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Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe
für ein
Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Getriebeeingangswelle, der wenigstens
ein erster Getriebegang zugeordnet ist, und eine zweite Getriebeeingangswelle,
der wenigstens ein zweiter Getriebegang zugeordnet ist, wobei von
den Getriebeeingangswellen, die zueinander im Wesentlichen gleichachsig
verlaufen, eine als Hohlwelle ausgeführte äußere Getriebeeingangswelle
eine innere Getriebeeingangswelle umschließt, und eine getriebeinterne Synchronisiereinrichtung,
die dafür
ausgelegt ist, eine Synchronisation von den Getriebegängen zugeordneten
Drehzahlen beim Schalten von einem einer der Getriebeeingangswellen
zugeordneten Gang zu einem der anderen der Getriebeeingangswellen
zugeordneten Gang im Sinne eines Abbremsens bzw. eines Beschleunigens
zu ermöglichen
oder zumindest zu unterstützen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Synchronisiereinrichtung für ein derartiges
Doppelkupplungsgetriebe und einen entsprechenden Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Doppelkupplungsgetriebe und Doppelkupplungen
haben in jüngerer
Zeit erneut ein größeres Interesse
erfahren, da sie bei einer entsprechenden Automatisierung des Getriebes
einen Schaltkomfort ähnlich
wie bei einem herkömmlichen
Automatikgetriebe mit Drehmomentwandler versprechen, aber hinsichtlich
des energetischen Wirkungsgrads große Vorteile erwarten lassen.
Ein wesentlicher Vorteil gegenüber
herkömmlichen
automatisierten Getriebe mit Einfachkupplung ist, dass bei entsprechender
Zuordnung der Getriebegänge
zu den Getriebeeingangswellen ein Schalten, insbesondere ein sequentielles
Schalten, unter Erhalt der Motorzugkraft bzw. unter Erhalt von Schleppmomenten
möglich
ist, indem eine so genannte Überschneidungshaltung beim
Schalten von einem der einen Getriebeeingangswelle zugeordneten
Gang zu einem der anderen Getriebeeingangswelle zugeordneten Gang durchgeführt wird.
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Je nach Gangabstufung und den involvierten Gängen (Ausgangsgang
und Zielgang; unter Umständen
wird man auch zwischen nicht unmittelbar in der Gangstufung nebeneinander
liegenden Gängen zugkraftunterbrechungsfrei
bzw. schleppmomentunterbrechungsfrei schalten wollen) muss vergleichsweise
viel Synchronisationsarbeit geleistet werden. Hierzu wurde unter
anderem vorgeschlagen, die Doppelkupplung selbst aktiv zur Unterstützung der Synchronisation
bzw. – soweit
möglich – zur Synchronisation
selbst heranzuziehen durch entsprechende Betätigung der Kupplungsanordnungen.
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Beispielsweise offenbart speziell
die
DE 199 39 819
C1 ein Verfahren, das getriebeinterne Synchronisiereinrichtungen
unterstützt.
Auf getriebeinterne Synchronisiereinrichtungen kann nicht verzichtet
werden, da das in der Patentschrift vorgestellte Verfahren nur begrenzt
herkömmliche
Synchronringe unterstützt
und nicht über
die momentane Motordrehzahl hinaus hochbeschleunigen kann.
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Eine andere Möglichkeit ist, Synchron- oder Synchronisiereinrichtungen üblicher
Art (etwa Synchronringe und dergleichen), aber mit einer Auslegung
für höhere Belastung
entsprechend der zu leistenden Synchronarbeit im Getriebe vorzusehen.
Es ist aber bei diesem Ansatz mit vergleichsweise großem Bauraumbedarf
zu rechnen, und es ist letztlich festzustellen, dass derartige Synchronisiereinrichtungen
herkömmlichen
Typs nicht das Optimum für
die angesprochene Anwendung darstellen.
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Ein anderer Ansatz ist, spezielle
Synchronisierungseinrichtungen vorzusehen, die eine Momentenübertragung
zwischen wenigstens einer dem einen Satz von Getriebegängen (beispielsweise
den gradzahligen Vorwärtsgängen) zugeordneten
Getriebewelle und wenigstens einer dem anderen Satz von Getriebegängen (beispielsweise
den nicht-gradzahligen Vorwärtsgängen) zugeordneten
Getriebewelle ermöglichen.
Es wird hierzu als Beispiel auf die
DE 44 36 526 A1 verwiesen, die eine Synchronisierung eines
Doppelkupplungsgetriebes auf Grundlage einer zusätzlichen Welle und zugeordneten
Zahnradpaaren offenbart. Die
DE 44 36 526 A1 setzt allerdings ein Getriebe
voraus, bei welchem die Gänge alle
mit einem Faktor q abgestuft sind, so dass dieser Ansatz nicht für beliebige
Doppelkupplungsgetriebe geeignet ist. Aufgrund der zusätzlich erforderlichen Welle
baut das Getriebe überdies
radial größer.
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Die
DE 34 17 504 A1 offenbart ferner eine Synchronisiereinrichtung
auf Grundlage einer Lamellenbremse in Kombination mit einem Planetenradsatz,
der eine zu einer Eingangswellenanordnung des Getriebes parallel
im Abstand angeordnete Drehachse aufweist. Ein weiterer Planetenradsatz, der
koaxial oder gleichachsig zu der Eingangswellenanordnung angeordnet
ist, dient zur Verdopplung der Gangstufen vor einem 3-Wellen-Stufengetriebeteil, und
ist mittels einer als Anfahrkupplung dienenden Schaltkupplung, die
in der Art einer Doppelkupplung ausgeführt ist, zu- und abschaltbar.
Der für
Synchronisierungszwecke vorgesehene, nicht-koaxial zu der Eingangswellenanordnung
angeordnete Planetenradsatz dient nur zum Hochbeschleunigen im Zuge der
Synchronisation. Zum Abbremsen im Zuge der Synchronisation wird
die erwähnte
Lamellenbremse verwendet.
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Eine weitere Möglichkeit einer Synchronisiereinrichtung
für ein
Doppelkupplungsgetriebe ist die Verwendung eines Planetenradsatzes
der, zwei Getriebeeingangswellen zugeordnet ist, (z.B.
EP 0 845 618 A2 ).
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Hierbei wird das Sonnenrad des Planetenradsatzes
mittels einer elektrischen Maschine angetrieben. Damit kann in Abhängigkeit
der Drehzahl des Elektromotors und der Drehzahl der mit dem Antriebsmotor
gekuppelten Getriebeeingangswelle die jeweils andere Getriebeeingangswelle
beschleunigt oder abgebremst werden.
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Weiterhin sind verschiedene Ausgestaltungen
von Doppelkupplungen bekannt, welche einem Doppelkupplungsgetriebe
zugeordnet sein können.
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So sind z.B. in der
DE 100 04 179 A1 mehreren
Ausführungsvarianten
einer nasslaufenden Lamellen-Kupplungseinrichtungen offenbart. Demgegenüber sind
aber auch trockenlaufende Doppelkupplungen bekannt. Es wird hierzu
auf die
EP 0 931 951
A1 verwiesen, in der eine trockenlaufende Doppelkupplung
der Reibscheibenbauart offenbart wird.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Doppelkupplungsgetriebe mit koaxialen Eingangswellen
zu schaffen, das eine zentrale Synchronisiereinrichtung aufweist,
die kompakt baut und ohne übermäßigen mechanischen
Aufwand in das Getriebe integrierbar ist. Die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung
soll ferner sowohl ein Hochbeschleunigen als auch ein Abbremsen
einer jeweiligen Getriebewelle ermöglichen, und zwar – zumindest
in einer bevorzugten Weiterbildung – sowohl in Bezug auf die der
einen Getriebeeingangswelle zugeordneten Getriebegänge als
auch in Bezug auf die der anderen Getriebeeingangswelle zugeordneten Getriebegänge.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen,
dass die Synchronisiereinrichtung wenigstens zwei axial gegeneinander
versetzte Planetenradsätze
und eine zugeordnete Bremseinrichtung aufweist, die mit ihren Sonnenrädern ihren
Planetenradträgern und
ihren Hohlrädern
im Wesentlichen gleichachsig zu den Getriebeeingangswellen angeordnet
sind, und dass von den Sonnenrädern,
den Planetenradträgern
und den Hohlrädern
eine erste Komponente mit der ersten Getriebeeingangswelle im Sinne
einer Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist, eine zweite Komponente
mit der zweiten Getriebeeingangswelle im Sinne einer Drehmitnahme
gekoppelt oder koppelbar ist und eine dritte Komponente mittels der
sich direkt oder indirekt an einem Getriebegehäuse abstützenden oder abstützbaren
Bremseinrichtung der Synchronisiereinrichtung abbremsbar ist.
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Erfindungsgemäß sind die Planetenradsätze gleichachsig
(ggf. koaxial) zu den Getriebeeingangswellen angeordnet und mit
den Getriebeeingangswellen selbst auf die angegebene Weise gekoppelt oder
koppelbar. Zusätzliche
Getriebewellen sind für die
Synchronisation damit nicht erforderlich, so dass das Getriebe radial
kompakt bauen kann. Auch der axiale Bauraumbedarf eines derartig
angeordneten Planetenradsatzes ist nicht groß, so dass das Getriebe auch
axial kompakt bauen kann.
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Man kann vorteilhaft vorsehen, dass
genau zwei Planetenradsätze
vorgesehen sind und dass die erste Komponente fest mit der ersten
Getriebeeingangswelle verbunden oder von dieser gebildet oder mit
dieser einteilig ist und dass die zweite Komponente fest mit der
zweiten Getriebeeingangswelle verbunden oder von dieser gebildet
oder mit dieser einteilig ist.
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Als besonders zweckmäßig hat
sich erwiesen, dass das Hohlrad als dritte Komponente dient und
mittels der Bremseinrichtung abbremsbar ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die
zwei axial gegeneinander versetzen Planetenradsätze der Synchronisiereinrichtung
derart den Getriebeeingangswellen zugeordnet sind, dass i) sowohl
beim Hochschalten als auch beim Herunterschalten von einem ersten
zu einem zweiten Gang sowie ii) sowohl beim Hochschalten als auch
beim Herunterschalten von einem zweiten zu einem ersten Gang eine
Synchronisation im Sinne eines Abbremsens bzw. eines Beschleunigens
möglich
ist. Somit kann sowohl beim Hochschalten als auch beim Herunterschalten
mittels der Synchronisiereinrichtund synchronisiert werden oder
zumindest die Synchronisation unterstützt werden, unabhängig davon,
welcher Getriebeeingangswelle der Ausgangsgang zugeordnet ist. Gemeint sind
hier Schaltvorgänge,
bei denen von einem der einen Getriebeeingangswelle zugeordneten
Ausgangsgang zu einem der andere Getriebeeingangswelle zugeordneten
Zielgang geschaltet wird.
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Man sollte in diesem Zusammenhang
erwähnen,
dass zusätzlich
noch andere Synchronisiereinrichtungen, etwa der herkömmlichen
Art (beispielsweise Synchronringe und dergleichen), vorgesehen sein
können,
die beispielsweise insbesondere für die Synchronisierung von
Schaltvorgängen
zuständig sind,
bei denen der Ausgangsgang und der Zielgang der gleichen Getriebeeingangswelle
zugeordnet sind. Es ist aber nicht zwingend, dass derartige Schaltvorgänge überhaupt
möglich
bzw. zugelassen sind.
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Weiterbildend wird vorgeschlagen,
dass einer der beiden Planetenradsätze derart den Getriebeeingangsweilen
zugeordnet ist, dass sein Sonnenrad mit der inneren Getriebeeingangswelle
im Sinne der Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist und sein
Planetenradträger
mit der äußeren Getriebeeingangswelle
im Sinne der Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist.
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Eine weitere realisierbare Möglichkeit
ist, dass einer der beiden Planetenradsätze derart den Getriebeeingangswellen
zugeordnet ist, dass sein Planetenradträger mit der inneren Getriebeeingangswelle
im Sinne der Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist und sein
Sonnenrad mit der äußeren Getriebeeingangswelle
im Sinne der Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist.
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Zur Bauraumersparnis und zur Reduzierung der
Teilevielfalt ist es bevorzugt, dass das Sonnenrad des einen Planetenradsatzes
und der Planetenradträger
des anderen Planetenradsatzes fest zur gemeinsamen Drehung miteinander
verbunden sind und vorzugsweise Teile oder Abschnitte eines integralen
oder einteiligen Bauteils sind.
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Es hat sich als besonders zweckmäßig herausgestellt,
die zwei Planetenradsätze
in einem Axialbereich der Getriebeeingangswellen innerhalb des Getriebegehäuses anzuordnen,
in dem die äußere Getriebeeingangswelle
endet. Der mechanische Aufwand zur Integration und Ankopplung des
Planetenradsatzes ist dann besonders niedrig. In diesem Zusammenhang
wird weiterbildend ferner vorgeschlagen, dass der Planetenradträger, der
mit der inneren Getriebeeingangswelle im Sinne der Drehmitnahme gekoppelt
oder koppelbar ist, axial jenseits des Endes der äußeren Getriebeeingangswelle
angeordnet ist.
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Betreffend die Art der Ankopplung
der Planetenradsätze
an den Getriebeeingangswellen bestehend grundsätzlich viele Möglichkeiten.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die äußere Getriebeeingangswelle
einen einem/dem Ende der äußeren Getriebeeingangswelle
im Getriebegehäuse
näheren
oder dieses Ende aufweisenden Abschnitt und einem diesen Ende ferneren
Abschnitt aufweist, die über
einen Planetenradträger
drehfest miteinander gekoppelt sind. Eine weitere, ebenfalls vorteilhafte
Möglichkeit
ist, dass die äußere Getriebeeingangswelle
wenigstens eine Öffnung
aufweist, durch welche ein Planetenrad, das von einem mit der äußeren Getriebeeingangswelle
im Sinne der Drehmitnahme gekoppelten oder koppelbaren Planetenradträger getragen
ist, zu einem mit der inneren Getriebeeingangswelle im Sinne der
Drehmitnahme gekoppelten oder koppelbaren Sonnenrad durchgreift.
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Große Kostenvorteile aufgrund
reduzierter Teilevielfalt ergeben sich dann, wenn im Falle von zwei
Planetenradsätzen
die beiden Planetenradsätze
jeweils Sonnenräder
gleichen Durchmessers oder/und gleicher Zähnezahl aufweisen oder/und Planetenräder gleichen
Durchmessers oder/und gleicher Zähnezahl
aufweisen oder/und Hohlräder
gleichen Durchmessers oder/und gleicher Zähnezahl aufweisen. Im Falle
von Hohlrädern
gleichen Durchmessers ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass auch ggf.
vorgesehene Lamellenpakete der Bremseinrichtung für die beiden
Planetenradsätze
identisch ausgeführt
sein können.
Dies gilt unter der Voraussetzung, dass die Bremseinrichtung auf
die Hohlräder wirkt,
wie dies bevorzugt ist.
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Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, dass
die Planetenradsätze
jeweils drei Planetenräder aufweisen.
Hinsichtlich des herstellungstechnischen Aufwands und des Bauraubedarfs
ist es ferner vorteilhaft, wenn der Planetenradträger bzw.
einer der Planetenradträger
als Scheibe mit wenigstens einer hiervon vorstehenden Drehwelle
für ein
zugeordnetes Planetenrad ausgeführt
ist.
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Es wurde schon angesprochen, dass
die Bremseinrichtung als Lamellen-Bremseinrichtung ausgeführt sein
kann. Bei der Lamellen-Bremseinrichtung handelt es sich vorzugsweise
um eine nasslaufende Lamellen-Bremseinrich tung.
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Zur Lamellen-Bremseinrichtung wird
weiterbildend vorgeschlagen, dass diese aufweist: wenigstens einen,
vorzugsweise hydraulischen Aktuator, wenigstens eine mit dem (jeweiligen)
Hohlrad in Drehmitnahmeverbindung stehende, vorzugsweise nach radial
außen
vom Hohlrad vorstehende Lamelle und wenigstens eine am Getriebegehäuse gegen Drehung
abgestützte
Lamelle; wobei die wenigstens eine mit dem (jeweiligen) Hohlrad
in Drehmitnahmeverbindung stehende Lamelle und die wenigstens eine
am Getriebegehäuse
gegen Drehung abgestützte
Lamelle unter Vermittlung des wenigstens einen Aktuators in reibschlüssigen Eingriff
bringbar sind, um das Hohlrad abzubremsen. Der Aktuator kann vorteilhaft
als hydraulisch betätigbares
Zylinder-Ringkolben-Gerät
ausgeführt
sein. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Doppelkupplungsgetriebes
zeichnet sich dadurch aus, dass beiden Planetenradsätzen gemeinsam
wenigstens ein Aktuator zugeordnet ist, der als doppelt-wirkendes Zylinder-Kolben-Gerät, vorzugsweise
als doppelt-wirkendes Zylinder-Ringkolben-Gerät ausgeführt ist, unter dessen Vermittlung
wahlweise entweder das Hohlrad des einen Planetenradsatzes oder das
Hohlrad des anderen Planetenradsatzes abbremsbar ist.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das
Doppelkupplungsgetriebe eine Sensoranordnung aufweist zum Erfassen
von wenigstens zwei den Getriebegängen zugeordneten Drehzahlen
und eine Steuer/Regel-Einrichtung, die die erfassten Drehzahlen angebende
Signale von der Sensoranordnung empfängt und auf Grundlage der empfangenden
Signale im Zusammenhang mit einem Schaltvorgang die Bremseinrichtung
bzw. wenigstens eine der Bremseinrichtungen ansteuert, um vermittels
eines Abbremsens einer Drehzahl oder/und Beschleunigen einer Drehzahl
zu synchronisieren oder eine Synchronisation zumindest zu unterstützen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, umfassend eine Antriebseinheit, ein
erfindungsgemäßes Getriebe
wie vorangehend beschrieben und hinsichtlich bevorzugten Weiterbildungen
erläutert
und eine Doppelkupplung zur Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit und
dem Getriebe. Bei der Doppelkupplung kann es sich vorteilhaft um
eine nasslaufende Lamellen-Doppelkupplung handeln, beispielsweise
wie sie von der Anmelderin in verschiedenen Patentanmeldungen vorgeschlagen
wurde.
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Die Erfindung betrifft ferner eine
Synchronisiereinrichtung für
ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe
mit einer nasslaufenden Lamellen-Doppelkupplung,
umfassend wenigstens zwei gegeneinander versetzte (30, 40)
und eine zugeordnete Bremseinrichtung (50), wobei die Planetenradsätze mit
ihren Sonnenrädern
(34; 44), ihren Planetenradträgern (32; 42)
und ihren Hohlrädern
(36; 46) im Wesentlichen gleichachsig zu den Getriebeeingangswellen
(20, 22) angeordnet sind, und wobei von den Sonnenrädern, den
Planetenradträgern
und den Hohlrädern
eine erste Komponente (34; 42) mit der ersten
Getriebeeingangswelle (20) im Sinne einer Drehmitnahme
gekoppelt oder koppelbar ist, eine zweite Komponente (32; 44)
mit der zweiten Getriebeeingangswelle (22) im Sinne einer
Drehmitnahme gekoppelt oder koppelbar ist und mindestens eine dritte
Komponente (36; 46) mittels der sich direkt oder
indirekt an einem Getriebegehäuse
abstützenden
oder abstützbaren
Bremseinrichtung (50) der Synchronisiereinrichtung (26)
abbremsbar ist.
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Die Synchronisiereinrichtung kann
entsprechend den obigen Ausführungen
und Erläuterungen vorteilhaft
weitergebildet werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
von in den Figuren gezeigten schematischen, teilweise symbolhaften
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 zeigt
in den 1a und 1b schematisch jeweils einen
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer Antriebseinheit, einem Doppefkupplungsgetriebe
und einem Doppelkupplungsgetriebe mit integrierter zentraler Synchronisiereinrichtung.
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2 zeigt
den Antriebsstrang der 1a in Verbindung
mit Drehzahlsensoren, einer elektronischen Steuereinheit und einer
Hydraulikeinheit zur Ansteuerung der Doppelkupplung und der zentralen Synchronisiereinrichtung.
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3 zeigt
einen vergrößerten,
Details der zentralen Synchronisiereinrichtung zeigenden Ausschnitt
der Anordnung gemäß 1a.
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4 zeigt
eine Ausführungsvariante
der zentralen Synchronisiereinrichtung in einer Darstellung entsprechend 3.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsvariante
der zentralen Synchronisiereinrichtung in einer Darstellung entsprechend 3.
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6 zeigt
eine schematische Axialansicht eines Planetenradsatzes der zentralen
Synchronisiereinrichtung.
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Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 5 zeigen
jeweils einen Antriebsstrang bzw. einen Ausschnitt des Doppelkupplungsgetriebes
des Antriebsstrangs, und zwar in einer mehr schematischen oder symbolhaften
Darstellung des Getriebes. Das Getriebe weist zwei koaxial verlaufende
Getriebeeingangswellen auf. Einer ersten der Getriebeeingangswellen sind
die gradzahligen Getriebegänge
(die ersten Getriebegänge)
zugeordnet und einer zweiten der Getriebeeingangswelle sind die
ungradzahligen (die "zweiten
Getriebegänge)
Getriebegänge
zugeordnet, oder umgekehrt. Einer der Getriebeeingangswellen ist
ferner der Rückwärtsgang
zugeordnet. Eine Drehrichtungsumkehr für den Rückwärtsgang bewirkende Zahnradzüge sind
in den Getriebedarstellungen weggelassen, da hier ohne Interesse.
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Der Antriebsstrang 10 der 1a und 1b umfasst eine Antriebseinheit 12, beispielsweise
einen Verbrennungsmotor bzw. eine Brennkraftmaschine.
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Abtriebsseitig der Antriebseinheit
ist eine Doppelkupplung 14 vorgesehen, die beispielsweise als
nasslaufende Lamellen-Kupplungseinrichtung ausgeführt sein
kann, beispielsweise entsprechend Konstruktionen der Anmelderin.
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Bei der Doppelkupplung 14 kann
es sich aber auch um eine trockenlaufende Doppelkupplung der Reibscheibenbauart
handeln Die Doppelkupplung dient zur Momentenübertragung zwischen der Antriebseinheit
und einem der Doppelkupplung zugeordneten Getriebe 25 in
Bezug auf zwei koaxial angeordnete Getriebeeingangswellen 20 und 22.
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Die Doppelkupplung weist eine erste
Kupplungsanordnung 16 und eine zweite Kupplungsanordnung 18 auf.
Mittels der ersten Kupplungsanordnung 16 ist eine erste,
radial innere Getriebeeingangswelle 20 mit einer Eingangsseite
der Doppelkupplung 14 und damit mit einer Abtriebswelle
der Antriebseinheit reibschlüssig
in Drehmomentübertragungsverbindung
bringbar. Mittels der zweiten Kupplungsanordnung 18 ist
eine zweite, radial äußere und dementsprechend
als Hohlwelle ausgeführte
Getriebeeingangswelle 22 mit der Eingangsseite der Doppelkupplung 14 und
damit mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit reibschlüssig in
Drehmomentübertragungsverbindung
bringbar. Die Getriebeeingangswellen erstrecken sich jeweils in
ein in 1a gestrichelt
angedeutetes Getriebegehäuse 24.
In einem Endbereich der radial äußeren Hohlwelle 22 ist
innerhalb des Getriebegehäuses 24 eine
in den 1 und 2 nur als "Blackbox" dargestellte zentrale Synchronisiereinrichtung 26 angeordnet
und mit den beiden Getriebeeingangswellen verkoppelt. Die zentrale Synchronisiereinrichtung 26 weist
zwei Planetenradsätze
auf, die sowohl beim Schalten von einem der ersten Getriebeeingangswelle
zugeordneten Ausgangs-Getriebegang zu einem der zweiten Getriebeeingangswelle
zugeordneten Ziel-Getriebegang als auch beim Schalten von einem
der zweiten Getriebeeingangswelle zugeordneten Ausgangs-Getriebegang
zu einem der ersten Getriebeein gangswelle zugeordneten Ziel-Getriebegang
eine Synchronisation der Drehzahlen der Getriebeeingangswellen im
Sinne eines Abbremsens bzw. Beschleunigens der dem jeweiligen Zielgang
zugeordneten Getriebeeingangswelle ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Zentral-Synchronisiereinrichtung 26 kommt – zumindest
nach einer bevorzugten Realisierung – ohne zusätzliche Wellen und Lagerstellen
aus. Sie baut kompakt und kann mit einer einfachen Ansteuerung angesteuert
werden. Die beiden Planetenradsätze
bestehen jeweils aus Sonnenrad, Planetenrädern auf einem Planetenträger und
einem Hohl- oder
Ringrad. Das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad besitzen
alle dieselbe Drehachse, welche durch das Zentrum des Sonnenrads
geht und mit der gemeinsamen Drehachse der beiden zueinander koaxialen
Getriebeeingangswellen zusammenfällt.
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Wie in 3 erkennbar,
kann die Ausbildung der zentralen Synchronisiereinrichtung 26 wie
folgt sein. In einem ersten Planetenradsatz 30 ist die äußere (zweite)
Getriebeeingangswelle (Hohlwelle 22) mit dem Planetenradträger 32 gekoppelt.
Die innere (erste) Getriebeeingangswelle 20 trägt das Sonnenrad 34.
Der Planetenradträger 32 ist
mit der zweiten Getriebeeingangswelle 22 und das Sonnenrad 34 ist mit
der ersten Getriebeeingangswelle 20 drehfest verbunden.
Mit dem Sonnenrad 34 und einem Hohl- oder Ringrad 36 kämmen mehrere
Planetenräder 38.
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In entsprechender Weise ist der zweite
Planetenradsatz 40 realisiert, allerdings mit einer anderen
Zuordnung von Planetenradträger
und Sonnenrad zu den Getriebeeingangswellen. Hier trägt die radial äußere (zweite)
Getriebeeingangswelle (Hohlwelle 22) das Sonnenrad 44,
während
der Planetenradträger 42 mit
der inneren (ersten) Getriebeeingangswelle 20 gekoppelt
ist. Das Sonnenrad 44 und der Planetenradträger 42 sind
mit der jeweiligen Getriebeeingangswelle drehfest verbunden. Mit
dem Sonnenrad 44 und einem Hohl- oder Ringrad 46 kämmen mehrere
Planetenräder 48.
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Für
beide Planetenradsätze 30 und 40 sind die
Hohlräder 36 und 46 frei
drehbar, aber mittels einer zugehörigen, sich im Getriebe bzw.
am Getriebegehäuse
abstützenden
Bremseinrichtung 50 abbremsbar. Entsprechend der Abbremsung
des jeweiligen Hohlrads wälzen
sich die Planetenräder
auf der Innenverzahnung des jeweiligen Hohlrads ab, und es kommt
zu einer Momentenübertragung
zwischen dem Planetenradträger
und dem Sonnenrad und damit zwischen den beiden Getriebeeingangswellen, die
gleichen Drehsinn aufweisen. Je nach Situation erfolgt eine Übersetzung
ins Schnellere oder ins Langsamere, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
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Können
die Hohlräder
frei drehen, sind die Drehzahlen der Getriebeeingangswellen, von Schleppmomenten
abgesehen, völlig
unabhängig voneinander
und beeinflussen sich nicht. Wird eines der Hohlräder durch
die jeweilige Bremseinrichtung abgebremst, so bewirkt dies eine
Abbremsung des Planetenträgers
gegenüber
dem Sonnenrad bzw. eine Beschleunigung des Sonnenrads gegenüber dem
Planetenträger.
Mittels des Abbremsens des betreffenden Hohlrads kann sowohl die
innere Getriebeeingangswelle 20 als auch die äußere Getriebeeingangswelle
(Hohlwelle) 22 abgebremst oder beschleunigt werden. Ist,
wie oben angegeben und bevorzugt, die Zuordnung der Getriebegänge zu den Getriebeeingangswellen
derart, dass die geraden Vorwärtsgänge mit
der einen Getriebeeingangswelle und die ungeraden Vorwärtsgänge mit
der anderen Getriebeeingangswelle gekoppelt sind, so kann bei Schaltungen
zwischen aufeinander folgenden Gängen
oder – allgemeiner – beim Schalten
zwischen einem der einen Getriebeeingangswelle zugeordneten Ausgangs-Vorwärtsgang
und einem der anderen Getriebeeingangswelle zugeordneten Ziel-Vorwärtsgang
die jeweils drehmomentübertragende,
dem Ausgangsgang zugeordnete Getriebeeingangswelle vermittels eines
der Planetenradsätze
die andere Getriebeeingangswelle synchronisieren.
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3 zeigt
schematisch oder symbolhaft eine bevorzugte Ausgestaltung der Abbremseinrichtung 50,
die beiden Hohlrädern 36 und 46 gemeinsam zugeordnet
ist. Die Abbremseinrichtung weist wenigstens eine von dem Hohlrad 36 drehfest
getragene, nach radial außen
vorstehende Reiblamelle 52 auf, die axial zwischen zwei
gehäusefesten,
sich am Getriebegehäuse
gegen Drehung abstützenden Reiblamellen 54 und 56 angeordnet
ist. Die gehäusefeste
Reiblamelle 54 ist ferner in Richtung zur Antriebseinheit
axial abgestützt.
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In entsprechender Weise trägt das Hohlrad 46 drehfest
wenigstens eine Reiblamelle 58, die axial zwischen zwei
gehäusefesten,
sich gegen Drehung am Getriebegehäuse abstützenden Reiblamellen 60 und 62 angeordnet
ist. Die Reiblamelle 60 ist ferner axial in Richtung weg
von der Antriebseinheit am Getriebegehäuse abgestützt. Den beiden Hohlrädern 36 und 46 können auch
jeweils Lamellenpakete mit einer größeren Anzahl von Reiblamellen
zugeordnet sein. Die Reiblamellen können derart ausgeführt sein,
dass sich Paarungen aus reibbelaglosen und reibbelagtragenden Lamellen
ergeben.
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Zwischen den Lamellen 52, 54 und 56 einerseits
und den Lamellen 58, 60 und 62 andererseits
ist ein doppelt wirkendes Zylinder-Ringkolben-Gerät 64 angeordnet,
das einen Ringkolben 66 von im Querschnitt näherungsweise
T-förmiger
Gestalt aufweist. Der Ringkolben 66 begrenzt mit seinem
sich axial erstreckenden Abschnitt und einem sich radial erstreckenden
Abschnitt sowie mit getriebefesten, nach radial innen vorstehenden
Wandabschnitten 68 und 70 zwei ringförmige hydraulische
Nehmerzylinderkammern 72 und 74, in die hydraulisches
Druckmedium über
eine jeweilige Zuleitung 76 bzw. 78 zuführbar ist, um
entweder die Lamellen-Bremsanordnung 52, 54, 56 oder
die Lamellen-Bremsanordnung 58, 60, 62 in reibschlüssigen Abbremseingriff
zu bringen, so dass entsprechend dem in der jeweiligen hydraulischen Nehmerzylinderkammer
herrschenden Druck eine Abbremsung des Planetenträgers 36 oder
des Planetenradträgers 46 erfolgt.
Zu den hydraulischen Nehmerzylinderkammern sei noch erwähnt, dass
in 3 symbolhaft Dichtungen
angedeutet sind, die zwischen dem Ringkolben 66 und den Wandabschnitten 68 und 70 bzw.
einem Getriebegehäuseabschnitt
wirken und so die Nehmerzylinderkammern 72, 74 gegeneinander
und nach außen
abdichten.
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Die durch die zentrale Synchronisiereinrichtung 26 gegebenen
Synchronisationsmöglichkeiten können beispielhaft
wie folgt näher
erläutert
werden. Soll z. B. eine Einfach-Rückschaltung (beispielsweise
vom 3. Gang in den 2. Gang) erfolgen, bei der der Ausgangsgang auf
der radial äußeren (zweiten)
Getriebeeingangswelle (Hohlwelle 22) liegt und der Zielgang
auf der radial inneren (ersten) Getriebeeingangswelle 20 liegt,
so muss die innere Getriebeeingangswelle 20 in der Regel
hochbeschleunigt werden. Hierzu wird das Hohlrad 36 des
ersten Planetenradsatzes 30 mittels der Lamellenbremse 52, 54, 56 abgebremst.
Das Sonnenrad 34 dieses Planetenradsatzes ist mit der inneren
Getriebeeingangswelle 20 gekoppelt, und aus der Abbremsung
resultiert eine Übersetzung
ins Schnellere vom Planetenradträger 32 zum
Sonnenrad 34, so dass die innere Welle 20 beschleunigt
wird.
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Soll z. B. eine Einfach-Hochschaltung
(beispielsweise vom 2. Gang in den 3. Gang) erfolgen, bei der der
Ausgangsgang auf der inneren Getriebeeingangswelle 20 und
der Zielgang auf der äußeren Getriebeeingangswelle 22 liegt,
so muss in der Regel die dem Zielgang zugeordnete äußere Getriebeeingangswelle 22 abgebremst
werden. Dies kann wiederum durch Betätigung der Lamellenbremse 52, 54, 56 mittels
des Zylinder-Ringkolben-Geräts 64 erfolgen. Über das
mit der inneren Getriebeeingangswelle 20 gekoppelte Sonnenrad 34 erfolgt
unter Vermittlung des abgebremsten Hohlrads 36 eine Untersetzung
ins Langsamere zum Planetenradträger 36,
der mit der radial äußeren Getriebeeingangswelle 22 gekoppelt
ist, so dass die äußere Getriebeeingangswelle 22 abgebremst
wird.
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Soll z. B. eine Einfach-Rückschaltung
(beispielsweise vom 2. Gang in den 1. Gang) erfolgen, bei der von
einem auf der radial inneren Getriebeein gangswelle 20 liegenden
Ausgangsgang zu einem auf der radial äußeren Getriebeeingangswelle 22 liegenden
Zielgang geschaltet werden soll, so muss die äußere, dem Zielgang zugeordnete
Getriebeeingangswelle 22 in der Regel beschleunigt werden. Dies
kann durch Betätigung
der Lamellenbremse 58, 60, 62 mittels
des Zylinder-Ringkolben-Geräts 64 erfolgen.
Durch Abbremsen des dem zweiten Planetenradsatz 40 zugehörigen Hohlrads 46 erfolgt
eine Übersetzung
ins Schnellere vom mit der inneren Getriebeeingangswelle 20 gekoppelten
Planetenradträger 42 zum
mit der äußeren Getriebeeingangswelle 22 gekoppelten
Sonnenrad 44, so dass die äußere Getriebeeingangswelle 22 beschleunigt
wird.
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Soll z. B. eine Einfach-Hochschaltung
(beispielsweise vom 1. Gang in den 2. Gang) von einem auf der äußeren Getriebeeingangswelle 22 liegenden Ausgangsgang
zu einem auf der inneren Getriebeeingangswelle 20 liegenden
Zielgang erfolgen, so muss die innere Getriebeeingangswelle 20 in
der Regel abgebremst werden. Dies kann wiederum durch Betätigung der
Lamellenbremse 58, 60, 62 erfolgen. Die
Abbremsung des Hohlrads 46 bewirkt eine Übersetzung
ins Langsamere vom mit der äußeren Getriebeeingangswelle 22 gekoppelten
Sonnenrad 44 zum mit der inneren Getriebeeingangswelle 20 gekoppelten
Planetenradträger 42,
so dass die innere Getriebeeingangswelle 20 abgebremst
wird.
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Die vorstehend angegebenen Beispiele
machen deutlich, dass mittels der beiden Planetenradsätze 30 und 40 jede
Schaltung, bei der von der einen zu der anderen Getriebeeingangswelle
geschaltet wird, synchronisierbar ist oder eine Synchronisation
zumindest unterstützbar
ist.
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Wie in 3 zu
erkennen, können
die beiden Planetenradsätze 30 und 40 direkt
axial nebeneinander am im Getriebegehäuse liegenden Ende der äußeren Getriebeeingangswelle 22 angeordnet sein.
Eine derartige Anordnung ist dahingehend vorteilhaft, als dass Bauraum
gespart wird und eine einfache Verkopplung mit den Getriebeeingangswellen möglich ist.
Es sitzt bevorzugt derjenige Planetenradsatz, nämlich der Planetenradsatz 40,
axial neben dem getriebeinternen Ende der äußeren Getriebeeingangswelle 22,
dessen Sonnenrad (Sonnenrad 44) mit der äußeren Welle 22 drehfest
gekoppelt ist.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem ein außen
liegender, axial längerer
und zur Doppelkupplung führender
Abschnitt der äußeren Getriebeeingangswelle 22 und
ein innerer, axial kürzerer und
das Sonnenrad 44 tragender Abschnitt der äußeren Getriebeeingangswelle 22 über den
Planetenradträger 32 miteinander
zur gemeinsamen Drehung gekoppelt sind.
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Eine andere, in 4 veranschaulichte Möglichkeit ist, dass die beiden
Planetenradsätze 30a, 40a dermaßen miteinander
gekoppelt sind, dass das Sonnenrad 44a des von der Antriebseinheit
ferneren Planetenradsatzes 40a direkt mit dem Planetenradträger 32a des
anderen Planetenradsatzes 30a verbunden ist. Genauer, das
in der Zeichnung weiter rechts liegende Sonnenrad 44a ist
direkt am Planetenradträger 32a angebracht
oder einteilig mit diesem ausgeführt.
Ein weiterer Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 4 ist, dass die Sonnenräder 34a und 44a einen
kleineren Durchmesser als die Sonnenräder 34 und 44 aufweisen.
Die beiden Sonnenräder
der jeweiligen Synchronisiereinrichtung 26 bzw. 26a weisen
aber jeweils den gleichen Durchmesser auf. Gleiches gilt für die Planetenräder 38, 48 bzw. 38a, 48a und
die Hohlräder 36, 46 bzw. 36a, 46a.
Dies ermöglicht,
viele Gleichteile zu verwenden. Sind die Durchmesser der Hohlräder gleich,
können überdies
identisch ausgebildete Abbrems-Lamellenpakete für die beiden jeweiligen Planetenradsätze bzw.
deren Hohlräder
verwendet werden. Die Planetenradträger sind vorzugsweise als Scheiben
ausgebildet, von denen Stegwellen senkrecht vorstehen, auf denen
jeweils die Planetenräder
drehbar gelagert sind (vgl. 6).
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Betreffend die Bremseinrichtung 50 sollte noch
erwähnt
werden, dass als "Lamellenbremsen" für die beiden
Hohlräder
Lamellenkupplungen bzw.
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Lamellenbremsen der aus Automatgetrieben prinzipiell
bekannten Art verwendet werden können, die,
wie erwähnt,
gegen das Getriebegehäuse
abgebremst werden. Anstelle eines doppelt wirkenden Zylinder-Ringkolben-Geräts, welches
entweder in der einen axialen Richtung auf die eine Lamellenbremse oder
in der anderen axialen Richtung auf die andere Lamellenbremse wirkt
und damit entweder das eine oder das andere Hohlrad abbremst, können auch
andere Aktuatoren, beispielsweise wenigstens zwei einfach wirkende
(und zwar in verschiedene axiale Richtungen wirkende) Zylinder-Kolben-Geräte oder elektromechanische
Aktuatoren verwendet werden.
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5 zeigt
einen etwas anderen Aufbau, bei welchem die Sonnenräder 34c und 44c und,
bei Hohlrädern 36c und 46c gleichen
Durchmessers, dementsprechend die Planetenräder 38c und 48c verschiedene
Durchmesser aufweisen. Der mit der äußeren Getriebeeingangswelle 22 gekoppelte
und vorzugsweise teilweise von dieser gebildete Planetenradträger 32c trägt Planetenräder 38c,
die durch eine jeweilige Öffnung
oder Aussparung der äußeren Getriebeeingangswelle
hindurchgreifen, um mit dem radial innerhalb der äußeren Getriebeeingangswelle 22 angeordneten,
von der inneren Getriebeeingangswelle 20 drehfest getragenen
Sonnenrad 34c zu kämmen.
Man könnte
daran denken, die radial vorstehenden, die Stegwellen der Planetenräder 38c tragenden
Abschnitte des Planetenradträgers 32 von aus
dem Umfang der äußeren Getriebeeingangswelle 22 gewissermaßen nach
radial außen
gebogenen lappenartigen Abschnitten oder Flanschsegmenten zu bilden.
Das andere Sonnenrad 44c sitzt direkt auf dem Endabschnitt
der äußeren Getriebeeingangswelle 22.
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6 zeigt
eine symbolhafte Axialansicht auf den zur Antriebseinheit axial
näheren
Planetenradsatz, beispielsweise den Planetenradsatz 30a der 4. Zu erkennen ist das sich
im Zentrum befindende Sonnenrad 34a, das auf der inneren
Getriebeeingangswelle 20 sitzt. Mit dem Sonnenrad 34a kämmen drei
Planetenräder 38a,
deren Stegwellen 80a auf dem Planetenträger
32a senkrecht
stehen und mit diesem fest verbunden sind. Der Planetenträger 32a ist
wiederum mit der äußeren Getriebeeingangswelle 22 drehfest
verbunden. Das Hohlrad 36a dient als Lamellenträger für wenigstens
eine radial hiervon vorstehende Lamelle 52a. Die wenigstens
eine Lamelle 52a sitzt auf dem Außenumfang des Hohlrads 36a und
bildet mit zugehörigen
getriebefesten Lamellen das Lamellenpaket einer vorzugsweise nasslaufenden
Lamellenbremse. Durch den relativ großen Durchmesser der Lamellen
im Vergleich zu Reibflächen
von konventionellen Synchronisiereinrichtungen, wie z. B. Sperrsynchronisierungen,
können
wesentlich größere Synchronisiermomente
realisiert werden. Man kann durchaus auf Sperrsynchronisierungen
und dergleichen ganz verzichten, wodurch das erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe wesentlich
kürzer
bauen kann. Eine andere Möglichkeit
ist, die erfindungsgemäße Planetenradsatz-Synchronisierung,
vorzugsweise Doppel-Planetenradsatz-Synchronisierung, unterstützend zu
einfachen Synchronisierungen vorzusehen.
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Eine bevorzugte Möglichkeit ist, die relevanten
Bauteile, wie z. B. die Zahnräder
der Planetenradsätze,
kostengünstig
aus Sintermaterial herzustellen. Beispielsweise können die
Zahnräder
aus Sintermaterial gestanzt werden. Es wird in diesem Zusammenahng
an dem Fachmann verfügbares
Sintermaterial gedacht, welches Synchronisierungsmomente (beispielsweise
bis ca. 20 Nm) und die auftretenden Temperaturen im Getriebe (beispielsweise
bis etwa 150°C)
ohne Probleme verkraftet.
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Die Bremseinrichtung der Synchronisiereinrichtung 26 (bzw. 26a bzw. 26b bzw. 26c)
kann vorteilhaft durch eine elektronische Steuereinheit 82 auf Grundlage
von Sensormessergebnissen angesteuert werden, die die Drehzahlen
der beiden Getriebeeingangswellen 20 und 22 repräsentieren.
In 2 sind entsprechende
Drehzahlsensoren symbolhaft dargestellt und mit 84 und 86 bezeichnet.
Handelt es sich bei der Bremseinrichtung um eine hydraulische Bremseinrichung,
wie dies bei den Ausführungsbeispielen
der 3 bis 5 der Fall ist, so kann die
Ansteuerung der Bremseinrichtung bzw. des wenigstens einen hydraulischen
Zylinder-Kolben-Geräts derselben
unter Vermittlung einer Hydraulikeinheit 88 erfolgen, die
im Falle von hydraulisch betätigbaren Kupplungsanordnungen 16 und 18 der
Doppelkupplung 14 auch die entsprechenden hydraulischen Nehmerzylinder
der Doppelkupplung 14 ansteuern kann.
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Gemäß dem besonders bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der 2 dient die Hydraulikeinheit 88 sowohl
zur Betätigung
der Doppelkupplung 14 als auch zur Betätigung der zentralen Synchronisiereinrichtung 26.
Die die Drehzahlen an den Getriebeeingangswellen bzw. an mit diesen
drehfest verbundenen Zahnrädern
abgreifenden Sensoren 84 und 86, sowie bevorzugt
ein zusätzlicher
Drehzahlsensor 90, der die momentane Drehzahl der Getriebeabtriebswelle 92 abgreift,
stellen der elektronischen Steuereinheit 82 (ECU; Electronic
Control Unit) Drehzahlsignale bereit, auf deren Grundlage die Steuereinheit 82 die
erforderliche Synchrondrehzahl oder mit dieser korrespondierende
Werte bestimmt und dementsprechend die hydraulische Steuereinheit 88 (HPU; Hydraulic
Power Unit) ansteuert, um die erforderliche Synchrondrehzahl einzustellen.
Bevorzugt können elektronische
Regelkreise realisiert sein, die die jeweils benötigte Synchrondrehzahl unter
Vermittlung der Hydraulikeinheit 88 und der Bremseinrichtung der
Synchronisiereinrichtung 26 einregeln.