DE 102006063077

Beschreibung

Stand der Technik

Zur Verbrauchsreduzierung und auch aus Aspekten des Schaltkomforts werden zusehends Schaltgetriebe automatisiert. Insbesondere bietet das Doppelkupplungsgetriebe viel Potenzial, da keine Zugkraftunterbrechung beim Schalten auftritt, und das Konzept bei Anwendung für Parallelhybrid durch 2 Kupplungen den Starter-Generator sowohl vom Motor als auch vom Antriebsstrang abtrennen kann. Hierzu sind Aktuatoren und Sensoren zur Betätigung von Kupplung und Gangschaltung notwendig, mit hoher Dynamik und Sicherheit gegen Fehlbetätigung. Bei Hydraulik als Übertragungsmedium ist eine Entlüftung des Hydraulikkreises notwendig.

Aus der DE 102004002064 A1 sind getrennte Aktuatoren für Kupplung und Gangschaltung bekannt, die in einem Gehäuse untergebracht sind. Die Kupplungsbetätigung erfolgt hydraulisch, indem ein Ringkolben über eine lange Bohrung oder einen Kanal im Getriebegehäuse mit dem Aktuator verbunden ist.

Bei der DE 10230501 A1 erfolgt die Kupplungsbetätigung über zwei Stellungs-Magnetventile mit jeweils einem Druckgeber im Steuerkreis, wobei das Druckmittel über eine elektromotorisch angetriebene Pumpe mit Speicher und Druckgeber bereitgestellt wird. Dieses System besitzt einen separaten Vorratsbehälter mit Niveaugeber, welcher über eine elektromotorische Pumpe aus der Ölwanne gefüllt wird. Das System hat eine zusätzliche Leitung zum Vorratsbehälter für Lecköl.

Die DE 10120882 A1 offenbart ein hydraulisches Betätigungssystem für eine Kupplung, welches einen offenen Hydraulikkreis beinhaltet und bei dem das Lecköl der Kupplungsbetätiger dem Kreislauf zur Kupplungskühlung zugeführt wird.

Die DE 10215503 A1 beschreibt eine elektrohydraulische Betätigungseinrichtung mit geschlossenem Hydraulikkreis, bei dem ein Elektromotor über ein Getriebe einen Stößel bewegt, der auf einen Kolben wirkt, der wiederum ein Druckmittel über eine Hydraulikleitung zu einem Nehmerzylinder fördert, der auf einen Hebel zur Kupplungsbetätigung wirkt.

Die DE 4413999 B4 beschreibt eine ähnliche Druckerzeugung, bei der ein Elektromotor auf eine Spindel mit Kolben und zusätzlichem Stößel zur Kolbenbetätigung einwirkt. Zur Entlastung des Elektromotors ist der Kolben an eine Hilfskrafteinrichtung, zum Beispiel mit Druckluft als Druckmittel und Magnetventil zur Steuerung, angeschlossen, um ein schnelles Auskuppeln zu ermöglichen. Ein Inkrementalgeber am Elektromotor dient als Positionssensor, um zusammen mit dem zugeführten Treiberstrom eine Positionserkennung der Kupplung zu ermöglichen.

Die DE 102005019516 A1 sowie das Selbststudienprogramm 308 von Volkswagen beschreibt ein elektrohydraulisches System zur Steuerung von Kupplung, Gangschaltung und Ölschmierung der Zahnräder für ein Direktschaltgetriebe, welches zahlreiche Magnetventile zur Vorsteuerung von Schiebern, elektromagnetische Druckregler, mehrere Druckgeber, Überdruckventile und eine Vielzahl von Druckleitungen in der Schaltplatte umfasst.

Die EP 0818629 B1 offenbart ein Entlüftungsverfahren, für eine schaltbare Ventilanordnung mit einem Druckventil, dessen Schaltdruck höher als der Arbeitsdruck ist. Optional können dabei zusätzliche Schaltventile zur Entlüftung verwendet werden.

Die DE 36 07 329 A1 offenbart eine Steuereinrichtung für ein Schaltgetriebe, insbesondere für ein unter Last schaltbares, mehrstufiges Zahnradgetriebe, das zum Ein- bzw. Umschalten der einzelnen Gangschaltstufen druckmittelbetätigte Schaltelemente aufweist.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, im Vergleich zum vorgenannten Stand der Technik ein Schaltgetriebe zu schaffen, welches einfach in seinem Aufbau, fehlersicher und dynamisch ist, und bei dem die Kupplungs- und Gangbetätigung eine spezifische Schaltcharakteristik ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltgetriebes mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Schaltgetriebes ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass ein außergewöhnlich schnell ansprechender EC-Motor, als Bestandteil einer elektromotorischen Betätigungseinrichtung, zeitversetzt, im sogenannten Multiplexbetrieb, sowohl die Kupplungen als auch die Gangschalter betätigt. Das Funktionsprinzip der Regelung der elektromotorischen Betätigungseinrichtung beruht darauf, dass die zur Kupplungsbetätigung benötigte Kraft proportional dem von der Druckerzeugungseinheit erzeugten Stelldruck ist. Der Proportionalitätsfaktor ergibt sich aus dem hydraulischen Übersetzungsverhältnis des Systems. Der erzeugte Druck wiederum ist proportional dem der Betätigungseinrichtung zugeführten Strom. Hieraus ergibt sich ein direkter Zusammenhang zwischen der zu stellenden Kupplungskraft und dem dazu erforderlichen Strom. Folglich kann somit über die Regelung des zugeführten Stroms jede beliebige Kupplungsstellung angefahren werden.

Vorteilhaft werden Kupplungs- und Gangsteller über mehrere 2/2-Ventile geschaltet. Bei der Kupplungsbetätigung wird der erforderliche Anpressdruck über eine elektromotorische Betätigungseinrichtung, bestehend aus EC-Motor und Kolben-Zylinder-Einheit, geregelt aufgebaut, während das Zulaufventil des Kupplungsstellers offen geschaltet ist. Ist der erforderliche Druck erreicht, wird das Zulaufventil geschlossen. Dadurch kann verhindert werden, dass der EC-Motor den zur Kraftübertragung erforderlichen Kupplungsdruck halten muss. Dieses Schaltverhalten wirkt sich besonders vorteilhaft auf den Leistungsbedarf aus, da die elektromotorische Betätigungseinrichtung nur kurzzeitig betrieben werden muss. Bei der Kupplungsöffnung kann alternativ der Druck kontrolliert über das Zulaufventil und die elektromotorische Betätigungseinrichtung abgebaut werden, oder über das Ablaufventil, welches entweder als getaktetes Schaltventil ausgeführt sein kann, oder als Proportionalventil. Die Rückstellung der Kupplung in den geöffneten Zustand wird hierbei durch eine Feder unterstützt. Dieser Kupplungstyp ist als „normally open“ bekannt. Der geregelte Druckauf- und -abbau welcher durch die elektromotorische Betätigungseinrichtung erreicht werden kann, ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn bestimmte Kupplungsstellungen exakt eingestellt werden müssen und zeitlich genau gesteuert werden sollen (z.B. schleifende Kupplung, voll geschlossene Kupplung).

Analog werden die Gänge betätigt, wobei hier mehrere Ventile vorgesehen sind, um zwischen verschiedenen Gangstellungen umzuschalten.

Speziell die Auslassventile der Kupplungen und Gangsteller erfüllen hierbei eine Doppelfunktion. Bei den Kupplungen fungieren sie als Sicherheitsventile zum Öffnen der Kupplung bei ausgefallenem Aktuator oder Eingangsventil, und zugleich zur Entlüftung des Systems bei Inbetriebnahme oder Service. Bei den Gangstellern fungieren sie zur Entlastung des Stellkolbens bei Betätigung in der einen Richtung, und zugleich zur Entlüftung.

Weiterhin sieht die Erfindung als eine Variante die Verwendung von zwei Betätigungseinrichtungen, bestehend jeweils aus EC-Motor und Kolben-Zylinder-Einheit, bei Doppelkupplungsgetrieben vor. Der Einsatz von zwei Betätigungseinrichtungen ermöglicht die vollvariable Betätigung der beiden Kupplungen. Die Gangsteller werden üblicherweise zeitversetzt zu der jeweilig zugeordneten Kupplung betätigt, dadurch sind im Multiplexbetrieb vorteilhaft alle möglichen Schaltkombinationen darstellbar.

Diese Ausführungsform ermöglicht den Betrieb des Schaltgetriebes, sowie beider Kupplungen im Notlauf, bei Ausfall einer Betätigungseinrichtung. Erreicht wird dies bei dieser Ausführungsform durch Zusammenschalten der beiden, im normalen Betrieb getrennten, Hydraulikkreise, mittels eines Verbindungsventils, und Betrieb dieses Hydraulikkreises mit nur einer Betätigungseinrichtung. Im Gegensatz zu der Ausführung mit nur einer Betätigungseinrichtung besteht bei dieser Ausführungsvariante also eine Redundanz der Betätigungseinrichtungen.

Außerdem beinhaltet die Erfindung die Verwendung eines Druckgebers zur Kalibrierung der Strom-/Druckproportionalen Verstellung des Betätigungskolbens, sowie die spezielle Steuerung der elektrohydraulischen Betätigungseinrichtung zum Nachsaugen von Druckmittel zur Gangbetätigung.

Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Erste mögliche Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der zwei Kupplungen und vier Gangsteller mit einer elektromotorischen Betätigungseinrichtungen betrieben werden;

Fig. 2: zweite mögliche Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der zwei Kupplungen und vier Gangsteller mit einer elektromotorischen Betätigungseinrichtung betrieben werden, wobei es sich bei den Kupplungen um sogenannte nasslaufende Kupplungen handelt und eine Einrichtung zur Schmierung und Kühlung der Getriebezahnräder vorhanden ist;

Fig. 3: dritte mögliche Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der zwei Kupplungen und vier Gangsteller mit zwei elektromotorischen Betätigungseinrichtungen betrieben werden, hierbei bedient jeweils eine Betätigungsvorrichtung eine Funktionsgruppe bestehend aus einer Kupplung und zwei Gangstellern, wobei sich die beiden Funktionsgruppen über ein Ventil zusammenschalten lassen;

Fig. 4: vierte mögliche Ausführungsform einer Betätigungsvorrichtung für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der zwei Kupplungen und vier Gangsteller mit zwei elektromotorischen Betätigungseinrichtungen betrieben werden, wobei die Überwachung der Druckniveaus beider Kreise mit nur einem Drucksensor erfolgt;

Fig. 5: eine beispielhafte, vereinfachte Darstellung eines Gangwechsels, welcher im Multiplexbetrieb ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt.

In der nachfolgenden Figurenbeschreibung ist das mit dem Bezugszeichen 16 versehene Magnetventil als „erstes Magnetventil“ bezeichnet. In der korrespondierenden Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2006 063 073.4, aus der die vorliegende Anmeldung geteilt wurde, wird das mit dem Bezugszeichen 16 versehene Magnetventil als „zweites Magnetventil“ bezeichnet.

Ebenso ist das in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 20 versehene Magnetventil als „zweites Magnetventil“ bezeichnet. In der korrespondierenden Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2006 063 073.4, aus der die vorliegende Anmeldung geteilt wurde, wird das mit dem Bezugszeichen 20 versehene Magnetventil als „viertes Magnetventil“ bezeichnet.

Das in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 43 versehene Magnetventil ist als „Druckkreis-Magnetventil“ bezeichnet. In der korrespondierenden Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2006 063 073.4, aus der die vorliegende Anmeldung geteilt wurde, wird das mit dem Bezugszeichen 43 versehene Magnetventil als „zwölftes Magnetventil“ bezeichnet.

Das in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 12 versehene Magnetventil ist als „viertes Magnetventil“ bezeichnet. In der korrespondierenden Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2006 063 073.4, aus der die vorliegende Anmeldung geteilt wurde, wird das mit dem Bezugszeichen 12 versehene Magnetventil als „erstes Magnetventil“ bezeichnet.

Die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung mit dem Bezugszeichen 36 versehene Pumpe ist als „Hydraulikpumpe“ bezeichnet. In der korrespondierenden Anmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen DE 10 2006 063 073.4, aus der die vorliegende Anmeldung geteilt wurde, wird die mit dem Bezugszeichen 36 versehene Pumpe als „zweite Pumpe“ bezeichnet.

Die Figur 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes, welches als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist. Hierbei bedient eine elektromotorische Betätigungseinrichtung 5, welche im Multiplexbetrieb Druck aufbaut und moduliert, eine erste Kupplung 19 und eine zweite Kupplung 23 sowie die vier Gangsteller 32, 33, 34 und 35.

Der Aufbau der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 sowie die Funktionsweise wird im Folgenden detailliert beschrieben.

Zur Vereinfachung der Darstellung werden die Kupplungen 19, 23 nur als Blöcke dargestellt. Es ist bekannt, dass hydraulische Kupplungssteller verschiedener Bauformen existieren, z.B. als Ringkolbensteller oder über Hebel betätigte Steller. Die Gangsteller 32, 33 sind als Detail einer bereits bekannten und dem Stand der Technik entsprechenden Bauform dargestellt. Zur weiteren Vereinfachung der Figur wurden die Gangsteller 34, 35 nur als Blöcke dargestellt, deren Funktionsweise mit denen des ersten Stranges identisch ist. Es versteht sich von selbst, dass auch andere hydraulische Mechanismen zur Gangbetätigung mit diesem Konzept bedient werden können.

Die erste Pumpe 1, welche vorteilhafter Weise durch einen Hubmagneten angetrieben wird, fördert ein Druckfluid, welches vorteilhafter Weise ein Hydraulikfluid ist, aus einem (Druckfluid-)Vorratsbehälter 2, und führt dieses über eine Leitung einem Ausgleichsbehälter 3 zu. Der Ausgleichsbehälter 3 verfügt über einen Niveaugeber 4 um sicherzustellen, dass sich immer genügend Druckfluid im System befindet.

Es versteht sich von selbst, dass bei einem leckagefreien System die erste Pumpe 1 und der Vorratsbehälter 2 entfallen können, wenn das System, z.B. über den Ausgleichsbehälter 3, befüllt wird.

Das System verfügt über eine automatische Funktion zur Entlüftung, welche hauptsächlich bei der Inbetriebnahme oder nach Wartungsarbeiten von Vorteil ist. Dabei wird bei geöffnetem vierten Magnetventil 12 das System entweder durch den statisch aufgebrachten Druck des Füllstandes des Ausgleichsbehälters 3 oder durch Zuhilfenahme der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5, mit Druck­fluid so lange durchspült, bis sich keine Luft mehr im System befindet. Vorzugsweise ist in der Saugleitung der ersten Pumpe 1 eine geeignete Einrichtung vorzusehen (z.B. Filter), um Verunreinigungen vom Druckfluid zu trennen, und dadurch einer Verunreinigung des Systems vorzubeugen. Eine solche Einrichtung ist nicht explizit dargestellt.

Die elektromotorische Betätigungseinrichtung 5 zum Druckaufbau und zur Druckmodulation umfasst einen EC-Motor 6, eine Kolben-Zylinder-Einheit 9, 7, eine vorzugsweise integriert ausgeführte Ansteuerelektronik 8 für den EC-Motor 6, welche zumindest die Leistungssteller und Treiber für den EC-Motor 6 beinhaltet, sowie die Auswerteelektronik für die Positionserkennung des Kolbens 9. Eine weitere Bauform der Betätigungseinrichtung kann eine integrierte Ansteuerelektronik 8 umfassen, welche neben den Leistungsstellern und der Positionserkennung auch die Signalverarbeitung beinhaltet.

Die Umsetzung der rotatorischen Bewegung des EC-Motors 6 in eine translatorische Bewegung des druckerzeugenden Kolbens 9 erfolgt vorzugsweise durch eine Spindel welche hier nicht im Detail dargestellt ist. Für die Funktion der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 ist eine Nachförderung von Druckfluid aus dem Ausgleichsbehälter 3 notwendig. Hierzu ist eine entsprechende Konstruktion des Kolbens 9 notwendig, wie zum Beispiel im Vogel Fachbuch „Kraftfahrzeugtechnik“ von Manfred Burckhardt im Kapitel 10, Seite 299-304, beschrieben. Bestandteile dieser Konstruktion sind unter anderem die Kolbendichtung 10 sowie eine an geeigneter Stelle angebrachte Nachlaufbohrung 11 und einer Ausgleichsbohrung 18. Durch eine entsprechende Ausführung der Konstruktion wird sichergestellt, dass sich im Arbeitsraum A des Hydrauliksteuerzylinders 7 immer Druckfluid befindet.

Durch eine Vorwärtsbewegung des Kolbens 9 wird ein Systemdruck erzeugt, durch welchen über Hydraulikleitungen 14, 14‘ und Steuerventile, welche vorzugsweise als Magnetventile ausgeführt sind, die einzelnen Funktionsgruppen betätigt werden können. Bei einer Rückwärtsbewegung des Kolbens 9 wird nach vorne ausgeschobenes Druckfluid nachgesaugt, wenn alle Magnetventile der Druckleitung geschlossen sind, während das vierte Magnetventil 12 geöffnet ist. Über das geöffnete vierte Magnetventil 12 wird die Nachsaugung sichergestellt. Bei geschlossenem vierten Magnetventil 12 wird die Nachsaugung verhindert. Eine Rückstellfeder 13, welche vorzugsweise aus Platzgründen im Zylinderraum angeordnet ist, sorgt dafür, dass der Kolben 9 im stromlosen Zustand sicher nach hinten in eine definierte Lage gebracht wird (Referenzstellung).

Im Folgenden wird die Funktion der Kupplungsbetätigung anhand der ersten Kupplung 19 näher beschrieben. Während der Kupplungsbetätigung bleiben die Ventile für die Gangsteller in der Hydraulikhauptleitung 14 geschlossen, das Zuleitungsventil für die zweite Kupplung 23 ist ebenfalls geschlossen.

Durch Öffnen des dritten Magnetventils 17, welches vorzugsweise druckausgeglichen und stromlos geschlossen ausgeführt ist, und bei gleichzeitigem Druckaufbau durch die elektromotorische Betätigungseinrichtung 5, wird die erste Kupplung 19 durch Druckbeaufschlagung in einen bestimmten Zustand geführt (z.B. schleifende Kupplung, geschlossene Kupplung). Der Druck wird dabei durch die elektromotorische Betätigungseinrichtung 5 geregelt aufgebaut, und erlaubt dadurch ein zeitlich kontrolliertes Zufahren der Kupplung. Das dritte Magnetventil 17 ist dabei geschlossen. Nach Erreichen der gewünschten Kupplungsstellung, kann das erste Magnetventil 16 geschlossen werden. Hierdurch muss der EC-Motor 6 den Druck nicht weiter aufbauen und kann stromlos geschaltet werden, wodurch das Bordnetz erheblich entlastet wird.

Nach der Kupplungsbetätigung und bei geschlossenen Magnetventilen 16 und 17 kann der Druck im Leitungsteil zwischen den Magnetventilen 16, 20 und den Kupplungen 19, 23 variieren, verursacht zum Beispiel durch Wärmeeintrag oder durch Kupplungsschleifen. Zur Überwachung des Drucks in diesen Teilen der Leitungen wird vorzugsweise ein Drucksensor 22 eingesetzt. Die Funktion erklärt sich dahingehend, dass der Druck der an den Kupplungsstellern anliegt, wechselweise in ausreichend geringen Abständen, gemessen wird. Hierbei werden zum Beispiel zur Messung des Drucks an der ersten Kupplung 19 alle Zuleitungsventile in der Druckleitung der Gangsteller sowie das zweite Magnetventil 20 der zweiten Kupplung 23 geschlossen, während das erste Magnetventil 16 der ersten Kupplung 19 geöffnet ist. Dadurch stellt sich am Drucksensor 22 der an der ersten Kupplung 19 anliegende Druck ein. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Magnetventile 16 oder 17 wird verhindert, dass sich ein unerwünschter Druck einstellt. Idealerweise kann der Drucksensor 22 entfallen, wenn der Druck in der Zuleitung zwischen erstem Magnetventil 16 und der ersten Kupplung 19, bzw. zwischen dem zweiten Magnetventil 20 und der zweiten Kupplung 23, in ausreichend geringen Abständen durch kurzes Öffnen des ersten bzw. zweiten Magnetventils 16 bzw. 20, und Messen des Haltestroms an der druckerzeugenden Einheit bzw. elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 hinreichend genau bestimmt werden kann. Auf den Zusammenhang zwischen Haltestrom der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 und Druckniveau wird später noch im Detail eingegangen.

Für den Öffnungsvorgang der ersten Kupplung 19 gibt es verschiedene Möglichkeiten, welche nachfolgend näher erläutert werden.

Die erste Kupplung 19 ist in dieser Ausführungsform als „normally open“ ausgeführt, das heißt, die Kupplung wird durch Aufbringen von Druck geschlossen und öffnet selbsttätig ohne Druck.

Eine Möglichkeit die Kupplung zu öffnen besteht nun darin, das dritte Magnetventil 17 stromlos zu schalten, wodurch dieses sich öffnet und das Druckfluid von der selbstöffnenden Kupplung über die Rücklaufleitung 15 in den Ausgleichsbehälter 3 gedrückt wird. Diese Funktion ist gleichzeitig die Notfunktion für das System, welche gewährleistet, dass die Kupplung bei Ausfall der Energieversorgung selbsttätig öffnet.

Im Normalbetrieb besteht üblicherweise die Forderung, die Kupplung kontrolliert zu öffnen. Hierzu kann entweder das dritte Magnetventil 17 mit einer PWM-Ansteuerung betrieben werden, oder das dritte Magnetventil 17 wird durch ein Proportionalventil ersetzt, welches es ermöglicht, den Druck kontrolliert zu verringern. Auch hier erfolgt der Volumenausgleich über die Rücklaufleitung 15 in den Ausgleichsbehälter 3.

Eine weitere Möglichkeit den Kupplungsdruck kontrolliert abzubauen besteht darin, den Systemdruck in der Hydraulikhauptleitung 14 mittels der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 auf das Niveau des Kupplungsdrucks anzuheben, das erste Magnetventil 16 dann zu öffnen, und durch Zurückfahren des Kolbens 9 der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 den Druck auf die Kupplung geregelt zu verringern, und die Kupplung dadurch zu öffnen. Es ist bekannt, dass Kupplungen, insbesondere Reibkupplungen, über der Lebenszeit einem Verschleiß unterworfen sind. Die Verschleißnachstellung an den Kupplungsscheiben erfolgt in dieser Ausführung automatisch. Durch den Verschleiß an den Kupplungsscheiben wandert der Kolben des Kupplungsstellers in Richtung der Kupplungsscheiben. Das Wandern des Stellkolbens (Nehmerkolben), und die damit verbundene Änderung des Volumens im Stellkolbenzylinder, wird durch das Nachlaufen von Druckfluid aus dem Ausgleichsbehälter 3 in den Stellkolbenzylinder kompensiert.

Im Folgenden wird die Funktion der Gangsteller anhand des Gangstellers 32 näher beschrieben.

Ein Gangsteller 32 in diesem Ausführungsbeispiel besteht im Wesentlichen aus einer doppelten Zylinder/Kolbeneinheit 28, welche es ermöglicht, ein Stellglied 29 linear nach rechts oder links zu verschieben. Das Stellglied 29 selbst verfügt üblicherweise über eine Positionssensor 31, welcher vorteilhafter Weise als Hallsensor ausgeführt ist (nicht explizit dargestellt), sowie einer Einrichtung zur mechanischen Arretierung in der Mittellage, hier dargestellt als Kugelrastung 30.

Wird nun von der druckerzeugenden elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 ein Stelldruck erzeugt, so lässt sich der Kolben des Gangstellers 32 durch Öffnen der Magnetventile 24 und 27 bei geschlossenen Magnetventilen 25 und 26 nach rechts verschieben. Das dabei verdrängte Druckfluid gelangt über die Rücklaufleitung 15 zurück in den Ausgleichsbehälter 3. Die Magnetventile 24 und 26 im Zulauf dieser Funktionsgruppe sind vorzugsweise als stromlos geschlossen ausgeführt. Die Magnetventile 25 und 27 im Ablauf der Funktionsgruppe sind vorzugsweise als stromlos offen ausgeführt. Nach erfolgtem Gangwechsel können alle Ventile stromlos geschaltet werden. Die stromlos offenen Magnetventile 25 und 27 die den Ablauf des Stellers mit dem Ausgleichsbehälter 3 verbinden, sorgen dafür, dass sich kein unerwünschter Druck, zum Beispiel durch Erwärmung, in den Zylinderräumen aufbauen kann. Soll das Stellglied 29 in die Mittelstellung oder die linke Position gebracht werden, wird mittels der druckerzeugenden elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 ein Stelldruck erzeugt, und die Magnetventile 25 und 26 geöffnet, während die Magnetventile 24 und 27 geschlossen bleiben. Es versteht sich von selbst, dass die vier Magnetventile 24 und 25 sowie 26 und 27, welche als 2/2 Ventile ausgeführt sind, durch zwei 3/2-Wege-Magnetventile bei gleicher Funktionalität ersetzt werden können.

Die Funktion des Gesamtsystems wird im Folgenden anhand eines vereinfachten Beispiels für einen Schaltvorgang ohne Zugkraftunterbrechung anhand der Figur 5 beschrieben. Das Beispiel zeigt einen Schaltvorgang vom 2. Gang in den 3. Gang.

Als Ausgangszustand wird angenommen, dass der 2. Gang eingelegt ist und die zweite Kupplung 23 geschlossen ist. Der Gangsteller 32 für den 1. und 3. Gang befindet sich in Neutralstellung, wobei die erste Kupplung 19 geöffnet ist. Dies entspricht einer normalen Fahrsituation. Zur Einleitung des Schaltvorganges wird im ersten Schritt über den Gangsteller 32 der 3. Gang vorgewählt, durch Druckaufbau der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 und Öffnen der Magnetventile 24 und 28 bei geschlossenen Magnetventilen 25 und 26. Nach erfolgter Gangwahl werden vorteilhafter Weise die Magnetventile 24 und 26 geschlossen, wobei die Magnetventile 25 und 27 geöffnet werden können, um einen unerwünschten Druckanstieg zu verhindern. Üblicherweise sind die Gänge so ausgeführt, dass sie bei eingelegtem Gang selbsthaltend sind.

Der Kolben 9 der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 wird zurückgefahren um das für die Gangstellung benötigte Druckfluidvolumen aus dem Ausgleichsbehälter 3 nachzuschnüffeln. Im nächsten Schritt wird durch Druckaufbau der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 und Öffnen des ersten Magnetventils 16 bei geschlossenem dritten Magnetventil 17 die erste Kupplung 19 geregelt geschlossen, während gleichzeitig durch Öffnen des vorzugsweise als Proportionalventil ausgeführten fünften Magnetventils 21, bei geschlossenem zweiten Magnetventil 20, die zweite Kupplung 23 geregelt geöffnet wird. Nachdem die erste Kupplung 19 vollständig geschlossen ist, wird zum Halten der Kupplungskraft das erste Magnetventil 16 geschlossen. Die Überwachung der Stelldrücke der beiden Kupplungen und somit der Übertragungszustände erfolgt, wie bereits beschrieben, über den Drucksensor 22. Sind die erste Kupplung 19 vollständig geschlossen und die zweite Kupplung 23 vollständig offen, d.h. ist der Gangwechsel vollzogen, wird der Kolben 9 der elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 zurückgefahren, um das für die Kupplungsbetätigung benötigte Druckfluidvolumen aus dem Ausgleichsbehälter 3 nachzuschnüffeln. Im letzten Schritt kann nun der Gangsteller 34 betätigt werden, um den 2. Gang auszulegen und das Stellglied des Gangstellers 34 in die Mittelposition zu fahren.

Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung stark vereinfacht dargestellt wird, jedoch lassen sich mit dem dargestellten Ausführungsbeispiel reale Schaltvorgänge, die sich sowohl in der zeitliche Abfolge als auch in der Reihenfolge unterscheiden können, realisieren.

Sonderfälle wie z.B. beide Kupplungen gleichzeitig zu öffnen, können über die Magnetventile 17 und 21 ohne Einschränkungen realisiert werden. Das gleichzeitige Schließen von beiden Kupplungen kann nur unter zeitlichen Einschränkungen erfolgen, indem beide Kupplungen wechselseitig, schrittweise zugefahren werden.

Die Figur 2 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes, welches ebenfalls als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist.

Im Unterschied zur in Figur 1 dargestellten Ausführungsform handelt es sich hierbei um eine Kupplungsanordnung mit nasslaufenden Kupplungen. Diese Bauform entspricht dem Stand der Technik. Hierbei werden die Kupplungen zur besseren Wärmeabfuhr mit einem Kühlmedium umströmt. Zudem verfügt das Schaltgetriebe bei dieser Ausführungsform über eine Einrichtung zur Schmierung und Kühlung der Getrieberäder, welche ebenfalls dem Stand der Technik entspricht.

Die Hydraulikpumpe 36 wird aufgrund ihres Leistungsbedarfs üblicherweise vom Verbrennungsmotor angetrieben, kann jedoch auch von einem Elektromotor angetrieben werden. Die Hydraulikpumpe 36 speist eine Vorrichtung zur Zahnradschmierung und Kühlung 38, sowie einen Kühlkreislauf 40 zur Kühlung der Kupplungen 19 und 23. Gesteuert werden die Einrichtungen über Magnetventile 37 und 39, welche vorzugsweise als 2/2-Wege-Ventile ausgeführt sind. Die Figur 2 zeigt, dass das erfindungsgemäße Schaltgetriebe mit der zugehörigen elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 und deren Ausführungsformen sowohl als trockene als auch als nass laufende Getriebe und Kupplungsanordnungen ausgebildet sein kann.

Des weiteren unterscheidet sich diese Anordnung von der Anordnung in Figur 1 dahingehend, dass sich in jeder Kupplungszuleitung zwischen den Magnetventilen 16 und 20 bzw. den zugeordneten Kupplungen 19 und 23 jeweils ein Drucksensor 46 und 47 befindet. Diese Anordnung ermöglicht es, dass die Kupplungszustände bei geschlossenen Magnetventilen 16 und 20 jederzeit überwacht werden können.

Die Figur 3 zeigt eine dritte mögliche Ausführungsform des Erfindungsgemäßen Schaltgetriebes, welches ebenfalls als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform bedienen zwei elektromotorische Betätigungseinrichtungen 5, welche im Multiplexbetrieb Druck aufbauen und modulieren, zwei im normalen Betrieb voneinander unabhängige Druckkreise 44 und 45, welchen in diesem Ausführungsbeispiel je eine Kupplung 19, 23 sowie zwei Gangsteller 32 und 33 sowie 34 und 35 zugeordnet sind. Die Aufteilung in zwei unabhängige Druckkreise und Versorgung eines jeden Kreises durch jeweils eine elektromotorische Betätigungseinrichtung 5 macht das System redundant. Bei Ausfall einer elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 können die beiden, bei normaler Funktionsweise unabhängigen Kreise, durch Öffnen des Druckkreis-Magnetventils 43, miteinander verbunden werden, so dass die Funktionen der ausgefallenen Betätigungseinrichtung von der funktionstüchtigen Betätigungseinrichtung übernommen werden können. Die Magnetventile 41 und 42 verhindert dabei, dass der von der funktionstüchtigen elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 aufgebaute Druck, durch die Nachlaufbohrung 11 der funktionsuntüchtigen elektromotorischen Betätigungseinrichtung 5 über den Ausgleichsbehälter 3 abgebaut wird. Weiterhin wirkt sich bei dieser Anordnung vorteilhaft aus, dass beide Kupplungen unabhängig voneinander und ohne Einschränkung in jeden beliebigen Zustand gebracht werden können. So können zum Beispiel beide Kupplungen gleichzeitig geschlossen werden. Im Gegensatz dazu können bei der in Figur 1 gezeigten Ausführung die beiden Kupplungen nur stufenweise, zeitversetzt im Multiplexbetrieb geschlossen werden.

Die Figur 4 zeigt eine vierte mögliche Ausführungsform eines ein Doppelkupplungsgetriebes. Im Unterschied zur Figur 3 weist diese Ausführungsform nur einen Drucksensor 22 auf, der beide Druckkreise 44 und 45 überwacht. Die Funktion erklärt sich dahingehend, dass der Druck der an den Kupplungsstellern anliegt wechselweise, in ausreichend geringen Abständen, gemessen wird. Die Funktionsweise der Druckmessung mit nur einem Drucksensor wurde in Figur 1 bereits hinreichend erläutert.

ie Figur 5 veranschaulicht die Zusammenhänge zwischen Stellkraft der einzelnen Stellglieder, wie Gangsteller und Kupplungssteller, der zeitlichen Abfolge der Stellvorgänge, und der Stellwege der einzelnen Stellglieder. Aufgrund der im Diagramm erkennbaren Abhängigkeiten zwischen Stellkraft, Stelldruck und Leistungsaufnahme der druckerzeugenden Einheit, und dem Stellweg lässt sich ableiten, dass eine hinreichend genaue Regelung der Stellglieder anhand der Zustandsermittlung über die Leistungsaufnahme beziehungsweise Stromaufnahme der druckerzeugenden Einheit möglich ist.

Es folgen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele:

Ausführungsbeispiel 1:

Schaltgetriebe, mindestens eine angetriebene Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) aufweisend, wobei mit dem angetriebenen Kolben (9) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) in dem Arbeitsraum (A) des Hydrauliksteuerzylinders (7) ein Druck, Druckaufbau und/oder Druckabbau einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (A) des Hydrauliksteuerzylinders (7) mittels Hydraulikhauptleitungen (14) und zwischengeschalteter gesteuerter Magnetventile (16, 20, 24, 26) mit Stellaggregaten mindestens einer Kupplung (19, 23) sowie mindestens eines Gangstellers (32-35) des Schaltgetriebes nacheinander und/oder gleichzeitig verbindbar ist.

Ausführungsbeispiel 2:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) mittels eines EC-Motors (6) angetrieben ist.

Ausführungsbeispiel 3:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 2, dadurch gekennzeichnet, dass der EC-Motor (6) über einen Spindelantrieb (S) den Kolben (9) im Hydrauliksteuerzylinder (7) verstellt.

Ausführungsbeispiel 4:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe mehr als eine Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7), insbesondere zwei Kolben-Zylinder-Einheiten (9, 7) aufweist, die jeweils von einem eigenen Antrieb, insbesondere einem EC-Motor (6) angetrieben sind.

Ausführungsbeispiel 5:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsräume (A) der Hydrauliksteuerzylinder (7) über mindestens eine Hydraulikleitung (11a) und mindestens einem zwischengeschaltetem gesteuerten Magnetventil (41, 42) verbindbar sind.

Ausführungsbeispiel 6:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stellaggregat (St) mindestens einen Hydraulikzylinder (StZ) mit darin angeordnetem Kolben (StK) aufweist, wobei der Kolben (StK) ein Stellglied (29) eines Gangstellers (32-35) oder eine Kupplung (19, 23) antreibt, und dass der Kolben (StK) mit dem Hydraulikzylinder (StZ) mindestens einen Hydraulikarbeitsraum (StA) bildet, der über eine Hydraulikleitung (14, 14’) mit zwischengeschaltetem und gesteuertem Magnetventil (16, 20, 24, 26) mit dem Arbeitsraum (A) des Hydrauliksteuerzylinders (7) verbindbar ist.

Ausführungsbeispiel 7:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikarbeitsraum (StA) eines Stellaggregats (St) über eine Rücklaufleitung (15, 15’) mit zwischengeschaltetem und gesteuertem Magnetventil (17, 21, 25, 27) mit einem Hydraulikreservoir oder Ausgleichsbehälter (3) verbindbar ist.

Ausführungsbeispiel 8:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellaggregate (St) in einer Art Multiplexbetrieb über die gesteuerten Magnetventile (17, 20, 24, 26) mit einem Arbeitsraum (A) einer Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) verbindbar sind, wobei beim Druckaufbau oder Druckabbau in einem oder mehreren Stellaggregat(en) (St) nur dieses bzw. diese über ein geöffnetes Magnetventil (17, 20, 24, 26) mit dem Arbeitsraum (A) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) verbunden ist bzw. sind, und die übrigen Hydraulikarbeitsräume (StA) der Stellaggregate (St) durch geschlossene Magnetventile (17, 20, 24, 26) vom Arbeitsraum (A) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) getrennt sind.

Ausführungsbeispiel 9:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die gesteuerten Magnetventile (17, 20, 24, 26) 2/2-Wege-Ventile sind.

Ausführungsbeispiel 10:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (A) einer Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) mit einer Hydraulikhauptleitung (14) verbunden ist, von der Hydraulikleitungen (14’) abgehen, die die Hydraulikhauptleitung (14) mit den Hydraulikarbeitsräumen (StA) der Stellaggregate (St) verbinden, wobei in den Hydraulikleitungen (14’) die gesteuerten Magnetventile (17, 20, 24, 26), insbesondere 2/2-Wege-Ventile zum Öffnen oder Verschließen der Hydraulikleitung (14’) angeordnet sind.

Ausführungsbeispiel 11:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (A) einer Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) über eine Ausgleichsbohrung (18) und einer Versorgungsleitung (11b), in der optional ein gesteuertes viertes Magnetventil (12) angeordnet ist, mit einem Vorratsbehälter (2) oder Ausgleichsbehälter (3) für das Hydraulikfluid verbunden ist.

Ausführungsbeispiel 12:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Pumpe (1) das Hydraulikfluid aus der Ölwanne (2) des Schaltgetriebes in den Ausgleichsbehälter (3) fördert, wobei die erste Pumpe (1) über einen, insbesondere im Ausgleichsbehälter (3) integrierten Pegelgeber bzw. Niveaugeber (4) gesteuert ist.

Ausführungsbeispiel 13:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei zurückgefahrenem Kolben (9) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7), eine Ausgleichsbohrung (18) im Arbeitsraum (A) vom Kolben (9) freigegeben ist, über die der Arbeitsraum (A) durch die Versorgungsleitung (12b) mit dem Ausgleichsbehälter (3) verbunden ist.

Ausführungsbeispiel 14:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (9) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) den Hydrauliksteuerzylinder (7) in einen ersten Arbeitsraum (A) und einen zweiten Arbeitsraum (A2) unterteilt, wobei der zweite Arbeitsraum (A2) mittels eines Kanals, insbesondere in Form einer Nachlaufbohrung (11), im Hydrauliksteuerzylinder (7) mit der Versorgungsleitung (12b) in Verbindung ist.

Ausführungsbeispiel 15:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes 2/2-Magnetventil (12) in der Versorgungsleitung (12b) angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel 16:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kupplung (19, 23) eine elektromotorische Betätigungseinrichtung (5), bestehend aus EC-Motor (6) und Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) zugeordnet ist.

Ausführungsbeispiel 17:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektroantrieb zusammen mit einer Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) mehrere Kupplungen und Gangsteller verstellt.

Ausführungsbeispiel 18:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit mittels eines Drucksensors (22) den Druck im Arbeitsraum (A) einer Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) und/oder in der Hydraulikhauptleitung (14) ermittelt.

Ausführungsbeispiel 19:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Druck im Arbeitsraum (A) anhand des Motorstroms des die Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) antreibenden EC-Motors (6) einregelt.

Ausführungsbeispiel 20:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den mittels des Drucksensors (22) ermittelten Druckwert zur Kalibrierung der Motorstrom-Druck-Regelung verwendet.

Ausführungsbeispiel 21:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Steuerung der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7), insbesondere zur adaptiven Kupplungssteuerung, auf eine Kupplungskennlinie bzw. auf eine Kennlinienschar zurückgreift, in der der Zusammenhang Druck zu Volumen bzw. Kolbenweg des Kolbens (9) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) abgelegt ist.

Ausführungsbeispiel 22:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines oder mehrerer in der Steuereinheit abgespeicherten Zusammenhangs von Druck zu Volumen bzw. Kolbenweg des Kolbens (9) der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) bei der Ansteuerung einer Kupplung oder eines Gangstellers, der Kupplungs- oder Gangstellerverschleiß bestimmbar ist.

Ausführungsbeispiel 23:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei der Ansteuerung der Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) zur Verstellung einer Kupplung oder eines Gangstellers den zuvor ermittelten Verschleiß berücksichtigt.

Ausführungsbeispiel 24:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpe (36) Hydraulikfluid über separate Hydraulikleitungen zu den Schaltgetriebeelementen, insbesondere zur Kupplung und den Zahnrädern, zu deren Schmierung und/oder Kühlung fördert.

Ausführungsbeispiel 25:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine bedarfsgerechte Steuerung des Fluidflusses mittels Magnetventilen erfolgt.

Ausführungsbeispiel 26:

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kolben-Zylinder-Einheit (9, 7) zusammen mit deren Antrieb(en) als eine Baueinheit am Schaltgetriebe angeordnet sind.

Ausführungsbeispiel 27:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Baueinheit zusätzlich der Vorratsbehälter (2) und/oder die Magnetventile angeordnet sind.

Ausführungsbeispiel 28:

Schaltgetriebe nach Ausführungsbeispiel 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass in der Baueinheit zusätzlich die Steuereinheit angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel 29:

Verfahren zum Betrieb eines Schaltgetriebes nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass bei der gleichzeitigen Betätigung von zwei Kupplungen der Druck eines Kupplungsstellers mit einem EC-Motor (6) und der zugehörigen Kolben-Zylindereinheit und der andere Kupplungssteller mit Ventilen geregelt wird.

Ausführungsbeispiel 30:

Verfahren zum Betrieb eines Schaltgetriebes nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung des Kupplungsstellers über Proportionalventile erfolgt.

Bezugszeichenliste: