DE10052393A1 - Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, insbesondere mit 2 E-Maschinen in koaxialer Anordnung - Google Patents

Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, insbesondere mit 2 E-Maschinen in koaxialer Anordnung

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Abstract

Handschaltgetriebe oder automatisierte Schaltgetriebe haben wegen ihres hohen Wirkungsgrades einen dominierenden Platz in der Kraftfahrzeugtechnik. Der bevorstehende Ersatz des Anlassers und der Lichtmaschine durch einen Kurbelwellen-Starter-Generator ist ein wesentlicher Schritt zur ganzheitlichen Gestaltung des Anstriebsstranges, löst jedoch nicht das Problem der Zugkraftunterbrechung. DOLLAR A Ziel der Erfindung ist ein Getriebekonzept mit hohem Wirkungsgrad, unterbrechungsfreiem Momentenfluss und die Integration von zwei E-Maschinen zur Optimierung des Antriebsmanagements. DOLLAR A Dazu wird einem mehrgängigen Parallelschaltgetriebe eine Kompaktbaugruppe aus zwei Kupplungen K1 und K2 sowie zwei koaxial angeordneten Startergeneratoren SG1 und SG2 vorgelagert. Der Rotor des Startergenerators 1 ist mit der Eingangshohlwelle (15) verbunden, der Startergenerator 2 wirkt durch die quasistatische Magnetkupplung auf die Eingangswelle (18), wobei sich die Kupplungsglocke von K1 frei zwischen den Permanentmagnetringen (16), (17) drehen kann. DOLLAR A Doppelkupplungs-Schaltgetriebe mit unterstützenden elektrischen Antriebsfunktionen sind für den Einsatz in Personenkraftwagen mittlerer und kleiner Leistung geeignet.

Description

Stand der Technik
Konventionelle Schaltgetriebe werden wegen ihres hohen Wirkungsgrades bei vergleichswei­ se geringem Gewicht weiterhin im Antriebsstrang von Straßenfahrzeugen bevorzugt. Um den Ansprüchen an Fahrökonomie und gestiegenen Fahrkomfort Rechnung zu tragen, sind in den letzten Jahren automatisierte Schaltgetriebe (ASG) mit automatisierten Kupplungen und Gang-/Gassenwahlaktuatoren entwickelt worden. Die Schaltvorgänge, insbesondere die Hochschaltungen, bedingen jedoch die Unterbrechung der Zugkraft.
Zugkraftunterbrechungsfrei schaltende Doppelkupplungsgetriebe mit alternierendem Leis­ tungsfluss konnten sich bisher wegen ihrer Hauptnachteile, zwei Kupplungen und das prob­ lematische Überspringen einer Gangstufe, nicht in Serie durchsetzen.
Inzwischen tragen zwei Aspekte dazu bei, erneutes Interesse auf das leistungsverzweigte Ge­ triebe, das sogenannte Doppelkupplungsgetriebe, zu lenken:
Erstens haben die Entwicklungen automatisierter Trockenkupplungen bezüglich Bauraum, Zuverlässigkeit und Gewicht einen Stand erreicht, der den Einsatz einer automatisierten Dop­ pelkupplung oder zwei einzelner automatisierter Kupplungen denkbar erscheinen lässt und zweitens können über die Integration ein oder mehrerer E-Maschinen im Antriebsstrang völlig neue Qualitäten im Antriebsmanagement wie beispielsweise Start/Impulsstart, Generator, Rekuperation, Booster, Vorsynchronisierung realisiert werden.
Mit der Erfindung sollen die Vorteile eines konventionellen Schaltgetriebes genutzt werden und gleichzeitig durch sinnvolle Anordnung von automatisierten Kupplungen und E- Maschinen einschließlich der Erhöhung der Gangzahl ein Aggregat entstehen, welches an die Komfortqualität der Automatgetriebe heranreicht.
Mit der DE 197 11 820 A1 und der DE 197 47 332 A1 ist bekannt, dass mit Hilfe einer Dop­ pelkupplung die Zugkraftunterbrechung durch einen Hilfsgang mit Füllmoment auf kurzzeiti­ ge Zugkraftverminderung gelindert werden kann. Die DE 198 07 324 A1 zeigt ein leistungs­ verzweigtes Doppelkupplungsgetriebe mit speziellen Schaltelementen.
In der DE 198 50 549 A1 wird ein leistungsverzweigtes Getriebe mit paralleler Anordnung von zwei Kupplungen und zwei E-Maschinen beschrieben, welches durch die Wahl der An­ triebselemente mit einem entsprechenden Betriebsmanagement die oben beschriebenen Ziele anstrebt. Als Nachteil dieser Getriebevariante müssen erstens das zusätzliche Verteilergetrie­ be nach dem Verbrennungsmotor (Gewicht, Bauraum), zweitens die parallele Anordnung von zwei Kupplungen und zwei E-Maschinen (Bauraum) und drittens das Drei-Wellen- Schaltgetriebe (Gewicht, Bauraum) benannt werden.
Mit der im folgenden beschriebenen Erfindung sollen diese Nachteile ausgeräumt werden.
Vorteile der Erfindung
Für das erfindungsgemäße Getriebe nach Anspruch 1 werden weitgehend technisch entwi­ ckelte und erprobte Bauelemente in einer neuartigen antriebstechnischen Verknüpfung einge­ setzt. Die Verwendung eines Zwei-Wellen-Schaltgetriebes mit alternierendem Leistungsfluss und die koaxiale Anordnung von zunächst zwei Kompaktbaugruppen, aus Kupplung und E- Maschine bestehend, verändert nur unwesentlich das Gewicht und den Bauraumbedarf eines Handschaltgetriebes.
Durch Vorsynchronisierung mit Hilfe der E-Maschinen kann sogar Masse bei den Synchroni­ sierkupplungen eingespart werden, wodurch die Erhöhung der Gangzahl zur verbesserten An­ passung der Wandlung an die Motorkennlinie gerechtfertigt wird.
Die vollständige Zusammenfassung der automatisierten Doppelkupplung mit zwei angekop­ pelten E-Maschinen in einer kompakten Baugruppe trägt weiter zur Verminderung des Bau­ raumbedarfs und zur Gewichtsreduktion bei.
Insbesondere bei dieser Anordnungsvariante ist die im Anspruch 4 beschriebene Momenten- bzw. Leistungsdurchführung notwendig.
Desweiteren können bei geschaltetem ersten Gang und Rückwärtsgang durch wechselweises Einschleifen der Kupplungen Rangierfahrten komfortabel ausgeführt werden.
Zeichnungen
Fig. 1 zeigt vier mögliche Anordnungsvarianten von zwei Kupplungen und zwei E-Maschinen an einem Zwei-Wellen-Schaltgetriebe, wobei jeweils eine Kupplung und eine E-Maschine zu einem Leistungszweig gehören. Die Kupplungen sind mit K1 und K2, die E-Maschinen mit SG1 und SG2 (Starter/Generator 1 und 2) bezeichnet.
Gemeinsame Basis aller Varianten ist das Zwei-Wellen-Schaltgetriebe (10) mit mindestens zwei Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, in Fig. 2 gezeichnet mit sieben Vorwärts­ gängen.
Variante I zeigt die koaxiale Anordnung von je einer Kompaktbaugruppe Kupplung/E- Maschine (11) auf der Achse der Eingangswellen (12, 13) motorseitig und gegenüberliegend. Entsprechend konstruktiven Erfordernissen kann die dem Motor gegenüberliegende Baugrup­ pe auch auf der Achse der Abtriebswelle (20) angebracht werden (Variante II). Beide nur ge­ ringfügig modifizierte Varianten I und II bedingen die Aufnahme von Zahnrädern auf zwei Hohlwellen (13, 13a).
Variante III stellt eine koaxiale Anordnung von zwei verschiedenen Baugruppen auf der Ach­ se der Eingangswellen dar. Motorseitig werden beide Kupplungen zu einer Doppelkupplung K1/2 und eine an K1 und die Hohlwelle gekoppelte E-Maschine (SG1) zusammengefasst. Die zweite E-Maschine (SG2) sitzt auf der zentralen Eingangswelle. In diesem Fall ist die Ausbil­ dung von nur einer Hohlwelle (13) erforderlich.
Mit der Variante IV wird die Zusammenfassung aller Bauelemente K1/2 und SG1/2 zu einer kompletten Baugruppe vorgeschlagen. Um dabei die unabhängigen Schalt- und Antriebs­ funktionen beider Leistungszweige zu erhalten, ist die Momenten- bzw. Leistungsübertra­ gung, ein rotierendes Element überbrückend, ohne mechanische Beeinflussung erforderlich. In Fig. 1 ist als eine mögliche Ausführungsform die Ausbildung von zwei Flanschen (19) ge­ zeigt, die die beiden Reibscheiben der Kupplungen (K1 u. K2) koppeln. Die Momenten- und Leistungsübertragung von der Motorwelle zur zweiten Kupplungsscheibe erfolgt dabei durch die ringförmige Anordnung von Permanentmagneten mit einer großen Zahl wechselnder Nord/Süd-Segmente. Zwischen diesen Magnetkuppelflanschen wird eine nichtleitende Scheibe geführt, die wiederum das Moment und die Leistung der K1 auf die zentrale Ein­ gangswelle (12) überträgt.
Fig. 2 zeigt die Variante IV des Doppelkupplung-Schaltgetriebes in einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Momenten- und Leistungsdurchführung vom SG2 zur zentralen Eingangswelle (12) mit nachfolgender 7-Gang-Stufung. In diesem Fall muss nicht das Motormoment, son­ dern nur das kleinere Servomoment der zweiten E-Maschine (SG2) magnetostatisch übertra­ gen werden.
Fig. 3 zeigt die Kompaktbaugruppe vergrößert. Dabei wird der Läufer (14) des SG2 auf der Kupplungsglocke (15) der K1 frei drehend gelagert. Auf seiner Innenseite sind mindestens ein, gezeichnet zwei, Permanentmagnetringe (16) befestigt, die aus einer hinreichend großen Anzahl von Nord/Süd-Segmenten bestehen. Auf der Kupplungsglocke (18) sind paritätische Permanentmagnetringe (17) gleicher Segmentzahl befestigt. In dem radialen Spalt zwischen den Permanentmagnetringen kann sich die Kupplungsglocke (15) frei bewegen. Die Kupp­ lungsglocke (15) muss an dieser Stelle ebenfalls aus nichtleitendem, magnetflussdurchlässi­ gem Material bestehen.
Eine dritte, nicht gezeichnete Ausführungsform der Momenten- und Leistungsdurchführung ist die Anordnung der nichtleitenden Kupplungsglocke (15) im Luftspalt zwischen Stator und Läufer (Rotor) der E-Maschine SG2 ohne Verwendung von Permanentmagneten.

Claims (8)

1. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, insbesondere mit 2 E-Maschinen in koaxialer Anord­ nung mit zwei Getriebeeingangswellen (12, 13), ebenfalls in koaxialer Anordnung und ei­ ner Getriebeausgangswelle (20) und mindestens zwei, jeweils zwischen einer Eingangs­ welle und der Ausgangswelle befindlichen Zahnradpaaren für alternierenden Leistungs­ fluss, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Eingangswelle eine Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe und eine mit der Getriebeeingangswelle gekoppelte E- Maschine (K1/SG1 und K2/SG2) gehört.
2. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je­ weils eine Kupplung und eine E-Maschine zu einer Baugruppe zusammengefasst werden, wobei die beiden Baugruppen auf der Achse der Eingangswellen (12, 13) gegenüberlie­ gend angeordnet sind oder die der Verbrennungsmotorseite gegenüberliegende Baugruppe auf der Achse der Abtriebswelle (20) angeordnet ist.
3. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer­ seits die beiden Kupplungen (K1 u. K2) und eine E-Maschine (SG1) zu einer Baugruppe motorseitig zusammengefasst werden und andererseits die zweite E-Maschine gegenüber­ liegend an die zentrale Eingangswelle (12) gekoppelt wird.
4. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass so­ wohl die beiden Kupplungen (K1 u. K2) als auch die beiden E-Maschinen (SG1 u. SG2) in einer Baugruppe zusammengefasst werden, wobei eine Momenten- bzw. Leistungs­ übertragung, ein rotierendes Element überbrückend, ohne gegenseitige mechanische Be­ einflussung beider Leistungszweige erforderlich ist.
5. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass beispielsweise die beiden Reibscheiben von K1 u. K2 auf der Motoreingangswelle durch eine Flanschkupplung miteinander verbunden sind und zwischen den Kupplungsflanschen eine nichtleitende Scheibe zur Übertragung des Momenten- und Leistungsflusses von der Kupplung K1 auf die zentrale Eingangswelle (12) frei rotierend beweglich ist.
6. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Momenten- und Leistungsübertragung der Flanschkupplung mit Hilfe magneto­ statischer Kräfte, z. B. durch Permanentmagnetringe mit wechselnden Nord/Süd- Segmenten, oder anderer berührungsloser Feldkräfte oder mechanischer Elemente, die ei­ ne Freigängigkeit der Zwischenscheibe zulassen, gewährleistet ist.
7. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Servomoment der zweiten E-Maschine (SG2) auf die Kupplungsglocke (18) mit Hilfe magnetostatischer Kräfte, z. B. durch Permanentmagnetringe (16, 17) mit wechselnden Nord/ Süd-Segmenten, oder anderer berührungsloser Feldkräfte oder mechanischer Ele­ mente, die eine Freigängigkeit der Kupplungsglocke (15) zulassen, übertragen wird.
8. Doppelkupplungs-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (14) der E-Maschine SG2 direkt auf der Kupplungsglocke (18) befestigt ist und die Kupplungsglocke (15) im Spalt zwischen Stator und Läufer (Rotor) rotatorisch frei beweglich ist.
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