Doppelkupplungsgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle und einer Hauptwelle, wobei die Eingangswelle über eine schaltbare erste Kupplung mit einer ersten Vorgelegewelle und über eine schaltbare zweite Kupplung mit einer zweiten Vorgelegewelle verbindbar ist, wobei die erste Vorgelegewelle und die zweite Vorgelegewelle jeweils über zumindest ein über eine Schalteinrichtung schaltbares Zahnradpaar mit der Hauptwelle antriebsverbindbar ist, mit zumindest einer durch eine elektrische Maschine gebildeten Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlanpassung der Vorgelegewellen an die Hauptwelle.

Aus den Veröffentlichungen US 6,427,549 Bl, EP 1 270 301 A2, WO 2010/026022 AI, EP 1 610 038 AI, EP 1 237 230 Bl,

DE 10 2010 044 618 AI und DE 10 2007 042 724 AI sind Doppelkupplungsgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, sowie mit zwei Vorgelegewellen bekannt, wobei die Drehzahlen der Vorgelegewellen über durch elektrische Maschinen gebildete Synchronisiereinrichtungen mit der Drehzahl der Ausgangswelle abstimmbar sind. Dabei wird die Drehzahl der nicht mit der Eingangswelle antriebsverbundenen Vorgelegewelle über einen Elektromotor angetrieben oder abgebremst, bis eine Synchronisierung mit einem auf der Vorgelegewelle frei laufenden Zahnrad erfolgt, welches über eine Getriebestufe mit der Ausgangswelle verbunden ist. Sobald eine Synchronisation vorliegt, wird das Zahnrad über eine Klauenkupplung mit der Vorgelegewelle antriebsverbunden.

Pumpen, insbesondere Schmierölpumpen oder dergleichen werden entweder durch die Brennkraftmaschine oder durch separate Elektromotoren angetrieben, was zusätzlichen Bauraum und Bauteile erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine räum- und teilesparende Druckquelle für hydraulische Einrichtungen, insbesondere Systemdruck- und/oder Schmierölsysteme vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die elektrische Maschine mit einer hydraulischen Pumpe antriebsverbunden ist, wobei vorzugsweise eine Antriebswelle der elektrischen Maschine und eine Antriebswelle der hydraulischen Pumpe, vorzugsweise eine Systemdruck- und/oder Schmierölpumpe, achsgleich angeordnet sind. - -

Die elektrische Maschine ist somit als multifunktionaler Bauteil ausgebildet und kann zur Synchronisation der Vorgelegewellen, als Antrieb für die hydraulische Pumpe, oder auch für Hybridfunktionen, wie Bereitstellen von Antriebs- oder Bremsmomenten, insbesondere zur Rekuperation, sowie auch als Startermotor für die Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Dadurch können Bauteile und Bauraum eingespart werden

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Maschine über zumindest eine

- vorzugsweise als Klauenkupplung ausgebildete Schaltkupplung -, besonders vorzugsweise über zumindest eine Getriebestufe, mit der ersten oder zweiten Vorgelegewelle antriebsverbindbar ist. Dabei kann in einer teile- und platzsparenden Ausführung die elektrische Maschine mittels einer einzigen Schaltkupplung, vorzugsweise eine Klauenkupplung, wahlweise über eine erste Getriebestufe mit der ersten Vorgelegewelle oder über eine zweite Getriebestufe mit der zweiten Vorgelegewelle antriebsverbunden werden. Über die Schaltkupplung kann die elektrische Maschine entweder mit der ersten oder der zweiten Vorgelegewelle verbunden, oder von beiden getrennt werden. Dadurch kann die elektrische Maschine auch bei Stillstand des Fahrzeuges den Antrieb für die Schmierölpumpe gewährleisten.

In einer ersten Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine einzige elektrische Maschine über eine erste Getriebestufe und eine erste Schaltkupplung mit der ersten Vorgelegewelle und über eine zweite Getriebestufe und eine zweite Schaltkupplung mit der zweiten Vorgelegewelle antriebsverbindbar ist. Diese Ausführung zeichnet sich durch besonders wenige Bauteile aus.

Eine zweite Ausführung der Erfindung sieht vor, dass der ersten Vorgelegewelle eine erste elektrische Maschine und der zweiten Vorgelegewelle eine zweite elektrische Maschine zugeordnet ist. Die erste elektrische Maschine ist dabei über eine erste Schaltkupplung, vorzugsweise eine Klauenkupplung, und zumindest einer ersten Getriebestufe mit der ersten Vorgelegewelle antriebsverbindbar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste elektrische Maschine über die erste Schaltkupplung und einer weiteren ersten Getriebestufe mit der ersten Kupplung

- vorzugsweise mit einem eingangswellenseitigen Teil der ersten Kupplung - antriebsverbindbar ist. Dies ermöglicht es, die erste elektrische Maschine - unter Umgehung der ersten Vorgelegewelle - mit der Eingangswelle und somit direkt mit der Brennkraftmaschine zu verbinden, beispielsweise zum Starten der Brennkraftmaschine, oder zum Laden der Fahrzeugbatterie über die Brennkraftmaschine bei stehendem Fahrzeug.

Genauso kann vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Maschine über eine zweite Schaltkupplung, vorzugsweise eine Klauenkupplung, und zumindest einer - - zweiten Getriebestufe mit der zweiten Vorgelegewelle und über die zweite Schaltkupplung und einer weiteren zweiten Getriebestufe mit der zweiten Kupplung - vorzugsweise mit einem einganswellenseitigen Teil der zweiten Kupplung - antriebsverbindbar ist.

Die erste beziehungsweise zweite Getriebestufe und die weitere erste beziehungsweise zweite Getriebestufen können gegebenenfalls unterschiedliche Übersetzungen aufweisen.

Die erste und die zweite Kupplung der Doppelkupplung sind vorteilhafterweise als nasslaufende Lammellenkupplungen ausgebildet, wodurch hohe Drehmomente bei kleinem Bauraum und geringem Gewicht übertragbar sind. Die beiden Kupplungen können baugleich ausgelegt werden, um die Herstellungskosten zu minimieren.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schalteinrichtungen durch Klauenkupplungen gebildet sind . Durch die durch die elektrische Maschine gebildete externe Synchronisiereinrichtung können die Schalteinrichtungen selbst unsynchronisiert ausgeführt werden.

Um den Fertigungsaufwand so gering wie möglich zu halten, ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Zahnradgruppe der ersten Vorgelegewelle und der zweiten Vorgelegewelle baugleich ausgebildet ist. Durch die Verwendung von möglichst vielen Gleichteilen können somit die Kosten sehr gering gehalten werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mit der Hauptwelle ein Bereichsgruppengetriebe verbunden ist, wobei vorzugsweise das Bereichsgruppengetriebe ein Planetengetriebe aufweist. Auf diese Weise können besonders hohe Übersetzungsverhältnisse und die für eine praktikable Gangabstufung erforderliche Anzahl der Gänge mit einer geringen Anzahl von Bauteilen realisiert werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Eingangswelle über eine erste Getriebestufe mit der ersten Vorgelegewelle und über eine zweite Getriebestufe mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden ist, wobei vorzugsweise die erste und die zweite Getriebestufe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Durch die unterschiedlichen Übersetzungsstufen werden die Vorgelegewellen mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben.

Bei einer besonders vorteilhaften weiteren Ausführung entspricht der Übersetzungssprung zwischen erster und zweiter Getriebestufe dem gewünschten Übersetzungssprung zwischen den einzelnen Getriebegängen, wodurch eine bauglei- - - che Ausbildung der Zahnradgruppen an den beiden Vorgelegewellen ermöglicht wird .

Um einen direkten Durchtrieb zu ermöglichen, kann in weiterer Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Eingangswelle mit der Hauptwelle direkt über eine Klauenkupplung mit oder ohne Synchronisierung verbindbar ist. Die Betätigung der Klauenkupplungen kann über hydraulisch betätigte Aktuatoren erfolgen.

Um auf platzsparende Weise unterschiedliche Drehzahlen der elektrischen Maschine und der Pumpe zu ermöglichen, kann in weiterer Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Antriebswelle der elektrischen Maschine mit der Treibwelle der Pumpe über ein Planetengetriebe verbunden ist, wobei vorzugsweise die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes und die Treibwelle mit einer Stegwelle des Planetengetriebes drehfest verbunden ist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch :

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer ersten

Ausführungsvariante;

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer zweiten

Ausführungsvariante;

Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer dritten

Ausführungsvariante; und

Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer vierten

Ausführungsvariante.

Funktionsgleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. zeigen jeweils ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe 10 mit zwölf Vorwärtsgängen und vier Rückwärtsgängen.

Die unterschiedlichen Gangstufen sind in der Fig . mit den Bezugszeichen 1, 2, 3, 4, 5, 6 für die Vorwärtsgänge und Rl, R2 für die Rückwärtsgänge bezeichnet.

Das in jeder der Fig . dargestellte Doppelkupplungsgetriebe 10 weist eine mit einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine verbundene Eingangswelle 11 und eine mit einer Ausgangswelle 12 verbundene Hauptwelle 13 auf. Die Eingangswelle 11 steht über einstufige erste bzw. zweite Eingangsgetriebestufen 14, 15, welche unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen, mit jeweils ei- - - ner ersten Vorgelegewelle 16 und einer zweiten Vorgelegewelle 17 in Verbindung . Zwischen der ersten Eingangsgetriebestufe 14 und der ersten Vorgelegewelle 16 ist eine erste schaltbare Kupplung 18, zwischen der zweiten Eingangsgetriebestufe 15 und der zweiten Vorgelegewelle 17 eine schaltbare zweite Kupplung 19 angeordnet. Die Kupplungen 18 und 19 sind als nasslaufende Lamellenkupplungen ausgebildet. Die erste und die zweite Kupplung 18, 19 können in der geschlossenen Stellung federbelastet sein, wodurch keine aktive Kraftaufbringung erforderlich ist, um die Antriebsverbindung zwischen der Eingangswelle

11 und der Vorgelegewelle 16, 17 herzustellen. Aus sicherheitsrelevanten Gründen kann aber auch zumindest bei einer der beiden Kupplungen 18, 19 das Schließen mit hydraulischem Druck anstelle mit einer Schließfeder erfolgen.

Im Antriebsstrang des Doppelkupplungsgetriebes 10 ist weiters ein mit der Hauptwelle 13 verbundenes Bereichsgruppengetriebe 21 vorgesehen, mit welchem ein Umschalten zwischen hohen Übersetzungsverhältnissen - schnelle Bereichsgruppe HIGH - und niedrigen Übersetzungsverhältnissen - langsame Bereichsgruppe LOW - möglich ist. Im einfachsten Fall kann das Bereichsgruppengetriebe 21 aus zwei Zahnradpaaren mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit jeweils einem festen Zahnrad und einem losen Zahnrad gebildet werden, zwischen welchen über eine Schalteinrichtung 20 umgeschaltet werden kann. In einer kompakten Ausführung kann das Bereichsgruppengetriebe 21 als Planetengetriebe 24 ausgebildet sein, wobei ein Element des Planetengetriebes 24 über eine Schalteinrichtung 20 festgehalten oder mit einem zweiten Element des Planetengetriebes 24 verbunden werden kann.

Mit Bezugszeichen 25 ist in Fig. 2 eine mit der Hauptwelle 13 oder Ausgangswelle

12 verbundene Parksperre bezeichnet.

Die Vorgelegewellen 16, 17 stehen jeweils über Zahnradstufen ZA1, ZA2, ZA3, ZA4, ZA5, ZA6, ZR1, ZR2 mit der Hauptwelle 13 in Verbindung.

Die Zahnräder der Zahnradstufen ZA1, ZA2, ZA3, ZA4, ZA5, ZA6, ZA7 ZR1, ZR2, der Getriebestufen 14, 15 und des Bereichsgruppengetriebes 21 sind mit zl, z2, z3, z4, z5, z6, z7, z8, z9, zlO, zl l, zl2, zl3, zl4, zl5, zl6, zl7, zl8 bezeichnet, wobei baugleiche Zahnräder mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind .

Jede Zahnradstufe ZA1, ZA2, ZA3, ZA4, ZA5, ZA6, ZR1, ZR2 weist jeweils zumindest ein frei auf einer Welle - zum Beispiel einer Vorgelegewelle 16, 17 -umlaufendes Zahnrad und ein mit einer anderen Welle - zum Beispiel der Hauptwelle 13 - drehfest verbundenes Zahnrad auf. Die Zahnradstufen ZR1, ZR2 der Rückwärtsgänge Rl, R2 weisen zusätzlich noch ein Umkehrzahnrad zl2 auf. Um Herstellungskosten zu sparen, können jeweils zwei auf den Vorgelegewellen 16, - -

17 gegenüberliegende Zahnräder als Gleichteile ausgebildet sein. Die Zahnräder können freilaufend auf den Vorgelegewellen 16, 17 gelagert sein und stehen mit drehfest mit der Hauptwelle 13 verbundenen Zahnrädern im Zahnreingriff.

Um jeweils die frei umlaufenden Zahnräder mit der jeweiligen Vorgelegewelle 16, 17 bzw. Hauptwelle 13 antriebsfest zu verbinden, sind Schaltelemente 20 vorgesehen, welche durch Synchronisiereinheiten oder - insbesondere im Falle von externen elektrischen oder hydraulischen Synchronisiereinrichtungen - durch einfache, nichtsynchronisierte Klauenkupplungen gebildet werden können. Die Schaltelemente 20 können über nicht weiter dargestellte Aktuatoren, beispielsweise hydraulisch, betätigt werden.

Im Antriebsfall ist eine der beiden Vorgelegewellen 16, 17 über die jeweilige Kupplung 18, 19 mit der Eingangswelle 11 antriebsverbunden, während die jeweils andere Vorgelegewelle 17, 16 von der Antriebswelle 11 getrennt ist.

Die antriebsverbundene Vorgelegewelle, beispielsweise die zweite Vorgelegewelle 17, ist über eine eingelegte Gangstufe, beispielsweise Gangstufe 6 mit der Hauptwelle 13 antriebsverbunden. Im Antriebsfall ist die Hauptwelle 13 über die auf HIGH oder LOW geschaltete Schalteinrichtung 20 des Bereichsgruppengetriebes 21 mit der Ausgangswelle 12 und über eine geschaltete Gangstufe, beispielsweise Gangstufe 6, mit der zweiten Vorgelegewelle 17 antriebsverbunden. Über die zweite Kupplung 19 erfolgt somit ein Kraftfluss bis zur Ausgangswelle 12.

Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle 11 mit der Hauptwelle 13 direkt über eine Kupplung 40 verbindbar. Dadurch kann ein direkter Durchtrieb zwischen der Eingangswelle 11 und der Hauptwelle 13 ermöglicht werden.

Das Doppelkupplungsgetriebe 10 kann modular aufgebaut sein und aus einem Kupplungsteil 50, einem Hauptgetriebeteil 60 und dem Bereichsgruppengetrie- beteil 70 bestehen, und somit für unterschiedliche Einsatzgebiete und Fahrzeuge, wie zum Beispiel Autobusse, Lastkraftwagen, Straßenfahrzeuge und Geländefahrzeuge Anwendung finden.

Der modulare Aufbau ermöglicht auch eine Anwendung und ein Aufrüsten von bereits bestehenden Getrieben. Somit ist ein Einsatz bei den gängigsten Doppelkupplungsgetrieben mit Bereichsgruppe möglich.

Bei den in den Fig . 1 und Fig . 2 dargestellten Ausführungen sind durch elektrische Maschinen 81, 181, 281 gebildete Synchronisiereinrichtungen 80 vorgesehen, welche jeweils über zumindest eine als Klauenkupplung ausgebildete - -

Schaltkupplung 82, 83 und über zumindest eine Getriebestufe 84, 85, 84a, 85a, mit der ersten oder zweiten Vorgelegewelle 16, 17 antriebsverbindbar ist. Die Antriebswelle 81a, 181a, 281a der elektrischen Maschine 81, 181, 281 ist dabei mit der Treibwelle 86a, 186a, 286a einer Pumpe 86, 186, 286, beispielsweise einer Schmierölpumpe, antriebsverbunden. Die elektrischen Maschinen 81, 181, 281 lassen sich sowohl motorisch, als auch generatorisch betreiben. Die elektrischen Maschinen 81, 181, 281 sind als multifunktionelle Bauteile ausgebildet und dienen zum Synchronisieren der Vorgelegewellen 16, 17 bei Schaltvorgängen, zum Antrieb der Pumpe 86, 186, 286, zum Starten der Brennkraftmaschine, zum Laden der Fahrzeugbatterie und Übernehmen Hybridfunktionen wie Bereitstellen von Antriebs- und Bremsmoment, sowie zur Rekuperation.

Bei der in Fig . 1 dargestellten Ausführung ist nur eine einzige elektrische Maschine 81 vorgesehen, welche mit einer Pumpe 86 fest antriebsverbunden ist. Die Wellen 81a, 86a können über die ersten und zweiten Schaltkupplungen 82, 83 und die erste Getriebestufe 84 bzw. zweite Getriebestufe 85 entweder mit der ersten Vorgelegewelle 16 oder der zweiten Vorgelegewelle 17 in Antriebsverbindung gebracht werden. Dadurch kann die elektrische Maschine 81 bei Gangwechselvorgängen als zentrale Synchronisationseinrichtung für die Vorgelegewellen 16, 17 eingesetzt werden. Andererseits können auch Hybridfunktionen durch die elektrische Maschine 81, wie Bereitstellen von zusätzlichem Antriebs- oder Bremsmoment, übernommen werden. Die elektrische Maschine 81 kann auch zum Starten der Brennkraftmaschine oder - generatorisch betrieben - zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet werden. Wenn sowohl die erste, als auch die zweite Schaltkupplung 82, 83 deaktiviert sind, wird die Pumpe 86 - unabhängig von der Drehzahl der Vorgelegewellen 16, 17 - durch die elektrische Maschine 81 angetrieben, wodurch eine ausreichende Schmierölversorgung auch bei stehendem Fahrzeug erfolgen kann. In jeder Betriebsart ist die elektrische Maschine 81 fest mit der Pumpe 86 verbunden, wodurch der erforderliche Schmieröldruck gesichert ist.

Die in Fig . 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von Fig . 1 dadurch, dass jeder Vorgelegewelle 16, 17 eine elektrische Maschine 181, 281 zugeordnet ist, wobei die Antriebswelle 181a der ersten elektrischen Maschine 181 mit einer Treibwelle 186a einer ersten Pumpe 186, und die Antriebswelle 281a der zweiten elektrischen Maschine 281 mit einer Treibwelle 286a einer zweiten Pumpe 286 antriebsverbunden. Dabei ist die gemeinsame Welle 181a/186a der ersten elektrischen Maschine 181 über die erste Schaltkupplung 82 mit einer ersten Getriebestufe 84 oder mit einer weiteren ersten Getriebestufe 84a verbindbar. Die erste Getriebestufe 84 ist dabei direkt mit der ersten Vorgelegewelle 16 verbunden. Die weitere erste Getriebestufe 84a ist mit einem Kupplungsteil 18a der - - ersten Kupplung 18 verbunden, welcher über die erste Eingangsgetriebestufe 14 mit der Eingangswelle 11 antriebsverbunden ist.

Analog dazu ist die gemeinsame Welle 281a/286a der zweiten elektrischen Maschine 281 über die zweite Schaltkupplung 83 mit einer zweiten Getriebestufe 85 oder mit einer weiteren zweiten Getriebestufe 85a verbindbar. Die zweite Getriebestufe 85 ist dabei wiederum direkt mit der zweiten Vorgelegewelle 17 verbunden. Die weitere zweite Getriebestufe 85a ist mit einem Kupplungsteil 19a der zweiten Kupplung 19 verbunden, welcher über die zweite Eingangsgetriebestufe 15 mit der Eingangswelle 11 antriebsverbunden ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsvariante ermöglicht eine kleinere Dimensionierung der Pumpen 186, 286, wodurch Platz gespart werden kann. Dadurch, dass jede der beiden elektrischen Maschinen 181, 281 wahlweise mit der jeweiligen Vorgelegewelle 16, 17, oder mit der Eingangswelle 16 verbunden werden kann, lassen sich eine größere Zahl an Betriebsarten realisieren, als bei der ersten Ausführungsvariante. Wird beispielsweise eine der elektrischen Maschinen 181, 281 mit dem jeweiligen Kupplungsteil 18a, 19a verbunden, so kann die Brennkraftmaschine - bei stillstehenden Vorgelegewellen 16, 17 - direkt gestartet werden. Andererseits kann bei stillstehenden Vorgelegewellen 16, 17 mit der Brennkraftmaschine die Fahrzeugbatterie über die erste oder zweite elektrische Maschine 181, 281 - oder über beide elektrischen Maschinen 181, 281 direkt geladen werden.

Die Ausführungen der Fig . 3 und Fig . 4 zeigen Doppelkupplungsgetriebe 10 ohne Bereichsgruppengetriebe. Dabei ist jeweils die Treibwelle 86a der Pumpe 86 über ein Planetengetriebe 90 mit der Antriebswelle 81a der elektrischen Maschine 81 verbunden, wobei die Antriebswelle 81a mit dem Sonnenrad 90a und die Treibwelle 86a der Pumpe 86 mit der Stegwelle 90b des Planetengetriebes 90 verbunden ist. Das Hohlrad 90c des Planetengetriebes 90 ist gehäusefest ausgebildet.

Bei der in Fig . 3 dargestellten Ausführungsvariante erfolgt die Antriebsverbindung zwischen der ersten oder zweiten Vorgelegewelle 16, 17 und der elektrischen Maschine über Schaltkupplungen 82, 83 der Vorgelegewellen 16, 17, welche als Klauenkupplungen ausgebildet sein können. Das Planetengetriebe 90 ist zwischen der elektrischen Maschine 81 und der ersten und zweiten Getriebestufe 84, 85 angeordnet.

Zum Unterschied dazu ist in Fig . 4 nur eine Schaltkupplung 823 zwischen der elektrischen Maschine 81 und der Pumpe 86 angeordnet. Insbesondere ist die Schaltkupplung 823 zwischen der ersten und der zweiten Getriebestufe 84, 85, und das Planetengetriebe 90 zwischen der ersten Getriebestufe 84 und der - - elektrischen Maschine positioniert. Über die mit der Welle 86a der Pumpe 86 bzw. der Antriebswelle 81a fest verbundene Schaltkupplung 823 kann - über die jeweilige erste bzw. zweite Getriebestufe 84, 85 - die erste bzw. zweite Vorgelegewelle 16, 17 mit der Welle 86a und der Stegwelle 90b drehfest verbunden werden.