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Die Erfindung betrifft einen Schwungradtrieb für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Schwungräder werden in Kraftfahrzeugen dazu verwendet, um bspw. im Bremsbetrieb oder bei Bergabfahrten Energie aufzunehmen, und um diese im anschließenden Lastfall, insbesondere zum Beschleunigen bereitzustellen. Bekannte Schwungradgetriebe weisen ein drehbar gelagertes Schwungrad auf, welches über einen Antrieb und eine Welle auf eine Drehzahl gebracht wird und dessen gespeicherter Drehimpuls anschließend durch einen Umschaltvorgang auf die Welle schaltbar ist. Die
WO 2011/080512 A1 zeigt ein derartiges Schwungradgetriebe, welches das Schwungrad über drei schaltbare Übersetzungen mit dem Kraftfahrzeugantrieb koppelt.
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Eine Ausführung dieses vorbekannten Schwungradgetriebes weist eine Welle auf, welche über ein Stirnrad mit drei unterschiedlich großen Zahnrädern gekoppelt ist. Diese unterschiedlich großen Zahnräder wirken über je eine betätigbare Mehrscheibenkupplung und je ein weiteres Zahnrad auf die Schwungradwelle, ein mit der Schwungradwelle verbundenes Stirnrad. Durch die drei Kupplungen und die durch die unterschiedlich großen Zahnräder sind zum Antrieb, Abtrieb des Schwungrades unterschiedliche Übersetzungen schaltbar, mit denen das Schwungrad in Abhängigkeit der vorliegenden Situation angetrieben (aufgeladen) bzw. die gespeicherte Energie in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingespeist wird (entladen). Nachteilig ist jedoch der Bauteilaufwand. Auch lassen sich nur eine begrenzte Zahl an Gangstufen realisieren.
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Die
DE 31020217 A1 beschreibt einen Schwungradtrieb, der über ein stufenlos veränderbares Getriebe auf eine Antriebsachse des Kraftfahrzeuges wirkt.
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Die
DE 10 2009 041 073 A1 sieht eine hydrodynamische Kupplung zur Kopplung von Schwungradspeicher und Antriebswelle vor.
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In der
WO 2007/138353 A2 ist ein Schwungradtrieb unter Verwendung eines epizyklischen Getriebes bekannt. Vorgesehen sind ferner schaltbare Kupplungen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwungradtrieb in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Ausführung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung sieht einen Schwungradtrieb für ein Kraftfahrzeug vor, bestehend aus einem drehbar gelagerten Schwungrad, einer mit dem Antrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelten, den An- und Abtrieb des Schwungrades bewirkenden Welle bzw. einem Zahnrad, wobei das Schwungrad mit der Welle bzw. dem Zahnrad über eine Anzahl von Getriebestufen koppelbar ist, wobei jede der Getriebestufen eine unterschiedliche Übersetzung realisiert, wobei die Getriebestufen über schaltbare Kupplungen sowie wenigstens eine Schaltvorrichtung betätigt werden.
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Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, dass zur Schaltung von N Übersetzungen bzw. Getriebestufen zwei Kupplungen und eine Anzahl M von Schaltvorrichtung verwendet werden. N ist hierbei mindestens 3 und M wenigstens 1.
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Bei drei Getriebestufen, Übersetzungen sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung die Verwendung eines Doppelkupplungsgetriebes vor. Eine Kupplung schaltet bspw. eine Getriebestufe, eine Übersetzung direkt auf den An- und Abtrieb, die Welle bzw. das Zahnrad. Über die zweite Kupplung sowie eine Schaltvorrichtung werden zwei Getriebestufen, Übersetzungen geschaltet. Vorzugsweise findet eine Schaltvorrichtung Verwendung, bei der entweder die eine, die andere Übersetzung oder keine der beiden Übersetzungen aktivierbar ist, also eine Neutralstellung schaltbar ist. Eine bevorzugt verwendbare Schaltvorrichtung ist nach Art einer Klauenkupplung ausgebildet.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, die Schaltvorrichtung mit einer Synchronisation auszubilden.
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Die bei der Erfindung verwendbaren Kupplungen sind bevorzugt als Mehrscheibenkupplungen ausgebildet. Bei derartigen Kupplungen sind axial beweglich gelagerte Scheiben wahlweise drehfest an einem inneren und an einem äußeren Mitnehmer angelenkt. Die Scheiben werden bspw. mittels einer Betätigungseinrichtung aktiviert und bewirken so den entsprechenden Kraftschluss. Die Kupplungsanordnung ist bevorzugt in einem Ölbad aufgenommen.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung verwenden ein Kupplungssystem mit einem äußeren Kupplungskorb sowie zwei getrennt, einzeln schaltbaren Scheibensystemen. Die Kupplung kann direkt an dem An- und Abtrieb angeordnet sein und das Zahnrad aufweisen, mittels dem die Kopplung zu dem Fahrzeugantrieb erfolgt. Das Zahnrad ist dann bevorzugt am äußeren Kupplungskorb angebracht bzw. direkt mit diesem verbunden.
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Auch ist es möglich, die Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes mit dem Schwungrad zu verbinden. Der äußere Kupplungskorb ist mit dem Schwungrad verbunden, trägt diesen.
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Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt ein in einem nicht dargestellten Gehäuse drehbar gelagertes Schwungrad SR. Dieses Schwungrad SR ist mit einem Zahnrad ZR1 gekoppelt, welches mit einem zweiten Zahnrad ZR2 einer parallel zur Achse des Schwungrades SR verlaufenden Nebenwelle NW kämmt. Auf der Nebenwelle NW befinden sich drei weitere Zahnräder ZN1, ZN2, ZN3 unterschiedlichen Durchmessers, die mit drei Zahnrädern Z1, Z2, Z3 kämmen. Zahnrad Z1 ist drehfest auf einer Welle HW angebracht, welche im Gehäuse drehbar gelagert ist und koaxial zur Achse des Schwungrades SR verläuft.
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Die mit den Zahnrädern ZN2 und ZN3 kämmenden Zahnräder Z2 und Z3 sitzen auf je einer Hohlwelle HW2, HW3, welche koaxial zu der Welle HW verläuft. Drehfest verbunden mit einer weiteren Hohlwelle HWK ist ein Schaltelement SE, welches nach Art einer Schaltklaue wahlweise das Zahnrad Z2 oder Z3, also die entsprechende Hohlwelle HW2, HW3 mit der das Schaltelement SE tragenden HWK koppelt. Das Schaltelement SE ist zudem in eine neutrale Zwischenstellung verbringbar, in welcher weder die Hohlwelle HW2 noch die Hohlwelle HW3 mit der Hohlwelle HWK gekoppelt ist. Diese Neutralstellung ist in der 1 wiedergegeben. Im Ausführungsbeispiel nach 1 verlaufen die Wellen HW sowie die Hohlwellen HWK sowie HW2, HW3 koaxial – Die Hohlwelle HWK sitz auf der Welle HW, die Hohlwellen HW2, HW3 sitzen auf der Hohlwelle HWK. Die beschriebenen Wellen HW, HW2, HW3, HWK sind über nicht dargestellte Lager gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse gelagert.
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Die Welle HW sowie die Welle HWK sind jeweils drehfest mit den Scheiben S1, S23 einer Mehrscheibenkupplung verbunden. Diese Scheiben S1, S23 wirken mit entsprechenden Gegenscheiben GS1, GS23 eines gemeinsamen Kupplungskorbes KK zusammen. Der Kupplungskorb KK ist mit einem dem Antrieb, dem Abtrieb des Schwungradtriebes dienenden Zahnrades ZA gekoppelt.
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Die die erste Kupplung K1 bildenden Scheiben S1, GS1 der ersten Kupplung K1 sowie die Scheiben S23, GS23 der zweiten Kupplung K23 sind über je einen nicht dargestellten Aktuator miteinander koppelbar, d.h. durch aufbringen einer Druckkraft werden diese kraftschlüssig miteinander verbunden. Die beschriebenen Kupplungen K1, K23 bilden so einen Teil des beschriebenen Doppelkupplungsgetriebes.
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Wird die Kupplung K1 aktiviert und Kupplung K23 ist offen, so ist das Schwungrad SR über die durch die Zahnräder Z1, ZN1 definierte Übersetzung mit dem Zahnrad ZA gekoppelt. Die erzielbare Gesamtübersetzung zwischen Schwungrad SR und dem Zahnrad ZA ergibt sich als Hintereinanderschaltung der Übersetzungen der Zahnradpaarungen ZR1, ZR2 sowie Z1, ZN1. Da die Kupplung K23 offen ist, hat die Position, Schaltstellung des Schaltelementes SE keinen Einfluss.
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Bei offener Kupplung K1 und aktivierter Kupplung K23 ist durch das Schaltelement SE die Übersetzung wählbar, d.h. entweder erfolgt der Momentenfluss zwischen Schwungrad SR und Zahnrad ZA über die Zahnradpaarung Z2, ZN2 oder die Zahnradpaarung Z3, ZN3. Die erzielbare Gesamtübersetzung ergibt sich entsprechend unter zusätzlicher Berücksichtigung der festen Übersetzung zwischen Schwungrad SR und der Nebenwelle NW.
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Die Ausführung nach 2 verwendet das gleiche Getriebeschema wie zu 1 beschrieben, d.h. die vor der Kupplung K befindlichen Bauteile des Doppelkupplungsgetriebes sind gleich bzw. wirken in der gleichen Weise zusammen. Unterschiedlich zur Ausführung nach 1 ist der Aufbau, die Funktionsweise der Kupplung K sowie die Anbindung des Zahnrades ZA.
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Das Zahnrad ZA sitzt über ein weiteres Hohlwellenteil auf den Wellen HW und HWK. Die Welle HW, welche direkt mit dem Zahnrad Z1 verbunden ist, ist mit einem äußeren Kupplungskorb KKA verbunden. Die als Hohlwelle ausgeführte Welle HWK, welche drehfest mit dem Schaltelement SE gekoppelt ist, ist mit einem inneren Kupplungskorb KKI verbunden. Der äußere und der innere Kupplungskorb KKA, KKI sind nach Art eines Mehrscheibenkupplungssystems aufgebaut und wahlweise über schaltbare Scheiben S mit einem diese Scheiben S tragenden Träger T kuppelbar. Der Träger T ist drehfest mit dem Zahnrad ZA verbunden.
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Ist die beschriebene Kupplung K derartig geschaltet, dass der äußere Kupplungskorb KKA über die Scheiben S mit dem Träger T gekuppelt ist, so erfolgt der Momentenfluss zwischen Zahnrad ZA und Schwungrad SR über die Zahnradpaarung Z1, ZN1. Wird der innere Kupplungskorb KKI über die Scheiben S mit dem diese tragenden Träger verbunden, so erfolgt der Momentenfluss zwischen Schwungrad SR und dem Zahnrad ZA – abhängig von der Stellung des Schaltelementes SE – über die Zahnradpaarungen Z2, ZN2 bzw. Z3, ZN3.
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Bei der Ausführung nach 3 ist die Kupplung K, der Kupplungskorb KK direkt mit dem Schwungrad SR verbunden. Dieser Kupplungskorb KK wirkt mit zwei Gruppen von Scheiben S, S23 zusammen. Die erste Gruppe Scheiben S23 ist drehfest mit der als Hohlwelle ausgeführten Welle HW verbunden. Die Welle HW trägt das Zahnrad Z1, welches mit dem auf der Welle NW befindlichen Zahnrad ZN1 zusammenwirkt. Die weiteren Zahnräder ZN2, ZN3 der Welle NW wirken in der bereits beschriebenen Weise mit den Zahnrädern Z2, Z3 zusammen, welche über Hohlwellen HW2, HW3 drehbar auf der die Anordnung durchdringenden Welle laufen.
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Das Schaltelement SE ist drehfest mit dieser Welle W verbunden und über das Schaltelement SE erfolgt die Kopplung des Zahnrades Z2 bzw. Z3 mit dieser Welle. Letztlich können diese Zahnräder Z2, Z3 auch frei geschaltet werden (Neutralstellung des Schaltelementes), insbesondere dann, wenn der Momentenfluss des Schwungrades SR direkt auf die Welle W erfolgt. Dazu ist eine zweite Gruppe Scheiben S in der Kupplung K vorgesehen. Diese Scheiben S sind drehfest mit der Welle W verbunden. Die beiden Gruppen Scheiben S, S23 sind über je ein zugeordnetes Betätigungsmittel gegenüber dem Kupplungskorp KK der Kupplung K kuppelbar. Der An- bzw. Abtrieb des Schwungrades SR, dessen Ankopplung an den Fahrzeugantrieb, erfolgt über die Welle W.
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Die Ausführung des Doppelkupplungsgetriebes nach 4 sieht zwei separate Kupplungen K1, K2 vor, deren Kupplungskörbe mit je einem Zahnrad ZK1 und ZK2 gekoppelt sind und diese Zahnräder ZK1, ZK2 mit einem mit dem Schwungrad SR verbunden Zahnrad Z1 kämmen. Die Scheiben der Kupplung K1 sind mit einem Zahnrad ZS1, die Scheiben der Kupplung K2 mit der Welle NW verbunden. Diese Welle NW trägt die Zahnräder Z2 und Z3, welche über das Schaltelement SE wahlweise mit der Welle NW verbunden werden können. Die Zahnräder Z2, Z3 kämmen mit auf der Welle befindlichen Zahnrädern ZW2, ZW3, wobei das Zahnrad ZW2 zusätzlich mit dem Zahnrad ZS1 der Scheiben der Kupplung 1 kämmt. Der An- bzw. Abtrieb des Schwungrades SR, dessen Ankopplung an den Fahrzeugantrieb, erfolgt über die Welle W. Diese kann somit wahlweise über die Kupplung K1 sowie die Zahnradpaarung ZS1, ZW2 oder über Kupplung K2 und die Zahnradpaarung Z2, ZW2 bzw. Z3, ZW3 verfolgen. Die erzielbare Gesamtübersetzung ergibt sich dann unter Berücksichtigung der Übersetzung Z1, ZK1 bzw. Z1, ZK2.
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Eine Weiterbildung der beschriebenen Version zeigt die 5. Auch dieses Doppelkupplungsgetriebe weist zwei Kupplungen K1 und K2 auf. Der nachgeordnete Getriebeaufbau entspricht dem zu 4 beschriebenen Prinzip. Im Unterschied zu 4 sind den mit den Kupplungskörben der Kupplungen K1, K2 verbundenen Zahnrädern ZK1, ZK2 zwei unterschiedlich groß auslegbare und mit der Schwungscheibe SR verbundene Zahnräder Z11, Z12 zugeordnet. Dadurch ist der sich insgesamt erzielbare Übersetzungsbereich, insbesondere bei gegebenem Bauraum, weit absteckbar.
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Die in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten Kupplungen sind über die Betätigungseinrichtungen einzeln als auch gemeinsam betätigbar, insbesondere in dem Sinne, dass beim Wechsel einer Übersetzungsstufe auf eine folgende Übersetzungsstufe auch ein schleichender Übergang erzielt werden kann.
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Bezugszeichen
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- SR
- Schwungrad
- Z1, Z2, Z3
- Zahnrad
- ZR1, ZR2, ZR3
- Zahnrad
- ZN1, ZN2, ZN3
- Zahnrad
- ZK1, ZK2
- Zahnrad
- ZA
- Zahnrad An- Abtrieb
- W
- Welle, An- Abtrieb
- HW
- Welle, Hauptwelle
- NW
- Welle, Nebenwelle
- SE
- Schaltvorrichtung, Schaltklaue
- HW1, HW2, HW3
- Hohlwelle Gangstufe 1, 2,3
- K, K1, K2, K3, K23
- Kupplung, Mehrscheibenkupplung
- KK
- Kupplungskorb
- S, S1, S2, S3, S23
- Scheiben, Kupplungsscheiben
- SR1, SR2, SR3
- Sonnenrad
- PT
- Planetenträger
- PR1, PR2, PR3
- Planetenrad
- HR
- Hohlrad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/080512 A1 [0002]
- DE 31020217 A1 [0004]
- DE 102009041073 A1 [0005]
- WO 2007/138353 A2 [0006]
