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Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe in Dreiwellenanordnung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentspruches 1.
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Ein derartiges Doppelkupplungsgetriebe beschreibt beispielsweise die
EP 1 067 312 B1 , bei der zwei koaxial angeordnete, mit der Doppelkupplung zusammenwirkende Eingangswellen mit entsprechenden Gangzahnrädern auf zwei Abtriebswellen mit korrespondierenden Schaltzahnrädern abtreiben. Vorteile derartiger Doppelkupplungsgetriebe sind insbesondere der schnelle, ggf. ohne Zugkraftunterbrechung vollziehbare Gangwechsel, bei dem die der geöffneten Kupplung zugeordneten Gangstufen jeweils bereits vorwählbar sind. Die Baulänge des Getriebes bestimmt sich u. a. aus der Anzahl der Gangstufen mit entsprechend vielen Zahnrädern auf den Eingangswellen und ist z. B. bei einem Getriebe mit sechs Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang nicht unerheblich.
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Durch die
EP 1 914 105 A2 ist ein weiteres Doppelkupplungsgetriebe der gattungsgemäßen Art bekannt, das von den Drehachsen her gesehen in Zweiwellenbauart ausgeführt ist, mit einer dritten, zu den beiden Getriebewellen schräg angeordneten Abtriebswelle zur Überführung des Abtriebsmomentes über eine Beveloidzahnradstufe seitlich am Getriebe vorbei zu einem vorne liegenden Achsdifferenzial. Auch hier ist eine nicht unbeträchtliche Baulänge des Getriebes in Kauf zu nehmen, da sämtliche die Gangstufen bildenden Zahnräder hintereinander auf den beiden Getriebewellen angeordnet sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Doppelkupplungsgetriebe der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, das baulich besonders kompakt und trotz Bereitstellung zahlreicher Gangstufen mit geringer Baulänge herstellbar ist und das durch seine Konstruktion zusätzliche Funktionen und Ausgestaltungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Zahnräder auf den Eingangswellen mit Festzahnrädern auf einer benachbarten Zwischenwelle kämmen, welche Festzahnräder ferner mit den Schaltzahnrädern der funktionell einzigen Abtriebswelle zusammenwirken. Die vorgeschlagene Getriebeauslegung schafft für das Doppelkupplungsgetriebe ein Gruppengetriebe, bei dem die auf den Eingangswellen befindlichen Zahnräder der Gangstufen über die Zwischenwelle mit jedem Schaltzahnrad auf der Abtriebswelle kuppelbar ist. Insgesamt sind weniger, die Baulänge des Getriebes bestimmende Zahnräder bei vergleichbaren Gangstufen erforderlich.
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Besonders bevorzugt können auf der einen Eingangswelle zwei über Synchronkupplungen kuppelbare Schaltzahnräder und auf der anderen Eingangswelle ein Festzahnrad angeordnet sein, die über Synchronkupplungen auf der Abtriebswelle mit den korrespondierenden Schaltzahnrädern der Abtriebswelle kuppelbar sind. Dies ergibt auf der Eingangsseite drei Gangzahnräder, die in Verbindung mit vier Gangzahnrädern auf der Abtriebswelle theoretisch zwölf Gangstufen bilden. Dabei kann auf der einen Eingangswelle auch eine Synchronkupplung entfallen.
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Alternativ dazu können auf beiden Eingangswellen zwei über Synchronkupplungen kuppelbare Schaltzahnräder angeordnet sein, die über Synchronkupplungen auf der Abtriebswelle mit den korrespondierenden Schaltzahnrädern der Abtriebswelle kuppelbar sind. Daraus resultieren theoretisch sechzehn Gangstufen. Es sei jedoch bemerkt, dass aufgrund der Auslegung des Doppelkupplungsgetriebes zu einem Gruppengetriebe nicht alle sich ergebenden Gangstufen bei üblichen Übersetzungssprüngen nutzbar sind.
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In zweckmäßiger Weise kann eine Übersetzungsstufe zwischen einem Schaltzahnrad auf der Eingangswelle, dem korrespondierenden Festzahnrad auf der Zwischenwelle und dem Schaltzahnrad auf der Abtriebswelle durch Zwischenschaltung eines Umkehrzahnrades als Rückwärtsgang ausgeführt sein. Durch die Gruppengetriebeauslegung können ggf. sogar mehrere, in der Übersetzung unterschiedliche Rückwärtsgänge nutzbar sein.
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Insbesondere können bei einem Kraftfahrzeug mit zumindest Frontantrieb (oder Allradantrieb) die Zwischenwelle und die Abtriebswelle achsparallel ausgerichtet und unter einem definierten Winkel schräg zu den koaxialen Eingangswellen angeordnet sein, wobei die Zahnräder auf den Eingangswellen Beveloidverzahnungen aufweisen. Damit kann das das vordere Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges antreibende Kegelzahnrad auf der Abtriebswelle und das Differenzialgetriebe räumlich vorteilhaft neben der Doppelkupplung des Getriebes angeordnet werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann ferner zumindest eine Übersetzungsstufe zwischen einem Zahnrad auf der einen Eingangswelle und einem Zahnrad auf der anderen Eingangswelle relativ zur Abtriebswelle gleich oder annähernd gleich ausgeführt sein, so dass eine Antriebsübertragung in diesen Übersetzungsstufen über beide Kupplungen ausführbar ist. Dabei kann eine Kupplung vollständig geschlossen sein, während die andere ggf. im geregelten Schlupfzustand gehalten wird. Durch das Anfahren über zwei Kupplungen ist es gegebenenfalls möglich, die Kupplungen kleiner zu dimensionieren.
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Aufgrund der höheren Anzahl an Gangstufen (vorwärts wie rückwärts) gegenüber konventionellen Getrieben ist es alternativ oder ergänzend möglich, eine kürzere Anfahrübersetzung als üblich zu realisieren und ist damit eine kleinere Anfahrkupplung ermöglicht.
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Des weiteren kann das Abtriebsritzel der Abtriebswelle zum Antrieb eines integrierten Achsdifferenziales seitlich neben der eingangsseitigen Doppelkupplung angeordnet sein, wobei in baulich günstiger Weise bei einem Längseinbau des Getriebes die die Eingangswelle kreuzende Differenzial-Halbwelle vor oder hinter der Doppelkupplung positioniert ist.
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Bei einer Auslegung des Doppelkupplungsgetriebes für einen Allradantrieb mit zwei Abtriebselementen und einem integrierten Zwischenachsdifferenzial wird vorgeschlagen, dass die Abtriebswelle als Hohlwelle ausgeführt ist, durch die hindurch die beiden abtreibenden, koaxialen Achswellen geführt sind.
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Dabei kann in einer fertigungstechnisch vorteilhaften Konstruktion das Zwischenachsdifferenzial etwa mittig der Abtriebswelle zwischen einer ersten und einer zweiten Gruppe von Schaltzahnrädern mit je einer Doppelsynchronkupplung positioniert sein. Dies ermöglicht im Wesentlichen gleich lange, abtreibende Achswellen, die ggf. sogar als Gleichteile ausgeführt sein können.
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Ferner kann das Zwischenachsdifferenzial beispielsweise in an sich bekannter Weise als Torsendifferenzial oder noch bauraumgünstiger als Kronraddifferenzial beziehungsweise als Parallelachsendifferenzial ausgeführt sein, die sich aufgrund ihrer kompakten Abmaße optimal in die als Hohlwelle konzipierte Abtriebswelle einfügen. Dabei kann in weiterer fertigungstechnisch günstiger Auslegung das antreibende Gehäuse des Zwischenachsdifferenziales mittig in zwei Gehäusehälften unterteilt sein, wobei eine jede Gehäusehälfte einstückig mit der korrespondierenden Hälfte der Abtriebswelle ausgeführt ist.
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Des weiteren kann zur Erzielung eines im wesentlichen mittigen Abtriebs zum hinteren Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges die nach hinten geführte Achswelle des Zwischenachsdifferenziales über einen Stirnradtrieb auf eine Flanschwelle abtreiben, die koaxial zur Zwischenwelle angeordnet ist.
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Schließlich können die drei Drehachsen der besagten Getriebewellen im Querschnitt gesehen ein Dreieck bildend derart ausgerichtet sein, dass die Drehachse der Abtriebswelle(n) oberhalb, seitlich oder unterhalb der Eingangswelle(n) positioniert sind und damit optimal an gegebene Einbauverhältnisse des Kraftfahrzeuges anpassbar sind.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 als Blockschaltbild ein Doppelkupplungsgetriebe in Dreiwellenanordnung für Kraftfahrzeuge, mit zwei koaxialen Eingangswellen, einer Zwischenwelle und einer Abtriebswelle, die auf ein vorderes Achsdifferenzial abtreibt;
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2 eine tabellarische Übersicht der mit dem Doppelkupplungsgetriebe schaltbaren Übersetzungsstufen;
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3 ebenfalls als Blockschaltbild ein zur 1 modifiziertes Doppelkupplungsgetriebe für ein allradgetriebenes Kraftfahrzeug mit zusätzlich einem Zwischenachsdifferenzial und einem zweiten Abtriebselement zu einem hinteren Achsdifferenzial;
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4 wiederum eine tabellarische Übersicht der mit dem Doppelkupplungsgetriebe gemäß 3 schaltbaren Übersetzungsstufen; und
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5a bis 5c drei bevorzugte, jeweils in einem Dreieck ausgelegte Anordnungen der Drehachsen der Eingangswelle, der Zwischenwelle und der Abtriebswelle des Doppelkupplungsgetriebes.
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In der 1 ist mit 10 ein Doppelkupplungsgetriebe bezeichnet, mit zwei koaxialen Eingangswellen 12, 14, die über eine Doppelkupplung bzw. über zwei hydraulisch gesteuerte Reibungs-Kupplungen K1, K2 mit der Kraftabgabewelle einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) trieblich verbindbar sind.
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Die Eingangswelle 12 trägt ein Festzahnrad 16, das mit einem Festzahnrad 18 auf einer Zwischenwelle 20 kämmt.
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Ferner sind auf der als Hohlwelle ausgeführten Eingangswelle 14 zwei Schaltzahnräder 22, 24 verdrehbar gelagert, die alternierend mittels einer Doppelsynchronkupplung 26 mit der Eingangswelle 14 kuppelbar sind. Die Schaltzahnräder 22, 24 kämmen mit weiteren Festzahnrädern 28, 30 auf der Zwischenwelle 20.
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Achsparallel zur Zwischenwelle 20 ist eine Abtriebswelle 32 vorgesehen, die vier über zwei Doppelsynchronkupplungen 34, 36 mit der Abtriebswelle 32 kuppelbare Schaltzahnräder 38, 40, 42, 44 trägt. Die Schaltzahnräder 38, 40, 42 kämmen mit den Festzahnrädern 18, 28, 30 auf der Zwischenwelle 20, die über ein weiteres Festzahnrad 31 mit dem Schaltzahnrad 44 zusammenwirkt.
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Des Weiteren ist an der Abtriebswelle 32 ein Abtriebsritzel 46 befestigt, das mit einem in das Doppelkupplungsgetriebe 10 integrierten Achsdifferenzial 48 zusammenwirkt.
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Das Achsdifferenzial 48 (z. B. ein Kegelraddifferenzial) treibt über nur angedeutete Halbwellen 50, 52 die Vorderräder des Kraftfahrzeuges in bekannter Weise an; die Halbwelle 50 kreuzt dabei die Eingangswellen 12, 14 zwischen der Doppelkupplung K1, K2 und den Schaltzahnrädern 22, 24.
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Die besagten Wellen 12, 14, 20, 32 sind in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse drehbar in einer Dreiwellenanordnung gelagert, wobei deren Drehachsen gemäß den 5a bis 5c ein Dreieck bilden; in der gezeigten Anordnung sind die beiden koaxialen Eingangswellen 12, 14 als eine Welle betrachtet. Wie ersichtlich ist, kann die das Abtriebsritzel 46 tragende Abtriebswelle 32 oberhalb (5a) oder unterhalb (5b) oder dicht unterhalb und vermehrt seitlich der Eingangswellen 12, 14 liegen, wobei die eine Halbwelle 50 des Achsdifferenziales 48 die Eingangswellen 12, 14 oberhalb (5a) oder mehr oder minder unterhalb (5b, 5c) kreuzen.
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Ferner sind die achsparallelen Drehachsen der Zwischenwelle 20 und der Abtriebswelle 32 zur Drehachse der Eingangswellen 12, 14 in einem Winkel α von ca. 5° nach vorne divergierend geneigt. Um adäquate Zahneingriffe zwischen den besagten Zahnrädern der Wellen 12, 14, 20, 32 sicherzustellen, sind die Zahnräder 16, 22, 24 auf den Eingangswellen 12, 14 mit einer Beveloidverzahnung versehen.
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Durch die beschriebene Anordnung mit der Zwischenwelle 20 und den kuppelbaren Zahnrädern sowohl auf den Eingangswellen 12, 14 als auch auf der Abtriebswelle 32 ist ein Gruppengetriebe geschaffen, mittels dem ein jedes antreibende Zahnrad 22, 24, 16 mit jedem abtreibenden Zahnrad 38, 40, 42, 44 unter Bildung einer Übersetzungsstufe schaltbar ist. Zudem ist zumindest ein Rückwärtsgang R dadurch geschaffen, dass auf einer gehäusefesten Achse 54 ein Umkehrzahnrad 56 angeordnet ist, welches mit dem Festzahnrad 28 auf der Zwischenwelle 20 und dem Schaltzahnrad 38 auf der Abtriebswelle 32 in Eingriff ist.
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Die 2 gibt eine tabellarische Übersicht einer bei vernünftigen Übersetzungssprüngen möglichen Gangabstufung des Doppelkupplungsgetriebes 10. Dabei sind der besseren Übersichtlichkeit wegen die Schaltzustände der Schaltzahnräder 38, 40, 42, 44 mit A, B, C und R bezeichnet, die Schaltzustände der Schaltzahnräder 22, 24 und der Kupplungszustand des Festzahnrades 16 mit I, II und III.
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Die Tabelle gemäß 2 zeigt eine Auslegung mit sieben Vorwärts-Gangstufen (1 bis 7) und theoretischen drei Rückwärtsgängen R.
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Ist beispielsweise die Kupplung K1 geschlossen und sind die beiden Schaltzahnräder I (24) auf der Eingangswelle 14 und A (40) auf der Abtriebswelle 32 aktiviert, so ist der 1. Gang geschaltet. Durch Umschalten der Synchronkupplungen 34 und 36 können die Schaltzahnräder B (42) oder C (44) aktiviert und somit die Gangstufen 3 und 5 geschaltet werden. Wird hingegen das Schaltzahnrad R (38) über die Synchronkupplung 34 aktiviert, so ist ein Rückwärtsgang R geschaltet.
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In z. B. der ersten Gangstufe 1 kann durch Öffnen der Kupplung K1 und gleichzeitiges Schließen der Kupplung K2 die zweite Gangstufe 2 geschaltet werden. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, kann dazu das Schaltzahnrad A auf der Abtriebswelle 32 aktiviert bleiben. Die weiteren Schaltvorgänge zum Aktivieren der sieben Vorwärtsgänge 1 bis 7 können ohne weiteres aus der Tabelle abgeleitet werden, so dass sich weitere Erklärungen dazu erübrigen.
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Durch die unvermeidliche Verknüpfung der Übersetzungsstufen im geschaffenen Gruppengetriebe sind in der Tabelle zwei zweite Vorwärtsgänge 2, 2'', zwei vierte Vorwärtsgänge 4, 4' und mehrere Rückwärtsgänge R, R', R'' geschaffen, die in ihren Übersetzungsverhältnissen i nahe beieinander liegen oder sogar gleich sind. Dies ermöglicht z. B., dass das Kraftfahrzeug in der zweiten Gangstufe 2, 2' durch Schließen beider Kupplungen K1, K2 und aktiviertem Schaltzahnrad A angefahren werden kann, so dass sich das Anfahrmoment auf beide Kupplungen K1, K2, auf beide Eingangswellen 12, 14 und auf das antreibende Schaltzahnrad III (22) und das Festzahnrad 11 (16) aufteilt und Überbelastungen vermieden sind.
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Die 3 zeigt ein weiteres Doppelkupplungsgetriebe 60 für ein Allrad getriebenes Kraftfahrzeug, das nur soweit beschrieben ist, als es sich wesentlich von dem vorstehend erläuterten Doppelkupplungsgetriebe 10 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Abweichend zur 1 sind auf der mit der Kupplung K2 korrespondierenden Eingangswelle 12 zwei Schaltzahnräder 62, 64 angeordnet, die mittels einer weiteren Doppelsynchronkupplung 66 alternierend mit der Eingangswelle 12 kuppelbar sind. Die Schaltzahnräder 62, 64 kämmen mit den Festzahnrädern 18, 31 auf der Zwischenwelle 20.
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Dies ermöglicht bei einer Übersetzungsauslegung gemäß der Tabelle in 4 die Schaffung der über die Synchronkupplung 66 aktivierbaren Schaltzustände II (Schaltzahnrad 62) und IV (über Schaltzahnrad 64) mit Kraftfluss über die Kupplung K2. Daraus resultieren weitere konstruktive Freiheitsgrade in der Auslegung der Antriebsübersetzungen i mit ggf. über zwei Gangstufen 1, 1' oder 2, 2' oder 4, 4' bei geschlossenen Kupplungen K1, K2 übertragbarer Antriebsleistung. Es können ggf. auch andere Gangstufen 1 bis 7 oder R mit gleichen oder nahezu gleichen Übersetzungsverhältnissen ausgelegt sein.
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Zur Erzielung eines Allradantriebes ist die Abtriebswelle 68 als Hohlwelle ausgeführt, die wie vorstehend beschrieben die Schaltzahnräder 38 bis 44 und die Synchronkupplungen 34 und 36 trägt.
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Zwischen den beiden Zahnradsätzen 38, 40 und 42, 44 ist etwa mittig der Abtriebswelle 68 ein Zwischenachsdifferenzial 70 eingeschaltet, das als hier beispielhaft an sich bekanntes Torsendifferenzial ausgeführt ist. Dabei ist das Gehäuse des Torsendifferenziales 70 mittig geteilt, wobei eine jede Gehäusehälfte 72a, 72b mit je einem Wellenabschnitt 68a, 68b der Abtriebswelle 68 einstückig gefertigt ist. Alternativ zum gezeigten Torsendifferenzial kann das Zwischenachsdifferenzial noch bauraumgünstiger als ein Kronraddifferenzial ausgeführt sein.
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Das Torsendifferenzial 70 treibt über Zentralschraubenräder 74 die koaxial in der Abtriebswelle 68 gelagerten Achswellen 76, 78 an, von denen die nach vorne führende Achswelle 76 das Abtriebsritzel 46 des vorderen Achsdifferenziales 48 (vg. 1) antreibt.
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Die nach hinten führende Achswelle 78 treibt über einen Stirnradtrieb mit den Zahnrädern 80, 82 eine koaxial zur Zwischenwelle 20 drehbar gelagerte Flanschwelle 84 als zweites Abtriebselement an, das z. B. über eine nur angedeutete Kardanwelle 86 mit einem Gelenk 86a mit einem hinteren Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden ist.
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Das Antriebsmoment auf die beiden Achsdifferenziale des Kraftfahrzeuges verläuft somit von der Abtriebswelle 68 mit dem Torsendifferenzial 70 auf die beiden Achswellen 76, 78 und von diesen über das Abtriebsritzel 46 auf das vordere Achsdifferenzial 48 und über den Stirnradtrieb 80, 82 und die Flanschwelle 84 zum hinteren, nicht dargestellten Achsdifferenzial.
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Durch die Schrägstellung der Zwischenwelle 20 und der achsparallelen Abtriebswelle 68 mit integrierten Achswellen 76, 78 relativ zu den koaxialen Eingangswellen 12, 14 sind die auf den Eingangswellen 12, 14 angeordneten Schaltzahnräder 22, 24 und 62, 64 wiederum mit einer Beveloidverzahnung ausgeführt. Ferner sind die Drehachsen der besagten Wellen 12, 14, 20, 68, 76, 78 wiederum gemäß den Ausführungen zu den 5a bis 5c der Zeichnung so ausgelegt, dass eine konstruktiv günstige Anordnung insbesondere des vorderen Achsdifferenziales 48 mit den quer verlaufenden Achshalbwellen 50, 52 erreicht ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere sind Kombinationen aus den 1 und 3 mit mehr oder weniger Gangabstufungen ohne weiteres ableitbar. Das Abtriebsritzel 46 kann ggf. auch nach hinten aus dem Getriebegehäuse herausgeführt sein, wenn in einer anderen Antriebsanordnung das Doppelkupplungsgetriebe 10 oder 60 vor dem vorderen Achsdifferenzial 48 positioniert sein soll.
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Die drei beschriebenen Wellen mit ihren koaxialen Pendants können auch durchgehend achsparallel ausgerichtet sein, so dass eine Beveloidverzahnung nicht benötigt ist. Ferner können die Eingangswelle 12, 14 und die Zwischenwelle 20 achsparallel und nur die Abtriebswelle 32 bzw. 68 schräg unter einem Winkel α dazu geneigt angeordnet sein. Die Beveloidverzahnungen müssten demzufolge auf den Zahnrädern der Abtriebswelle vorgesehen sein.
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Schließlich könnten auch unter einem gleichen Winkel α die Zwischenwelle 20 zu den Eingangswellen 12, 14 und die Abtriebswelle 32 bzw. 68 zur Zwischenwelle 20 geneigt sein. Anstelle einer Beveloidverzahnung könnten hier für alle Zahnräder der Gangstufen gleiche an die Schrägstellungen der Wellen entsprechend angepasste Verzahnungen verwendet sein.
