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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Doppelkupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle, wobei die erste Getriebeeingangswelle über die erste Kupplung und die zweite Getriebeeingangswelle über die zweite Kupplung mit einer Antriebseinheit verbindbar ist, zumindest eine Getriebeausgangswelle, mehrere schaltbare Gänge zum Verbinden der Getriebeeingangswellen mit der Getriebeausgangswelle, wobei ein Gang jeweils einer Getriebeeingangswelle und somit einer der beiden Kupplungen zugeordnet ist und ein Aktuatorsystem, wobei das Aktuatorsystem einen Schaltungsmechanismus zum Schalten eines Zielgangs und einen Kupplungsmechanismus zur Aktuierung der dem Zielgang zugeordneten Kupplung aufweist, wobei sowohl der Schaltungsmechanismus wie auch der Kupplungsmechanismus rein mechanisch ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Teilgetriebe auf, von denen jeweils eines aktiv zur Leistungsübertragung verwendet wird und das andere jeweils inaktiv ist. In dem inaktiven Teil wird dann in der Regel ein Zielgang vorgewählt, so dass ein Gangwechsel von einem Quellgang in den Zielgang durch überschneidende Betätigung von zwei Reibkupplungen erfolgen kann. Die Aktuierung sämtlicher dieser Vorgänge erfolgt in der Regel hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch und wird über eine Steuereinheit automatisch gesteuert.
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Das Dokument
DE 10 2016 107 136 A1 beschreibt beispielsweise eine Schaltanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer Mehrzahl von Schaltkupplungspaketen, die jeweils eine oder zwei Schaltkupplungen aufweisen, wobei jede Schaltkupplung dazu ausgebildet ist, eine Gangstufe des Antriebsstranges ein- oder auszulegen. Weiterhin weist die Schaltanordnung eine manuelle Schalteinheit und eine automatisierte Schalteinheit auf. Die manuelle Schalteinheit ist dazu ausgebildet mittels eines manuell betätigbaren Schalthebels eine Wählbewegung zum Anwählen wenigstens eines der Schaltkupplungspakete und eine Schaltbewegung zum Einlegen einer Gangstufe des angewählten Schaltkupplungspaketes auszuführen. Die automatisierte Schalteinheit weist wenigstens einen Aktuator auf und ist dazu ausgebildet mittels des wenigstens einen Aktuators eine Wählbewegung zum Anwählen wenigstens eines der Schaltkupplungspakete und eine Schaltbewegung zum Einlegen einer Gangstufe des angewählten Schaltkupplungspaketes auszuführen.
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Das Dokument
DE 10 2013 223 615 A1 offenbart eine Kraftfahrzeuggetriebeanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges umfassend ein Kraftfahrzeuggetriebe und ein dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgeschaltetes Anfahrelement, dessen Betätigung automatisch regelbar ist. Das Kraftfahrzeuggetriebe verfügt zudem über eine Wähleinrichtung, über welche eine Schaltung im Kraftfahrzeuggetriebe manuell vorgegeben werden kann. Um neben einer automatischen Aktuierung eines Gangwechsel diesen auch auf eine einem Handschaltgetriebe nachempfundene Weise durchführen zu können, ist eine Schaltung im Kraftfahrzeuggetriebe neben einer automatischen Regelung auch eine manuelle Vorgabe über die Wähleinrichtung vorgesehen. Des Weiteren ist dem Anfahrelement eine Steuereinrichtung zugeordnet, über welche eine Betätigung des Anfahrelements neben der automatischen Regelung manuell gesteuert werden kann.
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Das Dokument
DE 10 2018 209 326 A1 beschreibt ein Handschaltgetriebe für einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle, wobei das Handschaltgetriebe wenigstens zwei Vorgelegewellen aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein alternativ ausgeführtes Doppelkupplungsgetriebe anzugeben, das sich insbesondere durch eine geringe Störanfälligkeit sowie einem individuellen, nämlich den Kraftfahrzeugfahrerwünschen entsprechenden, Betätigungssystem auszeichnet.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle, wobei die erste Getriebeeingangswelle über die erste Kupplung und die zweite Getriebeeingangswelle über die zweite Kupplung mit einer Antriebseinheit verbindbar ist, zumindest eine Getriebeausgangswelle, mehrere schaltbare Gänge zum Verbinden der Getriebeeingangswellen mit der Getriebeausgangswelle, wobei ein Gang jeweils einer Getriebeeingangswelle und somit einer der beiden Kupplungen zugeordnet ist und ein Aktuatorsystem.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist das Aktuatorsystem einen Schaltungsmechanismus zum Schalten bzw. Vorwählen eines Zielgangs und einen Kupplungsmechanismus zur Aktuierung der dem Zielgang zugeordneten Kupplung auf. Sowohl der Schaltungsmechanismus wie auch der Kupplungsmechanismus sind erfindungsgemäß rein mechanisch und durch einen Kraftfahrzeugfahrer, nämlich manuell, aktuierbar ausgebildet.
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Der Schaltungsmechanismus weist bevorzugt zumindest eine Schaltwalze zum Schalten eines Ganges, der der Schaltstufe zugeordneten Gänge, ein von der Schaltwalze entkoppeltes Verstellelement zur Verstellung der Schaltwalze, das vorzugsweise von einem Kraftfahrzeugfahrer betätigbar ausgeführt ist, sowie einen Vorspannmechanismus zur Aktuierung der dem Zielgang zugeordneten Kupplung auf, wobei das Verstellelement mit dem Vorspannmechanismus verbunden ist.
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Der Vorspannmechanismus weist vorzugsweise eine Übersetzungseinheit mit einem Exzenterelement und einen Vorspannhebel auf, wobei zwischen dem Exzenterelement und dem Vorspannhebel eine Vorspannfeder wirkt und wobei der Vorspannhebel fest mit einer Kolbenstange verbunden ist.
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Der Kupplungsmechanismus weist vorzugsweise ein Führungselement, einen Kolbenstangenhebel und einen Kolben auf, wobei das Führungselement vorzugsweise durch den Kraftfahrzeugfahrer aktuierbar ausgeführt ist und verstellwirksam mit dem Kolbenstangenhebel verbunden ist, der fest mit der Kolbenstange verbunden ist und wobei der Kolben drehbar oder fest auf der Kolbenstange angeordnet ist und zumindest teilweise in den Bereich zwischen der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung ragt.
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Das Führungselement weist bevorzugt eine Führungsnut auf, in die der Kolbenstangenhebel teilweise ragt, wobei die Führungsnut eine Kontur aufweist, die derart ausgebildet ist, dass eine Verstellung des Führungselements in drei Positionen, nämlich in eine erste Position, in eine zweite Position und in eine Neutralstellung zwischen der ersten Position und der zweiten Position, erfolgen kann.
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Aus der vorliegenden Erfindung ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen. So ist es beispielsweise nicht von Nöten die Bedienabfolgen zu herkömmlichen sequentiellen Schaltungen, wie beispielsweise einem herkömmlichen manuellen Getriebe, zu verändern. Der Schaltvorgang erfolgt wie bei einem manuellen sequentiellen Getriebe mit dem Vorteil die Gangvorwahl vor dem eigentlichen Kupplungswechsel abzuschließen. Das System weist zudem eine hohe Sicherheit auf, beispielsweise kann der Kolben nicht beide Kupplungen gleichzeitig schließen und die Führungsnuten in der Schaltwalze verhindern das Einlegen von zwei Gängen in einem Teilgetriebe. Es werden zudem hochdynamische Schaltungen möglich, ohne dass der Schaltungsmechanismus eine stark erhöhte Belastung erfährt. Die Reduzierung des Motormoments ist nicht mehr in dem Maße nötig. Im Zeitraum der Zugkraftunterbrechung, nämlich wenn sich das Führungselement in der Neutralposition befindet, wird der Motor beschleunigt. Durch das Schließen der Kupplung kann dieses dynamische Moment, das durch die Verzögerung des Motors auftritt, zur Beschleunigung des Fahrzeugs genutzt werden. Bei herkömmlichen Kupplungsvorgängen muss der Kolben von der Kupplung weggedrückt werden und anschließend zur Schließung wieder in die andere Richtung auf die Kupplung zu bewegt werden, was wiederum eine zeitintensive Richtungsumkehr bedingt. Hinzu kommt, dass der Gang bereits eingelegt ist. Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe die Kolbenbewegung bei einem Gangwechsel lediglich in eine Richtung erfolgt und der Zielgang bereits eingelegt ist, ist es möglich die Schaltzeiten zu optimieren.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Doppelkupplungsgetriebes.
- 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einzelner Komponenten eines beispielhaften Doppelkupplungsgetriebes, insbesondere eines Vorspannmechanismus.
- 3a-3e zeigen schematisch einen Hochschaltvorgang eines erfindungsgemäßen Getriebes, wobei immer nur Ausschnitte einzelner Komponenten eines Doppelkupplungsgetriebes zu sehen sind.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden wird anhand der 1 und der 2 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebes 1 beschrieben.
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Das in 1 schematisch dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 1 weist eine Doppelkupplung mit einer ersten Kupplung 2 und einer zweite Kupplung 3, eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle, wobei die erste Getriebeeingangswelle über die erste Kupplung 2 und die zweite Getriebeeingangswelle über die zweite Kupplung 3 mit einer Antriebseinheit verbindbar ist, eine Getriebeausgangswelle und mehrere schaltbare Gänge zum Verbinden der Getriebeeingangswellen mit der Getriebeausgangswelle auf.
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Die Gänge sind als Zahnradpaare zwischen der Getriebeausgangswelle und den Getriebeeingangswellen ausgebildet, bestehend aus je einem um eine der Wellen angeordneten, mit dieser drehfest verbindbaren Losrad und einem mit diesem kämmenden, auf einer hierzu korrespondierenden Welle drehfest angeordneten Festrad, zur Bildung von Gängen mit verschiedenen Übersetzungsstufen zwischen der Getriebeausgangswelle und jeweils einer der Getriebeeingangswellen. Ein Losrad wird über eine Schaltkupplung drehfest mit der Welle auf dem es abgeordnet ist verbunden.
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Jeder der Gänge ist jeweils einer Getriebeeingangswelle und somit einer der beiden Kupplungen zugeordnet.
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Bekannterweise ist bei Kraftfahrzeugen mit einem Doppelkupplungsgetriebe während eines normalen Fahrbetriebs einer der Gänge geschaltet und die mit der entsprechenden Getriebeeingangswelle, der der betreffende Gang zugeordnet ist, in Verbindung stehende Kupplung geschlossen. Bei einem Schaltvorgang wird zunächst ein Zielgang, der der anderen, offenen Kupplung zugeordnet ist geschaltet. Ein Übergang von dem geschalteten aktiven Gang auf den Zielgang erfolgt dann durch gleichzeitiges Öffnen der Kupplung des aktiven Gangs und Schließen der Kupplung des Zielgangs.
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Weiterhin weist das Doppelkupplungsgetriebe ein Aktuatorsystem auf. Das Aktuatorsystem ist rein mechanisch ausgeführt und weist einen Schaltungsmechanismus 4 und einen Kupplungsmechanismus auf. Der Schaltungsmechanismus 4 dient der Schaltung bzw. dem Vorwählen eines Zielgangs; der Kupplungsmechanismus dient der Aktuierung der betreffenden Kupplung 2, 3. Sowohl der Schaltungsmechanismus 4 wie auch der Kupplungsmechanismus sind rein mechanisch ausgebildet (1, 2).
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Der Schaltungsmechanismus 4 umfasst eine Schaltwalze 6, ein Verstellelement 7 und einen Vorspannmechanismus 8 (1, 2).
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Die Schaltwalze 6 dient der Betätigung der Schaltkupplungen. Die Schaltwalze 6 weist dabei eine Schaltwalzenkontur auf, in die ein mit einer Schaltgabel verbundener Mitnehmer greift und zwar derart, dass Drehbewegungen der Schaltwalze 6 in Axialbewegungen der Schaltgabel umgesetzt werden. Die Schaltgabel ist verstellwirksam mit den Schaltkupplungen verbunden (1).
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Das Verstellelement 7 ist mit einer Eingabevorrichtung, nämlich einem Schalthebel, verbunden. Das Verstellelement 7 ist derart durch eine Eingabe seitens des Kraftfahrzeugfahrers mittels des Schalthebels verstellbar. Weiterhin ist das Verstellelement 7 von der Schaltwalze 6 entkoppelt ausgeführt, wodurch sich ein Freiheitsgrad zwischen der direkten Vorgabe des Kraftfahrzeugfahrers über den Schalthebel und der Schaltwalze 6 ergibt. Entscheidend hierbei ist die Anlageseite Schaltwalze 6 zu Verstellelement 7. Bei einer Umkehr der Schaltungsrichtung (Hoch- oder Runterschaltung) wird damit durch den Freiheitsgrad die Anlageseite lediglich gewechselt. Folglich bleiben die aktuell eingelegten Gänge eingelegt, nur die eine jeweils offene Kupplung 2, 3 wird zum Wechseln vorgespannt.
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Der Vorspannmechanismus 8 umfasst eine Übersetzungseinheit 9 mit einem Exzenterelement 10, einer Vorspannfeder 12, nämlich einer Zug-Druck Feder, und einem Vorspannhebel 11, der an einer Kolbenstange 13 befestigt ist. Die Zug-Druck Feder wirkt zwischen dem Exzenterelement 10 und dem Vorspannhebel 11 (1, 2).
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Das Verstellelement 7 ist direkt mit der Übersetzungseinheit 9 des Vorspannmechanismus 8 verbunden. Mit jedem Schaltungseingriff seitens des Kraftfahrzeugfahrers über den Schalthebel erfolgt eine Verdrehung des Exzenterelements 10 um vorzugsweise 180°.
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Die Auslegung der Vorspannfeder 12 kann neben der für die Feder charakteristischen Kraft-Weg-Kennlinie auch über den Radius des Exzenterelements 10 und die Hebelarmlänge an der Kolbenstange 13 erfolgen.
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Der Kupplungsmechanismus umfasst ein Führungselement 14, einen Kolbenstangenhebel 15 sowie einen Kolben 16 (1, 2).
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Das Führungselement 14 ist mit einer Eingabevorrichtung, nämlich einem Kupplungshebel, verbunden und ist durch eine Eingabe seitens des Kraftfahrzeugfahrers mittels des Kupplungshebels verstellbar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kupplungshebel über einen Kupplungszug 19 mit dem Führungselement 14 verstellwirksam verbunden (2). Durch Ziehen an dem Kupplungshebel wird das mit diesem über den Kupplungszug 19 verbundene Führungselement 14 von einer ersten Position in eine zweite Position gezogen (2, 3a-3e). 3a, 3b und 3c zeigen das Führungselement 14 in einer ersten Position. 3d zeigt das Führungselement in der Neutralposition und 3e zeigt das Führungselement 14 in einer zweiten Position.
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Das Führungselement 14 weist eine Führungsnut 17 auf, in die der Kolbenstangenhebel 15 teilweise ragt. Die Führungsnut 17 weist eine Kontur 18 auf, die derart ausgebildet ist, dass eine Verstellung des Führungselements 14 in drei Positionen, nämlich in eine erste Position, in eine zweite Position und in eine Neutralstellung zwischen der ersten Position und der zweiten Position, aktuierbar ist. In der ersten Position ist die erste Kupplung 2 aktuiert. In der zweiten Position ist die zweite Kupplung 3 aktuiert. Bei der Neutralstellung handelt es sich um eine dritte Position zwischen der ersten Position und der zweiten Position, in der weder die erste Kupplung 2 noch die zweite Kupplung 3 aktuiert ist.
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Der Kolbenstangenhebel 15 ist somit verstellwirksam mit dem Führungselement 14 verbunden. Weiterhin ist der Kolbenstangenhebel 15 fest mit der Kolbenstange 13 und somit indirekt mit dem Vorspannhebel 11 des Vorspannmechanismus 8, der ebenso fest mit der Kolbenstange 13 verbunden ist, verbunden.
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Der Kolben 16 ist fest auf der Kolbenstange 13 angeordnet und ragt teilweise in den Bereich zwischen der ersten Kupplung 2 und der zweiten Kupplung 3. Ferner ist es ebenso denkbar den Kolben 16 drehbar auf der Kolbenstange 13 anzuordnen.
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Die Kolbenstange 13 bildet somit die Schnittstelle zwischen dem Schaltungsmechanismus 4 und dem Kupplungsmechanismus. Während der Kraftfahrzeugfahrer die Kolbenstange 13 direkt über das Führungselement 14 betätigt, wirkt gleichzeitig durch den Schaltungsmechanismus 4 eine Vorspannkraft auf die Kolbenstange 13. Sowohl der Schaltungsmechanismus 4 wie auch der Kupplungsmechanismus bringen also eine Kraft auf die Kolbenstange 13 auf, die über die Hebelarme, nämlich den Vorspannhebel 11 und den Kolbenstangenhebel 15, in ein Drehmoment der Kolbenstange 13 gewandelt wird und über beispielsweise ein Schneckengetriebe (nicht dargestellt) wiederum in eine Axialkraft auf den Kolben 16, der die Anpresskraft auf die jeweilige zu schließende Kupplung 2, 3 gewährleistet (3a-3e).
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Im Folgenden wird ein Schaltungsablauf beginnend mit dem Eingriff des Kraftfahrzeugfahrers in den Schaltungsmechanismus 4 und den Kupplungsmechanismus beispielhaft an 3a bis 3e beschrieben. Dabei handelt es sich um eine Hochschaltung von einem niedrigeren Quellgang in einen höheren Zielgang, beispielsweise von einem dritten Gang in einen vierten Gang.
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Der Kraftfahrzeugfahrer wünscht einen Gangwechsel und betätigt den Schalthebel. Mit der Betätigung des Schalthebels folgt eine Verdrehung des Verstellelements 7 das direkt mit dem Schalthebel verbunden ist. Je nach relativer Position zwischen Schaltwalze und dem Verstellelement wird die Schaltwalze ebenfalls verdreht oder bleibt in ihrer Position. Der Zielgang ist somit vorgewählt und der aktuell aktive Gang, der Quellgang, weiterhin im Eingriff. Mit der Verdrehung des Verstellelements 7 wird gleichzeitig der Vorspannmechanismus 8 aktiviert. Durch die starre Kopplung der Übersetzungseinheit 9 an das Verstellelement 7 wird diese mit jeder Betätigung des Kraftfahrzeugfahrers am Schalthebel mitverdreht.
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Durch die exzentrisch gelagerte Vorspannfeder 12 wirkt, je nach Position des Exzenterelements 10, über den Vorspannhebel 11 eine Vorspannkraft auf die Kolbenstange 13 (3a-3c). Nach diesem Vorgang wird die Anpresskraft des Kolbens 16 auf die aktuell geschlossene Kupplung, nämlich die erste Kupplung 2, reduziert und zwar durch die Vorspannkraft in die Richtung der anderen Kupplung, nämlich der zweiten Kupplung 3 (3c). Durch eine Betätigung des Kupplungshebels wird der Kolben 16 ausgehend von der ersten Position in die Neutralstellung, in der weder die erste Kupplung 2 noch die zweite Kupplung 3 geschlossen ist, bewegt (3d). Der Kolben16 ist zwischen der ersten Kupplung 2 und der zweiten Kupplung 3 und aktuiert weder die erste Kupplung 2 noch die zweite Kupplung 3. Auf die Kolbenstange 13 wirkt nun die durch den Vorspannmechanismus 8 resultierende Kraft. Diese Vorspannkraft der Vorspannfeder 12 wirkt richtungsweisend für die Kolbenstange 13. Mit lösender Kupplungsbetätigung, d.h. einer Überführung des Führungselements von der Neutralstellung in die zweite Position (3d, 3e), wird die zweite Kupplung 3 geschlossen und der Schaltvorgang bzw. der Gangwechsel beendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelkupplungsgetriebe
- 2
- Erste Kupplung
- 3
- Zweite Kupplung
- 4
- Schaltungsmechanismus
- 6
- Schaltwalze
- 7
- Verstellelement
- 8
- Vorspannmechanismus
- 9
- Übersetzungseinheit
- 10
- Exzenterelement
- 11
- Vorspannhebel
- 12
- Vorspannfeder
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Führungselement
- 15
- Kolbenstangenhebel
- 16
- Kolben
- 17
- Führungsnut
- 18
- Kontur (der Führungsnut)
- 19
- Kupplungszug
