DE102008064477A1

DE102008064477A1 - Doppelkupplungsgetriebe

Info

Publication number: DE102008064477A1
Application number: DE102008064477A
Authority: DE
Inventors: Marco Grethel
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: DE102008064477B4

Abstract

Es wird ein Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen, dessen Gänge hydraulisch mittels Schaltkupplungen betätigt werden, die hydraulisch unter anderem mittels eines Drehschieberventils gesteuert werden, wobei das Drehschieberventil mittels eines linearen Antriebs betätigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch, beispielsweise mittels Schaltzylindern betätigtes Doppelkupplungsgetriebe.
Ein derartiges Doppelkupplungsgetriebe ist in der DE 2007 018 499 A1 beschrieben. Zur Verringerung der Anzahl der Steuerventile zur Steuerung der Schaltaktoren wird ein Drehschieberventil verwendet. Der Antrieb erfolgt mittels eines Drehantriebs, beispielsweise mittels eines Schrittmotors. Derartige Antriebe sind Spezialanwendungen, so dass deren Herstellung aufwändig und kostenintensiv ist. Weiterhin ist zur Positionsüberwachung des Drehschieberventils die aufwändige Erfassung der Winkelposition nötig.
Es stellt sich daher die Aufgabe, für ein Doppelkupplungsgetriebe eine robuste und kostengünstige Betätigung des Drehschieberventils vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch Doppelkupplungsgetriebe mit einer hydraulischen Steuerung zur Auswahl und Betätigung einer Mehrzahl von Gängen gelöst, wobei in der hydraulischen Steuerung ein Drehschieberventil verwendet wird, und der Drehschieber des Drehschieberventils von einem linear und in beide Drehrichtungen des Drehschiebers wirksamen Aktor angetrieben wird.
Eine vorteilhafte Ausführung kann ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilantriebssträngen vorsehen, in denen jeweils eine Mehrzahl von Gängen mittels hydraulischen Schaltaktoren, beispielsweise Schaltzylindern, schaltbar sind, sowie einer hydraulischen Vorrichtung zum Steuern der Schaltaktoren mit einem Drehschieberventil, wobei das Drehschieberventil von einem linear und in beide Drehrichtungen des Drehschieberventils wirksamen Aktor angetrieben wird. Die Betätigung des Drehschieberventils erfolgt erfindungsgemäß mittels eines linear wirksamen Aktors mit einem Getriebe, das die lineare Bewegung des Aktors in eine Drehbewegung wandelt. Hierzu weist der Aktor in vorteilhafter Weise einen axial verlagerbaren Kolben und einen Antrieb auf. Der Kolben bildet dabei ein mit dem Drehschieberventil wechselwirkendes Getriebeteil, das mit einem Getriebeteil des Drehschieberventils eine Kraftübertragung bildet, die reib- oder formschlüssig sein kann.
Zur Ausbildung eines robusten Antriebs kann insbesondere ein Formschluss verwendet werden, beispielsweise Nocken-/Nutverbindungen, Gelenkverbindungen und dergleichen. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn im Kolben eine Zahnstange integriert ist, die mit einem am Drehschieberventil vorgesehenen Zahnrad verzahnt ist. Der Kolben kann dabei einteilig ein Zahnprofil aufweisen, das in diesen eingeprägt, beispielsweise eingerollt, ist. Weiterhin kann ein separat gefertigtes Kolbenprofil an dem Kolben befestigt werden, wenn beispielsweise für Kolben und Zahnprofil unterschiedliche Materialien mit jeweils angepassten Eigenschaften verwendet werden sollen und/oder Fertigungsvorteile für eine derartige Ausgestaltung sprechen. Die Zahnstange wird mit einem Zahnrad oder einem Zahnradsegment verzahnt, die mit dem Drehschieber des Drehschieberventils verbunden sind. Eine axiale Auslenkung des Kolbens bewirkt durch die Verzahnung mit dem Zahnrad eine Verdrehung des Drehschiebers. Axial beziehungsweise linear wirksame Aktoren sind einfacher aufzubauen und zumeist aus kostengünstigen Komponenten herstellbar. Durch ein geringes Zahnflankenspiel kann ein schrittweise oder proportional zu einer Steuergröße betriebener Antrieb die einzelnen Positionen des Drehschiebers exakt ansteuern.
Der Antrieb kann direkt auf den Kolben einwirken. Dies bedeutet, dass die Kraftrichtung des Antriebs im Wesentlichen koaxial zu den linearen Längsbewegungen des Kolbens ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen Kolben und Antrieb ein zweiarmiger Hebel wirksam sein, so dass die Wirkrichtung des Antriebs und die lineare, das heißt axiale Bewegung des Kolbens zueinander winkelversetzt sind. Hierbei haben sich Anordnungen als vorteilhaft erwiesen, bei denen die axiale Bewegungsrichtung des Kolbens und Wirkungsrichtung des Antriebs im Wesentlichen zueinander parallel sind.
Als Antriebe können bidirektionale Antriebe verwendet werden, die in beide Bewegungsrichtungen des Kolbens eine Kraft auf diesen ausüben können, den Kolben also in Schub- und Zugrichtung beaufschlagen können. Alternativ kann an beiden Enden des Kolbens jeweils ein in eine Richtung wirksamer Antrieb platziert werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Anordnungen erwiesen, bei denen ein Antrieb gegen einen axial wirksamen Energiespeicher den Kolben verlagert, so dass lediglich eine Beaufschlagung des Kolbens in eine Richtung notwendig ist und bei nachlassender Betätigung des Antriebs der Kolben durch die gespeicherte Kraft des Energiespeichers zurückverlagert wird. Derartige Energiespeicher können beispielsweise Schrauben und/oder Tellerfedern sein, die in einer gehäusefesten Ausnehmung, die gleichzeitig Führung für den Kolben sein kann, zwischen einem gehäusefesten Anschlag und dem Kolben, beispielsweise stirnseitig, verspannt sind.
Als Antrieb eignen sich elektrische, hydraulische oder pneumatische Einheiten, die eine lineare Verlagerung des Kolbens bewirken können. Als besonders vorteilhaft haben sich Proportionalmagneten erwiesen, die in hydraulischen Anwendungen etabliert sind und daher in kompatibler Weise in hydraulische Steuerungen einbezogen werden können. In gleicher Weise vorteilhaft kann ein hydraulischer Antrieb sein, wobei der Kolben in einer gehäusefesten Aufnahme axial verlagerbar und abgedichtet aufgenommen sein kann, wodurch sich eine Druckkammer ausbildet, die von einer Druckversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Pumpe, für die Versorgung des übrigen Hydraulikkreises des Doppelkupplungsgetriebes eingesetzt wird, mit Druck beaufschlagt wird, wobei ein zwischengeschaltetes Druckventil den Drehschieber bei Bedarf steuert.
Der Drehwinkel des Drehschiebers kann in vorteilhafter Weise durch die Verlagerung des Kolbens erfasst werden, indem die Übersetzung des Getriebes zur Wandlung der Linearbewegung des Kolbens in die Drehberechnung des Drehschiebers eingerechnet wird. Die Bewegung kann aus der Linearbewegung des Aktors, der Energieaufnahme des Aktors oder der Axialbewegung des Kolbens erfasst werden. Die Erfassung kann analog oder inkrementell erfolgen. Hierzu wird ein entsprechender Sensor, beispielsweise ein Hall-Sensor oder Induktivsensor gehäusefest im Bereich des sich axial verlagernden Bauteils platziert werden. Das verlagerbare Bauteil, beispielsweise der Kolben, wird im Falle der Verwendung eines Hall-Sensors mit entsprechenden Sensormagneten versehen.
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Aktors zur Betätigung eines Drehschieberventils,
2 ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes zur Betätigung eines Drehschiebers
und
3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele von Aktoren zur Betätigung eines Drehschieberventils.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Aktors 1 zur Betätigung eines Drehschieberventils, von dem lediglich der Drehschieber 2 dargestellt ist. Der Drehschieber 2 schaltet mittels einer Verdrehung unterschiedliche Leitungsanschlüsse, beispielsweise jeweils einen Druckanschluss mit einem Schaltaktor, der durch Verlagerung eine Schaltgabel betätigt, die den entsprechenden Gang des Doppelkupplungsgetriebes einlegt.
Zur Verdrehung des Drehschiebers 2 weist der Aktor einen axial verlagerbaren Kolben 3 auf, der von einem Antrieb 4 axial beaufschlagt wird. Zwischen dem Kolben 3 und dem Drehschieber 2 ist ein Getriebe 5 wirksam, das mittels eines Reib- oder Formschlusses die axiale Verlagerung des Kolbens 3 in eine Drehbewegung des Drehschiebers wandelt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Antrieb durch einen Proportionalmagneten 6 gebildet, der die Stirnseite des Kolbens 3 entgegen der Wirkung des Energiespeichers 7, der – wie gezeigt – als Schraubendruckfeder oder aus anderen Federelementen wie beispielsweise einer oder mehreren Tellerfedern gebildet sein kann, axial verlagert. Der Proportionalmagnet 6 wird von einer Steuereinheit angesteuert. Die axiale Verlagerung des Kolbens und damit die Verdrehung des Drehschiebers 2 wird mittels eines Wegsensors 8, beispielsweise mittels des gezeigten Hall-Sensors überwacht. Am Kolben 3 sind hierzu magnetisch aktive Mittel, beispielsweise Magnetelemente 9 vorgesehen, auf die der Hall-Sensor anspricht.
Zur Lagerung und Führung des Kolbens 3 und zur Aufnahme des Energiespeichers 7 ist gehäusefest, beispielsweise in einem Getriebegehäuse oder Schaltblock der hydraulischen Getriebesteuerung, eine Ausnehmung 10 mit einer an deren Stirnseite eingebrachten Anlagefläche 11 vorgesehen, an der sich der Energiespeicher 7 abstützt. Am anderen Ende des Kolbens 3 ist dieser an einem gehäusefesten Durchbruch 12 geführt. Es versteht sich, dass Lagerung und Führung des Kolbens 3 auch in anderer Weise ausgeführt sein kann.
2 zeigt ein Getriebe 5 zur Wandlung der Linearbewegung des Kolbens 3 in eine Drehbewegung zum Antrieb des Drehschiebers 2 (1). In den Kolben 3 ist hierzu eine Verzahnung 13 eingebracht, die mit einer Außenverzahnung 14 kämmt, die am Drehschieber 2 vorgesehen ist. Die Außenverzahnung kann – wie gezeigt – in Form eines Zahnrads 15 am Drehschieber angebracht sein oder in den Drehschieber integriert sein, das heißt in den Drehschieberkörper eingearbeitet sein. Beispielsweise kann bei einem Drehschieber, der mittels eines Spritzgussverfahrens aus Kunststoff hergestellt ist, das Zahnrad oder Zahnsegment bereits werkzeugfallend vorgesehen werden.
3 zeigt in Abänderung des Ausführungsbeispiels der 1 einen Aktor 16 mit einem Kolben 3, der vom Antrieb 4 mittels eines zweiarmigen Hebels 17 axial verlagert wird. Der Drehpunkt 18 des Hebels 17 ist gehäusefest aufgenommen, wobei die beiden Hebelarme einerseits am Antrieb 4 und andererseits am Kolben 3 anliegen. Durch Verlagerung des Drehpunktes 18 kann durch die geänderten Hebelverhältnisse die Kraft-/Wegkennlinie des Antriebs an die Erfordernisse des Drehschiebers angepasst werden. Weiterhin können gegebenenfalls bestehende Bauraumeinschränkungen umgangen werden. Um das Abrollen des Kolbens 3 an dem zugeordneten Hebelarm zu erleichtern, weist der Kolben 3 an seiner Stirnseite eine ballige Anlagefläche 19 auf. Alternativ – in diesem Falle erfolgt die Anbindung des Kolbens 3 an den Hebelarm auch in Zugrichtung – oder zusätzlich kann an der der Beaufschlagungsfläche 20 des Antriebs 4 entgegen gesetzten Anlagefläche 21 ein Energiespeicher 22, der sich gehäusefest abstützt, vorgesehen sein, der die Rückführung des Kolbens 3 entgegen der Kraft des Antriebs 4 bewirkt beziehungsweise unterstützt.
4 zeigt in Abänderung der in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele einen Aktor 23 mit hydraulischem Antrieb 24. Hierzu ist gehäusefest eine Ausnehmung 25 vorgesehen, die mit der Endseite 26 des Kolbens 3 eine Druckkammer 27 bildet, so dass der Kolben 3 bei entsprechender Abdichtung von Kolben 3 und Ausnehmung 25 mittels einer Druckbeaufschlagung der Druckkammer 27 axial verlagert wird. Die Druckbeaufschlagung kann mittels eines Ventils von einer Steuereinheit gesteuert werden, indem der von einer Druckversorgungseinheit 28, beispielsweise einer hydraulischen Pumpe, die auch die übrige Hydraulikeinheit mit Druck versorgen kann, bereitgestellte Druck geregelt wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Druck mittels einer Vorsteuerventileinheit 29 geregelt. Hierbei ist im Ruhezustand des Drehschiebers 2 des Drehschieberventils die Vorsteuerventileinheit 29 geöffnet, so dass kein oder nur ein vernachlässigbarer Druck in der Druckkammer 27 aufgebaut wird. Bei einer gewünschten Verdrehung des Drehschiebers 2 wird die Vorsteuereinheit 29 geschlossen, so dass Druck in der Druckkammer 27 aufgebaut wird. Der Druck wird aufrecht erhalten, bis sich der Drehschieber 2 um den gewünschten Verdrehwinkel verdreht hat. Der Verdrehwinkel wird mittels des Sensors 8 unter Berücksichtigung der im Getriebe 5 eingestellten Übersetzung erfasst. Zur genauen Fixierung der Schaltpositionen des Drehschiebers kann dieser über eine Rastierung, beispielsweise zumindest eine federbelastete Kugel, die in entsprechende Ausnehmungen an den gewünschten Rastpositionen einrastet, gegenüber einer gehäusefesten Fläche, beispielsweise gegenüber dem Drehschieberventilgehäuse verfügen.
Soll lediglich eine vereinfachte Form der Winkelsensorik des Drehschiebers 2 in Verbindung mit einem Drehantrieb des Drehschiebers vorgesehen werden, so kann das Ausführungsbei spiel der 1 unter Weglassung des Antriebs 4 als Sensorikeinheit verwendet werden. Gegebenenfalls kann auch der Energiespeicher 7 weggelassen beziehungsweise zumindest in abgeschwächter Form verwendet werden, da der Kolben 3 formschlüssig in beide Richtungen verlagert wird. Eine Ausführung des Kolbens 3 und des Getriebes 5 aus Kunststoff ist wegen der geringen Krafteinflüsse besonders vorteilhaft.

1: Aktor
2: Drehschieber
3: Kolben
4: Antrieb
5: Getriebe
6: Proportionalmagnet
7: Energiespeicher
8: Sensor
9: Magnetelement
10: Ausnehmung
11: Anlagefläche
12: Durchbruch
13: Verzahnung
14: Außenverzahnung
15: Zahnrad
16: Aktor
17: Hebel
18: Drehpunkt
19: Anlagefläche
20: Beaufschlagungsfläche
21: Anlagefläche
22: Energiespeicher
23: Aktor
24: Antrieb
25: Ausnehmung
26: Endseite
27: Druckkammer
28: Druckversorgungseinheit
29: Vorsteuereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2007018499 A1 [0002]

Claims

Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilantriebssträngen, in denen jeweils eine Mehrzahl von Gängen mittels hydraulischen Schaltaktoren schaltbar sind, sowie einer hydraulischen Vorrichtung zum Steuern der Schaltzylinder mit einem Drehschieberventil mit einem Drehschieber (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (2) von einem linear und in beide Drehrichtungen des Drehschiebers (2) wirksamen Aktor (1, 16, 23) angetrieben wird.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (1, 16, 23) aus einem Antrieb (4, 24) und einem von diesem axial verlagerbaren Kolben (3) gebildet ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Kolben (3) eine Zahnstange integriert ist, die mit einem am Drehschieber (2) vorgesehenen Zahnrad (15) verzahnt ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (4, 24) den Kolben (3) direkt linear beaufschlagt.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kolben (3) und Antrieb (4) ein zweiarmiger Hebel (17) wirksam ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (4, 24) den Kolben (3) entgegen der Wirkung eines Energiespeichers (7, 22) verlagert.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (4) ein Proportionalmagnet (6) ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (24) hydraulisch erfolgt.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kolben (3) und ein Gehäuseteil einen Druckraum (27) bilden, der zur axialen Verlagerung des Kolbens (3) mit Druck beaufschlagbar ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Bewegung des Aktors (1, 16, 23) mittels eines Sensors (8) erfasst wird.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein Hall-Sensor ist.
Doppelkupplungsgetriebe mit einer hydraulischen Steuerung zur Auswahl und Betätigung einer Mehrzahl von Gängen, wobei in der hydraulischen Steuerung ein Drehschieberventil verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (2) des Drehschieberventils von einem linear und in beide Drehrichtungen des Drehschiebers (2) wirksamen Aktor (1, 16, 23) angetrieben wird.