DE102018216647B4

DE102018216647B4 - Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer elektromechanischen Kupplungseinheit

Info

Publication number: DE102018216647B4
Application number: DE102018216647.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kurz
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: DE102018216647A1

Abstract

Getriebeanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend
- zumindest eine elektrische Maschine,
- zumindest eine Schaltwalze (2),
- zumindest eine Zahnradsatzanordnung (3) sowie
- zumindest eine elektromechanische Kupplungseinheit (4), wobei die Schaltwalze (2) mit der Zahnradsatzanordnung (3) antriebswirksam verbunden ist und
die elektrische Maschine über die elektromechanische Kupplungseinheit (4) mit der Zahnradsatzanordnung (3) koppelbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Kupplungseinheit (4)
- einen Elektromagneten (5),
- ein um eine erste Schwenkachse (8) verschwenkbares Stellelement (6),
- ein elastisches Element und
- eine Halterung (7), in der die Zahnradsatzanordnung (3) drehbar gelagert ist, aufweist, wobei das Stellelement (6) mit dem Elektromagneten (5) und der Halterung (7) derart wirkverbunden ist, dass über eine Aktuierung durch den Elektromagneten (5) ein Verschwenken des Stellelements (6) um die erste Schwenkachse (8) und weiterhin ein Verschwenken der Halterung (7) und somit der Zahnradsatzanordnung um eine zweite Schwenkachse (14) erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine elektrische Maschine, zumindest eine Schaltwalze, zumindest eine Zahnradsatzanordnung sowie zumindest eine elektromechanische Kupplungseinheit.
Stand der Technik
Das Dokument DE 10 2012 007 061 B4 beschreibt beispielsweise eine Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einem um eine erste Achse drehbar gelagerten Parksperrenrad, mit einer zwischen einer Sperrposition und einer Freigabeposition beweglich gelagerten Parksperrenklinke und mit einer die Parksperrenklinke betätigenden Betätigungsanordnung, die um eine zweite Achse über einen Winkelbereich verdrehbar gelagert ist. Durch die Maßnahme, die Betätigungsanordnung so auszugestalten, dass sie über einen großen Winkelbereich verdrehbar ist, der nicht nur einen ersten Winkelabschnitt zur Betätigung der Parksperrenklinke sondern auch einen weiteren Winkelbereich beinhaltet, innerhalb dessen die Parksperrenklinke in einer Position gehalten wird, kann die Parksperrenanordnung auch von solchen Antriebselementen betätigt werden, die an sich für andere Zwecke in dem Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen sind, wie beispielsweise eine Schaltwalze oder dergleichen. Demzufolge kann die Parksperrenanordnung mit einem ohnehin in dem Getriebe vorhandenen Antriebselement angetrieben werden, so dass die Parksperrenanordnung kostengünstig und mit geringerer Komplexität bzw. einer geringeren Anzahl an Bauteilen realisierbar ist. Eine ebensolche oben beispielhaft aufgezeigte Doppel- bzw. Mehrfachnutzung eines bereits in dem Getriebe vorhandenen Antriebselements, wie beispielsweise einer elektrischen Maschine zum Betreiben einer Schaltwalze, stellt den Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung dar.
Das Dokument DE 10 2012 206 936 A1 beschreibt beispielsweise ein Hybridgetriebe mit einer Hauptgetriebewelle mit Zahnrädern und einer parallel dazu angeordneten Hauptwelle mit zumindest einer Schaltwalze. Die Hauptwelle wird von einem Aktuator angetrieben und weist zumindest eine Schaltkulisse auf. Weiterhin weist die Hauptwelle eine Anordnung auf, die sowohl zum Verbinden der Schaltwalze mit einer Kupplung als auch zur Ansteuerung von Schaltmuffen für mindestens eine Getriebestufe ansteuerbar ist.
Weiterhin beschreiben in diesem Zusammenhang die Dokumente DE 10 2012 017 817 A1 und DE 10 2014 005 588 A1 Parksperrenanordnungen unterschiedlicher Ausführungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Getriebeanordnung anzugeben, die es erlaubt eine elektrische Maschine der Getriebeanordnung zur unabhängigen Betätigung von zumindest zwei Getriebekomponenten zu nutzen.
Die oben gestellte Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst, nämlich durch eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug umfassend zumindest eine elektrische Maschine, zumindest eine Schaltwalze, zumindest eine Zahnradsatzanordnung sowie zumindest eine elektromechanische Kupplungseinheit, wobei die Schaltwalze mit der Zahnradsatzanordnung antriebswirksam verbunden ist und die elektrische Maschine über die elektromechanische Kupplungseinheit mit der Zahnradsatzanordnung koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Kupplungseinheit einen Elektromagneten, ein um einer erste Achse verschwenkbares Stellelement, ein elastisches Element und eine Halterung, in der die Zahnradsatzanordnung drehbar gelagert ist, aufweist, wobei das Stellelement mit dem Elektromagneten und der Halterung derart wirkverbunden ist, dass über eine Aktuierung durch den Elektromagneten ein Verschwenken des Stellelements um die erste Schwenkachse und weiterhin ein Verschwenken der Halterung und somit der Zahnradsatzanordnung um eine zweite Schwenkachse erfolgt.
Die Getriebeanordnung umfasst erfindungsgemäß eine elektrische Maschine, zumindest eine Schaltwalze, zumindest eine Zahnradsatzanordnung sowie zumindest eine elektromechanische Kupplungseinheit.
Die elektrische Maschine kann als Elektromotor und/oder als Generator betrieben werden.
Die Schaltwalze ist erfindungsgemäß mit der Zahnradsatzanordnung antriebswirksam verbunden. Die Zahnradsatzanordnung weist im Wesentlichen ein oder mehrere Zahnräder unterschiedlicher Form, Größe und Bauart auf, die miteinander wirkverbunden sind. Unter „wirkverbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Verbindung verstanden werden, die es ermöglicht Drehmoment zu übertragen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Maschine über die elektromechanische Kupplungseinheit mit der Zahnradsatzanordnung koppelbar. Die elektromechanische Kupplungseinheit weist erfindungsgemäß einen Elektromagneten, ein um eine erste Achse verschwenkbares Stellelement, ein elastisches Element und eine Halterung, in der die Zahnradsatzanordnung drehbar gelagert ist, auf.
Das elastische Element kann beispielsweise als Federelement ausgebildet sein.
Das Stellelement ist erfindungsgemäß mit dem Elektromagneten und der Halterung derart wirkverbunden, dass über eine Aktuierung durch den Elektromagneten ein Verschwenken des Stellelements um die erste Schwenkachse und weiterhin ein Verschwenken der Halterung und somit der Zahnradsatzanordnung um eine zweite Schwenkachse erfolgt.
Über den Elektromagneten wird erfindungsgemäß das Stellelement verstellt. Aus einer Verstellung, nämlich einem Verschwenken, des Stellelements um eine erste Schwenkachse ergibt sich wiederum eine Verstellung, nämlich ein Verschwenken, der Halterung der elektromechanischen Kupplungseinheit um eine zweite Schwenkachse.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
Der Elektromagnet kann einen Ruhezustand und einen Betriebszustand einnehmen. Die Halterung kann eine erste Betriebsstellung und eine zweite Betriebsstellung einnehmen. Die erste Betriebsstellung der Halterung entspricht einer Stellung in der die Zahnradsatzeinheit nicht antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Die zweite Betriebsstellung der Halterung entspricht einer Stellung in der die Zahnradsatzeinheit antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist.
Das Stellelement ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart ausgebildet ist, dass es ausgehend von einer Ausgangsstellung bei Aktuierung des Elektromagneten von dem Ruhezustand in den Betriebszustand entgegen der Kraft des elastischen Elements um die erste Schwenkachse schwenkt und so die Halterung in die erste Betriebsstellung um die zweite Schwenkachse verschwenkt. Unter dem Begriff „wirkverbunden“ soll in diesem Zusammenhang eine Verbindung verstanden werden, die eine Verstellung der Halterung über das Stellelement erlaubt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Stellelement derart ausgebildet, dass es bei Aktuierung des Elektromagneten von dem Betriebszustand in den Ruhezustand über die Kraft des elastischen Elements in eine Ausgangsstellung schwenkt und so die Halterung in die zweite Betriebsstellung um die zweite Schwenkachse verschwenkt.
Bevorzugt umfasst die Zahnradsatzeinheit zumindest ein Doppelzahnrad, wobei das Doppelzahnrad der Zahnradsatzeinheit in der zweiten Betriebsstellung der Halterung mittelbar oder unmittelbar mit der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden ist. Unter der Begrifflichkeit „unmittelbare Verbindung“ ist eine direkte Verbindung zu verstehen. Unter der Begrifflichkeit „mittelbare Verbindung“ ist eine indirekte Verbindung, nämlich eine Verbindung über weitere Getriebekomponenten, zu verstehen.
Das Stellelement kann eine Kulissenführung, eine Koppelstange oder eine Kurvenscheibe umfassen.
Der Elektromagnet weist vorzugsweise einen Anker, ein Joch und eine Spule auf, wobei das Joch von der Spule umgeben ist und wobei der Anker durch Bestromung der Spule von einer Ruheposition in eine Betriebsposition überführbar ist. Durch Stromlosschaltung der Spule ist der Anker wieder von der Betriebsposition in die Ruheposition überführbar. Eine umgekehrte Ausführung des Elektromagneten in der der Anker bei Bestromung der Spule von der Betriebsposition in die Ruheposition und bei Stromlosschaltung von der Ruheposition in die Betriebsposition überführbar ist, ist jedoch auch denkbar.
In dem Ruhezustand des Elektromagneten befindet sich der Anker des Elektromagneten in der Ruheposition, d.h. in einer eingezogenen Position. In dem Betriebszustand des Elektromagneten befindet sich der Anker des Elektromagneten in der Betriebsposition, d.h. in einer ausgefahrenen Position.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, die Aktuatorfunktion der elektrischen Maschine ohne bauteil- und kostenaufwendige Maßnahmen zu erweitern, nämlich so, dass diese zumindest zwei Getriebekomponenten, wie beispielsweise zwei Schaltwalzen, oder auch eine Schaltwalze und eine Pumpe, aktuieren kann. Derart können sowohl Kosten und wie auch benötigter Bauraum eingespart werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Getriebeanordnung mit einem Stellelement einer elektromechanischen Kupplungseinheit mit einer Kulissenführung.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Getriebeanordnung mit einem Stellelement einer elektromechanischen Kupplungseinheit mit einer Koppelstange.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Getriebeanordnung mit einem Stellelement einer elektromechanischen Kupplungseinheit mit einer Kurvenscheibe.
4 zeigt eine Seitenansicht einer beispielhaften Getriebeanordnung entsprechend 2.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 bis 3 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht unterschiedlicher beispielhafter erfindungsgemäßer Getriebeanordnungen 1. 4 zeigt eine weitere Ansicht der beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 1 entsprechend 2. Die einzelnen Getriebeanordnungen 1 in 1 bis 3 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Ausbildung eines Stellelements 6 einer elektromechanischen Kupplungseinheit 4. Das Stellelement 6 in 1 weist eine Kulissenführung 10 auf, das Stellelement 6 in 2 und 4 weist eine Koppelstange 11 auf und das Stellelement 6 in 3 weist eine Kurvenscheibe 12 auf.
Jede der dargestellten beispielhaften Getriebeanordnungen umfasst eine elektrische Maschine (nicht dargestellt), eine Schaltwalze 2, eine Zahnradsatzanordnung 3 sowie eine elektromechanische Kupplungseinheit 4.
Die Schaltwalze 2 weist eine Schaltnut 15 und einen Zahnradabschnitt 16 auf. In der Schaltnut 15 ist ein Mitnehmer eines Schaltelements, wie beispielsweise einer Schaltgabel, geführt (nicht dargestellt). Die Schaltwalze 2 ist mit der Zahnradsatzanordnung 3 antriebswirksam verbunden und mittels der elektrischen Maschine (nicht dargestellt) antreibbar.
Die Zahnradsatzanordnung 3 weist zwei Doppelzahnräder, nämlich ein erstes Doppelzahnrad 9 und ein zweites Doppelzahnrad 9', auf. Sowohl das erste Doppelzahnrad 9 wie auch das zweite Doppelzahnrad 9' weisen jeweils einen größeren ersten Zahnradabschnitt 17, 17' und einen kleineren zweiten Zahnradabschnitt 18, 18' auf. In diesem Zusammenhang sind die Begriffe „größer“ und „kleiner“ relativ zueinander zu sehen. Der größere erste Zahnradabschnitt 17 des ersten Doppelzahnrads 9 ist mit einem Ritzel 19 antriebswirksam verbindbar das wiederum antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Der kleinere zweite Zahnradabschnitt 18 des ersten Doppelzahnrads 9 ist antriebswirksam mit dem größeren ersten Zahnradabschnitt 17' des zweiten Doppelzahnrads 9' verbunden und der kleinere zweite Zahnradabschnitt 18' des zweiten Doppelzahnrads 9' ist antriebswirksam mit dem Zahnradabschnitt 16 der Schaltwalze 2 verbunden.
Die elektrische Maschine ist über die elektromechanische Kupplungseinheit 4 mit der Zahnradsatzanordnung 3 koppelbar, genauer ist das erste Ritzel 19, das antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist, über die elektromechanische Kupplungseinheit 4 mit dem ersten Zahnradabschnitt 17 des ersten Doppelzahnrads 9 der Zahnradsatzanordnung 3 koppelbar.
Die elektromechanische Kupplungseinheit 4 weist einen Elektromagneten 5, ein Stellelement 6, ein elastisches Element (nicht dargestellt) und eine Halterung 7 auf.
Die Halterung 7 kann eine erste Betriebsstellung und eine zweite Betriebsstellung einnehmen. Die erste Betriebsstellung der Halterung 7 entspricht einer Stellung in der das erste Doppelzahnrad 9 nicht antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Die zweite Betriebsstellung der Halterung 7 entspricht einer Stellung in der das erste Doppelzahnrad 9 antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist. 1 bis 4 ist die Halterung 7 jeweils in einer zweiten Betriebsstellung dargestellt.
In der Halterung 7 sind das erste Doppelzahnrad 9 und das zweite Doppelzahnrad 9' jeweils drehbar gelagert angeordnet. Das Stellelement 6 ist mit der Halterung 7 und dem Elektromagneten 5 wirkverbunden. Über den Elektromagneten 5 wird das Stellelement 6 verstellt. Der Elektromagnet 5 kann von einem Ruhezustand in einen Betriebszustand und umgekehrt aktuiert werden. Je nach Ausführung des Elektromagneten 5 weist dieser einen Anker 13 auf, der sich bei Bestromung oder Stromlosschaltung einer Spule des Elektromagneten 5 in Bezug auf eine Längsachse 20 des Elektromagneten 5 axial in Richtung dieser Längsachse 20 bewegt - der Anker 13 wird je nach Auslegung des Elektromagneten 5 somit axial in eine Ruheposition und eine Betriebsposition bewegt. In dem Ruhezustand des Elektromagneten 5 befindet sich der Anker 13 des Elektromagneten 5 in der Ruheposition, d.h. in einer eingezogenen Position. In dem Betriebszustand des Elektromagneten 5 befindet sich der Anker 13 des Elektromagneten 5 in der Betriebsposition, d.h. in einer ausgefahrenen Position. In 1 bis 4 befindet sich der Elektromagnet 5 jeweils in dem Ruhezustand und somit der Anker 13 in der Ruheposition, d.h. in der eingefahrenen Position.
Die Begrifflichkeit „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu der Längsachse 20 des Elektromagneten 5.
Das Stellelement 6 ist so ausgebildet, dass es ausgehend von einer Ausgangsposition (1 bis 4) bei Aktuierung des Elektromagneten 5 von dem Ruhezustand in den Betriebszustand entgegen der Kraft des elastischen Elements um eine erste Schwenkachse 8 schwenkt. Dieses Verschwenken ist in 1 bis 3 schematisch durch den Richtungspfeil 21' dargestellt. Durch dieses Verschwenken um die erste Schwenkachse 8 wird die Halterung 7 in die erste Betriebsstellung verschwenkt. Dieses Verschwenken erfolgt um eine zweite Schwenkachse 14. Dieses Verschwenken ist in 1 bis 4 schematisch durch den Richtungspfeil 21 dargestellt. Weiterhin ist das Stellelement 6 derart ausgebildet, dass es bei Aktuierung des Elektromagneten von dem Betriebszustand in den Ruhezustand über die Kraft der Druckfeder um die erste Schwenkachse 8 in die Ausgangsstellung zurück schwenkt und so die Halterung 7 in die zweite Betriebsstellung bewegt. Das Verschwenken um die erste Schwenkachse 8 erfolgt somit in eine Richtung entgegen der Richtung die durch den Richtungspfeil 21' angegeben wird ( 1 bis 3). Somit ergibt sich aus einer Verstellung, nämlich einem Verschwenken, des Stellelements 6 um die erste Schwenkachse 8 wiederum eine Verstellung, nämlich ein Verschwenken, der Halterung 7 der elektromechanischen Kupplungseinheit 4 um die zweite Schwenkachse 14. Das Verschwenken um die zweite Schwenkachse 14 erfolgt somit in eine Richtung entgegen der Richtung die durch den Richtungspfeil 21 angegeben wird (1 bis 4).
Bezugszeichenliste

1: Getriebeanordnung
2: Schaltwalze
3: Zahnradsatzanordnung
4: Elektromechanische Kupplungseinheit
5: Elektromagnet
6: Stellelement
7: Halterung
8: Erste Schwenkachse
9: Erstes Doppelzahnrad
9': Zweites Doppelzahnrad
10: Kulissenführung
11: Koppelstange
12: Kurvenscheibe
13: Anker
14: Zweite Schwenkachse
15: Steuernut
16: Zahnradabschnitt
17: Erster Zahnradabschnitt (des ersten Doppelzahnrads)
17': Erster Zahnradabschnitt (des zweiten Doppelzahnrads)
18: Zweiter Zahnradabschnitt (des ersten Doppelzahnrads)
18': Zweiter Zahnradabschnitt (des zweiten Doppelzahnrads)
19: Ritzel
20: Längsachse (des Elektromagneten)
21: Richtungspfeil (bei Verschwenken um die zweite Schwenkachse)
21': Richtungspfeil (bei Verschwenken um die erste Schwenkachse)

Claims

Getriebeanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend - zumindest eine elektrische Maschine, - zumindest eine Schaltwalze (2), - zumindest eine Zahnradsatzanordnung (3) sowie - zumindest eine elektromechanische Kupplungseinheit (4), wobei die Schaltwalze (2) mit der Zahnradsatzanordnung (3) antriebswirksam verbunden ist und die elektrische Maschine über die elektromechanische Kupplungseinheit (4) mit der Zahnradsatzanordnung (3) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Kupplungseinheit (4) - einen Elektromagneten (5), - ein um eine erste Schwenkachse (8) verschwenkbares Stellelement (6), - ein elastisches Element und - eine Halterung (7), in der die Zahnradsatzanordnung (3) drehbar gelagert ist, aufweist, wobei das Stellelement (6) mit dem Elektromagneten (5) und der Halterung (7) derart wirkverbunden ist, dass über eine Aktuierung durch den Elektromagneten (5) ein Verschwenken des Stellelements (6) um die erste Schwenkachse (8) und weiterhin ein Verschwenken der Halterung (7) und somit der Zahnradsatzanordnung um eine zweite Schwenkachse (14) erfolgt.
Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) derart ausgebildet ist, dass es ausgehend von einer Ausgangsstellung bei Aktuierung des Elektromagneten (5) von einem Ruhezustand in einen Betriebszustand entgegen der Kraft des elastischen Elements um die erste Schwenkachse (8) schwenkt und so die Halterung (7) in eine erste Betriebsstellung, nämlich in eine Stellung in der die Zahnradsatzanordnung (3) nicht antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um die zweite Schwenkachse (14) verschwenkt.
Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) derart ausgebildet ist, dass es bei Aktuierung des Elektromagneten (5) von dem Betriebszustand in den Ruhezustand über die Kraft des elastischen Elements in die Ausgangsstellung schwenkt und so die Halterung (7) in eine zweite Betriebsstellung, nämlich in eine Stellung in der die Zahnradsatzanordnung (3) antriebswirksam mit der elektrischen Maschine verbunden ist, um die zweite Schwenkachse (14) verschwenkt.
Getriebeanordnung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradsatzanordnung (3) zumindest ein Doppelzahnrad (9) umfasst, wobei das Doppelzahnrad (9) der Zahnradsatzanordnung (3) in der zweiten Betriebsstellung der Halterung (7) mittelbar oder unmittelbar mit der elektrischen Maschine antriebswirksam verbunden ist.
Getriebeanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (6) eine Kulissenführung (10), eine Koppelstange (11) oder eine Kurvenscheibe (12) umfasst.
Getriebeanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (5) einen Anker (13), ein Joch und eine Spule umfasst, wobei das Joch von der Spule umgeben ist und wobei der Anker (13) durch Bestromung der Spule von einer Ruheposition in eine Betriebsposition überführbar ist.