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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung zur selektiven Anwahl drehfester Kopplungen einer Mehrzahl koaxialer, drehbar in einem Gehäuse gelagerter und jeweils einen außenverzahnten Verzahnungskörper aufweisender Wellen eines Kraftfahrzeuggetriebes, wobei die Verzahnungskörper gleichartig außenverzahnt und einander axial benachbart angeordnet sind,
umfassend zwei die Verzahnungskörper koaxial umgreifende, jeweils einen korrespondierend zu den Verzahnungskörpern innenverzahnten Verzahnungsabschnitt aufweisende und relativ zu den Verzahnungskörpern axial verschiebliche Schiebehülsen, nämlich eine erste Schiebehülse mit einem ersten Verzahnungsabschnitt und eine zweite Schiebehülse mit einem zweiten Verzahnungsabschnitt, wobei die Verzahnungsabschnitte axial voneinander beabstandet sind.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- - eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem drehbar in dem Stator angeordneten Rotor,
- - eine Getriebeanordnung mit einer Mehrzahl von Wellen, die koaxial zueinander angeordnet sind und an ihren einander stufenartig überragenden Anschlussenden je einen Verzahnungskörper mit einer Außenverzahnung tragen, und
- - eine Schaltvorrichtung mit zwei axial verschieblichen Schiebehülsen, die die Verzahnungskörper koaxial umgreifen und jeweils einen zur Außenverzahnung der Verzahnungskörper korrespondierend innenverzahnten Verzahnungsabschnitt aufweisen.
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Moderne Kfz-Getriebe zeichnen sich durch eine Vielzahl von Gang- und/oder Betriebsmodus-Wahlmöglichkeiten bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise aus. Dies wird unter anderem durch koaxiale Verschachtelung von Wellen und enge Nachbarschaft von Relativrotationskörpern im Getriebe erreicht. Unter Relativrotationskörpern seien im vorliegenden Zusammenhang relativ zueinander drehbeweglich gelagerte Elemente eines Getriebes bezeichnet. Es können dies zum Beispiel Wellen sein, die relativ zueinander aber auch relativ zu einem Gehäuse drehbar sind. Andererseits seien hier auch gehäusefeste Elemente, die ja zu den Wellen eine Relativdrehung zeigen, als unter diesem Begriff subsumierbar verstanden. Gang- bzw. Betriebsmodus-Wechsel werden in der Regel durch hier als Schaltvorgänge bezeichnete Änderungen der Kopplung zwischen solchen Relativrotationskörpern erzielt. Typische Schaltelemente sind dabei Bremsen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung einer Welle mit einem Gehäuse) und Kupplungen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung zweier Wellen untereinander). Die enge Schachtelung der Elemente erlaubt dabei vielfach die Kombination mehrerer Schaltfunktionen in einem Schaltmodul bzw. erfordert eine solche Integration sogar.
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Aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist ein solches Mehrfach-Schaltmodul bekannt, welches unterschiedliche, formschlüssige Kopplungen von drei koaxialen Wellen untereinander bzw. mit dem Gehäuse und/oder dem die Wellen koaxial umgreifenden Rotor einer elektrischen Maschine ermöglicht. Die drei Wellen durchsetzen einander koaxial, wobei ihre Wellenenden einander stufenartig überragen. Jedes der Wellenenden trägt einen Verzahnungskörper gleichen Außendurchmessers und gleicher Zähnezahl und -form, d. h. die Verzahnungskörper sind gleichartig außenverzahnt. Die drei Verzahnungskörper werden von zwei einander axial überlappenden Schiebehülsen umgriffen, die jeweils eine korrespondierende Innenverzahnung aufweisen. Die Schiebehülsen sind relativ zueinander axial fixiert, sodass zwischen ihren Innenverzahnungen ein fester, axialer Abstand besteht, sie jedoch gemeinsam relativ zu den Verzahnungskörpern der Wellen axial verschieblich sind. Je nach (gemeinsamer) Schiebestellung der Schiebehülsen kann deren Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines oder zweier (in unterschiedlichen Paarungen) Verzahnungskörper eingreifen. Die erste Schiebehülse ist drehfest mit dem Gehäuse verbunden; die zweite Schiebehülse ist drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden. Die beiden Schiebehülsen sind dabei voneinander drehentkoppelt, insbesondere mittels eines Lagers, welches radial zwischen einander koaxial überlappenden Stutzen der Schiebehülsen angeordnet und in der Lage ist, neben Radial- auch Axialkräfte abzustützen. Zur (gemeinsamen) Verschiebung der Schiebehülsen weist deren erste ein Außengewinde auf, welches in ein korrespondierendes Innengewinde einer relativ zum Gehäuse axial fest und rotativ verstellbar gelagerten Betätigungshülse eingreift. Rotative Verstellung der Betätigungshülse führt daher zu einer (gemeinsamen) Axialbewegung der Schiebehülsen.
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Die bekannte Vorrichtung weist im Wesentlichen zwei Nachteile auf. Zum einen baut sie axial vergleichsweise lang, was vor dem Hintergrund der notorischen Bauraumknappheit in der Automobiltechnik, insbesondere bei quer im Fahrzeug einzubauenden Antriebsstrukturen, ein erhebliches Manko darstellt. Zum anderen führt die stets gemeinsame Verschiebung beider Schiebehülsen dazu, dass bei jedem Schaltvorgang im drehenden Betrieb wenigstens eine von ihnen unter tangentialer Last, d. h. während sie ein Drehmoment überträgt oder abstützt, verschoben wird. Dies macht vergleichsweise hohe Stellkräfte mit entsprechend großer und schwerer Auslegung des zugeordneten Stellorgans erforderlich. Zugleich ist dies mit erhöhtem Verschleiß verbunden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung derart weiterzubilden, dass sich die axiale Baulänge und die für Schaltvorgänge erforderlichen Stellkräfte reduzieren lassen.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass der axiale Abstand der Verzahnungsabschnitte variierbar ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Durch die erfindungsgemäße Axialentkopplung der beiden Schiebehülsen können diese im Wesentlichen unabhängig voneinander verschoben werden. Dies verringert die axiale Wechselwirkungsstrecke, die zwischen den Verzahnungskörpern und den Verzahnungsabschnitten erforderlich ist, um unterschiedliche Koppelkonstellationen zu realisieren. Soll nämlich beispielsweise die drehfeste Kopplung zwischen einer Schiebehülse und einem Verzahnungskörper erhalten bleiben, während der Koppelzustand der anderen Schiebehülse verändert wird, ist es erfindungsgemäß möglich, die besagte eine Schiebehülse unverschoben zu belassen, während die besagte andere Schiebehülse verschoben wird. Bei gemeinsamer Verschiebung der Schiebehülsen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, müsste auch zwischen der besagten einen Schiebehülse und dem mit ihr gekoppelten Verzahnungskörper eine axiale Wechselwirkungsstrecke bereitgestellt werden, die mindestens so lang ist, wie der Verschiebeweg, um den die besagte andere Schiebehülse zur Realisierung der beabsichtigten Kopplungs-Veränderung verschoben wird. Mit anderen Worten ist es im Rahmen der Erfindung nicht mehr erforderlich, für jede Schiebehülse/Verzahnungskörper-Kombination mehrere redundante Kopplungspositionen vorzuhalten. Dies führt insgesamt zu einer deutlichen Einsparung axialen Bauraums.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die im Wesentlichen unabhängige Schaltbarkeit der einzelnen Kopplungen von einer entsprechend ausgelegten Steuerung ausgenutzt werden kann, um Schaltvorgänge vorzugsweise nur an lastfreien Schiebehülse/Verzahnungskörper-Paarungen vorzunehmen, d. h. an solchen, die im ungekoppelten Zustand momentan keine Relativdrehung zeigen bzw. zwischen denen im gekoppelten Zustand kein Drehmoment übertragen wird. Derartige Schaltungen können tangential kräftefrei erfolgen, sodass aufgrund geringerer Reibung nur geringere Stellkräfte für die Axialverschiebung der Schiebehülsen erforderlich sind und damit auch nur ein geringerer Verschleiß verbunden ist.
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Wie erläutert, sind die Schiebehülsen erfindungsgemäß im Wesentlichen unabhängig voneinander betätigbar. Eine vollkommene Unabhängigkeit, die beispielsweise durch den Einsatz je eines unabhängig ansteuerbaren Stellantriebs pro Schiebehülse erzielbar wäre, ist typischerweise jedoch nicht erforderlich. Vielmehr lässt sich meist eine abschließende Anzahl von in einer bestimmten Reihenfolge durchzuführenden Schaltschritten definieren. Solche Schaltschritte können durch die gleichzeitige Verschiebung beider Schiebehülsen oder aber durch die Verschiebung nur einer Schiebehülse charakterisiert sein. Es ist daher hinreichend, wenn die Schiebehülsen in diesem Sinne unabhängig voneinander schaltbar sind. Diese Einschränkung gegenüber einer vollkommenen Unabhängigkeit führt zu der Möglichkeit einer vorteilhaften Reduzierung der konstruktiven Komplexität und der Teilezahl gegenüber der oben bereits erwähnten, hypothetischen Ausführungsform mit je einem unabhängigen Stellantrieb pro Schiebehülse.
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So kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Schiebehülse radial außen einen ersten Bolzen aufweist, der in einer schraubenähnlichen, ersten Führungsnut einer die Schiebehülsen koaxial umgreifenden, axial gehäusefesten und relativ zu dem Gehäuse rotativ verstellbaren Betätigungshülse geführt ist. Der Begriff „schraubenähnlich“ weist hier darauf hin, dass die Führungsnut gerade nicht exakt schraubenartig, d.h. mit einer konstanten Gewindesteigung, ausgestaltet sein muss. Im Gegenteil wird sich die Führungsnut bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung aus Abschnitten unterschiedlicher Steigung zusammensetzen. Dabei sind auch Abschnitte mit Steigung „null“ und Abschnitte negativer Steigung denkbar.
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Grundsätzlich denkbar ist eine analoge Gestaltung der Betätigungsmechanik für die zweite Schiebehülse. Im Hinblick auf eine Realisierung der oben erläuterten, beschränkten Unabhängigkeit der beiden Schiebehülsen ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Schiebehülse radial außen einen zweiten Bolzen aufweist, der in einer abweichend schraubenähnlichen, zweiten Führungsnut der(selben) Betätigungshülse geführt ist. Beide Schiebehülsen werden daher mittels derselben Betätigungshülse geführt, wobei sie jedoch, da ihre Bolzen in unterschiedlich geformten Führungsnuten geführt sind, auf eine gegebene, rotative Stellbewegung der Betätigungshülse unterschiedlich reagieren. Die Reaktion erfolgt jeweils in unmittelbarer Abhängigkeit von der lokalen Steigung desjenigen Führungsnutabschnittes, in dem sich der jeweilige Bolzen gerade befindet. Die Abfolge von Schaltschritten, die gleichartige, ungleichartige und gegebenenfalls sogar entgegengesetzte Bewegungen der Schiebehülsen verlangen können, können also durch entsprechende Gestaltung der Führungsnuten umgesetzt werden.
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Problematisch bei diesem Ansatz ist, dass in der Regel wenigstens auch Schaltkonstellationen realisiert werden sollen, in denen die unterschiedlichen Schiebehülsen mit relativ zueinander drehenden Rotationskörpern gekoppelt sind, d.h. auch relativ zueinander drehen müssen. Dieses Problem wird bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch gelöst, dass die zweite Schiebehülse ein den zweiten Verzahnungsabschnitt tragendes, erstes, vorzugsweise äußeres, Radialteil und ein den zweiten Bolzen tragendes, zweites, vorzugsweise inneres, Radialteil aufweist, wobei die beiden Radialteile axial fest und rotativ entkoppelt miteinander verbunden sind. Dies kann beispielsweise mittels eines Lagers realisiert werden, welches in der Lage ist, sowohl Radial- als auch Axialkräfte abzustützen, und radial zwischen dem ersten und dem zweiten Radialteil der zweiten Schiebehülse angeordnet ist.
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Die erste Schiebehülse ist bevorzugt drehfest und axial verschieblich mit dem Gehäuse verbunden. Bevorzugt wird dies dadurch realisiert, dass die erste Schiebehülse einen gehäusefesten Stutzen koaxial umgreift, auf dem sie über ein steckverzahntes Gleitlager gleitgelagert ist. Die erste Schiebehülse und die Betätigungshülse haben damit den gleichen rotativen Bezugspunkt, nämlich das Gehäuse. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine rotative Stellbewegung der Betätigungshülse zuverlässig und ausschließlich zu der durch die Steigung der ersten Führungsnut vorgegebenen Axialverschiebung führt und keinesfalls zu einem reibungsbedingten, unerwünschten Mitdrehen der ersten Schiebehülse.
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Mit analoger Begründung ist für die zweite Schiebehülse bevorzugt vorgesehen, dass deren zweites Radialteil drehfest und axial verschieblich mit der ersten Schiebehülse verbunden ist. Bevorzugt wird dies dadurch realisiert, dass das zweite Radialteil der zweiten Schiebehülse einen Stutzen der ersten Schiebehülse koaxial umgreift, auf dem es über ein steckverzahntes Gleitlager gleitgelagert ist. Damit erhält auch der für die Axialverschiebung zuständige Bereich der zweiten Schiebehülse, nämlich ihr den zweiten Bolzen tragendes, zweites Radialteil, den gleichen rotativen Bezugspunkt wie die erste Schiebehülse und damit wie die Betätigungshülse, nämlich das Gehäuse.
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Wie aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt, ist die Betätigungshülse bevorzugt über einen Schnecken- oder Kegeltrieb rotativ verstellbar. Der Schnecken- sowie der Kegeltrieb weisen den Vorteil einer besonders präzisen Ansteuerbarkeit auf, insbesondere ersterer nicht zuletzt aufgrund seines dem Fachmann bekannten Selbsthemmungseffektes auf. Andere Arten der Verstellung der Betätigungshülse sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch ebenfalls einsetzbar.
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Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung universell einsetzbar. Als besonders vorteilhaft hat sich jedoch eine Verwendung bei einem Kraftfahrzeuggetriebe gezeigt, welches zwei einander axial benachbarte und über einen gemeinsamen Steg verbundene Planetensätze aufweist, wobei eine erste der Wellen der Schaltvorrichtung mit der Sonne des ersten Planetensatzes, eine zweite mit der Sonne des zweiten Planetensatzes und eine dritte mit dem gemeinsamen Steg verbunden ist. Insbesondere in Fällen, in denen die erste Schiebehülse drehfest mit dem Gehäuse und die zweite Schiebehülse - zumindest deren erstes Radialteil - mit dem Rotor einer elektrischen Maschine verbunden ist, lassen sich eine Vielzahl von Gängen bzw. Betriebsmodi komfortabel schalten. Wenn zudem die Hohlräder der Planetensätze mittels einer zusätzlichen Schaltvorrichtung untereinander sowie mit einer mit der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren Getriebeeingangswelle gekoppelt sind, lassen sich auf Basis der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung alle relevanten Gänge und Betriebsmodi für den komfortablen und energieeffizienten Betrieb eines Hybridfahrzeuges ansteuern. Eine entsprechende Antriebseinheit ist weiter unten im Kontext der speziellen Beschreibung diskutiert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
- 2: eine teilweise geschnittene Darstellung der Antriebseinheit von Figur in veränderter Schaltstellung,
- 3: eine Getriebetopologische Schemazeichnung der Antriebseinheit der 1 und 2 sowie
- 4: eine schematische Darstellung der Schaltfunktionen der Antriebseinheit der 1 und 2 samt einer Abwicklung der Führungsnuten.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 10, in der eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 100 Einsatz findet. 2 zeigt dieselbe Antriebseinheit in teilweise geschnittener Darstellung und in einer anderen Schaltstellung. Zur nachfolgenden Beschreibung der Konstruktion soll auf beide Figuren gemeinsam Bezug genommen werden.
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Die Antriebseinheit 10 umfasst ein Gehäuse 20, in dem die übrigen Vorrichtungsbestandteile enthalten sind. Bei der dargestellten Ausführungsform ist insbesondere eine elektrische Maschine 30 in dem Gehäuse 20 integriert, deren Stator 31 gehäusefest montiert ist und deren Rotor 32 radial innerhalb des Stators 31 drehbar gelagert ist. Radial innerhalb des Rotors 32 ist eine Schaltvorrichtung 100 angeordnet, mit der drei koaxiale Wellen 110, 120, 130 wahlweise mit dem Rotor 32 und/oder dem Gehäuse 20 koppelbar sind. Die drei Wellen 110, 120, 130 durchsetzen einander koaxial, wobei eine erste Welle 110 die radial innerste Welle, eine zweite Welle 120 die radial mittlere Welle und eine dritte Welle 130 die radial äußerste Welle darstellt. Mit ihren Anschlussenden überragen die koaxialen Wellen 110, 120, 130 einander stufenartig, wobei das Anschlussende der ersten Welle 110 über dasjenige der zweiten Welle 120 und dieses über das Anschlussende der dritten Welle 130 hinausragt. Die erste Welle 110 ist mittels einer ersten Lagerung 112, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Axial- und einem Radial-Nadellager gebildet ist, gegen das Gehäuse 20, insbesondere gegen einen gehäusefesten Stutzen 21, gelagert. Sie trägt an ihrem Anschlussende einen als Stirnrad ausgebildeten ersten Verzahnungskörper 111. Die zweite Welle 120 ist mittels einer zweiten Lagerung 122, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Rillenkugellager ausgebildet ist, gegen die erste Welle 110, insbesondere gegen die radiale Innenseite eines axialen Vorsprungs des ersten Verzahnungskörpers 111, gelagert. Sie trägt an ihrem Anschlussende einen als Stirnrad ausgebildeten zweiten Verzahnungskörper 121. Die dritte Welle 130 ist mittels einer dritten Lagerung 132, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Rillenkugellager ausgebildet ist, gegen die zweite Welle 120, insbesondere gegen die radiale Innenseite eines axialen Vorsprungs des zweiten Verzahnungskörpers 121, gelagert. Sie trägt an ihrem Anschlussende einen als Stirnrad ausgebildeten dritten Verzahnungskörper 131. Die Verzahnungskörper 111, 121, 131 tragen gleichartige Verzahnungen.
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Die Verzahnungskörper 111, 121, 131 sind von zwei Schiebehülsen 140, 150 koaxial umgriffen. Die erste Schiebehülse 140, die radial weiter innen als die zweite Schiebehülse 150 liegt, weist einen nach radial innen gerichteten, innenverzahnten, ersten Verzahnungsabschnitt 141 auf, dessen Innenverzahnung zur Außenverzahnung der Verzahnungskörper 111, 121, 131 korrespondiert. Die erste Schiebehülse 140 ist mittels eines steckverzahnten Gleitlagers drehfest, jedoch axial verschieblich, auf dem gehäusefesten Stutzen 21 gelagert. Die erste Schiebehülse 140 ist daher in der Lage, je nach ihrer axialen Verschiebelage, den ersten oder zweiten Verzahnungskörper 111, 121 drehfest mit dem Gehäuse 20 zu koppeln. Grundsätzlich wäre auch denkbar, dass die erste Schiebehülse 140 auch den dritten Verzahnungskörper 131 drehfest mit dem Gehäuse 20 koppeln kann; von dieser Möglichkeit ist jedoch bei der dargestellten Ausführungsform kein Gebrauch gemacht worden.
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Um die genannte Axialverschiebung der ersten Schiebehülse 140 zu realisieren, ist die erste Schiebehülse 140 von einer Betätigungshülse 160 koaxial umgriffen, wobei die Betätigungshülse 160 in ihrer Innenseite eine erste Führungsnut 161 aufweist, in welcher ein erster Kulissensstein 142 der ersten Schiebehülse 140 geführt ist. Eine Rotation der Betätigungshülse 160 hat daher, entsprechend der jeweiligen lokalen Steigung der ersten Führungsnut 161, eine axiale Verschiebung der ersten Schiebehülse 140 zur Folge. Die rotative Verstellung der Betätigungshülse 160 erfolgt bei der dargestellten Ausführungsform über ein von einem Kegelrad 170 angetriebenes Koppelrad 171.
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Die zweite Schiebehülse 150 weist zwei Radialteile auf, nämlich ein äußeres Radialteil 151 und ein inneres Radialteil 153. Das äußere Radialteil 151 weist einen nach radial innen gerichteten, innenverzahnten, zweiten Verzahnungsabschnitt 152 auf, dessen Innenverzahnung zur Außenverzahnung der Verzahnungskörper 111, 121, 131 korrespondiert. Das äußere Radialteil 151 ist zudem drehfest, jedoch axial verschieblich mit dem Rotor 32 der elektrischen Maschine 30 verbunden. Eine Axialverschiebung des äußeren Radialteils 151 der zweiten Schiebehülse 150 kann daher genutzt werden, um je einen der Verzahnungskörper 111, 121, 131 drehfest mit dem Rotor 32 zu verbinden. In 1 ist dabei gut zu erkennen, dass die Außenverzahnungen des ersten und des zweiten Verzahnungskörpers 111, 121 hinreichend lang sind, sodass der erste Verzahnungsabschnitt 141 der ersten Schiebehülse 140 und der zweite Verzahnungsabschnitt 152 der zweiten Schiebehülse 150 gemeinsam eingreifen können. In einer solchen Konstellation wären also sowohl der Rotor 32 als auch der jeweilige Verzahnungskörper 111, 121 drehfest mit dem Gehäuse 20 gekoppelt. Derartiges ist selbstverständlich grundsätzlich auch für den dritten Verzahnungskörper 131 möglich, bei der dargestellten Ausführungsform jedoch nicht realisiert.
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Das bereits erwähnte innere Radialteil 153 der zweiten Schiebehülse 150 ist mittels eines Lagers 155, welches sowohl Radial- als auch Axialkräfte abzustützen vermag, gegen das äußere Radialteil 151 gelagert und somit von diesem drehentkoppelt, mit ihm aber axial verbunden. Das innere Radialteil 153 weist einen zweiten Kulissensstein 154 auf, der in einer zweiten Führungsnut 162 der Betätigungshülse 160 geführt ist. Eine rotative Verstellung der Betätigungshülse 160 führt also entsprechend der jeweiligen lokalen Steigung der zweiten Führungsnut 162 zu einer Axialverschiebung der gesamten zweiten Schiebehülse 150.
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Die Axialverschiebungen der beiden Schiebehülsen 140, 150 können in parallelen Abschnitten der beiden Führungsnuten 161, 162 gleichartig erfolgen. In nicht-parallelen Abschnitten der Führungsnuten 161, 162 erfolgen die Axialverschiebungen der Schiebehülsen 140, 150 unterschiedlich voneinander.
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3 zeigt eine getriebetopologische Schemadarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betriebseinheit 10. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 100 wird insbesondere zur Schaltung eines Getriebes 200 eingesetzt. Der Kern des Getriebes 200 besteht aus zwei Planetensätzen 210, 220. Die Sonne 211 des ersten Planetensatzes 210 ist dabei mit der ersten Welle 110 verbunden. Die Sonne 221 des zweiten Planetensatzes 220 ist mit der zweiten Welle 120 verbunden und der beiden Planetensätzen 210, 220 gemeinsame Steg 212/222 ist mit der dritten Welle 130 verbunden.
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Die Hohlräder 213, 223 der Planetensätze 210, 220 sind über unterschiedliche Übersetzungsstufen mit der Ausgangswelle 230 verbunden, die ihrerseits mit einem Differenzial 240 verbunden ist.
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Eine verbrennungsmotorische Getriebeeingangswelle 250, die im Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug mit der Kurbelwelle dessen Verbrennungsmotors gekoppelt ist, kann bei der gezeigten Ausführungsform über eine Hauptkupplung 260 wahlweise nur mit dem gemeinsamen Steg 212/222 oder zusätzlich zum Steg 212/222 mit dem Hohlrad 213 des ersten Planetensatzes 210 verbunden werden. Auch eine dritte Schaltstellung der Hauptkupplung 260, bei der die verbrennungsmotorische Getriebeeingangswelle 250 vollständig vom Getriebe 200 abgekoppelt ist, ist bei der dargestellten Ausführungsform realisierbar.
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Eine Besonderheit des gezeigten Ausführungsbeispiels liegt darin, dass die Verbindung der verbrennungsmotorischen Getriebeeingangswelle 250 zur Hauptkupplung 260 über eine Hohlradstufe erfolgt. Das Koppelrad 261 der Hauptkupplung 260 kämmt dabei mit der Innenverzahnung eines Hohlrades 251. Das Hohlrad 251 trägt jedoch zusätzlich eine Außenverzahnung, die mit dem Eingangsrad 271 eines im Übrigen nicht dargestellten Starter/Generators verbunden ist.
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4 zeigt in stark schematischer Darstellung die unterschiedlichen Schaltkonstellationen, die mittels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 100 bei der in 3 dargestellten Antriebseinheit 10 realisierbar sind. 4 zeigt zudem eine Abwicklung der beiden Führungsnuten 161, 162 der Betätigungshülse 160, die zur Realisierung des gezeigten Schaltschemas geeignet sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Variabilität des Abstandes der beiden Verzahnungsabschnitte 141, 152 der Schiebehülsen 140, 150 kann die axiale Länge der Verzahnungskörper 111, 121, 131 minimiert werden. Insbesondere muss der dritte Verzahnungskörper 113 nicht länger sein als die axiale Länge eines Verzahnungsabschnitts, insbesondere des zweiten Verzahnungsabschnittes 152. Die beiden anderen Verzahnungskörper 111, 121 müssen hingegen eine axiale Länge aufweisen, die einen gemeinsamen Eingriff der beiden Verzahnungsabschnitte 141, 152 zulässt, da Schaltstellungen vorgesehen sind, in denen sowohl der Rotor 32 als auch die erste Welle 110 bzw. die zweite Welle 120 am Gehäuse 20 festgelegt werden müssen. Zudem bedarf es zwischen den einzelnen Verzahnungskörpern 111, 121, 131 jeweils einer Lücke von der Breite eines Verzahnungsabschnitts 141, 152, da auch Schaltstellungen vorgesehen sind, in denen eine der Schiebehülsen 140, 150 mit keiner der Wellen 110, 120, 130 verbunden ist. Insgesamt ergeben sich so acht axiale Ebenen. Beim Stand der Technik, der keine Variation des Abstandes der Verzahnungsabschnitte 141, 152 zuließ, war zur Realisierung einer gleichen Anzahl an Schaltzuständen insgesamt eine zwölf axiale Ebenen umfassende axiale Baulänge erforderlich.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebseinheit
- 20
- Gehäuse
- 21
- gehäusefester Stutzen
- 22
- steckverzahntes Gleitlager
- 30
- elektrische Maschine
- 31
- Stator
- 32
- Rotor
- 100
- Schaltvorrichtung
- 110
- erste Welle
- 111
- erster Verzahnungskörper
- 112
- erste Lagerung
- 113
- Außenverzahnung von 111
- 120
- zweite Welle
- 121
- zweiter Verzahnungskörper
- 122
- zweite Lagerung
- 123
- Außenverzahnung von 121
- 130
- dritte Welle
- 131
- dritter Verzahnungskörper
- 132
- dritte Lagerung
- 133
- Außenverzahnung von 131
- 140
- erste Schiebehülse
- 141
- erster Verzahnungsabschnitt
- 142
- erster Kulissensstein
- 143
- steckverzahntes Gleitlager
- 150
- zweite Schiebehülse
- 151
- erstes/äußeres Radialteil von 150
- 152
- zweiter Verzahnungsabschnitt
- 153
- zweites/inneres Radialteil von 150
- 154
- zweiter Kulissensstein
- 155
- Lager
- 160
- Betätigungshülse
- 161
- erste Führungsnut
- 162
- zweite Führungsnut
- 170
- Kegelrad
- 171
- Koppelrad
- 200
- Getriebe
- 210
- erster Planetensatz
- 211
- Sonne von 210
- 212
- Steg von 210
- 213
- Hohlrad von 210
- 220
- zweiter Planetensatz
- 221
- Sonne von 220
- 222
- Steg von 220
- 223
- Hohlrad von 220
- 230
- Ausgangswelle
- 240
- Differenzial
- 250
- Getriebeeingangswelle
- 251
- Hohlrad von 250
- 260
- Hauptkupplung
- 261
- Koppelrad von 260
- 271
- Eingangsrad Starter/Generator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015221274 A1 [0003]
