Beschreibung

Titel

Doppelkupplungsgetriebe mit verbesserter Ausfallsicherheit

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe mit verbesserter Ausfallsicherheit.

Doppelkupplungsgetriebe sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. Dabei weisen Doppelkupplungsgetriebe zwei Kupplungen auf. Wenn kein Schaltvorgang ausgeführt wird, wird Drehmoment nur über eine Kupplung übertragen. Während eines Schaltvorgangs wird das Drehmoment auf die beiden Kupplungen aufgeteilt. Dabei ist es möglich, dass sich beide Kupplungen im Schlupfbereich befinden. Die Schaltvorgänge der Kupplungen werden dabei über elektromechanische Aktoren mit Selbsthemmung ausgeführt. Wenn nun der elektrische Antrieb ausfällt, führt die Selbsthemmung dazu, dass der momentane Zustand der Kupplung beibehalten wird. Dies kann nun zu einem sicherheitskritischen Vorgang führen, wenn während eines Schaltvorgangs die elektrischen Antriebe der Kupplung ausfallen. Hierbei kann einerseits eine Getriebewelle blockieren und andererseits wird viel Wärme durch die Reibung während des Schlupfzustandes an der Kupplung erzeugt. Von daher werden bisher selbsthemmende Aktoren bei Doppelkupplungsgetrieben nicht eingesetzt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Doppelkupplungsgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die Verwendung einer selbsthemmenden elektromechanischen Aktorik möglich ist. Trotzdem wird in einem Zustand, wenn bei einem Schaltvorgang ein Stromaus- fall auftritt, die Kupplung vollständig geöffnet, so dass ein sicherheitskritischer Schlupfzustand der

Kupplung bei Stromausfall vermieden wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein Aktuator wenigstens eines der beiden Getriebestränge des Doppelkupplungsgetriebes zwei Mechanikteile, einen Elektromotor als Antrieb, eine Stromversorgung für den Elektromotor und einen Hydraulikteil umfasst. Der Hydraulikteil ist zwischen dem ersten und zweiten Mechanikteil angeordnet und der erste Mechanikteil ist zwischen dem Elektromotor und dem Hydraulikteil angeordnet. Der Hydraulikteil umfasst dabei ein Ablassventil, welches elektrisch betätigbar ist und

bei einer Stromlosstellung, d.h. einem Stromausfall o.ä., öffnet. Weiter ist der Hydraulikteil mit der Stromversorgung des Elektromotors verbunden. Im normalen Betrieb ist der Hydraulikteil mit Hydraulikfluid, z.B. öl, gefüllt und verhält sich zwischen den beiden Mechanikteilen starr. Dadurch erfolgt eine Drehmomentübertragung vom ersten Mechanikteil über den Hydraulikteil auf den zweiten Mechanikteil. Wenn nun ein Stromausfall auftritt, hält der elektromotorische Antrieb an und das Ablassventil, welches mit der gleichen Stromquelle wie der Elektromotor verbunden ist, wird stromlos gestellt, so dass dieses öffnet. Dadurch kann das Fluid aus dem Hydraulikteil durch das offene Ablassventil entweichen, so dass die Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Mechanikteil getrennt ist. Somit kann insbesondere ein sicherheitskritischer Zustand während eines Schaltvorgangs des Getriebes unterbunden werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Vorzugsweise umfassen der erste und zweite Getriebestrang jeweils einen Aktuator mit zwischengeschaltetem Hydraulikteil. Dadurch können nachteilige Auswirkungen eines Stromausfalls während eines Schaltvorgangs bei beiden Getriebesträngen ausgeschlossen werden.

Um eine sichere öffnung der Kupplung zu erreichen, umfasst der Aktor ferner ein Rückstellelement, um den zweiten Mechanikteil in Richtung des ersten Mechanikteils zurückzustellen, wenn das Ablassventil geöffnet ist und der Hydraulikteil geleert ist. Dadurch wird eine sichere Trennung der Kupplung erreicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der Hydraulikteil ferner einen Drucksensor, welcher einen Druck im Hydraulikteil erfasst. Mittels des Drucksensors kann somit eine Kupplungskraft während eines Kupplungsvorgangs gemessen werden.

Dabei ist durch die direkte Messung der Kupplungskraft im Hydraulikteil eine höhere Genauigkeit der Messung möglich als beispielsweise bei einer Wegsensierung, aus welcher dann auf die Kupplungskraft geschlossen wird.

Weiter bevorzugt umfasst der Hydraulikteil einen Zylinder, einen mit dem ersten Mechanikteil verbundenen ersten Kolben und einen mit dem zweiten Mechanikteil verbundenen zweiten Kolben, wobei ein Druckraum zwischen dem ersten Kolben und dem zweiten Kolben angeordnet ist und das Ablassventil am Druckraum vorgesehen ist. Hierdurch kann ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erreicht werden. Ferner ist es möglich, durch die Verwendung des Druckraums zwischen den zwei Kolben sowohl eine lineare Anordnung der Bauteile des Hydraulikteils als auch eine andere beliebige Anordnung, beispielsweise in einem 90°-Winkel o.ä. vorzusehen. Dadurch kann

insbesondere aufbauraumbedingte Einschränkungen bzw. Getriebetypen unterschiedlicher Fahrzeughersteller schnell und einfach eine Anpassung des Aktuators ermöglicht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der erste Mechanikteil selbsthemmend ausgebildet. Dadurch ist es zum ersten Mal möglich, ein

Doppelkupplungsgetriebe mit einem selbsthemmenden Mechanikteil einzusetzen, wodurch weitere bauraumbedingte Vorteile erhalten werden.

Vorzugsweise wird der Elektromotor eines Aktuators zusätzlich auch zum Antreiben eines Pumpenelements zum Füllen des Hydraulikteils verwendet. Vorzugsweise wird der Hydraulikteil dabei beim Starten des Fahrzeugs gefüllt, wobei ein vorbestimmter Druck im Hydraulikteil vorgesehen wird. Vorzugsweise ist ein gemeinsames Pumpenelement zum Füllen der Hydraulikteile vorgesehen oder je Hydraulikteil ist ein einzelnes Pumpenelement vorgesehen.

Zeichnung

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Aktorik eines Doppelkupplungsgetriebes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein Doppelkupplungsgetriebe 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.

Figur 1 zeigt sehr schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Aktorik eines Doppelkupplungsgetriebes. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst das Doppelkupplungsgetriebe 1 einen ersten Antriebsstrang 2 und einen zweiten Antriebsstrang 3. Im ersten Antriebsstrang 2 dient dabei eine erste Kupplung 4 zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem nicht gezeigten Fahrzeugantrieb, z.B. einem Verbrennungsmotor oder Elektromotor, und dem ersten Getriebestrang 2. Eine zweite Kupplung 5 dient ebenfalls zum Trennen bzw. Verbinden zwischen dem Fahrzeugantrieb und dem zweiten Getriebestrang 3. Die erste Kupplung 4 wird dabei mittels eines ersten Aktuators 6 betätigt und die zweite Kupplung 5 wird mittels eines zweiten Aktuators 7 betätigt. Die beiden Getriebestränge 2, 3 können dabei koaxial nebeneinander angeordnet sein oder

alternativ ist ein Getriebestrang in einer Hohlwelle angeordnet, welche eine Welle des anderen Getriebestrangs umgibt. Während des Betriebes wird nun beim Schalten von einem Gang in einen anderen Gang die eine Kupplung geöffnet und die andere Kupplung gleichzeitig geschlossen, um das vom Fahrzeugantrieb gelieferte Antriebsdrehmoment zugkraftunterbrechungsfrei vom ersten Getriebestrang 2 auf den zweiten Getriebestrang 3 oder umgekehrt zu übergeben.

Der erste Aktuator 6 umfasst, wie aus Figur 1 ersichtlich ist, einen Elektromotor 10, einen ersten Mechanikteil 11, einen zweiten Mechanikteil 12, eine Stromversorgung 16 und einen Hydraulikteil 13. Der Hydraulikteil 13 ist zwischen dem ersten Mechanikteil 11 und dem zweiten Mechanikteil 12 angeordnet. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst der Hydraulikteil 13 einen Zylinder, in welchem zwischen einem ersten Kolben 17 und einem zweiten Kolben 18 ein Druckraum 19 angeordnet ist. Der Druckraum 19 ist mit einem Drucksensor 15 verbunden. Der Druckraum 19 wird mit einem Fluid, z.B. öl, über eine Pumpe (nicht dargestellt) versorgt. Ferner weist der Druckraum 19 einen Auslass auf, welcher mittels eines Ablassventils 14 freigebbar bzw. verschließbar ist. Das Ablassventil 14 ist dabei ein elektrisch betätigtes Ventil, welches mit der Stromversorgung 16, die auch den Elektromotor 10 versorgt, verbunden ist. Dabei ist das Ablassventil 14 derart ausgelegt, dass, solange Strom von der Stromversorgung 16 zugeführt wird, das Ablassventil 14 geschlossen ist. Wenn jedoch das Ablassventil 14 stromlos geschaltet wird, geht es in seinen offenen Zustand über, so dass das im Druckraum 19 befindliche Fluid abgelassen werden kann. Hierzu ist in Figur 1 schematisch ein Tank 8 angedeutet, in welchen das Fluid abgelassen wird.

Es sei angemerkt, dass in diesem Ausführungsbeispiel der erste Mechanikteil 11 selbsthemmend ausgebildet ist. Der zweite Mechanikteil 12 ist jedoch nicht selbsthemmend aufgebaut und ist mit einem Rückstellelement 31 verbunden. Das Rückstellelement 31 ist beispielsweise ein Federelement. Das Federelement kann alternativ auch unmittelbar am zweiten Kolben 18 angreifen.

Somit ist im Aktuator 6 eine kurze hydraulische Strecke mit Ablassventil zwischen dem ersten Mechanikteil 11 und dem zweiten Mechanikteil 12 angeordnet. Solange das Ablassventil 14 des Hydraulikteils 13 geschlossen ist, wirkt die hydraulische Strecke wie ein starrer Körper, so dass Drehmoment vom ersten Mechanikteil 11 über den Hydraulikteil 13 auf den zweiten Mechanikteil 12 übertragen werden kann. Dadurch ist eine Betätigung, d.h. ein öffnen oder Schließen, der ersten Kupplung 4 möglich.

Der zweite Aktuator 7 ist identisch zum ersten Aktuator 6 aufgebaut und umfasst ebenfalls einen Elektromotor 20, einen ersten Mechanikteil 21, einen zweiten Mechanikteil 22, einen Hydraulikteil 23 und eine Stromversorgung 26. Der Hydraulikteil 23 umfasst ein Ablassventil 24, einen

Drucksensor 25, einen ersten Kolben 27, einen zweiten Kolben 28 und einen zwischen den beiden Kolben liegenden Druckraum 29. Der zweite Aktuator 7 betätigt dabei die zweite Kupplung 5.

Der zweite Aktuator 7 umfasst ebenfalls ein Rückstellelement 32, welches am zweiten Mechanikteil 22 angreift. Alternativ kann dieses Rückstellelement auch am zweiten Kolben 28 angreifen.

Die erfindungsgemäße Konstruktion hat nun den Vorteil einer verbesserten Ausfallsicherheit des Dopplungskupplungsgetriebes 1 , falls beispielsweise die Stromversorgung unterbrochen ist und das System ausfällt. Beim Start des Fahrzeugs werden die Druckräume 19 und 29 des ersten Aktuators 6 und des zweiten Aktuators 7 mit öl gefüllt, bis ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Dadurch weist der Hydraulikteil 13 des ersten Aktuators 6 und der Hydraulikteil 23 des zweiten Aktuators 7 ein starres Verhalten auf. Wenn nun der Elektromotor 16 des ersten Aktuators 6 betrieben wird, wird das Drehmoment über den ersten Mechanikteil 11 , den Hydraulikteil 13 und den zweiten Mechanikteil 12 auf die Kupplung 4 übertragen. Hierbei kann ein Kupplungselement in Axialrichtung vor- bzw. zurückgestellt werden. Die Mechanikteile sind dabei beispielsweise Schneckenzahnräder. Zum Schalten für eine überschneidungsschaltung werden dabei der erste Aktuator 6 und der zweite Aktuator 7 gleichzeitig betätigt, um den Drehmomentpfad vom einen Getriebestrang auf den anderen Getriebestrang zu wechseln. Dabei tritt Schlupf in den Kupplungen 4 und 5 auf. Wenn nun eine Störung vorliegt und beispielsweise die Stromversorgung 16 des Elektromotors 10 unterbrochen ist, öffnet das Ablassventil 14, da das über die Stromversorgung 16 versorgte Ablassventil 14 ebenfalls nicht mehr mit Strom versorgt wird. Dadurch strömt das im Druckraum 19 befindliche Fluid in den Tank 8. Hierdurch sinkt jedoch der Druck im Druckraum 19, so dass der zweite Mechanikteil 12 mittels der Rückstellkraft des Federelements 31 in Richtung auf den ersten Mechanikteil 11 bewegt wird. Dadurch kommt jedoch die Kupplung 4 vollständig außer Eingriff, so dass es nicht zu einem kritischen Zustand kommen kann, in welchem ein Schleifen der Kupplung 4 vorliegt. So wird verhindert, dass einerseits eine Getriebewelle blockieren kann und andererseits viel Wärme durch Reibung in der Kupplung entstehen kann. Für den zweiten Antriebsstrang 3 gilt das zum ersten Antriebsstrang 2 Gesagte, wenn die Stromversorgung 26 ausfallen sollte. Es sei angemerkt, dass es selbstverständlich grundsätzlich möglich ist, dass nur eine gemeinsame Stromversorgung für den ersten und zweiten Aktuator 6, 7 sowie die Ablassventile 14, 24 vorgesehen wird. Sollte diese gemeinsame Stromversorgung ausfallen, öffnen beide Kupplungen, wie oben beschrieben.

Somit kann erfindungsgemäß ein Doppelkupplungsgetriebe bereitgestellt werden, bei welchem ein elektromechanischer Aktuator vorgesehen ist, welcher eine selbsthemmende Mechanik, nämlich im ersten Mechanikteil 11 bzw. 21, aufweist, und trotzdem eine verbesserte Ausfallsicherheit aufweist.