DE19950053A1

DE19950053A1 - Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE19950053A1
Application number: DE19950053A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gumpoltsberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-10-16
Filing date: 1999-10-16
Publication date: 2001-04-19
Also published as: US6855085B1; EP1221003B1; EP1221003A1; DE50004750D1; JP5013644B2; JP2003512582A; WO2001029451A1

Abstract

Beschrieben wird ein stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe (1) mit einem Variator (2), beispielsweise einem Umschlingungsgetriebe, zur stufenlosen Übersetzungsverstellung und einem mehrstufigen Schaltgetriebe (4), beispielsweise einem Planetengetriebe, mit mindestens einer Eingangs- und einer Ausgangswelle (7, 8) und mit mindestens zwei Vorwärtsgängen und mindestens einem Rückwärtsgang. Erfindungsgemäß ist in dem mehrstufigen Schaltgetriebe (4) durch die mindestens zwei Vorwärtsgänge zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle (7, 8) eine Drehrichtungsumkehr vorgesehen und der mindestens eine Rückwärtsgang ist derart ausgebildet, daß zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle (7, 8) keine Drehrichtungsumkehr erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Fahr zeuggetriebe mit einem Variator, beispielsweise einem Reib radgetriebe oder einem Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, zur stufenlosen Übersetzungsverstellung und einem mehrstu figen Schaltgetriebe mit mindestens einer Eingangs- und einer Ausgangswelle und mit mindestens zwei Vorwärtsgängen und mindestens einem Rückwärtsgang.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 198 58 553 der An melderin bekannt. Diese offenbart eine Kombination aus ei nem Variator, einem Planetengetriebe sowie einem nachge schalteten Differential, welches die Antriebsleistung auf zwei Antriebswellen verteilt. Dabei erfolgt eine Leistungs verzweigung hinter dem Getriebeeingang über einen ersten Leistungszweig zu dem Variator sowie über einen zweiten Leistungszweig und eine weitere Übersetzungsstufe zu dem Planetengetriebe.

Derartige Fahrzeuggetriebe sind aus dem Stand der Technik auch allgemein bekannt, wobei dem stufenlosen Getriebe, beispielsweise einem Umschlingungsgetriebe, ein Planetenge triebe nachgeschaltet ist. Diese Planetengetriebe sind üb licherweise über zwei weitere Stirnradstufen mit dem Achs differential eines Kraftfahrzeuges verbunden, da die Ein gangs- und die Ausgangswelle des Planetengetriebes für den Vorwärtsfahrbereich dieselbe positive Drehrichtung aufwei sen und die positive Drehrichtung über die zwischengeschal teten Stirnradstufen derart weitergeleitet wird, so daß die mit dem Achsdifferential verbundenen Antriebsachsen bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs ebenfalls eine positive Drehrichtung ausführen.

Derartige Fahrzeuggetriebe unterliegen einer ständigen Wei terentwicklung hinsichtlich Verringerung des Bauaufwandes bzw. Erhöhung des Komforts für den Benutzer eines mit einem derartigen Getriebe ausgestatteten Kraftfahrzeugs.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aus bildung eines Fahrzeuggetriebes anzugeben, welche zum einen einen geringeren Bauaufwand und zum anderen eine Erhöhung des Komforts für den Fahrer eines mit einem derartigen Ge triebe versehenen Fahrzeugs ermöglicht. Ferner soll die Zuverlässigkeit bzw. die Lebensdauer des Getriebes erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein stufenlos ver stellbares Fahrzeuggetriebe nach den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.

Es wird vorgeschlagen, daß in einem gattungsgemäßen Fahr zeuggetriebe zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des mehrstufigen Schaltgetriebes durch die mindestens zwei Vorwärtsgänge eine Drehrichtungsumkehr erfolgt und daß der mindestens eine Rückwärtsgang ohne Drehrichtungsumkehr zwi schen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Schaltgetrie bes ausgebildet ist. Dadurch wird erstens erreicht, daß vorteilhafterweise ein geringerer Bauaufwand gegenüber den bekannten Fahrzeuggetrieben mit zwei Fahrbereichen erfor derlich ist. Durch die Drehrichtungsumkehr innerhalb des Schaltgetriebes zwischen der Eingangs- und der Ausgangswel le wird die bislang übliche doppelte Stirnradstufe zwischen dem Schaltgetriebe und dem nachgeschalteten Achsdifferenti al auf eine einfache Stirnradstufe reduziert. Durch die Erfindung wird zweitens eine Lösung vorgeschlagen, welche eine geringere Variatorspreizung bei einer größeren Ge samtspreizung gegenüber Einbereichsgetrieben ermöglicht. Außerdem ist eine optimale Variatordrehzahl in den Hauptfahrbereichen möglich, wobei diese beispielsweise in einen City- und einen Überland-Bereich unterteilt werden.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin dung wird vorgeschlagen, daß als Variator insbesondere ein Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe oder ein zweizügiges Reibradgetriebe vorgesehen ist, wobei die Variatoreingangs- und die -ausgangswellen dieselbe Drehrichtung aufweisen und dem mehrstufigen Schaltgetriebe eine Vorrichtung zur Dreh richtungsumkehr, beispielsweise eine einfache Stirnradstufe mit einer Drehzahlübersetzung, nachgeschaltet ist. Dadurch wird die negative Drehrichtung der Ausgangswelle des Schaltgetriebes, bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, zum einen umgekehrt in eine positive Drehrichtung und zum ande ren wird durch diese Stirnradstufe gleichzeitig eine Dreh zahlübersetzung ermöglicht.

Die Wellen des Variators sowie des mehrstufigen Schaltge triebes als auch die mit dem Achsdifferential verbundenen Radachsen sind parallel zueinander und nebeneinander ange ordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise eine kompakte Bau weise ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Variator insbesondere als ein zügiges Reibradgetriebe ausgebildet ist, wobei in dem Va riator zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle eine Drehrichtungsumkehr erfolgt. Eine derartige Anordnung ist vorteilhafterweise für Fahrzeuge mit geringerem Leistungs bereich geeignet.

Vorteilhafterweise sind die Wellen des einzügigen Variators sowie des mehrstufigen Schaltgetriebes koaxial zueinander und hintereinander angeordnet, so daß die Radachse des nachgeschalteten Achsdifferentials rechtwinklig zur Ein gangswelle verläuft.

Die Eingangs- und die Ausgangswellen des Schaltgetriebes sind vorteilhafterweise koaxial zueinander und ein- oder beidseitig des Gehäuses des Schaltgetriebes angeordnet. Damit ist eine Anpassung des Schaltgetriebes an die unter schiedlichsten Einbaubedingungen in einem Kraftfahrzeug auf einfache Weise möglich.

Vorteilhafterweise ist das mehrstufige Schaltgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet, wobei vorteilhafterweise auch eine Schaltkupplung des mehrstufigen Schaltgetriebes als Anfahrkupplung ausgebildet sein kann. Alternativ kann auch eine externe Kupplung, beispielsweise eine nasse Anfahr kupplung oder eine trockene Reibkupplung, ein hydrodynami scher Wandler oder auch ein sonstiges Anfahrelement, wie z. B. eine Magnetpulverkupplung, ein E-Motor oder ähnli ches, verwendet werden.

Vorteilhafterweise ist das mehrstufige Schaltgetriebe last schaltbar ausgebildet, so daß eine Lastschaltung ohne Zug kraftunterbrechung mittels Lamellenkupplungen erfolgen kann. Alternativ kann jedoch auch eine Schaltung mit Zug kraftunterbrechung, mit Synchronisierungen oder auch mit einer Klauenkupplung erfolgen.

Das Übersetzungsverhältnis des Rückwärtsgangs ist vorteil hafterweise ungleich eins und beträgt insbesondere ca. drei, so daß eine Gesamt- bzw. Anfahrübersetzung des erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes von ca. fünfzehn er reicht wird. Die beiden Vorwärtsfahrbereiche des Fahrzeug getriebes sind derart ausgebildet, daß diese einen Be schneidungsbereich aufweisen, so daß sich ein "City- Bereich" und ein "Überland-Bereich" verwirklichen lassen. Durch diese Überlappung der Bereiche kann ein zu häufiges Umschalten der Bereiche vorteilhafterweise verhindert wer den und es wird eine jederzeit optimale Variatordrehzahl in den Hauptfahrbereichen ermöglicht.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, ein Wechsel des Fahrbe reichs als Gruppenschaltung auszuführen, so daß gleichzei tig eine Stufenschaltung in dem mehrstufigen Schaltgetriebe und eine Übersetzungsverstellung des Variators erfolgt. Damit wird vorteilhafterweise bei einer Schaltung bei spielsweise von dem ersten zum zweiten Bereich eine Schal tung durchgeführt, wobei die Gesamtübersetzung des Fahr zeuggetriebes konstant bleibt.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkei ten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Zeichnungen näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder auch bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den An sprüchen und deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe mit einem Umschlingungsgetriebe und einem nachgeordneten Schaltgetriebe in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe mit einem zweizügigen Reibradgetriebe und einem nachgeordneten Schaltgetriebe in schematischer Darstellung;

Fig. 3 ein stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe mit einem einzügigen Reibradgetriebe und einem nachgeordneten Schaltgetriebe sowie einem Achsdifferential;

Fig. 4 ein Getriebe, ähnlich der Darstellung in Fig. 1, jedoch mit detaillierter, schematischer Darstellung des Planetengetriebes;

Fig. 5 das Schaltschema für ein Planetengetriebe gemäß der Darstellung in Fig. 4 und

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Variatorüberset zung zur Gesamtübersetzung für die drei Fahrbereiche.

Das stufenlose Fahrzeuggetriebe 1 (Fig. 1) besteht aus ei nem Umschlingungsgetriebe 2 als Variator sowie einem diesem nachgeordneten mehrstufigen Schaltgetriebe 4, welches ins besondere als Planetengetriebe ausgebildet ist. Dieses stu fenlose Getriebe ist über eine Stirnradstufe 12 mit einem nachgeordneten Achsdifferential 9 zum Antrieb der Radachsen 14, 15 eines Kraftfahrzeugs verbunden.

Die Antriebsleistung (in Fig. 1 durch die Pfeile darge stellt) wird von der Eingangswelle 5 über den Variator 2 zur Variator-Ausgangswelle 6 übertragen; diese stellt gleichzeitig die Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 4 dar. Die positive Drehrichtung der Eingangswelle 5 des Varia tors 2 bleibt positiv bis zur Eingangswelle 7 des Schaltge triebes. In dem Schaltgetriebe 4 erfolgt in den Vorwärts fahrbereichen eine Umkehr der Drehrichtung, so daß die Aus gangswelle 8 des Schaltgetriebes 4 eine negative Drehrich tung aufweist. Diese wird mittels des Ritzels 10 und des Rades 11 wieder in eine positive Drehrichtung umgekehrt und über die Eingangswelle 13 des Achsdifferentials 9 diesem zugeführt. Die Antriebsleistung verläßt bei Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs das Achsdifferential 9 über die beiden Radachsen 14, 15 in positiver Drehrichtung.

In den nachfolgenden alternativen Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet, sofern zutreffend. Das zweizügige Reibradgetriebe 3 (Fig. 2) wird über die Eingangswelle 16 in positiver Drehrichtung angetrieben. Über die beiden Reibradeinheiten 17 und 18 erfolgt eine stufenlose Überset zung auf das zwischen den beiden Reibradeinheiten 17, 18 angeordnete Stirnrad 19, welches eine negative Drehrichtung aufweist. Diese wird über die Stirnradstufe 22 mit dem Stirnrad 20 auf die Ausgangswelle 21 des Variators 3 in positive Drehrichtung umgekehrt. Die Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 4 und die nachgeordneten Bauteile und Dreh richtungen entsprechen wieder der Darstellung und Beschrei bung gemäß der Fig. 1.

In den vorbeschriebenen Anordnungsmöglichkeiten des stufen losen Fahrzeuggetriebes 1, sind die Eingangswelle 5 des Variators 2, die Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 4 so wie die Radachsen 14 und 15 in Drei-Wellen-Bauweise paral lel nebeneinander angeordnet. Alternativ dazu ist in Fig. 3 eine Anordnung in Standard-Bauweise angegeben, d. h., die Wellen von der Eingangswelle 5 des Variators 23 bis zur Eingangswelle 13 des Achsdifferentials 9 sind koaxial hin tereinander angeordnet. Der Variator 23 (Fig. 3) ist als einzügiges Reibradgetriebe ausgebildet, so daß die positive Drehrichtung der Eingangswelle 5 in eine negative Drehrich tung der Ausgangswelle 6 umgekehrt wird. Die Eingangswelle 7 des Schaltgetriebes 4 dreht somit ebenfalls in negativer Drehrichtung. Erfindungsgemäß wird die Drehrichtung inner halb des Schaltgetriebes 4 - für die Vorwärtsfahrbereiche - in eine positive Drehrichtung der Ausgangswelle 8 umge kehrt. Diese positive Drehrichtung wird über die Eingangs welle 13 des Achsdifferentials 9 auf die Radachsen 14 und 15 weitergeleitet.

Das Schaltgetriebe 4 (Fig. 4) ist beispielsweise als zwei stufiges Planetengetriebe ausgebildet. Dabei sind vier Kupplungen A, B, C, D zur Schaltung der beiden Vorwärts fahrbereiche V1 und V2 sowie des Rückwärtsfahrbereichs R (Fig. 5) vorgesehen. Für den ersten Vorwärtsfahrbereich V1 sind die Kupplungen A und D geschaltet. Zur Umschaltung von dem ersten in den zweiten Fahrbereich V2 wird die Kupplun gen B anstelle A geschaltet. Die Kupplung D bleibt ge schlossen. In dem Rückwärtsfahrbereich R sind die Kupplun gen A und C geschaltet.

In der Fig. 6 ist die Gesamtübersetzung i_ges des stufenlo sen Fahrzeuggetriebes bei einer konstanten Antriebsdrehzahl n_an auf der Abszisse dargestellt. Die Variator-Übersetzung ist auf der Ordinate aufgezeigt. Die Gesamtübersetzung i_ges ist in drei Fahrbereiche aufgeteilt, wobei die nega tive Gesamtübersetzung von dem Rückwärtsfahrbereich mit der Rückwärtsfahrübersetzung 24 abgedeckt wird. Die positive Gesamtübersetzung in dem Vorwärtsfahrbereich ist in einem ersten Bereich mit der ersten Vorwärtsfahrübersetzung 25 sowie einem zweiten Vorwärtsfahrbereich mit der zweiten Vorwärtsfahrübersetzung 26 abgebildet. Diese beiden Berei che 25 und 26 sind so ausgelegt, daß sie sich in einem Überschneidungsbereich 27 überlappen, d. h., es läßt sich ein "City-Bereich" und ein "Überland-Bereich" verwirkli chen.

Die Umschaltung erfolgt erfindungsgemäß als Gruppen- Lastschaltung, wobei gleichzeitig eine Stufenschaltung in dem mehrstufigen Schaltgetriebe und eine Übersetzungsver stellung des Variators erfolgt. Dies ergibt zwar einen Mo menteneinbruch bei der Schaltung, aber es ergibt sich keine Veränderung der Gesamtübersetzung i_ges, d. h., die Mo tordrehzahl verändert sich nicht. Dies wird dadurch er sichtlich, daß die Gesamtübersetzung i_ges in dem Schalt punkt 28 des ersten Vorwärtsfahrbereichs 25 identisch ist mit der nach der Schaltung eingestellten Übersetzung i_ges im Schaltpunkt 29 des zweiten Vorwärtsfahrbereichs.

Bezugszeichen

1

Fahrzeuggetriebe, stufenlos

2

Variator/Umschlingungsgetriebe

3

Variator/Reibradgetriebe, zweizügig

4

Schaltgetriebe, mehrstufig

5

Eingangswelle

6

Ausgangswelle

7

Eingangswelle

8

Ausgangswelle

9

Achsdifferential

10

Ritzel

11

Rad

12

Stirnradstufe

13

Eingangswelle

14

Radachse

15

Radachse

16

Eingangswelle

17

Reibradeinheit

18

Reibradeinheit

19

Stirnrad

20

Stirnrad

21

Ausgangswelle

22

Stirnradstufe

23

Variator/Reibradgetriebe, einzügig

24

Rückwärtsübersetzung

25

erste Vorwärts-Übersetzung

26

zweite Vorwärts-Übersetzung

27

Überschneidungsbereich

28

Schaltpunkt

29

Schaltpunkt

Claims

1. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe (1), mit einem Variator (2, 3, 23), beispielsweise einem Reibradge triebe oder einem Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe, zur stufenlosen Übersetzungsverstellung und einem mehrstufigen Schaltgetriebe (4) mit mindestens einer Eingangs- (7) und einer Ausgangswelle (8) und mit mindestens zwei Vorwärts gängen und mit mindestens einem Rückwärtsgang, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mehrstufigen Schaltgetriebe (4) durch die mindestens zwei Vorwärtsgänge zwischen der Eingangs- (7) und der Ausgangswelle (8) eine Drehrichtungsumkehr erfolgt und der mindestens eine Rück wärtsgang ohne Drehrichtungsumkehr zwischen der Ein gangs- (7) und der Ausgangswelle (8) ausgebildet ist.

2. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Variator insbesondere ein Kegelscheiben-Umschlin gungsgestriebe (2) oder ein zweizügiges Reibradgetriebe (3) vorgesehen ist, wobei die Variator-Eingangs- (5, 16) und -Ausgangswelle (6, 21) dieselbe Drehrichtung aufweisen und daß dem mehrstufigen Schaltgetriebe (4) eine Vorrichtung zur Drehrichtungsumkehr, beispielsweise eine Stirnradstu fe (12), insbesondere mit einer Drehzahlübersetzung, nach geschaltet ist.

3. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (5, 6) des Variators (2, 3) und die Wel len (16, 21)des mehrstufigen Schaltgetriebes (4) parallel nebeneinander angeordnet sind.

4. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Variator insbesondere als einzügiges Reibradgetriebe (23) ausgebildet ist und in dem Variator (23) zwischen der Ein gangs- (5) und der Ausgangswelle (6) eine Drehrichtungsum kehr erfolgt.

5. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach An spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (5, 6) des Variators (23) und die Wellen (7, 8) des mehrstufigen Schaltgetriebes (4) koaxial hintereinander angeordnet sind.

6. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Eingangs- (7) und Ausgangswel len (8) des Schaltgetriebes (4) koaxial zueinander und ein- oder beidseitig des Gehäuses des Schaltgetriebes (4) ange ordnet sind.

7. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das mehrstufige Schaltgetriebe (4) als Planetengetriebe ausgebildet ist.

8. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Schaltkupplung des mehrstufi gen Schaltgetriebes (4) als Anfahrkupplung ausgebildet ist.

9. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das mehrstufige Schaltgetriebe (4) lastschaltbar ausgebildet ist.

10. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach ei nem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (i_RW) des Rückwärtsgangs ungleich eins ist und insbesondere ca. drei beträgt.

11. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach ei nem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei Vorwärts-Fahrbereiche schalt bar sind und diese einen Überschneidungsbereich (27) auf weisen.

12. Stufenlos verstellbares Fahrzeuggetriebe nach An spruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechsel des Fahrbereichs als Gruppenschaltung ausführ bar ist, wobei gleichzeitig eine Stufenschaltung im mehr stufigen Schaltgetriebe (4) und eine Übersetzungsverstel lung des Variators (2, 3, 23) erfolgt.