DE102012204470A1

DE102012204470A1 - Getriebestufe und Verfahren zum Betrieb einer Getriebestufe

Info

Publication number: DE102012204470A1
Application number: DE102012204470A
Authority: DE
Inventors: Taha Yahya
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-10-04

Abstract

Es ist eine Getriebestufe, insbesondere Zweiganggetriebe, für einen elektromotorisch betreibbaren Antriebsstrang vorgesehen, mit einem ein Sonnenrad aufweisenden Patentengetriebe, wobei das Sonnenrad mit mindestens einem von einem Planetenträger gehaltenen Planetenrad und das Planetenrad mit einem Hohlrad kämmt, einer mit dem Patentengetriebe verbundenen Antriebswelle, einer mit dem Patentengetriebe verbundenen Abtriebswelle, einem. insbesondere mit dem Hohlrad verbundenen, Synchronisierring, wobei der Synchronisierring zur Umfangsrichtung angeschrägte Synchronisierzähne aufweist, und einer in den Synchronisierring eingreifbaren Schiebemuffe zum Arretieren des Synchronisierrings mit Hilfe von in die Synchronisierzähne eingreifenden Arretierzähnen der Schiebemuffe, wobei die Arretierzähne der Schiebemuffe bei einer Vorwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings in einer ersten Axialposition relativ zum Synchronisierring und bei einer Rückwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings in einer von der ersten Axialposition verschiedenen zweiten Axialposition relativ zum Synchronisierring positionierbar sind, wobei die Synchronisierzähne und die Arretierzähne derart konturiert sind, dass in der ersten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle die Schiebemuffe selbsthemmend mit dem Synchronisierring ausgeführt ist und in der zweiten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle die Schiebemuffe selbstöffnend mit dem Synchronisierring ausgeführt ist. Dadurch ist ein betriebssicheres Notlaufverhalten für den Antriebsstrang ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebestufe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Getriebestufe, mit deren Hilfe eine Übersetzung zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle geändert werden kann.
Bei einem elektromotorischen Antriebsstrang ist es möglich mit Hilfe eines Elektromotors ein Drehmoment sowohl für eine Vorwärtsfahrt als auch für eine Rückwärtsfahrt umgehend bereitzustellen. Damit der Elektromotor für die Vorwärtsfahrt über einen möglichst großen Drehzahlbereich mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden kann, kann die mit dem Elektromotor koppelbare Antriebswelle über eine ein Planetengetriebe aufweisende Getriebestufe mit der Abtriebswelle verbunden sein, um das von dem Elektromotor bereitgestellte Drehmoment über zwei verschiedene Getriebegänge mit unterschiedlicher Übersetzung übertragen zu können. Hierzu kann die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden sein, während die Abtriebswelle mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden sein kann. Für den ersten Gang kann eine Untersetzung vorgesehen sein, indem ein Hohlrad des Planetengetriebes mit Hilfe einer Schiebemuffe arretiert wird. Um ein möglichst komfortables Schalten zu ermöglichen ist die Schiebemuffe mit dem Hohlrad selbsthemmend in Engriff, das heißt eine Reibung zwischen der Schiebemuffe und dem Hohlrad führt zu einer axialen Kraft, welche die Schiebemuffe in den Formschluss mit den Hohlrad zieht. Da ein Leerlaufbetrieb für den Elektromotor nicht erforderlich ist, ist es nicht erforderlich ein Anfahrelement oder ein Trennelement vorzusehen, um den Antriebsstrang lastfrei zu stellen. Eine bewusste Zugkraftunterbrechung, beispielsweise als Teil eines Notlaufverhaltens im Falle eines technischen Defekts, muss durch eine Neutralstellung des Getriebegangs realisiert werden.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis bei einem Antriebsstrang ein betriebssicheres Notlaufverhalten vorzusehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die ein betriebssicheres Notlaufverhalten für einen Antriebsstrang ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Getriebestufe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Getriebestufe mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Getriebestufe, insbesondere Zweiganggetriebe, für einen elektromotorisch betreibbaren Antriebsstrang vorgesehen, mit einem ein Sonnenrad aufweisenden Patentengetriebe, wobei das Sonnenrad mit mindestens einem von einem Planetenträger gehaltenen Planetenrad und das Planetenrad mit einem Hohlrad kämmt, einer mit dem Patentengetriebe verbundenen Antriebswelle, einer mit dem Patentengetriebe verbundenen Abtriebswelle, einem, insbesondere mit dem Hohlrad verbundenen, Synchronisierring, wobei der Synchronisierring zur Umfangsrichtung angeschrägte Synchronisierzähne aufweist, und einer in den Synchronisierring eingreifbaren Schiebemuffe zum Arretieren des Synchronisierrings mit Hilfe von in die Synchronisierzähne eingreifenden Arretierzähnen der Schiebemuffe, wobei die Arretierzähne der Schiebemuffe bei einer Vorwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings in einer ersten Axialposition relativ zum Synchronisierring und bei einer Rückwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings in einer von der ersten Axialposition verschiedenen zweiten Axialposition relativ zum Synchronisierring positionierbar sind, wobei die Synchronisierzähne und die Arretierzähne derart konturiert sind, dass in der ersten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle die Schiebemuffe selbsthemmend mit dem Synchronisierring ausgeführt ist und in der zweiten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle die Schiebemuffe selbstöffnend mit dem Synchronisierring ausgeführt ist.
Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass durch einen technischen Defekt, beispielsweise eines Kurzschlusses des Elektromotors oder einer Fehlschaltung des Elektromotors, der Elektromotor keinen Zugbetrieb zum Antreiben der Abtriebswelle sondern unerwünschterweise einen Schubbetrieb zum Abbremsen der Abtriebswelle auslöst, wodurch ein Kraftfahrzeug plötzlichen abbremsen, blockieren oder sogar schleudern kann. Durch die axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe zwischen den zwei unterschiedlichen Axialpositionen können für die Vorwärtsfahrt und die Rückwärtsfahrt unterschiedliche Ausrichtung der wirksamen Reibpaarungen zwischen dem Synchronisierring und der Schiebemuffe vorgesehen werden, um für den gewünschten Fall eines Zugbetriebs bei einer Vorwärtsfahrt eine Selbsthemmung und für den ungewünschten Fall eines Schubbetriebs bei einer Rückwärtsfahrt ein automatisches Lösen der Schiebemuffe durch das selbstlösendes Verhalten der Schiebemuffe zu ermöglichen, um automatisch eine Neutralstellung der Getriebestufe als Teil eines betriebssicheren Notlaufverhaltens herbeizuführen. Dadurch ist ein betriebssicheres Notlaufverhalten für den Antriebsstrang ermöglicht.
Obwohl die Arretierzähne sowohl beim Zugbetrieb bei Vorwärtsfahrt als auch beim Schubbetrieb bei Rückwärtsfahrt an der selben Seite des zugeordneten Synchronisierzahns anliegen können, können in der ersten Axialposition und in der zweiten Axialposition unterschiedlich ausgerichtete Reibpaarungen vorgesehen werden, die in der ersten Axialposition zu einem selbsthemmenden Verhalten und in der zweiten Axialposition zu einem selbstlösenden Verhalten der Schiebemuffe führen. Insbesondere sind in der ersten Axialposition andere Bereiche des Synchronisierzahns und des Arretierzahns als in der zweiten Axialposition in Reibkontakt, wobei die unterschiedlichen Bereiche unterschiedlich ausgerichtet, insbesondere relativ zur Umfangsrichtung unterschiedlich angeschrägt, sein können. Obwohl die Arretierzähne sowohl beim Zugbetrieb bei Vorwärtsfahrt als auch beim Schubbetrieb bei Rückwärtsfahrt an der selben Seite des zugeordneten Synchronisierzahns anliegen können, wird durch die unterschiedliche Ausrichtung der Reibpaarungen in der ersten Axialposition und in der zweiten Axialposition erreicht, dass bei einem unerwünschten Schubbetrieb während einer Rückwärtsfahrt der im Normalbetrieb erwünschte selbsthemmende Eingriff der Schiebemuffe in den Synchronisierring vermieden ist und statt dessen ein selbstlösenden Eingriff der Schiebemuffe in den Synchronisierring vorgesehen ist. Bei dem selbstlösenden Eingriff der Schiebemuffe in den Synchronisierring führt eine Reibung zwischen der Schiebemuffe und dem Synchronisierring zu einer axialen Kraft, welche die Schiebemuffe aus den Formschluss mit den Synchronisierring herausdrückt und automatisch eine Neutralstellung der Getriebestufe herbeiführt. Eine Arretierung insbesondere des Hohlrads kann dadurch aufgehoben werden, so dass ein Abbremsen des Kraftfahrzeugs während eines Schubbetriebs infolge eines Defekts vermieden werden kann.
Die Getriebestufe bildet insbesondere ein Zweiganggetriebe aus, so dass weitere Planetengetriebe zur Wandlung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle vermieden werden können. Die Getriebestufe kann insbesondere für ein Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug und/oder in einem Teilantriebsstrang eines Hybridfahrzeugs eingesetzt werden. Der Synchronisierring kann insbesondere durch einen in axialer Richtung abstehenden Kragen ausgebildet werden, wobei der Kragen insbesondere einstückig mit dem entsprechenden Bauteil des Planetengetriebes, Sonnenrad, Planetenrad, Hohlrad oder Planetenträger, verbunden ist. Der Kragen kann einen von dem Nenndurchmesser der zugehörigen Verzahnung des entsprechenden Bauteils des Planetengetriebes verschiedenen Kragendurchmesser aufweisen. Insbesondere ist der Kragendurchmesser kleiner als der Nenndurchmesser, so dass eine entsprechend klein dimensionierte Schiebemuffe verwendet werden kann. Der Kragen kann beispielsweise in einer in dem entsprechenden Bauteil des Planetengetriebes ausgebildeten Aufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Welle oder in einen radial innen ausgebildeten Absatz eingepresst sein. Der Kragen kann auch beispielsweise mit Hilfe von Stiften und/oder Nieten und/oder Verschraubungen drehfest mit dem entsprechenden Bauteil des Planetengetriebes, insbesondere Hohlrad, verbunden sein.
Insbesondere weist der Synchronisierzahn eine Standardsynchronisierreibfläche und der Arretierzahn eine Standardarretierreibfläche zum selbsthemmenden Reibschluss mit der Standardsynchronisierreibfläche in der ersten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle auf, wobei sich unter einem Winkel an der Standardsynchronisierreibfläche eine Trennsynchronisierreibfläche anschließt und sich unter einem Winkel an der Standardarretierreibfläche eine Trennarretierreibfläche zum selbstlösenden Reibschluss mit der Trennsynchronisierreibfläche in der zweiten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle anschließt. Sowohl die Standardsynchronisierreibfläche als auch die Trennsynchronisierreibfläche können durch einen entsprechend konturierten Synchronisierzahn ausgebildet werden. Sowohl die Standardarretierreibfläche als auch die Trennarretierreibfläche können durch einen entsprechend konturierten Arretierzahn ausgebildet werden. Insbesondere bilden der Synchronisierzahn und der Arretierzahn in Umfangsrichtung vorzugsweise stumpfe Pfeilspitzen aus, die aufeinander zu gerichtet sind, wobei die jeweiligen Pfeilspitzen in der ersten Axialposition und in der zweiten Axialposition in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind, um in der ersten Axialposition die Standardsynchronisierreibfläche und die Standardarretierreibfläche und in der zweiten Axialposition die Trennsynchronisierreibfläche und die Trennarretierreibfläche in Kontakt bringen zu können.
Vorzugsweise weist der Synchronisierzahn eine Rücksynchronisierreibfläche und der Arretierzahn eine Rückarretierreibfläche zum selbstlösenden Reibschluss mit der Rücksynchronisierreibfläche in der zweiten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle und/oder in der ersten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle auf. Da für die Rückwärtsfahrt kein Hochschalten in einen nächst höheren Gang erforderlich ist, ist es möglich für die Rückwärtsfahrt einen selbsthemmenden Eingriff der Schiebemuffe in den Synchronisierring nicht vorzusehen und stattdessen einen selbstlösenden Eingriff vorzusehen. Gleichzeitig kann ein selbstlösender Eingriff vorgesehen werden, falls während einer Vorwärtsfahrt ein unerwünschter Schubbetrieb ausgelöst wird. Die Rücksynchronisierreibfläche des Synchronisierzahns und die Rückarretierreibfläche des Arretierzahns können dadurch gerade konturiert sein, so dass es nicht erforderlich ist in Umfangsrichtung eine Pfeilspitze auszubilden.
Besonders bevorzugt ist die Schiebemuffe mit Hilfe eines Betätigungsaktors in Richtung von dem Synchronisierring weg mit einer Vorspannkraft beaufschlagbar. Bei einem Schalten in einen anderen Gang kann sich das an der Schiebemuffe angreifende Drehmoment allmählich verringern bis das Drehmoment so niedrig ist, dass die Vorspannkraft des Betätigungsaktors ausreicht die Schiebemuffe gegen die selbsthemmende Reibungskraft bei der Vorwärtsfahrt im Zugbetrieb aus dem Synchronisierring herauszuziehen und den Gang auszulegen.
Insbesondere ist die Antriebswelle mit dem Sonnenrad verbunden. Dies ermöglicht es über das Planetengetriebe eine Übersetzung, beispielsweise eine 1:1-Übersetzung, und/oder eine Untersetzung bereitzustellen.
Vorzugsweise ist die Abtriebswelle mit dem Planententräger verbunden. Dies ermöglicht es über das Planetengetriebe eine Übersetzung, beispielsweise eine 1:1-Übersetzung, und/oder eine Untersetzung bereitzustellen.
Besonders bevorzugt ist die Antriebswelle mit Hilfe einer Schaltkupplung, insbesondere eine Nasslamellenkupplung, mit dem Planetenträger drehfest kuppelbar. Durch die Schaltkupplung kann beispielsweise die Antriebswelle mit einer mit dem Planetenträger verbundenen Abtriebswelle für eine 1:1-Übersetzung gekoppelt werden. Dadurch lässt sich ein Gang der Gangstufe einlegen, während der andere Gang mit Hilfe der Schiebemuffe eingelegt werden kann.
Insbesondere ist ein mechanischer oder elektrischer Drehrichtungssensor zur Detektion der Drehrichtung des Synchronisierrings vorgesehen, wobei der Drehrichtungssensor mit einer Verstelleinrichtung zur axialen Verschiebung der Schaltmuffe zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition gekoppelt ist. Mit Hilfe des Drehrichtungssensors kann die Schiebemuffe automatisch zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition verschoben werden, so dass bei einem Defekt ein selbsthemmender Eingriff der Schiebemuffe in den Synchronisierring vermieden werden kann. Beispielsweise kann die Schaltmuffe gemeinsam mit dem Betätigungsaktor in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Synchronisierrings, insbesondere von der Drehrichtung des Hohlrads, verschoben werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit Elektromotor und mindestens einer Getriebestufe zur Übertragung eines Drehmoments von dem Elektromotor zu einem Abtriebselement, insbesondere Antriebsrad, wobei die Getriebestufe wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Dadurch ist ein betriebssicheres Notlaufverhalten für den Antriebsstrang ermöglicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Getriebestufe, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem die Schiebemuffe bei einer Vorwärtsdrehrichtung der Getriebestufe und einem Zugbetrieb der Antriebswelle selbsthemmend in Engriff mit dem Synchronisierring gebracht wird und die Schiebemuffe bei einer Rückwärtsdrehrichtung der Getriebestufe und einem Schubbetrieb der Antriebswelle selbstlösend in Engriff mit dem Synchronisierring gebracht wird. Dadurch ist ein betriebssicheres Notlaufverhalten für den Antriebsstrang ermöglicht. Das Verfahren kann insbesondere wir vorstehend anhand der Getriebestufe erläutert aus- und weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
1: eine schematische Prinzipdarstellung eines Antriebsstrangs,
2: eine schematische Detailansicht einer Getriebestufe für den Antriebsstrang aus 1 bei Vorwärtsfahrt und Zugbetrieb,
3: eine schematische Detailansicht der Getriebestufe aus 2 bei Vorwärtsfahrt und Schubbetrieb,
4: eine schematische Detailansicht der Getriebestufe aus 2 bei Rückwärtsfahrt und Zugbetrieb und
5: eine schematische Detailansicht der Getriebestufe aus 2 bei Rückwärtsfahrt und Schubbetrieb.
Der in 1 dargestellte Antriebsstrang 10 weist einen Elektromotor 12 mit einem Stator 14 und einem Rotor 16 auf. Der Rotor 16 ist mit einer Antriebswelle 18 einer Gangstufe 20 verbunden, die ein Planetengetriebe 22 aufweist. Das Planetengetriebe 22 weist ein mit der Antriebswelle 18 verbundenes Sonnenrad 24 auf, das mit Planetenrädern 26 kämmt. Die Planetenräder 26 sind von einem Planetenträger 28 gehalten und kämmen mit einem Hohlrad 30. Der Planetenträger 28 ist mit einer Abtriebswelle 32 verbunden, die über eine Zwischenverzahnung 34 und ein Differentialgetriebe 36 mit einem als Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs ausgestaltetes Abtriebselement 38 verbunden ist.
Um eine 1:1-Übersetzung zwischen der Antriebswelle 18 und der Abtriebswelle 32 herbeizuführen, kann die Antriebswelle 18 mit Hilfe einer Schaltkupplung 40, die von einem Kupplungsaktor 42 betätigt werden kann, mit dem Planetenträger 28 und dadurch mit der Abtriebswelle 32 gekoppelt werden. Um eine Untersetzung zwischen der Antriebswelle 18 und der Abtriebswelle 32 herbeizuführen, kann bei geöffneter Schaltkupplung 40 das Hohlrad 30 mit einem feststehenden Gehäuse 44 arretiert werden. Hierzu weist das Hohlrad 30 einen in axialer Richtung abstehenden Kragen 46 auf, mit dem ein Synchronisierring 48 verbunden ist. Zur Arretierung kann der Synchronisierring 48 mit Hilfe einer axial verschiebbaren Schiebemuffe 50 an dem Gehäuse 44 abgestützt werden. Die Schiebemuffe 50 kann mit Hilfe eines Betätigungsaktors 52 verschoben werden.
Wie in 2 bis 5 dargestellt ist, weist der Synchronisierring 46 Synchronisierzähne 54 auf, zwischen die Arretierzähne 56 der Schiebemuffe 50 eingreifen können. In 2 und 3 befinden sich die Arretierzähne 56 der Schiebemuffe 50 in der ersten Axialposition und sind besonders weit axial in die Synchronisierzähne 54 eingeschoben. Im Normalbetrieb, das heißt bei der in 2 dargestellten Vorwärtsfahrt im Zugbetrieb des Elektromotors 12, liegt eine Standardsynchronisierreibfläche 58 des Synchronisierzahns 54 an einer Standardarretierreibfläche 60 des Arretierzahns 56 an. Die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Standardsynchronisierreibfläche 58 und Standardarretierreibfläche 60 sind zur Umfangsrichtung des Synchronisierrings 48 und der Schiebemuffe 50 derart angeschrägt, dass bei einer angreifenden Normalkraft 62 in Umfangsrichtung eine Axialkraft 64 bereitgestellt wird, welche die Schiebemuffe 50 in den Synchronisierring 48 zieht („selbsthemmend“).
Sollte beispielsweise aufgrund eines Defekts der Elektromotor 12 die Antriebswelle 18 nicht antreiben (Zugbetrieb) sondern abbremsen (Schubbetrieb) kommt, wie in 3 dargestellt, eine Rücksynchronisierreibfläche 66 des Synchronisierzahns 54 mit einer Rückarretierreibfläche 68 des Arretierzahns 56 in Kontakt. Die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Rücksynchronisierreibfläche 66 und Rückarretierreibfläche 68 sind zur Umfangsrichtung des Synchronisierrings 48 und der Schiebemuffe 50 derart angeschrägt, dass bei einer angreifenden Normalkraft 62 in Umfangsrichtung eine Axialkraft 64 bereitgestellt wird, welche die Schiebemuffe 50 von dem Synchronisierring 48 wegdrückt („selbstlösend“). Die Schiebemuffe 50 wird dadurch automatisch aus den Eingriff mit dem Synchronisierring 48 gebracht, so dass der entsprechende Gang ausgelegt wird und die Neutralstellung der Gangstufe 20 herbeigeführt wird.
Bei der in 4 und 5 dargestellten Rückwärtsfahrt befindet sich die Schiebemuffe 50 in der zweiten Axialposition, in welcher die Schiebemuffe 50 im Vergleich zur ersten Axialposition in einem geringeren Ausmaß in den Synchronisierring 48 eingeschoben ist. Bei der in 4 dargestellten Rückwärtsfahrt im Zugbetrieb des Elektromotors 12 befindet sich die Rücksynchronisierreibfläche 66 des Synchronisierzahns 54 mit der Rückarretierreibfläche 68 des Arretierzahns 56 in selbstlösenden Kontakt. Wenn beispielsweise aufgrund eines Defekts bei der Rückwärtsfahrt ein Schubbetrieb des Elektromotors 12 ausgelöst wird, gelangt aufgrund der entsprechenden Konturierung des Synchronisierzahns 54 und des Arretierzahns 56 nicht die Standardsynchronisierreibfläche 58 mit der Standardarretierreibfläche 66 in Kontakt sondern eine Trennsynchronisierreibfläche 70 des Synchronisierzahns 54 mit einer Trennarretierreibfläche 72 des Arretierzahns 56. Die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Trennsynchronisierreibfläche 70 und Trennarretierreibfläche 72 sind zur Umfangsrichtung des Synchronisierrings 48 und der Schiebemuffe 50 derart angeschrägt, dass bei einer angreifenden Normalkraft 62 in Umfangsrichtung eine Axialkraft 64 bereitgestellt wird, welche die Schiebemuffe 50 von dem Synchronisierring 48 wegdrückt („selbstlösend“). Dadurch kann an einer Seite des Synchronisierzahns 54 und des Arretierzahns 56, an der im Normalbetrieb ein selbsthemmender Eingriff vorgesehen ist, aufgrund der axialen Verschiebung der Schiebemuffe 50 zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Synchronisierrings 48 ein selbstlösender Eingriff für den Fall vorgesehen werden, dass bei einer Rückwärtsfahrt ein ungewollter Schubbetrieb des Elektromotors 12 ausgelöst wird.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Elektromotor
14: Stator
16: Rotor
18: Antriebswelle
20: Gangstufe
22: Planetengetriebe
24: Sonnenrad
26: Planetenrad
28: Planetenträger
30: Hohlrad
32: Abtriebswelle
34: Zwischenverzahnung
36: Differentialgetriebe
38: Abtriebselement
40: Schaltkupplung
42: Kupplungsaktor
44: Gehäuse
46: Kragen
48: Synchronisierring
50: Schiebemuffe
52: Betätigungsaktor
54: Synchronisierzahn
56: Arretierzahn
58: Standardsynchronisierreibfläche
60: Standardarretierreibfläche
62: Normalkraft
64: Axialkraft
66: Rücksynchronisierreibfläche
68: Rückarretierreibfläche
70: Trennsynchronisierreibfläche
72: Trennarretierreibfläche

Claims

Getriebestufe, insbesondere Zweiganggetriebe, für einen elektromotorisch betreibbaren Antriebsstrang (10), mit einem ein Sonnenrad (24) aufweisenden Patentengetriebe (22), wobei das Sonnenrad (24) mit mindestens einem von einem Planetenträger (28) gehaltenen Planetenrad (26) und das Planetenrad (26) mit einem Hohlrad (30) kämmt, einer mit dem Patentengetriebe (22) verbundenen Antriebswelle (18), einer mit dem Patentengetriebe (22) verbundenen Abtriebswelle (32), einem, insbesondere mit dem Hohlrad (30) verbundenen, Synchronisierring (48), wobei der Synchronisierring (48) zur Umfangsrichtung angeschrägte Synchronisierzähne (54) aufweist, und einer in den Synchronisierring (48) eingreifbaren Schiebemuffe (50) zum Arretieren des Synchronisierrings (48) mit Hilfe von in die Synchronisierzähne (54) eingreifenden Arretierzähnen (56) der Schiebemuffe (50), wobei die Arretierzähne (56) der Schiebemuffe (50) bei einer Vorwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings (48) in einer ersten Axialposition relativ zum Synchronisierring (48) und bei einer Rückwärtsdrehrichtung des Synchronisierrings (48) in einer von der ersten Axialposition verschiedenen zweiten Axialposition relativ zum Synchronisierring (48) positionierbar sind, wobei die Synchronisierzähne (54) und die Arretierzähne (56) derart konturiert sind, dass in der ersten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle (18) die Schiebemuffe (50) selbsthemmend mit dem Synchronisierring (48) ausgeführt ist und in der zweiten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle (18) die Schiebemuffe (50) selbstöffnend mit dem Synchronisierring (48) ausgeführt ist.
Getriebestufe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisierzahn (54) eine Standardsynchronisierreibfläche (58) und der Arretierzahn (56) eine Standardarretierreibfläche (60) zum selbsthemmenden Reibschluss mit der Standardsynchronisierreibfläche (58) in der ersten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle (18) aufweist, wobei sich unter einem Winkel an der Standardsynchronisierreibfläche (58) eine Trennsynchronisierreibfläche (70) anschließt und sich unter einem Winkel an der Standardarretierreibfläche (60) eine Trennarretierreibfläche (72) zum selbstlösenden Reibschluss mit der Trennsynchronisierreibfläche (70) in der zweiten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle (18) anschließt.
Getriebestufe nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisierzahn (54) eine Rücksynchronisierreibfläche (66) und der Arretierzahn (56) eine Rückarretierreibfläche (68) zum selbstlösenden Reibschluss mit der Rücksynchronisierreibfläche (66) in der zweiten Axialposition bei einem Zugbetrieb der Antriebswelle (18) und/oder in der ersten Axialposition bei einem Schubbetrieb der Antriebswelle (18) aufweist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (50) mit Hilfe eines Betätigungsaktors (52) in Richtung von dem Synchronisierring (48) weg mit einer Vorspannkraft beaufschlagbar ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (18) mit dem Sonnenrad (24) verbunden ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (32) mit dem Planententräger (28) verbunden ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (18) mit Hilfe einer Schaltkupplung (40), insbesondere eine Nasslamellenkupplung, mit dem Planetenträger (28) drehfest kuppelbar ist.
Getriebestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanischer oder elektrischer Drehrichtungssensor zur Detektion der Drehrichtung des Synchronisierrings (48) vorgesehen ist, wobei der Drehrichtungssensor mit einer Verstelleinrichtung zur axialen Verschiebung der Schaltmuffe (50) zwischen der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition gekoppelt ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit Elektromotor (12) und mindestens einer Getriebestufe (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Übertragung eines Drehmoments von dem Elektromotor (12) zu einem Abtriebselement (38), insbesondere Antriebsrad.
Verfahren zum Betrieb einer Getriebestufe (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Schiebemuffe (50) bei einer Vorwärtsdrehrichtung der Getriebestufe (20) und einem Zugbetrieb der Antriebswelle (18) selbsthemmend in Engriff mit dem Synchronisierring (48) gebracht wird und die Schiebemuffe (50) bei einer Rückwärtsdrehrichtung der Getriebestufe (20) und einem Schubbetrieb der Antriebswelle (18) selbstlösend in Engriff mit dem Synchronisierring (48) gebracht wird.