Doppelkupplungsgetriebe Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe umfassend zwei nasslaufende Kupplungen. Ein Doppelkupplungsgetriebe ist eine neue Getriebeart mit zwei in der Regel koaxial angeordneten Getriebeeingangswellen, denen jeweils eine separate Reibkupplung und eine Gruppe von Gangstufen zugeordnet ist. Ein wesentlicher Vorteil des Doppelkupplungsgetriebes gegenüber einem konventionellen Stufenwechselgetriebe liegt in den weitgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgängen, durch die man ein besseres Beschleunigungsvermögen im Zugbetrieb und ein besseres Verzögerungsvermögen im Schubbetrieb erreicht. Ein Vorteil gegenüber einem Handschaltgetriebe liegt in dem geringeren Verbrauch. Wegen der fehlenden Zugkraftunterbrechung ist es dem automatisierten Handschaltgetriebe überlegen, bietet aber dem Nutzer ähnliche Möglichkeiten wie ein automatisiertes Getriebe. Die DE 101 34 118 A1 beschreibt ein Doppelkupplungsgetriebe mit einer trockenen Kupplung. Es sind auch bereits Doppelkupplungsgetriebe mit nassen Kupplungen bekannt, die zwei in Öl laufende Lamellenkupplungen verwenden.
Problematisch bei den bisher bekannten Doppelkupplungsgetrieben mit nasslaufenden Kupplungen ist die Tatsache, dass erhöhte Anforderungen an die verwendeten Schmierstoffe bestehen, die von den üblicherweise verwendeten Ölen für Handschaltgetriebe nicht erfüllt werden. Die Schmierstoffanforderungen liegen auch deutlich über denjenigen für die üblichen Stufenautomatikgetriebe. Das Doppelkupplungsgetriebe fordert insbesondere einen sehr weichen positiven Reibwertverlauf bei Gleitgeschwindigkeiten von beispielsweise zwischen 0 und ca. 0,5 m/s, wodurch ein ausreichendes Antishudderverhalten gesichert wird. Der positive Reibwertverlauf sollte über die Lebensdauer des Getriebes bestehen bleiben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in dem Getriebe erhebliche Temperaturdifferenzen auftreten können, die im Bereich der Kupplung beispielsweise zwischen etwa-40° C und bis zu 180° C betragen können. In sogenannten hot-spots in den Lamellenpaketen können auch Temperaturen von beispielsweise über 200° C auftreten.
Um die Verschleißfestigkeit der beanspruchten Bauteile des Doppelkupplungsgetriebes zu erhöhen waren bislang aufwendige Beschichtungsverfahren notwendig oder es mussten besonders harte Werkstoffe eingesetzt werden. Beispielsweise wurden dazu die Verzahnungen phosphatiert oder anders oberflächenbeschichtet, die Schaltgabeln mit Messing durch Flammspritzen beschichtet und/oder die Synchronringe erhielten eine Molybdänbeschichtung. Bislang waren also recht aufwendige Maßnahmen bei einem solchen Doppelkupplungsgetriebe notwendig, um unter anderem auch das sogenannte "stick/slip"-Phänomen zu vermeiden. Dabei kommt es zu unerwünschten Schwingungen, die Geräusche verursachen. Im Bereich der Kupplungen verwendete man bei den bisherigen Doppelkupplungsgetrieben beispielsweise Papierlamellen, mit denen man jedoch nur eine vergleichsweise geringe Belastbarkeit mit einer Hertzschen Pressung im Bereich von beispielsweise ca. 1 bis 1,5 N/mm2 erreichen kann. Darüber hinaus ist zu beachten, dass bei einem Doppelkupplungsgetriebe wegen der erhöhten Anforderungen an den Schmierstoff in der Regel die Verwendung besonderer Getriebeöle erforderlich ist. Aufgrund der Kombination eines Handschaltgetriebes mit einem Automatikgetriebe wird einerseits die Fresstragfähigkeit, Pittingverhalten und Synchronverhalten des Handschaltgetriebes gefordert und andererseits bestehen spezielle Anforderungen für die Lamellenkupplung, die im Mikroschlupfbereich außerdem geregelt werden muss.
Die Verwendung von Werkstoffen, die Kohlenstofffasern enthalten, bei Reibscheiben ist grundsätzlich aus der DE 101 18 920 C1 bekannt. Die dort beschriebenen Reibscheiben bestehen aus mit Kohlenstofffasern verstärkten Keramik-Verbundwerkstoffen und werden in erster Linie als Bremsscheiben eingesetzt. Es wird auch die Eignung derartiger Reibbeläge für Kupplungsscheiben beschrieben. Dabei handelt es sich aber um sogenannte trockene Kupplungen und die in der genannten Schrift erwähnten Materialien kommen für nasslaufende, mit Öl betriebene Kupplungen nicht in Betracht. Die Druckschrift hat zudem keinen Bezug zu Kupplungen in Doppelkupplungsgetrieben, bei denen die zuvor erwähnten spezifischen Anforderungen bestehen. Ähnliche Werkstoffe aus einer Verbundkeramik mit kohlenstoffhaltigen Fasern, die mit einer die Elemente Si und C enthaltenden Matrix reaktionsgebunden sind, werden in der DE 101 31 758 beschrieben. Soweit in dieser Druckschrift die Verwendung für Kupplungsscheiben erwähnt wird, handelt es sich ebenfalls um trockene Reibkupplungen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Doppelkupplungsgetriebe der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Kupplungen sowie gegebenenfalls weitere Getriebebauteile den vorgenannten komplexen Anforderungen gerecht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens eine der Kupplungen und/oder das Getriebe mindestens ein auf Verschleiß beanspruchtes Bauteil umfasst, welches mindestens teilweise zumindest im Oberflächenbereich aus einem kohlenstoffhaltigen Werkstoff besteht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens die Oberfläche der Kupplungslamellen mindestens teilweise aus einem Werkstoff besteht, der Carbonfasern umfasst. Die genannten carbonfaserhaltigen Werkstoffe haben zum Einen den Vorteil der hohen thermischen Stabilität. Außerdem ist die spezifische Belastbarkeit von carbonfaserhaltigen Werkstoffen im Bereich von Kupplungslamellen höher als bei den bisherigen Papierbelägen. Dies eröffnet die Möglichkeit, gegebenenfalls die Anzahl der in einer Kupplung verwendeten Reibbeläge zu reduzieren. Dadurch ist wiederum eine Reduzierung der Baugröße des Doppelkupplungsgetriebes möglich. Mit den genannten carbonfaserhaltigen Belägen kann ein weicher positiver Reibwertverlauf insbesondere bei geringen Gleitgeschwindigkeiten erzielt werden, wodurch ein ausreichendes Antishudderverhalten gesichert wird.
Wegen der hohen chemischen Stabilität der Carbon-Werkstoffe hat man die Möglichkeit, die Fresstragfähigkeit und das Pittingverhalten im mechanischen Teil des Doppelkupplungsgetriebes über das Getriebeöl zu erhöhen. Dadurch kann man auf die bislang verwendeten aufwendigen Oberflächenbeschichtungen wie Phosphatierung, Messing-oder Molybdänbeschichtung oder spezifische Werkstoffe verzichten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann man nicht nur die Oberfläche der Kupplungslamellen, sondern beispielsweise auch Synchronringe und/oder Schaltpatten der Schaltgabeln mindestens teilweise aus einem carbonfaserhaltigen Werkstoff ausführen.
Im Bereich der Kupplungsbeläge können derartige Werkstoffe eine Belastbarkeit mit einer Hertzschen Pressung von mehr als 2 N/mm2 vorzugsweise mehr als 5 N/mm2, weiter vorzugsweise mindestens etwa 10 N/mm2 bis zu etwa 15 N/mm2 zulassen. Die Anzahl der pro Kupplung verwendeten Lamellen lässt sich reduzieren, beispielsweise auf weniger als zehn Lamellen pro Kupplung. Der erfindungsgemäß verwendete kohlenstoffhaltige Werkstoff umfasst vorzugsweise mindestens teilweise ein aus Fasern gewebtes Material. Alternativ dazu oder gleichzeitig kommen beispielsweise kohlenstofffaserhaltige Werkstoffe in Betracht, die mindestens ein Granulat umfassen, welches mit einem Bindemittel gebunden sein kann.
Für ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe (Direkt-Schalt-Getriebe) werden vorzugsweise Schmierstoffe benötigt, die in ihrer Charakteristik ATF-Ölen ähnlich sind. Die erfindungsgemäß verwendeten ATF-Öle (automatic transmission fluid) sind vorzugsweise vollsynthetische Öle, die zur Gestaltung des Reibwerts der Kupplung, insbesondere zur Erzielung eines positiven Reibwertverlaufs entsprechende Additive, insbesondere"friction modifier"enthalten. Für die bisher bekannten Doppelkupplungsgetriebe waren die üblichen Handschaltgetriebeöle in der Regel nicht geeignet.
Für sogenannte Hypoidgetriebe, das heißt Kegelradachsgetriebe mit versetzten Achsen, die man beispielsweise in der Hinterachsenkupplung von Fahrzeugen einsetzt, werden spezielle Getriebeöle eingesetzt. Es handelt sich um besonders hochlegierte Hypoidöle, die man benötigt, da beim Abwälzen stärkere Gleitbewegungen zwischen den sich berührenden Zahnflanken auftreten. Es ist jedoch schwierig, mit solchen Hypoidölen einen positiven Reibwertverlauf zu erzielen, wie man ihn bei einem Doppelkupplungsgetriebe der erfindungsgemäßen Art benötigt. Deshalb kommen die bekannten Hypoidöle als Schmierstoffe für ein Doppelkupplungsgetriebe ebenfalls nicht in Frage.
Erfindungsgemäß kommen jedoch Handschaltgetriebeöle mit verbessertem Reibwertverhalten aufgrund der verwendeten kohlenstoffhaltigen Werkstoffe insbesondere im Bereich der Kupplungslamellen in Betracht. Es sollte vorzugsweise ein Handschaltgetriebeöl oder ein diesem ähnlicher Schmierstoff verwendet werden, dessen Eigenschaften mindestens der Leistungsklasse GL4 des API (American Petroleum Institut) entsprechen. Vorzugsweise sollte das Getriebeöl mindestens der Leistungsklasse GL5 des API entsprechen. Das Getriebeöl enthält weiterhin vorzugsweise Additive, die die Fresstragfähigkeit und/oder das Pittingverhalten verbessern, wodurch man den Vorteil hat, dass man auf spezifische Oberflächenbeschichtungen oder besondere Werkstoffe bei den im Getriebe oder in der Kupplung verwendeten Bauteilen verzichten kann. Das Getriebeöl sollte weiterhin vorzugsweise eine entsprechende thermische Stabilität aufweisen und kann dazu insbesondere mit entsprechenden Additiven versehen sein. Dadurch wird eine ausreichende Viskosität über den gesamten Temperaturbereich von vorzugsweise zwischen etwa-40° C und etwa 180° C bis 200° C gewährleistet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält das Getriebeöl weiterhin wenigstens ein Additiv zur Verbesserung des Viskositätsverhaltens und/oder Temperaturverhaltens und/oder Verschleißschutzverhaltens und/oder Oxidationsschutzverhaltens und/oder Schaumverhaltens und/oder Korrosionsschutzverhaltens und/oder Reibwertverhalten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine nasslaufende Kupplung oder ein Getriebebauteil für ein Doppelkupplungsgetriebe mit den Merkmalen eines der Ansprüche 17 oder 18. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Kraftfahrzeug, welches gemäß Anspruch 19 ein Doppelkupplungsgetriebe der vorgenannten Art umfasst. Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt in einem beispielhaften Diagramm einen Reibwertverlauf, wie er bei einem erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe angestrebt wird. Dabei ist in Fig. 1 der Reibwert u über die Gleitgeschwindigkeit [mm/s] aufgetragen. Wie man sieht, liegt ein durchgehend positiver Reibwertverlauf vor, wobei in dem Diagramm beispielhaft Gleitgeschwindigkeiten im Bereich bis zu 100 mm/s, das heißt ca. 0,1 m/s wiedergegeben sind. Mit zunehmender Gleitgeschwindigkeit steigt der Reibwert in dem dargestellten Geschwindigkeitsbereich allmählich und nur geringfügig an. Es ist kein Maximum in der Kurve des Reibwertverlaufs vorhanden. Somit ist ein weicher positiver Reibwertverlauf gegeben.
