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Die Erfindung richtet sich auf eine Getriebeeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei diese Getriebeeinrichtung konstruktiv derart gestaltet ist, dass diese zur Bereitstellung eines momentan geforderten Übersetzungsverhältnisses über eine Aktuatoranordnung wahlweise in einen ersten oder wenigstens einen zweiten Schaltzustand bringbar ist, wobei die Herbeiführung dieses ersten oder wenigstens zweiten Schaltzustands durch Festlegung oder Freigabe einer ersten bzw. einer zweiten Rotationskomponente dieser Getriebeeinrichtung bewerkstelligt wird und sich entsprechend dem gewählten Schaltzustand unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen einem Leistungseingang der Getriebeeinrichtung und wenigstens einem Leistungsausgang derselben ergeben.
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Derartige Getriebeeinrichtungen können insbesondere als Umlaufrädergetriebe ausgeführt werden, wobei die Festlegung der entsprechenden Rotationskomponenten, beispielsweise eines Planetenträgers oder eines Hohlrades üblicherweise durch Bremslamellen oder mechanische Arretiereinrichtungen bewerkstelligt wird.
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Aus der
DE 10 2012 004 371 A1 ist eine Kraftfahrzeugsgetriebebetätigungseinrichtung bekannt, bei welcher mittels einer Sperrvorrichtung zwei rotierbare Schaltwalzen abwechselnd gegen Rotationen gesperrt werden können. Die Sperrelemente dieser Sperrvorrichtung können dabei mittels einer Wippe betätigt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen aufzuzeigen durch welche es möglich wird, eine Getriebeeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen robusten und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft realisierbaren Aufbau auszeichnet.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Getriebeeinrichtung die wahlweise in einem ersten oder wenigstens einem zweiten Schaltzustand betreibbar ist, mit:
- – einer zum Umlauf um eine erste Achse drehbar gelagerten ersten Rotationskomponente,
- – einer zum Umlauf um eine zweite Achse drehbar gelagerten zweiten Rotationskomponente,
- – einer ersten Arretiereinrichtung, zur schaltbar aufhebbaren rotatorischen Festlegung der ersten Rotationskomponente zur Einstellung eines ersten Schaltzustandes, und
- – einer zweiten Arretiereinrichtung, zur schaltbar aufhebbaren rotatorischen Festlegung der zweiten Rotationskomponente, zur Einstellung eines zweiten Schaltzustandes,
- – wobei die erste Arretiereinrichtung und die zweite Arretiereinrichtung mit einer Aktuatoreinrichtung derart gekoppelt sind, dass bei Fortsatz einer durch die Aktuatoreinrichtung generierten und die rotatorische Festlegung der ersten Rotationskomponente entriegelnden Stellbewegung eines Stellglieds, jene der rotatorischen Festlegung der zweiten Rotationskomponente dienende zweite Arretiereinrichtung in einen Verriegelungszustand verbracht wird, und
- – bei Fortsatz einer die zweite Arretiereinrichtung entriegelnden Stellbewegung jenes Stellglieds, die erste Arretiereinrichtung in einen die rotatorische Festlegung der ersten Rotationskomponente veranlassenden Verriegelungszustand verbracht wird.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Schaltzustandswechsel einer entsprechend aufgebauten Getriebeeinrichtung durch eine zuverlässig zeitlich koordinierte Aufhebung und Herbeiführung der Verriegelungszustände der beiden Arretiereinrichtungen über einen einzigen Aktuator zu veranlassen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeeinrichtung derart aufgebaut, dass die zum Umlauf der zweiten Rotationskomponente vorgesehene zweite Rotationsachse gegenüber der zum Umlauf der ersten Rotationskomponente vorgesehenen ersten Rotationsachse radial versetzt ist. Dieser Radialversatz kann insbesondere erreicht werden, indem wenigstens die erste und/oder die zweite Rotationskomponente über ein Stirnrad getrieben wird, das in ein koaxial zu einer Hauptgetriebeachse angeordnetes und um diese umlaufendes Getriebeorgan eingreift. Die erste und/oder die zweite Rotationskomponente können hierbei ggf. integral, d. h. einstückig mit diesem Stirnrad ausgebildet sein, oder auch direkt durch dieses Stirnrad realisiert sein.
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Insbesondere in Kombination mit der oben angegebenen Maßnahme ist es gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch möglich, die Getriebeeinrichtung so auszubilden, dass die zum Umlauf um die zweite Umlaufachse vorgesehene zweite Rotationskomponente gegenüber der zum Umlauf um die erste Rotationsachse vorgesehenen ersten Rotationskomponente axial versetzt ist. Die erste und die zweite Rotationskomponente können dann jeweils an Orten innerhalb des Getriebesystems angeordnet werden, an welchen jeweils eine kinematisch vorteilhafte Anbindung an die weiteren schaltbar festzulegenden Getriebekomponenten möglich ist.
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Die erste Rotationskomponente ist vorzugsweise so ausgebildet, dass diese eine zur formschlüssigen Arretierung vorgesehene Rastgeometrie aufweist. Diese Rastgeometrie kann insbesondere durch Aussparungen, Ausklinkungen, Überstände oder anderweitig hinreichend belastbar greifbare oder anderweitig form- oder kraftschlüssig haltbare Geometrien gebildet sein. Auch die zweite Rotationskomponente kann so ausgebildet sein, dass diese eine beispielsweise durch Klauen, Aussparungen oder anderweitige geometrische Strukturen zur formschlüssigen Arretierung geeignete Rastgeometrie bildet.
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Zur selektiven rotatorischen Festlegung der ersten Rotationskomponente kann in vorteilhafter Weise die erste Arretiereinrichtung so aufgebaut werden, dass diese eine Rastklinke umfasst, welche z. B. in schwenkbewegbarer Weise aus einer Rastposition in eine Freigabeposition verlagerbar ist. Auch die zweite Arretiereinrichtung kann in vorteilhafter Weise so gestaltet sein, dass diese eine entsprechend bewegbar geführte, insbesondere schwenkbare Rastklinke umfasst.
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Die beiden Rastklinken sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung miteinander kinematisch gekoppelt. Diese kinematische Koppelung kann insbesondere erreicht werden, indem die beiden Rastklinken über einen Wellenzapfen verbunden werden, der zugleich auch noch die Schwenklagerung dieser beiden Klinken ermöglicht, wobei dann die zur Herbeiführung oder Aufhebung der geforderten Schaltzustände über die Aktuatoreinrichtung aufzubringende Stellkraft in jenen Wellenzapfen eingekoppelt werden kann. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem auf jenem Wellenzapfen ein Getriebeglied, beispielsweise ein Zahnradsegment sitzt, in welches entweder eine Stellschnecke oder ein anderweitiges Stellglied eines Aktuators direkt eingreift.
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Insgesamt ist die Schalteinrichtung vorzugsweise so abgestimmt, dass eine Entriegelung einer der Arretiereinrichtungen eintritt, bevor eine Verriegelung der entsprechend anderen Arretiereinrichtung eintritt, wobei vorzugsweise nur möglichst geringer Totweg vorgesehen ist, d. h. vorzugsweise nach Freigabe einer Komponente die andere Komponente nach Überquerung eines kurzen Stellwegs gegriffen wird. Um kritische Schaltzustände zu vermeiden ist es möglich, die Eingriffsgeometrien zwischen den Rastklinken und den zugeordneten Rotationskomponenten so zu gestalten, dass bei unvollständiger Verriegelung die entsprechende Rastklinke noch in eine Entriegelungsstellung abgedrängt werden kann. Dies wird beispielsweise möglich, indem die Rastklinken mit gerundeten, oder angefasten Kanten versehen sind, wobei die Rundung oder Fasung hierbei so gestaltet ist, dass beispielsweise erst ab einer Eingriffstrecke von 5% des Sperrweges kein Abdrängen der Rastklinke mehr erfolgt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Rasteinrichtung vorzusehen, zur Rastierung der Rastklinken oder des Wellenzapfens oder einer anderweitig getrieblich mit den Rastklinken verbundenen Strukur in der Neutralstellung, der entsprechenden Sperrstellung oder anderweitigen vorgegebenen Ruhepositionen. Hierdurch wird es möglich, die Aktuatoreinrichtung nach Herbeiführung des geforderten Stellzustandes stromlos zu schalten und eben nur dann wieder anzusteuern, wenn eine Änderung des Schaltzustandes gewünscht wird. Die Rasteinrichtung kann eine Schnappmechanik umfassen die beispielsweise ein durch eine Feder belastetes Halteglied, z. B. eine verschiebbar geführte Kugel umfasst, wobei dieses Halteglied dann in eine Senkung oder anderweitige Komplementärgeometrie eintauchen kann, durch welche dann durch entsprechende Kräfte überwindbare Rastzustände herbeigeführt werden. Alternativ hierzu, oder auch in Kombination hiermit ist es möglich, weitere, ggf. durch anderweitige Aktuatoren, insbesondere über vermittels elektromagnetischer Spulen angesteuerte Sperrelemente, eine Sicherung und eine Freigabe der Arretiereinrichtung herbeizuführen oder aufzuheben. Diese Sperrelemente können so gestaltet sein, dass durch diese die Arretiereinrichtung in einer Sperrstellung gesichert werden kann, in welcher diese die Drehung einer Rotationskomponente festlegt, wobei dann bei entsprechender Ansteuerung des Sperrelementes die Arretiereinrichtung freigegeben wird und in einen Lösezustand verbracht werden kann in welchem die bislang gesperrte Rotationskomponente freigegeben wird. Bei Erreichen dieses Lösezustands wird vorzugsweise durch eine Sensoreinrichtung ein Signal generiert, dass anzeigt, dass Arretiereinrichtung sich im Lösungszustand befindet. Die rotatorische Festlegung der anderen Rotationskomponente erfolgt, sobald bestimmte Kriterien, z. B. die Unterschreitung einer Grenzdrehzahl der nunmehr festzulegenden anderen Rotationskomponente durch entsprechende Sensoren, oder anderweitige Signalauswertung erkannt wurde. Dann kann der zur Aufhebung des vorangegangenen Rastzustandes der ersten Rotationskomponente aktivierte Aktuator weiter betrieben werden und hierbei die Arretiereinrichtung in einen Zustand bringen in welchem diese nunmehr die Drehung der zweiten Rotationskomponente festlegt. Auch eine erneute Herbeiführung eines vorab aufgehobenen rotatorischen Festlegungszustandes einer Rotationskomponente ist möglich. Hierzu wird die Aktuatoreinrichtung derart angesteuert, dass diese eine gegenüber der vorangegangenen Stellbewegung umgekehrte Stellbewegung veranlasst und damit die Arretiereinrichtung wieder in den vorangegangenen Rastzustand verbringt.
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Die erfindungsgemäße Getriebeeinrichtung ist vorzugsweise als Umlaufrädergetriebe, insbesondere Planetengetriebe ausgeführt. Die Getriebeeinrichtung kann dann so aufgebaut werden, dass wenigstens die erste und/oder die zweite Umlaufachse der entsprechenden Rotationskomponente zu einer Zentralachse des Umlaufrädergetriebes radial versetzt ist. Die erste Rotationskomponente kann dann z. B. mit einem Planetenträger des Umlaufrädergetriebes gekoppelt sein, wogegen die zweite Rotationskomponente über eine Stirnradverzahnung an einem um die Zentralachse des Umlaufrädergetriebes umlaufenden Getriebeorgan – z. B. einem Hohlrad oder einem Zentralrad angreift. Hierbei ist es insbesondere möglich, die kinematische Einbindung der beiden Rotationskomponenten in die Getriebeeinrichtung so vorzunehmen, dass sich eine Zwangssynchronisierung der Rotationskomponenten ergibt die unmittelbar im Anschluss an die Aufhebung eines Verriegelungszustands die Herbeiführung des dann geforderten anderen Verriegelungszustands erlaubt.
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Die oben beschrieben, durch Rastklinken rotatorisch festlegbaren Rotationskomponenten können so gestaltet sein, dass diese unter Einbindung einer jeweils als Überlastkupplung fungierenden Zwischenmechanik in die Getriebeeinrichtung integriert sind. Diese Zwischenmechanik kann z. B. durch eine Reibungs- oder Überlastkupplung gebildet sein, welche bei schlagartiger Festlegung einer Rotationskomponente temporär in einen Schlupf- oder Öffnungszustand gelangt, der eine Weiterdrehung des festzulegenden Getriebeabschnitts zunächst ermöglicht. Auch die Rastklinken können mit nachgiebigen Strukturen ausgestattet sein, welche etwaige harte Schaltstöße abmildern.
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Die Aktuatoreinrichtung ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise als elektromechanischer Stelltrieb ausgeführt. Dieser kann insbesondere so gestaltet sein, dass dieser eine Stellspindel umfasst, über welche ein Stellglied nach Maßgabe einer Drehung der Stellspindel linear verlagerbar ist. Die Stellspindel wird über einen bidirektional betreibbaren Elektromotor angetrieben, wobei vorzugsweise zwischen der Stellspindel und dem Elektromotor ein Zwischengetriebe vorgesehen ist, durch welches sich an der Stellspindel ein gegenüber dem Ausgangsdrehmoment des Elektromotors erhöhtes Drehmoment ergibt. Die Getriebeeinrichtung und der Elektromotor können so ausgelegt sein, dass das sich hieraus ergebende Antriebssystem derart selbsthemmend ist, dass in stromlosem Zustand über übliche an der Stellspindel angreifende Reaktionsmomente keine Drehung derselben veranlasst wird. Soweit über die Stellspindel wie oben angesprochen ein Stellglied verfahren wird, ist es in vorteilhafter Weise möglich, auch bestimmte Stellungen dieses Stellgliedes durch eine Rastierungsmechanik, insbesondere eine Schnappmechanik in jenen Stellungen festzulegen. Aufgrund der kinematischen Koppelung der Arretiereinrichtung mit jenem Stellglied ergibt sich dann eine Rastierwirkung auch für die Arretiereinrichtung.
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Die Getriebeeinrichtung kann weiterhin mit Positionsgebern oder anderweitigen Sensoren ausgestattet sein, über welche feststellbar ist, in welcher Stellung sich die jeweils festzulegenden Rotationskomponente gerade befindet, und ob die momentane Drehzahl derselben niedrig genug ist, um einen Schaltvorgang durchzuführen. Die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser Informationen um eine möglichst sanfte Änderung des Schaltzustands zu erreichen. Die Kupplungen werden vorzugsweise nur betätigt, wenn hinreichend niedrige Drehzahlen von beispielsweise weniger als 20 U/min an der jeweiligen Rotationskomponente vorliegen.
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Die Getriebeeinrichtung kann so gestaltet sein, dass diese als Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug zur Herbeiführung der im Rahmen eines Standard-Fahrzeugbetriebes erforderlichen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse fungiert. Das erfindungsgemäße Fahrzeuggetriebe kann jedoch gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung auch als sog. wälzendes Differential fungieren das beispielsweise im ersten Schaltzustand keine Übersetzung und im zweiten Schaltzustand eine z. B. für den Betrieb auf schwerem Gelände geeignete hohe Übersetzung bietet.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten und Merkmal der Erfindung ergebenen sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Detaildarstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeuggetriebe vorgesehenen Schalteinrichtung;
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2 eine Schemadarstellung zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebe vorgesehenen Schalteinrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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Die Darstellung nach 1 zeigt in Form einer perspektivischen Detailansicht einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäß aufgebauten Fahrzeuggetriebe. Dieses Fahrzeuggetriebe ist wahlweise in einem ersten oder wenigstens einem zweiten Schaltzustand betreibbar.
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Die Getriebeeinrichtung umfasst eine zum Umlauf um eine erste Achse X1 drehbar gelagerte erste Rotationskomponente R1, sowie eine zum Umlauf um eine zweite Achse X2 drehbar gelagerte zweite Rotationskomponente R2. Weiterhin umfasst die Getriebeeinrichtung eine erste Arretiereinrichtung C1, zur schaltbar aufhebbaren rotatorischen Festlegung der ersten Rotationskomponente R1 zur Einstellung eines ersten Schaltzustandes, sowie eine zweite Arretiereinrichtung C2, zur schaltbar aufhebbaren rotatorischen Festlegung der zweiten Rotationskomponente R2, zur Einstellung eines zweiten Schaltzustandes.
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Die Getriebeeinrichtung ist derart aufgebaut, dass die erste Arretiereinrichtung C1 und die zweite Arretiereinrichtung C2 mit einer Aktuatoreinrichtung A1 derart gekoppelt sind, dass bei Fortsatz einer die erste Arretiereinrichtung C1 entriegelnden Stellbewegung die zweite Arretiereinrichtung C2 in einen Verriegelungszustand verbracht wird, und bei Fortsatz einer die zweite Arretiereinrichtung C2 entriegelnden Stellbewegung die erste Arretiereinrichtung C1 in einen Verriegelungszustand verbracht wird. Durch diesen Aufbau wird es auf vorteilhafte Weise möglich, den Schaltzustandswechsel des Getriebes durch eine korrekt synchronisierte Aufhebung und Herbeiführung der Verriegelungszustände der beiden Arretiereinrichtungen C1, C2 über eine einzige Aktuatoreinrichtung A1 zu veranlassen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zum Umlauf der zweiten Rotationskomponente R2 vorgesehene zweite Rotationsachse X2 gegenüber der zum Umlauf der ersten Rotationskomponente X1 vorgesehenen ersten Rotationsachse X1 radial versetzt. Zudem ist wie erkennbar die zum Umlauf um die zweite Umlaufachse X2 vorgesehene zweite Rotationskomponente R2 auch gegenüber der zum Umlauf um die erste Rotationsachse X1 vorgesehenen ersten Rotationskomponente R1 axial versetzt.
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Sowohl die erste Rotationskomponente R1, als auch die zweite Rotationskomponente R2 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine zur formschlüssigen Arretierung vorgesehene Rastgeometrie G1, G2 auf. An der ersten Rotationskomponente R1 wird diese Rastgeometrie G1 durch taschenartige Ausklinkungen gebildet. Die erste Rotationskomponente R1 ist als glocken- oder trommelartiges Bauteil gestaltet und mit einem Hohlrad H1 drehstarr gekoppelt. Die zweite Rotationskomponente R2 ist als Rastrad mit mehreren in gleicher Teilung entlang des Außenmantels abfolgenden Nuten versehen. Diese Nuten bilden in Verbindung mit den zwischen diesen Nuten verbleibenden Nasen die zweite Rastgeometrie G2.
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Die erste Arretiereinrichtung C1 umfasst eine Rastklinke C12 welche mit einem Rastzungenabschnitt C13 in die taschenartigen Vertiefungen der ersten Rastgeometrie G1 eintauchen kann. Die zweite Arretiereinrichtung C2 umfasst ebenfalls eine Rastklinke C22 deren Rastzungenabschnitt C23 in die Nuten der zweiten Rastgeometrie G2 eintauchen kann.
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Die beiden Rastklinken C12, C22 sind miteinander kinematisch gekoppelt. Dies wird hier erreicht, indem die beiden Rastklinken C12, C22 über einen Wellenzapfen 1 gekoppelt sind. Die zur Herbeiführung oder Aufhebung der geforderten Schaltzustände erforderliche Stellkraft wird über die Aktuatoreinrichtung A1 in jenen Wellenzapfen 1 eingekoppelt. An dem Wellenzapfen 1 ist hierzu ein Zahnradsegment 2 fixiert. In dieses Zahnradsegment 2 greift über eine hier nicht weiter erkennbare Verzahnung ein Schlitten 3 ein. Dieser Schlitten 3 ist über eine Stellspindel 4 linear verfahrbar. Der Antrieb der Stellspindel 4 wird über ein Zwischengetriebe 5 und einen Elektromotor 6 bewerkstelligt. Es ist auch möglich, den Antrieb des Wellenzapfens 1 anderweitig zu bewerkstelligen, insbesondere die Stellspindel 4 als Schnecke auszubilden die direkt in das Zahnradsegment 2 eingreift. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden die beiden Rastklinken C12, C22 über den Wellenzapfen 1, insbesondere dessen Endabschnitte 1a, 1b schwenkbar gelagert. Die Einleitung des zum Schwenken des Wellenzapfens 1 erforderlichen Drehmomentes in den Wellenzapfen 1 erfolgt in einem zwischen den Endabschnitten 1a, 1b liegenden Mittenbereich in welchem das Zahnradsegment 2 mit dem Wellenzapfen 1 gekoppelt ist. Die Schwenkachse X3 des Wellenzapfens 1 ist zu den Umlaufachsen X1, X2 der beiden Rotationskomponenten R1, R2 radial versetzt.
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Die beiden Rastklinken C12, C22 sind miteinander derart starr gekoppelt, dass eine Entriegelung einer der Arretiereinrichtungen C1, C2 eintritt, bevor eine Verriegelung der entsprechend anderen Arretiereinrichtung C2, C1 eintritt. Die Getriebeeinrichtung ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Umlaufrädergetriebe ausgeführt. Hierbei ist die zweite Umlaufachse der zweiten Rotationskomponente R2 zu einer Zentralachse Z des Umlaufrädergetriebes radial versetzt, wobei bei der hier gezeigten Variante sich jene Zentralachse Z mit der ersten Rotationsachse X1 der ersten Rotationskomponente R1 deckt.
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Die Darstellung nach 2 veranschaulicht das der Erfindung zugrunde liegende Konzept weiter. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, bei einem Planetengetriebe, mit einem einzigen Aktuator Rotationskomponenten R1, R2 selektiv festzulegen die nicht auf einer gemeinsamen Achse, sondern auf lateral versetzten Achsen X1, X2 liegen. Die Erfindung sieht vor, dass ein Aktuator einen Doppeldrehhebel DH betätigt, der sich zwischen den auf parallelen Achsen X1, X2 angeordneten Klauenkupplungen G1, G2 befindet. Der Doppeldrehhebel DH trägt Rastklinken C12, C22 welche jeweils einen Zahn C13, C23 aufweisen und kann dann je nach Schwenkrichtung die eine oder andere Klauenkupplung G1, G2 schließen. Über eine Rastierung L und Referenzierung 7 kann der Doppeldrehhebel DH in einer nicht betätigenden Position zwischen den Wellen X1, X2 gehalten werden. Die beiden Zähne C13, C23 des Doppeldrehhebels DH können am gleichen Ende oder an entgegen gesetzten Enden einer entsprechenden Welle 1 bereitgestellt sein.
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Die hier gezeigten Rotationskomponenten R1, R2 bilden über die an Ihnen jeweils vorgesehenen Rastgeometrien G1, G2 jeweils formschlüssig koppelnde Klauenkupplungen die über den Drehhebel DH bei entsprechender Schwenkstellung desselben jeweils drehfest festlegbar sind. Der Drehhebel DH ist um eine Schwenkachse X3 (vgl. 1) schwenkbewegbar gelagert. Die Achse X3 verläuft parallel zu den Achsen X1, X2 der Rotationskomponenten R1, R2 und zudem von diesen beiden Achsen X1, X2 lateral beabstandet. Auf dem Drehhebel DH sind zwei Zähne C13, C23 ausgebildet, sodass wenn er sich in eine Richtung dreht, er eine Klauenkupplung schließt (der Drehhebel blockiert eine Welle die mit Gegenzähnen versehen ist). Die zweite Rotationskomponente R2 wird wenn der Drehhebel DH in die Gegenrichtung schwenkt, geschlossen. Die Klauenkupplungen werden nie gleichzeitig geschlossen. Die Zahnflanken der jeweiligen Rastgeometrie sind relativ steif ausgebildet um hohe Haltemomente zu erreichen. Die Flankenwinkel liegen vorzugsweise im Bereich von 2° bis 10°. Die jeweilige Schaltstellung des Drehhebels DH, insbesondere dessen hier dargestellte 0-Stellung in welcher keine Arretierung der Rotationskomponenten R1, R2 erfolgt, wird durch einen Rastmechanismus L gehalten. Dieser Rastmechanismus L umfasst hier ein Fixierelement das über eine Federeinrichtung belastet ist und in der jeweiligen Haltestellung in eine Komplementärgeometrie eingreift. Die Raststellung kann bei Aufbringung hinreichender Schwenkkräfte verändert werden. Die Rastierung erfolgt hier beispielhaft durch einen Kugel/Federmechanismus und hält den Hebel in der dargestellten mittleren Stellung (beide Klauenkupplungen sind offen). Die Rastierung kann auch so gestaltet sein, dass diese ggf. zusätzlich zur <rastierung der Mittelstellung den Hebel DH in einer jeweils eingestellten Rastposition zumindest solange sichert, bis dieser unter Aufbringung entsprechender Aktuatorkräfte aus dieser Rastposition herausgeschwenkt wird. Weiterhin ist es möglich, die jeweils eingestellte Stellung des Drehhebels DH, insbesondere zumindest die hier gezeigte 0-Stellung über einen Sensor zu erfassen. Der Antrieb des Drehhebels DH erfolgt wie in 1 dargestellt über einen Elektromotor. Das unter Einschluss des Elektromotors gebildete Aktuatorsystem umfasst einen Spindeltrieb der über eine Getriebeanordnung, beispielsweise eine Stirnradstufe getrieben wird. Die Getriebeanordnung des Aktuatorsystems kann auch als hoch übersetzende Getriebeanordnung ausgebildet sein und z. B. eine Planetenstufe oder einen Wolfromsatz umfassen.
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Insbesondere bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einem Kraftfahrzeug ist es möglich, durch eine Abstimmung der an der Getriebeanordnung anliegenden Drehmomente die Drehzahl der jeweils festzulegende Rotationskomponente R1, R2 so abzusenken, dass diese weitgehend ruckfrei und ohne Last über die in diese eingreifende Klinke gesperrt werden kann. Unmittelbar nach Herbeiführung des gewünschten Schaltzustands kann dann die Getriebeanordnung wieder ein Lastmoment übertragen. Dieses Konzept ist insbesondere in Verbindung mit einem elektromotorischen Hauptantrieb, oder in Verbindung mit einem Hybridantriebssystem vorteilhaft umsetzbar, da über entsprechende Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors kurzzeitig geeignete, insbesondere auf die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit abgestimmte Drehzahlen am Getriebeeingang einstellbar sind, die es erlauben die entsprechende Rotationskomponente über einen im wesentlichen starren Mechanismus durch Schalten von schwenkbewegbar verlagerbaren Klinken festzulegen.
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Nachfolgend wird zur weiteren vertieften Beschreibung der Erfindung die Funktionsweise eines mit einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ausgestatteten Fahrzeuggetriebes beschrieben. Dieses Fahrzeuggetriebe ist dabei ein Umlaufrädergetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe das in wenigstens zwei verschiedenen Schaltzuständen betreibbar ist. Die Einstellung jeweils eines Schaltzustandes wird erreicht indem bestimmte Abschnitte des Planetetengetriebes selektiv drehfest festgelegt, oder eben zur Drehung freigegeben werden. Diese Festlegung oder Freigabe erfolgt indem entweder eine erste Rotationskomponente R1 oder eine zweite Rotationskomponente R2 festgelegt wird. Um beispielsweise eine Festlegung der ersten Rotationskomponente R1 zu erreichen wird die Aktuatoreinrichtung A1 derart angesteuert, dass sich das Spindelelement 4 entgegen dem Urzeigersinn dreht. Das Spindelelement 4 schiebt dann den darauf sitzenden Schlitten 3 in der Darstellung nach 1, nach links. Aufgrund des Zahneingriffs zwischen dem Schlitten 3 und dem Zahnradsegment 2 schwenkt der Wellenzapfen 1 ebenfalls in eine dem Urzeigersinn entgegen gesetzte Richtung und die Rastklinke C12 kippt nach unten ab, wobei deren Rastzunge C13 in die als Taschen in der ersten Rotationskomponente R1 ausgebildete Rastgeometrie eingreift. Nunmehr ist die erste Rotationskomponente R1 rotatorisch festgelegt. Hierdurch ergibt sich auch eine Festlegung der mit jener ersten Rotationskomponente R1 kinematisch gekoppelten Glieder des Umlaufrädergetriebes, beispielsweise des Hohlrades H1. Die zweite Rotationskomponente R2 ist dann, wenn die erste Rotationskomponente R1 drehfest festgelegt ist, frei drehbar.
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Zur Änderung des durch Arretierung der ersten Rotationskomponente R1 eingestellten Schaltzustandes der Getriebeeinrichtung wird nunmehr die Aktuatoreinrichtung A1 derart angesteuert, dass sich die Stellspindel 4 im Uhrzeigersinn dreht. Hierbei wird das Schlittenelement 3 in der Darstellung nach 1 nach rechts verfahren. Hierdurch werden das Zahnradsegment 2 und der mit diesem starr gekoppelte Wellenzapfen 1 entgegen den Uhrzeigersinn geschwenkt. Hierbei kippt die erste Rastklinke C12 nach oben und deren Rastzunge C13 wandert aus der entsprechenden Haltegeometrie der ersten Rotationskomponente R1 heraus. Sobald die Rastzunge C13 aus dem Bahnraum der Rastgeometrie der ersten Rotationkomponente durch radiale Verlagerung herausbewegt ist, wird eine nicht näher dargestellte, prinzipiell in 2 veranschaulichte Rastiereinrichtung L wirksam durch welche der Wellenzapfen 1 in einer Neutralstellung gehalten wird. Das Erreichen dieser Neutralstellung kann sensorisch erfasst werden. Es ist zudem auch über den Leistungsbezug der Aktuatoreinrichtung A1 erkennbar, und zwar indem der Übergang in die Neutralstellung durch die Rastkraft der Rastiereinrichtung unterstützt und hierbei als Motorstromabfall an der Aktuatoreinrichtung erkennbar ist. Bei Erreichen der Neutralstellung kann der Betrieb der Aktuatoreinrichtung A1 zunächst beendet werden, und zwar bis durch signaltechnische Verarbeitung weiterer, ggf. sensorisch erfasster Systemparameter festgestellt wird, dass nunmehr eine drehstrarre Festlegung der zweiten Rotationskomponente R2 zulässig ist. Ist dies der Fall, so wird die Aktuatoreinrichtung A1 derart abgesteuert, dass sich die Stellspindel 4 weiterhin im Uhrzeigersinn dreht und damit das Schlittenelement 3 noch weiter nach rechts wandert. Hierbei schwenkt nunmehr die rastlinke C22 in eine Sperrstellung in welcher die Rastzunge C23 in die Umlaufbahn der Rastgeometrie G2 der zweiten Rotationskomponente R2 eintaucht. Nunmehr ist die zweite Rotationskomponente R2 drehfest festgelegt. Die Rastzunge C13 der ersten Rastklinke ist dann noch weiter radial aus der Umlaufbahn der ersten Rastgeometrie G1 herausverlagert.
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Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für die Festlegung rotatorischer Komponenten von Umlaufrädergetrieben die axial und radial voneinander beabstandet sind, wobei die Lage der Schwenkachse und die Verbindung der Rastklinken so gewählt ist, dass die Rastklinken starr zwangssynchronisiert den Bahnraum einer durch die jeweilige Rotationskomponente bereitgestellten Bahnraum erreichen können. Bei einer Koppelung der Rastklinken über einen Wellenzapfen kann hierbei eine gegenläufige Festlegung und Freigabe axial weit beabstandeter und zudem um radial versetzte Achsen umlaufender Rotationskomponenten errecihat werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellenzapfen
- 1a
- Endabschnitt
- 1b
- Endabschnitt
- 2
- Zahnradsegment
- 3
- Schlitten
- 4
- Stellspindel
- 5
- Zwischengetriebe
- 6
- Elektromotor
- A1
- Aktuatoreinrichtung
- DH
- Doppeldrehhebel
- C1
- Arretiereinrichtung
- C2
- Arretiereinrichtung
- C13
- Rastzungenabschnitt
- C23
- Rastzungenabschnitt
- C12
- Rastklinke
- C22
- Rastklinke
- G2
- Rastgeometrie
- G2
- Rastgeometrie
- H1
- Hohlrad
- R1
- Rotationskomponente
- R2
- Rotationskomponente
- X1
- Achse
- X2
- Achse
- X3
- Achse
- L
- Rastierung
- 7
- Referenzierung
