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Die folgende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Antriebsstränge, die einen Verbrennungsmotor beinhalten, werden entweder stufenlose Getriebe oder Stufengetriebe zur Übersetzungsanpassung verwendet. Bei den Stufengetrieben unterscheidet man zwischen klassischen Handschaltgetrieben in Stirnradbauweise und Automatikgetrieben. Auf dem Gebiet der automatisierten Stufengetriebe unterscheidet man generell zwischen Wandler-Automatikgetrieben und sogenannten Doppelkupplungsgetrieben. Die Doppelkupplungsgetriebe haben sich als eine Alternative zu Wandler-Automatikgetrieben insbesondere für kleinere und mittlere Leistungen durchgesetzt.
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Aus dem Dokument
DE 10 2011 056 517 A1 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, das zwischen mehreren Gangschaltstufen schaltbar ist. Das Getriebe beinhaltet eine erste Eingangswelle, die über eine erste Schaltkupplung mit einem Antriebsmotor antriebsverbindbar ist, eine zweite Eingangswelle, die über eine zweite Schaltkupplung mit dem Antriebsmotor antriebsverbindbar ist, eine zum Antreiben von Rädern zu verbindende Ausgangswelle, die über zumindest ein Zahnradpaar mit der ersten Eingangswelle und über zumindest ein Zahnradpaar mit der zweiten Eingangswelle antriebsverbindbar ist. Eine Parallelwelle ist über ein Zahnradpaar mit einer der beiden Eingangswellen antriebsverbunden. Die Parallelwelle ist über ein Transferzahnradpaar mit der anderen der beiden Eingangswellen antriebsverbindbar. Das Getriebe ist derart ausgelegt, dass zumindest zwischen zwei aufeinanderfolgenden direkten Gangschaltstufen, bei denen die Parallelwelle nicht über das Transferzahnradpaar mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt ist, eine generierte Gangschaltstufe in der Gangabstufung nutzbar ist, bei der die Parallelwelle über das Transferzahnradpaar mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt ist.
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Diese Art von Getriebe soll eine hohe Anzahl von nutzbaren Gangschaltstufen bei einer günstigen Schaltabfolge aufweisen, ohne den Bauraum des Getriebes nennenswert zu erhöhen.
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Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Doppelkupplungsgetriebe anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Doppelkupplungsgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer ersten Welle zum Verbinden des Doppelkupplungsgetriebes mit einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, wobei die erste Welle einem ersten Teilgetriebe zugeordnet ist, und einer zweiten Welle zum Verbinden mit der Antriebseinheit, wobei die zweite Welle einem zweiten Teilgetriebe zugeordnet ist, mit einer dritten Welle, die über wenigstens eine schaltbare Radpaarung des ersten Teilgetriebes mit der ersten Welle verbindbar ist, um eine jeweilige Vorwärtsdirektgangstufe einzurichten, und die über wenigstens eine zweite schaltbare Radpaarung des zweiten Teilgetriebes mit der zweiten Welle verbindbar ist, um eine jeweilige Vorwärtsdirektgangstufe einzurichten, und mit einer vierten Welle, die mit der ersten Welle oder mit der zweiten Welle über einen ersten Radsatz verbunden oder verbindbar ist und die mit der anderen Welle von erster Welle und zweiter Welle verbindbar oder verbunden ist, um wenigstens eine Windungsgangstufe einzurichten, wobei das Doppelkupplungsgetriebe zur Einrichtung einer Mehrzahl von Vorwärtsgangstufen eingerichtet ist und wobei die Mehrzahl von Vorwärtsgangstufen jeweils der ersten Welle oder der zweiten Welle auf eine solche Weise zugeordnet sind, dass bei sämtlichen Gangwechseln zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Vorwärtsgangstufen ein Wechsel des Leistungsflusses von der ersten Welle auf die zweite Welle oder umgekehrt erfolgt.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Doppelkupplungsgetriebe der erfindungsgemäßen Art, wobei die erste Welle und die zweite Welle über eine Doppelkupplungsanordnung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar sind, und mit wenigstens einer Elektromaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung.
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Das offenbarte Doppelkupplungsgetriebe ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise in axialer und insbesondere in radialer Richtung. Ferner ist es aufgrund der Zuordnung der Vorwärtsgangstufen zu der ersten Welle bzw. der zweiten Welle möglich, sämtliche Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung durchzuführen. In dem Getriebe, das aus dem Dokument
DE 10 2011 056 517 A1 bekannt geworden ist, müssen hingegen manche Gangwechsel zwischen direkt aufeinanderfolgenden Vorwärtsgangstufen mit einem Zwischenschalten auf eine höhere Gangschaltstufe durchgeführt werden („Stützschaltung“). Das erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe ermöglicht folglich auch schnellere Gangwechsel.
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Durch die Nutzung wenigstens einer Windungsgangstufe, bei der die erste und die zweite Welle miteinander verbunden sind, kann zudem eine hohe Spreizung erreicht werden.
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Die Grundkonfiguration des Doppelkupplungsgetriebes sieht vor, dass die Direktvorwärtsgangstufen jeweils durch Radpaarung realisiert werden, die zwischen der ersten Welle und der dritten Welle bzw. zwischen der zweiten Welle und der dritten Welle eingerichtet werden. Die dritte Welle kann daher auch als „Vorgelegewelle“ im klassischen Sinne bezeichnet bzw. betrachtet werden.
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Die folgenden Begriffe lassen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere wie folgt verstehen:
- Ein Doppelkupplungsgetriebe ist ein Stufengetriebe, insbesondere in Stirnradbauweise, das eingangsseitig mit einer Doppelkupplungsanordnung (s. u.) verbindbar ist. Die Doppelkupplungsanordnung beinhaltet zwei Kupplungen, die insbesondere als Reibkupplungen ausgebildet sind und die alternativ und zeitlich überschneidend betätigbar sind, um wenigstens einen Gangwechsel zugkraftunterbrechungsfrei durchführen zu können. Das Doppelkupplungsgetriebe weist wenigstens drei Vorwärtsgangstufen auf, vorzugsweise 4, 5, 6, 7 oder 8 oder mehr Vorwärtsgangstufen. Das Doppelkupplungsgetriebe beinhaltet vorzugsweise zwei Teilgetriebe, die jeweils einer anderen der zwei Kupplungen zugeordnet sind. Vorzugsweise beinhaltet das eine Teilgetriebe die ungeraden Vorwärtsgangstufen, und das andere beinhaltet die gerden Vorwärtsgangstufen. Bei einer Leistungsübertragung über eine Vorwärtsgangstufe in einem Teilgetriebe kann in dem anderen Teilgetriebe eine Anschlussgangstufe vorgewählt werden. Vorliegend weist das Doppelkupplungsgetriebe vorzugsweise genau sechs Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe auf.
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Eine Doppelkupplungsanordnung beinhaltet zwei Kupplungen, die jeweils vorzugsweise als kraftschlüssige Reibkupplungen ausgebildet sind. Die zwei Kupplungen können axial nebeneinander angeordnet sein oder können radial ineinander verschachtelt ausgebildet sein, mit einer radial äußeren und einer radial inneren Kupplung. Vorzugsweise weist die Doppelkupplungsanordnung ein gemeinsames Eingangsglied auf, das mit einer Antriebseinheit verbindbar ist, sowie zwei Ausgangsglieder, die mit einer ersten Welle bzw. einer zweiten Welle verbindbar sind, die vorzugsweise durch eine Hohlwelle und eine Innenwelle gebildet sind.
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Eine Antriebseinheit ist ein Verbrennungsmotor oder eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, ggf. mit einer dazwischenliegenden Trennkupplung, um eine P2-Hybridanordnung zu bilden, die einen rein elektrischen Fahrbetrieb ermöglicht.
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Eine Radpaarung beinhaltet genau zwei Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen, insbesondere miteinander kämmen. Die Zahnräder weisen vorzugsweise jeweils eine Stirnverzahnung auf, sind vorzugsweise in einer radialen Ebene angeordnet und sind vorzugsweise jeweils einer anderen Welle zugeordnet. Die Zahnräder der Radpaarung können zwei Festräder sein (sog. Konstanten-Radsatz). Bei einer schaltbaren Radpaarung können die zwei Zahnräder ein Festrad und ein Losrad (s.u) sein, die vorzugsweise gemeinsam eine Direktgangstufe (s.u.) definieren.
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Ein Radsatz beinhaltet wenigstens zwei miteinander in Eingriff stehende (insbesondere kämmende) Zahnräder, und kann eine oder mehrere Radpaarungen beinhalten, die vorzugsweise in einer gemeinsamen radialen Radsatzebene liegen. Sofern ein Radsatz ein Festrad aufweist, das mit zwei unterschiedlichen Losrädern in Eingriff steht, kann der Radsatz zwei Direktgangstufen definieren; man spricht in diesem Fall auch von einer Doppelnutzung des Festrades. Generell kann ein Radsatz auch ein Planetenradsatz sein.
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Ein Losrad ist ein drehbar an einer Welle gelagertes Zahnrad, das mittels eines Schaltelementes mit der Welle verbindbar oder davon entkoppelbar ist. Ein Festrad ist ein an einer Welle drehfest festgelegtes Zahnrad.
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Ein Schaltelement dient zum Verbinden oder Lösen von Gliedern, wie einem Losrad und einer Welle, und ist vorliegend insbesondere durch eine Schaltkupplung gebildet, insbesondere eine formschlüssige Schaltkupplung, wie eine Klauenkupplung. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schaltkupplung durch eine formschlüssige Synchron-Schaltkupplung gebildet ist.
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Ein Doppelschaltelement beinhaltet zwei Schaltelemente, die vorzugsweise unterschiedlichen Losrädern an einer Welle zugeordnet sind und die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ schaltbar sind, um jeweils eines der Losräder mit der Welle zu verbinden. Ferner beinhaltet das Doppelschaltelement eine Neutralstellung, in der keines der beiden Losräder mit der Welle verbunden ist.
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Ein Hybrid-Antriebsstrang mit einem Doppelkupplungsgetriebe kann eine Elektromaschine beinhalten, die mit einem Eingangsglied einer Doppelkupplungsanordnung verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine jeweilige Elektromaschine mit einem ersten und/oder einem zweiten Ausgangsglied einer solchen Doppelkupplungsanordnung bzw. der ersten Welle oder/oder der zweiten Welle verbunden sein.
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Zwei relativ zueinander drehbare Glieder sind verbunden, wenn sie zwangsläufig mit einer proportionalen Drehzahl drehen. Der Begriff verbunden ist gleichzusetzen mit „wirkverbunden“. Unter einer „drehfesten Verbindung“ ist zu verstehen, dass die zwei Glieder mit der gleichen Drehzahl drehen. Zwei Glieder sind dann verbindbar, wenn sie entweder miteinander verbunden oder voneinander entkoppelt werden können. Vorzugweise sind die Glieder mittels eines Schaltelementes wie einer Kupplung oder einer Bremse miteinander verbindbar.
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Zwei Elemente sind axial ausgerichtet, wenn sie sich in axialer Richtung zumindest teilweise überlappen und/oder wenn sie in einer gemeinsamen Radialebene liegen.
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Vorliegend sind die erste Welle und die zweite Welle vorzugsweise Eingangswellen, die mit einem jeweiligen Ausgangsglied einer Doppelkupplungsanordnung verbindbar sind und die jeweils einem Teilgetriebe zugeordnet sind. Vorzugsweise sind die erste Welle und die zweite Welle koaxial zueinander angeordnet, wobei die eine Welle eine Innenwelle ist und die andere Welle eine Hohlwelle. Alle anderen Wellen sind vorzugsweise nicht koaxial hierzu oder zueinander angeordnet, sondern parallel zueinander versetzt.
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Eine Direktgangstufe ist eine Gangstufe, die in einem Stirnradgetriebe durch Schließen eines einzelnen Schaltelementes einrichtbar ist, um eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle miteinander zu verbinden.
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Unter einer Windungsgangstufe wird verstanden, dass wenigstens zwei Schaltelemente geschlossen werden müssen, um eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle miteinander zu verbinden. Ferner fließt Leistung bei einer Windungsgangstufe von der ersten Welle über das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe oder von der zweiten Welle über das zweite Teilgetriebe und das erste Teilgetriebe.
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Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das offenbarte Doppelkupplungsgetriebe zur Einrichtung von zumindest zwei, insbesondere von genau zwei Windungsvorwärtsgangstufen ausgelegt ist, einschließlich einer ersten Windungsvorwärtsgangstufe, bei der Antriebsleistung von der ersten Welle über die vierte Welle zu der dritten Welle fließt, und einer zweiten Windungsvorwärtsgangstufe, bei der Antriebsleistung von der zweiten Welle über die vierte Welle zu der dritten Welle fließt.
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Bevorzugt ist es hierbei, wenn die eine Windungsvorwärtsgangstufe eine ungerade Vorwärtsgangstufe ist und wenn die andere Windungsvorwärtsgangstufe eine gerade Vorwärtsgangstufe ist. Die genau zwei Windungsgangstufen sind in der Regel nicht die einzigen Windungsgangstufen, die theoretisch einrichtbar sind. Alle anderen Windungsgangstufen außer der ersten und der zweiten sind jedoch vorzugsweise nicht sinnvoll und eine Steuerung des Doppelkupplungsgetriebes läßt ein Anwählen dieser nicht sinnvollen Gangstufen vorzugsweise nicht zu.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste Windungsvorwärtsgangstufe die niedrigste und vorzugsweise eine ungerade Vorwärtsgangstufe ist, die insbesondere zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, und wenn die zweite Windungsvorwärtsgangstufe die höchste und/oder eine gerade Vorwärtsgangstufe ist. Die gerade Vorwärtsgangstufe, die durch die zweite Windungsvorwärtsgangstufe eingerichtet ist, ist vorzugsweise gleichzeitig die höchste Vorwärtsgangstufe des Doppelkupplungsgetriebes.
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Die niedrigste Vorwärtsgangstufe ist typischerweise die Vorwärtsgangstufe 1. Die zweite Windungsvorwärtsgangstufe ist vorzugsweise die Vorwärtsgangstufe 6.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste Teilgetriebe ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und/oder ist die erste Welle eine Hohlwelle und/oder ist das zweite Teilgetriebe geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet und/oder ist die zweite Welle eine Innenwelle.
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Insgesamt kann hierdurch eine kompakte Bauweise realisiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Teilgetriebe zwei erste schaltbare Radpaarungen auf, die den Direktvorwärtsgangstufen 3 bzw. 5 zugeordnet sind, und/oder weist das zweite Teilgetriebe zwei zweite schaltbare Radpaarungen auf, die den Direktvorwärtsgangstufen 2 bzw. 4 zugeordnet sind.
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Vorzugsweise sind die ersten und die zweiten schaltbaren Radpaarungen jene Radpaarungen, die für die axiale Länge des Doppelkupplungsgetriebes relevant sind, mit anderen Worten kann das Doppelkupplungsgetriebe vorzugsweise mit nur vier Radialebenen realisiert werden (eine Abtriebsradebene nicht betrachtet).
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn das erste Teilgetriebe zwei Direktvorwärtsgangstufen 3 und 5 aufweist, die alternativ mittels eines ersten Doppelschaltelementes betätigbar sind.
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Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Teilgetriebe zwei Direktvorwärtsgangstufen 2 und 4 auf, die alternativ mittels eines zweiten Doppelschaltelementes betätigbar sind.
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Durch diese Maßnahme ist möglich, das Doppelkupplungsgetriebe mit insgesamt nur zwei Schaltelementebenen auszugestalten, in denen jeweils wenigstens ein Doppelschaltelement angeordnet ist.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn die höchste Direktvorwärtsgangstufe des ersten Teilgetriebes die Gangstufe 5 ist.
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Hierdurch kann die Anzahl der Gangstufen vergleichsweise gering gehalten werden. Die höchste Vorwärtsgangstufe ist vorzugsweise eine Windungsgangstufe.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die höchste Direktvorwärtsgangstufe des zweiten Teilgetriebes die Gangstufe 4.
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Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn jene erste schaltbare Radpaarung, die der Direktvorwärtsgangstufe 5 zugeordnet ist, axial benachbart ist zu jener zweiten schaltbaren Radpaarung, die der Direktvorwärtsgangstufe 4 zugeordnet ist.
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Hierbei können die niedrigeren Gangstufen der jeweiligen Teilgetriebe axial außen angeordnet werden, also dort, wo die bei den niedrigen Gangstufen übertragenen höheren Drehmomente gut durch Lagerstellen am Gehäuse oder dergleichen abgestützt werden können.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn jene erste schaltbare Radpaarung, die der Direktvorwärtsgangstufe 5 zugeordnet ist, auch der Windungsvorwärtsgangstufe 6 zugeordnet ist.
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In entsprechender Weise ist es bevorzugt, wenn jene zweite schaltbare Radpaarung, die der Direktvorwärtsgangstufe 2 zugeordnet ist, auch der Windungsvorwärtsgangstufe 1 zugeordnet ist.
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Die höchste Direktvorwärtsgangstufe ist folglich der direkt anschließenden hohen Windungsvorwärtsgangstufe zugeordnet.
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Die niedrigste Direktvorwärtsgangstufe (Gangstufe 2) ist jener Windungsvorwärtsgangstufe zugeordnet, die vorzugsweise für das Anfahren des Kraftfahrzeuges verantwortlich ist.
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An der vierten Welle ist vorzugsweise ein Schaltelement zur Einrichtung wenigsten einer Windungsvorwärtsgangstufe angeordnet. An der vierten Welle ist vorzugsweise ein Losrad gelagert, das mittels jenes Schaltelementes mit der vierten Welle verbindbar ist. Das Losrad, das an der vierten Welle gelagert ist, steht vorzugsweise mit einem Zahnrad in Eingriff, das mit der ersten Welle oder mit der zweiten Welle verbunden ist.
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Auf diese Weise kann über die vierte Welle eine oder können mehrere Windungsvorwärtsgangstufen eingerichtet werden.
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Das Doppelkupplungsgetriebe ist vorzugsweise auch zur Einrichtung einer Windungsrückwärtsgangstufe eingerichtet. Hierzu ist vorzugsweise an der vierten Welle ein Schaltelement zur Einrichtung der Windungsrückwärtsgangstufe angeordnet. Dabei ist an der vierten Welle ferner vorzugsweise ein drehbar gelagertes Losrad angeordnet, das der Windungsrückwärtsgangstufe zugeordnet ist. Das an der vierten Welle drehbar gelagerte Losrad für die Windungsrückwärtsgangstufe steht vorzugsweise mit einem Losrad in Eingriff, das an der dritten Welle gelagert ist.
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Das Losrad, das an der dritten Welle gelagert ist, ist vorzugsweise ein Losrad einer Radpaarung zur Einrichtung einer Direktvorwärtsgangstufe des ersten oder des zweiten Teilgetriebes.
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Das Losrad, das an der dritten Welle gelagert ist, ist vorzugsweise der niedrigsten Direktvorwärtsgangstufe zugeordnet.
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Das Schaltelement zur Einrichtung der wenigstens einen Windungsvorwärtsgangstufe und das Schaltelement zur Einrichtung der Windungsrückwärtsgangstufe bilden vorzugsweise ein Doppelschaltelement an der vierten Welle. Das an der vierten Welle gebildete Doppelschaltelement ist vorzugsweise axial mit einem Schaltelement des zweiten Teilgetriebes ausgerichtet.
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Die vierte Welle ist vorzugsweise mit einem Festrad verbunden, das mit einem Festrad in Eingriff steht, das an der ersten Welle festgelegt ist. Das an der ersten Welle festgelegte Festrad kann ein speziell für die Verbindung mit der vierten Welle vorgesehenes Festrad sein. Es kann sich jedoch auch um ein Festrad handeln, das Teil einer Radpaarung zur Einrichtung einer Direktvorwärtsgangstufe des ersten Teilgetriebes ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind aus der Sicht eines Einganges des Doppelkupplungsgetriebes die folgenden Glieder axial hintereinander an der dritten Welle angeordnet: Losrad für die Vorwärtsgangstufe 3, erstes Doppelschaltelement für die Vorwärtsgangstufen 3 und 5, Losrad für die Vorwärtsgangstufe 5, Losrad für die Vorwärtsgangstufe 4, zweites Doppelschaltelement für die Vorwärtsgangstufen 4 und 2, sowie Losrad für die Vorwärtsgangstufe 2.
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Ferner ist es insgesamt bevorzugt, wenn aus der Sicht eines Einganges des Doppelkupplungsgetriebes die folgenden Glieder axial hintereinander an der vierten Welle angeordnet sind: Festrad, das mit einem an der ersten Welle festgelegten Festrad in Eingriff steht, Losrad für Windungsvorwärtsgangstufen 1 und 6, das mit einem an der zweiten Welle festgelegten Festrad für die Direktvorwärtsgangstufe 4 in Eingriff steht, drittes Doppelschaltelement für das Losrad für die Windungsvorwärtsgangstufen 1 und 6 und für ein Losrad für eine Windungsrückwärtsgangstufe, sowie das Losrad für die Windungsrückwärtsgangstufe, das mit einem Losrad für die Vorwärtsgangstufe 2 in Eingriff steht, das an der dritten Welle gelagert ist.
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Mit diesem Aufbau ergibt sich eine besonders kompakte radiale und axiale Bauweise. Es werden vorzugsweise genau sechs Vorwärtsgangstufen eingerichtet. Ferner wird mit dem Doppelkupplungsgetriebe vorzugsweise genau eine Rückwärtsgangstufe eingerichtet.
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Sämtliche Vorwärtsgangstufen, die direkt aufeinander folgen, können ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden, indem die zwei Kupplungen, die mit der ersten bzw. der zweiten Welle verbunden sind, überschneidend betätigt werden. Mit anderen Worten erfolgt bei sämtlichen Gangwechseln zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vorwärtsgangstufen jeweils ein Wechsel des Leistungsflusses von der ersten Welle auf die zweite Welle oder umgekehrt.
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Das Doppelkupplungsgetriebe kann in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eingebaut werden, bei dem als Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor vorgesehen ist und keine separate Elektromaschine als Antriebsmaschine vorgesehen ist.
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Sofern der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein Hybrid-Antriebsstrang ist, kann eine elektrische Maschine mit einem Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung verbunden sein. Alternativ kann eine Elektromaschine mit der ersten Welle verbunden sein und/oder es kann eine Elektromaschine mit der zweiten Welle verbunden sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Doppelkupplungsgetriebes der vorliegenden Offenbarung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
- 3 eine Schalttabelle für das Doppelkupplungsgetriebe der 1.
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In 1 ist in schematischer Form ein Doppelkupplungsgetriebe dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Das Doppelkupplungsgetriebe 10 ist zum Einbau in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges ausgelegt, das mittels Antriebsrädern antreibbar ist. Das Doppelkupplungsgetriebe 10 weist eine erste Welle 12 in Form einer Hohlwelle auf. Ferner beinhaltet das Doppelkupplungsgetriebe 10 eine zweite Welle 14, die als Innenwelle ausgebildet ist, und zwar konzentrisch zu der ersten Welle 12.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 10 weist ein erstes Teilgetriebe 16 auf, das der ersten Welle 12 zugeordnet ist sowie ein zweites Teilgetriebe 18, das der zweiten Welle 14 zugeordnet ist.
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Das erste Teilgetriebe 16 ist in axialer Richtung zwischen einem Eingang des Doppelkupplungsgetriebes 10 und dem zweiten Teilgetriebe 18 angeordnet. Der Eingang des Doppelkupplungsgetriebes 10 ist an einem axialen Ende hiervon ausgebildet. In diesem Bereich kann die erste Welle 12 mit einer ersten Kupplung C1 verbunden werden. Ferner kann im Bereich des Eingangs die zweite Welle 14 mit einer zweiten Kupplung C2 verbunden werden.
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Die erste Welle 12 und die zweite Welle 14 sind konzentrisch zu einer ersten Achse A1 des Doppelkupplungsgetriebes 10 angeordnet.
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Parallel hierzu, auf einer zweiten Achse A2, ist eine dritte Welle 20 angeordnet. Die dritte Welle 20 ist fest mit einem Abtriebszahnrad 22 verbunden, das mit einer schematisch angedeuteten Leistungsverteilungseinrichtung 24 zum Verteilen von Antriebsleistung auf Antriebsräder 26L, 26R verbunden ist.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 10 weist ferner eine dritte Achse A3 auf, die parallel versetzt zu den Achsen A1 und A2 angeordnet ist. Koaxial zu der dritten Achse A3 ist eine vierte Welle 30 angeordnet.
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Das erste Teilgetriebe 16 weist eine erste schaltbare Radpaarung 32 und eine weitere erste schaltbare Radpaarung 34 auf. Das zweite Teilgetriebe 18 weist eine zweite schaltbare Radpaarung 36 und eine weitere zweite schaltbare Radpaarung 38 auf.
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Die erste schaltbare Radpaarung 32 ist einer Direktvorwärtsgangstufe 3 zugeordnet und beinhaltet ein Festrad 40, das mit der ersten Welle 12 verbunden ist, sowie ein drehbar an der dritten Welle 20 gelagertes Losrad 42.
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Die weitere erste schaltbare Radpaarung 34 ist der Direktvorwärtsgangstufe 5 zugeordnet und beinhaltet ein Festrad 44, das mit der ersten Welle 12 verbunden ist, sowie ein drehbar an der dritten Welle 20 gelagertes Losrad 46.
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Die zweite schaltbare Radpaarung 36 ist der Direktvorwärtsgangstufe 4 zugeordnet und beinhaltet ein Festrad 48, das mit der zweiten Welle 14 verbunden ist, sowie ein Losrad 50, das an der dritten Welle 20 drehbar gelagert ist. Die weitere zweite schaltbare Radpaarung 38 ist der Direktvorwärtsgangstufe 2 zugeordnet und beinhaltet ein Festrad 52, das mit der zweiten Welle 14 verbunden ist, sowie ein Losrad 54, das drehbar an der dritten Welle 20 gelagert ist.
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Die Radpaarungen 32 bis 38 sind axial hintereinander angeordnet. Die erste schaltbare Radpaarung 32 liegt in einer ersten Radialebene I. Die weitere erste schaltbare Radpaarung 34 liegt in einer zweiten Radialebene II. Die zweite schaltbare Radpaarung 36 liegt in einer dritten Radialebene III. Die weitere zweite schaltbare Radpaarung 38 liegt in einer vierten Radialebene IV. Die Radialebenen I bis IV sind, von dem Eingang des Doppelkupplungsgetriebes 10 aus gesehen axial hintereinander in dieser Reihenfolge angeordnet, so dass die erste Radialebene I auf der axialen Seite des Eingangs des Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist. Die vierte Radialebene IV ist im Bereich eines entgegengesetzten axialen Endes des Doppelkupplungsgetriebes 10 angeordnet.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 10 definiert ferner eine fünfte Radialebene V, in der ein Abtriebsradsatz mit dem Abtriebszahnrad 22 angeordnet ist.
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Diese fünf Radialebenen I bis V beinhalten die für die axiale Baulänge relevanten Radpaarungen des Doppelkupplungsgetriebes.
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Zwischen der ersten schaltbaren Radpaarung 32 und der weiteren ersten schaltbaren Radpaarung 34 ist an der dritten Welle 20 ein erstes Doppelschaltelement 56 angeordnet, das ein Schaltelement B zum Verbinden des Losrades 42 mit der dritten Welle und ein Schaltelement D zum Verbinden des Losrades 46 mit der dritten Welle 20 aufweist. Das Doppelschaltelement 56 ist mittels einer ersten Betätigungseinrichtung 58 betätigbar, so dass entweder das Losrad 42 oder das Losrad 46 mit der dritten Welle 20 verbunden ist, oder eine Neutralstellung N eingerichtet ist, in der keines dieser Losräder mit der dritten Welle 20 verbunden ist, also weder die Direktvorwärtsgangstufe 3 noch die Direktvorwärtsgangstufe 5 geschaltet ist. Das erste Doppelschaltelement 56 ist das einzige Doppelschaltelement des ersten Teilgetriebes 16.
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In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 18 ein einzelnes zweites Doppelschaltelement 60 für Direktgangstufen auf, das Schaltelemente C, A für die Lösräder 50, 54 beinhaltet. Das zweite Doppelschaltelement 60 ist mittels einer zweiten Betätigungseinrichtung 62 betätigbar, um entweder das Losrad 50 oder das Losrad 54 mit der dritten Welle 20 zu verbinden, oder eine Neutralstellung einzurichten, also weder die Direktvorwärtsgangstufe 4 noch die Direktvorwärtsgangstufe 2 geschaltet ist.
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Die vier schaltbaren Radpaarungen 32 bis 38 definieren die Direktvorwärtsgangstufen 3, 5, 4, 2. Die Radpaarungen 34, 36 für die Vorwärtsgangstufen 5 und 4 sind axial benachbart zueinander angeordnet.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 10 beinhaltet ferner einen Konstanten-Radsatz 70. Der Konstanten-Radsatz 70 weist ein Festrad 72 auf, das mit der ersten Welle 12 verbunden ist, sowie ein Festrad 74, das mit der vierten Welle 30 verbunden ist. Der Konstanten-Radsatz 70 ist in axialer Richtung zwischen den Radialebenen I, II angeordnet und ist axial ausgerichtet mit dem ersten Doppelschaltelement 56.
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An der vierten Welle 30 ist ferner ein Losrad 76 drehbar gelagert. Das Losrad 76 steht in Eingriff mit dem Festrad 48 der zweiten schaltbaren Radpaarung 36. Mit anderen Worten ist das Losrad 76 in der dritten Radialebene III angeordnet.
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An der vierten Welle 30 ist ferner ein Losrad 78 drehbar gelagert, das mit dem Losrad 54 der weiteren zweiten schaltbaren Radpaarung 38 in Eingriff steht. Das Losrad 78 liegt folglich in der vierten Radialebene IV.
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Zwischen den Losrädern 76, 78 ist ein drittes Doppelschaltelement 80 angeordnet, das zwei Schaltelemente W, R beinhaltet. Das Schaltelement W dient zum Einrichten von zwei Windungsvorwärtsgangstufen 1, 6 und ist dazu ausgelegt, das Losrad 76 mit der vierten Welle 30 zu verbinden. Das weitere Schaltelement R ist einer Windungsrückwärtsgangstufe zugeordnet und ist dazu ausgelegt, das Losrad 78 mit der vierten Welle 30 zu verbinden. Das dritte Doppelschaltelement 80 ist mittels einer dritten Betätigungseinrichtung 82 betätigbar, die eines der Losräder 76, 78 alternativ mit der dritten Welle 30 verbinden kann, oder eine Neutralstellung einrichten kann.
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Das dritte Doppelschaltelement 80 ist axial ausgerichtet mit dem zweiten Doppelschaltelement 60. Die Doppelschaltelemente 60, 82 liegen in einer zweiten Schaltelementebene S2. Das erste Doppelschaltelement 56 liegt in einer ersten Schaltelementebene S1.
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An der dritten Welle 20 ist vorzugsweise ein Parksperrenrad P zum Einrichten einer Parksperre festgelegt. Vorliegend ist das Parksperrenrad P in axialer Richtung zwischen der ersten Radialebene I und der fünften Radialebene V angeordnet.
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In 2 ist ein beispielhafter Antriebsstrang 90 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Der Antriebsstrang 90 weist eine Antriebseinheit 92 auf, die vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildet ist. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 90 eine Doppelkupplungsanordnung 94. Die Doppelkupplungsanordnung 94 weist eine erste Kupplung C1 in Form einer Reibkupplung und eine zweite Kupplung C2 in Form einer Reibkupplung auf. Die Kupplungen C1 und C2 sind vorzugsweise Lamellenkupplungen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kupplungen radial ineinander verschachtelt sind, wobei die erste Kupplung C1 radial innen angeordnet ist und die zweite Kupplung C2 radial außerhalb der ersten Kupplung C1 angeordnet ist. Die Kupplungen C1 und C2 überlappen sich in axialer Richtung vorzugsweise zumindest teilweise.
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Die zwei Kupplungen C1 und C2 weisen ein gemeinsames Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung 94 auf. Das Eingangsglied ist mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit 92 verbunden.
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Der Antriebsstrang 90 beinhaltet ferner ein Doppelkupplungsgetriebe 10'. Das Doppelkupplungsgetriebe 10' weist eine erste Welle 12 auf, die mit einem Ausgangsglied der ersten Kupplung C1 verbunden ist. Ferner weist das Doppelkupplungsgetriebe 10' eine zweite Welle 14 auf, die mit einem Ausgangsglied der zweiten Kupplung C2 verbunden ist.
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Ein Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes 10' ist mit einer Leistungsverteilungseinrichtung 24 zum Verteilen von Antriebsleistung auf angetriebene Räder 26L, 26R verbunden.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 10' kann das Doppelkupplungsgetriebe 10 der 1 sein.
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Der Antriebsstrang 90 kann ein herkömmlicher Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sein. Der Antriebsstrang 90 kann jedoch auch ein Hybrid-Antriebsstrang sein. In diesem Fall beinhaltet der Hybrid-Antriebsstrang 90 wenigstens eine Elektromaschine. Die Elektromaschine ist dabei dazu ausgelegt, Antriebsleistung zum Antreiben des Kraftfahrzeuges bereitzustellen.
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Vorliegend ist es in einer Ausführungsform möglich, das Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung 94 mit einer Elektromaschine 96 zu verbinden. Genauer gesagt weist die Elektromaschine 96 einen mit einem nicht näher bezeichneten Gehäuse verbundenen Stator 98 und einen Rotor 100 auf, der fest mit dem gemeinsamen Eingangsglied der zwei Kupplungen C1, C2 verbunden ist.
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Sofern die Elektromaschine 96 nur zusätzliche Antriebsleistung bereitstellt, kann das gemeinsame Eingangsglied der Kupplungen C1, C2 direkt mit der Antriebseinheit 92 in Form des Verbrennungsmotors verbunden sein. Sofern die Elektromaschine 96 dazu ausgebildet werden soll, einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb einzurichten, bei dem der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, beinhaltet der Antriebsstrang 90 vorzugsweise eine Trennkupplung 102 zwischen dem Eingangsglied der Doppelkupplungsanordnung 94 und der Antriebseinheit 92, um den Verbrennungsmotor im rein elektrischen Fahrbetrieb nicht mitschleppen zu müssen.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Elektromaschine 96 ist es möglich, eine oder zwei weitere Elektromaschinen 104 vorzusehen. Eine Elektromaschine 104 kann beispielsweise mit der ersten Welle verbunden sein, wie es durch einen schematisch angedeuteten Stirnradsatz 106 gezeigt ist. Ferner kann eine Elektromaschine 104 mit der zweiten Welle 14 verbunden sein, wie es durch einen weiteren Stirnradsatz 108 angedeutet ist. Ferner können beide Wellen 12, 14 jeweils mit einer Elektromaschine 104 verbunden sein.
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3 zeigt eine Schalttabelle für das Doppelkupplungsgetriebe 10 der 1.
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Zum Einrichten der Windungsvorwärtsgangstufe 1 ist die Reibkupplung C1 geschlossen. Ferner sind die Schaltkupplungen A im zweiten Doppelschaltelement 60 und W (im dritten Doppelschaltelement 80) geschlossen. Leistung fließt folglich von der ersten Welle 12 über den Konstanten-Radsatz 70 zu der vierten Welle 30, und von dort über das Losrad 76 und das Festrad 48 zu der zweiten Welle 14. Aufgrund des geschlossenen Schaltelementes A fließt die Leistung dann von der zweiten Welle 14 über die weitere zweite schaltbare Radpaarung 38 zu der dritten Welle 20, und von dort über das Abtriebszahnrad 22 zu der Leistungsverteilungseinrichtung 24.
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Die auf die Vorwärtsgangstufe 1 folgende Vorwärtsgangstufe 2 ist als Direktvorwärtsgangstufe ausgebildet. Hierbei sind nur die Kupplung C2 und das Schaltelement A geschlossen. Folglich kann ein Gangwechsel von der Windungsgangstufe 1 zu der Direktvorwärtsgangstufe 2 erfolgen, indem die zwei Kupplungen C1 und C2 überschneidend betätigt werden, um den Leistungsfluss von der ersten Welle 12 auf die zweite Welle 14 zu übergeben.
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Beim Betrieb in der zweiten Vorwärtsgangstufe 2 kann dann in dem ersten Teilgetriebe durch Schalten des Schaltelementes B die Vorwärtsgangstufe 3 vorgewählt werden. Ein Wechsel von der Direktvorwärtsgangstufe 2 in die Direktvorwärtsgangstufe 3 kann dann wiederum erfolgen, indem die zwei Kupplungen C2 und C1 überschneidend betätigt werden, um den Leistungsfluss von der zweiten Welle 14 auf die erste Welle 12 zu übergeben.
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Die weiteren Gangwechsel von der Gangstufe 3 in die Gangstufe 5 erfolgen in entsprechender Weise, wobei jeweils Antriebsleistung von der ersten Welle auf die zweite Welle oder von der zweiten Welle auf die zweite Welle übergeben wird und die jeweiligen Reibkupplungen C1 und C2 überschneidend betätigt werden. Die Vorwärtsgangstufen 2 bis 5 sind jeweils Direktvorwärtsgangstufen.
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Die Vorwärtsgangstufe 6 ist als Windungsvorwärtsgangstufe ausgebildet, bei der die Kupplung C2 geschlossen ist sowie die Schaltelemente D und W. In der Windungsvorwärtsgangstufe 6 fließt Antriebsleistung von der zweiten Welle 14 über die weitere zweite schaltbare Radpaarung 38 und das geschaltete Schaltelement W zu der vierten Welle 30, und von dort über den Konstanten-Radsatz 70 zu der ersten Welle 12. Aufgrund des geschalteten Schaltelementes D fließt die Leistung dann von der ersten Welle 12 über die weitere erste schaltbare Radpaarung 34 zu der dritten Welle 20, und von dort über das Abtriebszahnrad 22 zu der Leistungsverteilungseinrichtung 24.
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Ausgehend von der Direktvorwärtsgangstufe 5 kann folglich das Schaltelement W zum Einrichten der Windungsvorwärtsgangstufen vorgewählt (geschlossen) werden, und anschließend kann zum Wechsel in die Windungsvorwärtsgangstufe 6 eine überschneidende Betätigung der Kupplungen C1 und C2 erfolgen, so dass der Leistungsfluss von der ersten Welle 12 auf die zweite Welle 14 übergeben wird. Rückschaltungen erfolgen in entsprechender Weise.
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Mit anderen Worten ist die Mehrzahl von Vorwärtsgangstufen jeweils der ersten Welle und der zweiten Welle auf eine solche Weise zugeordnet, dass bei sämtlichen Gangwechseln zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Vorwärtsgangstufen ein Wechsel des Leistungsflusses von der ersten Welle auf die zweite Welle oder umgekehrt erfolgt.
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In der Windungsrückwärtsgangstufe fließt Antriebsleistung von der ersten Welle 12 über den Konstanten-Radsatz 70 zu der vierten Welle 30, und von dort über das Losrad 78 und das Losrad 54 bei geschaltetem Schaltelement A direkt zu der dritten Welle 20, so dass eine Drehrichtungsumkehr erfolgt, die dritte Welle 20 also in die entgegengesetzte Richtung dreht wie bei den Vorwärtsgangstufen 1 bis 6.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Doppelkupplungsgetriebe
- 12
- erste Welle (Hohlwelle)
- 14
- zweite Welle
- 16
- erstes Teilgetriebe
- 18
- zweites Teilgetriebe
- 19
- Doppelkupplungsanordnung
- 20
- dritte Welle
- 22
- Abtriebszahnrad
- 24
- Leistungsverteilungseinrichtung
- 26L/R
- Antriebsräder
- 30
- vierte Welle
- 32
- erste schaltbare Radpaarung
- 34
- erste schaltbare Radpaarung
- 36
- zweite schaltbare Radpaarung
- 38
- zweite schaltbare Radpaarung
- 40
- Festrad Direktvorwärtsgangstufe 3
- 42
- Losrad Direktvorwärtsgangstufe 3
- 44
- Festrad Direktvorwärtsgangstufe 5
- 46
- Losrad Direktvorwärtsgangstufe 5
- 48
- Festrad Direktvorwärtsgangstufe 4
- 50
- Losrad Direktvorwärtsgangstufe 4
- 52
- Festrad Direktvorwärtsgangstufe 2
- 54
- Losrad Direktvorwärtsgangstufe 2
- 56
- erstes Doppelschaltelement B/D
- 58
- erste Betätigungseinrichtung
- 60
- zweites Doppelschaltelement C/A
- 62
- zweite Betätigungseinrichtung
- 70
- Konstanten-Radsatz
- 72
- Festrad
- 74
- Festrad
- 76
- Losrad (48)
- 78
- Losrad (54)
- 80
- drittes Doppelschaltelement W/R
- 82
- dritte Betätigungseinrichtung
- 90
- Antriebsstrang
- 92
- Antriebseinheit (VM)
- 94
- Doppelkupplungsanordnung
- 96
- Elektromaschine
- 98
- Stator
- 100
- Rotor
- 102
- Trennkupplung
- 104
- Elektromaschine
- 106
- Stirnradsatz
- 108
- Stirnradsatz
- A
- erstes Schaltelement
- B
- zweites Schaltelement
- C
- drittes Schaltelement
- D
- viertes Schaltelement
- W
- fünftes Schaltelement
- R
- sechstes Schaltelement
- P
- Parksperrenrad
- C1
- erste Kupplung
- C2
- zweite Kupplung
- I
- erste axiallängenrelevante Radialebene
- II
- zweite axiallängenrelevante Radialebene
- III
- dritte axiallängenrelevante Radialebene
- IV
- vierte axiallängenrelevante Radialebene
- V
- fünfte axiallängenrelevante Radialebene
- S1
- erste Schaltelementebene
- S2
- zweite Schaltelementebene
- A1
- erste Achse
- A2
- zweite Achse
- A3
- dritte Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011056517 A1 [0003, 0008]
