Doppelkupplungsgetriebe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Doppelkupplungsgetriebe sind bereits seit langem Stand der Technik. Sie ermöglichen ein Zugkraftunterbrechungsfreies Schalten und kommen daher insbesondere für sportlich orientierte Fahrzeuge in Betracht. Doppelkupplungsgetriebe weisen zwei Getriebeeingangswellen auf, von denen die eine üblicherweise als Hohlwelle und die andere als Vollwelle ausgebildet ist, die in der Hohlwelle angeordnet ist. Die beiden Eingangswellen sind jeweils einem ersten bzw. zweiten „Teilgetriebe" zugeordnet. Üblicherweise werden beispielsweise über die erste Eingangswelle die Vorwärtsgangstufe 1 , 3, 5 und über die zweite Eingangswelle die Vorwärtsgangsstufen 2, 4, 6 angetrieben. Ferner ist eine Antriebswelle vorgesehen, die wahlweise über eine erste Kupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle oder über eine zweite Kupplung mit der zweiten Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Beim Schalten von einem Gang in den nächsthöheren bzw. nächstniedrigeren Gang wird die eine Kupplung geöffnet und die andere gleichzeitig geschlossen, sodass das von der Antriebswelle gelieferte Antriebsdrehmoment Zugkraft-
unterbrechungsfrei von dem einen Teilgetriebe an das andere Teilgetriebe „übergeben" werden kann. Doppelkupplungsgetriebe sind beispielsweise aus der DE 198 50 549 A1 bekannt.
Um bei unterschiedlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs möglichst verbrauchsoptimal fahren zu können, sollte das Getriebe eine möglichst große Getriebespreizung aufweisen. Unter dem Begriff „Getriebespreizung" versteht man den Übersetzungsbereich des Getriebes, d. h. das Verhältnis zwischen dem größten Übersetzungswert und dem kleinsten Übersetzungswert. So sollte das Getriebe für sehr niedrige Geschwindigkeiten einen Kriechgang mit hoher Übersetzung aufweisen sowie einen oder mehrere Gänge, die für den „Overdrive-Betrieb" vorgesehen sind. Unter „Overdrive-Betrieb" versteht man, dass der Motor auf Volllastleistung betrieben wird, das Fahrzeug aber nicht seine Höchstgeschwindigkeit erreicht. Ein Overdrive-Gang hat also eine kleinere Übersetzung als derjenige Gang mit dem das Fahrzeug seine Höchstgeschwindigkeit erreicht. Denkbar ist beispielsweise, dass ein mit einem 5- Gang-Getriebe ausgestattetes Fahrzeug im 4. Gang seine Höchstgeschwindigkeit erreicht und der 5. Gang als Overdrive-Gang ausgelegt ist. Ein Overdrive-Gang ist vorzugsweise so auszulegen, dass er noch ein relativ hohes Beschleunigungsmoment aufweist.
Will man ausgehend von herkömmlichen Schaltgetrieben verbrauchsrelevante „Overdrive-Bereiche" erschließen, so setzt dies, wie bereits erwähnt, eine Vergrößerung der Getriebespreizung voraus. Bei Stufengetrieben muss also die Anzahl der Gänge vergrößert werden. Üblicherweise steht man vor dem Problem, dass bei einer Vergrößerung der Gangzahl sich auch das Bauvolumen des Getriebes vergrößert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein lastschaltbares Getriebe zu schaffen, das eine große Getriebespreizung, d. h. vergleichsweise viele Gänge, sowie eine kompakte Bauweise aufweist und gleichzeitig komfortabel schaltbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht von einem Doppelkupplungsgetriebe für Fahrzeuge aus. Das Doppelkupplungsgetriebe weist eine von einem Fahrzeugmotor anzutreibende Antriebswelle und eine Abtriebswelle auf. Das eigentliche Getriebe weist eine erste und eine zweite Getriebeeingangswelle auf. Die zweite Getriebeeingangswelle ist als Hohlwelle ausgebildet. Die erste Getriebeeingangswelle ist in der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Zwischen der Antriebeswelle und den beiden Getriebeeingangswellen sind eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung angeordnet. Durch Schließen der ersten Kupplung kann die Antriebswelle drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle gekoppelt werden. Durch Schließen der zweiten Kupplung kann die Antriebswelle drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle gekoppelt werden. Das Doppelkupplungsgetriebe weist ferner verschiedene Zahnradstufen auf, von denen zunächst eine erste, zweite, dritte und vierte Zahnradstufe näher betrachtet werden. Diese Zahnradstufen sind dazu vorgesehen, Drehmoment von den Getriebeeingangswellen auf einen „Vorgelegeantrieb" zu übertragen. In Abhängigkeit von Schaltzustand der Zahnradstufen wird der Vorgelegeantrieb von der ersten oder von der zweiten Getriebeeingangswelle über eine dieser Zahnradstufen angetrieben. Das Doppelkupplungsgetriebe gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der ersten Getriebeeingangswelle die erste und die zweite Zahnradstufe und der zweiten Getriebeeingangswelle die dritte und die vierte Zahnradstufe zugeordnet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Vorgelegeantrieb zwei Wellen auf, nämlich eine als Hohlwelle ausgebildete erste Vorgelegewelle und eine zweite Vorgelegewelle, die sich durch die erste Vorgelegewelle hindurch erstreckt. Jede der beiden Getriebeeingangswellen kann jeweils über zwei der oben genannten Zahnradstufen mit einer der beiden Vorgelegeweilen drehgekoppelt werden. Die erste Getriebeeingangswelle kann also in Abhängigkeit vom Schaltzustand der ersten und zweiten Zahnradstufe über die erste oder die zweite Zahnradstufe mit einer der Vorgelegewellen gekoppelt werden. Dementsprechend kann die zweite Getriebeeingangswelle in Abhängigkeit vom Schaltzustand der dritten und vierten Zahnradstufe über die dritte oder die vierte Zahnradstufe mit einer der Vorgelegewellen gekoppelt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die erste Getriebeeingangswelle über die erste bzw. zweite Zahnradstufe mit der ersten Vorgelegewelle und die zweite Getriebeeingangswelle über die dritte bzw. vierte Zahnradstufe mit dem zweiten Vorgelegewelle koppelbar ist.
Vorzugsweise ist eine „Vorgelegewellenkupplung" vorgesehen, die einen geöffneten und einen geschlossenen Schaltzustand aufweist. Wenn die Vor- gelegewellenkupplung geschlossen ist, sind die beiden Vorgelegewellen miteinander drehgekoppelt.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Schaltmatrix des Doppelkupplungsgetriebes der Figur 1 ;
Fig. 3-12 den Drehmomentenfluss in den einzelnen Gängen; und Fig. 13 eine Tabelle der Übersetzungen und Stufensprünge des Getriebes.
Figur 1 zeigt ein Doppelkupplungsgetriebe 1 , das eine Antriebswelle 2 und eine Abtriebswelle 3 aufweist. Das Doppelkupplungsgetriebe 1 weist ferner eine erste Getriebeeingangswelle 4 und eine zweite Getriebeeingangswelle 5 auf. Die zweite Getriebeeingangswelle 5 ist eine Hohlwelle, in die die erste Getriebeeingangswelle 4 eingesteckt ist. Die beiden Getriebeeingangswellen 4, 5 sind also koaxial zueinander angeordnet. Ferner ist eine erste Kupplung 6 und eine zweite Kupplung 7 vorgesehen. Durch Schließen der ersten Kupplung 6 wird die Antriebswelle 2 mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 drehgekoppelt. Durch Schließen der zweiten Kupplung 7 wird die Antriebswelle 2 mit der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Getriebeeingangswelle 5 drehgekoppelt.
Das Doppelkupplungsgetriebe 1 weist ferner eine Vorgelegeanordnung 8 auf. Die Vorgelegeanordnung 8 ist primär durch eine als Hohlwelle ausgebildete erste Vorgelegewelle 9 und eine zweite Vorgelegewelle 10 gebildet. Die zweite Vorgelegewelle 10 ist in die als Hohlwelle ausgebildete erste Vorgelegewelle 9 eingesetzt. Die beiden Vorgelegewellen 9, 10 sind also koaxial zueinander angeordnet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der ersten Getriebeeingangswelle 4 ein erster Radsatz 11 und ein zweiter Radsatz 12 zugeordnet. Der zweiten Getriebeeingangswelle 5 ist ein dritter Radsatz 13 und ein vierter Radsatz 14 zugeordnet.
Der erste Radsatz 11 ist durch ein drehbar auf der ersten Getriebeeingangswelle 4 gelagertes Zahnrad 15 und ein drehfest mit der ersten Vorgelegewelle 9 verbundenes Zahnrad 16 gebildet. Der zweite Radsatz 12 ist durch
ein drehbar auf der ersten Getriebeeingangswelle 4 gelagertes Zahnrad 17 und ein fest auf der ersten Vorgelegewelle 9 gelagertes Zahnrad 18 gebildet. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 4 ist ferner eine schaltbare Kupplung 19 angeordnet, die z. B. als Schiebemuffe oder als Doppelsynchronisation ausgebildet sein kann. Die schaltbare Kupplung 19 kann drei Stellungen einnehmen, nämlich wahlweise eine mittige Neutralstellung oder eine linke Schaltstellung, in der sie das Zahnrad 17 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindet oder eine rechte Schaltstellung, in der sie das Zahnrad 15 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindet.
Der dritte Radsatz 13 ist durch ein drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 5 verbundenes Zahnrad 20 und ein drehbar gelagertes Zahnrad 21 gebildet, das koaxial zu den beiden Vorgelegewellen 9, 10 angeordnet ist. Der vierte Radsatz 14 ist durch ein drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 5 verbundenes Zahnrad 22 und ein drehbar auf der zweiten Vorgelegewelle 10 gelagertes Zahnrad 23 gebildet. Ferner ist eine schaltbare Kupplung 24 vorgesehen, die ebenfalls drei Stellungen einnehmen kann, nämlich eine mittige Neutralstellung, eine linke Schaltstellung, in der sie das Zahnrad 21 drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle 10 koppelt bzw. eine rechte Schaltstellung, in der sie das Zahnrad 23 drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle 10 koppelt.
Abtriebsseitig weist das Doppelkupplungsgetriebe 1 ferner einen fünften Radsatz 25, einen sechsten Radsatz 26 und einen siebten Radsatz 28 auf. Der fünfte Radsatz 26 ist durch ein drehbar auf der Abtriebswelle 3 gelagertes Zahnrad 28 und ein fest mit der ersten Vorgelegewelle 9 verbundenes Zahnrad 29 gebildet. Über eine schaltbare Kupplung 30 kann das Zahnrad 28 mit der Abtriebswelle 3 drehgekoppelt werden. Ferner ist eine schaltbare Kupplung 31 vorgesehen, über die die erste Getriebeeingangswelle 4 direkt mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt werden kann. Des Weiteren ist eine schaltbare Kupplung 32 vorgesehen. Wenn die Kupplung 32 geöffnet
ist, können die beiden Vorgelegewellen 9, 10 relativ zueinander drehen. Wenn die schaltbare Kupplung 32 geschlossen ist, sind die beiden Vorgelegewellen 9, 10 miteinander gekoppelt.
Der sechste Radsatz 26 ist durch ein Zahnrad 33 und ein Zahnrad 34 gebildet. Das Zahnrad 33 ist drehbar auf der Abtriebswelle 3 angeordnet. Das Zahnrad 34 ist drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle 10 verbunden. Der siebte Radsatz 27 ist durch ein drehbar auf der Abtriebswelle 3 gelagertes Zahnrad 35 und ein drehfest mit der zweiten Vorgelegewelle 10 verbundenes Zahnrad 36 gebildet. Dem sechsten und siebten Radsatz 26 bzw. 27 ist eine schaltbare Kupplung 37 zugeordnet, die drei Schalstellungen einnehmen kann, nämlich eine mittige Neutralstellung, eine linke Schaltstellung, in der das Zahnrad 33 mit der Abtriebswelle 3 drehgekoppelt ist, sowie eine rechte Schaltstellung, in der das Zahnrad 35 mit der Abtriebswelle 3 drehgekoppelt ist.
Vollständigkeitshalber sei noch auf ein mit dem vierten Radsatz 14 zusammenwirkendes Zahnrad 38 hingewiesen, das auf einer Welle 39 drehbar gelagert ist. Ein drehfest mit der Welle 39 verbundenes Zahnrad 40 kämmt mit dem Zahnrad 16. Über eine schaltbare Kupplung 41 kann das Zahnrad 38 mit der Welle 39 drehgekoppelt werden. Das mit dem vierten Radsatz 14 zusammenwirkende Zahnrad 38, die Welle 39 und das Zahnrad 40 bilden einen Rückwärtsgang.
Die Schaltstellungen der schaltbaren Kupplungen 19, 24, 30, 31 , 32, 37, 41 sind durch die Großbuchstaben A, B, C, D, E, F, G, H, I, J angedeutet.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist das Doppelkupplungsgetriebe 1 sieben Radsatzebenen 11 , 12, 13, 14, 25, 26, 27 auf. Mit diesen sieben Radsatzebenen können neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang dargestellt werden.
Figur 2 zeigt die entsprechende Schaltmatrix. In der ersten Spalte sind die einzelnen Gänge 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 sowie der Rückwärtsgang Rw eingetragen. Der erste Gang ist ein Kriechgang, der zweite Gang ein normaler Anfahrgang. Die Gänge 8, 9 sind Overdrive-Gänge. Je nach Wahl der Übersetzung kann auch der Gang 7 als Overdrive-Gang ausgeführt sein.
In der ersten Zeile sind die schaltbaren bzw. geschalteten Elemente eingetragen, d. h. die erste und die zweite Kupplung 6, 7 der erste Radsatz 11 , das zur Darstellung des Rückwärtsgangs erforderliche Zahnrad 40, der zweite Radsatz 12, der dritte Radsatz 13, der vierte Radsatz 14 sowie das ebenfalls zur Darstellung des Rückwärtsganges erforderliche Zahnrad 38 dargestellt. Ferner sind in der ersten Zeile der Matrix die Schaltstellungen A - J der schaltbaren Kupplungen 19, 24, 30, 31 , 32, 37 und 41 dargestellt.
Die einzelnen Schaltstellungen werden im folgenden näher erläutert.
Figur 3 zeigt den Drehmomentenfluss wenn der als Kriechgang ausgelegte erste Gang eingelegt ist. Das von der Antriebswelle 2 kommende Drehmoment wird über die erste Kupplung 6 auf die zweite Getriebeeingangswelle 5 geleitet und von dort über die schaltbare Kupplung 19 und den Radsatz 11 auf die erste Vorgelegewelle 9 übertragen. Von der ersten Vorgelegewelle 9 wird das Drehmoment über die schaltbare Kupplung 32 auf die zweite Vorgelegewelle 10 übertragen und von dort über den sechsten Radsatz 26 und die schaltbare Kupplung 37 auf die Abtriebswelle 3.
Der Drehmomentenfluss für den als normalen Anfahrgang ausgelegten zweiten Gang ist in Figur 4 dargestellt. Von der Antriebswelle 2 wird das Drehmoment über die zweite Kupplung 7, den dritten Radsatz 13 auf die erste Vorgelegewelle 9 übertragen und von dort über den sechsten Radsatz 26 auf die Abtriebswelle 3.
Figur 5 zeigt den Drehmomentenfluss für den dritten Gang. Von der Antriebswelle 2 wird das Drehmoment über die erste Kupplung 6 in die erste Getriebeeingangswelle 4 eingeleitet und von dort über den ersten Radsatz 11 , die erste Vorgelegewelle 9 und den fünften Radsatz 25 in die Abtriebswelle 3.
Im vierten Gang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die zweite Kupplung 7, den dritten Radsatz 13, die zweite Vorgelegewelle 10 und den fünften Radsatz 25 zur Abtriebswelle 3 geleitet.
Im fünften Gang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die erste Kupplung 6, den zweiten Radsatz 12 und den fünften Radsatz 25 zur Abtriebswelle 3 geleitet.
Im sechsten Gang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die zweite Kupplung 7, den vierten Radsatz 14, die zweite Vorgelegewelle 10 und den fünften Radsatz 25 zur Abtriebswelle 3 geleitet.
Im siebten Gang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die erste Kupplung 6, die erste Getriebeeingangswelle 4 und die schaltbare Kupplung 31 unmittelbar zur Abtriebswelle 3 geleitet. Der siebte Gang ist also der „Direktgang".
Die Gänge acht, neun sind so genannte Overdrive-Gänge. Im achten Gang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die zweite Kupplung 7, den dritten Radsatz 13, die zweite Vorgelegewelle 10 und den sechsten Radsatz 26 zur Abtriebswelle 3 geleitet.
Im neunten Gang, der ebenfalls ein Overdrive-Gang ist, fließt das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die erste Kupplung 6, die erste Ge-
triebeeingangswelle 4, den zweiten Radsatz 12, die erste Vorgelegewelle 9 und den sechsten Radsatz 26 zur Abtriebswelle 3.
Figur 12 zeigt den Drehmomentenfluss bei eingelegtem Rückwärtsgang. Im Rückwärtsgang wird das Drehmoment von der Antriebswelle 2 über die zweite Kupplung 7, die zweite Getriebeeingangswelle 5, das Zahnrad 22 auf das Zahnrad 38 übertragen und von dort über die schaltbare Kupplung 41 auf die Welle 39 und das Zahnrad 40. Vom Zahnrad 40 wird das Drehmoment über das Zahnrad 16 auf die erste Vorgelegewelle 9 und von dort über die schaltbare Kupplung 32 auf die zweite Vorgelegewelle 10 übertragen. Von der zweiten Vorgelegewelle 10 wird das Drehmoment über den siebten Radsatz 27 auf die Abtriebswelle 3 übertragen.
Wie aus den Figuren 3 - 11 ersichtlich ist, wird beim sequentiellen Hochschalten bzw. beim sequentiellen Runterschalten das Drehmoment stets von der ersten Kupplung auf die zweite Kupplung 7 übergeben, bzw. umgekehrt, was ein Zugkraftunterbrechungsfreies Schalten ermöglicht.
Aus der zweiten Spalte der in Figur 13 dargestellten Tabelle sind die Übersetzungen i für die einzelnen Gänge 1 - 9 sowie Rw dargestellt. In der dritten Spalte ist der Stufensprung φ1 für die einzelnen Gänge dargestellt. Wie bereits erwähnt handelt es sich bei dem ersten Gang um einen Kriechgang und bei den Gängen acht und neun um Overdrive-Gänge. Im normalen Fahrbetrieb wird zwischen den Gängen zwei und sieben geschaltet. Wenn mit voller Motorlast, aber nicht mit Höchstgeschwindigkeit gefahren werden soll, wird einer der Overdrive-Gänge acht oder neun eingelegt.
Ein wesentlicher Vorteil des Doppelkupplungsgetriebes der Figur 1 besteht darin, dass für die Gangstufen zwei bis sieben, d. h. für die Normalbetriebsgänge ein streng progressiver Stufensprung darstellbar ist. Beim Hochschalten nimmt also der Stufensprung stets ab. Der Stufensprung
vom zweiten in den dritten Gang beispielsweise ist 1 ,6 der Stufensprung vom dritten in den vierten Gang 1 ,42 vom vierten in den fünften Gang 1 ,35, vom fünften in den sechsten Gang 1 ,31 und vom sechsten in den siebten Gang 1 ,26 und vom siebten in den achten Gang 1 ,22. Ein derartiger progressiver Stufensprungverlauf ist sowohl aus energetischer Sicht als auch hinsichtlich des Schaltkomforts sehr vorteilhaft.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beschriebene Progressivität lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel darstellt. Es können für die Gänge 2-7 auch andere Progressivitätsverläufe gewählt werden.
Wie bereits erläutert kann mit dem Doppelkupplungsgetriebe der Figur 1 eine Vielzahl von Gängen dargestellt werden. Insbesondere ist die Anzahl der Gänge (neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang) größer als die Anzahl der Radsatzebenen. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können mit nur sieben Radsätzen neun Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang geschaltet werden. Das Doppelkupplungsgetriebe der Figur 1 ist somit sehr kompakt aufgebaut.