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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe ein dazugehöriges Verfahren und ein Kraftfahrzeug umfassend ein entsprechendes Getriebe, die eine direkte Schaltung zwischen unterschiedlichen Gängen ermöglichen, ohne dass bestimmte Gänge angesteuert werden müssen.
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Getriebe, wie beispielsweise Doppelkupplungsgetriebe, werden bereits seit längerer Zeit in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wodurch ihre grundlegende Funktionsweise bekannt ist. In der Regel bestehen bekannte Doppelkupplungsgetriebe aus drei Getriebeabtriebswellen. Die erste Getriebeeingangswelle ist hierbei mit einer ersten Kupplung und Gangrädern einer ersten Gruppe von Gängen verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle ist wiederum einer zweiten Kupplung und Gangrädern einer zweiten Gruppe von Gängen zugeordnet. Ferner weist das Doppelkupplungsgetriebe eine gemeinsame Getriebeabtriebswelle auf.
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Die
DE 199 50 696 A1 beschreibt ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug, das eine erste Getriebeeingangswelle aufweist, die einen Anfahrgang aufweist und mit einer ersten Kupplung verbundenen ist und eine zweite Getriebeeingangswelle, die einen Fahrgang aufweist und mit einer zweiten Kupplung verbundenen ist, und eine gemeinsamen Getriebeabtriebswelle aufweist. Bei dem Getriebe ist vorgesehen, dass mindestens einer der Getriebeeingangswellen mehrere Gänge zugeordnet sind, wobei in einer Parksperrenfunktion zwei einer der Getriebeeingangswellen zugeordnete Gänge gleichzeitig schaltbar sind.
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Der Nachteil der bekannten Doppelkupplungsgetriebe ist, dass ein Wechsel zwischen geradzahlig bezeichneten Zahnradsätze und ungeradzahlig bezeichneten Zahnradsätze nicht möglich ist, da üblicherweise eine größere äußere Kupplung die geradzahlig bezeichneten Zahnradsätze und eine kleinere innere Kupplung die ungeradzahlig bezeichneten Zahnradsätze antreibt. Durch eine solche Anordnung ist es zwar möglich einen Gangwechsel durchzuführen ohne die Drehmomentübertragung auf die Antriebsräder zu unterbrechen, jedoch ist ein schneller, ggf. effizienter und nahtloser Gangwechsel nicht möglich.
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In der
WO 2020/161334 A1 wird ein Getriebe beschrieben, dass insbesondere für den Betrieb von Hochleistungsautos entwickelt wurde. Das Getriebe umfasst hierbei ein Getriebegehäuse, eine erste Welle zum Aufnehmen eines Drehmoments, eine zweite Welle zum Übertragen eines Drehmoments innerhalb des Getriebegehäuses und eine dritte Welle zum Übertragen eines Drehmoments. Ferner ist ein erster Satz von Zahnradanordnungen vorgesehen, die sich innerhalb des Getriebegehäuses befinden, wobei jede Zahnradanordnung ein erstes Zahnrad, das auf der ersten Welle zentriert ist, ein zweites Zahnrad, das auf der zweiten Welle zentriert ist, und eine Nasskupplung umfasst, die zum betriebsmäßigen Verbinden der ersten Welle und der zweiten Welle konfiguriert ist, oder zum Einrücken und Ausrücken der Zahnradanordnung ausgebildet ist, um die Drehmomentübertragung von der ersten Welle auf die zweite Welle über das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad zu steuern. Ein zweiter Satz von Zahnradanordnungen, die innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sind, umfassen je Zahnradanordnung ein drittes Zahnrad, das auf der zweiten Welle zentriert ist, ein viertes Zahnrad, das auf der dritten Welle zentriert ist, und eine Nasskupplung umfasst, die zum betriebsmäßigen Verbinden der zweiten Welle und der dritten Welle konfiguriert ist, oder zum Einrücken und Ausrücken der Zahnradanordnung ausgebildet ist, um die Drehmomentübertragung von der zweiten Welle auf die dritte Welle über das dritte Zahnrad und das vierte Zahnrad zu steuern.
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Der Nachteil der zuvor beschriebenen Getriebeart ist, dass diese Getriebe eine hohe Komplexität aufweisen und folglich sehr kostenintensiv sind. Folglich werden solche Getriebe in der Regel in hochpreisigen Fahrzeugen eingebaut. Darüber hinaus benötigen die Getriebe durch die mehr als zwei Wellen sowie die komplexe Bauweise relativ viel Bauraum im Fahrzeug, wodurch diese Getriebe zumeist nicht in Kleinwagen Verwendung finden können.
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In der
FR 801892 A wird ein Winkelgetriebe beschrieben, das den Motorblock vertikal mit den Achsen verbindet.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher ein Getriebe sowie ein entsprechendes Verfahren, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitzustellen, die einen besonders komfortablen wie auch sportlichen Schaltbetrieb ermöglichen. Ferner soll mithilfe des Getriebes und seiner Bauart ein geringerer Bauraum im Fahrzeug benötigt werden sowie eine kostengünstige Herstellung möglich sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft erfindungsgemäß ein Getriebe umfassend eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, welche parallel zueinander angeordnet sind und mittels mehrerer Kegelräder und Kupplungen miteinander in Verbindung stehen. Auf der Eingangswelle ist hierbei jeweils ein erstes Kegelrad drehfest angeordnet, dass jeweils mit einem zweiten Kegelrad der Eingangswelle in Verbindung steht, das vertikal zu dem jeweils ersten Kegelrad angeordnet ist. Auf der Ausgangswelle ist auch jeweils ein erstes Kegelrad angeordnet, das mit einem zweiten Kegelrad der Ausgangswelle in vertikaler Anordnung drehfest in Verbindung steht. Die Kegelräder der Eingangswelle und der Ausgangswelle stehen derart mittels Kupplungen miteinander in Verbindung, dass die Drehbewegung der Eingangswelle über die Kegelgetriebe auf die Ausgangswelle übertragen wird.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, welches ein in nach der Erfindung beschriebenes Getriebe umfasst.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes, wobei ein Drehmoment auf die Eingangswelle des Getriebes übertragen wird, auf welcher ein erstes Kegelrad angeordnet ist, das mit einem zweiten Kegelrad der Eingangswelle in einem 90° Winkel in Verbindung steht und wobei eine Ausgangswelle, die parallel zur Eingangswelle verläuft ebenfalls ein erstes Kegelrad und zweiten Kegelrad aufweist, das vertikal zu dem einen ersten Kegelrad der Ausgangswelle angeordnet ist, und wobei die einzelnen Kegelräder jeweils mit einer Kupplung verbunden sind, die die Drehbewegung der Eingangswelle über ein Kegelgetriebe auf die Ausgangswelle überträgt, wobei jeder Gang eine solche Anordnung von Kegelrädern und Kupplungen zwischen der Eingangswelle und Ausgangswelle umfasst und wobei bei Übertragung eines bewirkten Drehmoments auf die Eingangswelle, beim Kuppeln die mindestens eine Kupplung für den jeweiligen Gang der eingelegt ist geschlossen ist und die anderen Kupplungen, die nicht durch den Gangwechsel angesprochen wurden geöffnet sind. Aufgrund der Übertragung des Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle über das eine erste Kegelrad einen ersten Ganges, das auf der Eingangswelle angeordnet ist, auf das eine zweite Kegelrad der Eingangswelle des einen ersten Ganges, welches im rechten Winkel zu dem einen ersten Kegelrad steht, wobei dieses die Kraft weiter auf ein zweites Kegelrad der Ausgangswelle überträgt, das vertikal zu einem auf der Ausgangswelle angeordnetem ersten Kegelrad des einen ersten Ganges steht und wobei die Kegelräder durch Kupplungen miteinander kraftschlüssig in Verbindung stehen, wodurch durch die geschlossene Kupplung des eingelegten einen ersten Ganges die Ausgangswelle angesprochen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 und ein Verfahren mir den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe, ein dazugehöriges Verfahren und ein Kraftfahrzeug umfassend ein entsprechendes Getriebe, die eine direkte Schaltung zwischen unterschiedlichen Gängen ermöglichen, ohne dass bestimmte Gänge angesteuert werden müssen.
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Im Folgenden sollten die Artikel „ein“ und alle Ableitungen hiervon, wie sie hier verwendet werden, generell als „ein/e/es oder mehrere“ verstanden werden, sofern nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext als Singularform ersichtlich ist.
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Sofern die Begriffe „enthält“, „hat“, „besitzt“ und dergleichen in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen diese Begriffe derart verstanden werden, wie der Begriff „aufweisend“ oder „umfassend“, d.h. nicht abschließend, außer es ist explizit angegeben.
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Das Getriebe und das Verfahren der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden insbesondere für den Betrieb von Kraftfahrzeugen beschrieben. Diese umfassen mobile Verkehrs- und Transportmittel, welche nicht auf Schienen angewiesen sind, insbesondere jedoch Personenkraftwagen. Folglich wird durch das Getriebe bzw. das Verfahren mindestens ein Rad des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise das Kraftfahrzeug selbst, das das Rad umfasst, betrieben. Der Begriff „Rad“ umfasst hierbei ein scheibenförmiges, insbesondere kreisförmiges Element, das um eine Achse, die senkrecht auf der idealisierten Kreisebene steht, drehbar gelagert ist und einen Kontakt zwischen Boden und den anderen Fahrzeugteilen, wie Fahrwerk, Fahrgestell und anderen Teilen, wie Karosserie, Motor, Getriebe und Innenraum herstellt sowie die Fortbewegung des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Der im folgenden verwendete Begriff „drehfeste Verbindung“ beschreibt zueinander angeordnete Bauteile, die derart miteinander in Verbindung stehen, dass sie sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.
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Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, welche parallel zueinander angeordnet sind und mittels mehrerer Kegelräder und Kupplungen miteinander in Verbindung stehen.
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Die Eingangswelle des Getriebes steht mit der Kurbelwelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs mittels mindestens eines Getriebeflansches in Verbindung, wodurch die Eingangswelle das Drehmoment auf die Eingangswelle übertragen wird. Auf der Eingangswelle ist hierbei ein Kegelrad pro Kupplung und Gang angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. Abhängig von der gewünschten Kupplungsanzahl und Ganganzahl können folglich eine verschiedene Anzahl an Kegelrädern auf der Eingangswelle vorgesehen sein. Ein jedes Kegelrad eines jeden Ganges 1-n ist auf der Eingangswelle derart zu den anderen Kegelrädern angeordnet, dass es in die gleiche Richtung gerichtet ist. Folglich sind alle auf der Eingangswelle angeordneten Kegelräder für die Gänge in eine Richtung gerichtet. Eine Ausnahme bildet lediglich der Rückwärtsgang. Das Kegelrad, welches für den Rückwärtsgang zuständig ist, ist in entgegengesetzter Richtung auf der Eingangswelle angeordnet, sodass es die Drehrichtung der Ausgangswelle umkehren kann. Sollen beispielsweise 9 Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisiert werden, würden folglich 9 Kegelräder auf der Eingangswelle angeordnet sein, die in eine Richtung zeigen und ein Kegelrad, welches in die entgegengesetzte Richtung auf der Eingangswelle angeordnet ist, welches für den Rückwärtsgang zuständig ist. An jedem Kegelrad, das mit der Eingangswelle in Verbindung steht, ist jeweils ein weiteres Kegelrad angeordnet, welches in einem 90° Winkel zu diesem angeordnet ist, sodass es vertikal zu der Eingangswelle steht.
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Auf der parallel zu der Eingangswelle angeordneten Ausgangswelle ist ebenfalls, wie auf der Eingangswelle, ein Kegelrad pro Kupplung und Gang angeordnet. Auch hier stehen die mit der Ausgangswelle verbundenen Kegelräder jeweils mit einem weiteren Kegelrad in Verbindung, welches in einem rechten Winkel zu der Ausgangswelle an der jeweiligen Kupplung angeordnet ist und somit vertikal zur Ausgangswelle steht. Auch auf der Ausgangswelle sind die Kegelräder derart ausgerichtet, dass diese für die Vorwärtsgänge in die gleiche Richtung gerichtet sind. In Abhängigkeit von der Richtung der jeweiligen Kegelräder auf der Eingangswelle, weisen die Kegelräder der Ausgangswelle auch dieselbe Orientierung auf. Anders als auf der Eingangswelle ist auf der Ausgangswelle jedoch auch das Kegelrad für den Rückwärtsgang in dieselbe Richtung ausgerichtet, wie die Kegelräder für die Gänge. Wie auch bei der Eingangswelle können auf der Ausgangswelle eine beliebige Anzahl an Kegelrädern für die entsprechenden Gänge angeordnet sein, wobei die Anzahl der Kegelräder auf der Ausgangswelle der Anzahl der Kegelräder auf der Eingangswelle entspricht.
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Hinter jedem der Kegelräder ist erfindungsgemäß jeweils eine Kupplung angeordnet, welche die Drehbewegung der Eingangswelle über ein Kegelgetriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Die einzelnen Kegelgetriebe sind hierbei unterschiedlich übersetzt. Die jeweiligen Kupplungen des jeweiligen Kegelrades des Getriebes sind zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet. Bei den verwendeten Kupplungen kann es sich um jede bekannte Kupplung handeln, die im Kraftfahrzeugbereich verwendet werden kann, dies umfasst, ist jedoch nicht begrenzt auf schaltbare Kupplungen, nicht schaltbare Kupplungen, lösbare Kupplungen, nichtlösbare Kupplungen, winkelbewegliche Kupplung, trockene Kupplungen und/oder nasse Kupplungen. Vorzugsweise werden jedoch Trockenkupplungen verwendet, da diese zumeist einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als Nasskupplungen.
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Aufgrund des einfachen, jedoch effizienten und kompakten, Aufbaus des Getriebes lässt sich dieses in unterschiedlichen Bauarten in Kraftfahrzeuge einbauen, wobei die Ausrichtung hierbei keine Rolle spielt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Getriebe in Kraftfahrzeuge mit einem Frontmotor, einem Mittelmotor, einem Heckmotor und/oder als Transaxle verbaut werden. In Abhängigkeit vom Kraftfahrzeug, seinem Aufbau, seiner Größe und der Platzangebot im Motorraum, unter dem Fahrzeug und/oder im Heckbereich, kann das Getriebe vorzugsweise horizontal, vertikal, quer, und/oder längs in das Kraftfahrzeug eingebaut werden.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Eingangswelle parallel zu der Ausgangswelle im Getriebe verbaut ist und die Eingangswelle durch den Getriebeflansch permanent mit der Kurbelwelle mitläuft, ist ein zusätzliches Schwungrad in dem Getriebe nicht notwendig, da die Kupplungen die Aufgabe des Schwungrades übernehmen.
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Das Getriebe kann aus jedem beliebigen Material hergestellt werden, dass den Krafteinflüsse in diesem standhält. Ein Fachmann wird ein geeignetes Material für die Komponenten wählen können, wobei insbesondere Metall und vorzugsweise beschichtete Metalle Anwendung finden.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ferner auf der Eingangswelle ein Drehmomentwandler umfasst sein. Dies kann zur Erhöhung des Fahrkomforts genutzt werden, indem die Übertragung des Drehmoments auch bei einer Drehzahldifferenz, insbesondere im sehr kleinen Drehzahlbereich bei der Anfahrt, erlaubt.
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Das Getriebe der vorliegenden Erfindung kann in einer Ausführungsform in einem Kraftfahrzeug mit zwei Achsen auch zusammen mit einer elektrischen Maschine zusammenwirken. Hierbei kann beispielsweise eine Fahrzeugachse des Kraftfahrzeugs mit dem zuvor beschriebenen Getriebe angetrieben werden und die andere Fahrzeugachse rein elektrisch betrieben werden. Mithilfe einer solchen Anordnung von Verbrennungs- und Elektroantrieb lassen sich Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Fahrzeugantriebssystemen realisieren, die den Bedürfnissen der heutigen Zeit entsprechen.
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Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Getriebe betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug in welchem ein zuvor beschriebenes Getriebe umfasst ist.
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Darüber hinaus betrifft die hiesige Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen Getriebes in einem Kraftfahrzeug, bei dem das vorstehende Getriebe, vorzugsweise mit einer Kurbelwelle eines Motors in Verbindung steht, wodurch ein Drehmoment auf die Eingangswelle übertragen wird, wobei die Eingangswelle ein erstes Kegelrad pro Gang aufweist, das mit einem zweiten Kegelrad in einem 90° Winkel zur der Eingangswelle in Verbindung steht und wobei eine Ausgangswelle, die parallel zur Eingangswelle verläuft ebenfalls ein erstes Kegelrad umfasst, welches drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist und mit einem zweiten Kegelrad, das vertikal zu dem einen ersten Kegelrad angeordnet ist, in Verbindung steht. Die Kegelräder eines jeden Ganges sind hierbei untereinander mit einer Kupplung verbunden, die die Drehbewegung der Eingangswelle über ein Kegelgetriebe auf die Ausgangswelle überträgt, wobei jedes Kegelgetriebe eine andere Übersetzung erfährt. Aufgrund der kraftschlüssigen Verbindung der Eingangswelle zur Ausgangswelle mithilfe der jeweiligen Kegelräder und der Kupplungen wird eine Kraftübertragung zwischen den beiden Komponenten pro Gang ermöglicht. In der Regel umfasst ein Kraftfahrzeug mehrere Gänge, in einer bevorzugten Ausführungsform, werden hier 9 Gänge zuzüglich des Rückwärtsganges verwendet. In solchen Fällen liegt immer nur eine Kupplung für einen Gang geschlossen vor, das heißt, die Kraft der Eingangswelle wird zur Ausgangswelle über diesen Gang übertragen, die verbliebenen Kupplungen befinden sich in einem offenen Zustand, sodass keine Kraftübertragung erfolgt.
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Aufgrund des zuvor beschriebenen Aufbaus kann bei mehreren Gängen, die ebenso an der Eingangswelle und an der Ausgangswelle angeordnet sind, direkt von einem in den einen anderen Gang geschaltet werden, ohne dass bestimmte Gänge geschaltet werden müssen. Der Gangwechsel kann daher sequentiell oder von Gang X zu Gang Y erfolgen. Zur Verwendung eines Ganges ist hierbei jeweils nur eine dem einen Gang zugeordnete erste Kupplung, die die Eingangswelle mit der Ausgangswelle über die Kegelräder des einen ersten Ganges verbindet, geschlossen. Beim Kuppeln kann der Benutzer beliebig zwischen den Gängen wechseln, indem ein weiter anderer Gang mit einer größeren oder kleineren Übersetzung eingelegt werden kann, wobei dazwischenliegende Gänge übersprungen werden können.
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Beim Beschleunigen öffnet sich in einer hundertstel Sekunde die Kupplung des eingelegten Ganges sowie einer der höheren oder niedrigeren Gänge, die durch den Fahrer eingelegt werden, indem die Kupplung des gewünschten Ganges geschlossen wird und die Kraft des Motors auf den entsprechenden Gang über die Eingangswelle auf die Ausgangswelle mithilfe der Kegelräder, der Kegelgetriebe und Kupplungen auf die Ausgangswelle und letztendlich zu den Fahrzeugrädern übermittelt wird.
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Folglich umfasst das Verfahren die folgenden Schritte (i) Übertragung eines bewirkten Drehmoments, vorzugsweise von einer Kurbelwelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs, auf die Eingangswelle, wobei beim Kuppeln die mindestens eine Kupplung für den jeweiligen Gang, der eingelegt ist, geschlossen ist; (ii) Öffnen der anderen Kupplungen, die nicht durch den Gangwechsel angesprochen wurden; und (iii) Übertragung des Drehmoments von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle über das eine erste Kegelrad des einen Ganges X das auf der Eingangswelle angeordnet ist, auf das eine zweite Kegelrad der Eingangswelle des einen Ganges X, welches im rechten Winkel zu dem einen ersten Kegelrad steht, wobei dieses die Kraft weiter auf ein zweites Kegelrad der Ausgangswelle überträgt, das vertikal zu einem auf der Ausgangswelle angeordnetem ersten Kegelrad des Ganges X steht, wobei die Kegelräder durch Kupplungen miteinander kraftschlüssig in Verbindung stehen, wobei durch die geschlossene Kupplung des eingelegten Ganges X die Ausgangswelle angesprochen wird.
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Beim Gangwechsel, beispielsweise vom Gang X in den Gang Y, erfolgt eine Öffnung der mindestens einen Kupplung des Ganges X und eine simultane Schließung der Kupplung des Ganges Y, sodass die Kraftübertragung von der Eingangswelle zur Ausgangswelle nunmehr über die vier Kegelräder und Kupplungen des Ganges Y erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jeweils nur eine Kupplung zur Übertragung der Kraft eines jeden Ganges offen bzw. geschlossen. Die anderen Kupplungen des einen jeden Ganges befinden sich in einem offenen Zustand. Folglich, reguliert vorzugsweise lediglich eine der Kupplungen des jeweiligen Ganges, ob eine Kraftübertragung über den jeweiligen Gang verläuft oder nicht.
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Die Parksperre, bei welcher die Antriebsräder mechanisch gesperrt werden, wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem Verfahren dadurch erreicht, dass die Kupplungen des Ganges 1 und des Ganges 2 geschlossen werden.
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Die Leerlaufstellung (Neutral), bei der keine Kraft auf die Räder des Fahrzeugs übertragen wird, wird dadurch erreicht, dass alle Kupplungen geöffnet werden und somit keine Kraft von der Eingangswelle auf die Ausgangswelle übertragen wird.