WO2018046144A1

Wie bereits oben ausgeführt, kann zum Umschalten einer Kupplung die hydraulisch in einer anderen Kupplung gespeicherte Energie genutzt werden. Dabei kann insbesondere die gespeicherte Energie aus der einen Kupplung über das die beiden Hydraulikhauptleitungen miteinander verbindende Ventil oder eines oder aber über die beiden Ventile erfolgen, mittels der die dritte Kupplung an die beiden Hydraulikhauptleitungen angeschlossen ist. Die gespeicherte Energie kann dabei zur Unterstützung des Druckaufbaus in einer anderen, z. B. der zweiten Kupplung genutzt werden. Damit wird die zweite Kolben-Zylinder-Einheit, welche auch als Hydraulikaktuator bezeichnet werden kann, entlastet und kann auf geringere Drehmomente und Leistung ausgelegt werden. Dies hat vorteilhaft große Auswirkungen auf die Kosten, die insbesondere bei einem System mit zwei Kolben-Zylinder-Einheiten, bzw. Hydraulikaktuatoren sehr relevant sind. Hierdurch ist auch der Einsatz einer Trapezspindel möglich, wodurch weitere Kosteneinsparungen möglich sind.

Es ist zudem vorteilhaft möglich, dass mindestens eine Kupplung mittels eines Kühlmediums gekühlt wird, wobei das Kühlmedium mittels des Antriebes einer Kolben-Zylinder-Einheit oder eines gesonderten Antriebes, welcher insbesondere eine Pumpe antreibt, gefördert wird.

Ein besonders günstiges Schaltgetriebe ergibt sich, wenn der Antrieb über eine Trapezspindel den Kolben antreibt.

Ferner können Strömungswiderstände, insbesondere in Form von Blenden in den Hydraulikhauptleitungen, insbesondere in den die Kupplung(en) mit den Gangstellern verbindenden Abschnitten, angeordnet sein. Beispielsweise zeigt Figur 2 eine mögliche Ausführung, wo eine solche Anordnung vorteilhaft genutzt wird. Dabei kann simultan eine Kupplung über Position oder Druck geregelt und eine Gangstellung abgehandelt werden. Der oben angesprochene Strömungswiderstand in Ausführung einer Blende verhindert zum Beispiel bei einer aktiven Regelung der Kupplung Cl und einer möglichen Gangstellung nach links im Gangsteller GS2, eine rapide Volumenverdrängung im Kolben des Hydraulikaktuators 10a. Beim Öffnen durch das Schaltventil 20b ist es aufgrund dessen möglich, eine ausreichend akkurate Regelung an der Kupplung Cl aufrechtzuerhalten und zugleich Volumen durch den aktiven Hydraulikaktuator 10a für eine Gangstellung bereitzustellen. Hat sich schlussendlich der Kolben aufgrund des höheren Druckes in HLlb als HL2b ausreichend weit nach links verschoben und der gewünschte Gang wurde eingelegt, kann das Ventil 20b wieder geschlossen werden. Die Gangstellung und darüber hinaus die Gangstellungsgeschwindigkeit an sich, ist bei dieser Methode natürlich vom bereitgestellten Druck in HLlb beziehungsweise von der Druckdifferenz in HLlb und HL2b abhängig. Wie bereits ausgeführt, eignet sich das erfindungsgemäße Schaltgetriebe vorteilhaft dazu, dass entweder der Druckauf- und Druckabbau in mindestens zwei Kupplungen gleichzeitig, zeitlich überlappend oder nacheinander mittels Hin- und Rückbewegungen der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten (10a, 10b) erfolgt oder aber der Druckauf- oder Druckabbau in einer Kupplung mit der einen Kolben-Zylinder-Einheiten und ein Verstellen eines Gangstellers gleichzeitig, zeitlich überlappend oder nacheinander mittels der anderen Kolben-Zylinder-Einheiten erfolgt, wobei bei der Druckänderung in einer Kupplung das jeweils zugehörige Ventil geöffnet ist. So ist es insbesondere vorteilhaft möglich, wenn entweder der Druckaufbau- und/oder Druckabbau in der ersten Kupplung über die erste Kolben-Zylinder-Einheit und der gleichzeitige Druckaufbau und/oder Druckabbau in der zweiten oder dritten Kupplung über die zweite Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt, oder aber der Druckaufbau- und/oder Druckabbau in der zweiten Kupplung über die zweite Kolben-Zylinder-Einheit und der gleichzeitige Druckaufbau und/oder Druckabbau in der dritten Kupplung über die erste Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt, wobei in allen Fällen die Ventile des Schaltgetriebes derart geschaltet sind, dass die Druckänderung in einer Kupplung die Druckänderung in einer anderen Kupplung nicht beeinflusst. Durch die Wegsteuerung der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten, was einer Volumensteuerung entspricht, ergibt sich vorteilhaft ein kostengünstiger Aufbau, bei dem die Anzahl der benötigten Ventile reduziert werden kann. Aufgrund der Weg- bzw. Volumensteuerung kann in einfacher Weise, ohne eine aufwendige Drucksteuerung mindestens eine Schaltgetriebeeinheit mehr als zwei Schaltpositionen aufweisen, da aufgrund der Inkompressibilität des Hydraulikmediums über ein vorbestimmtes gefördertes Volumen die jeweilige Schaltgetriebeeinheit gezielt in eine der möglichen Stellungen verstellt werden kann. Durch die Weg- bzw. Volumensteuerung mit Kolben können die Komponenten der Schaltgetriebeeinheiten insbesondere Gang- und Kupplungssteller zudem genau und schneller verstellt werden als mit Proportionalventilen, da aufgrund von Vorkenntnissen des Verschiebevolumens eine zusätzliche Steuergröße herangezogen werden kann. Nachfolgend werden verschiedene mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

• Figur la : Twin-Hydraulikaktuator mit zehn oder optional elf Magnetven- tilen;
• Figur lb: Twin-Hydraulikaktuator mit drei Kupplungen;
• Figur 2 : Twin-Hydraulikaktuator mit sechs oder optional sieben Magnetventilen.

Die Figur la zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit in Ausführung eines Mehrkupplungsgetriebes. Die Betätigungseinheit besteht aus dem Teilgetriebe 1, dem Teilgetriebe 2 und der Druckversorgungseinheit 3. Die Druckversorgungseinheit besteht aus den beiden Kolben-Zylinder-Einheiten bzw. Hydraulikaktuatoren 10a und 10b. Vorzugsweise ist das Getriebe so konfiguriert, dass in einem Teilgetriebe 1 die ungeraden Gänge, und im anderen Teilgetriebe die geraden Gänge und Rückgang angeordnet sind. Beide Teilgetriebe und beide Hydraulikaktuatoren sind prinzipiell identisch aufgebaut, sodass im Folgenden nur das Teilgetriebes 1 und Hydraulikaktuator 1 näher beschrieben werden. Zur besseren Übersicht sind dessen Bezugszeichen mit dem Index a und c versehen. Die Beschreibung gilt auch für das Teilgetriebe 2 und Hydraulikaktuator 2 mit dem entsprechenden Wechsel der Indizes Bezugszeichen von a auf b, bzw. c auf d. Auch kann die erfindungsgemäße Idee auf Getriebe mit unterschiedlich vielen hydraulischen Stellgliedern erweitert werden. Es können mehr oder weniger Kupplungen Cl, C2 bzw. Gangsteller 7a-d als hier dargestellt angeschlossen werden. Im Teilgetriebe 1 betätigt der Betätigungskolben 6a des Kupplungssteller 4a die nicht weiter dargestellte Kupplung Cl. Der Hub wird dabei über den Wegsensor 5a erfasst. Die nicht weiter dargestellte Kupplung Cl ist vorzugsweise so ausgeführt, dass diese im unbetätigten Fall von der Kupplungsfeder geöffnet wird. Das Teilgetriebe 1 besteht aus den Gangstellern 7a und 7c. Auch hier wird nur die Funktion des Gangstellers 7a beschrieben. Durch den entsprechenden Wechsel der Indizes gilt die Beschreibung auch für den Gangsteller 7c, bzw. die Gangsteller 7b und 7d des Teilgetriebes 2. Der Gangstellerkolben 8a betätigt über die nicht dargestellte Getriebeschaltgabel die jeweiligen Gänge des nicht dargestellten Doppelkupplungsgetriebes. Der Wegsensor 9a erfasst den Hub des Gangstellerkolbens 8a. Der Gangsteller 7a ist als doppeltwirkender Kolben 8a ausgeführt. Die beiden Gangstellerkammern 21a und 22a haben unterschiedlich große hydraulisch wirksame Flächen. Beide Gangstellerkammern sind mit der Druckleitung 18a, welche die erste Hydraulikhauptleitung bildet, verbunden, wobei die linke Gangstellerkammer 21a durch das Gangstellerventil 20a von der Druckleitung 18a getrennt werden kann. Zudem kann die linke Gangstellerkammer 21a durch entsprechendes Schalten des Gangstellerauslassventils 23a über die Hydraulikleitung 24a mit dem Reservoir 25 verbunden werden. Der Hydraulikaktuator 1 besteht aus dem Antriebs-Motor I Ia, einem Getriebe 13a und einem Hydraulikkolben 14a mit der Hydraulikkammer 40a. Die Hydraulikkammer 40a kann über das Rückschlagventil 15a und der hydraulischen Leitung 16a aus dem Reservoir 25 Hydraulikflüssigkeit ansaugen, indem die Schaltventile 19a, 20a 20c und 26 geschlossen werden und der Kolben 14a zurückfährt. Fährt der Kolben 14a hingegen vor wird die Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 40a verdrängt, wodurch in der Druckleitung 18a Druck entsteht. Dieser Druck kann durch den optionalen Druckgeber 17a erfasst werden. Der Motorwinkelsensor erfasst die Rotorlage und kann somit über die bekannte Getriebeübersetzung den Kolbenhub erfassen. Alternativ kann über einen entsprechenden nicht dargestellten Stromsensor in der Elektronik, das Motormoment und somit indirekt der Druck in der Hydraulikkammer 40a gemessen werden. In Doppelkupplungsgetrieben werden die Kupplungen oftmals im sogenannten Mikro-Schlupf betrieben. Dies wird speziell bei sogenannten nassen Kupplungen aber auch bei trockenen Kupplungen gemacht. Dadurch ist es notwendig, dass die Kupplungsbetätigung permanent nachgeregelt werden muss. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von zwei Hydraulikaktuatoren ist es möglich, dass ein Hydraulikaktuator permanent den Druck in der aktiven Kupplung regelt und der andere Hydraulikaktuator simultan und unabhängig die Gangstellung des inaktiven Teilgetriebes erledigt. Da die Kupplungsbetätigung und Gangstellung somit unabhängig voneinander erfolgt ist es möglich beispielsweise eine Trapezspindel, als Getriebe einzusetzen und trotzdem auf einen Druckgeber zu verzichten. Eine Trapezspindel hat gegenüber einem Kugelgewindetrieb den Nachteil einen schlechteren Wirkungsgrad zu haben, welcher zudem über Lebensdauer variieren kann. Somit wird die Druckschätzung über den Motorstrom zunehmend ungenauer. Ist die Kupplungsansteuerung auf eine genaue Druckregelung angewiesen, ist somit ein Druckgeber erforderlich. Dies wäre der Fall, wenn die Ansteuerung der aktiven Kupplung kurzzeitig unterbrochen werden muss, um z.B. eine Gangstellung zu erledigen. Da aber in der beschriebenen Ausführungsform die Kupplungsbetätigung nicht unterbrochen werden muss, ist es möglich rein auf die Kupplungsstellerposition zu regeln.

Durch das Verbindungsventil 26 können die beiden Hydraulikleitungen 18a und 18b verbunden werden. Somit ist es möglich bei einem schnellen Kupplungswechsel den Druck aus der öffnenden Kupplung in die schließende Kupplung zu übertragen. Somit muss der Hydraulikaktuator der schließenden Kupplung eine geringere Leistung aufbringen und kann somit kleiner ausgeführt werden, wodurch Kosten gespart werden können. Zudem ist es möglich, dass z. B. bei Ausfall eines Hydraulikaktuators der noch funktionierende Hydraulikaktuator die Ansteuerung die Kupplungen und Gangsteller von beiden Teilgetriebesträngen ansteuert mit entsprechenden Performanceeinschränkungen ansteuert und somit einen Notbetrieb ermöglicht. Im Speziellen ist es somit sicher möglich den Rückwärtsgang einzulegen. Ein weiterer Vorteil des Verbindungsventils ist, dass somit für Sonderfälle beide Hydraulikaktuator gemeinsam eine Kupplung betätigen können. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Leistung eines Kupplungsstellers nicht ausreichen sollte, um die maximale Kupplungsbetätigungskraft zu erreichen. Das Verbindungsventil 26 ist aber trotzdem als optional zu betrachten und für die Grundfunktion der Getriebeansteuerung nicht zwingend erforderlich. In der beschriebenen Ausführungsform der Betätigungseinheit eines Mehrkupplungsgetriebes erfolgen alle Ansteuerungen der hydraulischen Stellglieder durch die Position und Geschwindigkeit der Hauptzylinder 14a und 14b, bzw. des Druckes in den Druckleitungen 18a und 18b. Die Ventile müssen keine Druckregelaufgabe erfüllen, sondern stellen eine reine hydraulische Verbindung zwischen der den jeweiligen Druckkammern dar. Sämtliche dargestellte Ventile können somit als rein digital schaltende 2/2 Wegeventile dargestellt. Diese können als sogenannte Kugelsitzventile ausge- führt werden. Diese Ventile sind gegenüber Proportionalventilen wesentlich kostengünstiger und haben eine wesentlich geringere Leckage im geschlossenen Zustand. Die zum Schalten erforderliche Elektronik ist zudem vorteilhaft wesentlich einfacher. Auch ist die Ansteuerlogik dieser Ventile einfacher, da keine thermischen Modelle usw. erforderlich ist. Die Kugelsitzventile bauen zudem kleiner. Kugelsitz-Ventile in 2/2 Wege Ausführung können stromlos offen oder stromlos geschlossen ausgeführt werden. In sämtlichen Figuren ist die vorzugsweise Ausführungsform ausgeführt. Auch die jeweils andere Ausführungsform ist jedoch möglich. Die Fig. lb zeigt die Erweiterung der in Figur la beschriebenen Aktuatorik auf ein Getriebe mit weiteren hydraulischen Stellgliedern, hier beispielwese einer 3. Kupplungen. Solche Getriebe kommen beispielsweise in Hybridfahrzeugen zum Einsatz. Dort wird über Öffnen der 3. Kupplung das Getriebe vom Verbrennungsmotor abgekoppelt. Die Zusatzkupplung 41 ist über die Zusatzventile 42a und 42 b mit den Druckleitungen 18a und 18b verbindbar. Je nach Ansteuerlogik und Fahrzustand kann diese Kupplung über den Hydraulikaktuator 1 oder den Hydraulikaktuator 2 betätigt werden. Die Kupplung kann über Position oder Druck geregelt wer- den. Die Kupplung kann als unbetätigt offen oder geschlossen ausgeführt werden. Zudem ist es möglich eine Kupplung mit Leckage z. B. mit hydraulischer Drehdurchführung zu betätigen. Es ist auch möglich ein oder mehrere weiteren nicht dargestellte Gangsteller anzusteuern, indem diese mit derselben Schaltlogik angesteuert werden. Die Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit in Ausführung eines Mehrkupplungsgetriebes. Die Betätigung der Kupplungssteller 4a und 4b erfolgt wie in Figur la beschrieben. Auch ist es möglich wie in Fig. lb dargestellt eine oder mehrere weitere Stellglieder, z. B. Kupplungssteller über eine entsprechende Ventil-Schaltung zu betätigen. Gegenüber der Figur la ist hier die Anzahl der Schaltventile für die Gangstellung reduziert. Dies kann erreicht werden, indem bei der Gangstellung beide Hydraulikaktuator zusammenarbeiten.

Im Folgenden wird beschrieben wie gleichzeitig der Kupplungssteller 4a aktiv geregelt wird und gleichzeitig der Gangsteller 7b von der dargestellten Mittellage in die rechte Endlage bewegt wird: Zunächst sind alle Schaltventile bis auf 19a geschlossen. Der Hydraulikaktuator 10a steuert den Kupplungssteller 4a direkt an. Der Druck in der Druckleitung 18a liegt somit auch in der rechten Gangstellerkammer 22b des Gangs- tellers 7b an. Da das Ventil 20b geschlossen ist bewegt sich der Gangstellerkolben 8b nicht. Trotzdem baut sich in der linken Gangstellerkammer 21b ein Druck auf. Da die linke Gangstellerkammer 21b eine größere hydraulisch aktive Fläche hat als die rechte Gangstellerkammer 22b ist der Druck in der linken Gangstellerkammer entsprechend dem Flächenverhältnis der beiden Gangstel- lerkammern kleiner. Dieser sich in der linken Gangstellerkammer 21b einstellende Druck wird nun vom Hydraulikaktuator 10b angesteuert. Als Regelgröße kann hierzu der Druckgeber 17b verwendet werden. Alternativ kann der Druck auch über den Motorstrom ausreichend genau eingeregelt werden. Nun wird das Gangsteller- einlassventil 20b geöffnet. Da auf den Gangstellerkolben 8b ein Kräftegleichgewicht wirkt, bleibt dieser zunächst in der Mittelstellung stehen. Nun beginnt der Hydraulikaktuator 10b Hydraulikflüssigkeit in die Linke Gangstellerkammer 21b zu fördern. Gleichzeitig wird im Hydraulikaktuator 10a der Hauptzylinder 14a rückwärts bewegt, sodass der Druck im Gangsteller 4a konstant bleibt, aber gleichzeitig Flüssigkeit aus der rechten Gangstellerkammer 22b entnommen wird . Auch ist es möglich während diesem Vorgang den Druck bzw. Position des Kupplungsstellers zu modulieren. Ein optionales hydraulisches Dämpfungselement 27a kann eingesetzt werden, um die Beeinflussung des Druckes im Gangsteller 4a durch einen dynamischen Gangschaltvorgang zu reduzieren. Der Ablauf des Schaltvorgangs des Gangstellers 7b in die linke Endlage erfolgt nahezu identisch. Lediglich die Bewegungsrichtung der beiden Hydraulikaktuator ändert sich, sodass der Hydraulikaktuator 10b Flüssigkeit aus der linken Hydraulikaktuatorkammer 21b abzieht und der Hydraulikaktuator 10a Flüssigkeit in die rechte Hydraulikaktuatorkammer 22b hineinfördert. Der Ablauf für Schaltvorgänge der Gangsteller 7a-9d erfolgt analog zum hierbei exemplarisch beschriebenen Fall. Es wird lediglich das entsprechende Gangstellereinlassventil 20a-20d geöffnet. Zu erwähnen gilt, dass die Ansteuerung der Gangstellerkolben 8a-8d so gewählt ist, dass der Druck des aktiven Kupplungsstellers 4a oder 4b jeweils auf die rechte Gangstellerkammer 22a-22d wirkt. Somit muss der Druck welcher in der jeweils anzusteuernden linken Gangstellerkammer 21a-21d aufgebaut werden muss jeweils geringer als der Druck in dem aktiven Gangsteller 4a oder 4b. Somit können die Hydraulikaktuator 10a-10b auf den maximal erforderlichen Druck für die Kupplungsbetätigung ausgelegt werden und müssen nicht noch höhere Drücke für die Gangstellung vorsehen. Somit muss gegenüber einer anderen Ausführungsform, z. B. wie in Fig . la beschrieben kein höheres Motormoment vorgesehen werden. Durch die beschriebene Ausführungsform der Betätigungseinheit ist es somit möglich die Anzahl der erforderlichen Schaltventile zu reduzieren und trotzdem die vollen Freiheitsgrade in der gleichzeitigen Regelung der Kupplung und Gangstellung zu haben. Die Leistungsanforderungen an den Hydraulikaktuator 10a und 10b erhöhen sich dadurch nicht gegenüber der Ausführungsform in Fig. la. Wie bereits in Fig. la beschrieben kann auch hier ein Verbindungsventil 26 eingesetzt werden mit den bereits beschriebenen Vorteilen. Zusätzlich kann das Verbindungsventil genutzt werden um aus den Hydraulikaktuatoren 10a oder 10b Hydraulikflüssigkeit in das Reservoir 25 abzulassen oder nachzusau- gen. Wenn sich beispielsweise der Hauptzylinder 14a in der gezeichneten Endlage befindet ist die Druckkammer 40b über ein nicht im Detail dargestelltes Schnüffelloch hydraulisch über die Leitung 16b mit dem Reservoir verbunden. Wenn nun der Hauptzylinder 14a bei geöffnetem Verbindungsventil 26 vorge- fahren bzw. zurückgefahren wird, kann das Volumen der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer 40a aktiv reduziert oder erhöht werden. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Ansteuerung . Da dieser Freiheitsgrad nicht unbedingt, bzw. nur in besonderen Situationen erforderlich ist, ist der Einsatz des Verbindungsventils nicht zwingend erforderlich. Wie bereits in Fig. lb beschrieben, ist es auch hier möglich eine oder mehrere weitere hydraulische Stellglieder z.B. einen 3. Kupplungssteller anzusteuern, indem durch diese durch eine entsprechende Ventilschaltung an die Druckleitungen 18a und 18b angeschlossen werden. Diese Ausführungsform ist hier nicht im speziellen ausgeführt.

Bezugszeichenliste:

• 1 Teilgetriebe
• 2 Teilgetriebe
• 3 Druckversorgungseinheit
• 4a-4b Kupplungssteller
• 5a-5b Wegsensor Kupplungssteller
• 6a-6b Kupplungsbetätigungskolben
• 7a-7d Gangsteller
• 8a-8d Gangstellerkolben
• 9a-9d Wegsensor Gangsteller
• 10a-10b Kolben-Zylinder-Einheit in Form eines Hydraulikaktuators l la-l lb Antriebsmotor
• 12a-12b Motorwinkelsensor
• 13a-13b Getriebe
• 14a-14b Hauptzylinder
• 15a-15b Rückschlagventil
• 16a-16b Verbindung zum Vorratsbehälter
• 17a-17b Drucksensor
• 18a-18b Druckleitung
• 19a-19b Kupplungsventil
• 20a-20d Gangstellereinlassventil
• 21a-21d linke Gangstellerkammer
• 22a-22d rechte Gangstellerkammer
• 23a-23d Gangstellerauslassventil
• 24a-24d Verbindung zum Vorratsbehälter
• 25 Reservoir
• 26 Verbindungsventil
• 27a-27b hydr. Dämpfungselement
• 40a-40b Arbeitsraum/Hydraulikkammer
• 41 Zusatzkupplung
• 42a-b Zusatzkupplungsventil
• HL1, HL2 Hydraulikhauptleitungen
• HLV hydraulische Verbindungsleitung