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Die vorliegende Erfindung betrifft einen 1-Motor-Getriebeaktor für eine Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung, mittels der Gangwechsel in der Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung vorgenommen werden können.
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Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtungen bekannt, die eine Vielzahl von Radsätzen für die Bildung von Übersetzungsstufen beziehungsweise Gängen aufweisen und bei denen die Energie beziehungsweise die Kraft für Gangwechselvorgänge nicht oder zumindest nicht komplett vom Fahrer des Kraftfahrzeugs aufgebracht wird. Solche Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtungen weisen hierzu häufig einen elektromechanischen Getriebeaktor auf. Mittels dieses Getriebeaktors, der eine sogenannte äußere Getriebeschaltung bildet beziehungsweise Bestandteil einer solchen ist, kann eine sogenannte innere Getriebeschaltung der Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung betätigt werden. Solche Getriebeaktoren sind beispielsweise als sogenannte 2-Motor-Getriebeaktoren bekannt, bei denen eine translatorische Bewegung einer Zahnstange durch eine Rotation einer Gewindespindel erzeugt wird, die in ein innenliegendes Schraubengewinde der Zahnstange eingreift. Hierzu wird die Zahnstange durch eine Drehmomentstütze abgestützt. Die Zahnstange treibt wiederum ein Zahnrad an, welches über eine Welle mit einem Schaltfinger verbunden ist. Durch die Bewegung des Schaltfingers werden Gangwechselvorgänge der Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtungen ausgelöst. Bei solchen 2-Motor-Getriebeaktoren kann eine Eingangsbewegung „IN” in beide Drehrichtungen der Gewindespindel eingeleitet werden und damit eine beidseitige Ausgangsbewegung „OUT” an dem Schaltfinger erfolgen. Diese Funktionalität ist mit sogenannten 1-Motor-Getriebeaktoren nicht möglich.
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Die nachveröffentlichte Druckschrift
DE 10 2013 207 871 A1 zeigt einen 1-Motor-Getriebeaktor umfassend eine Gewindespindel und eine Spindelmutter, welche mit zwei Umlenkzahnräder in Eingriff bringbar ist. Über diese Umlenkzahnräder kann eine Schaltbewegung einer hiermit verbundenen Schaltwelle in zwei Richtungen erreicht werden. Während die Spindelmutter mit einem Umlenkzahnrad in Eingriff ist, ist sie gegen Drehgesichert. Wird die Spindelmutter außer Eingriff gebracht, so kann sie an ein Spindelmutterzahnrad anstoßen und über ein hiermit verbundenes Zahnrad das Spindelmutterzahnrad antreiben. Über eine Kette von Verzahnungen kann dann hierüber durch Rotation der Spindelmutter die Schaltwelle in eine Wählbewegung versetzt werden.
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Aus der
DE 10 2006 054 902 A1 ist ferner eine Spindelmutter auf einer Gewindespindel bekannt, welche zumindest zwei Zahnstangen aufweist, welche jede für sich mit einem schwenkbaren Zahnrad in Wirkverbindung gebracht werden können. Über ein Verschwenken eines dieser Zahnräder kann dann eine Wählbewegung einer hiermit gekoppelten Schaltwelle erreicht werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und einen 1-Motor-Getriebeaktor anzugeben, mit dem ein Schaltfinger durch eine Drehung einer Gewindespindel in nur eine Drehrichtung in zwei unterschiedliche Richtungen gedreht werden kann.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem 1-Motor-Getriebeaktor gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des 1-Motor-Getriebeaktors sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Der erfindungsgemäße 1-Motor-Getriebeaktor für eine Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung weist eine Zahnstange mit einem Innengewinde und einer äußeren Verzahnungsgeometrie auf, wobei die Zahnstange über das Innengewinde durch eine eine Eingangsstelle darstellende Gewindespindel in einer axialen Richtung bewegbar ist, wobei durch die Zahnstange ein erstes Umlenkzahnrad zum Antreiben eines Zahnrads und ein zweites Umlenkzahnrad zum Antreiben des Zahnrads antreibbar ist, wobei das Zahnrad über eine Welle mit zumindest einem eine Ausgangstelle darstellenden Schaltfinger verbunden ist, wobei der zumindest eine Schaltfinger durch das erste Umlenkzahnrad in eine erste Schaltposition und durch das zweite Umlenkzahnrad in eine zweite Schaltposition verstellbar ist und wobei sich die äußere Verzahnungsgeometrie der Zahnstange maximal um 180° um die Zahnstange erstreckt, so dass die äußere Verzahnungsgeometrie der Zahnstange durch eine Drehung der Zahnstange entweder mit dem ersten Umlenkzahnrad oder mit dem zweiten Umlenkzahnrad in Eingriff bring bar ist.
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Der hier vorgeschlagene 1-Motor-Getriebeaktor dient insbesondere der Durchführung von Gangwechselvorgängen in einer Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung. Der 1-Motor-Getriebeaktor weist hierzu eine Zahnstange mit einem Innengewinde und einer äußeren Verzahnungsgeometrie auf. Bei der äußeren Verzahnungsgeometrie handelt es sich um eine Vielzahl von Zähnen, die auf einer äußeren Umfangsfläche der Zahnstange ausgebildet sind. Die Zahnstange ist über ein Innengewinde durch eine Rotation einer Gewindespindel in einer axialen Richtung bewegbar. Zu diesem Zweck ist die Gewindespindel relativ zu der Zahnstange verdrehbar. Das Innengewinde der Zahnstange wirkt hierbei nach Art eines Muttergewindes. Die Zahnstange und das Innengewinde sind insbesondere gemeinsam als ein (einziges) Bauteil ausgeführt. Die Gewindespindel ist insbesondere durch einen (einzigen) Elektromotor rotatorisch antreibbar und stellt eine Eingangsstelle eines Wechselgetriebes des 1-Motor-Getriebeaktors dar.
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Durch die Bewegung der Zahnstange in der axialen Richtung sind ein erstes Umlenkzahnrad zum Antreiben eines Zahnrads und ein zweites Umlenkzahnrad zum Antreiben des Zahnrads antreibbar. Das Zahnrad ist zudem über eine Welle mit zumindest einem eine Ausgangsstelle darstellenden Schaltfinger verbunden. Durch eine Drehung des Zahnrads durch das erste Umlenkzahnrad oder zweite Umlenkzahnrad ist der zumindest eine Schaltfinger aus einer Ausgangsposition in eine erste Schaltposition oder zweite Schaltposition verstellbar beziehungsweise verdrehbar. Der zumindest eine Schaltfinger stellt eine Ausgangstelle des Wechselgetriebes des 1-Motor-Getriebeaktors dar. Die äußere Verzahnungsgeometrie der Zahnstange erstreckt sich maximal um 180° um die Zahnstange, so dass die äußere Verzahnungsgeometrie der Zahnstange durch eine Drehung der Zahnstange entweder mit dem ersten Umlenkzahnrad oder mit dem zweiten Umlenkzahnrad in Eingriff bringbar ist. Durch den Wechsel der Umlenkzahnräder durch die Drehung der Zahnstange ist der zumindest eine Schaltfinger durch eine Drehung der Gewindespindel in nur einer Richtung aus einer Ausgangsposition in zwei Schaltpositionen verstellbar, wobei sich die zwei Schaltpositionen ausgehend von der Ausgangsposition in unterschiedlichen Drehrichtungen befinden.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn sich eine Gewindespindelachse der Gewindespindel und eine Wellenachse der Welle schneiden. Bei der Gewindespindelachse handelt es sich insbesondere um eine Rotationsachse der Gewindespindel. Bei der Wellenachse handelt es sich insbesondere um eine Rotationsachse der Welle.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn sich das erste Umlenkzahnrad und das zweite Umlenkzahnrad relativ zu dem Zahnrad gegenüberliegen. Insbesondere befinden sich das erste Umlenkzahnrad und das zweite Umlenkzahnrad um 180° versetzt zu dem Zahnrad.
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Die Gewindespindel weist einen Gewindespindelbund auf, wobei die Zahnstange durch eine Rotation der Gewindespindel in einer ersten Richtung von dem Gewindespindelbund wegbewegbar ist und die Zahnstange durch eine Rotation der Gewindespindel in einer zweiten Richtung in Richtung des Gewindespindelbunds bewegbar ist. Bei dem Gewindespindelbund handelt es sich insbesondere um einen Abschnitt der Gewindespindel, an dem die Zahnstange zur Anlage kommen kann und der durch die Zahnstange nicht überwindbar ist. Insbesondere kann es sich bei dem Gewindespindelbund um einen umlaufenden Kragen und/oder um eine Durchmesserstufe der Gewindespindel handeln. Bei der ersten Richtung kann es sich beispielsweise um eine Drehrichtung der Gewindespindel gegen den Uhrzeigersinn und bei der zweiten Richtung um eine Drehrichtung der Gewindespindel im Uhrzeigersinn handeln.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Zahnstange und eine Drehmomentstütze der Zahnstange durch eine Rotation der Gewindespindel in der zweiten Richtung um eine Gewindespindelachse drehbar sind. Hierdurch ist die äußere Verzahnungsgeometrie der Zahnstange entweder mit dem ersten Umlenkzahnrad oder mit dem zweiten Umlenkzahnrad in Eingriff bringbar. Die Zahnstange und die Drehmomentstütze sind insbesondere dann um die Gewindespindelachse drehbar, wenn die Zahnstange bei der Drehung der Gewindespindel in der zweiten Richtung an der Drehmomentstütze zur Anlage kommt.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Zahnstange eine Formschlussgeometrie aufweist. Die Formschlussgeometrie besitzt in einer Umfangsrichtung der Zahnstange einen nicht-runden Querschnitt.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn sich die Formschlussgeometrie ausgehend von Zahnenden der äußeren Verzahnungsgeometrie zu einem Zahnstangenzylinder erstreckt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Zähne der äußeren Verzahnungsgeometrie zumindest teilweise die Formschlussgeometrie bilden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Formschlussgeometrie von Zähnen der äußeren Verzahnungsgeometrie tangential in den Zahnstangenzylinder übergeht.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn eine Drehmomentstütze der Zahnstange eine Gegenform zur Formschlussgeometrie der Zahnstange aufweist. Die Gegenform zur Formschlussgeometrie der Zahnstange ist insbesondere derart ausgebildet, dass die Zahnstange relativ zu der Drehmomentstütze nicht rotierbar ist.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Zahnstange in der Drehmomentstütze in der axialen Richtung gleitbar gelagert ist. Hierzu sind die Zahnstange und die Drehmomentstütze insbesondere aus einer gleitfähigen Werkstoffpaarung ausgeführt, um eine reibungsarme Relativbewegung zueinander zu gewährleisten.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines 1-Motor-Getriebeaktors in einer Seitenansicht;
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2: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktor in einer Draufsicht;
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3: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktor in einer ersten Schaltsituation;
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4: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktors in einer zweiten Schaltsituation;
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5: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktors in einer dritten Schaltsituation;
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6: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktors in einer vierten Schaltsituation;
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7: eine schematische Darstellung des 1-Motor-Getriebeaktors in einer fünften Schaltsituation;
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8: Komponenten des 1-Motor-Getriebeaktors in einer perspektivischen Darstellung; und
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9: eine Zahnstange des 1-Motor-Getriebeaktors in einer perspektivischen Darstellung.
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Die 1 zeigt einen 1-Motor-Getriebeaktor 1 in einer schematischen Darstellung. Der 1-Motor-Getriebeaktor 1 weist eine Zahnstange 2 mit einem in der 9 gezeigten Innengewinde 3 auf. Mit dem in der 1 nicht gezeigten Innengewinde 3 kämmt eine Gewindespindel 6, die als Eingangsstelle 5 fungiert und durch deren Drehbewegung um eine Gewindespindelachse 16 die Zahnstange 2 in einer axialen Richtung 7 bewegbar ist. Hierbei wird die Zahnstange 2 durch eine Drehmomentstütze 21 gestützt. Durch die Bewegung der Zahnstange 2 in der axialen Richtung 7 ist wahlweise ein erstes Umlenkzahnrad 8 oder ein zweites Umlenkzahnrad 11 antreibbar. Das erste Umlenkzahnrad 8 und das zweite Umlenkzahnrad 11 kämmen wiederum mit einem Zahnrad 9, wobei das Zahnrad 9 über eine Welle 13 mit einem eine Ausgangsstelle 14 darstellenden Schaltfinger 15 verbunden ist. Der Schaltfinger 15 befindet sich in der 1 in einer Ausgangsposition 27.
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Die 2 zeigt den 1-Motor-Getriebeaktor 1 der 1 in einer Draufsicht. Zu erkennen ist hier, dass sich eine Gewindespindelachse 16 der Gewindespindel 6 und eine Wellenachse 17 der Welle 13 schneiden. Weiterhin ist in der 2 zu erkennen, dass eine äußere Verzahnungsgeometrie 4 der Zahnstange 2 mit dem ersten Umlenkzahnrad 8 in Eingriff steht.
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Die 3–7 zeigen unterschiedliche Schaltsituationen des 1-Motor-Getriebeaktors 1. In der 3 wurde die Zahnstange 2 durch eine Rotation der Gewindespindel 6 in einer ersten Richtung 19 von einem Gewindespindelbund 18 wegbewegt. Hierdurch wurde das erste Umlenkzahnrad 8 durch die Zahnstange 2 im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch das Zahnrad 9 wiederum durch das erste Umlenkzahnrad 8 gegen den Uhrzeigersinn verdreht wurde. Der Schaltfinger 15 wurde dadurch aus der in der 1 gezeigten Ausgangsposition 27 in eine erste Schaltposition 10 gedreht.
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Die 4 zeigt den 1-Motor-Getriebeaktor 1, nachdem die Zahnstange 2 durch eine Rotation der Gewindespindel 6 in einer zweiten Richtung 20 in Richtung des Gewindespindelbunds 18 bewegt wurde. Hierdurch wurde das erste Umlenkzahnrad 8 durch die Zahnstange 2 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wodurch wiederum das Zahnrad 9 durch das erste Umlenkzahnrad 8 im Uhrzeigersinn gedreht wurde, so dass der Schaltfinger 15 in die Ausgangsposition 27 zurückgekehrt ist.
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Wird die Gewindespindel 6 weiter in die zweite Richtung 20 gedreht, wenn sich die Zahnstange 2 in Kontakt mit dem Gewindespindelbund 18 befindet, dreht sich die Zahnstange 2 und die Drehmomentstütze 21 der Zahnstange 2 um die Gewindespindelachse 16 mit der Gewindespindel 6 mit, bis dass die Zahnstange 2 mit dem zweiten Umlenkzahnrad 11 in Eingriff gelangt. Diese Situation ist in der 5 gezeigt.
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Die 6 zeigt den 1-Motor-Getriebeaktor 1, nachdem die Zahnstange 2 durch eine Rotation der Gewindespindel 6 in der ersten Richtung 19 von dem Gewindespindelbund 18 wegbewegt wurde. Hierdurch wurde das zweite Umlenkzahnrad 11 gegen den Uhrzeigersinn verdreht. Das zweite Umlenkzahnrad 11 hat dadurch das Zahnrad 9 im Uhrzeigersinn verdreht, so dass der Schaltfinger 15 in eine zweite Schaltposition 12 bewegt wurde.
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Die 7 zeigt den 1-Motor-Getriebeaktor 1, nachdem die Zahnstange 2 durch eine Rotation der Gewindespindel 6 in der zweiten Richtung 20 in Richtung des Gewindespindelbunds 18 bewegt wurde. Hierdurch wurde das zweite Umlenkzahnrad 11 im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch das Zahnrad 9 wiederum gegen den Uhrzeigersinn gedreht worden ist, so dass der Schaltfinger 15 in die Ausgangsposition 27 zurückbewegt wurde.
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Die 8 zeigt schematisch einige Komponenten des in den 1–7 gezeigten 1-Motor-Getriebeaktors 1 in einer perspektivischen Darstellung. Zu erkennen ist insbesondere die Zahnstange 2 mit der äußeren Verzahnungsgeometrie 4. Die Zahnstange 2 ist parallel zu der Gewindespindelachse 16 mittels der Gewindespindel 6 bewegbar. Hierbei wird die Zahnstange 2 durch die Drehmomentstütze 21 gestützt und geführt, die in Richtung der Gewindespindelachse 16 ortsfest angeordnet ist. Hierzu weist die Zahnstange 2 eine Formschlussgeometrie 22 auf, die sich ausgehend von Zahnenden 23 von Zähnen 25 der äußeren Verzahnungsgeometrie 4 zu einem Zahnstangenzylinder 24 erstreckt. Weiterhin geht die Formschlussgeometrie 22 von den Zähnen 25 der äußeren Verzahnungsgeometrie 4 tangential in den Zahnstangenzylinder 24 über. Die Drehmomentstütze 21 der Zahnstange 2 weist eine Gegenform 26 zur Formschlussgeometrie 22 der Zahnstange auf. Hierdurch ist die Zahnstange 2 relativ zu der Drehmomentstütze 21 nicht verdrehbar. Die äußere Verzahnungsgeometrie 4 steht mit dem ersten Umlenkzahnrad 8 in Eingriff, mit dem das Zahnrad 9 antreibbar ist. Das Zahnrad 9 ist mit der Welle 13 verbunden und um die Wellenachse 17, die sich mit der Gewindespindelachse 16 schneidet, drehbar.
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Die 9 zeigt schematisch die Zahnstange 2 des in den 1–8 gezeigten 1-Motor-Getriebeaktors 1. Zu erkennen ist hier insbesondere das Innengewinde 3 der Zahnstange 2.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass mit einem 1-Motor-Getriebeaktor ein Schaltfinger durch eine Drehung einer Gewindespindel in nur eine Drehrichtung in zwei unterschiedliche Richtungen verstellbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- 1-Motor-Getriebeaktor
- 2
- Zahnstange
- 3
- Innengewinde
- 4
- äußere Verzahnungsgeometrie
- 5
- Eingangsstelle
- 6
- Gewindespindel
- 7
- axiale Richtung
- 8
- erstes Umlenkzahnrad
- 9
- Zahnrad
- 10
- erste Schaltposition
- 11
- zweites Umlenkzahnrad
- 12
- zweite Schaltposition
- 13
- Welle
- 14
- Ausgangsstelle
- 15
- Schaltfinger
- 16
- Gewindespindelachse
- 17
- Wellenachse
- 18
- Gewindespindelbund
- 19
- erste Richtung
- 20
- zweite Richtung
- 21
- Drehmomentstütze
- 22
- Formschlussgeometrie
- 23
- Zahnende
- 24
- Zahnstangenzylinder
- 25
- Zähne
- 26
- Gegenform
- 27
- Ausgangsposition
