WO2015086016A1 - Cvt-antriebsstrang - Google Patents

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WO2015086016A1
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variator
cvt
cvt drive
gear
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PCT/DE2014/200662
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Bernhard Walter
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H2037/025—CVT's in which the ratio coverage is used more than once to produce the overall transmission ratio coverage, e.g. by shift to end of range, then change ratio in sub-transmission and shift CVT through range once again
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    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2038—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with three engaging means

Definitions

  • the invention relates to a CVT drive train with a drive, a starting element, a continuously variable variator and a differential.
  • the invention further relates to a method for operating such a CVT drive train.
  • CVT is called a continuously variable transmission, wherein the letters CVT for
  • Continuously variable transmission stand In order to increase the transmission range of a continuously variable transmission, ie its spread, it is known, for example, from the European patent application EP 2 275 709 A1, to subordinate the continuously variable transmission to a switchable planetary gear.
  • the switchable planetary gear allows a two-range circuit and a reverse circuit.
  • German published patent application DE 102 61 900 A1 it is known from German published patent application DE 102 61 900 A1 to provide a multi-range CVT with fixed shiftable gears, for example for starting or for maximum speed, but in the operation of these fixed ratios the variator is decoupled. Consequently, there is only one stepless area, not all driving areas can be steplessly steered.
  • the object of the invention is to simplify the construction and / or operation of a CVT drive train with a drive, a starting element, a continuously variable variator and a differential.
  • the object is achieved in a CVT drive train with a drive, a starting element, a continuously variable variator and a differential in that a variator bridging direct shift is connected directly to the drive.
  • the direct switching stage Due to the direct connection of the direct switching stage to the drive, the direct switching stage can advantageously be used independently of the starting element.
  • the direct shift stage may, for example, be connected to a gear used in conventional CVT drive trains to drive a hydraulic pump. Therefore, such a gear is also referred to as impeller. If the drive comprises an internal combustion engine or an internal combustion engine, then the direct shift stage bridging the variator is driven directly by the internal combustion engine or the internal combustion engine.
  • the direct shift stage in the context of the present invention is preferably used exclusively when driving a motor vehicle equipped with the CVT drive train.
  • a preferred embodiment of the CVT drive train is characterized in that the direct shift stage bridging the variator is connected to a crankshaft with the interposition of a torsional vibration damper.
  • a torque of the drive in particular the internal combustion engine or the internal combustion engine, issued.
  • the torsional vibration damper is advantageously used to decouple unwanted torsional vibrations, which occur during operation of the drive, in particular of the internal combustion engine or of the internal combustion engine, from the CVT drive train. This prevents unwanted damage in the CVT drivetrain caused by rotational irregularities.
  • the direct shift stage comprises an intermediate gear stage which is in engagement with a spur gear of the differential.
  • the intermediate gear stage comprises at least one gear which is non-rotatably connected to the drive, in particular an impeller, and is in engagement with the spur gear of the differential.
  • the direct switching stage comprises as a switching device, for example, a dog clutch.
  • the direct shift stage can optionally also be equipped with a synchronization device.
  • a further preferred embodiment of the CVT drive train is characterized in that a partial transmission between the variator and the differential is arranged.
  • the partial transmission is, for example, a reduction gear.
  • the partial transmission is preferably arranged between a variator output and the differential.
  • the direct shift stage is preferably arranged between the starting element and a variator input.
  • a further preferred embodiment of the CVT drive train is characterized in that the partial transmission is designed as a solid-state transmission with a forward branch and a backward branch.
  • the fixed-speed transmission further advantageously comprises an idling position in which the variator is decoupled from the output.
  • the forward branch advantageously serves to facilitate forward drive operation of a motor vehicle equipped with the CVT powertrain.
  • the reverse branch allows a reverse drive operation of the motor vehicle.
  • the partial transmission is designed as a dual-range transmission, in particular as a planetary gear.
  • the dual-range transmission allows, for example, a driving operation in a first region, which is also referred to as low region, and in a second region, which is also referred to as high region. In the first area, for example, can be driven with a larger translation than in the second area.
  • the designed as a planetary gear dual-range transmission advantageously also allows the representation of a reverse gear.
  • the starting element is designed as a torque converter or starting clutch. It is important that the drive, regardless of the design of the starting element, directly to the direct-shift stage bridging the variator can be connected. In the case of a starting clutch, this can be achieved in a simple manner, for example, by connecting the direct shift stage bridging the variator in a torque-proof manner to an input of the starting clutch.
  • the starting element is designed as a torque converter
  • the direct connection of the direct switching stage bridging the variator to the drive can take place, for example, via a converter housing.
  • a separating clutch integrated in the torque converter enables the starting element to be disconnected from the variator.
  • the decoupler integrated into the torque converter enables the variator to be switched off, so to speak. In the version with the starting clutch, the variator can be disconnected from the drive by the starting clutch or switched off.
  • a further preferred embodiment of the CVT drive train is characterized in that the starting element, the variator, the partial transmission, the direct shift stage and the differential are arranged in front-transverse construction.
  • the terms front and cross refer to the installation location of said components in a motor vehicle.
  • Front means that the drive is arranged with the starting element, the variator, the partial transmission, the direct shift stage and the differential in a front region or front region of the motor vehicle.
  • Cross means that the drive is installed transversely with the mentioned components.
  • the direct shift stage is positioned below a crankshaft center.
  • the direct switching stage is advantageously positioned in the direction of the differential.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the direct shift stage fe is used for a low-consumption driving in a consumption-relevant operating point.
  • the direct shift mare may for example be used in a transmission final transmission point.
  • the direct shift stage can be used for a range change in a specific gear ratio. This means that the direct shift stage is used for a range change with always the same gear ratio.
  • the invention further relates to a starting element, a variator, a partial transmission, a direct shift stage and a differential for a previously described CVT drive train.
  • the invention also relates to a transmission with a continuously variable variator and a direct shift stage bridging the variator.
  • the transmission may additionally comprise a previously described starting element and / or a previously described differential.
  • FIG. 1 shows a simplified representation of a CVT drive train according to a first embodiment in longitudinal section
  • Figure 2 shows the CVT drive train of Figure 1 in cross section
  • Figure 3 shows a similar CVT drive train as in Figure 1 with a torque converter as a starting element
  • Figure 4 shows the CVT drive train of Figure 3 in cross section
  • FIG. 5 shows a transmission characteristic diagram of the CVT drive train according to the invention according to a first exemplary embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 6 shows a similar transmission characteristic diagram as in FIG. 5 according to a second exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 7 shows a similar CVT drive train as in FIG. 1 with a partial transmission designed as a solid-state transmission and
  • Figure 8 shows the CVT drive train of Figure 7 in cross section.
  • the CVT drive train 1; 41; 71 includes a drive 3.
  • the drive is, for example, an internal combustion engine, which is also referred to as an internal combustion engine when used in a motor vehicle.
  • the CVT drive train 1; 41; 71 is used in motor vehicles.
  • the starting of the motor vehicle is made possible by a starting element 5.
  • a torque from the drive 3 is forwarded to a starting output part 6.
  • the starting starting part 6 is connected via a gear stage with a gear 8 and a gear 9 with a variator input of a variator 10.
  • FIG. 7 it can be seen that the starting starting part 6 can also be connected directly to the variator input.
  • the gear stage 8, 9 is omitted.
  • the variator 10 comprises a drive-side conical disk set 11 and a driven-side conical disk set 12.
  • the two conical disk sets 1 1, 12 are coupled to one another by an only indicated belt 13.
  • the wrapping means 13 is, for example, a special chain.
  • the output 15 comprises at least one driven wheel (not shown). Normally, the output 15 comprises at least two driven wheels. To distribute the torque provided to the two driven wheels serves as a differential 16 designated differential.
  • the differential 16 includes a spur gear 18.
  • the spur gear 18 of the differential 18 is in engagement with a Decisionmaschines- gear 19 of a sub-transmission 20.
  • the sub-transmission 20 is assigned to a variator output on the drive-side conical disk set 12th
  • the drive 3 of the CVT drive train 1; 41; 71 is associated with a torsional vibration damper 22.
  • the torsional vibration damper 22 is arranged between the drive 3 and the starting element 5.
  • the starting element 5 is designed as a starting clutch 24 in FIGS. 1, 2 and 7, 8.
  • the starting clutch 24 is a wet-running multi-plate clutch.
  • the starting element 5 is designed as a torque converter 44 with a lockup clutch 45 and a disconnect clutch 46.
  • An input part 25 of the torsional vibration damper 22 is rotatably connected to a crankshaft of the drive 3.
  • An output part 26 of the torsional vibration damper 22 is on the one hand an input of the starting clutch 24 and the torque converter 44.
  • the output part 26 of the torsional vibration damper 22 is rotatably connected to a gear 28.
  • the gear 28 is used for example for driving a (not shown) pump. Therefore, the gear 28 is also referred to as a pump gear.
  • the gear 28 can also serve to drive another or another vehicle component.
  • the gearwheel 28 is assigned a direct switching stage 30 which can be switched by means of a switching device 29.
  • An arrow 31 indicates that the direct shift stage 30 serves to bridge the variator 10.
  • the direct switching stage 30 with the aid of the switching device 29 can provide a direct coupling of the gear 28 with the spur gear 18 of the differential 16.
  • the drive 3 can be connected via the torsional vibration damper 22, independently of the starting element 5, to the variator 10 via the differential 16 to the output drive 15.
  • an axis of rotation of the crankshaft 33 runs perpendicular to the plane of the drawing.
  • a circle 34 a rotatably connected to the crankshaft 33 starter ring gear is indicated.
  • a radially inner circle represents the gear 8 of Figure 1 represents. Another circle represents also referred to as impeller gear 28.
  • the gear 8 meshes with the gear 9, which represents the variator input.
  • the gear 9 is assigned to the drive-side conical disk set 1 1, which is also shown in Figure 2 as a circle. By a circle 12 of the output side cone pulley set is indicated.
  • the partial gear output gear 19 meshes with the also indicated by a circle spur 18th
  • FIG. 2 The circles in Figure 2 illustrate the front-transverse construction.
  • the direct shift stage 30 is arranged in FIG. 2 below the crankshaft center 33 and in the direction of the spur gear 18 of the differential 16.
  • Front-transverse construction means that the drive 3, in particular the internal combustion engine, and the transmission, here the variator 10 and the partial transmission 20, are arranged side by side in the vehicle transverse direction, for example in front of or above a front axle.
  • the partial transmission 20 is designed as a planetary gear with two planetary gear sets and two disc packs.
  • the partial transmission 20 designed as a planetary gearbox makes it possible to switch between a first range low and a second range high.
  • the partial transmission 20 is used to represent a reverse R.
  • FIGS. 5 and 6 show two possible transmission characteristics for the operation of the CVT drive trains 1 and 41 shown in FIGS. 1 to 4.
  • the translation maps are Cartesian coordinate diagrams with an x-axis 51; 61 and a y-axis 52; 62 executed.
  • a variator ratio is plotted on the x-axis 51; 61.
  • a gear ratio is plotted on the y-axis 52; 62.
  • the variator ratio is the ratio of the variator (10 in Figures 1 to 4).
  • the gear ratio is the translation of the sub-transmission (20 in Figures 1 to 4).
  • An upper characteristic 54; 64 is used in Figures 5 and 6 to illustrate the first operating range, which is also referred to as low range.
  • a lower characteristic 53; 63 is used in Figures 5 and 6 to illustrate the second operating range, which is also referred to as high-range.
  • the low region 54; 64 starts with a variator ratio of just over 0.5 and a gear ratio of just below four.
  • the high range starts at the same variator ratio as the low range. However, the high range starts at a gear ratio of just above two.
  • the transmission characteristic diagram shown in FIG. 5 shows that the direct-shift stage (30 in FIGS. 1 to 4), which can also be referred to as a constant stage, is used for fuel-efficient driving in a consumption-relevant operating point 55.
  • the operating point 55 corresponds in FIG. 5 to a transmission end ratio in the high range 53.
  • one of the driving with the CVT drive train 1; 41 equipped motor vehicle with the aid of the direct switching stage 30 are switched so that the output, as indicated in Figures 1 and 3 by the arrow 31, is drivingly connected directly to the differential.
  • the variator (10 in Figures 1 and 3) can be turned off. By switching off the variator, for example, the consumption can be reduced.
  • the CVT drive train 71 shown in FIGS. 7 and 8 differs from the CVT drive train 1 shown in FIG. 1 only in the design of the subtransmission.
  • the partial transmission 72 is designed as a solid-state transmission with a forward branch D and a rearward branch R. Between the forward branch D and the reverse branch R, an idle position is indicated by the capital letter N.
  • the partial transmission 72 can, as indicated by the arrow 31, be bridged together with the variator 10 by the direct shift stage 30.
  • a disk set drive of the drive-side conical disk set 11 of the variator 10 is indicated by a circle 74.
  • Dashed circles 75 indicate the representation of a reverse gear with the partial transmission 72.

Abstract

CVT-Antriebsstrang (1;41;71) mit einem Antrieb (3), einem Anfahrelement (5), einem stufenlos verstellbaren Variator (10) und einem Differenzial (16), dadurch gekennzeichnet, dass eine den Variator (10) überbrückende Direktschaltstufe (30) direkt an den Antrieb (3) angebunden ist.

Description

CVT-Antriebsstrang
Die Erfindung betrifft einen CVT-Antriebsstrang mit einem Antrieb, einem Anfahrelement, einem stufenlos verstellbaren Variator und einem Differenzial. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen CVT-Antriebsstrangs.
Mit CVT wird ein stufenloses Getriebe bezeichnet, wobei die Buchstaben CVT für
Continuously Variable Transmission stehen. Um den Übersetzungsbereich eines stufenlosen Getriebes, also dessen Spreizung, zu erhöhen, ist es zum Beispiel aus der europäischen Offenlegungsschrift EP 2 275 709 A1 bekannt, dem stufenlosen Getriebe ein schaltbares Planetengetriebe nachzuordnen. Das schaltbare Planetengetriebe ermöglicht eine Zweibereichschaltung und eine Rückwärtsschaltung. Weiterhin ist es aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 61 900 A1 bekannt, ein Mehrbereich-CVT mit festen zuschaltbaren Gängen, zum Beispiel zum Anfahren oder für Höchstgeschwindigkeit, vorzusehen, wobei jedoch im Betrieb dieser festen Übersetzungen der Variator abgekoppelt ist. Demzufolge gibt es nur einen stufenlosen Bereich, es können nicht alle Fahrbereiche stufenlos gefahren werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau und/oder den Betrieb eines CVT-Antriebsstrangs mit einem Antrieb, einem Anfahrelement, einem stufenlos verstellbaren Variator und einem Differenzial zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem CVT-Antriebsstrang mit einem Antrieb, einem Anfahrelement, einem stufenlos verstellbaren Variator und einem Differenzial dadurch gelöst, dass eine den Variator überbrückende Direktschaltstufe direkt an den Antrieb angebunden ist. Durch die direkte Anbindung der Direktschaltstufe an den Antrieb kann die Direktschaltstufe vorteilhaft unabhängig von dem Anfahrelement verwendet werden. Die Direktschaltstufe kann zum Beispiel an ein Zahnrad angebunden werden, das in herkömmlichen CVT-Antriebssträngen verwendet wird, um eine Hydraulikpumpe anzutreiben. Daher wird ein derartiges Zahnrad auch als Pumpenrad bezeichnet. Wenn der Antrieb eine Brennkraftmaschine beziehungsweise einen Verbrennungsmotor umfasst, dann ist die den Variator überbrückende Direktschaltstufe direkt durch die Brennkraftmaschine beziehungsweise den Verbrennungsmotor angetrieben. Aufgrund der direkten Anbindung der Direktschaltstufe an den Antrieb wird die Direktschaltstufe im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ausschließlich im Fahrbetrieb eines mit dem CVT-Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs verwendet. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die den Variator überbrückende Direktschaltstufe unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Über die Kurbelwelle wird ein Drehmoment des Antriebs, insbesondere der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors, abgegeben. Der Drehschwingungsdämpfer dient vorteilhaft dazu, unerwünschte Drehschwingungen, die im Betrieb des Antriebs, insbesondere der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors, auftreten, von dem CVT-Antriebsstrang zu entkoppeln. Dadurch werden durch Drehungleichförmigkeiten hervorgerufene unerwünschte Schäden im CVT-Antriebsstrang verhindert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Direktschaltstufe eine Zwischenzahnradstufe umfasst, die sich in Eingriff mit einem Stirnrad des Differenzials befindet. Die Zwischenzahnradstufe umfasst mindestens ein Zahnrad, das drehfest mit dem Antrieb, insbesondere einem Pumpenrad, verbunden ist und sich in Eingriff mit dem Stirnrad des Differenzials befindet. Die Direktschaltstufe umfasst als Schalteinrichtung zum Beispiel eine Klauenkupplung. Die Direktschaltstufe kann aber gegebenenfalls auch mit einer Synchronisiereinrichtung ausgestattet sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilgetriebe zwischen dem Variator und dem Differenzial angeordnet ist. Bei dem Teilgetriebe handelt es sich zum Beispiel um ein Untersetzungsgetriebe. Das Teilgetriebe ist vorzugsweise zwischen einem Variatorausgang und dem Differenzial angeordnet. Demgegenüber ist die Direktschaltstufe vorzugsweise zwischen dem Anfahrelement und einem Variatoreingang angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgetriebe als Feststufengetriebe mit einem Vorwärtszweig und einem Rückwärtszweig ausgeführt ist. Das Feststufengetriebe umfasst des Weiteren vorteilhaft eine Leerlaufstellung, in welcher der Variator vom Abtrieb entkoppelt ist. Der Vorwärtszweig dient vorteilhaft dazu, einen Vorwärtsfahrbetrieb eines mit dem CVT-Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Analog ermöglicht der Rückwärtszweig einen Rückwärtsfahrbetrieb des Kraftfahrzeugs.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgetriebe als Zweibereichsgetriebe, insbesondere als Planetengetriebe, ausgeführt ist. Das Zweibereichsgetriebe ermöglicht zum Beispiel einen Fahrbetrieb in einem ersten Bereich, der auch als low-Bereich bezeichnet wird, und in einem zweiten Bereich, der auch als high-Bereich bezeichnet wird. In dem ersten Bereich kann zum Beispiel mit einer größeren Übersetzung gefahren werden als in dem zweiten Bereich. Das als Planetengetriebe ausgeführte Zweibereichsgetriebe ermöglicht vorteilhaft darüber hinaus die Darstellung eines Rückwärtsgangs.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement als Drehmomentwandler oder Anfahrkupplung ausgeführt ist. Dabei ist es wichtig, dass der Antrieb, unabhängig von der Ausführung des Anfahrelements, direkt mit der den Variator überbrückenden Direktschaltstufe verbunden werden kann. Bei einer Anfahrkupplung kann das auf einfache Art und Weise zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass die den Variator überbrückende Direktschaltstufe drehfest mit einem Eingang der Anfahrkupplung verbunden wird. Bei der Ausführung des Anfahrelements als Drehmomentwandler kann die direkte Anbindung der den Variator überbrückenden Direktschaltstufe an den Antrieb zum Beispiel über ein Wandlergehäuse erfolgen. Eine in den Drehmomentwandler integrierte Trennkupplung ermöglicht ein Abkoppeln des Anfahrelements vom Variator. Die in den Drehmomentwandler integrierte Trennkupplung ermöglicht sozusagen ein Abschalten des Variators. Bei der Ausführung mit der Anfahrkupplung kann der Variator durch die Anfahrkupplung vom Antrieb abgekoppelt beziehungsweise abgeschaltet werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des CVT-Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement, der Variator, das Teilgetriebe, die Direktschaltstufe und das Differenzial in Front-Quer-Bauweise angeordnet sind. Die Begriffe Front und Quer beziehen sich auf den Einbauort der genannten Komponenten in einem Kraftfahrzeug. Front bedeutet, dass der Antrieb mit dem Anfahrelement, dem Variator, dem Teilgetriebe, der Direktschaltstufe und dem Differenzial in einem Frontbereich oder vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Quer bedeutet, dass der Antrieb mit den genannten Komponenten quer eingebaut ist. Dabei sind der Antrieb und die genannten Komponenten, insbesondere der Variator und das Teilgetriebe, in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Direktschaltstufe unterhalb eines Kurbelwellenmittelpunkts positioniert. Dabei ist die Direktschaltstufe vorteilhaft in Richtung Differenzial positioniert.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen CVT-Antriebsstrangs ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Direktschaltstu- fe zu einem verbrauchsgünstigen Fahren in einem verbrauchsrelevanten Betriebspunkt verwendet wird. Zu diesem Zweck kann die Direktschaltstute zum Beispiel in einem Getriebe- endübersetzungspunkt verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Direktschaltstufe für einen Bereichswechsel bei einer bestimmten Getriebeübersetzung verwendet werden. Das bedeutet, dass die Direktschaltstufe für einen Bereichswechsel bei immer gleicher Getriebeübersetzung verwendet wird.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Anfahrelement, einen Variator, ein Teilgetriebe, eine Direktschaltstufe und ein Differenzial für einen vorab beschriebenen CVT-Antriebsstrang. Alternativ oder zusätzlich betrifft die Erfindung auch ein Getriebe mit einem stufenlos verstellbaren Variator und einer den Variator überbrückenden Direktschaltstufe. Das Getriebe kann zusätzlich ein vorab beschriebenes Anfahrelement und/oder ein vorab beschriebenes Differenzial umfassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines CVT-Antriebsstrangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
Figur 2 den CVT-Antriebsstrang aus Figur 1 im Querschnitt;
Figur 3 einen ähnlichen CVT-Antriebsstrang wie in Figur 1 mit einem Drehmomentwandler als Anfahrelement;
Figur 4 den CVT-Antriebsstrang aus Figur 3 im Querschnitt;
Figur 5 ein Übersetzungskennfeld des erfindungsgemäßen CVT-Antriebsstrangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 6 ein ähnliches Übersetzungskennfeld wie in Figur 5 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens; Figur 7 einen ähnlichen CVT-Antriebsstrang wie in Figur 1 mit einem als Feststufengetriebe ausgeführten Teilgetriebe und
Figur 8 den CVT-Antriebsstrang aus Figur 7 im Querschnitt.
In den Figuren 1 bis 4 und 7 bis 8 ist ein erfindungsgemäßer CVT-Antriebsstrang 1 ; 41 ; 71 in verschiedenen Ausführungsbeispielen und Schnitten vereinfacht dargestellt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Im Folgenden wird zunächst auf die Gemeinsamkeiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele eingegangen. Im Anschluss daran werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Ausführungsbeispielen erläutert.
Der CVT-Antriebsstrang 1 ; 41 ; 71 umfasst einen Antrieb 3. Bei dem Antrieb handelt es sich zum Beispiel um eine Brennkraftmaschine, die bei Verwendung in einem Kraftfahrzeug auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Der CVT-Antriebsstrang 1 ; 41 ; 71 wird in Kraftfahrzeugen verwendet.
Das Anfahren des Kraftfahrzeugs wird durch ein Anfahrelement 5 ermöglicht. Über das Anfahrelement 5 wird ein Drehmoment vom Antrieb 3 an ein Anfahrausgangsteil 6 weitergeleitet. Das Anfahrausgangsteil 6 ist über eine Zahnradstufe mit einem Zahnrad 8 und einem Zahnrad 9 mit einem Variatoreingang eines Variators 10 verbunden. In Figur 7 sieht man, dass das Anfahrausgangsteil 6 auch direkt mit dem Variatoreingang verbunden sein kann. In Figur 7 entfällt die Zahnradstufe 8, 9.
Der Variator 10 umfasst einen antriebsseitigen Kegelscheibensatz 11 und einen abtriebsseiti- gen Kegelscheibensatz 12. Die beiden Kegelscheibensätze 1 1 , 12 sind durch ein nur angedeutetes Umschlingungsmittel 13 miteinander gekoppelt. Bei dem Umschlingungsmittel 13 handelt es sich zum Beispiel um eine spezielle Kette.
Über die beiden Kegelscheibensätze 1 1 und 12 kann die Übersetzung zwischen dem Antrieb 3 und einem Abtrieb 15 stufenlos verstellt werden. Der Abtrieb 15 umfasst mindestens ein angetriebenes Rad (nicht dargestellt). Normalerweise umfasst der Abtrieb 15 mindestens zwei angetriebene Räder. Zur Verteilung des bereitgestellten Drehmoments auf die beiden angetriebenen Räder dient ein auch als Differenzial 16 bezeichnetes Ausgleichsgetriebe. Das Differenzial 16 umfasst ein Stirnrad 18.
Das Stirnrad 18 des Differenzials 18 befindet sich in Eingriff mit einem Teilgetriebeausgangs- zahnrad 19 eines Teilgetriebes 20. Das Teilgetriebe 20 ist einem Variatorausgang am ab- triebsseitigen Kegelscheibensatz 12 zugeordnet.
Dem Antrieb 3 des CVT-Antriebsstrangs 1 ; 41 ; 71 ist ein Drehschwingungsdämpfer 22 zugeordnet. Der Drehschwingungsdämpfer 22 ist zwischen dem Antrieb 3 und dem Anfahrelement 5 angeordnet. Das Anfahrelement 5 ist in den Figuren 1 , 2 und 7, 8 als Anfahrkupplung 24 ausgeführt. Bei der Anfahrkupplung 24 handelt es sich um eine nasslaufende Lamellenkupplung.
Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten CVT-Antriebsstrang 41 ist das Anfahrelement 5 als Drehmomentwandler 44 mit einer Wandlerüberbrückungskupplung 45 und einer Trennkupplung 46 ausgeführt.
Ein Eingangsteil 25 des Drehschwingungsdämpfers 22 ist drehfest mit einer Kurbelwelle des Antriebs 3 verbunden. Ein Ausgangsteil 26 des Drehschwingungsdämpfers 22 stellt zum einen einen Eingang der Anfahrkupplung 24 beziehungsweise des Drehmomentwandlers 44 dar. Zum anderen ist das Ausgangsteil 26 des Drehschwingungsdämpfers 22 drehfest mit einem Zahnrad 28 verbunden. Das Zahnrad 28 dient zum Beispiel zum Antrieb einer (nicht dargestellten) Pumpe. Daher wird das Zahnrad 28 auch als Pumpenzahnrad bezeichnet. Das Zahnrad 28 kann aber auch zum Antrieb einer anderen oder einer weiteren Fahrzeugkomponente dienen.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist dem Zahnrad 28 eine mit Hilfe einer Schalteinrichtung 29 schaltbare Direktschaltstufe 30 zugeordnet. Durch einen Pfeil 31 ist angedeutet, dass die Direktschaltstufe 30 dazu dient, den Variator 10 zu überbrücken. Wie durch den Pfeil 31 angedeutet ist, kann die Direktschaltstufe 30 mit Hilfe der Schalteinrichtung 29 eine direkte Kopplung des Zahnrads 28 mit dem Stirnrad 18 des Differenzials 16 schaffen. Mit Hilfe der Direktschaltstufe 30 kann der Antrieb 3 über den Drehschwingungsdämpfer 22 unabhängig von dem Anfahrelement 5 an dem Variator 10 vorbei über das Differenzial 16 mit dem Abtrieb 15 antriebsmäßig verbunden werden. In Figur 2 verläuft eine Drehachse der Kurbelwelle 33 senkrecht zur Zeichenebene. Durch einen Kreis 34 ist ein drehfest mit der Kurbelwelle 33 verbundener Anlasserzahnkranz angedeutet. Ein radial innerer Kreis stellt das Zahnrad 8 aus Figur 1 dar. Ein weiterer Kreis stellt das auch als Pumpenrad bezeichnete Zahnrad 28 dar. Das Zahnrad 8 kämmt mit dem Zahnrad 9, das den Variatoreingang darstellt. Das Zahnrad 9 ist dem antriebsseitigen Kegelscheibensatz 1 1 zugeordnet, der ebenfalls in Figur 2 als Kreis dargestellt ist. Durch einen Kreis 12 ist der abtriebsseitige Kegelscheibensatz angedeutet. Das Teilgetriebeausgangszahnrad 19 kämmt mit dem ebenfalls durch einen Kreis angedeuteten Stirnrad 18.
Die Kreise in Figur 2 verdeutlichen die Front-Quer-Bauweise. Die Direktschaltstufe 30 ist in Figur 2 unterhalb des Kurbelwellenmittelpunkts 33 und in Richtung des Stirnrads 18 des Diffe- renzials 16 angeordnet. Front-Quer-Bauweise bedeutet, dass der Antrieb 3, insbesondere der Verbrennungsmotor, und das Getriebe, hier der Variator 10 und das Teilgetriebe 20, in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnet sind, zum Beispiel vor oder über einer Vorderachse.
In den Figuren 1 bis 4 ist das Teilgetriebe 20 als Planetengetriebe mit zwei Planetensätzen und zwei Lamellenpaketen ausgeführt. Das als Planetengetriebe ausgeführte Teilgetriebe 20 ermöglicht ein Umschalten zwischen einem ersten Bereich low und einem zweiten Bereich high. Darüber hinaus dient das Teilgetriebe 20 zur Darstellung eines Rückwärtsgangs R.
In den Figuren 5 und 6 sind zwei mögliche Übersetzungskennfelder für den Betrieb der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten CVT-Antriebsstränge 1 und 41 dargestellt. Die Übersetzungskennfelder sind als kartesisches Koordinatendiagramme mit einer x-Achse 51 ; 61 und einer y- Achse 52; 62 ausgeführt. Auf der x-Achse 51 ; 61 ist eine Variatorübersetzung aufgetragen. Auf der y-Achse 52; 62 ist eine Getriebeübersetzung aufgetragen. Bei der Variatorübersetzung handelt es sich um die Übersetzung des Variators (10 in den Figuren 1 bis 4). Bei der Getriebeübersetzung handelt es sich um die Übersetzung des Teilgetriebes (20 in den Figuren 1 bis 4).
Eine obere Kennlinie 54; 64 dient in den Figuren 5 und 6 zur Darstellung des ersten Betriebsbereichs, der auch als low-Bereich bezeichnet wird. Eine untere Kennlinie 53; 63 dient in den Figuren 5 und 6 zur Darstellung des zweiten Betriebsbereichs, der auch als high-Bereich bezeichnet wird. Der low-Bereich 54; 64 beginnt bei einer Variatorübersetzung von etwas über 0,5 und einer Getriebeübersetzung von etwas unterhalb vier. Der high-Bereich beginnt bei der gleichen Variatorübersetzung wie der low-Bereich. Allerdings beginnt der high-Bereich bei einer Getriebeübersetzung von etwas oberhalb zwei.
Das in Figur 5 dargestellte Übersetzungskennfeld zeigt, dass die Direktschaltstufe (30 in den Figuren 1 bis 4), die auch als Konstantstufe bezeichnet werden kann, zu einem verbrauchsgünstigen Fahren in einem verbrauchsrelevanten Betriebspunkt 55 verwendet wird. Der Betriebspunkt 55 entspricht in Figur 5 einer Getriebeendübersetzung im high-Bereich 53.
In dem Betriebspunkt 55 kann im Fahrbetrieb eines mit dem CVT-Antriebsstrang 1 ; 41 ausgestatteten Kraftfahrzeugs mit Hilfe der Direktschaltstufe 30 so umgeschaltet werden, dass der Abtrieb, wie in den Figuren 1 und 3 durch den Pfeil 31 angedeutet ist, antriebsmäßig direkt mit dem Differenzial verbunden wird.
Dann kann der Variator (10 in den Figuren 1 und 3) abgeschaltet werden. Durch das Abschalten des Variators kann zum Beispiel der Verbrauch reduziert werden. Bei abgeschaltetem Variator wird der CVT-Antriebsstrang 1 ; 41 mit einer konstanten Übersetzung durch die Direktschaltstufe 30 angetrieben.
In Figur 6 ist durch eine horizontale Linie 65, die sich parallel zur x-Achse 61 erstreckt, angedeutet, dass die Direktschaltstufe oder Konstantstufe (30 in den Figuren 1 und 3) bei immer gleicher Getriebeübersetzung auch zum Umschalten zwischen dem low-Bereich 64 und dem high-Bereich 63 verwendet werden kann. Das Umschalten 65 durch die Direktschaltstufe erfolgt immer bei einer Getriebeübersetzung von etwas unterhalb von vier.
Der in den Figuren 7 und 8 dargestellte CVT-Antriebsstrang 71 unterscheidet sich von dem in Figur 1 dargestellten CVT-Antriebsstrang 1 nur in der Ausführung des Teilgetriebes. In Figur 7 ist das Teilgetriebe 72 als Feststufengetriebe mit einem Vorwärts-Zweig D und einem Rück- wärts-Zweig R ausgeführt. Zwischen dem Vorwärts-Zweig D und dem Rückwärts-Zweig R ist durch den Großbuchstaben N eine Leerlaufstellung angedeutet. Das Teilgetriebe 72 kann, wie durch den Pfeil 31 angedeutet ist, zusammen mit dem Variator 10 durch die Direktschaltstufe 30 überbrückt werden.
In dem in Figur 8 dargestellten Querschnitt des CVT-Antriebsstrangs 71 ist durch einen Kreis 74 ein Scheibensatzantrieb des antriebsseitigen Kegelscheibensatzes 11 des Variators 10 angedeutet. Durch gestrichelte Kreise 75 ist die Darstellung eines Rückwärtsgangs mit dem Teilgetriebe 72 angedeutet. Bezugszeichenliste
CVT-Antriebsstrang
Antrieb
Anfahrelement
Anfahrausgangsteil
Zahnrad
Zahnrad
Variator
antriebsseitiger Kegelscheibensatz
abtriebsseitiger Kegelscheibensatz
Umschlingungsmittel
Abtrieb
Differenzial
Stirnrad
Teilgetriebeausgangszahnrad
Teilgetriebe
Drehschwingungsdämpfer
Anfahrkupplung
Eingangsteil
Ausgangsteil
Zahnrad
Schalteinrichtung
Direktschaltstufe
Pfeil
Kurbelwelle
Anlasserzahnkranz
CVT-Antriebsstrang
Drehmomentwandler
Wandlerüberbrückungskupplung
Trennkupplung
x-Achse
y-Achse
Kennlinie low
Kennlinie high verbrauchsrelevanter Betriebspunkt x-Achse
y-Achse
Kennlinie low
Kennlinie high
horizontale Linie
CVT-Antriebsstrang
Teilgetriebe
Kreis
Kreis

Claims

Patentansprüche
1. CVT-Antriebsstrang (1 ;41 ;71) mit einem Antrieb (3), einem Anfahrelement (5), einem stufenlos verstellbaren Variator (10) und einem Differenzial (16), dadurch gekennzeichnet, dass eine den Variator (10) überbrückende Direktschaltstufe (30) direkt an den Antrieb (3) angebunden ist.
2. CVT-Antriebsstrang nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die den Variator (10) überbrückende Direktschaltstufe (30) unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers (22) mit einer Kurbelwelle (33) verbunden ist.
3. CVT-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktschaltstufe (30) eine Zwischenzahnradstufe umfasst, die sich in Eingriff mit einem Stirnrad (18) des Differenzials (16) befindet.
4. CVT-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilgetriebe (20;72) zwischen dem Variator (10) und dem Differenzial (16) angeordnet ist.
5. CVT-Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgetriebe (72) als Feststufengetriebe mit einem Vorwärtszweig und einem Rückwärtszweig ausgeführt ist.
6. CVT-Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgetriebe (20) als Zweibereichsgetriebe, insbesondere als Planetengetriebe, ausgeführt ist.
7. CVT-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (5) als Drehmomentwandler (44) oder Anfahrkupplung (24) ausgeführt ist.
8. CVT-Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (5), der Variator (10), das Teilgetriebe (20), die Direktschaltstufe (30) und das Differenzial (16) in Front-Quer-Bauweise angeordnet sind.
9. Verfahren zum Betreiben eines CVT-Antriebsstrangs (1 ;41 ;71) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktschaltstufe (30) zu einem verbrauchsgünstigen Fahren in einem verbrauchsrelevanten Betriebspunkt (55) verwendet wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines CVT-Antriebsstrangs (1 ;41 ;71) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Direktschaltstufe (30) für einen Bereichswechsel (65) bei einer bestimmten Getriebeübersetzung verwendet wird.
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