Doppelkupplungsgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1.
Aus der EP 1 013 966 Al ist bereits ein Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Dieses weist sechs Vorwärtsgänge auf. Es sind zwei koaxial zueinander angeordnete Vorgelegewellen vorgesehen. Dazu ist die eine Vorgelegewelle als Hohlwelle ausgeführt und auf der anderen als Innenwelle ausgeführten Vorgelegewelle gelagert. Auf der Hohlwelle ist ein Festrad und ein Losrad angeordnet.
In der DE 100 37 398 Al Ausführung Fig. 2 ist hingegen vorgesehen, koaxial auf der Hohlwelle ausschließlich Festräder vorzusehen. Die DE 199 18 732 Al zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe, bei welchem zwei Eingangskonstanten als Festräder ausgeführt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompaktes und kostengünstiges Doppelkupplungsgetriebes mit' einer hohen Anzahl von Gängen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Pa¬ tentanspruch 1 gelöst.
Gemäß einem Vorteil der Erfindung sind mehr als sechs Vorwärtsgänge vorgesehen. Insbesondere können sieben oder acht Vorwärtsgänge vorgesehen sein. Dennoch ist bei dem erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe die Anzahl der erforderlichen Zahnradebenen bzw. der erforderlichen Zahnräder und Schaltelemente vergleichsweise gering. Demzufolge ist das erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe insbesondere in Axialrichtung klein. Ferner ist es leicht und kostengünstig. Demzufolge ermöglicht das erfindungsgemäße Radsatzkonzept infolge einer Doppelnutzung von Zahnradpaaren in mehreren Gängen eine hohe Geamtanzahl von Gängen, ohne dass eine hohe Anzahl von Zahnrädern dafür erforderlich wäre.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann im Getriebegehäuse eine Zwischenwand vorgesehen sein, so dass ein seitliches Ausknicken einer langen Vorgelegewelle mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sine die Vorgelegewellen in einem direkten Gang entkoppelbar, so dass Planschverluste vermieden werden und das Doppelkupplungsgetriebe im direkten Gang einen hohen Wirkungsgrad aufweist.
In weiteren Ausgestaltungen sind besonderes vorteilhafte Abstufungen der Gangsprünge des Doppelkupplungsgetriebes vorgesehen.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch den Radsatz eines
Doppelkupplungsgetriebes mit sieben bzw. acht
Vorwärtsgängen sowie zwei Rückwärtsgängen, wobei dieses Doppelkupplungsgetriebe vier Schiebemuffen und zwei Kupplungen umfasst, Fig. 2 eine Ausführungsform des Doppelkupplungsgetriebes gemäß Fig. 1 mit einer besonders kurzen
Pilotlagerung und einer Zwischenwand, Fig. 3 eine Ausführungsform des Doppelkupplungsgetriebes gemäß Fig. 1 mit einer Pilotlagerung, welche eine lange Sacklochbohrung umfasst, Fig. 4 für ein Getriebe gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 anhand eines Diagramms die Gangsprünge bei einer ersten quasi-progressiven Abstufung, Fig. 5 für ein Getriebe gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 anhand eines Diagramms die Gangsprünge bei einer zweiten quasi-progressiven Abstufung, Fig. 6 für ein Getriebe gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 anhand eines Diagramms die Gangsprünge bei einer streng geometrischen Abstufung, Fig. 7 für ein Getriebe gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 anhand eines Diagramms die Gangsprünge bei einer dritten quasi-geometrischen Abstufung, Fig. 8 für die einzelnen Gänge den Leistungsfluss des auch in Fig. 1 dargestellten Doppelkupplungsgetriebes, Fig. 9 in einer Tabelle die korrespondierenden Stellungen der Schiebemuffen sowie der beiden Kupplungen des
Doppelkupplungsgetriebes gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 und Fig. 10 in einer Tabelle analog Fig. 9 Schaltzustände, die im Hinblick auf Hochschaltvorgänge für die vorderste Schiebemuffe optimiert sind.
Das in Fig. 1 dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 100 weist sieben bzw. acht Vorwärtsgänge Vl bis V8 sowie zwei Rückwärtsgänge Rl, R2 auf. Alle Vorwärtsgänge Vl bis V8 sind sequentiell durchgängig lastschaltbar . Ebenso sind die beiden Rückwärtsgänge Rl, R2 untereinander lastschaltbar. Es sind vier Schaltelemente mit jeweils einer Schiebemuffe Sl bis S4 vorgesehen. Dabei ist eine Eingangswelle 10 mit einer Hauptwelle 20 durch ein erstes Teilgetriebe 22 und ein zweites Teilgetriebe 24 verbunden, die im Kraftfluss parallel zueinander angeordnet sind. Die Teilgetriebe 22, 24 weisen
- jeweils eine reibschlüssige Lastschaltkupplung Kl, K2 und
- jeweils eine Zwischenwelle 12, 14 auf. Die erste Zwischenwelle 14 ist konzentrisch zur zweiten Zwischenwelle 12. Beide Zwischenwellen 12, 14 sind zur Eingangswelle 10 koaxial angeordnet und können jeweils über die Lastschaltkupplung Kl, K2 mit der Eingangswelle 10 wirkungsmäßig verbunden werden. Die dem ersten Teilgetriebe 22 zugeordnete zweite Zwischenwelle 12 ist einerseits mit der Haupt¬ welle 20 durch die ein- und ausrückbare Schiebemuffe Sl zur Bildung eines direkten fünften Vorwärtsgangs V5 und andererseits durch diese Schiebemuffe Sl über ein Eingangslosrad 41 und ein mit diesem kämmendes Festrad 51 einer zweiten Eingangskonstanten E2 mit einer zur Hauptwelle 20 parallelen, als Hohlwelle 18 ausgeführten Vorgelegewelle wirkungsmäßig verbindbar. Die Hohlwelle 18 ist somit dem ersten Teilgetriebe 22 zugeordnet und ist durch ein erstes Zahnradpaar Zl zur Bildung des höchsten Vorwärtsganges V7 beziehungsweise der beiden höchsten Vorwärtsgänge V7, V8 mit der Hauptwelle 20 in Leistungsfluss bringbar. Das Zahnradpaar Zl umfasst dabei ein koaxial auf der Hauptwelle 20 angeordnetes Losrad 1 und ein koaxial drehfest auf der Hohlwelle 18 angeordnetes Festrad 2. Der siebte bzw. achte Vorwärtsgang V7 bzw. V8 wird jeweils gebildet, indem die hinter dem Losrad 1 angeordnete zweite
Schiebemuffe S2 nach vorne verschoben wird, so dass eine drehfeste Verbindung zwischen diesem Losrad 1 und der Hauptwelle 20 hergestellt wird. Vor der zweiten Eingangskonstanten E2 ist eine erste Eingangskonstante El vorgesehen, die ein koaxial drehfest zur hohlen Zwischenwelle 14 angeordnetes Eingangsfestrad 50 und ein koaxial drehfest zu einer Innenwelle 19 angeordnetes Festrad 52 umfasst. Je nachdem, über welche Eingangskonstante El bzw. E2 das Antriebsmoment auf das Zahnradpaar Zl geleitet wird, ist der siebte bzw. der achte Vorwärtsgang V7 bzw. V8 eingelegt.
Hinter dem ersten Zahnradpaar Zl ist ein zweites Zahnradpaar Z2 angeordnet. Dieses umfasst ebenfalls ein koaxial auf der Hauptwelle 20 angeordnetes Losrad 3 und ein koaxial drehfest auf der Hohlwelle 18 angeordnetes Festrad 4. Wird die zwischen den beiden Losrädern 1, 3 angeordnete zweite Schiebemuffe S2 nach hinten verschoben, so stellt diese eine drehfeste Verbindung zwischen der Hauptwelle 20 und dem Losrad 3 her .
Innerhalb der Hohlwelle 18 ist eine als Innenwelle 19 ausgeführte weitere Vorgelegewelle angeordnet. Diese Innenwelle 19 weist an deren vorderem Ende ein Festrad 52 der ersten Eingangskonstanten El auf. Der Bereich der Innenwelle 19 mit diesem Festrad 52 ragt somit vorne aus der Hohlwelle 18 heraus. Hinten ragt ein weiterer Bereich der Innenwelle 19 aus der Hohlwelle 18 heraus. Dieser Bereich trägt in der von vorne nach hinten aufeinander folgenden Reichenfolge die dritte Schiebemuffe S3, ein Losrad 5, ein Festrad 6 und ein Festrad 7. Mittels der dritten Schiebemuffe S3 ist wahlweise die Hohlwelle 18 oder das Losrad 5 mit der Innenwelle 19 koppelbar. Dabei kämmt dieses Losrad 5 mit einem koaxial drehfest auf der Hauptwelle 20 angeordneten Festrad 8. Das Losrad 5 und das mit diesem kämmende Festrad 8 sind somit der dritten
Zahnradebene Z3 zugeordnet. Diese dritte Zahnradebene Z3 ist dem sechsten Vorwärtsgang V6 zugeordnet.
Hinter der dritten Zahnradpaarung Z3 ist eine vierte Zahnradpaarung Z4 vorgesehen, über die der erste und der zweite Vorwärtsgang Vl, V2 verläuft. Zwischen dieser vierten Zahnpaarung Z4 und einer dahinter liegenden fünften Zahnradpaarung Z5 ist koaxial zur Hauptwelle 20 die vierte Schiebemuffe S4 angeordnet. Wird diese Schiebemuffe S4 nach vorne verschoben, so stellt sie eine drehfeste Verbindung zwischen einem Losrad 30 der vierten Zahnradpaarung Z4 und der Hauptwelle 20 her. Wird die Schiebemuffe S4 hingegen nach hinten verschoben, so stellt sie eine drehfeste Verbindung zwischen einem Losrad 31 einer Zahnradkette ZK und der Hauptwelle 20 her. Die Zahnradkette ZK umfasst dabei außer diesem Losrad 31 und dem hintersten Festrad 7 noch ein Zwischenrad 32, dass einerseits mit dem Losrad 31 und andererseits mit dem hintersten Festrad 7 kämmt. Zur vereinfachten Ansicht, ist dieses Zwischenrad 32 in die Zeichnungsebene hereingeklappt dargestellt. Je nachdem, über welche Eingangskonstante das Drehmoment in die Zahnradkette ZK eingeleitet wird, ist demzufolge der erste Rückwärtsgang Rl oder der zweite Rückwärtsgang R2 eingeleitet.
Damit werden die beiden Zahnradpaare Z2 und Z4 mit jeweils einem Losrad 3, 30 auf der Hauptwelle 20 für die Verwirklichung von jeweils zwei unterschiedlichen Vorwärtsgängen Vl bis V4 genutzt. Die erste Zahnradpaarung Zl kann sowohl für ausschließlich einen Vorwärtsgang V7 als auch alternativ für zwei Vorwärtsgänge V7 und V8 genutzt werden. Infolge dieser zweifachen bzw. dreifachen Doppelnutzung baut das Doppelkupplungsgetriebe axial kürzer als vergleichbare bekannte Getriebekonzepte .
Die Innenwelle 19 ist vergleichsweise lang. Wenn das Doppelkupplungsgetriebe an einen drehmomentstarken Antriebsmotor angeschlossen wird oder von den Zahnradgrößen derart ausgelegt ist, dass hohe Drehmomente übertragen werden, so kann ein seitliches Ausknicken der Innenwelle 19 dadurch mit Sicherheit ausgeschlossen werden, dass gemäß Fig. 2 eine Zwischenwand 40 für eine zusätzliche Lagerstelle verwendet wird. Diese Zwischenwand 40 kann derart angeordnet sein, dass sie die Hauptwelle 20 im Bereich ihres getriebeeingangsseitigen Endes lagert. In einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausgestaltungsform kann die koaxial zur Innenwelle angeordnete - und auf dieser gelagerte - Hohlwelle 18 ebenfalls über diese Zwischenwand 40 zusätzlich gelagert werden.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Hauptwelle 20 in der Art einer so genannten Pilotlagerung in einer Sacklochbohrung 42a der inneren Zwischenwelle 12 gelagert. In einer zeichnerisch nicht dargestellten besonders vorteilhaften Ausführungsform reicht die Sacklochbohrung bis zu einem axialen Bauraum des Eingangslosrades 41 der zweiten Eingangskonstante E2.
Gemäß Fig. 3 kann sich die Sacklochbohrung 42b sogar noch tiefer in die innere Zwischenwelle 12 ziehen. Auf diese Weise liegt die Pilotlagerung verhältnismäßig nah an der Lagerung der äußeren Zwischenwelle 14, so dass die freie Stützlänge der inneren Zwischenwelle 12 kürzer wird. Somit kann auf die Zwischenwand 40 gemäß Fig. 2 verzichtet werden. Die Pilotlagerung ist vorzugsweise als Wälzlagerung ausgeführt. Da in der beschriebenen Ausführungsform der radiale Bauraum sehr knapp ist, ist die Lagerung des Eingangslosrades 41 der zwei¬ ten Eingangskonstanten E2 gegenüber der inneren Zwischenwelle 12 vorzugsweise als Gleitlagerung ausgeführt.
Aufgrund der zweifachen bzw. dreifachen Doppelnutzung der Zahnradpaare Z2, Z4 und optional auch Zl sind die Gangsprϋnge nicht komplett frei wählbar. Für die Gangsprünge φ gelten folgende Einschränkungen:
Randbedingung a) : φvi/v2 = Φv3/v4 Randbedingung b) : φVi/v2 = Φv7/vδ-
Wegen der Randbedingung b) ist eine progressive Abstufung des Doppelkupplungsgetriebes in der Ausführung mit acht Vorwärtsgängen nicht möglich. Hier kann insbesondere eine geometrische bzw. annähernd geometrische Abstufung der Vorwärtsgänge gewählt werden. Bei einer idealen geometrischen Abstufung wären alle Gangsprünge identisch. Bei der praktischen Umsetzung kann beispielsweise der Gangsprung φv2/v3 größer als die übrigen Gangsprünge gewählt werden.
Für eine Pkw-typische Auslegung des Doppelkupplungsgetriebes bietet sich die Nutzung von lediglich sieben Vorwärtsgängen Vl bis V7 an. Es ist dann immer noch eine guasi-progressive Abstufung möglich, bei der die Randbedingung a) die einzige Abweichung vom theoretischen Ideal darstellen würde. Bei einer Auslegung
ΨV1/V2 < φv2/V3 > φv3/V4 mit φvl/V2 = φv3/V4
wäre dann zwischen den Vorwärtsgängen V2 und V7 eine ideal progressive Abstufung möglich. Lediglich der Gangsprung φi
/2 würde gemäß Fig. 4 von dieser abweichen. Somit zeigt Fig. 4 anhand eines Diagramms in Fig. 4 die Gangsprünge bei einer ersten quasi-progressiven Abstufung. Dabei ist der achte Vorwärtsgang V8 mit dargestellt, obwohl dieser in vielen Getriebeauslegungen ungenutzt bleibt.
Fig. 5 zeigt anhand eines Diagramms die Gangsprünge bei einer zweiten quasi-progressiven Gangabstufung. Dabei ist auch hier der achte Vorwärtsgang V8 mit dargestellt, obwohl dieser in vielen Getriebeauslegungen ungenutzt bleibt. Die Getriebeauslegung erfolgt mit den Gangsprüngen φ
Mit dieser Getriebeauslegung kann dann zwischen dem vierten Vorwärtsgang V4 und dem siebten Vorwärtsgang V7 eine ideal progressive Abstufung erreicht werden. Der Gangsprung φ2/3 kann dabei derart gewählt werden, dass die ersten drei Gangsprünge - zumindest annähernd - identisch ausfallen.
In den beiden zuvor beschriebenen Alternativen zur Gangabstufung kann der achte Vorwärtsgang in vielen Fällen in der Praxis nicht genutzt werden, da der Gangsprung φv7/vs insbesondere im Vergleich zu den Gangsprüngen φV6/v7 und φvs/vβ zu groß ausfallen würde. Alternativ kann das Doppelkupplungsgetriebe mit einer geometrischen Gangabstufung gemäß Fig. 6 ausgelegt werden. In diesem Fall sind alle Gangsprünge annähernd gleich groß, so dass der Gangsprung (pv7/vs nicht unangenehm heraus¬ sticht.
Fig. 6 zeigt anhand eines Diagrammes die Gangsprünge bei einer streng geometrischen Gangabstufung.
Um die Gesamtübersetzungsspreizung des Doppelkupplungsgetriebes etwas zu erweitern, können abweichend von einer rein geometrischen Abstufung ein oder mehrere Gangsprünge größer als die übrigen Gangsprünge gewählt werden.
Fig. 7 zeigt eine Auslegung, bei der der Gangsprung φV2/v3 etwas größer ist. Somit zeigt Fig. 7 anhand eines Diagramms die
Gangsprünge bei einer dritten quasi-geometrischen Gangabstufung.
Der fünfte Vorwärtsgang V5 ist als direkter Durchtrieb mit der Übersetzung i = 1 ausgeführt, so dass dieser als Direktgang bezeichnet wird. In diesem Direktgang können die beiden Vorgelegewellen rotatorisch entkoppelt werden, indem die Schiebemuffen S2, S3 und S4 jeweils in ihre Neutralstellung gebracht werden und die erste Kupplung Kl offen gehalten wird. Dadurch können Plansch- und Ventilationsverluste im Doppelkupplungsgetriebe gering gehalten werden.
Fig. 8 zeigt für die einzelnen Gänge den Leistungsfluss des auch in Fig. 1 dargestellten Doppelkupplungsgetriebes. Die Leistungsflüsse in den einzelnen Gängen - d.h. den Vorwärtsgänge Vl bis V8 und den beiden Rückwärtsgänge Rl und R2 - sind dabei unterhalb des Doppelkupplungsgetriebes anhand von Linien dargestellt. Fig. 9 zeigt in einer Tabelle die korrespondierenden Stellungen der Schiebemuffen Sl bis S4 sowie der beiden Kupplungen Kl, K2. Demzufolge ist in Fig. 9 die Schaltlogik zur Verwirklichung der jeweiligen Gänge dargestellt. Dabei können sich die Schiebemuffen Sl bis S4 in einer vorderen Stellung v, einer hinteren Stellung h und einer mittigen Neutralstellung N befinden.
Die Schaltlogik kann abweichend von Fig. 9 auch so ausgeführt, dass sich die Anzahl der erforderlichen Stellbewegungen an den Schiebemuffen Sl bis S4 gegenüber Fig. 9 reduziert. Hierbei ergeben sich jeweils abweichende Schaltstrategien, je nach dem, ob als nächster Gangwechsel ein Hoch- oder Rückschaltvorgang erwartet wird. In der Tabelle gemäß Fig. 10 ist beispielhaft eine Schalttabelle aufgeführt, bei der die Anzahl der Stellbewegungen an der Schiebemuffe Sl jeweils im Hinblick auf den nächsten Hochschaltvorgang reduziert sind. In analoger Weise kann auch eine zeichnerisch nicht näher
dargestellte Schaltstrategie angewendet werden, die zusätzlich die Stellbewegungen an den restlichen Schiebemuffen S2 bis S4 reduziert. Ebenso kann analog eine hier ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellte Strategie angewendet werden, die die Anzahl der Stellbewegungen im Hinblick auf Rückschaltvorgänge reduziert.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.