DE102011006004A1

DE102011006004A1 - Verfahren zur Synchronisierung eines Doppelkupplungsgetriebes und Doppelkupplungsgetriebe

Info

Publication number: DE102011006004A1
Application number: DE102011006004A
Authority: DE
Inventors: Bernard Hunold; Eckhardt Lübke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27
Also published as: WO2012126663A1; EP2689162A1; US20140013881A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung eines Doppelkupplungsgetriebes und ein Doppelkupplungsgetriebe, mit zwei Getriebeeingangswellen (10, 11) und einer Getriebeausgangswelle (12), wobei die beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) über jeweils eine zugeordnete eingangsseitige Reibungskupplung (K1, K2) mit einer Triebwelle (9) eines Antriebsmotors verbindbar sind. Zur Drehzahlsynchronisation von mindestens neun Vorwärtsgängen einer Getriebestruktur, bei der die Getriebeeingangswellen (10, 11) koaxial übereinander angeordnet sind und die Getriebeausgangswelle (12) koaxial dahinter angeordnet ist, bei der die Zahnräder (15, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31) der Vorwärtsgänge in sechs Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) angeordnet sind, bei der die Zahnräder (32, 33, 34) eines Rückwärtsganges in einer gesonderten Radsatzebene (ZR) angeordnet sind, bei der höchstens acht Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) für die Vorwärtsgänge und eine Gangkupplung (I) für den Rückwärtsgang in, teilweise doppelseitig betätigbaren, Gangschaltvorrichtungen (1, 2, 3, 4, 5, 6) angeordnet sind, bei der zwischen den Vorwärtsgängen zumindest teilweise progressive Gangsprünge darstellbar sind, und bei der die Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H, I) als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind, wird eine für einen Gangwechsel notwendige Drehzahlanpassung einer oder mehrerer der Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H), je nach Bedarf, mit Hilfe einer Ansteuerung einer oder beider der eingangsseitigen Reibungskupplungen (K1, K2) und einer Drehzahlführung des Antriebsmotors durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung eines Doppelkupplungsgetriebes und ein Doppelkupplungsgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.
Doppelkupplungsgetriebe mit zwei eingangsseitig angeordneten Reibungskupplungen, die jeweils über eine Eingangswelle mit einer Gruppe ungerader bzw. gerader Gänge verbunden sind und mit einer gemeinsamen Ausgangswelle zwei Teilgetriebe darstellen, sind in unterschiedlichen Bauweisen bekannt. Die beiden Reibungskupplungen können beispielsweise in einer kompakten Doppelkupplungseinheit verschachtelt aufgebaut sein, wobei die beiden Eingangswellen koaxial übereinander angeordnet sind. Die eine Eingangswelle ist dabei als eine äußere kürzere Hohlwelle ausgebildet, aus der die andere Eingangswelle als eine längere innere Vollwelle herausragt. Alternativ dazu können auch zwei Einzelkupplungen in einer achsparallelen Anordnung zweier Eingangswellen angeordnet sein. Die Ausgangswelle kann unterschiedlich angeordnet sein.
Die Schaltvorgänge bei einem solchen Getriebe erfolgen sequenziell, wobei der jeweils nächste Gang in dem aktuell lastfreien Getriebestrang vorgewählt ist, so dass gleichzeitig zwei Gänge eingelegt sind, und durch ein überlagertes Öffnen und Schließen der beiden Reibungskupplungen der Gangwechsel, weitgehend zugkrafterhaltend, von einem Gang zum nächsten Gang übergeht.
Doppelkupplungsgetriebe sind in der Lage, auch die Anforderungen an Nutzfahrzeuggetriebe zu erfüllen, die einerseits Anfahr- und Rangiervorgänge bei schwerer Fahrzeugbeladung an Steigungen oder bei schwierigen Fahrbahnbedingen und andererseits ein zügiges und effizientes Fahren im Fernverkehr ermöglichen sollen, und daher eine relativ große Gesamtspreizung benötigen. Während bekannte Mehrgruppengetriebe für Nutzfahrzeuge mit einer eher geometrischen Gangstufung, bei der die Stufensprünge annähernd gleich sind und die Differenz der Höchstgeschwindigkeiten zwischen den Gängen variiert, durch eine Kombination von zwei oder drei Einzelgetrieben die Anforderungen mit einer hohen Gangzahl von typischerweise zwölf oder sechzehn Gängen realisieren, können Doppelkupplungsgetriebe durch ihre in sich geschlossene Bauweise mit einer eher progressiven Gangstufung, bei der die Stufensprünge variieren und sich die Differenz der Höchstgeschwindigkeiten zwischen den Gängen kaum ändert, mit weniger Gängen eine vergleichbare Gesamtspreizung aufweisen. Doppelkupplungsgetriebe schalten bei sequenzieller Abfolge per se zugkraftunterstützt, während Mehrgruppengetriebe für zugkraftunterstützte Gangwechsel bei weitgehend beliebiger Schaltfolge zusätzlichen Aufwand erfordern.
Aus der DE 10 2005 005 942 A1 ist ein neungängiges Doppelkupplungsgetriebe mit einem progressiven Stufensprungverlauf mit einer relativ großen Gesamtspreizung bekannt. Darin sind ein 1.Gang als ein Kriechgang, ein 2.Gang als ein Anfahrgang, ein 7.Gang als ein Direktgang sowie zwei verbrauchsgünstige Overdrive-Gänge für Volllastfahrten, in denen nicht die Höchstgeschwindigkeit erreicht wird, vorgesehen. Die neun Vorwärtsgänge sind mit sieben Radsatzebenen realisiert. Ein Rückwärtsgang ist an eine der Vorwärtsgang-Radsatzebenen ankoppelbar. Insgesamt sind zur Schaltung der Gänge zehn Gangkupplungen, teilweise in doppelseitig betätigbaren Kupplungsvorrichtungen, angeordnet.
Die DE 10 2007 049 270 A1 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe mit zumindest acht lastschaltbaren Vorwärtsgängen. Das Getriebe weist auf beiden Seiten einer Hauptwellenanordnung jeweils eine Vorgelegewellenanordnung auf. Die beiden Vorgelegewellenanordnungen sind achsparallel zueinander angeordnet. Die Hauptwellenanordnung umfasst zwei koaxial übereinander angeordnete Getriebeeingangswellen, die mit jeweils einer eingangsseitigen Reibungskupplung verbunden sind, und eine axial davor angeordnete Abtriebswelle. Die acht Vorwärtsgänge sowie ein oder zwei Rückwärtsgänge sind auf fünf Radsatzebenen und einer Abtriebsstufe realisiert und mit acht Gangkupplungen sowie einem zusätzlichen Schaltelement schaltbar. Zumindest ein Gang ist als ein Windungsgang ausgebildet, der mittels des zusätzlichen Schaltelements, über das die beiden Getriebeeingangswellen miteinander koppelbar sind, schaltbar ist.
Bei Windungsgetrieben verläuft der Kraftfluss eines oder mehrerer Gänge im Wechsel über mehrere Zahnradebenen zwischen einer Hauptwellenanordnung und einer parallelen Vorgelegewellenanordnung. Der Kraftfluss windet sich also durch das Getriebe. Windungsgetriebe kommen gegenüber herkömmlichen Getriebestrukturen mit weniger Zahnradpaaren bzw. Radsatzebenen aus, um eine bestimmte Gangzahl zu realisieren, der Kraftfluss verläuft aber über mehr Komponenten.
Zur Drehzahlsynchronisation der Schaltvorgänge von Doppelkupplungsgetrieben sind meistens einseitig oder doppelseitig betätigbare Synchronisierungen vorgesehen. Synchronisierungen erfordern allerdings im Vergleich zu einfachen formschlüssigen Klauenkupplungen einen höhere Konstruktions- und Kostenaufwand. Daher sind bereits Doppelkupplungsgetriebe mit unsynchronisierten Schaltelementen vorgeschlagen worden. Die Gangwechsel bei einem solchen Getriebe erfordern allerdings Maßnahmen zur Drehzahlanpassung.
Aus der DE 102 32 837 A1 ist ein Synchronisierungsverfahren für ein Doppelkupplungsgetriebe mit unsynchronisierten Gangkupplungen bekannt. Das Getriebe umfasst eine Doppelkupplung bestehend aus zwei separaten Reibungskupplungen, die achsparallel angeordnet und über ein Antriebsrad miteinander triebverbunden sind. Den beiden Reibungskupplungen ist jeweils eine Eingangswelle zugeordnet, und das Doppelkupplungsgetriebe weist eine gemeinsame, achsparallel zwischen den Eingangswellen angeordnete Ausgangswelle auf. Auf den Eingangswellen sind Losräder angeordnet, die über Klauenkupplungen mit den Wellen drehfest verbindbar sind, und die im Zahneingriff mit zugeordneten Festrädern auf der Ausgangswelle sind, wodurch zwei Teilgetriebe gebildet sind. Die Festräder bilden wechselseitig jeweils mit einem Losrad der einen Eingangswelle oder der anderen Eingangswelle Übersetzungen. Gangwechsel erfolgen in der für Doppelkupplungsgetriebe üblichen sequenziellen Weise, indem in dem aktuell lastfreien Teilgetriebe ein Folgegang vorgewählt wird, während sich das andere Teilgetriebe im Kraftfluss befindet. Durch ein überschneidendes Öffnen und Schließen der beiden Reibungskupplungen wird das Drehmoment ohne Zugkraftunterbrechung fließend von dem einen auf das andere Teilgetriebe übertragen. Zur Synchronisierung der Schaltkupplung des jeweiligen Folgeganges im lastfreien Teilgetriebe wird die zuvor offene zugehörige Reibungskupplung des Teilgetriebes im Schlupf betrieben, bis die erforderliche Drehzahlanpassung der zu kuppelnden Schaltklauen erreicht ist. Anschließend kann der Folgegang eingelegt und der Gangwechsel wie beschrieben durchgeführt werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Drehzahlsynchronisation von Schaltvorgängen bei einem Doppelkupplungsgetriebe mit vergleichsweise vielen Gängen anzugeben. Außerdem soll ein Doppelkupplungsgetriebe der eingangs genannten Art vorgeschlagen werden, das die Durchführung eines solchen Verfahrens ermöglicht, und das vergleichsweise kostengünstig herstellbar sowie kompakt gebaut ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bei einem Doppelkupplungsgetriebe durch einen variablen Einsatz beider Kupplungen und eine geeignete Motordrehzahlführung alle Hoch- und Rückschaltungen synchronisieren lassen. Demnach kann ein kompaktes Doppelkupplungsgetriebe mit mehr als acht Gängen einen verzweigten Kraftfluss für Windungsgänge aufweisen und Gangradsätze besitzen, die zumindest teilweise progressive Gangsprünge ergeben, um eine vergleichsweise hohe Gesamtspreizung zu realisieren, und dennoch mit kostengünstigen unsynchronisierten Klauenschaltelementen ausgestattet sein. Ein Doppelkupplungsgetriebe, das eine derartige Drehzahlsynchronisation von mehr als acht Gängen ermöglicht, kann durch eine geeignete Anordnung von Fest- und Losrädern auf einem zusammenwirkenden System von Hohlwellen und Vollwellen in einer Hauptachse und einer dazu parallelen Vorgelegeachse realisiert sein.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Synchronisierung eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Getriebeeingangswellen und einer Getriebeausgangswelle, wobei die beiden Getriebeeingangswellen über jeweils eine zugeordnete eingangsseitige Reibungskupplung mit einer Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar sind, wobei in mehreren Radsatzebenen Zahnräder angeordnet sind, die als Losräder oder Festräder ausgebildet und jeweils mit einer der beiden Getriebeeingangswellen oder einer mit diesen triebverbindbaren Welle drehfest verbunden oder auf dieser drehbar gelagert sind, wobei den Losrädern jeweils Gangkupplungen zugeordnet sind, mit denen die Losräder mit der betreffenden Welle drehfest verbindbar sind, und bei dem eine Drehzahlanpassung mittels einer oder mehrerer der Gangkupplungen erfolgt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe bezüglich des Verfahrens sieht die Erfindung vor, dass eine für einen Gangwechsel notwendige Drehzahlanpassung einer oder mehrerer der Gangkupplungen, je nach Bedarf, mit Hilfe einer Ansteuerung einer oder beider der eingangsseitigen Reibungskupplungen und einer Drehzahlführung des Antriebsmotors durchgeführt wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird zur Schaltung von neun Vorwärtsgängen über sechs Radsatzebenen und acht unsynchronisierte Gangkupplungen je nach Bedarf eine Drehzahlanpassung durchgeführt, bei der bei Hochschaltungen die jeweils lastfreie der beiden Reibungskupplungen angelegt wird und bei der bei Rückschaltungen die jeweils lastführende der beiden Reibungskupplungen im Schlupf betrieben und/oder die jeweils lastfreie der beiden Reibungskupplungen angelegt wird.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Getriebeeingangswellen und einer Getriebeausgangswelle, wobei die beiden Getriebeeingangswellen über jeweils eine zugeordnete eingangsseitige Reibungskupplung mit einer Triebwelle eines Antriebsmotors verbindbar sind, wobei in mehreren Radsatzebenen Zahnräder angeordnet sind, die als Losräder oder Festräder ausgebildet und jeweils mit einer der beiden Getriebeeingangswellen oder einer mit diesen triebverbindbaren Welle drehfest verbunden oder auf dieser drehbar gelagert sind, wobei den Losrädern jeweils Gangkupplungen zugeordnet sind, mit denen die Losräder mit der betreffenden Welle drehfest verbindbar sind.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe bezüglich des Doppelkupplungsgetriebes sieht die Erfindung vor, dass eine Getriebestruktur zur Schaltung von mindestens neun Vorwärtsgängen ausgebildet ist, bei der die beiden Getriebeeingangswellen koaxial übereinander angeordnet sind und die Getriebeausgangswelle koaxial dahinter angeordnet ist, bei der die Zahnräder der Vorwärtsgänge in sechs Radsatzebenen angeordnet sind, bei der die Zahnräder eines Rückwärtsganges in einer gesonderten Radsatzebene angeordnet sind, bei der höchstens acht Gangkupplungen für die Vorwärtsgänge und eine Gangkupplung für den Rückwärtsgang in teilweise doppelseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtungen angeordnet sind, bei der zwischen den Vorwärtsgängen zumindest teilweise progressive Gangsprünge realisiert sind, und bei der die Gangkupplungen als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
Unter progressive Gangsprünge werden Gangsprünge verstanden, die aufeinanderfolgend variieren.
Dieses Getriebe besitzt eine besonders kompakte Bauform durch eine Kombination der Anordnung der beiden Reibungskupplungen in einer verschachtelten Doppelkupplungseinheit, bei der die beiden Eingangswellen koaxial übereinander angeordnet sind und die Getriebeausgangswelle koaxial dahinter angeordnet ist, und eine Getriebestruktur, bei der die Zahnräder überwiegend als schaltbare Losräder drehbar auf miteinander koppelbaren Wellensegmenten gelagert sind. Dies ermöglicht mit nur sechs Radsatzebenen und acht Gangkupplungen neun bis zehn Gängen. Mehrere der Gänge, insbesondere die unteren Gänge, können als Windungsgänge realisiert sein.
Mit neun oder zehn Gängen in dieser Anordnung kann bei einer progressiven Gangstufung eine Gesamtspreizung erreicht werden, die vergleichbar zu einem Gruppengetriebe mit einer weitaus höheren Gangzahl ist, und welche die Anforderungen an ein Getriebe für ein Nutzfahrzeug, beispielsweise für einen Lastkraftwagen im Fernverkehr erfüllt. Dies ermöglicht sowohl ein einfaches und sicheres Anfahren, auch bei voller Beladung an Steigungen, als auch einen effizienten Dauerfahrbetrieb. Der neunte Gang kann als ein Direktgang ausgebildet sein. Die Getriebestruktur ermöglicht auch einen zehnten Gang, der vorzugsweise als ein Schnellgang ausgelegt sein kann, bei einer ähnlichen Spreizung. Alle Gangwechsel können, wie bei Doppelkupplungsgetrieben üblich, zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen.
Zusätzliche Bauraum- und Kosteneinsparungen können sich durch eine Ausführungsform des Doppelkupplungsgetriebes ergeben, bei der sechs der acht Gangkupplungen der Vorwärtsgänge in drei doppelseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtungen zusammengefasst sind, und durch eine mit dieser gut kombinierbaren weiteren Ausführungsform, bei der in einer überwiegenden Anzahl der zwischen jeweils zwei Radsatzebenen vorhandenen axialen Zwischenräume jeweils nur eine Gangschaltvorrichtung angeordnet ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass zwischen zumindest zwei der Radsatzebenen ein axialer Freiraum ohne Gangschaltvorrichtung vorhanden ist. Dadurch kann dort mit relativ geringem Aufwand eine Stützwand für eine Wellenlagerung angeordnet sein. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, die einzelnen Wellen bzw. Wellensegmente der Getriebestruktur so kurz auszubilden, dass eine zusätzliche Stützwand zur Wellenlagerung entfallen kann, um zusätzliche Kosten sowie Gewicht zu sparen.
Erhebliche weitere Vorteile hinsichtlich des konstruktiven Aufwands, der Kosten, des Bauraumbedarfs und des Gewichts ergeben sich gegenüber herkömmlichen Getrieben insbesondere daraus, dass die Drehzahlsynchronisation des Getriebes durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgen kann. Demnach können alle Gänge bei Hochschaltungen und Rückschaltungen über eine Motordrehzahlführung und die Doppelkupplung synchronisiert werden. Alle Schaltelemente sind somit als einfache Klauenschaltelemente ausführt.
Bei der erwähnten Ausführungsform des Getriebes können somit sechs der Gangkupplungen der Vorwärtsgänge in drei doppelseitig betätigbaren Klauenschaltvorrichtungen zusammengefasst sein. Die zwei übrigen Gangkupplungen sowie die Gangkupplung des Rückwärtsganges können als einzelne Klauenschaltvorrichtungen ausgebildet sein. Auf Synchronkupplungen und Getriebebremsen kann gänzlich verzichtet werden.
Demnach kann, ausgehend von einer vorgegebenen Motordrehzahl, bei allen sequenziellen Hoch- und Rückschaltungen bei denen dies erforderlich ist, die Drehzahlanpassung der zu schaltenden Gangkupplungen des Zielgangs durch das Anlegen der jeweils lastfreien Kupplung erfolgen. Bei einigen Rückschaltungen kann zusätzlich eine Zieldrehzahlführung über die jeweils lastführende Kupplung erforderlich sein. Dazu wird bedarfsweise die lastführende Kupplung temporär in Schlupf gebracht, um die Drehzahlanpassung der betreffenden Schaltklauen zu ermöglichen.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt
1 ein Doppelkupplungsgetriebe in einer schematischen Darstellung,
2 ein Schaltschema des Doppelkupplungsgetriebes gemäß 1 mit einer beispielhaften Übersetzungsreihe der Gangradsätze und einer zugehörigen Stufungsreihe in einer Tabelle, und
3 ein Synchronisationsschema des Doppelkupplungsgetriebes gemäß 1. mit einem Drehzahlbeispiel der Übersetzungsreihe gemäß 2 in einer Tabelle.
Demnach ist in 1 ein Schema eines Doppelkupplungsgetriebes mit unsynchronisierten Schaltelementen dargestellt, wie es beispielsweise für ein Nutzfahrzeug vorgesehen sein kann. Ein vergleichbares Doppelkupplungsgetriebe mit synchronisierten Schaltelementen zeigt die nicht vorveröffentlichte DE 10 2010 030 264 A1 der Anmelderin.
Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst eine Doppelkupplungsvorrichtung 7 mit zwei eingangsseitigen Reibungskupplungen K1, K2 und zwei koaxial übereinander angeordnete Getriebeeingangswellen 10, 11. Ein gemeinsamer Kupplungskorb 8 der Doppelkupplung 7 ist mit einer Triebwelle 9 eines nicht dargestellten Antriebsmotors verbunden. Die erste Getriebeeingangswelle 10 ist als eine innere Vollwelle ausgebildet, die in der zweiten, als kürzere Hohlwelle 11 ausgebildeten Getriebeeingangswelle 11 konzentrisch geführt ist und aus dieser getriebeseitig herausragt. Die innere Getriebeeingangswelle 10 ist über die erste, motornahe Reibungskupplung K1, die äußere Getriebeeingangswelle 11 ist über die zweite, getriebenahe Reibungskupplung K2 mit dem Antriebsmotor triebverbindbar.
Die beiden Getriebeeingangswellen 10, 11 und eine koaxial dahinter angeordnete Getriebeausgangswelle 12 gehören zu einer Hauptwellenanordnung 13. Achsparallel dazu ist eine Vorgelegewellenanordnung 14 vorhanden. Auf der Hauptwellenanordnung 13 und der Vorgelegewellenanordnung 14 sind sechs Radsatzebenen Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 für Vorwärtsgänge angeordnet, die durch jeweils ein Zahnradpaar 15/16, 18/19, 21/22, 24/25, 27/28, 30/31 gebildet sind, und ist eine Radsatzebene ZR für einen Rückwärtsgang vorhanden, die durch ein Zahnradtrio 32/33/34 gebildet ist. Die Größenverhältnisse der beiden Zahnräder jeder Radsatzebene sind nicht maßstäblich dargestellt.
Die erste Radsatzebene Z1 ist als eine Eingangsstufe ausgebildet. Sie weist ein erstes Zahnrad 15 auf, welches drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 11 verbunden ist, und ein mit diesem Zahnrad 15 kämmendes zweites Zahnrad 16, welches drehfest mit einem zentralen Vorgelegewellensegment 17 verbunden ist.
Die zweite Radsatzebene Z2 ist durch ein erstes Zahnrad 18 und ein zweites Zahnrad 19 gebildet. Das erste Zahnrad 18 ist auf der ersten Getriebeeingangswelle 10 drehbar gelagert. Das zweite Zahnrad 19 ist auf einem äußeren Vorgelegewellensegment 20 drehfest angeordnet, das als eine Hohlwelle drehbar auf dem zentralen Vorgelegewellensegment 17 gelagert ist.
Die dritte Radsatzebene Z3 besitzt ein Zahnrad 21, welches mit einem zentralen Hauptwellensegment 23 der Hauptwellenanordnung 13 fest verbunden ist, und ein Zahnrad 22, welches drehfest auf dem äußeren Vorgelegewellensegment 20 angeordnet ist.
Die vierte Radsatzebene Z4 weist ein Zahnrad 24 auf, das drehfest auf einem als Hohlwelle ausgebildeten Hauptwellensegment 26 angeordnet ist, welches seinerseits auf dem zentralen Hauptwellensegment 23 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 24 kämmt mit einem Zahnrad 25, das auf dem zentralen Vorgelegewellensegment 17 drehbar gelagert ist.
Die fünfte Radsatzebene Z5 ist durch ein Zahnrad 27, das mit dem äußeren Hauptwellensegment 26 drehfest verbunden ist und ein Zahnrad 28, das mit einem ausgangsseitigen Vorgelegewellensegment 29 drehfest verbunden ist, gebildet.
Die sechste Radsatzebene Z6 umfasst ein Zahnrad 30, das drehfest mit der Getriebeausgangswelle 12 verbunden ist und ein Zahnrad 31, das drehbar auf dem Vorgelegewellensegment 29 gelagert ist.
Eine Rückwärtsgangradsatzebene ZR ist zwischen der ersten Radsatzebene Z1 und der zweiten Radsatzebene Z2 angeordnet. Sie umfasst ein drehbar auf der ersten Eingangswelle 10 gelagertes Zahnrad 32, ein mit dem äußeren Vorgelegewellensegment 20 drehfest verbundenes Zahnrad 33 sowie ein Zwischenrad 34 zur Drehrichtungsumkehr.
Das beschriebene System von Zahnrädern und Wellen ist über insgesamt sechs Gangschaltvorrichtungen 1, 2, 3, 4, 5, 6 mit neun, als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgebildete Gangkupplungen A, B, C, D, E, F, G, H, I betätigbar. Es sind drei doppelseitig betätigbare Klauenkupplungen 2, 3, 4 und drei Einzelklauenkupplungen 1, 5, 6 angeordnet.
Die erste Gangschaltvorrichtung 1 ist auf der Vorgelegewellenanordnung 14 zwischen der ersten Radsatzebene Z1 und der Rückwärtsgangradsatzebene ZR angeordnet. Sie ist einseitig mittels der Gangkupplung F zur Kopplung des zentralen Vorgelegewellensegments 17 mit dem äußeren Vorgelegewellensegment 20 betätigbar.
Die zweite Gangschaltvorrichtung 2 ist auf der Hauptwellenanordnung 13 zwischen der zweiten Radsatzebene Z2 und der dritten Radsatzebene Z3 angeordnet. Sie ist doppelseitig mit den Gangkupplungen B und C bestückt, und dient zur Kopplung des Zahnrades 18 der zweiten Radsatzebene Z2 mit der ersten Eingangswelle 10 bzw. zur Kopplung des Zahnrades 21 der dritten Radsatzebene Z3 und dem damit verbundenen zentralen Hauptwellensegment 23 mit der ersten Eingangswelle 10.
Zwischen der dritten Ebene Z3 und der vierten Ebene Z4 besteht ein axialer Freiraum, der für eine optionale Stützwand 35 zur Wellenlagerung für das zentrale Wellensegment 23 auf der Hauptwellenebene 13 und das zentralen Wellensegment 17 auf der Vorgelegewellenebene 14 nutzbar ist. Ein weiterer solcher Zwischenraum für eine Lagerung (nicht dargestellt) der inneren Getriebeeingangswelle 10 auf der Hauptwellenebene 13 und für das äußere Wellensegment 20 auf der Vorgelegewellenebene 14 ist zwischen der Rückwärtsgangebene ZR und der zweiten Radsatzebene Z2 vorhanden.
Die dritte Gangschaltvorrichtung 3 ist auf der Vorgelegewellenanordnung 14 zwischen der vierten Radsatzebene Z4 und der fünften Radsatzebene Z5 angeordnet. Sie ist doppelseitig mit den Gangkupplungen G und H betätigbar. Sie dient zur Kopplung des Zahnrades 25 der vierten Radsatzebene Z4 mit dem zentralen Vorgelegewellensegment 17 bzw. zur Kopplung des Zahnrades 28 der fünften Radsatzebene Z5 und dem damit verbundenen ausgangsseitigen Vorgelegewellensegment 29 mit dem zentralen Vorgelegewellensegment 17.
Die vierte Gangschaltvorrichtung 4 ist auf der Hauptwellenanordnung 13 zwischen der fünften Radsatzebene Z5 und der sechsten Radsatzebene Z6 angeordnet. Diese Gangschaltvorrichtung ist beidseitig mit den Gangkupplungen A und D betätigbar. Darüber ist das Zahnrad 27 der fünften Radsatzebene Z5 mit dem inneren Hauptwellensegment 23 bzw. das Zahnrad 30 der sechsten Radsatzebene Z6 und die damit verbundene Getriebeausgangswelle 12 mit dem zentralen Hauptwellensegment 23 koppelbar.
Die fünfte Gangschaltvorrichtung 5 ist auf der Vorgelegewellenanordnung 14 der sechsten Radsatzebene Z6 nachgeordnet. Sie ist einseitig mittels der Gangkupplung E zur Kopplung des Zahnrades 31 der sechsten Radsatzebene Z6 mit dem ausgangsseitigen Vorgelegewellensegment 29 betätigbar.
Die sechste Gangschaltvorrichtung 6 ist auf der Hauptwellenanordnung 13 zwischen der ersten Radsatzebene Z1 und der Rückwärtsgangradsatzebene ZR angeordnet. Der Rückwärtsgang ZR ist über diese einseitige Gangschaltvorrichtung 6 mit der Gangkupplung I betätigbar, die das Zahnrad 32 der Rückwärtsgangradsatzebene ZR mit der ersten Getriebeeingangswelle 10 koppelt.
Die 2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes bei einer Auslegung mit neun Vorwärtsgängen G1 bis G9 und einem Rückwärtsgang R. Grundsätzlich sind mit dieser Getriebestruktur auch zehn Vorwärtsgänge realisierbar.
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass die Gänge G1 bis G9 in sequenzieller Abfolge alternierend über die beiden Eingangskupplungen K1, K2 geschaltet werden, wobei jeweils mindestens zwei, höchstens vier der Gangkupplungen A bis I geschlossen werden bzw. geschlossen sind. Die Kraftflüsse der Gänge G1, G3, G4 eins, drei und vier sowie des Rückwärtsganges R verlaufen mehrfach wechselnd über die Hauptwellenanordnung 13 und die Vorgelegewellenanordnung 14. Sie sind somit als Windungsgänge realisiert und in der Tabelle entsprechend markiert (G1(W), G3(W), G4(W)).
Die drei letzten Spalten der Tabelle zeigen ein Zahlenbeispiel für eine Übersetzung des Getriebes. Aus den Einzelübersetzungen i_Z der Radsatzebenen bzw. Gangradsätze Z1 bis Z6 ergeben sich gemäß dem Schaltschema jeweils aus dem Produkt der geschalteten Einzelübersetzungen i_Z die Übersetzungen i_G der Gänge G1 bis G9. Die Einzelübersetzungen i_Z sind jeweils angegeben als das Verhältnis von der Drehzahl des in 1 auf der oberen Welle angeordneten Zahnrades, zur Drehzahl des in 1 auf der unteren Welle angeordneten Zahnrades. Die zugehörigen Stufensprünge zwischen den Gängen resultieren jeweils aus dem Verhältnis der Übersetzungen i_G der benachbarten Gänge. Die Stufungsreihe weist Stufensprünge auf, die zwischen = 1,28 und = 1,55 variieren. Das Getriebe ist demnach überwiegend progressiv gestuft, also mit kleiner werdenden Stufensprüngen zwischen den Gängen; allerdings nicht durchgehend. Aus dem Verhältnis der Übersetzungen des als Anfahrgang ausgelegten ersten Ganges i_G1 = 15,96 und des als Direktgang ausgelegten höchsten neunten Ganges i_G9 = 1 folgt somit eine Gesamtspreizung i_ges = i_G1/i_G9 = 15,96.
Die Drehzahlsynchronisation dieses Getriebes ist in der Tabelle in 3 als Übersicht veranschaulicht. Als Beispiel für eine vorgegebene Getriebeeingangsdrehzahl bzw. Antriebsmotordrehzahl wird darin für alle Schaltvorgänge n_Mot = 2100 1/min angenommen. Die jeweiligen Zieldrehzahlen n_sync der zu schaltenden bzw. zu synchronisierenden Gangkupplungen resultieren gemäß 1 und 2 aus der Verzweigung des Kraftflusses über die Einzelübersetzungen der Radsatzebenen.
Für den Gangwechsel vom Anfahrgang G1 in den zweiten Gang G2 ist lediglich ein Lastübergang der Eingangskupplungen K1, K2 erforderlich. Eine Gangkupplung F wird ausgelegt, sobald der Lastübergang der Eingangskupplungen K1, K2 abgeschlossen ist und die betreffende Gangkupplung F dadurch lastfrei geworden ist. Eine vorherige Drehzahlanpassung ist nicht erforderlich, da im Zielgang G2 keine neuen Gangkupplungen zu schalten sind. Eine weitere Gangkupplung B, die im Zielgang G2 ebenfalls lastfrei wird, kann zweckmäßig geschaltet bleiben, da sie im darauf folgenden dritten Gang G3 wieder benötigt wird.
Grundsätzlich können alle weiteren sequenziellen Hochschaltungen über eine Drehzahlanpassung der jeweils lastfreien Eingangskupplung K1, K2 synchronisiert werden.
Als Beispiel wird der Schaltablauf für die Hochschaltung vom vierten in den fünften Gang G4 G5 näher erläutert:

Im aktuell eingelegten Gang G4 ist die zweite Eingangskupplung K2 lastführend. Es sind drei Gangkupplungen D, E, F eingelegt. Für den einzulegenden Zielgang G5 bleiben zwei der Gangkupplungen D, E eingelegt. Die dritte im Ursprungsgang eingelegte Gangkupplung F kann nach dem Gangwechsel lastfrei ausgelegt werden. Für den Zielgang G5 ist eine neue Gangkupplung C einzulegen. Die entsprechende Synchrondrehzahl lässt sich gemäß der Getriebestruktur und dem Schaltschema ableiten. Beteiligt sind die Zahnradpaare 15/16 und 21/22 der ersten und der dritten Radsatzebene Z1, Z3. Daraus ergibt sich:
Die Drehzahlanpassung der Gangkupplung C auf diesen Endwert erfolgt durch schlupfendes Anlegen der aktuell lastfreien ersten Eingangskupplung K1. Sobald die Drehzahlgleichheit des über die Eingangskupplung K1 angetrieben Schaltteils mit dem korrespondierenden Schaltteil des angetrieben Gangrades 21 der Gangkupplung C erreicht ist, kann die Gangkupplung C eingerückt werden. Anschließend kann die im Ursprungsgang lastführende Kupplung K2 geöffnet und die im Folgegang lastführende Kupplung K1 überschneidend geschlossen werden, um den Gangwechsel vom vierten in den fünften Gang G4 G5 ohne Zugkraftunterbrechung abzuschließen.
Bei einigen Rückschaltungen wird beim Anlegen der lastfreien Eingangskupplung K1, K2 die lastführende Eingangskupplung vorübergehend in Schlupf gebracht und die Motordrehzahl auf n_sync geregelt, um eine zu schaltende jeweilige Gangkupplung auf die Synchrondrehzahl zu bringen. Die Zieldrehzahlführung erfolgt bei diesen Rückschaltungen also über die lastführende Eingangskupplung K1, K2.
Als Beispiel wird der Schaltablauf für die Rückschaltung vom fünften in den vierten Gang G5 G4 näher erläutert:

Im aktuell eingelegten Gang G5 ist die erste Eingangskupplung K1 lastführend. Es sind drei Gangkupplungen C, D, E eingelegt. Im einzulegenden Zielgang G4 bleiben zwei der Gangkupplungen D, E eingelegt. Die dritte im Ursprungsgang eingelegte Gangkupplung C kann nach dem Gangwechsel lastfrei ausgelegt werden. Für den Zielgang G5 zu schalten ist eine neue Gangkupplung F. Die entsprechende Synchronisationsdrehzahl der Gangkupplung F ist:
Die Gangkupplung F hat jedoch aufgrund der mit ihr triebverbundenen eingelegten Gangkupplung C eine Istdrehzahl von:
Die Drehzahlanpassung der betreffenden Gangkupplung F erfolgt daher durch Anlegen der aktuell lastfreien Eingangskupplung K2 und eine Schlupfsteuerung der aktuell lastführenden Eingangskupplung K1 bei geregelter Motordrehzahl n_Mot. Bei erreichter Drehzahlgleichheit des betreffenden Gangrades 33 kann die Gangkupplung F eingerückt werden. Nachfolgend kann die im Ursprungsgang lastführende Kupplung K1 geöffnet und die im Folgegang lastführende Kupplung K2 geschlossen werden.
Bei drei Rückschaltungen G7 G6, G6 G5, G2 G1 und einer Hochschaltung G6 G7 sind jeweils zwei Gangkupplungen im Zielgang einzulegen, wobei jeweils eine der beiden einzulegenden Gangkupplungen lastfrei ist. In diesen Fällen wird die lastfreie Gangkupplung zuerst eingelegt, bevor die Drehzahlanpassung der anderen Gangkupplung erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Erste Gangschaltvorrichtung
2: Zweite Gangschaltvorrichtung
3: Dritte Gangschaltvorrichtung
4: Vierte Gangschaltvorrichtung
5: Fünfte Gangschaltvorrichtung
6: Sechste Gangschaltvorrichtung
7: Doppelkupplungsvorrichtung
8: Kupplungskorb
9: Triebwelle
10: Getriebeeingangswelle
11: Getriebeeingangswelle
12: Getriebeausgangswelle
13: Hauptwellenanordnung
14: Vorgelegewellenanordnung
15: Zahnrad
16: Zahnrad
17: Vorgelegewellensegment
18: Zahnrad
19: Zahnrad
20: Vorgelegewellensegment
21: Zahnrad
22: Zahnrad
23: Hauptwellensegment
24: Zahnrad
25: Zahnrad
26: Hauptwellensegment
27: Zahnrad
28: Zahnrad
29: Vorgelegewellensegment
30: Zahnrad
31: Zahnrad
32: Zahnrad
33: Zahnrad
34: Zahnrad
35: Stützwand
A: Gangkupplung
B: Gangkupplung
C: Gangkupplung
D: Gangkupplung
E: Gangkupplung
F: Gangkupplung
G: Gangkupplung
H: Gangkupplung
I: Gangkupplung
G1: Erster Gang
G2: Zweiter Gang
G3: Dritter Gang
G4: Vierter Gang
G5: Fünfter Gang
G6: Sechster Gang
G7: Siebter Gang
G8: Achter Gang
G9: Neunter Gang
G(W): Windungsgang
K1: Erste Eingangskupplung, Reibungskupplung
K2: Zweite Eingangskupplung, Reibungskupplung
R: Rückwärtsgang
Z1: Radsatzebene, Gangradsatz
Z2: Radsatzebene, Gangradsatz
Z3: Radsatzebene, Gangradsatz
Z4: Radsatzebene, Gangradsatz
Z5: Radsatzebene, Gangradsatz
Z6: Radsatzebene, Gangradsatz
ZR: Rückwärtsgangradsatzebene, Rückwärtsgangradsatz
i_G: Gangübersetzung
i_Z: Einzelübersetzung, Radsatzebenenübersetzung
n_Mot: Motordrehzahl
n_sync: Synchrondrehzahl Stufensprung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005005942 A1 [0005]
DE 102007049270 A1 [0006]
DE 10232837 A1 [0009]
DE 102010030264 A1 [0030]

Claims

Verfahren zur Synchronisierung eines Doppelkupplungsgetriebes, mit zwei Getriebeeingangswellen (10, 11) und einer Getriebeausgangswelle (12), wobei die beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) über jeweils eine zugeordnete eingangsseitige Reibungskupplung (K1, K2) mit einer Triebwelle (9) eines Antriebsmotors verbindbar sind, wobei in mehreren Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, ZR) Zahnräder (15, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34) angeordnet sind, die als Losräder oder Festräder ausgebildet und jeweils mit einer der beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) oder einer mit diesen triebverbindbaren zugeordneten Welle (12, 17, 20, 23, 26, 29) drehfest verbunden oder auf dieser drehbar gelagert sind, wobei den Losrädern jeweils Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H; I) zugeordnet sind, mit denen die Losräder mit der betreffenden Welle (10, 11, 12, 17, 20, 23, 26, 29) drehfest verbindbar sind, und bei dem eine Drehzahlanpassung mittels einer oder mehrerer der Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine für einen Gangwechsel notwendige Drehzahlanpassung einer oder mehrerer der Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) je nach Bedarf mit Hilfe einer Ansteuerung einer oder beider der eingangsseitigen Reibungskupplungen (K1, K2) und einer Drehzahlführung des Antriebsmotors durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schaltung von neun Vorwärtsgängen über sechs Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) und acht unsynchronisierte Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) je nach Bedarf eine Drehzahlanpassung durchgeführt wird, bei der bei Hochschaltungen die jeweils lastfreie der beiden Reibungskupplungen (K1, K2) angelegt wird, und bei der bei Rückschaltungen die jeweils lastführende der beiden Reibungskupplungen (K1, K2) im Schlupf betrieben und/oder die jeweils lastfreie der beiden Reibungskupplungen (K1, K2) angelegt wird.
Doppelkupplungsgetriebe, mit zwei Getriebeeingangswellen (10, 11) und einer Getriebeausgangswelle (12), wobei die beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) über jeweils eine zugeordnete eingangsseitige Reibungskupplung (K1, K2) mit einer Triebwelle (9) eines Antriebsmotors verbindbar sind, wobei in mehreren Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, ZR) Zahnräder (15, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34) angeordnet sind, die als Losräder oder Festräder ausgebildet und jeweils mit einer der beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) oder einer mit diesen triebverbindbaren zugeordneten Welle (12, 17, 20, 23, 26, 29) drehfest verbunden oder auf dieser drehbar gelagert sind, wobei den Losrädern jeweils Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H; I) zugeordnet sind, mit denen die Losräder mit der betreffenden Welle (10, 11, 12, 17, 20, 23, 26, 29) drehfest verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebestruktur zur Schaltung von mindestens neun Vorwärtsgängen ausgebildet ist, bei der die beiden Getriebeeingangswellen (10, 11) koaxial übereinander angeordnet sind und die Getriebeausgangswelle (12) koaxial dahinter angeordnet ist, bei der die Zahnräder (15, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31) der Vorwärtsgänge in sechs Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6) angeordnet sind, bei der die Zahnräder (32, 33, 34) eines Rückwärtsganges in einer gesonderten Radsatzebene (ZR) angeordnet sind, bei der höchstens acht Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) für die Vorwärtsgänge und eine Gangkupplung (I) für den Rückwärtsgang in teilweise doppelseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtungen (1, 2, 3, 4, 5, 6) angeordnet sind, bei der zwischen den Vorwärtsgängen zumindest teilweise progressive Gangsprünge realisiert sind, und bei der die Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H, I) als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sechs der acht Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) der Vorwärtsgänge in drei doppelseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtungen (2, 3, 4) zusammengefasst sind, zwei der Gangkupplungen (A, B, C, D, E, F, G, H) der Vorwärtsgänge in zwei einseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtungen (1,5) angeordnet sind, und die Gangkupplung (I) des Rückwärtsganges in einer einseitig betätigbaren Gangschaltvorrichtung (6) angeordnet ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer überwiegenden Anzahl der zwischen jeweils zwei Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, ZR) vorhandenen axialen Zwischenräume jeweils nur eine Gangschaltvorrichtung (2, 3, 4) angeordnet ist.
Doppelkupplungsgetriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei der Radsatzebenen (Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, ZR) ein axialer Freiraum ohne Gangschaltvorrichtung für eine Anordnung einer Stützwand (35) für eine Wellenlagerung vorhanden ist.