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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit zwei koaxial zueinander angeordneten Eingangswellen, von denen die erste Eingangswelle innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Eingangswelle angeordnet ist, und mit zwei koaxial zueinander angeordneten Vorgelegewellen, wobei die erste Vorgelegewelle innerhalb der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Vorgelegewelle angeordnet ist, die zweite Vorgelegewelle drehbar auf der ersten Vorgelegewelle gelagert und mit dieser koppelbar ist, und zumindest einem auf einer der Eingangs- oder Vorgelegewellen drehfest angeordneten und als Festrad ausgebildeten Zahnrad, das mit einem als Losrad auf einer der Vorgelege- oder Eingangswellen angeordneten Zahnrad im Eingriff steht, sowie mehreren Schalteinrichtungen zur drehfesten Verbindung von zumindest einem Losrad mit einer der Wellen.
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Ein solches Getriebe ist beispielsweise aus der
DE 10 2007 049 267 A1 bekannt. Entsprechende Getriebe werden beispielsweise in Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt, die sich dadurch auszeichnen, dass zwei Lastschaltelemente in Form von Kupplungen eingangsseitig mit einer Triebwelle eines Antriebsaggregats in Wirkverbindung stehen. Eine der beiden Lastschaltelemente ist ausgangsseitig mit einer der Getriebeeingangswellen verbunden, während das andere der beiden Lastschaltelemente ausgangsseitig mit der anderen Eingangswelle verbunden ist. Die beiden Getriebeeingangswellen sind zur Darstellung von Übersetzungen über Radsätze, die über Schalteinrichtungen in den Kraftfluss zu- oder abschaltbar sind, mit der wenigstens einen Vorgelegewelle verbindbar. Ein Radsatz zum Schalten von Übersetzungen, d. h. von verschiedenen Gangstufen hat dabei üblicherweise zwei miteinander mittelbar oder unmittelbar kämmende Zahnräder, von denen das eine Zahnrad einer der Eingangswellen und das andere Zahnrad einer der Vorgelegewellen zugeordnet ist und von denen eines als Losrad mit der zugeordneten Welle über die Schalteinrichtung kuppelbar ist, wohingegen das andere als Festrad an der zugeordneten Welle vorgesehen ist.
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Sofern ein gattungsgemäßes Getriebe in einem Doppelkupplungsgetriebe zum Einsatz kommt, erfolgt dies mit dem Ziel, das Doppelkupplungsgetriebe beim Hoch- bzw. Runterschalten möglichst zugkraftunterbrechungsfrei betreiben zu können. Solche zugkraftunterbrechungsfreien Übersetzungswechsel bedingen regelmäßig, dass den Losrädern zugeordnete Schalteinrichtungen, mit denen die Losräder zur Realisierung von Übersetzungen bzw. Gangstufen mit der jeweils zugehörigen Welle verdrehfest verbindbar sind, nicht unmittelbar hintereinander folgenden Gangstufen zugeordnet sind.
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Jenseits dessen besteht bei Getrieben grundsätzlich die Anforderung einer kompakten raumsparenden Bauweise. Mitunter gelten strenge Vorgaben sowohl für den radialen Bauraumbedarf, wie auch den axialen Bauraumbedarf und zwar abhängig von den entsprechenden Fahrzeugsystemen, in denen das Getriebe zum Einsatz kommt.
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Ökonomische Überlegungen erfordern des Weiteren, dass Schalteinrichtungen mehrfach verwendet werden können, um mit einer geringen Anzahl von Aktoren möglichst viele Gangstufen realisieren zu können, was die Ausgestaltung des Getriebes kostengünstig macht. So ist man bemüht, möglichst doppelsynchronisierende Schalteinrichtungen in einem Getriebe zu realisieren.
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Aus Gründen eines hohen Wirkungsgrades ist der Fachmann des Weiteren bemüht, bei der Ausgestaltung des Getriebes möglichst wenige simultane Zahneingriffe zu verwirklichen, d. h. die Anzahl der zur Realisierung jeder bestimmten Gangstufe notwendig miteinander in Wirkverbindung stehenden Zahnrädern gering zu halten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Getriebe der eingangs genannten Art in Vorgelegebauweise zur Verfügung zu stellen, welche den obigen Anforderungen in bestmöglicher Weise gerecht wird.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Getriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Dieses unterscheidet sich dadurch von dem Stand der Technik, dass zumindest auf der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Vorgelegewelle mindestens drei Zahnräder verdrehfest angeordnet sind, die mit mit zumindest einer der Eingangswellen koppelbaren Zahnrädern im Eingriff stehen, von denen zumindest ein Zahnrad mit beiden Eingangswellen koppelbar ist. Dabei kämmen üblicherweise die drei verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle angeordneten Zahnräder vorzugsweise jeweils mit einem einzigen, der Achse der Eingangswellen zugeordneten Zahnrad. Zumindest eines, üblicherweise das Mittlere der drei hintereinander angeordneten Zahnräder, ist dabei mit den beiden Eingangswellen koppelbar. Die beiden anderen Zahnräder sind vorzugsweise jeweils mit nur einer der Eingangswellen koppelbar.
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Das auf diese Weise ausgebildete Getriebe ermöglicht die Verwirklichung von einem oder mehreren Gangstufen als Windungsgänge, die sich dadurch auszeichnen, dass der Kraftfluss zunächst von einer der Eingangswellen über eine Gangstufe zu der Achse der Vorgelegewelle erfolgt, von dort erneut zurück auf die Achse der Eingangswellen und von hier wiederum auf die Achse der Vorgelegewellen. Vorzugsweise ist das Getriebe dabei so ausgebildet, dass drei Gangstufen als Windungsgänge verwirklicht werden können, von denen vorzugsweise zwei Gangstufen als Vorwärtsgangstufen und eine Gangstufe als Rückwärtsgang ausgebildet sind. Dabei wird für die Verwirklichung des erfindungsgemäßen Getriebes vorzugsweise lediglich eine einzige Vorgelegewellenachse realisiert. Auf dieser einzigen Vorgelegewellenachse befindet sich üblicherweise die erste Vorgelegewelle als Vollwelle und die zweite Vorgelegewelle als Hohlwelle. Weitere Hohlwellen zur Übertragung des Drehmoments zur Verwirklichung von unterschiedlichen Gangstufen weist das Getriebe üblicherweise nicht auf.
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Gemäß ihrem zweiten Aspekt bildet die vorliegende Erfindung ein gattungsgemäßes Getriebe dahingehend weiter, dass die Zahnräder und die Schalteinrichtungen so innerhalb des Getriebes angeordnet sind, dass zumindest acht Vorwärtsgänge und wenigstens ein Rückwärtsgang schaltbar sind.
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Üblicherweise sind genau acht Vorwärtsgänge schaltbar und regelmäßig ist auch die Möglichkeit gegeben, zwei schaltbare Rückwärtsgänge zu realisieren, so dass das Getriebe sich auch eignet für einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, die triebseitig mit den Eingangswellen in Verbindung stehen bzw. mit diesen in Verbindung gebracht werden können, so dass sowohl mit dem Verbrennungsmotor, als auch mit der elektrischen Maschine ein Rückwärtsgang realisiert werden kann, sofern die elektrische Maschine einerseits und der Verbrennungsmotor andererseits unterschiedlichen Eingangswellen und damit Teilgetrieben innerhalb der Getriebeeinheit zugeordnet sind oder werden können.
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Mit Blick auf eine möglichst kompakte Ausgestaltung des Getriebes in axialer Richtung hat diese vorzugsweise lediglich sieben Radebenen. Als Radebene sei dabei eine sich üblicherweise quer zu der axialen Erstreckung der Eingangs- bzw. Vorgelegewellen erstreckende Ebene bezeichnet, auf welcher sich ein Radsatz befindet. Dabei handelt es sich bei diesem Radsatz um einen Radsatz zum Schalten der Gänge. Davon unberührt bleiben eventuell innerhalb des Getriebes oder endseitig an den Wellen vorgesehene Abtriebszahnräder oder Abtriebskonstantenpaare. Solche, am Schalten der verschiedenen Gangstufen nicht beteiligbare Zahnräder bilden keine Radebenen im Sinne der vorliegenden Anmeldung zum Schalten der Gangstufen. Diese Zahnräder bilden jedoch auch Radebenen im weiteren Sinn.
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Weiterhin bevorzugt hat das erfindungsgemäße Getriebe zum Schalten der vorzugsweise genau acht Vorwärtsgänge und des bzw. der beiden Rückwärtsgänge 15 Zahnräder. Es handelt sich hierbei üblicherweise um 14 den jeweiligen Wellen unmittelbar zugeordnete Zahnräder. Danach sind sieben Zahnräder der Eingangswellenachse und sieben Zahnräder der Vorgelegewellenachse zugeordnet. Auf einer Radebene, vorzugsweise einer einzigen Radebene, befindet sich des Weiteren ein Zwischenrad zur Umdrehung des Drehsinns in dem Rückwärtsgang.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind zum Schalten der zumindest acht Vorwärtsgänge und des oder der beiden Rückwärtsgänge fünf Schalteinrichtungen vorgesehen. Aus ökonomischen Gründen ist es zu bevorzugen, von diesen fünf Schalteinrichtungen vier als doppeltwirkende Schalteinrichtungen auszubilden mit jeweils zwei Schaltelementen, denen lediglich ein Aktuator zugeordnet ist. Die weitere Schalteinrichtung ist eine Einzel-Schalteinrichtung. Während die Doppel-Schalteinrichtungen jeweils zwei Losräder mit den ihnen zugeordneten Wellen kuppeln können, erlaubt eine Einzel-Schalteinrichtung lediglich die Kopplung eines einzigen Zahnrades mit der zugeordneten Welle über ein einziges Schaltelement. Eine Schalteinrichtung zur Kopplung einer Welle mit einer anderen Welle wird auch als Koppelvorrichtung bezeichnet.
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So weist das Getriebe vorzugsweise lediglich fünf Aktoren zum Schalten der zumindest acht Vorwärtsgänge und der üblicherweise zwei Rückwärtsgänge auf.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind zwischen den drei als Losräder auf der ersten oder zweiten Eingangswelle direkt aufeinander folgenden, vorgesehenen Zahnrädern jeweils doppeltwirkende Schalteinrichtungen vorgesehen. Dabei ist dem mittleren Losrad eine Schalteinrichtung zur Verbindung mit der einen Eingangswelle, als auch eine Schalteinrichtung zur Verbindung mit der anderen Eingangswelle zugeordnet. Die Einzel-Schalteinrichtung befindet sich in Längsrichtung der jeweiligen Achsen üblicherweise auf der der Eingangsseite abgewandten Seite dieser beiden doppeltwirkenden Schalteinrichtungen, vorzugsweise auf der Achse der Vorgelegewelle.
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Vorzugsweise sind von den drei Losrädern, die mit den verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle angeordneten Zahnrädern im Eingriff stehen, ein Zahnrad mit der ersten und der zweiten Eingangswelle koppelbar, ein zweites Zahnrad lediglich mit der ersten Eingangswelle koppelbar und ein drittes Zahnrad lediglich mit der zweiten Eingangswelle koppelbar. Üblicherweise befindet sich das mit der ersten und der zweiten Eingangswelle koppelbare Losrad zwischen den beiden anderen Losrädern, wobei üblicherweise das mit der zweiten Eingangwelle koppelbare dritte Zahnrad näher an der Antriebsseite angeordnet ist als das mit der ersten Eingangswelle koppelbare Zahnrad.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die drei verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle angeordneten Zahnräder der dritten bis fünften Radebene zugeordnet. Dabei wird die erste Radebene durch diejenige Radebene gebildet, die in Richtung des Kraftflusses dem Antrieb am nächsten angeordnet ist, wohingegen die siebte, d. h. letzte Radebene am weitesten entfernt von dem antriebsseitigen Ende und am abtriebsseitigen Ende des Getriebes vorgesehen ist. Für diese Terminologie greift die Sichtweise, dass üblicherweise die als Vollwelle ausgebildete Vorgelegewelle die Abtriebswelle bildet. Jedenfalls im Falle eines Doppelkupplungsgetriebes wird die erste Radebene unmittelbar benachbart zu den beiden Lastschaltelementen vorgesehen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die auf der ersten und zweiten Radebene vorgesehenen Radsätze an die erste Vorgelegewelle koppelbar. Alternativ können die auf diesen ersten beiden Radebenen vorgesehenen Radsätze auch gemeinsam an die zweite Eingangswelle koppelbar sein. Wesentlich für die Verwirklichung der Weiterbildung ist indessen, dass die Radsätze der ersten und zweiten Radebene gemeinsam entweder an die erste Vorgelegewelle oder die zweite Eingangswelle koppelbar sind.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die auf der sechsten und siebten Radebene vorgesehenen Radsätze entweder gemeinsam an dieselbe Eingangswelle koppelbar sind oder aber an dieselbe Vorgelegewelle. Dabei handelt es sich üblicherweise um die erste, üblicherweise als Vollwelle ausgebildete Vorgelegewelle.
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Weiterhin ist es zu bevorzugen, die auf der dritten und fünften Radebene vorgesehenen Radsätze sowohl an zumindest eine der Eingangswellen, als auch an die erste Vorgelegewelle koppelbar auszubilden. Dabei sind üblicherweise die auf der dritten und fünften Radebene der Eingangswellenachse zugeordnete Zahnräder mit unterschiedlichen Eingangswellen koppelbar, d.h. der auf der dritten Radebene vorgesehene Radsatz ist üblicherweise mit der als Hohlwelle vorgesehenen zweiten Eingangswelle koppelbar, wohingegen der auf der fünften Radebene vorgesehene Radsatz an die als Vollwelle ausgebildete erste Eingangswelle koppelbar ist. Weiterhin sind die auf der dritten und fünften Radebene vorgesehenen und der Vorgelegewellenachse zugeordneten Zahnräder sowohl an die erste Vorgelegewelle als auch an eine der Eingangswellen, regelmäßig jeweils lediglich an eine einzige Eingangswelle, koppelbar. Dementsprechend kann die zweite Vorgelegewelle zur Verwirklichung von Windungsgängen für eine Drehmomentübertragung relativ zu der ersten Vorgelegewelle drehen, oder aber mit der ersten Vorgelegewelle gekoppelt sein.
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Der auf der vierten Radebene vorgesehene Radsatz ist vorzugsweise an beide Eingangswellen und durch Koppelung der zweiten Vorgelegewelle an die erste Vorgelegewelle an die Vorgelegewelle koppelbar, wodurch die Möglichkeit geschaffen ist, über eine einzige Radebene sowohl das Drehmoment der ersten Eingangswelle, als auch das Drehmoment der zweiten Eingangswelle auf die Vorgelegewellenachse zu übertragen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind mit aufsteigenden Radebenen folgende Gangstufen vorgesehen: 2, R, 6, 4, 3, 7, 5. Dabei ist die zweite Gangstufe demjenigen Radsatz zugeordnet, der den zweiten Gang überträgt, die dritte Gangstufe demjenigen Radsatz, der zur Verwirklichung der Übersetzung entsprechend der dritten Gangstufe vorgesehen ist. In der vierten Gangstufe befinden sich diejenigen zwei Zahnräder, die miteinander kämmen, wenn die vierte Gangstufe über das Getriebe übertragen wird. Entsprechendes gilt für die fünfte, sechste und siebte Gangstufe.
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Es ist indes ohne Weiteres möglich, die auf der ersten und zweiten Radebene vorgesehenen Gangstufen gegeneinander zu vertauschen. In gleicher Weise können die beiden auf den beiden letzten Radebenen vorgesehenen Gangstufen gegeneinander vertauscht werden. Im ersten Fall kann mit aufsteigender Radebene die Gangfolge R, 2, 6 ... sein, wohingegen bei der zweiten Alternative die Reihenfolge endet mit ... 4, 3, 5, 7. Beide Variationen können miteinander kombiniert werden: R, 2, 6, 4, 3, 5, 7.
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Ohne substanzielle Beeinträchtigung des geringen Bauraums kann die zuvor beschriebene Zuordnung der einzelnen Gangstufen zu den Radebenen auch wie folgt realisiert werden: 5, 7, 3, 4, 6, R, 2. Auch bei dieser Reihenfolge können die auf den ersten beiden Radebenen vorgesehenen Gangstufen gegeneinander und/oder die auf den letzten beiden Radebenen vorgesehenen Gangstufen gegeneinander vertauscht werden.
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Vorzugsweise werden indes die erste und achte Gangstufe sowie eine der Rückwärts-Gangstufen als Windungsgang verwirklicht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung erfolgt hierbei in der ersten Gangstufe der Kraftfluss von der einen der Eingangswellen über die Zahnräder der vierten Gangstufe zu der zweiten Vorgelegewelle über die Zahnräder der sechsten Gangstufe zu der anderen Eingangswelle und über die Zahnräder der zweiten Gangstufe zu der ersten Vorgelegewelle. Die eine Eingangswelle ist hierbei üblicherweise die als Vollwelle ausgebildete erste Eingangswelle. Es ergibt sich die Besonderheit, dass der Radsatz der vierten Gangstufe auf der Achse der Eingangswellen an diejenige Eingangswelle koppelbar ist, die den ungeraden Gangstufen zugeordnet ist.
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Zur Ausgestaltung der achten Gangstufe als Windungsgang erfolgt der Kraftfluss gemäß einer bevorzugten Weiterbildung von der anderen, d. h. üblicherweise der zweiten Eingangswelle (Eingangswelle der geraden Gänge) über die Zahnräder der vierten Gangstufe zu der zweiten Vorgelegewelle und über die Zahnräder der dritten Gangstufe zu der einen, d. h. ersten Eingangswelle und schließlich über die Zahnräder der siebten Gangstufe zu der ersten Vorlegwelle.
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Schließlich wird einer der Rückwärtsgänge als Windungsgang mit einem Kraftfluss von einer der Eingangswellen über Zahnräder der vierten Gangstufe zu der zweiten Vorgelegewelle über Zahnräder der sechsten Gangstufe zu der anderen Eingangswelle und schließlich über Zahnräder der R-Gangstufe zu der ersten Vorgelegewelle übertragen. Auch hierbei ergibt sich die Besonderheit, dass der Radsatz der vierten Gangstufe auf der Achse der Eingangswellen an diejenige Eingangswelle koppelbar ist, die den ungeraden Gangstufen zugeordnet ist.
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Das auf diese Weise erfindungsgemäß verwirklichte und nach obiger Maßgabe bevorzugt weitergebildete Getriebe erweist sich als kompaktbauend mit guter Lastschaltfähigkeit und guter Hybridisierungsfähigkeit. Das Getriebe lässt sich wirtschaftlich herstellen, da bevorzugt lediglich fünf Aktoren zur Betätigung der Kopplungseinrichtungen zum Einsatz kommen. Durch die Ausgestaltung des ersten und achten Gangs als Windungsgang wird die mechanische Spreizung und somit die Drehzahlverluste reduziert.
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Sofern das erfindungsgemäße Getriebe als Doppelkupplungsgetriebe verwirklicht wird, sind die beiden Eingangswellen bevorzugt mit zwei Lastschaltelementen verbunden, deren Eingangsseiten mit der Triebwelle eines Antriebs verbunden sind. Bei diesem Antrieb kann es sich um jeden beliebigen Antrieb handeln, so um einen Verbrennungsmotor oder eine elektrische Maschine.
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Das Getriebe lässt sich aber auch als Getriebe in einem Hybridantrieb nutzen. In diesem Fall steht eine der Eingangswellen in der Regel mittelbar, d. h. entkoppelbar über eine Kupplung in Triebverbindung mit einer Triebwelle eines Verbrennungsmotors, wohingegen die andere Eingangswelle in Triebverbindung mit einer elektrischen Maschine steht. Um die Gänge desjenigen Teilgetriebes, welches in Triebverbindung mit der elektrischen Maschine steht, auch für den Verbrennungsmotor mindestens teilweise nutzen zu können, ist es vorgesehen, dass die beiden Teilgetriebe miteinander über ein Schaltelement koppelbar sind. Dies kann dadurch geschehen, dass die beiden Eingangswellen mit einem zusätzlichen Schaltelement direkt koppelbar ausgeführt werden. Eine entsprechende, konkrete Lösung ist in der unveröffentlichten
DE 10 2010 030 569 der Anmelderin beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Anbindung des Getriebes auf der Antriebsseite durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungsunterlagen aufgenommen wird. Die dort beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen sind in gleicher Weise Weiterbildungen des vorliegenden erfindungsgemäßen Getriebes.
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Eine elektrische Maschine sowie ein Verbrennungsmotor können alternativ auch so an das erfindungsgemäße Getriebe angebunden sein, wie dies aus der
DE 10 2006 059 591 A1 bekannt ist. Deren Offenbarungsgehalt wird jedenfalls hinsichtlich derjenigen Merkmale, die die Anbindung des dort offenbarten Getriebes an die beiden Motoren betreffen, durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung aufgenommen. So ist es zu bevorzugen, die elektrische Maschine über ein Planetengetriebe an beide Eingangswellen koppelbar vorzusehen und den Verbrennungsmotor über eine Trennkupplung mit einer der beiden Eingangswellen verbindbar so vorzusehen, dass bei geschlossener Trennkupplung der Verbrennungsmotor über das Planetengetriebe an die andere Eingangswelle gekoppelt ist. Weiterhin ist es zu bevorzugen, auf der Antriebsseite ein Überbrückungsschaltelement vorzusehen, welches mit dem Planetengetriebe derart zusammenwirkt, dass bei geschlossenem Überbrückungsschaltelement eine drehfeste Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und den beiden Eingangswellen bei Drehzahlengleichheit zwischen beiden besteht, wohingegen bei geöffnetem Überbrückungsschaltelement diese verdrehfeste Verbindung nicht besteht. Eine entsprechende, konkrete Lösung ist in der auf die Anmelderin zurückgehende
DE 10 2010 061 824 beschrieben, deren Inhalt bezüglich der Anbindung des Getriebes auf der Antriebsseite durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungsunterlagen aufgenommen wird. Die dort beschriebenen bevorzugten Weiterbildungen sind in gleicher Weise Weiterbildungen des vorliegenden erfindungsgemäßen Getriebes.
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Bevorzugt kann auf der Antriebsseite eine Anordnung vorgesehen sein, wie sie in der auf die Anmelderin zurückgehenden unveröffentlichten
DE 10 2010 063 582 beschriebenen Patentanmeldung offenbart ist. Die Offenbarung dieser konkreten Ausgestaltung wird durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldungsunterlagen aufgenommen. Dementsprechend wird das erfindungsgemäße Getriebe bevorzugt in dem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges eingesetzt, wobei eines der Elemente Steg, Sonnenrad und Hohlrad eines Planetengetriebes einer festen Anbindung der ersten Eingangswelle des Getriebes dient und ein zweites Element dieser Elemente des Planetengetriebes der festen Anbindung einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebes dient. Ferner ist ein erstes Schaltelement vorgesehen, über welches ein drittes Element dieser Elemente des Planetengetriebes in einer ersten Schaltstellung des ersten Schaltelementes an die zweite Eingangswelle des Getriebes und in einer zweiten Schaltstellung des ersten Schaltelementes gehäuse- bzw. statorseitig anbindbar ist. Ferner ist ein zweites Schaltelement vorgesehen, in dessen Verschlussstellung beide Eingangswellen aneinander gekoppelt sind und bei geöffneter Stellung beide Eingangswellen voneinander getrennt sind.
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Auch auf der Abtriebsseite sind gewisse Weiterbildungen zu bevorzugen, wenn die bauartbedingten Besonderheiten in dem erfindungsgemäßen Getriebe in bestmöglicher Weise benutzt werden sollen. Alternativ zu der bereits vorgestellten Lösung, bei welcher die erste Vorgelegewelle als Vollwelle die Abtriebswelle des Getriebes ausbildet, kann ein Abtriebskonstantenpaar mit einem verdrehfest auf der ersten Vorgelegewelle angeordneten Abtriebsrad vorgesehen sein, um das über das Getriebe geschaltete Antriebsmoment an einen Verbraucher weiterzuleiten. Des Weiteren kann lediglich ein Abtriebskonstantenrad vorgesehen sein, welches mit einem als Festrad auf der ersten Vorgelegewelle angeordneten Zahnrad einer Gangstufe kämmt. Solche Ausgestaltungen werden insbesondere dann bevorzugt, wenn der axiale Bauraum des Getriebes beschränkt ist, die vorgegebene Einbausituation für das Getriebe indes einen größeren radialen Bauraum erlaubt.
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Das erfindungsgemäße Getriebe kann allerdings auch ein einer elektrischen Maschine zuzuführendes Drehmoment übersetzungsmäßig verändern. Eine solche elektrische Maschine kann insbesondere mit einem als Losrad des Getriebes ausgebildeten Zahnrad kämmen. Auch eine koaxiale Anordnung einer Welle einer elektrischen Maschine zu der Achse der Eingangs- bzw. Vorgelegewelle ist denkbar. In diesem Fall ist die elektrische Maschine üblicherweise über eine Kupplung an die zugehörige Welle koppelbar. Die elektrische Maschine kann auch mit einem Losrad des Getriebes zwangsgekoppelt sein. Dabei ist insbesondere an ein Zahnrad der dritten, vierten oder sechsten Gangstufe gedacht, welches der Vorgelegewellenachse zugeordnet ist. Ebenso kann ein Zahnrad einer elektrischen Maschine mit einem als Festrad des Getriebes vorgesehenen Zahnrad kämmen. Die Kopplung zwischen dem Getriebe und der elektrischen Maschine kann auch durch ein zusätzliches, kuppelbar oder verdrehfest an einer der Wellen des Getriebes vorgesehenes Maschinenabtriebsrad erfolgen oder aber über eine der Wellen des erfindungsgemäßen Getriebes.
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Bei einigen Anbindungsvarianten der elektrischen Maschine an ein Zahnrad oder an eine Welle des Getriebes ist eine günstige Übersetzung von der elektrischen Maschine zum Verbrennungsmotor bei gleichzeitigem Neutral-Gang zum Abtrieb hin realisierbar. Bei einem Start des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine benötigt die elektrische Maschine dann weniger Drehmoment als dies bei direkter Anbindung der Fall wäre.
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Zu bevorzugen ist des Weiteren, die elektrische Maschine zur Doppelkupplung wie auch zum Abtrieb jeweils durch ein Schaltelement des Radsatzes schaltbar anzuordnen. Dadurch lässt sich eine Standladefähigkeit realisieren und elektrisches Fahren ist ohne Schleppverluste der Doppelkupplung möglich. Besonders geeignet zur Anbindung der elektrischen Maschine an das Getriebe sind die Radstufen zu der dritten, vierten bzw. sechsten Gangstufe. Im Hinblick darauf ist es zu bevorzugen, die elektrische Maschine mit einem Zahnrad zu koppeln, welches der Achse der Vorgelegewellen zugeordnet ist und mit einem eingangswellenseitig vorgesehenen Zahnrad kämmt, das dort als Losrad vorgesehen ist. Dementsprechend ist rein elektrisches Fahren über ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine bei einem oder mehreren frei eingangswellenseitig mitdrehenden Zahnrädern möglich, so dass bei diesem elektrischen Fahren eine eingangswellenseitig vorgesehene Kupplung bzw. Doppelkupplung nicht mitdreht.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 ein Räderschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Getriebes;
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2 eine Schaltmatrix zu dem ersten Ausführungsbeispiel, und
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3 eine tabellarische Übersicht zur Zuordnung zwischen Schaltelementen von Schalteinrichtungen und Gangstufen.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes anhand eines Beispiels eines mit Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Doppelkupplungsgetriebes in Vorgelegebauweise. Das Doppelkupplungsgetriebe weist auf seiner mit Bezugszeichen EA gekennzeichneten Eingangswellenachse eine erste, als Vollwelle ausgebildete Eingangswelle EW1, eine zweite konzentrisch hierzu vorgesehene und als Hohlwelle ausgebildete Eingangswelle EW2 sowie eine Doppelkupplungsanordnung mit zwei Lastschaltelementen K1, K2 auf. Diese Lastschaltelemente K1, K2 sind vorliegend als reibschlüssige Lamellenkupplungen ausgeführt. Die beiden Lastschaltelemente K1, K2 bilden auch die Anfahrelemente des Doppelkupplungsgetriebes 1. Dementsprechend ist ein Eingangselement der jeweiligen Lastschaltelemente K1, K2 im eingebauten Zustand des Doppelkupplungsgetriebes 1 mit einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Antriebsaggregat, beispielsweise einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges, verbunden oder wirkverbunden.
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Über das Doppelkupplungsgetriebe 1 ist jedenfalls die erste Eingangswelle EW1 unter Zwischenschaltung des Lastschaltelementes K1 mit dem Antriebsaggregat verbindbar, wohingegen die zweite Eingangswelle EW2 über das Lastschaltelement K2 mit dem entsprechenden Antriebsaggregat schaltbar ist.
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Auf einer parallel zu der Eingangswellenachse EA vorgesehenen Vorgelegewellenachse VA sind zwei Vorgelegewellen koaxial zueinander vorgesehen, nämlich eine erste, als Vollwelle ausgebildete Vorgelegewelle VW1 und eine zweite, als Hohlwelle ausgebildete Vorgelegewelle VW2, innerhalb derer die erste Vorgelegewelle VW1 angeordnet ist. Die Vorgelegewelle VW1 durchsetzt die Vorgelegewelle VW2 und überragt diese in axialer Richtung beidseitig.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt lediglich diejenigen Zahnräder, die zum Schalten und Durchleiten des Drehmoments in verschiedenen Gangstufen durch das Getriebe erforderlich sind. Diese werden nachfolgend näher erläutert, wobei die Lage innerhalb des Getriebes unter Bezugnahme auf Radebenen E1–E7 vorgestellt wird welche in aufsteigender Reihenfolge von links nach rechts vorgesehen sind. Die erste Radebene E1 befindet sich unmittelbar benachbart zu der Doppelkupplungsanordnung und damit an einer Antriebsseite AN, wohingegen die letzte Radebene E7 sich am gegenüberliegenden axialen Ende des Doppelkupplungsgetriebes 1 befindet, der Abtriebsseite AB.
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Auf der ersten Radebene E1 befinden sich zwei Zahnräder, die die zweite Gangstufe bilden, wobei das der zweiten Eingangswelle EW2 zugeordnete Zahnrad EG2 als Festrad auf dieser zweiten Eingangswelle EW2 vorgesehen ist. Das zugeordnete und hiermit unmittelbar im Eingriff stehende Zahnrad VG2 der Vorgelegewellenachse VA ist als Losrad ausgebildet und über eine Schalteinrichtung SE1 mit der ersten Vorgelegewelle VW1 koppelbar.
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Das auf der zweiten Radebene E2 eingangswellenseitig vorgesehene Zahnrad ER ist ebenfalls dort als Festrad auf der zweiten Eingangswelle EW angeordnet. Es kämmt zur Ausbildung einer Rückwärtsgangstufe unter Zwischenschaltung eines Zwischenrades ZR mit einem Losrad VR, welches der Vorgelegewellenachse VA zugeordnet und über die erste Schalteinrichtung SE1 mit der ersten Vorgelegewelle VW1 koppelbar ist. Der auf der zweiten Radebene E2 vorgesehene Radsatz RR ist als Gangstufe eines der Rückwärtsgänge ausgebildet.
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Auf der dritten Radebene E3 befindet sich ein als Losrad auf der Eingangswellenseite vorgesehenes Zahnrad EG6. Dieses ist drehbar auf der zweiten Eingangswelle EW2 gelagert und über eine zweite Schalteinrichtung SE2 mit der zweiten Eingangswelle EW2 koppelbar. Dieses Zahnrad EG6 kämmt mit einem der Vorgelegewellenachse VA zugeordneten Zahnrad VG6, das verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle VW2 angeordnet ist. Die zuvor beschriebene Radstufe R6 ist als sechste Gangstufe ausgelegt, d. h. vermittelt das Drehmoment von der Eingangswellenachse EA auf die Vorgelegewellenachse VA in der sechsten Gangstufe.
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Auf der vierten Radebene E4 befindet sich der vierte Radsatz R4, der eingangswellenseitig ein Losrad EG4 umfasst, welches über die zweite Schalteinrichtung SE2 mit der zweiten Eingangswelle EW2 und über die Schalteinrichtung SE3 mit der ersten Eingangswelle EW1 koppelbar ist und mit einem Zahnrad VG4 unmittelbar im Eingriff ist, das verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle VW2 angeordnet ist. Der vierte Radsatz R4 bildet den vierten Gang.
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Auf der fünften Radebene E5 ist Vorgelegewellenseitig ebenfalls ein verdrehfest mit der zweiten Vorgelegewelle VW2 verbundenes Zahnrad VG3 angeordnet, welches zum Schalten der dritten Gangstufe vorgesehen ist und mit einem der Eingangswellenachse EA zugeordneten und über die Schalteinrichtung SE3 mit der ersten Eingangswelle EW1 koppelbaren Losrad EG3 kämmt und den dritten Radsatz R3 ausbildet.
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Zwischen der vierten und der fünften Radebene E4, E5, befindet sich ein drittes Schaltelement SE3, welches wie die zuvor beschriebenen Schaltelemente SE1, SE2 für eine sogenannte Doppelsynchronisierung ausgebildet ist, so dass durch jeweils einen der zu den jeweiligen Schalteinrichtungen SE1, SE2, SE3 zugeordneten Aktoren jeweils zwei unterschiedliche und mit S1 bis S6 gekennzeichnete Schaltelemente betätigbar sind, um die jeweiligen Losräder mit der zugeordneten Welle zu koppeln.
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Eine weitere, doppelt wirkende Schalteinrichtung SE4 ist zwischen der sechsten und der siebten Radebene E6, E7 vorgesehen und vorliegend der Eingangswellenachse EA zugeordnet, um über die Schaltelemente S7 und S8 Losräder EG7 und EG5 mit der ersten Eingangswelle EW1 zu koppeln. Eine einzige, einzeln wirkende Schalteinrichtung SE5 ist zwischen der fünften und der sechsten Radebene vorgesehen, um die zweite Vorgelegewelle VW2 mit der ersten Vorgelegewelle VW1 über ein einziges Schaltelemente S9 zu koppeln.
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Die Zuordnung der auf den Ebenen 3 bis 5 vorgesehenen Zahnrädern zu den entsprechenden Wellen, deren Koppelbarkeit und insbesondere die Anordnung der drei Vorgelegewellenseitigen Zahnräder VG6, VG4, VG3 als verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle VW2 vorgesehene Zahnräder ermöglicht die Verwirklichung von drei Windungsgängen, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Jedenfalls besteht die Besonderheit des gezeigten Ausführungsbeispiels, die auch eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Getriebes darstellt, darin, dass die Radsätze R6, R5 der dritten und fünften Radebene E3, E5 sowohl an eine der Eingangswellen EW1, EW2 als auch an die erste Vorgelegewelle VW1 koppelbar sind. Dabei ist der auf der dritten Radebene E3 vorgesehene Radsatz R6 an die zweite Eingangswelle EW2 und der auf der fünften Ebene E5 vorgesehene dritte Radsatz R3 an die erste Eingangswelle EW1 koppelbar.
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Das Schalten der Windungsgänge ist dadurch möglich, dass die zugeordneten Zahnräder VG3, VG4 und VG6 der Vorgelegewellenachse VA gemeinsam verdrehfest auf der zweiten Vorgelegewelle VW2 vorgesehen sind, die wiederum mit der ersten Vorgelegewelle VW1 koppelbar ist. Des Weiteren ist wesentlich, dass der der vierten Radebene E4 zugeordnete Radsatz R4, an beide Eingangswellen EW1, EW2 koppelbar ist und an die erste Vorgelegewelle VW1 koppelbar ist.
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Auf der sechsten und siebten Radebene E6, E7 sind wiederum Radsätze mit zwei unmittelbar im Eingriff stehenden Zahnrädern EG7, VG7 bzw. EG5, VG5 vorgesehen, die über die gemeinsame, zur Doppelsynchronisierung vorgesehenen Schalteinrichtung SE4 mit der ersten Eingangswelle EW1 koppelbar sind. Die der Vorgelegewellenachse zugeordneten Zahnräder VG7, VG5 der sechsten und siebten Radebene sind dort als Festräder angeordnet. Dadurch wird der siebte und fünfte Radsatz R7, R5 ausgebildet.
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Es versteht sich von selbst, dass die Schalteinrichtungen SE1 bzw. SE4 der jeweils anderen Wellenachse zugeordnet werden können, wobei im ersten Fall die Eingangswellen EW1, EW2 keinerlei Festräder aufweisen würden. Es kommt lediglich darauf an, die jeweiligen Radsätze R2, RR, R5, R7 koppelbar mit der zugehörigen Welle vorzusehen. Dies bedeutet, dass die der ersten und zweiten Radebene zugeordneten Radsätze entweder an die erste Vorgelegewelle VW1 oder an die zweite Eingangswelle EW2 koppelbar sind. Die auf der sechsten und siebten Radebene vorgesehenen Radsätze R5, R7 sind entweder an dieselbe, vorliegend die erste Eingangswelle EW1 koppelbar oder an dieselbe Vorgelegewelle, vorliegend die erste Vorgelegewelle VW1.
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Es versteht sich auch von selbst, dass die Lage der fünften Schalteinrichtung SE5 in axialer Richtung verschoben werden kann, so dass diese zwischen der zweiten Radebene E2 und der dritten Radebene E3 angeordnet wird, statt – wie gezeigt – zwischen der fünften und sechsten Radebene E5, E6.
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Aufgrund der Zuordnung der einzelnen Zahnräder zu den unterschiedlichen Eingangswellen EW1; EW2 ergeben sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eines Doppelkupplungsgetriebes zwei unterschiedliche Teilgetriebe, die in 1 mit gestrichelten Linien angedeutet und mit Bezugszeichen 2 bzw. 3 gekennzeichnet sind. Wegen der Zuordnung entweder als Festräder oder als Losräder der Zahnräder EG2, ER, EG6, EG4 zu der zweiten Eingangswelle EW2 gehören diese zu dem ersten Teilgetriebe 2, wohingegen die ab der fünften Radebene E5 vorgesehenen Zahnräder und damit die Radsätze R3, R7, R5 dem zweiten Teilgetriebe 3 zuzuordnen sind. Es ist aber möglich die Gangstufen für die Vorwärtsgänge innerhalb der Teilgetriebe 2, 3 gegeneinander zu tauschen. Hat das konkret gezeigte Ausführungsbeispiel mit steigender Radebene E1 bis E7 folgende Reihenfolge der Gangstufen 2, R, 6, 4, 3, 7, 5, so folgt nach einem Tauschen der Teilgetriebe 2, 3 die Reihenfolge der Gangstufen mit aufsteigender Radebene E1 bis E7 zu 5, 7, 3, 4, 6, R, 2. Dabei können die Gangstufen 2 und R gegeneinander und die Gangstufen 7 und 5 gegeneinander vertauscht werden.
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Zusammenfassend lässt sich das zuvor beschriebene Doppelkupplungsgetriebe dadurch kennzeichnen, dass auf sieben Radebenen E1–E7 insgesamt 15 Zahnräder vorgesehen sind, nämlich die 12 Zahnräder zum Schalten der Vorwärtsgänge auf sechs Ebenen E1, E3–E7 mit Radsätzen R2 bis R7 und einem Radsatz RR zum Schalten des Rückwärtsganges mit einem Zwischenrad ZR zwischen den den beiden Wellenachsen EA, VA zugeordneten Zahnrädern ER, VR auf der zweiten Radebene E2. Es sind fünf Schalteinrichtungen vorgesehen mit insgesamt neun Schaltelementen, d. h. vier doppelt wirkende Schaltelemente SE1, SE2, SE3, SE4. Lediglich das Schaltelement SE5 ist ein Einzelschaltelement, so dass das Doppelkupplungsgetriebe 1 mit fünf Aktoren auskommt.
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Insbesondere unter Bezugnahme auf die 2 und 3 wird nachfolgend die Darstellung unterschiedlicher Gangstufen durch Schalten von einem oder mehreren Schaltelementen beschrieben. Die Übersetzungen 2 bis 7, d.h. die entsprechenden Gangstufen können in dem Doppelkupplungsgetriebe 1 durch alleiniges Zuschalten eines einzigen Radsatzes geschaltet werden. Dabei ist in den Übersetzungen 2, 5, 7 entsprechend den jeweiligen Gangstufen 2, 5, 7 jeweils lediglich ein Schaltelement S1, S8, S7 zu schalten. Für die Darstellung der Gangstufen zu den Vorwärtsgängen 3, 4 und 6 sind jeweils zwei Schaltelemente zu schalten. In der Gangstufe entsprechend der Übersetzung "3" sind die Schaltelemente S6 und S9 zu schalten; in der vierten Gangstufe die Schaltelemente S4 und S9 und in der sechsten Gangstufe die Schaltelemente S3 und S9. Für das Schalten eines der beiden Rückwärtsgänge R2 muss lediglich das Schaltelement S2 geschaltet werden.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Gangstufen als sogenannte Windungsgänge verwirklicht. In dem ersten Vorwärtsgang sind die Schaltelemente S1, S3 und S5 geschaltet, so dass der Kraftfluss bei geschlossener Kupplung K1 über die erste Eingangswelle EW1 zunächst durch den Radsatz der vierten Gangstufe 4 erfolgt. Das Drehmoment wird dann über die als Hohlwelle ausgebildete zweite Vorgelegewelle VW2 übertragen und über den Radsatz R6 der sechsten Gangstufe zu der Eingangswellenachse EA überführt. Von dort wird das Drehmoment auf die zweite Eingangswelle EW2 übertragen, um schließlich über den Radsatz R2 auf der ersten Radebene E1 auf die Vorgelegewellenachse VA übertragen und über das erste Schaltelement S1 in die erste Vorgelegewelle VW1 eingeleitet zu werden.
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In der achten Gangstufe erfolgt der Kraftfluss durch entsprechendes Schalten der Schaltelemente S4, S6 und S7 von dem Radsatz R4 der vierten Gangstufe zu der zweiten Vorgelegewelle VW2, von dort über den Radsatz R3 der dritten Gangstufe zurück auf die Eingangswellenachse EA. Dort überträgt die erste Eingangswelle EW1 das Drehmoment auf den Radsatz R7 der siebten Gangstufe, welche den Kraftfluss zu der ersten Vorgelegewelle VW1 überträgt.
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Auch einer der Rückwärtsgänge R1 ist als Windungsgang verwirklicht. Durch Schalten der Schaltelemente S2, S3 und S5 erfolgt der Kraftfluss in dieser R1-Gangstufe von der ersten Eingangswelle EW1 über die Zahnräder der vierten Gangstufe zu der zweiten Vorgelegewelle VW2, von dort über den Radsatz R6 der sechsten Gangstufe zu der zweiten Eingangswelle EW2 und von dort wiederum über den Radsatz RR des Rückwärtsganges auf die erste Vorgelegewelle VW1. Wie insbesondere die 2 und 3 verdeutlichen, ist das Doppelkupplungsgetriebe 1 so ausgebildet, dass ein zugkraftunterbrechungsfreier Übersetzungswechsel zwischen benachbarten Gangstufen möglich ist, da keine der Schalteinrichtungen zwischen zwei Radsätzen zu unmittelbar hintereinander folgenden Gangstufen zugeordnet ist.
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Auf der Abtriebsseite kann das gezeigte Ausführungsbeispiel in unterschiedlicher Weise angebunden sein. So kann beispielsweise ein mit einem der Zahnräder der zweiten Vorgelegewelle VW2 kämmendes Zahnrad einer elektrischen Maschine vorgesehen sein. Zum axial gegenüber der Vorgelegewellenachse VA versetzten Abtrieb kann ein zusätzliches Abtriebskonstantenrad mit dem Zahnrad VG7 oder dem Zahnrad VG5 kämmen. Ein zusätzliches Abtriebskonstantenpaar mit einem der ersten Vorgelegewelle VW1 zugeordneten Festrad kann entweder an zumindest einem der stirnseitigen Enden der Vorgelegewelle VW1 oder zwischen einzelnen Radebenen E1–E7 vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe/Doppelkupplungsgetriebe
- 2
- erstes Teilgetriebe, der ersten Eingangswelle EW1 zugeordnet
- 3
- zweites Teilgetriebe, der zweiten Eingangswelle EW2 zugeordnet
- AB
- Abtriebsseite
- AN
- Antriebsseite
- EA
- Eingangswellenachse
- VA
- Vorgelegewellenachse
- EW1
- erste Eingangswelle
- EW2
- zweite Eingangswelle
- VW1
- erste Vorgelegewelle
- VW2
- zweite Vorgelegewelle
- E1–E7
- Radebene
- EG2–EG7
- einer Eingangswelle zugeordnetes Zahnrad
- VG2–VG7
- einer Vorgelegewelle zugeordnetes Zahnrad
- ER
- der Eingangswelle zugeordnetes Zahnrad des Rückwärtsganges
- VR
- der Vorgelegewelle zugeordnetes Zahnrad des Rückwärtsganges
- ZR
- Zwischenrad
- SE1–SE5
- Schalteinrichtung
- S1–S9
- Schaltelement
- R2–R7
- Radsätze Vorwärtsgänge
- RR
- Radsatz Rückwärtsgang
- K1
- erstes Lastschaltelement
- K2
- zweites Lastschaltelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007049267 A1 [0002]
- DE 102010030569 [0033]
- DE 102006059591 A1 [0034]
- DE 102010061824 [0034]
- DE 102010063582 [0035]
