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Die Erfindung betrifft ein Zwei-Gang-Getriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit dessen Hilfe eine Leistung einer elektrischen Maschine gewandelt werden kann.
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge werden in Zukunft immer wichtiger. Speziell bei Zweirädern, beispielsweise E-Bikes, Pedelecs, Scooter, Motorroller, Mofas, Mopeds, Motorräder, oder Dreirädern, beispielsweise Rikschas, sind Zwei-Gang-Getriebe sinnvoll, um einerseits Beschleunigung und Steigfähigkeit und andererseits eine hohe Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. Um zum Beispiel die charakteristische Startfähigkeit von bürstenlosen Gleichstrommotoren auszunutzen, empfehlen sich kupplungslose Zwei-Gang-Getriebe.
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Beim Beschleunigen eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs aus dem Stand kann eine elektrische Maschine zunächst aus dem Stillstand mit einem im Wesentlichen konstanten Drehmoment bis zu einer Grunddrehzahl beschleunigen. Wenn die Grunddrehzahl erreicht ist, bleibt die Antriebsleistung der elektrischen Maschine im Wesentlichen konstant, so dass für eine höhere Drehzahl das Drehmoment abnimmt. Um eine große Drehmoment- und Drehzahlspreizung zu erreichen, kann ein Zwei-Gang-Getriebe vorgesehen sein, das unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bereitstellt. So kann in einem niedrigen Drehzahlbereich ein hohes Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein, um zum Beschleunigen ein möglichst hohes Drehmoment bereitzustellen, während in einem hohen Drehzahlbereich ein niedriges Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein kann, um eine möglichst hohe Fahrzeuggeschwindigkeit realisieren zu können. Hierbei kann jedoch ein Gangwechsel von einem Übersetzungsverhältnis zu einem anderen Übersetzungsverhältnis zu einer Unterbrechung der Zugkraft führen, die als Komforteinbuße empfunden wird und vermieden werden soll.
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Aus der
DE 10 2012 221 056 A1 ist eine Getriebeschalteinrichtung mit einer Klauenschaltung bekannt, bei der ein Aktuator mittels Schaltkulisse eine Schiebemuffe axial verschiebt. Da dies allerdings kein Zwei-Gang-Getriebe ist, ist dieses Dokument nicht gattungsbildend.
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Bei solchen Getrieben kann es vorkommen, dass die Klauen der Schiebemuffe beim Schalten nicht exakt in die vorgesehenen Öffnungen der Zahnräder eingreifen, sondern erstmal am Zahnradkörper anschlagen. Dann kann es passieren, dass der Aktuatorfinger aus der Schaltkulisse springt oder verbogen wird. Neben diesem Schaden macht sich das Getriebe dann auch lautstark bemerkbar.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug eine komfortable Leistungsübertragung (ohne Geräusch und ohne Schaden) ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Zwei-Gang-Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Zwei-Gang-Getriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere Elektromotorroller, vorgesehen mit einer mit einer elektrischen Maschine verbindbaren Eingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments, einer mit einem Antriebsrad verbindbaren Ausgangswelle zum Ausleiten des Drehmoments, einer ersten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem ersten Übersetzungsverhältnis, einer zweiten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis, einer an der Eingangswelle oder an der Ausgangswelle drehfest aber axial verschiebbar geführten Schiebemuffe zur Herstellung eines Formschlusses mit einem ersten Zahnrad der ersten Gangstufe und/oder mit einem zweiten Zahnrad der zweiten Gangstufe, und einem einen ausfahrbaren Betätigungsfinger aufweisenden Betätigungsaktor zur axialen Verlagerung der Schiebemuffe, wobei die Schiebemuffe eine in Umfangsrichtung verlaufende gegenüber einer Radialebene angeschrägte Gleitrampe zum Ableiten an dem ausgefahrenen Betätigungsfinger des Betätigungsaktors aufweist, und wobei die Gleitrampe axial federnd ausgebildet ist.
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Wenn zwischen einem von der ersten Gangstufe ausgebildeten ersten Gang und einem von der zweiten Gangstufe ausgebildeten zweiten Gang geschaltet werden soll, ist es ausreichend den Betätigungsfinger des Betätigungsaktors auszufahren. In der ausgefahren Position des Betätigungsfingers kann der Betätigungsfinger seitlich in Kontakt mit der mindestens einen Gleitrampe gelangen. Der Betätigungsaktor und damit der Betätigungsfinger sind in der Regel in axialer Richtung der Schiebemuffe feststehend, während die Schiebemuffe axial verlagerbar ist. Wenn also bei einer Relativdrehung der Schiebemuffe zusammen mit der Eingangswelle beziehungsweise mit der Ausgangswelle relativ zu dem ausgefahrenen Betätigungsfinger die gegenüber der Radialebene der Schiebemuffe angeschrägte Gleitrampe an dem Betätigungsfinger abgleitet, wird eine axiale Verlagerung der Schiebemuffe erzwungen. Die Schiebemuffe kann dadurch den Formschluss mit dem einen Zahnrad verlassen und in axialer Richtung auf das andere Zahnrad zu verlagert werden. Die Schiebemuffe kann soweit axial verlagert werden, bis die Schiebemuffe einen Formschluss mit dem anderen Zahnrad herbeigeführt hat. Spätestens wenn die Schiebemuffe mit dem anderen Zahnrad formschlüssig gekoppelt ist, kann der Betätigungsfinger in die eingefahrene Position bewegt werden. Für ein Rückschalten kann der Betätigungsfinger wieder ausgefahren werden und an einer anderen Gleitrampe und/oder in einem in Umfangsrichtung versetzten Winkelbereich der Gleitrampe angreifen, die zur axialen Verlagerung der Schiebemuffe in die entgegengesetzte Axialrichtung ausgeformt ist.
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Mit Hilfe des an der Gleitrampe abgleitbaren Betätigungsfingers ist es möglich die zum Schalten der Gänge erforderliche axiale Verlagerung der Schiebemuffe innerhalb eines besonders kleinen Drehwinkelbereichs der Relativdrehung der Schiebemuffe zum Betätigungsfinger vorzunehmen. Das heißt, dass die mit der Schiebemuffe gekoppelte Welle, Eingangswelle oder Ausgangswelle, weniger als eine volle Umdrehung ausführt bis der Schaltvorgang zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang vollzogen ist. Dies führt zu einem extrem schnellen Gangwechsel, den ein Fahrer des Kraftfahrzeugs nicht als eine komfortbeeinträchtigende Zugkraftunterbrechung wahrnimmt. Gleichzeitig ist es durch die zwei Gangstufen möglich im Vergleich zu einer starren Übersetzung mit Hilfe einer an der Eingangswelle angekoppelten elektrischen Maschine einen größeren Drehmomentbereich und einen größeren Drehzahlbereich bereitzustellen und/oder die elektrische Maschine kleiner zu dimensionieren. Durch den an der Gleitrampe abgleitbaren Betätigungsfinger kann ein Schalten des Zwei-Gang-Getriebes mit Hilfe der Schaltmuffe sehr schnell erfolgen, so dass bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug eine komfortable Leistungsübertragung ermöglicht ist.
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Dank der federnden Gleitrampe passiert nichts, wenn die Klauen nicht sofort exakt in die vorgesehenen Öffnungen der Zahnräder eingreifen, sondern erst das Material der Zahnräder berühren. Die Gleitrampe gibt dann axial nach, erhöht aber durch ihre federnde Verformung den Axialdruck auf die Klauen und bewirkt so ein formschlüssiges Einrasten der Klauen einfach etwas später - aber ohne jeden Schaden und ohne Geräuschentwicklung. Der Fahrer merkt die kurze Verzögerung gar nicht, da schon nach ganz kurzer Relativverdrehung von Schaltmuffe und Zahnrad der Kraftschluss erfolgt. Die federnde Eigenschaft der Gleitrampe speichert kurzfristig Energie und verhindert ein hartes Klacken oder gar eine Beschädigung des Betätigungsfingers. Die Vorspannung oder die gespeicherte Energie beim Nichteingreifen wird also kurzfristig gespeichert und dann zurückgegeben, sobald Klauen und Öffnungen zusammenpassen und die Klauen einrasten können. Dies führt zu einem sanften, geräuschärmeren Schaltvorgang und schützt das Gesamtsystem vor Überlast.
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Zudem minimiert die Erfindung übermäßige Reibung an den Kontaktpunkten zwischen Betätigungsfinger und Gleitrampe und zwischen Schaltmuffenklaue und Zahnrad. Wenn ein Versatz oder ein Fluchtungsfehler beim Schalten passiert, absorbiert die Gleitrampenfeder die zusätzliche Last und speichert sie für später. Wenn dann Klauen und Öffnungen richtig zueinander stehen, sorgt die gespeicherte Energie für einen guten Eingriff im anderen Gang.
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Die Erfindung vermindert also Stöße oder Schläge und trägt zum Komfort bei, weil weniger Geräusche entstehen. Durch das federnde, schonende Gangwechseln wird erfindungsgemäß auch verhindert, dass Bauteile überlastet werden und brechen. Dies erhöht die Lebensdauer des Getriebes.
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Bevorzugt wird als elektrische Maschine für die Eingangswelle des erfindungsgemä-ßen Getriebes ein bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt. Dessen Charakteristik passt besonders gut zu dem Getriebe mit Zahnradblock und Schiebemuffe.
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Insbesondere weist die Schiebemuffe eine in Umfangsrichtung verlaufende gegenüber der Radialebene angeschrägte erste Gleitrampe zur Verlagerung der Schiebemuffe von dem ersten Zahnrad weg und eine in Umfangsrichtung verlaufende gegenüber der Radialebene angeschrägte zweite Gleitrampe zur Verlagerung der Schiebemuffe von dem zweiten Zahnrad weg auf, wobei die erste Gleitrampe und die zweite Gleitrampe in axialer Richtung einander gegenüberliegend zur Begrenzung einer in der Schiebemuffe ausgebildeten Führungsnut zur Aufnahme des ausgefahrenen Betätigungsfingers des Betätigungsaktors angeordnet sind. Der Betätigungsfinger kann zum Schalten des zweiten Gangs an der ersten Gleitrampe und zum Schalten des ersten Gangs an der zweiten Gleitrampe abgleiten. Die erste Gleitrampe und die zweite Gleitrampen können hierbei die Seitenwände der Führungsnut begrenzen, so dass der Betätigungsfinger in der ausgefahrenen Position in die in der Schaltmuffe ausgebildete Führungsnut eintauchen kann. Der Betätigungsfinger braucht dadurch nicht an den äußeren Axialseiten der Betätigungsmuffe angreifen. Stattdessen können die äußeren Axialseiten der Betätigungsmuffe ausschließlich für den Formschluss mit dem jeweils zugeordneten Zahnrad genutzt werden. Die axiale Erstreckung der Schaltmuffe kann dadurch gering gehalten werden, so dass der Bauraumbedarf des Zwei-Gang-Getriebes entsprechend gering ist. Durch den axialen Versatz der ersten Gleitrampe zur zweiten Gleitrampe ist es nicht erforderlich die erste Gleitrampe und die zweite Gleitrampe in Umfangsrichtung hintereinander in zueinander versetzten Winkelbereichen vorzusehen. Dadurch ist es nicht erforderlich die Drehwinkellage der Schiebemuffe relativ zum Betätigungsfinger zu detektieren, damit der Betätigungsfinger an der gewünschten Gleitrampe angreifen kann und nicht sofort die gewünschte axiale Verlagerung der Schiebemuffe wieder rückgängig macht. Stattdessen ist es möglich den Betätigungsfinger so weit wie möglich auszufahren, um an der richten Gleitrampe abgleiten zu können. Es können also zwei oder mehrere Gleitrampen eingesetzt werden.
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Günstigerweise ist der Betätigungsfinger des Betätigungsaktors im Wesentlichen in radialer Richtung der Schiebemuffe zwischen einer ausgefahrenen Position, in welcher der Betätigungsfinger mit der Gleitrampe in Kontakt gelangt, und einer eingefahrenen Position, in welcher der Betätigungsfinger zu der Gleitrampe radial versetzt positioniert ist, verlagerbar. Der Betätigungsaktor kann dadurch leicht in axialer Richtung zwischen der ersten Gangstufe und der zweiten Gangstufe in einem gemeinsamen Axialbereich mit der Schiebemuffe positioniert sein. Dies ermöglicht einen geringen axialen Bauraumbedarf für das Zwei-Gang-Getriebe.
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Bevorzugt schließt sich an der Gleitrampe eine in Umfangsrichtung verlaufende in Umfnagsrichtung angeschrägte Heberampe zur automatischen Bewegung des Betätigungsfingers von der ausgefahrenen Position in die eingefahrene Position an, wobei insbesondere die Heberampe an einem Umfangswinkel der Gleitrampe beginnt, bei dem der ausgefahrene Betätigungsfinger die Schiebemuffe maximal oder minimal weit axial verlagert hat. Wenn der Betätigungsfinger an der Gleitrampe abgeglitten ist, um die gewünschte axiale Verlagerung der Schiebemuffe herbeizuführen, kann der Betätigungsfinger von der in Umfangsrichtung nachfolgenden Heberampe automatisch in die eingefahrene Position gedrückt werden. Ein unnötiges seitliches Schleifen des Betätigungsfingers an der Gleitrampe kann vermieden werden. Zudem kann die von der Heberampe auf den Betätigungsfinger, insbesondere in Längsrichtung des Betätigungsaktors, ausgeübte Gegenkraft von dem Betätigungsaktor leicht festgestellt werden und, insbesondere automatisch, eine Schaltzustand in dem Betätigungsaktor auslösen, der den Betätigungsfinger in die eingefahrene Position bewegt. Insbesondere ist der Betätigungsfinger in die eingefahrene Position zu der Heberampe beabstandet, so dass auch ein unnötiger Schleifkontakt des Betätigungsfingers an der Heberampe vermieden ist. Der Betätigungsfinger ist durch die Heberampe nur solange in Kontakt mit der Gleitrampe, wie es zu axialen Verlagerung der Schiebemuffe notwendig ist, so dass unnötige reibungsbehaftete Relativbewegungen und/oder eine ungewollte Betätigung der Schiebemuffe vermieden ist.
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Die federnde Gleitrampe kann aus jedem geeigneten elastischen Material hergestellt sein. Sie kann aus federndem Kunststoff mit oder ohne Verstärkung, beispielsweis mit Glas- und/oder Carbonfasern, hergestellt sein. Bevorzugt ist sie aber aus Metall, wie Federstahl, Stahlblech oder Blech hergestellt.
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Bevorzugt ist die Gleitrampe ringförmig aufgebaut und an der Stelle, an der sie axial hervorragt, mit einer radial weiter innen liegenden Durchbrechung versehen, die es dem radial weiter außen liegenden Teil der Gleitrampe erlaubt, sich federnd gegenüber dem eigentlichen Körper der Gleitrampe in Axialrichtung zu bewegen und im Betrieb nachzugeben, wenn das Einrasten der Klauen in die vorgesehenen Öffnungen nicht sofort klappt. Die Durchbrechung ist bevorzugt bogenförmig und erstreckt sich bevorzugt über den halben Umfang der Gleitrampe. Die Durchbrechung und der radial weiter außen liegende, federnde Rand der Gleitrampe sind dann wie Halbkreisbögen geformt. So wird eine optimale Federwirkung der dort angeordneten axial hervorstehenden Rampen erreicht.
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Insbesondere weist die Gleitrampe eine Vorwärtsrampe zur axialen Verlagerung der Schiebemuffe bei einer Relativdrehung der Schiebemuffe zum Betätigungsfinger in einer ersten Umfangsrichtung und eine Rückwärtsrampe zur axialen Verlagerung der Schiebemuffe bei einer Relativdrehung der Schiebemuffe zum Betätigungsfinger in einer der ersten Umfangsrichtung entgegen gerichteten zweiten Umfangsrichtung auf, wobei insbesondere die Vorwärtsrampe und die Rückwärtsrampe an einem Umfangswinkel der Gleitrampe ineinander übergehen, bei dem der ausgefahrene Betätigungsfinger die Schiebemuffe maximal weit axial verlagert hat. Dadurch ist es möglich sowohl bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs als auch bei einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs zwischen den Gängen des Zwei-Gang-Getriebes zu schalten. Die Vorwärtsrampe und die Rückwärtsrampe können hierzu in abgewickelter Darstellung zueinander spiegelbildlich aneinander anliegen, wobei insbesondere die Vorwärtsrampe und die Rückwärtsrampe an ihrer höchsten Erhebung aneinander anliegen.
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Bevorzugt ist die Gleitrampe auf der Außenseite der Schiebemuffe angeordnet. Wenn zwei Gleitrampen verwendet werden, ist jede auf einer anderen Seite angeordnet. Die eine zum Beispiel gegenüber dem Zahnradsatz des ersten Ganges, die andere gegenüber dem Zahnradsatz des zweiten Ganges.
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Bevorzugt ist die Gleitrampe mit der Schiebemuffe fest verbunden. Dies kann durch alle an sich bekannten Verbindungsverfahren erfolgen, bevorzugt durch Aufpressen oder Einpressen.
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Vorzugswiese weist der Betätigungsaktor eine Zylinderspule zur magnetischen Verlagerung des Betätigungsfingers auf. Der Betätigungsaktor kann dadurch als Soleonid-Aktor ausgestaltet sein. Der Betätigungsaktor ist dadurch besonders kostengünstig und ermöglicht eine schnelle Verlagerung des Betätigungsfingers zwischen der eingefahrenen Position und der ausgefahrenen Position.
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Besonders bevorzugt weist die Schiebemuffe eine in Umfangsrichtung verlaufende in axialer Richtung angeschrägte erste Sperrrampe zum Arretieren der Schiebemuffe mit dem ersten Zahnrad und/oder eine in Umfangsrichtung verlaufende in axialer Richtung angeschrägte zweite Sperrrampe zum Arretieren der Schiebemuffe mit dem zweiten Zahnrad auf, wobei ein an der ersten Sperrrampe und/oder an der zweiten Sperrrampe angreifendes Sperrelement zur Aufprägung einer Sperrkraft mit einem Anteil in axialer Richtung vorgesehen ist. Das Sperrelement kann beispielsweise in radialer Richtung eine Sperrkraft, insbesondere eine Federkraft, aufprägen, von der ein Teil durch die als schiefe Ebene wirkende Sperrrampe in axialer Richtung wirkt. Der axiale Anteil der Sperrkraft kann die Schiebemuffe in eine Sperrstellung, in welcher die Schiebemuffe mit dem jeweiligen Zahnrad formschlüssig verbunden ist, drücken und/oder in der Sperrstellung zurückhalten. Insbesondere kann die Schiebemuffe von der Sperrkraft solange gegen das jeweilige Zahnrad gedrückt werden, bis gegebenenfalls nach einem Schlupfbetrieb die Drehzahl der Schiebemuffe mit der Drehzahl des Zahnrads synchronisiert ist und der Formschluss zwischen der Schiebemuffe und dem zugeordneten Zahnrad hergestellt ist. Ein Abgleiten des Betätigungsfingers an der Gleitrampe ist hierzu nicht erforderlich.
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Insbesondere ist das Sperrelement als mit einem Federelement vorgespannter Wälzkörper, insbesondere Kugel, ausgestaltet, wobei insbesondere das Sperrelement in radialer Richtung verlagerbar in der Eingangswelle oder in der Ausgangswelle aufgenommen ist. Wenn das Sperrelement zu Beginn der Sperrrampe besonders stark gegen die Federkraft des insbesondere Spiraldruckfeder ausgestalteten Federelements in die Welle hereingedrückt ist, wird ein entsprechend hohe Sperrkraft auf die Sperrrampe aufgeprägt, um den Formschluss der Schiebemuffe mit dem Zahnrad herbeizuführen. Sobald der Formschluss herbeigeführt ist, greift das Sperrelement am Ende der Sperrrampe mit einer entsprechend geringeren Sperrkraft an, die insbesondere derart bemessen ist, dass bei den zu erwartenden Kräften die Schiebemuffe in der Sperrstellung gehalten werden kann. Gleichzeitig kann die Sperrkraft gering genug sein, dass der Wälzkörper gegen die Federkraft des Federelements in der Welle versenkt werden kann, wenn der Betätigungsfinger zur axialen Verlagerung der Schiebemuffe an der Gleitrampe angreift. Der Wälzkörper kann hierbei mit einer im Wesentlichen vernachlässigbaren Reibung an der Sperrrampe abgleiten. Insbesondere ist der Wälzkörper in der Sperrstellung in eine nach radial innen geöffnete Vertiefung eingesetzt, bei der die jeweilige Sperrrampe eine Flanke der zugehörigen Vertiefung ausgebildet.
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Vorzugsweise ist ein axialer Versatz der Schiebemuffe zwischen einer ersten Sperrstellung, in welcher die Schiebemuffe mit dem ersten Zahnrad formschlüssig verbunden ist, und einer zweiten Synchronisierstellung, in welcher das Sperrelement an der ersten Sperrrampe angreift, und/oder ein axialer Versatz der Schiebemuffe zwischen einer zweiten Sperrstellung, in welcher die Schiebemuffe mit dem zweiten Zahnrad formschlüssig verbunden ist, und einer ersten Synchronisierstellung, in welcher das Sperrelement an der zweiten Sperrrampe angreift, durch eine axiale Verlagerung der Schiebemuffe bei einem Abgleiten des Betätigungsfingers an der Gleitrampe überbrückbar. Die axiale Verschiebung der Schiebemuffe bei einem Gangwechsel wird dadurch aus zwei verschiedenen Quellen gespeist. Zunächst kann der an der Gleitrampe abgleitende Betätigungsfinder die Schiebemuffe soweit axial verlagern, dass das Sperrelement nicht mehr an derjenigen Sperrrampe angreift, an der das Sperrelement in der zu verlassenden Sperrstellung angegriffen hat. Der Betätigungsfinger kann dann weiter an der Gleitrampe abgleiten und dabei die Schiebemuffe verschieben, bis das Sperrelement an der anderen Sperrrampe angreift. In dieser Stellung der Schiebemuffe kann der Betätigungsfinger in die eingefahrene Stellung gebracht werden, wobei die verbliebene axiale Verlagerung der Schiebemuffe zum Schalten des anderen Gangs von dem an der Sperrrampe abgleitenden Sperrelement verursacht wird. Der Betätigungsfinger braucht dadurch lediglich die Schiebemuffe soweit zu verlagern, dass das Sperrelement an der jeweils anderen Sperrrampe angreift. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass die Schiebemuffe zwischen dem Betätigungsfinger und dem Zahnrad des zu schaltenden Gangs verklemmt wird, falls die Relativwinkellage der Schiebemuffe zu dem Zahnrad für die Herstellung des Formschlusses noch nicht ausreicht.
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Insbesondere kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die dazu ausgestaltet ist, automatisch einen Gangwechsel vorzunehmen, wenn eine bestimmte vordefinierte Schwellfahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs überschritten und/oder unterschritten ist und/oder wenn ein bestimmtes vordefiniertes Schwelldrehmoment der Eingangswelle überschritten und/oder unterschritten ist. Dadurch kann für die jeweilige Fahrsituation jeweils automatisch eine geeignete Übersetzung geschaltet werden, ohne dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs dies manuell veranlassen muss.
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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 Schnittansicht eines Zwei-Gang-Getriebes mit geschaltetem ersten Gang,
- 2: eine perspektivische Ansicht einer Schiebemuffe und einer Gleitrampe für das Zwei-Gang-Getriebe aus 1,
- 3: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung eines Zwei-Gang-Getriebes im ersten Gang und
- 4: eine schematische Ansicht des Zwei-Gang-Getriebes aus 3 im zweiten Gang.
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Das in 1 dargestellte Zwei-Gang-Getriebe 10 weist eine Eingangswelle 12 auf, die drehfest mit einer Motorwelle einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Elektromotorroller, verbunden sein kann. Die Eingangswelle 12 kann über eine erste Gangstufe 14 und eine zweite Gangstufe 16 mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit einer Ausgangswelle 18 gekoppelt werden, um ein mit der Ausgangswelle 18 gekoppeltes Antriebsrad des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Die erste Gangstufe 14 weist ein erstes Zahnrad 20 auf, das als Losrad auf der Eingangswelle 12 axial im Wesentlichen unbeweglich aufgesteckt ist und mit einem mit der Ausgangswelle 18 fest verbundenen ersten Festrad 22 kämmt. Die zweite Gangstufe 16 weist ein zweites Zahnrad 24 auf, das als Losrad auf der Eingangswelle 12 axial im Wesentlichen unbeweglich aufgesteckt ist und mit einem mit der Ausgangswelle 18 fest verbundenen zweiten Festrad 26 kämmt. Zwischen dem ersten Zahnrad 20 und dem zweiten Zahnrad 24 ist eine Schiebemuffe 28 drehfest aber axial verschiebbar mit der Eingangswelle 12 verbunden. Alternativ kann die Schiebemuffe 28 und die als Losräder ausgestalteten Zahnräder 20, 24 an der Ausgangswelle 18 vorgesehen sein, während die Festräder 22, 26 mit der Eingangswelle 12 verbunden sind.
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Die Schiebemuffe 28 weist an ihrer zum ersten Zahnrad 20 weisenden Axialseite abstehende erste Klauen 30 auf, die in erste Öffnungen 32 des ersten Zahnrads 20 formschlüssig eingreifen können, um den ersten Gang der ersten Gangstufe 14 zu schalten, wie es 1 zeigt. Entsprechend weist die Schiebemuffe 28 an ihrer zum zweiten Zahnrad 24 weisenden Axialseite abstehende zweite Klauen 34 auf, die in zweite Öffnungen 36 des zweiten Zahnrads 24 formschlüssig eingreifen können, um den zweiten Gang der zweiten Gangstufe 16 zu schalten. Zum axialen Verlagern der Schiebemuffe 28 kann ein Betätigungsfinger 38 eines Betätigungsaktors 40 an einer ersten Gleitrampe 42 oder an einer zweiten Gleitrampe 44 seitlich angreifen. Nach einer axialen Verlagerung der Schiebemuffe 28 kann der ausgefahrene Betätigungsfinger 38 von einer Heberampe 46 nach radial außen in eine eingefahrene Position gedrückt werden. In der Eingangswelle 12 ist ein radial ausgerichtetes Sperrelement 48 eingelassen, das über ein als Druckfeder ausgestaltetes Federelement 50 eine Kugel 52 nach radial außen gegen eine erste Sperrrampe 54 beziehungsweise eine zweite Sperrrampe 56 der Schiebemuffe 28 drückt.
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Wenn die Schiebemuffe 28 mit dem ersten Zahnrad 20 formschlüssig gekoppelt ist, ist die Schiebemuffe 28 von dem an der zweiten Sperrrampe 54 angreifenden Sperrelement 48 gesichert, wobei die Sicherung von dem an der ersten Gleitrampe 42 abgleitenden Betätigungsfinger 38 überwunden werden kann, um in den zweiten Gang zu schalten. Die Schiebemuffe 28 wird hierbei von dem Betätigungsfinger 38 soweit axial verlagert, dass das Sperrelement 48 an der ersten Sperrrampe 54 angreift. In dieser Situation kann der Betätigungsfinger 38 in die eingefahrene Position bewegt werden, wobei die Schiebemuffe 28 für den verbliebene axiale Weg zur Herstellung des Formschlusses mit dem zweiten Zahnrad 24 von der Federkraft des Sperrelements 48 verschoben werden kann.
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Wie in 2 dargestellt, kann die erste Gleitrampe 42 eine Vorwärtsrampe 58 und eine spiegelbildlich angeordnete Rückwärtsrampe 60 aufweisen. Die Vorwärtsrampe 58 kann bei einer Vorwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, wenn die Schiebemuffe 28 zusammen mit der Eingangswelle 12 eine Relativdrehung zum Betätigungsfinger 38 in einer ersten Umfangsrichtung ausführt, zum axialen Verlagern der Schiebemuffe 28 an dem Betätigungsfinger 38 abgleiten. Bei einer Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs, wenn die Schiebemuffe 28 zusammen mit der Eingangswelle 12 eine Relativdrehung zum Betätigungsfinger 38 in einer der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzten zweiten Umfangsrichtung ausführt, kann der Betätigungsfinger 38 an der Rückwärtsrampe 60 abgleiten, um die Schiebemuffe 28 axial zu verlagern. Die zweite Gleitrampe 44 kann entsprechend spiegelbildlich zur ersten Gleitrampe 42 ausgestaltet sein. Die erste Gleitrampe 42 und die zweite Gleitrampe 44 können eine zwischen sich ausgeformte Führungsnut seitlich begrenzen, in die der Betätigungsfinger 38 in radialer Richtung eintauchen kann, um in der ausgefahrenen Position an der ersten Gleitrampe 42 oder an der zweiten Gleitrampe 44 abzugleiten.
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Wie in 2 erkennbar, können die erste und die zweite Gleitrampe 42, 44 ringförmig ausgebildet sein, und auf den zwei Seiten der Gleitrampe 28 aufgepresst sein. Die Rampen 42 und 44 bilden die Führungsnut für den Betätigungsfinger 38. Die Vorwärtsrampen 58 und die Rückwärtsrampen 60 ragen nach innen vor und verschieben bei einer Umdrehung mit ausgefahrenem Betätigungsfinger 38 die Schiebemuffe axial nach rechts oder links und lösen so den Kraftschluss vom einer Gangstufe (zum Beispiel 14) und schaffen einen Kraftschluss zur anderen Gangstufe (zum Beispiel 16). Da die Rampen 58 und 60 erfindungsgemäß federnd sind, werden Schläge oder Stö-ße auf den Betätigungsfinger 38 vermieden.
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Deutlich zu erkennen ist die bogenförmige Durchbrechung 62 der Gleitrampen 42 und 44, die radial innerhalb der Vorwärtsrampe 58 und der Rückwärtsrampe 60 angeordnet ist und es erlaubt, dass die beiden radial weiter außen angeordneten herausragenden Rampen 58 und 60 einfedern können und so verhindern, dass bei einem Nichteinrasten der Klauen 30 und 34 in ihre Öffnungen 32 und 36 eine zu große Kraft auf den Betätigungsfinger 38 wirken würde und diesen verbiegen oder zerstören könnte. Die federnden Bereiche 58 und 60 geben dann axial nach, erhöhen dank ihrer Federkraft aber die Axialkraft der Schiebemuffe 28 und schieben so bei einer kleinen Weiterdrehung die Klauen30 oder 34 in ihre entsprechenden Öffnungen 32 oder 36, um so den Gangwechsel durchzuführen. Eine mögliche axiale Auslenkung oder Durchfederung (deflection) - ohne dass etwas bricht - kann bis zu einigen cm betragen, liegt bevorzugt aber im Betrieb im Bereich von einigen mm.
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3 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführung eines Zwei-Gang-Getriebes 10 im ersten Gang. Der Aufbau ist ähnlich dem der 1, allerdings sitzt die Schiebemuffe 28 nun nicht auf der Eingangswelle 12, sondern auf der Ausgangswelle 18, wobei durch die Wahl der Zahnradgrößen eine Untersetzung in beiden Gangstufen 14 und 16 erreicht wird. In 3 ist durch Verschieben der Schiebemuffe 28 nach links oben der erste (kleinere) Gang 14 eingelegt, der hier über die Zahnräder 26 und 24 die Kraft von der Eingangswelle 12 auf die Ausgangswelle 18 weiterleitet. Dies führt zu einem hohen Drehmoment und begünstigt das Anfahren und das Bergauffahren.
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4 zeigt das Zwei-Gang-Getriebe 10 aus 3 im zweiten Gang. Hier ist durch Verschieben der Schiebemuffe 28 nach rechts unten der zweite (größere) Gang 16 eingelegt, der hier über die Zahnräder 22 und 20 die Kraft von der Eingangswelle 12 auf die Ausgangswelle 18 leitet weiterleitet. Dies führt zu einer höheren Drehzahl und erlaubt eine höhere Endgeschwindigkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zwei-Gang-Getriebe
- 12
- Eingangswelle
- 14
- erste Gangstufe
- 16
- zweite Gangstufe
- 18
- Ausgangswelle
- 20
- erstes Zahnrad
- 22
- erstes Festrad
- 24
- zweites Zahnrad
- 26
- zweites Festrad
- 28
- Schiebemuffe
- 30
- erste Klaue
- 32
- erste Öffnung
- 34
- zweite Klaue
- 36
- zweite Öffnung
- 38
- Betätigungsfinger
- 40
- Betätigungsaktor
- 42
- erste Gleitrampe
- 44
- zweite Gleitrampe
- 46
- Heberampe
- 48
- Sperrelement
- 50
- Federelement
- 52
- Kugel
- 54
- erste Sperrrampe
- 56
- zweite Sperrrampe
- 58
- Vorwärtsrampe
- 60
- Rückwärtsrampe
- 62
- Durchbrechung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012221056 A1 [0004]
