Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einem automatisiert betriebenen Schaltgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einem mit der Brennkraftmaschine eine Kupplungsglocke bildenden Getriebegehäuse, einem mittels eines Eingangsteils an der Kurbelwelle aufgenommenen Drehschwingungsdämpfer und einer diesem nachgeschalteten, mit einem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers verbundenen, in der Kupplungsglocke aufgenommenen und mit der Getriebeeingangswelle drehschlüssig verbundenen, automatisiert betriebenen Reibungskupplung.
Aus der DE 103 16 421 A1 ist beispielsweise ein Antriebsstrang mit einem automatisierten Schaltgetriebe bekannt, bei dem die automatisiert betriebene Reibungskupplung zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe als trocken betriebene Reibungskupplung ausgebildet ist. Aufgrund der hohen rotatorischen Masse insbesondere in Verbindung mit einem Drehschwingungsdämpfer, beispielsweise einem geteilten Schwungrad mit großen Schwungmassen wird die Dynamik der Brennkraftmaschine eingeschränkt, so dass beispielsweise Gangwechsel während automatisierter Schaltungen verlängert sind. Aus diesem Grund werden in der Regel trotz ihrer Kosten-, Gewichts-, Bauraum- und Wirkungsgradnachteile beispielsweise Antriebsstränge mit Doppelkupplungsgetrieben, automatisierten Umschlingungsgetrie- ben und Automatgetrieben mit Planetensätzen den Antriebssträngen mit unter Zugkraftunterbrechung schaltenden automatisierten Schaltgetrieben vorgezogen. Eine Verkürzung der Schaltzeiten eines Antriebsstrangs mit automatisiertem Schaltgetriebe könnte hierbei entscheidende Vorteile bringen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Antriebsstrang mit einem automatisierten
Schaltgetriebe mit verkürzten Schaltzeiten vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem
abhängigen Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstandes wieder. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung für den Gegenstand des Anspruchs 1 mit einer zwischen Brennkraftmaschine und automati-
siertem Schaltgetriebe angeordneter Reibungskupplung und einem mit der Kurbelwelle verbundenen Drehschwingungsdämpfer.
In dem vorgeschlagenen Antriebsstrang können die Schaltzeiten des automatisierten Schaltgetriebes bei sehr guter Schaltqualität drastisch reduziert werden. Hierzu werden bevorzugt die Massenträgheiten insbesondere aller mit Motordrehzahl der Brennkraftmaschine drehender Bauteile reduziert. Weiterhin wird bevorzugt die Schaltqualität der Reibungskupplung und ihre thermische Robustheit erhöht. Hierzu wird anstatt einer trocken betriebenen Reibungskupplung eine nass betriebene Reibungskupplung in Form einer Lamellenkupplung mit vermindertem Massenträgheitsmoment eingesetzt, die entweder über eine hydraulische, eine elektromechanische oder elektrohydraulische Betätigungseinrichtung, beispielsweise einen hydraulischen Zentralausrücker (HCA) gesteuert wird. Dabei werden die Lamellen der Lamellenkupplung zur Erzielung zur Beschränkung des Massenträgheitsmoments bevorzugt auf geringem Durchmesser angeordnet, wobei zur Übertragung des notwendigen Kupplungsmoments entsprechend die Anzahl der Lamellen erhöht wird. Alternativ oder zusätzlich werden die Massenträgheiten auf der Sekundärseite wie Ausgangsseite der Reibungskupplung erniedrigt, indem beispielsweise die Sekundärseite im Wesentlichen nur aus Lamellen wie Reiblamellen und einem diese drehschlüssig aufnehmenden und mit einer Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes verbindenden Innenlamellenträ- ger gebildet ist. Hierbei betragen die zu von den Schaltkupplungen und Synchronisationseinrichtungen der Gänge zu synchronisierenden Massen bei einem Gangwechsel nur noch einen Bruchteil der Massen einer trocken betriebenen Reibungskupplung, so dass Gangwechsel bei ähnlichen Aktorkräften des Getriebeaktors zum Wechsel der Gänge schneller durchgeführt werden können.
Weiterhin wird der beispielsweise an der Kurbelwelle aufgenommene Drehschwingungsdämpfer auf geringere Massenträgheiten ausgelegt. Hierzu wird ein Zweimassenschwungrad mit verringerten Massen wie Primär- und/oder Sekundärschwungmasse vorgeschlagen. Um denselben oder einen verbesserten Isolationsgrad zu erzielen wird dem Zweimassenschwungrad ein Fliehkraftpendel als drehzahladaptiver Drehschwingungstilger zugeordnet. Letzteres wird bevorzugt an der Sekundärseite wie Ausgangsseite des Zweimassenschwungrads und daher an der Eingangsseite der Reibungskupplung angeordnet und kann eine Sekundärmasse des Zweimassenschwungrads gegenüber einer konventionellen Dämpferauslegung des Zweimassenschwungrads bei infolge der Beruhigung des Antriebsstrangs gleichzeitig abgesenkten minimalen Fahrdrehzahlen verringern.
Eine Betätigung der Reibungskupplung kann alternativ oder zusätzlich eine ausreichende Betätigungsleistung bereitstellen, um ein notwendiges Lüftspiel dieser im geöffneten Zustand und die Elastizitäten der Reibungskupplung schnell zu überwinden. Hierzu wird vorgeschlagen, das Lüftspiel der Reibungskupplung, da diese während des Fahrbetriebs praktisch nie offen ist und die Schleppverluste dieser Kupplung daher von geringerer Bedeutung sind, sehr klein einzustellen, so dass eine dynamischere Ansteuerung der Reibungskupplung und kürzere Zugkraftunterbrechungen erzielt werden.
Die Betätigung der Synchronisierungen mittels des Getriebeaktors stellt hierbei eine ausreichende Betätigungsleistung bereit. Hierbei können die Synchronisierungseinnchtungen des automatisierten Schaltgetriebes insbesondere für die kleineren Gänge, beispielsweise die Gänge I bis IV, bevorzugt I und II verstärkt werden, um schnelle Synchronisierzeiten zu erreichen. Es versteht sich, dass bei hohen Anforderungen an eine gleichmäßige Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs derartig schnelle Schaltzeiten durch hohe Synchronisationsmomente auf einen Sportmodus des Kraftfahrzeugs beschränkt werden können und vor dem Hintergrund einer unter dem Primat einer komfortablen Auslegung des Kraftfahrzeugs auf eine Verstärkung der Synchronisationseinrichtungen über ein übliches Maß hinaus verzichtet werden kann.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, den Antriebsstrang mit einer nassen
Reibungskupplung, einem Zweimassenschwungrad bevorzugt mit einem Fliehkraftpendel und einem automatisierten Schaltgetriebe mit möglichst vielen Gängen, beispielsweise größer sechs Gängen in Vorwärtsrichtung zu kombinieren. Auf diese Weise werden Stufensprünge zwischen den Gängen bei vorgegebener Getriebespreizung begrenzt und die Schaltzeiten können weiter reduziert werden.
Im Einzelnen enthält der vorgeschlagene Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug eine
Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, ein bevorzugt automatisiert betriebenes Schaltgetriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einem mit der Brennkraftmaschine eine Kupplungsglocke bildenden Getriebegehäuse, einen mittels eines Eingangsteils an der Kurbelwelle aufgenommenen Drehschwingungsdämpfer und eine diesem nachgeschaltete, mit einem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers verbundene, in der Kupplungsglocke aufgenommene und ein anstehendes Motormoment abhängig von ihrem Betätigungszustand auf die Getriebeeingangswelle übertragende Reibungskupplung. Hierbei wird der Drehschwingungsdämpfer bevorzugt im Trockenraum der Kupplungsglocke betrieben. Hierzu
wird mittels eines Deckels gegenüber dem Drehschwingungsdämpfer und der Kupplungsglocke ein beispielsweise zumindest teilweise mit Kühlmittel wie Öl und dergleichen befüllter Nassraum abgedichtet, in dem die Reibungskupplung aufgenommen ist. Der Drehschwingungsdämpfer kann alternativ im Nassraum betrieben werden. Die Abdichtung des Nassraums erfolgt beispielsweise, indem an dem Flanschteil ein in Richtung der Brennkraftmaschine axial erweiterter Zapfen vorgesehen ist, gegenüber dem der Deckel mittels einer dynamischen Dichtung abgedichtet und auf dem das Ausgangsteil drehschlüssig aufgenommen ist, der vorgeschlagene Zapfen kann auf der Getriebeeingangswelle verdrehbar gelagert sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Innenlamellenträger drehschlüssig mit der Getriebeeingangswelle und axial gegenüber dem Flanschteil gelagert sein.
Die Reibungskupplung enthält einen eingangsseitigen, Eingangslamellen drehfest aufnehmenden Außenlamellenträger und einen ausgangsseitigen, mit den Eingangslamellen wechselweise geschichteten Ausgangslamellen, bevorzugt Reiblamellen drehfest aufnehmenden Innenlamellenträger. Weiterhin ist in dem Nassraum ein mit dem Ausgangsteil des Drehschwingungsdämpfers drehschlüssig verbundenes, den Außenlamellenträger antreibendes Flanschteil mit einem Fliehkraftpendel mit radial außerhalb des Außenlamellenträ- gers angeordneten Pendelmassen vorgesehen. Das Fliehkraftpendel enthält bevorzugt beidseitig des Flanschteils angeordnete, über den Umfang verteilte Pendelmassen, wobei axial gegenüber liegende Pendelmassen mittels das Flanschteil durchgreifender Verbindungmittel zu Pendelmassenpaaren verbunden sind. Jeweils ein Pendelmassenpaar ist mittels Wälzkörpern auf Laufbahnen des Flanschteils und der Pendelmassen so gelagert, dass gegenüber dem Flanschteil eine drehschwingungsbedingte und fliehkraftabhängige Pendelbewegung ausgebildet sein kann, die auf eine oder mehrere Schwingungsordnungen der Brennkraftmaschine angestimmt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Drehschwingungsdämpfer als geteiltes Schwungrad wie Zweimassenschwungrad mit entgegen einer Federeinrichtung gegeneinander verdrehbaren Schwungmassen ausgebildet, wobei das Flanschteil mit der Reibungskupplung eine massereduzierte sekundäre Schwungmasse bildet. Hierdurch wird ein wesentlich geringeres Massenträgheitsmoment gegenüber herkömmlich ausgelegten Drehmomentübertragungseinrichtungen eines Antriebsstrangs mit einem Zweimassenschwungrad und einer trocken betriebenen Reibungskupplung mit der sekundären Schwungmasse zugeordneter Gegendruckplatte, Anpressplatte und Gehäuse der Reibungskupplung erzielt.
Eine weitere Minimierung des Massenträgheitsmoments der sekundären Schwungmasse beziehungsweise der nass betriebenen Reibungskupplung wird erzielt, wenn der Außenla- mellenträger auf einen Radius innerhalb der Pendelmassen und/oder die Pendelmassen radial auf einen Außenradius der Federeinrichtung begrenzt sind.
Die nass betriebene Reibungskupplung wird bevorzugt von einer Betätigungseinrichtung betätigt, indem eine Verspannung der Außenlamellen und Innenlamellen gegen einen Axialanschlag mittels eines von einem Zentralausrücker betätigten Kolbenblechs vorgesehen ist. Hierzu wird bevorzugt beispielsweise ein sogenannter hydrostatischer Zentralausrücker verwendet, bei dem ein Nehmerzylinder das Kolbenblech betätigt und von einem mittels einer hydraulischer Strecke wie Druckleitung mit diesem verbundenen Geberzylinder betätigt wird. Der Geberzylinder ist bevorzugt als Baueinheit mit einem Elektromotor und einem Planeten- wälzgetriebe ausgebildet, wobei der Elektromotor von einer Steuereinheit gesteuert wird und in dem Planetenwälzgetriebe eine untersetzende Wandlung der Drehzahl des Elektromotors in eine lineare Betätigung eines Kolbens des Geberzylinders vorgesehen ist.
Es hat sich weiterhin zur Verkürzung der Schaltzeiten, in die die Öffnung der Reibungskupplung, der Wechsel eines eingelegten Gangs und eines einzulegenden Gangs und das Schließen der Reibungskupplung eingehen, als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Lüftspiel der Reibungskupplung bei geöffneter Reibungskupplung auf einen Schwellwert mit einem Restschleppmoment begrenzt ist. Auf diese Weise wird während der geöffneten Reibungskupplung zugunsten schnellerer Schaltzeiten - hier beschleunigter Öffnungs- und Schließvorgänge der Reibungskupplung - ein im Wesentlichen nicht spürbares Restschleppmoment in Kauf genommen.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, das Getriebe wie automatisiertes Schaltgetriebe mit mehr als sechs Übersetzungsstufen wie Gängen in eine Fahrtrichtung zu versehen, um bei vorgegebener Getriebespreizung die Schaltzeiten durch gegenüber einem Getriebe mit weniger Gängen, beispielsweise sechs Gängen, geringere Übersetzungssprünge der Gänge vorsehen zu können, die wiederum schnellere Schaltzeiten aufgrund erniedrigter Synchronisations- und Motordrehzahlanpasszeiten ermöglichen.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt einen Halbschnitt durch einen um eine Drehachse angeordneten Antriebsstrang.
Die einzige Figur zeigt die obere Hälfte des um die Drehachse d angeordneten Antriebsstrangs 1 in schematischer Darstellung mit der lediglich angedeuteten Brennkraftmaschine 2 mit der Kurbelwelle 3, der zwischen Kurbellwelle 3 und der Getriebeeingangswelle 4 des lediglich angedeuteten automatisierten Schaltgetriebes 5 angeordneten Drehmomentübertragungseinrichtung 6 mit dem Drehschwingungsdämpfer 7 und der nass betriebenen Reibungskupplung 8. Der Drehschwingungsdämpfer 7 ist als Zweimassenschwungrad 9 mit dem mit der Kurbelwelle 3 verbundenen und die Federeinrichtung 10 aufnehmenden als Primärschwungmasse dienenden Eingangsteil 1 1 und dem mittels der Steckverzahnung 12 mit dem Übergangsblech 13 verbundenen Ausgangsteil 14 gebildet. Die sekundäre
Schwungmasse des Zweimassenschwungrads 9 bildet das Fliehkraftpendel 15, welches aus dem Flanschteil 16 und den Pendelmassen 17 gebildet ist, und die Reibungskupplung 8.
Das Eingangsteil 1 1 und das Ausgangsteil 14 sind entgegen der Wirkung der Federeinrichtung 10 gegeneinander relativ verdrehbar. Das Übergangsblech 13 ist drehfest mit dem axial in Richtung Kurbelwelle erweiterten Zapfen 18 verbunden. Der Zapfen 18 ist mittels des Lagers 19 auf der Getriebeeingangswelle 4 verdrehbar gelagert und nimmt das Flanschteil 16, welches als Eingangsteil der Reibungskupplung 8 dient, drehfest auf. Zur Abgrenzung des Nassraums 20 gegenüber dem Trockenraum 21 , in dem der Drehschwingungsdämpfer 7 aufgenommen ist, ist der Deckel 23 an der Kupplungsglocke 22 radial außen dicht aufgenommen und radial innen mittels der Dichtung 24 wie beispielsweise Radialwellendichtring verdrehbar auf dem Zapfen 18 abgedichtet.
Der eingangsseitig drehfest und axial fest mit dem Flanschteil 16 verbundene Außenlamel- Ienträger 25 nimmt die Lamellen 26 wie Gegenlamellen drehfest auf. Der Au- ßenlamellenträger 25 ist zur Verringerung des Massenträgheitsmoments radial innerhalb der Pendelmassen 17 angeordnet. Diese sind im Wesentlichen auf radialer Höhe der Federeinrichtung 10 angeordnet. Die Pendelmassen 17 können zur Ausbildung eines besseren Isolationsgrads nach radial außen verlagert sein, es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Außenlamellenträger 25 radial innerhalb der Federeinrichtung 10 angeordnet ist. Der Innenlamellenträger 27 nimmt die Lamellen 28 wie Reiblamellen auf und ist radial innen mit der Getriebeeingangswelle 4 drehschlüssig verbunden. Dadurch sind - wie durch die Pfeile 29 dargestellt - Eingangsteil und Ausgangsteil der Reibungskupplung 8 auf der Getriebeeingangswelle 4 gelagert. Ein Versatzausgleich zwischen Kurbelwelle 3 und Getriebeeingangswelle 4 erfolgt dabei an der Steckverzahnung 12. Desweiteren ist der Innenlamellenträger 27 axial mittels der Lager 30, 31 gegenüber dem Flanschteil 16 und über das Ringteil 32 und die Hülse 33 gegenüber dem Getriebegehäuse 34 gelagert. Die Getrie-
beeingangswelle 4 ist an dem lediglich schematisch dargestellten Getriebegehäuse 34 mittels des Lagers 35 gelagert. Das Kolbenblech 37 beaufschlagt zur Herstellung eines Reibschlusses der Lamellen 26, 28 die Lamellen 26, 28 gegen den Axialanschlag 36 des Au- ßenlamellenträgers 25. Das Kolbenblech 37 wird axial von dem um die Drehachse d angeordneten Nehmerzylinder 38 betätigt. Hierzu verlagert sich der Kolben 39 bei Aufbringen von Druck mittels eines nicht dargestellten Geberzylinders auf das Nehmerzylindergehäuse 40 und beaufschlagt mittels des Betätigungslagers 41 drehentkoppelt das Kolbenblech 37. Der Nehmerzylinder 38 stützt sich axial mittels der das Nehmerzylindergehäuse 40 aus Kunststoff stabilisierenden Hülse 33 an dem Getriebegehäuse 34 axial ab. Das Kühlmittel wird bevorzugt von radial innen direkt auf die Lamellen 26, 28 dosiert.
Bezugszeichenliste
Antriebsstrang
Brennkraftmaschine
Kurbelwelle
Getriebeeingangswelle
automatisiertes Schaltgetriebe
Drehmomentübertragungseinrichtung
Drehschwingungsdämpfer
Reibungskupplung
Zweimassenschwungrad
Federeinrichtung
Eingangsteil
Steckverzahnung
Übergangsblech
Ausgangsteil
Fliehkraftpendel
Flanschteil
Pendelmasse
Zapfen
Lager
Nassraum
Trockenraum
Kupplungsglocke
Deckel
Dichtung
Außenlamellenträger
Lamelle
Innenlamellenträger
Lamelle
Pfeil
Lager
Lager
Ringteil
Hülse
Getriebegehäuse Lager
Axialanschlag
Kolbenblech
Nehmerzylinder Kolben
Nehmerzylindergehäuse Betätigungslager Drehachse