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Die Erfindung betrifft eine Planetenautomatikgetriebevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2007 036 100 A1 ist bereits eine Planetenautomatikgetriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Getriebeschalteinheit, die zur Schaltung eine Formschlusseinheit und zur Synchronisierung der Formschlusseinheit eine Reibschlusseinheit aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Planetenautomatikgetriebevorrichtung mit einer komfortabel schaltbaren Formschlusseinheit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Planetenautomatikgetriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer Getriebeschalteinheit, die zur Schaltung eine Formschlusseinheit und zur Synchronisierung der Formschlusseinheit eine Reibschlusseinheit aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Reibschlusseinheit zumindest ein fliehkraftabhängiges Sperrelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, ein Einlegen der Formschlusseinheit wenigstens in Abhängigkeit einer Fliehkraft selbstständig zu steuern. Dadurch kann besonders einfach eine Sperrsynchronisierung realisiert werden, wodurch das Einlegen der Formschlusseinheit erst nach ausreichender Synchronisierung stattfindet und somit ein sicheres und komfortables Schalten der Formschlusseinheit ermöglicht werden kann. Es kann ein Steuer- und/oder Regelaufwand reduziert werden, wodurch Kosten verringert werden können. Weiter kann dadurch eine so genannte Freiflugphase und damit eine Entsynchronisierung der Formschlusseinheit verhindert werden, wodurch eine Zuverlässigkeit der Synchronisierung erhöht und weiter eine Geräuschentwicklung beim Schalten der Formschlusseinheit reduziert werden kann. Dadurch kann ein Verschleiß reduziert werden, wodurch eine Lebensdauer erhöht werden kann. Es kann eine kostengünstige Planetenautomatikgetriebevorrichtung mit einer komfortabel schaltbaren Formschlusseinheit bereitgestellt werden. Unter einer „Planetenautomatikgetriebevorrichtung” soll insbesondere eine Vorrichtung eines automatischen oder automatisierten Planetenautomatikgetriebes verstanden werden. Unter einer „Getriebeschalteinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zur Schaltung von zumindest einem Getriebegang vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Getriebeschalteinheit als eine Getriebebremse oder als eine Getriebekupplung ausgebildet. Unter einer „Reibschlusseinheit” soll insbesondere eine Koppeleinheit verstanden werden, die zwei Kopplungsteile aufweist, die zur Übertragung eines Drehmoments reibschlüssig miteinander verbindbar sind. Unter einer „Formschlusseinheit” soll insbesondere eine Koppeleinheit verstanden werden, die zwei Kopplungsteile aufweist, die zur Übertragung eines Drehmoments formschlüssig miteinander verbindbar sind. Unter einer „Synchronisierung der Formschlusseinheit” soll insbesondere eine Synchronisierung der beiden Kopplungsteile der Formschlusseinheit verstanden werden. Unter einem „Einlegen der Formschlusseinheit” soll insbesondere ein formschlüssiges Ineinandergreifen der beiden Kopplungsteile der Formschlusseinheit verstanden werden. Vorzugsweise ist die Getriebeschalteinheit bei eingelegter Formschlusseinheit geschaltet und befindet sich dadurch in einem geschlossenen Zustand. Unter „selbstständig” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass der Synchronisationsvorgang rein mechanisch, d. h. ohne einen direkten Eingriff einer elektronischen Steuer- und/oder Regeleinheit, abhängig von einer wirkenden Fliehkraft eingeleitet und/oder beendet wird. Unter „Steuern” soll insbesondere verstanden werden, dass das Sperrelement das Einlegen der Formschlusseinheit bei zu großen Differenzdrehzahlen der Formschlusseinheit, d. h. insbesondere bei zu großen Differenzdrehzahlen zwischen den beiden Kopplungsteilen der Formschlusseinheit, verhindert. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Formschlusseinheit zumindest eine Formschlusskontur aufweist und das Sperrelement dazu vorgesehen ist, zum Einlegen der Formschlusseinheit die Formschlusskontur wenigstens in Abhängigkeit der Fliehkraft selbstständig in eine korrespondierende Formschlusskontur zu bewegen. Dadurch kann die Formschlusseinheit besonders vorteilhaft eingelegt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Sperrelement zumindest eine konische Reibfläche aufweist, die zur Synchronisierung der Formschlusseinheit vorgesehen ist. Dadurch kann die Formschlusseinheit besonders einfach synchronisiert werden. Unter einer „Reibfläche” soll insbesondere eine Fläche des Sperrelements verstanden werden, die zur Synchronisierung der Formschlusseinheit eines der Kopplungselemente der Formschlusseinheit oder ein fest mit einem der Kopplungselemente der Formschlusseinheit verbundenes Element reibschlüssig kontaktiert.
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In eher weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung weist die Reibschlusseinheit zumindest ein Gelenk auf, das dazu vorgesehen ist, das Sperrelement beweglich zu lagern. Dadurch kann besonders einfach eine Fliehkraftabhängigkeit des Sperrelements realisiert werden. Vorzugsweise weist das Gelenk zumindest zwei Teile auf, die um eine definierte Schwenkachse zueinander beweglich gelagert sind, wobei ein Teil des Gelenks fest mit dem Sperrelement verbunden oder einstückig mit dem Sperrelement ausgebildet ist.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Gelenk axial beweglich gelagert ist, wodurch eine besonders vorteilhafte Betätigung der Getriebeschalteinheit realisiert werden kann. Unter „axial” soll insbesondere bezüglich einer Rotationsachse des Sperrelements verstanden werden. Unter „bezüglich einer Rotationsachse” soll insbesondere parallel zu der Rotationsachse verstanden werden.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Gelenk zumindest einen mechanischen Anschlag aufweist, der dazu vorgesehen ist, eine Bewegung des Sperrelements in zumindest eine Richtung wenigstens zu begrenzen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Getriebeschaltvorrichtung realisiert werden. Vorzugsweise ist der mechanische Anschlag dazu vorgesehen, ein Verschwenken des Sperrelements in zumindest eine Richtung wenigstens zu begrenzen.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gelenk wenigstens das Sperrelement und die Formschlusskontur bewegungstechnisch miteinander koppelt. Dadurch kann das fliehkraftabhängige Schalten der Formschlusseinheit besonders einfach realisiert werden. Unter einer „bewegungstechnischen Kopplung” soll insbesondere verstanden werden, dass eine Bewegung des Sperrelements zu einer Bewegung der Formschlusskontur führt. Vorzugsweise ist die bewegungstechnische Kopplung übersetzungsfrei.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Sperrelement eine geknickte Stelle aufweist. Dadurch kann die Formschlusseinheit besonders vorteilhaft eingelegt werden. Unter einem „Sperrelement, das eine geknickte Stelle aufweist” soll insbesondere ein abgewinkeltes Sperrelement verstanden werden, das zumindest einen Knick aufweist. Vorzugsweise weist das Sperrelement zwei einstückig ausgebildete Teile auf, die jeweils eine Längsachse definieren, wobei die Längsachsen sich in einem Punkt schneiden. Vorteilhafterweise weist lediglich eine der Längsachsen einen Schnittpunkt mit der Schwenkachse des Gelenks auf.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die geknickte Stelle zwischen einem Massenschwerpunkt des Sperrelements und einer Schwenkachse des Gelenks angeordnet ist. Dadurch kann ein besonders vorteilhaftes Sperrelement realisiert werden. Vorteilhafterweise ist der Massenschwerpunkt des Sperrelements entlang des Sperrelements näher zu einem freien Ende des Sperrelements angeordnet, als zu dem Ende des Sperrelements, das an dem Gelenk angebunden ist. Vorzugsweise sind das freie Ende und das Ende, das an das Gelenk angebunden ist, durch die zwei Längsachsen des Sperrelements miteinander verbunden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Sperrelement eine Rotationsachse aufweist und dazu vorgesehen ist, zum Einlegen der Formschlusseinheit in Richtung der Rotationsachse zu kippen, wodurch das Einlegen der Formschlusseinheit vereinfacht werden kann. Unter „in Richtung der Rotationsachse kippen” soll insbesondere verstanden werden, dass das Sperrelement ein Ende aufweist, das nach dem Kippen in Richtung Rotationsachse näher zu der Rotationsachse angeordnet ist, als vor dem Kippen in Richtung Rotationsachse. Vorzugsweise ist das Ende als das freie Ende des Sperrelements ausgebildet.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Planetenautomatikgetriebevorrichtung mit drei erfindungsgemäßen Getriebeschalteinheiten,
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2 eine schematische Darstellung einer der drei erfindungsgemäßen Getriebeschalteinheiten in einem geöffneten Zustand und
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3 die erfindungsgemäße Getriebeschalteinheit in einem geschlossenen Zustand.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Planetenautomatikgetriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist als ein Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Die Planetenautomatikgetriebevorrichtung ist ein Teil eines automatischen Kraftfahrzeuggetriebes oder eines automatisierten Kraftfahrzeugschaltgetriebes, welches Planetenradsätze aufweist.
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Zur Einstellung von zehn Getriebegängen weist die Planetenautomatikgetriebevorrichtung einen Getrieberadsatz 24 auf. Der Getrieberadsatz 24 weist neun Vorwärtsgetriebegänge und einen Rückwärtsgetriebegang auf. Die Getriebegänge weisen aufeinander folgende Übersetzungsverhältnisse auf. Dabei weist der erste Vorwärtsgetriebegang das größte Übersetzungsverhältnis und der letzte, in diesem Ausführungsbeispiel neunte Vorwärtsgetriebegang, das kleinste Übersetzungsverhältnis auf, wobei die Übersetzungsverhältnisse vom niedrigen zum hohen Vorwärtsgetriebegang abnehmen. Der Rückwärtsgetriebegang weist im Vergleich zu den Vorwärtsgetriebegängen eine Drehrichtungsumkehr auf.
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Die Planetenautomatikgetriebevorrichtung weist weiter ein Getriebegehäuse 25 auf. Der Getrieberadsatz 24 ist zumindest teilweise in dem Getriebegehäuse 25 angeordnet. Des Getriebegehäuse 25 ist ortsfest angeordnet.
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Die Planetenautomatikgetriebevorrichtung verbindet eine nicht näher dargestellte Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit nicht näher dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Die Antriebsmaschine stellt das Antriebsmoment bereit. Mittels der Planetenautomatikgetriebevorrichtung wird ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsmaschine und den Antriebsrädern eingestellt. Die Planetenautomatikgetriebevorrichtung kann mit einem Hybridantriebsmodul verbunden werden, mittels dem das Antriebsmoment verändert werden kann. Weiter kann mittels des Hybridantriebsmoduls und der Planetenautomatikgetriebevorrichtung ein CVT realisiert werden, wodurch eine Planetenautomatikgetriebevorrichtung realisiert werden kann, deren Übersetzungsverhältnis zumindest in Teilbereichen stufenlos eingestellt werden kann.
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Zur Einleitung des Antriebsmoments in den Getrieberadsatz 24 weist die Planetenautomatikgetriebevorrichtung eine Antriebseinheit 26 auf. Die Antriebseinheit 26 ist in einem Kraftfluss nach der Antriebsmaschine und vor dem Getrieberadsatz 24 angeordnet. Die Antriebseinheit 26 weist eine Antriebswelle 27 auf. Die Antriebswelle 27 verbindet die Antriebsmaschine mit dem Getrieberadsatz 24. Der Antriebseinheit 26 kann ein nicht naher dargestelltes Modul vorgeschaltet sein, das insbesondere eine Anfahrfunktionalität bereitstellt. Als ein vorgeschaltetes Modul ist beispielsweise ein Drehmomentwandler oder eine nasse Anfahrkupplung denkbar. Grundsätzlich kann das zum Anfahren vorgesehene Modul aber auch in den Getrieberadsatz 24 integriert sein.
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Zur Ausleitung eines übersetzten Antriebsmoments, also eines Antriebsmoments, weist die Planetenautomatikgetriebevorrichtung eine Abtriebseinheit 28 auf. Die Abtriebseinheit 28 ist in dem Kraftfluss nach dem Getrieberadsatz 24 und vor den Antriebsrädern angeordnet. Die Abtriebseinheit 28 weist eine Abtriebswelle 29 auf. Die Abtriebswelle 29 verbindet den Getrieberadsatz 24 mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Der Abtriebseinheit 28 kann ein nicht näher dargestelltes Modul nachgeschaltet sein, mittels dem das aus dem Getrieberadsatz 24 ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Planetenradgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder eine Allradantriebseinheit, die das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt. Die Antriebseinheit 26 und die Abtriebseinheit 28 können grundsätzlich beliebig zueinander angeordnet sein.
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Der Getrieberadsatz 24 weist vier Planetenradgetriebe 30, 31, 32, 33 auf. Das erste Planetenradgetriebe 30, das zweite Planetenradgetriebe 31, das dritte Planetenradgetriebe 32 und das vierte Planetenradgetriebe 33 sind hintereinander entlang einer Hauptrotationsachse 34 angeordnet. Sämtliche Planetenradgetriebe 30, 31, 32, 33 des Getrieberadsatzes 24 weisen einen Einfachplanetenradsatz auf.
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Das erste Planetenradgetriebe 30 ist eingangsseitig angeordnet. Das zweite Planetenradgetriebe 31 ist mittig eingangsseitig angeordnet. Das dritte Planetenradgetriebe 32 ist mittig ausgangsseitig angeordnet. Das vierte Planetenradgetriebe 33 ist ausgangsseitig angeordnet. Das Planetenradgetriebe 30 umfasst ein Sonnenrad 35, ein Hohlrad 36 und einen Planetenradträger 37. Der Planetenradträger 37 führt Planetenräder 38 auf einer Kreisbahn, Die Planetenräder 38 kämmen mit dem Sonnenrad 35 und mit dem Hohlrad 36. Die Planetenräder 38 sind drehbar auf dem Planetenradträger 37 gelagert. Die Planetenradgetriebe 31, 32, 33 sind analog zu dem Planetenradgetriebe 30 ausgebildet.
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Zur Schaltung der Getriebegänge weist der Getrieberadsatz 24 sechs Getriebeschalteinheiten 10, 11, 12, 39, 40, 41 auf. Die Getriebeschalteinheiten 10, 11, 12, 39, 40, 41 übertragen in den Getriebegängen unterschiedliche Drehmomente.
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Die drei Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 sind jeweils als eine Getriebekupplung ausgebildet. Sie weisen jeweils einen ersten drehbaren Kopplungsteil und einen zweiten drehbaren Kopplungsteil auf. Die drei Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungsteile drehfest miteinander zu verbinden. Die Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 werden jeweils über nicht näher dargestellte Aktuatoren betätigt, wodurch die Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 eine drehfeste Verbindung herstellen. Die drei Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 weisen jeweils eine Reibschlusseinheit auf. Die Getriebeschalteinheiten 39, 40, 41 sind jeweils als eine Lamellenkupplung ausgebildet.
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Die drei Getriebeschalteinheiten 10, 11, 12 sind jeweils als eine Getriebebremse ausgebildet. Sie weisen jeweils einen feststehenden Kopplungsteil 42 und jeweils einen drehbaren Kopplungsteil 43 auf. Die drei Getriebeschalteinheiten 10, 11, 12 sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungsteile 42, 43 drehfest miteinander zu verbinden. Die drei Getriebeschalteinheiten 10, 11, 12 sind alle äquivalent ausgebildet. Im Folgenden ist nur die Getriebeschalteinheit 10 beschrieben. Alle konstruktiven und funktionalen Merkmale der Getriebeschalteinheit 10 sind in den Getriebeschalteinheiten 11, 12 gleich. Allein eine Anordnung und eine Anbindung an den Getrieberadsatz 24 der Getriebeschalteinheiten 11, 12 unterscheidet die Getriebeschalteinheiten 11, 12 von der Getriebeschalteinheit 10.
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Die Getriebeschalteinheit 10 ist zwischen einem Planetenradträger des zweiten Planetenradgetriebes 31 und dem Getriebegehäuse 25 angeordnet. Sie ist dazu vorgesehen, den Planetenradträger des zweiten Planetenradgetriebes 31 und das Getriebegehäuse 25 drehfest miteinander zu verbinden. Die Getriebeschalteinheit 10 weist zur Schaltung und damit zur drehfesten Verbindung des Planetenradträgers mit dem Getriebegehäuse 25 eine Formschlusseinheit 13 und zur Synchronisierung der Formschlusseinheit 13 eine Reibschlusseinheit 14 auf. Der feststehende Kopplungsteil 42 ist einstückig mit dem Getriebegehäuse 25 ausgebildet. Er ist durch das Getriebegehäuse 25 ausgebildet. Der drehbare Kopplungsteil 43 ist drehfest mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradgetriebes 31 verbunden. Der drehbare Kopplungsteil 43 weist eine Rotationsachse 23 auf. Er ist zur Schaltung der Getriebeschalteinheit 10 axial, d. h. entlang der Rotationsachse 23, beweglich gelagert. Die Rotationsachse 23 entspricht der Hauptrotationsachse 34. In der 2 ist die Getriebeschalteinheit 10 in einem geöffneten Zustand, d. h. bei nicht eingelegter Formschlusseinheit 13, und in der 3 in einem geschlossenen Zustand, d. h. bei eingelegter Formschlusseinheit 13, dargestellt. Grundsätzlich kann der feststehende Kopplungsteil 42 auch separat ausgebildet sein, wobei er fest mit dem Getriebegehäuse 25 verbunden ist.
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Die Formschlusseinheit 13 weist ein erstes Formschlusselement 44 und ein zweites Formschlusselement 45 auf. Das erste Formschlusselement 44 ist feststehend und das zweite Formschlusselement 45 drehbar ausgebildet. Das erste Formschlusselement 44 ist einstückig mit dem Getriebegehäuse 25 ausgebildet. Das erste Formschlusselement 44 ist dem feststehenden Kopplungsteil 42 und das zweite Formschlusselement 45 dem drehbaren Kopplungsteil 43 zugeordnet. Das zweite Formschlusselement 45 ist axial beweglich gelagert. Es ist entlang der Rotationsachse 23 beweglich gelagert. Grundsätzlich kann das feststehende Formschlusselement 44 auch separat ausgebildet sein, wobei es fest mit dem Getriebegehäuse 25 verbunden ist. Die Formschlusseinheit 13 ist als eine Klauenbremse ausgebildet. Bei einer als eine Getriebekupplung ausgebildeten Getriebeschalteinheit 10 ist die Formschlusseinheit 13 als eine Klauenkupplung ausgebildet.
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Das erste Formschlusselement 44 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Es weist eine Formschlusskontur 17 auf. Die Formschlusskontur 17 ist feststehend ausgebildet. Das Getriebegehäuse 25 bildet die Formschlusskontur 17 aus. Das zweite Formschlusselement 45 weist eine Formschlusskontur 16 auf, die dazu vorgesehen ist, zur Schaltung der Getriebeschalteinheit 10 formschlüssig in die Formschlusskontur 17 einzugreifen. Das zweite Formschlusselement 45 und damit die Formschlusskontur 16 weisen eine Rotationsachse auf, die der Rotationsachse 23 entspricht. Die Formschlusskonturen 16, 17 sind korrespondierend zueinander ausgebildet. Sie sind jeweils als eine Verzahnung ausgebildet.
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Die Reibschlusseinheit 14 weist ein fliehkraftabhängiges Sperrelement 15 auf, das dazu vorgesehen ist, das Einlegen der Formschlusseinheit 13 in Abhängigkeit einer Fliehkraft 52 und damit einer Drehzahl des Sperrelements 15 selbstständig zu steuern. Das Sperrelement 15 umfasst eine Rotationsachse, die der Rotationsachse 23 entspricht. Durch ein Rotieren des Sperrelements 15 um die Rotationsachse 23 wirkt die Fliehkraft 52 auf das Sperrelement 15, die das Sperrelement 15 zur Synchronisation der Formschlusseinheit 13 gegen das Getriebegehäuse 25 drückt. Die Fliehkraft 52 ist senkrecht zur Rotationsachse 23 orientiert und ist dieser abgewandt. Das Sperrelement 15 ist als ein Kreissegment ausgebildet. Das Sperrelement 15 ist axial beweglich gelagert. Es ist entlang der Rotationsachse 23 beweglich gelagert.
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Das Sperrelement 15 weist eine konische Reibfläche 18 auf, die zur Synchronisierung der Formschlusseinheit 13 vorgesehen ist. Die Reibfläche 18 ist ringförmig ausgebildet. Zur Synchronisierung der Formschlusseinheit 13 kontaktiert die Reibfläche 18 des Sperrelements 15 eine korrespondierend ausgebildete Reibfläche 46 des ersten Formschlusselements 44 der Formschlusseinheit 13. Die Reibfläche 46 ist ebenfalls konisch ausgebildet. Die Reibfläche 46 ist durch ein Material des ersten Formschlusselements 44 und damit des Getriebegehäuses 25 ausgebildet. Die Reibflächen 18, 46 kontaktieren sich bezüglich der Rotationsachse 23 in einem Winkel 50. Zur Synchronisation der Formschlusseinheit 13 ist das Sperrelement 15 dazu vorgesehen, mit seiner Reibfläche 18 die Reibfläche 46 des Getriebegehäuses 25 zu kontaktieren. Der Winkel 50 beträgt ca. 45°. Das Sperrelement 15 weist weiter einen Massenschwerpunkt 22 auf. Grundsätzlich kann die Reibfläche 46 aber auch durch einen Reibbelag ausgebildet sein.
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Zur Ausbildung der Reibfläche 18 weist die Reibschlusseinheit 14 einen Reibbelag 47 auf, der fest auf dem Sperrelement 15 angeordnet ist. Der Reibbelag 47 ist fest mit dem Sperrelement 15 verbunden. Er ist zwischen dem Sperrelement 15 und dem ersten Formschlusselement 44 angeordnet. Der Reibbelag 47 ist ringförmig ausgebildet. Das Sperrelement 15 weist weiter eine geknickte Stelle 21 auf. Das Sperrelement 15 ist abgewinkelt. Es weist einen geknickten Verlauf auf. Das Sperrelement 15 ist um 45° abgewinkelt.
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Nach ausreichender Synchronisation ist das Sperrelement 15 zum Einlegen der Formschlusseinheit 13 dazu vorgesehen, die Formschlusskontur 16 in Abhängigkeit der Fliehkraft 52 selbstständig in die korrespondierende Formschlusskontur 17 zu bewegen. Zur Bewegung der Formschlusskontur 16 in die Formschlusskontur 17 und zum Einlegen der Formschlusseinheit 13 nach ausreichender Synchronisierung ist das Sperrelement 15 dazu vorgesehen, in Richtung der Rotationsachse 23 zu kippen.
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Zur Realisierung einer Fliehkraftabhängigkeit weist die Reibschlusseinheit 14 ein Gelenk 19 auf. Das Gelenk 19 lagert das Sperrelement 15 beweglich. Es lagert das Sperrelement 15 verschwenkbar um eine Schwenkachse. Das Gelenk 19 weist zwei um die Schwenkachse zueinander beweglich gelagerte Teile auf, wobei ein Teil des Gelenks 19 fest mit einem Ende des Sperrelements 15 verbunden ist. Die Schwenkachse des Gelenks 19, um die das Sperrelement 15 beweglich gelagert ist, unterscheidet sich von der Rotationsachse 23. Die Schwenkachse des Gelenks 19 ist senkrecht zu der Rotationsachse 23 orientiert. Die Schwenkachse des Gelenks 19 ist räumlich beabstandet zu der Rotationsachse 23 angeordnet. Die geknickte Stelle 21 ist zwischen dem Massenschwerpunkt 22 des Sperrelements 15 und der Schwenkachse des Gelenks 19 angeordnet. Sie ist entlang des Sperrelements 15 zwischen dem Reibbelag 47 und dem fest mit dem Gelenk 19 verbundenen Ende des Sperrelements 15 angeordnet. Das Gelenk 19 ist axial beweglich gelagert. Es ist entlang der Rotationsachse 23, um die das Gelenk 19 rotiert, beweglich gelagert. Das Gelenk 19 ist als ein Drehgelenk ausgebildet. Grundsätzlich kann der Teil des Gelenks 19 und das fest mit dem Gelenk 19 verbundene Ende des Sperrelements 15 auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
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Zur Begrenzung einer Bewegung des Sperrelements 15 weist das Gelenk 19 einen mechanischen Anschlag 20 auf. Der mechanische Anschlag 20 begrenzt die Bewegung des Sperrelements 15 in eine Richtung, die der Rotationsachse 23 abgewandt ist. Die Richtung, in die der Anschlag 20 die Bewegung des Sperrelements 15 begrenzt, zeigt weg von der Rotationsachse 23. Der mechanische Anschlag 20 schränkt die Bewegung des Sperrelements 15 um die Schwenkachse ein. Er begrenzt ein Schwenken des Sperrelements 15 in die Richtung, die der Rotationsachse 23 abgewandt ist. Bezüglich einer Position des Sperrelements 15 gemäß der 2 verhindert der Anschlag 20 eine Verdrehung des Sperrelements 15 nach oben, d. h. weg von der Rotationsachse 23, und erlaubt eine Verdrehung des Sperrelements 15 nach unten, d. h. zur Rotationsachse 23 hin. Bezüglich der Position des Sperrelements 15 gemäß der 2, kann sich das Sperrelement 15 aufgrund des Anschlags 20 lediglich zur Rotationsachse 23 hin verdrehen.
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Um das selbstständige Bewegen der Formschlusskontur 16 in die Formschlusskontur 17 durch das Sperrelement 15 zu realisieren, koppelt das Gelenk 19 das Sperrelement 15 und das zweite Formschlusselement 45 und damit die Formschlusskontur 16 bewegungstechnisch miteinander. Es koppelt das Sperrelement 15 und die Formschlusskontur 16 unverfälscht, d. h. übersetzungsfrei, miteinander. Das Gelenk 19 koppelt das Sperrelement 15 und das zweite Formschlusselement 45 und damit die Formschlusskontur 16 in der Art bewegungstechnisch, so dass eine Bewegung des Sperrelements 15 zu einer äquivalenten Bewegung des Formschlusselements 45 führt. Durch die bewegungstechnische Kopplung des Sperrelements 15 und der Formschlusskontur 16 sind die Reibschlusseinheit 14 und die Formschlusseinheit 13 in Reihe zueinander geschaltet. Die Reibschlusseinheit 14 und die Formschlusseinheit 13 sind in der Art in Reihe zueinander geschaltet, so dass zuerst die Reibschlusseinheit 14 und anschließend die Formschlusseinheit 13 wirkungsmäßig greifen.
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Das Gelenk 19 lagert ebenfalls das zweite Formschlusselement 45 und damit die Formschlusskontur 16 beweglich. Es lagert das zweite Formschlusselement 45 verschwenkbar um die Schwenkachse. Der Teil des Gelenks 19, der fest mit dem Ende des Sperrelements 15 verbunden ist, ist ebenfalls fest mit einem Ende des zweiten Formschlusselements 45 verbunden. Das Gelenk 19 verbindet das Sperrelement 15 und die Formschlusskontur 16 starr miteinander. Grundsätzlich können der Teil des Gelenks 19 und das fest mit dem Formschlusselement 45 verbundene Ende auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
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Zur Anbindung an ein drehendes Element des Getrieberadsatzes 24 und damit an ein zu bremsendes Element des Getrieberadsatzes 24 weist die Getriebeschalteinheit 10 ein Anbindungselement 48 auf. Das Anbindungselement 48 ist dem drehenden Kopplungsteil 43 zugeordnet. Das Anbindungselement 48 ist fest an den Planetenradträger des zweiten Planetenradgetriebes 31 und an das Gelenk 19 angebunden. Es ist fest mit dem Teil des Gelenks 19 verbunden, der beweglich zu dem Teil des Gelenks 19 gelagert ist, welcher fest mit dem Sperrelement 15 und dem zweiten Formschlusselement 45 verbunden ist. Das Gelenk 19 lagert das Sperrelement 15 und das zweite Formschlusselement 45 beweglich zu dem Anbindungselement 48. Es lagert das Sperrelement 15 und das zweite Formschlusselement 45 verschwenkbar zu dem Anbindungselement 48.
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Das Anbindungselement 48 weist eine Rotationsachse auf, die der Rotationsachse 23 entspricht. Bezüglich der Rotationsachse 23 sind das Anbindungselement 48 und das Sperrelement 15 permanent drehfest miteinander verbunden. Das Anbindungselement 48 ist rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Anbindungselement 48 ist axial beweglich gelagert. Es ist entlang der Rotationsachse 23 beweglich gelagert. Somit ist der drehbare Kopplungsteil 43 axial beweglich gelagert. Der drehbare Kopplungsteil 43 ist axial verschiebbar angeordnet. Somit ist die Reibschlusseinheit 14 dazu vorgesehen, das Getriebegehäuse 25 und das Anbindungselement 48 zu synchronisieren, bevor die Formschlusseinheit 13 das Getriebegehäuse 25 und das Anbindungselement 48 formschlüssig miteinander verbindet. Grundsätzlich können der fest mit dem Anbindungselement 48 verbundene Teil des Gelenks 19 und des Anbindungselement 48 auch einstückig miteinander ausgebildet sein.
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Das Anbindungselement 48 ist zur Betätigung der Getriebeschalteinheit 10 vorgesehen. Zur Betätigung der Getriebeschalteinheit 10 wirkt eine Betätigungskraft 49 auf das Anbindungselement 48 und dadurch auf das Gelenk 19, das Sperrelement 15 und das Formschlusselement 45, wodurch sich das Anbindungselement 48, das Gelenk 19, das Sperrelement 15 und das Formschlusselement 45 axial in Richtung erstes Formschlusselement 44 verschieben. Die Betätigungskraft 49 ist zum Schalten der Getriebeschalteinheit 10 und damit zum Einlegen der Formschlusseinheit 13 dazu vorgesehen, den drehbaren Kopplungsteil 43 axial in Richtung Getriebegehäuse 25 zu verschieben, wodurch zuerst die Reibflächen 18, 46 einander kontaktieren und die Formschlusseinheit 13 synchronisiert wird und anschließend in Abhängigkeit der Fliehkraft 52 die Formschlusseinheit 13 eingelegt wird. Die Betätigungskraft 49 ist axial orientiert. Sie ist parallel zu der Rotationsachse 23 orientiert. Die Betätigungskraft 49 ist versetzt zu der Schwenkachse des Gelenks 19 orientiert. Sie wirkt versetzt zu der Schwenkachse des Gelenks 19 auf das Anbindungselement 48. Einer Richtung der Betätigungskraft 49 fehlt ein Schnittpunkt mit der Schwenkachse des Gelenks 19.
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Die Betätigungskraft 49 ist als eine konstant ansteigende Betätigungskraft ausgebildet. Zur Bereitstellung der Betätigungskraft 49 weist die Getriebeschalteinheit 10 eine nicht näher dargestellte Aktuatoreinheit auf. Zur Steuerung der Aktuatoreinheit weist die Planetenautomatikgetriebevorrichtung eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit auf, in der eine konstant ansteigende Funktion zur Einstellung der Betätigungskraft 49 abgelegt ist.
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Der drehbare Kopplungsteil 43 weist weiter drei Hebelarme 53, 54, 55 auf. Der Hebelarm 53 ist durch einen parallel zu der Rotationsachse 23 orientierten Abstand zwischen der auf den Massenschwerpunkt 22 wirkenden Fliehkraft 52 und der Schwenkachse des Gelenks 19 definiert. Der Hebelarm 54 ist durch einen Abstand zwischen einer durch das Getriebegehäuse 25 verursachten und auf das Sperrelement 15 wirkenden Normalkraft 51 und der Schwenkachse des Gelenks 19 definiert, wobei der Abstand senkrecht zu der Normalkraft 51 und der Schwenkachse des Gelenks 19 orientiert ist. Der Abstand, der den Hebelarm 54 definiert, ist schräg zu der Rotationsachse 23 orientiert. Der Hebelarm 55 ist durch einen Abstand zwischen der Betätigungskraft 49 und der Schwenkachse des Gelenks 19 definiert, wobei der Abstand senkrecht zu der Betätigungskraft 49 und der Schwenkachse des Gelenks 19 angeordnet ist. Der Abstand, der den Hebelarm 55 definiert, ist senkrecht zu der Rotationsachse 23 orientiert.
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Um die Betätigung der Getriebeschalteinheit 10 und damit um eine Synchronisierung der Formschlusseinheit 13 und anschließendes Einlegen der Formschlusseinheit 13 einzuleiten, wird durch die Aktuatoreinheit die auf das axial verschiebbare Anbindungselement 48 wirkende axiale Betätigungskraft 49 nach der konstant ansteigenden, in der Steuer- und Regeleinheit abgelegten Funktion aufgebracht. Dadurch wird das Anbindungselement 48, das Gelenk 19, das Sperrelement 15 und das die Formschlusskontur 16 aufweisende Formschlusselement 45 im Kollektiv axial verschoben, bis sich zunächst ein Spalt zwischen dem Getriebegehäuse 25 und dem Sperrelement 15 schließt. Dadurch bildet sich die auf die im Winkel 50 geneigte Reibfläche 18 des Sperrelements 15 senkrecht stehende Normalkraft 51 aus. Aufgrund einer Reibkraft zwischen den Reibflächen 18, 46 erzeugt die Normalkraft 51 bei einer Differenzdrehzahl zwischen dem Getriebegehäuse 25 und dem Sperrelement 15 ein Drehmoment um die gemeinsame Rotationsachse 23, das die Differenzdrehzahl zwischen dem Getriebegehäuse 25 und dem Sperrelement 15 verringert und somit die Formschlusseinheit 13 synchronisiert.
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Eine Höhe der Normalkraft 51 und damit das durch die Reibkraft einstellende Drehmoment zur Synchronisierung ist aufgrund einer Anordnung und einer Bauweise von einzelnen Bauteilen der Getriebeschalteinheit 10 durch mehrere Einflussfaktoren gegeben. Die Höhe der Normalkraft 51 wird durch eine Funktion der Einflussfaktoren beschrieben. Die Einflussfaktoren sind als eine Höhe der Betätigungskraft 49, als eine Höhe der auf das Sperrelement 15 wirkenden Fliehkraft 52 und damit als eine Drehzahl des Anbindungselements 48, als der Winkel 50, als die geometrischen Abmessungen des Sperrelements 15, des Gelenks 19, des Formschlusselements 45 und des Anbindungselements 48, als eine Masse des Sperrelements 15, des Gelenks 19, des Formschlusselements 45 und des Anbindungselements 48 und als die jeweiligen Hebelarme 53, 54, 55 ausgebildet.
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Durch Rotieren des drehbaren Kopplungsteils 43 und damit des Sperrelements 15, des Gelenks 19, des Formschlusselements 45 und des Anbindungselements 48 entsteht die an dem Massenschwerpunkt 22 angreifende Fliehkraft 52. Aufgrund der Fliehkraft 52 entsteht ein Drehmoment 56, das das Sperrelement 15 und das die Formschlusskontur 16 aufweisende Formschlusselement 45 um die Schwenkachse des Gelenks 19 in Richtung des Anbindungselements 48 und damit weg von der Rotationsachse 23 verschwenkt. Gemäß der 2 ist das Drehmoment 56 im Uhrzeigersinn gerichtet. Das Drehmoment 56 wirkt um die Schwenkachse des Gelenks 19.
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Durch die Betätigungskraft 49 und damit verbundenen Reibkräften überlagern sich die Betätigungskraft 49, die Fliehkraft 52 und die Reibkräfte, wodurch sich das Drehmoment 56 verändert. In Abhängigkeit der Fliehkraft 52, der Betätigungskraft 49 und den Reibkräften, insbesondere durch die Zunahme der Betätigungskraft 49, erfolgt eine Drehrichtungsumkehr des Drehmoments 56, wodurch ein um die Schwenkachse des Gelenks 19 wirkendes Drehmoment 57 entsteht, das das Sperrelement 15 und das die Formschlusskontur 16 aufweisende Formschlusselement 45 um die Schwenkachse des Gelenks 19 in Richtung der Rotationsachse 23 und damit weg von dem Anbindungselement 48 verschwenkt. Durch das Drehmoment 57 kippt das Sperrelement 15 in Richtung der Rotationsachse 23, wodurch die Formschlusseinheit 13 nach ausreichender Synchronisierung der Formschlusseinheit 13 eingelegt ist. Aufgrund der bewegungstechnischen Kopplung des Sperrelements 15 mit der Formschlusskontur 16 bewegt das Sperrelement 15 in Abhängigkeit von der Fliehkraft 52 und der Betätigungskraft 49 durch das Kippen in Richtung der Rotationsachse 23 die Formschlusskontur 16 selbstständig in die korrespondierende Formschlusskontur 17. Gemäß der 3 ist das Drehmoment 57 gegen den Uhrzeigersinn gerichtet. Eine Höhe des um die Schwenkachse des Gelenks 19 auf das Sperrelement 15 wirkenden Drehmoments 56, 57 ist dabei von den oben genannten Einflussfaktoren abhängig. Die Drehrichtungsumkehr des Drehmoments 56, 57 erfolgt jeweils abhängig von der Fliehkraft 52 und bei einer bestimmten Betätigungskraft 49. Da die Getriebeschalteinheit 10 als eine Getriebebremse ausgebildet ist, erfolgt die Drehrichtungsumkehr des Drehmoments 56, 57 jeweils abhängig von der Drehzahl des Sperrelements 15 bei der bestimmten Betätigungskraft 49.
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Das auf das Sperrelement 15 wirkende Drehmoment 56, 57 weist zum fliehkraftabhängigen Einlegen der Formschlusseinheit 13 einen drehzahlabhängigen Nulldurchgang auf, in dem das Drehmoment 56, 57 eine Drehrichtungsumkehr erfährt. Das auf das Sperrelement 15 wirkende Drehmoment 56, 57 erfährt in Abhängigkeit von der Betätigungskraft 49 und der Fliehkraft 52 und damit in Abhängigkeit eines Synchronisationsfortschritts in dem Nulldurchgang eine Drehrichtungsumkehr. Wirkt das Drehmoment 57 in Richtung der Rotationsachse 23 und damit nach unten, d. h. bezüglich der 2 oder 3 gegen den Uhrzeigersinn, kippt das Sperrelement 15 in Richtung Rotationsachse 23 (vgl. 3). Wirkt das Drehmoment 56 in Richtung Anbindungselement 48 und damit nach oben, d. h. bezüglich der 2 oder 3 im Uhrzeigersinn, kippt das Sperrelement 15 in Richtung Anbindungselement 48 (vgl. 2).
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Der drehzahlabhängige Nulldurchgang des Drehmoments 56, 57 ist abhängig von den oben genannten Einflussfaktoren. Der Nulldurchgang des Drehmoments 56, 57 ist durch eine jeweils zu einer Drehträgheit des Sperrelements 15, des Gelenks 19, des Formschlusselements 45 und des Anbindungselements 48 passenden Wahl von Größen der oben genannten Einflussfaktoren eingestellt. Bei ausgewogener Wahl der oben genannten Einflussfaktoren, die letztendlich eine Korrelation zwischen der Drehzahl, bei dem der Nulldurchgang erfolgt, und der Höhe der Betätigungskraft 49 bewirkt, kann erreicht werden, dass ein ausreichender Synchronisationsfortschritt, d. h. bis zu diesem Zeitpunkt eine ausreichende Synchronisation der Formschlusseinheit 13 erfolgt ist. Das Einlegen der Formschlusseinheit 13 erst bei einer ausreichenden Synchronisation der Formschlusseinheit 13 erfolgt ohne jeglichen Steuer- und Regelaufwand und insbesondere ohne jeglichen Überwachungsaufwand. Eine Sensorik dafür entfällt. Es ist dafür keine Sensorik vorhanden.
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Zur Ausweitung eines Anpassungsbereichs und zur Einstellung einer Feinabstimmung kann die Getriebeschalteinheit 10 zusätzlich eine Torsionsfeder aufweisen. Die Torsionsfeder ist dabei zwischen dem Sperrelement 15 und dem Anbindungselement 48 angeordnet. Durch die Torsionsfeder kann sichergestellt werden, dass das Einlegen der Formschlusseinheit 13 drehzahlabhängig, nur nach ausrechender Synchronisation der Formschlusseinheit 13 erfolgt. Dadurch ist eine hohe Zuverlässigkeit der Synchronisierung mit deutlich einfacheren Bauteilen realisiert.
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Grundsätzlich kann die Getriebeschalteinheit 10 mehrere, gleichmäßig um die Rotationsachse 23 verteilte Sperrelemente aufweisen, die konzentrisch zu dem Anbindungselement 48 angeordnet sind. Die Sperrelemente sind jeweils einzeln mit einem Gelenk an das Anbindungselement 48 angebunden und durch das Gelenk jeweils mit einem eine Formschlusskontur aufweisenden zweiten Formschlusselement bewegungstechnisch gekoppelt. Die Getriebeschalteinheit 10 weist somit mehrere, voneinander unabhängige Sperrelemente, mehrere, voneinander unabhängige Gelenke und mehrere, voneinander unabhängige Formschlusselemente auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007036100 A1 [0002]
