dass die Schaltgruppe (S) wenigstens ein zweites Schaltelement aufweist, welches die Aufteilung des Vorwärtsgangs (D) in wenigstens einen ersten Fahrbereich (F1 ) und einen zweiten Fahrbereich (F2) realisiert.
3. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement zum Umschalten zwischen dem Vorwärtsgang (D) und dem Rückwärtsgang (R) eine erste Klauenkupplung und dass das zweite Schaltelement zur Aufteilung des Vorwärtsgangs (D) in wenigstens einen ersten Fahrbereich (F1 ) und einen zweiten Fahrbereich (F2) eine zweite Klauenkupplung ist, wobei für den Rückwärtsgang eine erste Zahnradstufe, für den ersten Fahrbereich des Vorwärtsganges eine zweite Zahnradstufe und für den zweiten Fahrbereich des Vorwärtsganges eine dritte Zahnradstufe in der Schaltgruppe (S) vorgesehen ist.
4. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgruppe (S) zur Realisierung der zwei Vorwärtsübersetzungen des ersten und zweiten Fahrbereiches des Vorwärtsganges (D) und der Rückwärts-Übersetzung des Rückwärtsganges (R) einen Planetensatz (20) mit zwei Kupplungen (K1 , KR) in Kombination mit einer dritten Klauenkupplung (9.3) aufweist.
5. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Klauenkupplung (9.3) zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrbereich (F1 , F2) des Vorwärtsganges (D) und dem Rückwärtsgang (R) schaltbar ist.
6. Antriebsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schaltgruppe (S) zur Realisierung des ersten und zweiten Fahrbereiches (F1 , F2) bei Vorwärtsfahrt (D) und der Rückwärts-Übersetzung bei Rückwärtsfahrt (R) einen Ra- vigneaux Satz (30) mit zwei Kupplungen (K1 R, K2) in Kombination mit einer vierten Klauenkupplung (9.4) aufweist.
7. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das CVT-Getriebe beim Umschalten zwischen dem ersten und zweiten Fahrbereich (F1. F2) wieder zurückzustellbar ist.
8. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtübersetzung des Getriebes das Zweifache der Übersetzung des CVT beträgt.
9. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass getriebeeingangsseitig zum Motor (1 ) eine Motortrennkupplung (KM) angeordnet ist und dass dahintergeschaltet über eine Schwungradkupplung (KSR) das Schwungrad (3) des Schwungradspeichers (SP) zuschaltbar ist, wobei das Schwungrad (3) mit der Eingangswelle des CVT-Getriebes mittels eines doppelten Planetensatzes (2) (Übersetzung etwa 10) durch Schließen der Schwungradkupplung (KSR) verbindbar ist.
10. Antriebsbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungradspeicher (SP) im Schubbetrieb des Fahrzeugs stufenlos beschleunigbar und somit aufladbar ist und dass umgekehrt eine Anfahrt nur über das Schwungrad (3) des Schwungradspeichers (SP) möglich ist.
PCT/DE2011/000279 2010-03-29 2011-03-16 Antriebsbaugruppe für ein kraftfahrzeug WO2011120492A1 (de)

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