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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe mit verbesserter
Ausfallsicherheit.
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Doppelkupplungsgetriebe
sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt.
Dabei weisen Doppelkupplungsgetriebe zwei Kupplungen auf. Wenn kein
Schaltvorgang ausgeführt
wird, wird Drehmoment nur über
eine Kupplung übertragen.
Während
eines Schaltvorgangs wird das Drehmoment auf die beiden Kupplungen
aufgeteilt. Dabei ist es möglich,
dass sich beide Kupplungen im Schlupfbereich befinden. Die Schaltvorgänge der
Kupplungen werden dabei über
elektromechanische Aktoren mit Selbsthemmung ausgeführt. Wenn nun
der elektrische Antrieb ausfällt,
führt die
Selbsthemmung dazu, dass der momentane Zustand der Kupplung beibehalten
wird. Dies kann nun zu einem sicherheitskritischen Vorgang führen, wenn
während eines
Schaltvorgangs die elektrischen Antriebe der Kupplung ausfallen.
Hierbei kann einerseits eine Getriebewelle blockieren und andererseits
wird viel Wärme
durch die Reibung während
des Schlupfzustandes an der Kupplung erzeugt. Von daher werden bisher
selbsthemmende Aktoren bei Doppelkupplungsgetrieben nicht eingesetzt.
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den
Vorteil auf, dass die Verwendung einer selbsthemmenden elektromechanischen
Aktorik möglich
ist. Trotzdem wird in einem Zustand, wenn bei einem Schaltvorgang
ein Stromausfall auftritt, die Kupplung vollständig geöffnet, so dass ein sicherheitskritischer
Schlupfzustand der Kupplung bei Stromausfall vermieden wird. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass ein Aktuator wenigstens eines der beiden Getriebestränge des
Doppelkupplungsgetriebes zwei Mechanikteile, einen Elektromotor
als Antrieb, eine Stromversorgung für den Elektromotor und einen
Hydraulikteil umfasst. Der Hydraulikteil ist zwischen dem ersten
und zweiten Mechanikteil angeordnet und der erste Mechanikteil ist
zwischen dem Elektromotor und dem Hydraulikteil angeordnet. Der
Hydraulikteil umfasst dabei ein Ablassventil, welches elektrisch
betätigbar
ist und bei einer Stromlosstellung, d. h. einem Stromausfall o. Ä., öffnet. Weiter
ist der Hydraulikteil mit der Stromversorgung des Elektromotors
verbunden. Im normalen Betrieb ist der Hydraulikteil mit Hydraulikfluid,
z. B. Öl,
gefüllt
und verhält
sich zwischen den beiden Mechanikteilen starr. Dadurch erfolgt eine
Drehmomentübertragung
vom ersten Mechanikteil über
den Hydraulikteil auf den zweiten Mechanikteil. Wenn nun ein Stromausfall
auftritt, hält
der elektromotorische Antrieb an und das Ablassventil, welches mit
der gleichen Stromquelle wie der Elektromotor verbunden ist, wird
stromlos gestellt, so dass dieses öffnet. Dadurch kann das Fluid
aus dem Hydraulikteil durch das offene Ablassventil entweichen,
so dass die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Mechanikteil getrennt
ist. Somit kann insbesondere ein sicherheitskritischer Zustand während eines
Schaltvorgangs des Getriebes unterbunden werden.
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Die
Unteransprüche
zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Vorzugsweise
umfassen der erste und zweite Getriebestrang jeweils einen Aktuator
mit zwischengeschaltetem Hydraulikteil. Dadurch können nachteilige
Auswirkungen eines Stromausfalls während eines Schaltvorgangs
bei beiden Getriebesträngen
ausgeschlossen werden.
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Um
eine sichere Öffnung
der Kupplung zu erreichen, umfasst der Aktor ferner ein Rückstellelement,
um den zweiten Mechanikteil in Richtung des ersten Mechanikteils
zurückzustellen,
wenn das Ablassventil geöffnet
ist und der Hydraulikteil geleert ist. Dadurch wird eine sichere
Trennung der Kupplung erreicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst
der Hydraulikteil ferner einen Drucksensor, welcher einen Druck
im Hydraulikteil erfasst. Mittels des Drucksensors kann somit eine
Kupplungskraft während
eines Kupplungsvorgangs gemessen werden. Dabei ist durch die direkte
Messung der Kupplungskraft im Hydraulikteil eine höhere Genauigkeit
der Messung möglich
als beispielsweise bei einer Wegsensierung, aus welcher dann auf
die Kupplungskraft geschlossen wird.
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Weiter
bevorzugt umfasst der Hydraulikteil einen Zylinder, einen mit dem
ersten Mechanikteil verbundenen ersten Kolben und einen mit dem
zweiten Mechanikteil verbundenen zweiten Kolben, wobei ein Druckraum
zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben angeordnet ist
und das Ablassventil am Druckraum vorgesehen ist. Hierdurch kann
ein einfacher und kostengünstiger
Aufbau erreicht werden. Ferner ist es möglich, durch die Verwendung des
Druckraums zwischen den zwei Kolben sowohl eine lineare Anordnung
der Bauteile des Hydraulikteils als auch eine andere beliebige Anordnung,
beispielsweise in einem 90°-Winkel
o. Ä. vorzusehen. Dadurch
kann insbesondere auf bauraumbedingte Einschränkungen bzw. Getriebetypen
unterschiedlicher Fahrzeughersteller schnell und einfach eine Anpassung
des Aktuators ermöglicht
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
der erste Mechanikteil selbsthemmend ausgebildet. Dadurch ist es
zum ersten Mal möglich,
ein Doppelkupplungsgetriebe mit einem selbsthemmenden Mechanikteil
einzusetzen, wodurch weitere bauraumbedingte Vorteile erhalten werden.
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Vorzugsweise
wird der Elektromotor eines Aktuators zusätzlich auch zum Antreiben eines
Pumpenelements zum Füllen
des Hydraulikteils verwendet. Vorzugsweise wird der Hydraulikteil
dabei beim Starten des Fahrzeugs gefüllt, wobei ein vorbestimmter
Druck im Hydraulikteil vorgesehen wird. Vorzugsweise ist ein gemeinsames
Pumpenelement zum Füllen
der Hydraulikteile vorgesehen oder je Hydraulikteil ist ein einzelnes
Pumpenelement vorgesehen.
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Zeichnung
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im
Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Aktorik eines Doppelkupplungsgetriebes
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf 1 ein Doppelkupplungsgetriebe 1 gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt
sehr schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Aktorik eines Doppelkupplungsgetriebes.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 1 einen
ersten Antriebsstrang 2 und einen zweiten Antriebsstrang 3.
Im ersten Antriebsstrang 2 dient dabei eine erste Kupplung 4 zur
Herstellung einer Verbindung zwischen einem nicht gezeigten Fahrzeugantrieb,
z. B. einem Verbrennungsmotor oder Elektromotor, und dem ersten
Getriebestrang 2. Eine zweite Kupplung 5 dient ebenfalls
zum Trennen bzw. Verbinden zwischen dem Fahrzeugantrieb und dem
zweiten Getriebestrang 3. Die erste Kupplung 4 wird
dabei mittels eines ersten Aktuators 6 betätigt und
die zweite Kupplung 5 wird mittels eines zweiten Aktuators 7 betätigt. Die
beiden Getriebestränge 2, 3 können dabei koaxial
nebeneinander angeordnet sein oder alternativ ist ein Getriebestrang
in einer Hohlwelle angeordnet, welche eine Welle des anderen Getriebestrangs umgibt.
Während
des Betriebes wird nun beim Schalten von einem Gang in einen anderen
Gang die eine Kupplung geöffnet
und die andere Kupplung gleichzeitig geschlossen, um das vom Fahrzeugantrieb
gelieferte Antriebsdrehmoment zugkraftunterbrechungsfrei vom ersten
Getriebestrang 2 auf den zweiten Getriebestrang 3 oder
umgekehrt zu übergeben.
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Der
erste Aktuator 6 umfasst, wie aus 1 ersichtlich
ist, einen Elektromotor 10, einen ersten Mechanikteil 11,
einen zweiten Mechanikteil 12, eine Stromversorgung 16 und
einen Hydraulikteil 13. Der Hydraulikteil 13 ist
zwischen dem ersten Mechanikteil 11 und dem zweiten Mechanikteil 12 angeordnet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst der Hydraulikteil 13 einen
Zylinder, in welchem zwischen einem ersten Kolben 17 und
einem zweiten Kolben 18 ein Druckraum 19 angeordnet
ist. Der Druckraum 19 ist mit einem Drucksensor 15 verbunden.
Der Druckraum 19 wird mit einem Fluid, z. B. Öl, über eine
Pumpe (nicht dargestellt) versorgt. Ferner weist der Druckraum 19 einen
Auslass auf, welcher mittels eines Ablassventils 14 freigebbar
bzw. verschließbar
ist. Das Ablassventil 14 ist dabei ein elektrisch betätigtes Ventil,
welches mit der Stromversorgung 16, die auch den Elektromotor 10 versorgt,
verbunden ist. Dabei ist das Ablassventil 14 derart ausgelegt,
dass, solange Strom von der Stromversorgung 16 zugeführt wird,
das Ablassventil 14 geschlossen ist. Wenn jedoch das Ablassventil 14 stromlos
geschaltet wird, geht es in seinen offenen Zustand über, so
dass das im Druckraum 19 befindliche Fluid abgelassen werden
kann. Hierzu ist in 1 schematisch ein Tank 8 angedeutet,
in welchen das Fluid abgelassen wird.
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Es
sei angemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel der erste Mechanikteil 11 selbsthemmend
ausgebildet ist. Der zweite Mechanikteil 12 ist jedoch
nicht selbsthemmend aufgebaut und ist mit einem Rückstellelement 31 verbunden.
Das Rückstellelement 31 ist
beispielsweise ein Federelement. Das Federelement kann alternativ
auch unmittelbar am zweiten Kolben 18 angreifen.
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Somit
ist im Aktuator 6 eine kurze hydraulische Strecke mit Ablassventil
zwischen dem ersten Mechanikteil 11 und dem zweiten Mechanikteil 12 angeordnet.
Solange das Ablassventil 14 des Hydraulikteils 13 geschlossen
ist, wirkt die hydraulische Strecke wie ein starrer Körper, so
dass Drehmoment vom ersten Mechanikteil 11 über den
Hydraulikteil 13 auf den zweiten Mechanikteil 12 übertragen
werden kann. Dadurch ist eine Betätigung, d. h. ein Öffnen oder
Schließen,
der ersten Kupplung 4 möglich.
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Der
zweite Aktuator 7 ist identisch zum ersten Aktuator 6 aufgebaut
und umfasst ebenfalls einen Elektromotor 20, einen ersten
Mechanikteil 21, einen zweiten Mechanikteil 22,
einen Hydraulikteil 23 und eine Stromversorgung 26.
Der Hydraulikteil 23 umfasst ein Ablassventil 24,
einen Drucksensor 25, einen ersten Kolben 27,
einen zweiten Kolben 28 und einen zwischen den beiden Kolben
liegenden Druckraum 29. Der zweite Aktuator 7 betätigt dabei
die zweite Kupplung 5.
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Der
zweite Aktuator 7 umfasst ebenfalls ein Rückstellelement 32,
welches am zweiten Mechanikteil 22 angreift. Alternativ
kann dieses Rückstellelement
auch am zweiten Kolben 28 angreifen.
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Die
erfindungsgemäße Konstruktion
hat nun den Vorteil einer verbesserten Ausfallsicherheit des Dopplungskupplungsgetriebes 1,
falls beispielsweise die Stromversorgung unterbrochen ist und das
System ausfällt.
Beim Start des Fahrzeugs werden die Druckräume 19 und 29 des
ersten Aktuators 6 und des zweiten Aktuators 7 mit Öl gefüllt, bis
ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Dadurch weist der Hydraulikteil 13 des
ersten Aktuators 6 und der Hydraulikteil 23 des
zweiten Aktuators 7 ein starres Verhalten auf. Wenn nun
der Elektromotor 16 des ersten Aktuators 6 betrieben
wird, wird das Drehmoment über
den ersten Mechanikteil 11, den Hydraulikteil 13 und
den zweiten Mechanikteil 12 auf die Kupplung 4 übertragen.
Hierbei kann ein Kupplungselement in Axialrichtung vor- bzw. zurückgestellt
werden. Die Mechanikteile sind dabei beispielsweise Schneckenzahnräder. Zum
Schalten für
eine Überschneidungsschaltung
werden dabei der erste Aktuator 6 und der zweite Aktuator 7 gleichzeitig
betätigt,
um den Drehmomentpfad vom einen Getriebestrang auf den anderen Getriebestrang
zu wechseln. Dabei tritt Schlupf in den Kupplungen 4 und 5 auf.
Wenn nun eine Störung
vorliegt und beispielsweise die Stromversorgung 16 des
Elektromotors 10 unterbrochen ist, öffnet das Ablassventil 14,
da das über
die Stromversorgung 16 versorgte Ablassventil 14 ebenfalls nicht
mehr mit Strom versorgt wird. Dadurch strömt das im Druckraum 19 befindliche
Fluid in den Tank 8. Hierdurch sinkt jedoch der Druck im
Druckraum 19, so dass der zweite Mechanikteil 12 mittels
der Rückstellkraft
des Federelements 31 in Richtung auf den ersten Mechanikteil 11 bewegt
wird. Dadurch kommt jedoch die Kupplung 4 vollständig außer Eingriff,
so dass es nicht zu einem kritischen Zustand kommen kann, in welchem
ein Schleifen der Kupplung 4 vorliegt. So wird verhindert,
dass einerseits eine Getriebewelle blockieren kann und andererseits
viel Wärme
durch Reibung in der Kupplung entstehen kann. Für den zweiten Antriebsstrang 3 gilt
das zum ersten Antriebsstrang 2 Gesagte, wenn die Stromversorgung 26 ausfallen
sollte. Es sei angemerkt, dass es selbstverständlich grundsätzlich möglich ist,
dass nur eine gemeinsame Stromversorgung für den ersten und zweiten Aktuator 6, 7 sowie
die Ablassventile 14, 24 vorgesehen wird. Sollte
diese gemeinsame Stromversorgung ausfallen, öffnen beide Kupplungen, wie
oben beschrieben.
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Somit
kann erfindungsgemäß ein Doppelkupplungsgetriebe
bereitgestellt werden, bei welchem ein elektromechanischer Aktuator
vorgesehen ist, welcher eine selbsthemmende Mechanik, nämlich im
ersten Mechanikteil 11 bzw. 21, aufweist, und trotzdem
eine verbesserte Ausfallsicherheit aufweist.