DE4234629A1 - Stufenloses getriebe fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenloses Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer eine Antriebsmaschine mit einer Antriebswelle verbindenden Anfahrkupplung, mehreren Stirnradstufen und einer stufenlos verstellbaren Getriebekomponente (CVT-Teil), deren Antriebs- und Abtriebsseite nach Durchlaufen eines ersten Verstellbereiches zur Bildung eines zweiten Verstellbereiches (Overdrive-Bereich) durch Schalten verschiedener Kupplungen gewechselt werden.

Der CVT-Teil kann ein mittels Drucköl verstellbares Umschlingungsgetriebe sein, das aus zwei einseitig verstellbaren Kegelscheibenpaaren besteht, die von einer Kette, einem Gliederband, einem Riemen oder dgl. umschlungen sind, wobei deren Berührungslinien mit den Kegelscheiben variierbar sind. Bei derartigen Getrieben ist es bekannt, nach Durchlaufen eines ersten Verstellbereiches Antriebs- und Abtriebsseite zu wechseln, um dann den Verstellbereich ein zweites Mal zu nutzen (sog. i-Quadrat- Getriebe).

Abgesehen von der Anfahrkupplung umfassen derartige Getriebe üblicherweise nur Zahnkupplungen, deren problemlose Schaltung ein Angleichen der Drehzahlen erforderlich macht. Hierzu sind Eingriffe auf den Motor und/oder die Anfahrkupplung notwendig. Beim Hochschalten werden bei Drehzahlgleichheit die Klauen- oder Zahnkupplungen geöffnet bzw. geschlossen. Die Qualität des Schaltvorganges hängt von der Genauigkeit der Getriebeverstellung und des Motormanagements sowie der Drehzahlmessung und der Schnelligkeit der Ein- und Auskuppelvorgänge ab. Dabei muß mit mehr oder weniger großen Schaltverzögerungen und Ruckreaktionen gerechnet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Getriebe hinsichtlich seines Schaltkomforts zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest zwei der genannten Kupplungen als Reibkupplung ausgebildet sind, die im Überschnitt gleichzeitig öffnen und schließen (Lastschaltung), und daß die Anfahrkupplung beim Wechsel der Momentrichtung geschlossen bleibt.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Übersetzungen der Stirnradstufen und des CVT-Teils so gewählt sind, daß im Umschaltpunkt die Drehzahlen an allen Kupplungen nahezu gleich sind. Durch den Einsatz von Reibkupplungen, die z. B. ein- oder mehrscheibige Lamellenkupplungen sein können, anstelle der Klauen- oder Zahnkupplungen ist es nicht mehr erforderlich, eine hundertprozentig genaue Drehzahlanpassung vorzunehmen. Eventuell auftretende geringe Drehzahldifferenzen können bei geeigneter Auslegung der Kupplungen durch definiertes Rutschen kompensiert werden und führen nicht - wie bei der Verwendung von formschlüssigen Kupplungen - zu hohen Verspannungen und Schlupf im CVT-Teil.

Vorteilhaft ist ferner, daß im Overdrive-Bereich durch Öffnen der entsprechenden Kupplung zwischen Getriebe und Antriebsachse der Motor und das Getriebe während der Schubphasen getrennt werden, so daß weder Zahnräder noch CVT-Teil zu den Fahrwiderständen beitragen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung sind drei als Beispiele dienende Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt.

Das in Fig. 1 dargestellte Getriebe zeigt in Form einer schematisch angedeuteten Kurbelwelle eine Antriebsmaschine 6, eine Antriebswelle 7, eine parallelachsig hierzu angeordnete Abtriebswelle 8 sowie eine stufenlos verstellbare Getriebekomponente, die nachfolgend als CVT-Teil bezeichnet wird. Dieser CVT- Teil wird durch ein mittels Drucköl verstellbares Umschlingungsgetriebe gebildet, das aus zwei einseitig verstellbaren Kegelscheibenpaaren SSI, SSII und einer Kette, einem Gliederband, Riemen 9 oder dgl. besteht, dessen Berührungslinien mit den Kegelscheiben variierbar sind. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes ergibt sich angenähert aus dem Verhältnis des Wirkradius der Berührungslinie des abtreibenden Kegelscheibenpaares zu dem des antreibenden Kegelscheibenpaares. In allen Ausführungsbeispielen werden nach Durchlaufen des ersten Verstellbereiches Antriebs- und Abtriebsseite gewechselt und der Verstellbereich ein zweites Mal genutzt (Overdrive-Bereich).

Das Getriebe gemäß Fig. 1 umfaßt ferner drei Stirnradstufen 1/2, 3/4 und 4/5 sowie K1-K4, die alle als Reibkupplungen ausgebildet sind. Dabei ist die Anfahrkupplung K1 in das Getriebemanagement einbezogen und als Teil einer Doppelkupplung K1/K4 ausgebildet und verbindet in Arbeitsstellung die Antriebsmaschine 6 mit dem Stirnrad 1. Nach dem Umschalten verbindet die Kupplung K4 das Stirnrad 4 mit der Antriebsmaschine 6, wobei die Anfahrkupplung K1 geöffnet ist. Die Kupplungen K2 und K5 verbinden sinngemäß das Stirnrad 2 bzw. das Stirnrad 5 mit der Abtriebswelle 8 bzw. dem Differential.

Der Rückwärtsgang ist als verschiebbares Zahnrad R ausgebildet, das bei geschlossener Anfahrkupplung K1 und bei im übrigen geöffneten Kupplungen K2, K4 und K5 ein Zahnrad 10 auf der über die Anfahrkupplung K1 mit der Antriebsmaschine 6 verbindenden Antriebswelle 7 mit einem Zahnrad 11 auf der Abtriebswelle 8 verbindet.

In Fig. 1 ist die Antriebswelle 8 von einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle 13 umschlossen.

Die Übersetzungen der Stirnradstufen 1/2, 3/4 und 4/5 und des CVT-Teils sind so gewählt, daß im Umschaltpunkt die Drehzahlen an allen Kupplungen K1-K4 nahezu gleich sind, so daß vorübergehend alle Kupplungen geschlossen sein können. Etwaig auftretende geringe Drehzahldifferenzen können bei geeigneter Auslegung der Kupplungen durch definiertes Rutschen kompensiert werden und führen somit nicht - wie bei der Verwendung von formschlüssigen Kupplungen - zu hohen Verspannungen und Schlupf im CVT-Teil. Die Anfahrkupplung K1 dient in ihrer ersten Funktion als Anfahrkupplung für den ersten Verstellbereich des CVT-Teils und den Rückwärtsbereich und in ihrer zweiten Funktion als Schaltkupplung für den Overdrive-Bereich.

Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Getriebe, das nur zwei Reibkupplungen K1, K2 und zwei Klauen- oder Zahnkupplungen Z4, Z5 aufweist. Dabei sind auf der Antriebswelle 7 sowie der Abtriebswelle 8 je eine Reibkupplung K1 bzw. K2 sowie je eine Klauen- oder Zahnkupplung Z4 bzw. Z5 vorgesehen. Diese Ausführungsform stellt gegenüber der der Fig. 1 eine bauliche Vereinfachung dar, die sich kostengünstiger herstellen läßt. Im ersten Übersetzungsbereich sind die Anfahrkupplung K1 und die Zahnkupplung Z5 engagiert. Zum Bereichswechsel wird die Reibkupplung K2 ebenfalls geschlossen; bei absoluter Drehzahlgleichheit werden die Zahnkupplung Z5 herausgenommen und die Zahnkupplung Z4 eingelegt. Nach dem Öffnen der Anfahrkupplung K1 kann das CVT im zweiten Übersetzungsbereich verstellt werden.

Werden die Anfahrkupplung K1 als Einscheibentrockenkupplung und die Reibkupplung K2 als nasse Mehrlamellenkupplung ausgeführt, ergibt sich durch das fehlende Schleppmoment einer Lamellenkupplung im Overdrive-Bereich ein Wirkungsgradvorteil.

Fig. 3 zeigt eine weiterhin abgewandelte Ausführungsform, die zwei Reibkupplungen K4, K5, zwei Klauen- oder Zahnkupplungen Z1, Z2 sowie eine zusätzliche Anfahrkupplung AK aufweist. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß als Getriebeeingangswelle keine hohle Welle erforderlich ist. Vorteilhaft ist ferner, daß die Anfahrkupplung AK eine konventionelle Kupplung mit getriebeunabhängiger Steuerung oder aber ein hydrodynamischer Drehmomentenwandler sein kann. Der Rückwärtsgang kann wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ausgebildet sein. Dargestellt ist jedoch eine Alternativlösung, bei der der Rückwärtsgang ein mit der Schiebemuffe 13 der auf der Antriebswelle 7 angeordneten Schaltverzahnung Z1 verbundenes Schieberad R ist, das durch Verschiebung der Schiebemuffe 13 in Eingriff mit einem Zwischenrad 14 bringbar ist, das im permanenten Eingriff steht mit einem Zahnrad 15 auf der Abtriebswelle 8.

Ein den drei Alternativlösungen gemeinsamer Vorteil ist darin zu sehen, daß sie sich mit bestimmten Abschalt- und Hybridsystemen kombinieren lassen. Im Overdrive-Bereich können durch Öffnen der entsprechenden Kupplung zwischen Getriebe und Antriebsachse der Motor und das Getriebe während der Schubphasen getrennt werden, so daß weder Zahnräder noch der CVT-Teil zu den Fahrwiderständen beitragen.

Claims (14)

1. Stufenloses Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer eine Antriebsmaschine (6) mit einer Antriebswelle (7) verbindenden Anfahrkupplung (AK; K1), mehreren Stirnradstufen (1/2, 3/4, 4/5) und einer stufenlos verstellbaren Getriebekomponente (CVT-Teil SSI, SSII), deren Antriebs- und Abtriebsseite nach Durchlaufen eines ersten Verstellbereiches (V1) zur Bildung eines zweiten Verstellbereiches (Overdrive-Bereich V2) durch Schalten verschiedener Kupplungen (K1-K4; Z1-Z5) gewechselt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der genannten Kupplungen (K1-K4) als Reibkupplung ausgebildet sind, die im Überschnitt gleichzeitig öffnen und schließen (Lastschaltung), und daß die Anfahrkupplung (AK; K1) beim Wechsel der Momentrichtung geschlossen bleibt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungen der Stirnradstufen (1/2, 3/4, 4/5) und des CVT-Teils (SSI, SSII) so gewählt sind, daß im Umschaltpunkt die Drehzahlen an allen Kupplungen nahezu gleich sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch insgesamt drei Stirnradstufen (1/2, 3/4, 4/5).

4. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (K1) in das Getriebemanagement einbezogen und als Teil einer Doppelkupplung (K1/K4; K1, Z4) ausgebildet ist (Fig. 1 und 2).

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (7) von einer als Hohlwelle ausgebildeten Getriebeeingangswelle (12) umschlossen ist.

6. Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (K1) in einer ersten Funktion eine Anfahrkupplung für den ersten Verstellbereich (V1) und den Rückwärtsbereich (R) und in einer zweiten Funktion Schaltkupplung für den Overdrive-Bereich (V2) ist (Fig. 1 und 2).

7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtsgang als verschiebbares Zahnrad (R) ausgebildet ist, das bei geschlossener Anfahrkupplung (K1) und bei im übrigen geöffneten Kupplungen (K2, K4, K5) ein Zahnrad (10) auf der über die Anfahrkupplung (K1) mit der Antriebsmaschine (6) verbundenen Antriebswelle (7) mit einem Zahnrad (11) auf der Abtriebswelle (8) verbindet (Fig. 1).

8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kupplungen (K1-K5) als Reibungskupplung, vorzugsweise als Lamellenkupplung ausgebildet sind (Fig. 1).

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebs- sowie der Abtriebswelle (7, 8) je eine Reibkupplung (K1, K2) sowie je eine Klauen- oder Zahnkupplung (Z4, Z5) vorgesehen sind (Fig. 2).

10. Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (K1) als Einscheibentrockenkupplung und die zweite Reibungskupplung (K2) als nasse Mehrlamellenkupplung ausgebildet sind (Fig. 2).

11. Getriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch zwei Reibkupplungen (K4, K5), zwei Klauen- oder Zahnkupplungen (Z1, Z2) sowie eine zusätzliche Anfahrkupplung (AK) (Fig. 3).

12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (AK) eine konventionelle Kupplung mit getriebeunabhängiger Steuerung ist (Fig. 3).

13. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung (AK) ein hydrodynamischer Drehmomentenwandler ist (Fig. 3).

14. Getriebe nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwärtsgang ein mit der Schiebemuffe (13) der auf der Antriebswelle (7) angeordneten Schaltverzahnung (Z1) verbundenes Schieberad (R) ist, das durch Verschiebung der Schiebemuffe (13) in Eingriff mit einem Zwischenrad (14) bringbar ist, das in permanentem Eingriff steht mit einem Zahnrad (15) auf der Abtriebswelle (8) (Fig. 3).