-
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem Zweiganggetriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer mit einem Elektromotor 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, mit einem ersten antreibenden Zahnrad und einem ersten angetriebenen Zahnrad, einer zweiten Gangstufe zur Übersetzung einer Drehzahl der Eingangswelle an die Ausgangswelle mit einem zum ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis, mit einem zweiten antreibenden Zahnrad und einem zweiten angetriebenen Zahnrad, einem ersten Freilauf, welcher der ersten Gangstufe auf der Eingangswelle zugeordnet ist, einem zweiten Freilauf, welcher der zweiten Gangstufe auf der Eingangswelle zugeordnet ist und in Gegenrichtung zum ersten Freilauf sperrt, einem Zwischenzahnrad in der zweiten Gangstufe, einem zwischen dem Elektromotor und der Eingangswelle angeordneten Vorgelege und einer Motorsteuerung, welche die Drehrichtung des Elektromotors umkehren kann.
-
Über einen solchen Antriebsstrang kann eine Leistung einer elektrischen Maschine gewandelt werden. Die Erfindung ist für elektrounterstützte oder rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Batterie/Akku geeignet, also für Zweiräder, wie Fahrräder, E-Bikes, Pedelecs, Mopeds, Motorroller (Scooter) oder Motorräder, für Dreiräder, wie Rikschas, oder für „normale“ Fahrzeuge mit vier Rädern, vom Leichtfahrzeug bis zum Stadtbus.
-
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.
-
Batterielektrische Fahrzeuge (Battery Electric Vehicles, BEV), wie Zwei- oder Dreiräder, sind häufig mit einem elektrischen Traktionsmotor und einem Getriebe mit einer festen, nicht änderbaren Übersetzung oder mit einem Radnabenmotor ausgestattet, um die Masse des Antriebsstrangs, sein Volumen, die Verluste oder die Kosten zu minimieren. Um ausreichend hohes Drehmoment am Antriebsrad für das Anfahren oder das Bergauffahren zu erreichen, hat das Getriebe oft eine hohe Übersetzung, was auf Kosten der Höchstgeschwindigkeit geht. Um beides zu erreichen (Steigfähigkeit bei niedrigen Drehzahlen und höhere Höchstgeschwindigkeit) kann einfach ein größerer, stärkerer Motor eingesetzt werden, der bezüglich des Gewichts und der Kosten aber wieder nachteilig ist.
-
Um eine große Drehmoment- und Drehzahlspreizung, also eine gute Beschleunigung, gute Steigfähigkeit und hohe Endgeschwindigkeit auch mit einem kleineren Motor zu erreichen, kann ein Zweiganggetriebe vorgesehen sein, das unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bereitstellt. So kann bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit ein hohes Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein, um zum Beschleunigen oder Bergauffahren ein möglichst hohes Drehmoment bereitzustellen, während bei höherer Geschwindigkeit ein niedriges Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein kann, um eine möglichst hohe Höchstgeschwindigkeit realisieren zu können. Im Vergleich zu Direktantrieben oder Antrieben mit einer Gangstufe halten Zweiganggetriebe den Motor in seinem effizientesten Bereich über weite Strecken jedes Fahrzyklusses, kommen mit einem relativ kleinen und leichten Elektromotor aus und erhöhen die Leistung des Fahrzeugs. Ein Zweiganggetriebe sorgt auch für weniger Verbrauch und höhere Reichweite bei gleichem Akku.
-
Die
DE 10 2018 129 927 A1 zeigt einen Antriebsstrang mit einem Zweiganggetriebe für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, dessen den Gangstufen zugeordnete Freiläufe gegenläufig sperren und das auf der Eingangswelle, trieblich unmittelbar nach dem Elektromotor, ein Vorgelege zur Herstellung einer ersten Getriebeuntersetzung aufweist. Der Elektromotor ist in seiner Drehrichtung umkehrbar. In einer der Drehrichtungen sperrt ein erster Freilauf an einer der Gangstufen und treibt somit ein erstes Antriebsrad an. In einer entgegengesetzten Drehrichtung sperrt ein zweiter Freilauf an einer weiteren Gangstufe und treibt somit ein zweites Antriebsrad an. Das Zwischenzahnrad an einer der Getriebestufen bringt die Drehung der Ausgangswelle in die gleiche Drehrichtung wie im anderen Gang. Mechanisches Schalten, Klicken oder Kuppeln ist bei der hier beschriebenen Lösung nicht notwendig.
-
Die Anordnung zweier gegenläufiger Freiläufe im Getriebe führt zu einem automatischen „Segelmodus“, wie das Erlauben des kräftefreien Rollens im Leerlauf bezeichnet wird. Die vorbeschriebene Anordnung zweier gegenläufiger Freiläufe im Getriebe führt auch zu einer sogenannten „Auto Hill Hold“ Funktion (Berganfahrsperre), einer Funktion, die bei auf geneigter Straße stehenden Fahrzeug ein unbeabsichtigtes Zurückrollen selbsttätig vermeidet.
-
Aus der
DE 10 2018 102 266 A1 ist ein Antriebsstrang mit einem Zweiganggetriebe für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bekannt. Hervorstehend ist, dass nur ein Freilauf vorgesehen ist, welcher einer ersten Gangstufe zugeordnet ist. Das Getriebe weist zusätzlich eine Fliehkraftkupplung und eine Lamellenkupplung auf.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang vorzuschlagen, über welchen das Kraftfahrzeug besser manövriert werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass entweder in der Eingangswelle eine als Kugelverriegelungsmechanismus vorliegende, über Axialverschiebung kuppelnde und entkuppelnde Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist, welche eines der antreibenden Zahnräder mit seiner Eingangswelle drehfest verbindet oder löst, wobei Kugeln des Kugelverriegelungsmechanismus im Koppelzustand abschnittsweise in einem der beiden antreibenden Zahnräder verlaufen oder
dass in der Ausgangswelle eine als Kugelverriegelungsmechanismus vorliegende, über Axialverschiebung kuppelnde und entkuppelnde Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist, welche eines der angetriebenen Zahnräder mit seiner Ausgangswelle drehfest verbindet oder löst, wobei Kugeln des Kugelverriegelungsmechanismus im Koppelzustand abschnittsweise in einem der beiden angetriebenen Zahnräder verlaufen.
-
Aufgrund dieser Maßnahmen lässt sich die eingangs erwähnte Berganfahrsperre durch Lösen des Kugelverriegelungsmechanismus aufheben und das Fahrzeug kann nunmehr auch rückwärts rollen, fahren oder geschoben werden.
-
Der erfindungsgemäß lösbare Kugelverriegelungsmechanismus in der Eingangs- oder der Ausgangswelle ist somit an einer der Gangstufen vorgesehen und verbindet eine der Wellen (Eingangs- oder Ausgangswelle) mit dem entsprechenden Zahnrad drehfest über Formschluss und löst diese Verbindung. Nach dem Lösen kann das Zahnrad frei gegenüber der Welle rotieren und überträgt kein Drehmoment. Der Kugelverriegelungsmechanismus wird über Axialverschiebung bedient, also kuppelt und entkuppelt über eine Schiebebewegung längs der Achse der Welle.
-
Der Kugelverriegelungsmechanismus ist anspruchsgemäß innerhalb eines der vier Zahnräder (antreibende Zahnräder der Eingangswelle oder angetriebene Zahnräder der Ausgangswelle) angeordnet, bevorzugt in einem keinen Freilauf beinhaltenden Zahnrad. Der Einbau in eines der Zahnräder beansprucht keinen eigenen Bauraum zwischen den Gangstufen, was das Getriebe klein hält. Bevorzugt ist der Kugelverriegelungsmechanismus im ersten angetriebenen Zahnrad angeordnet, da dort, an der zweiten Welle, ausreichend Bauraum für diesen vorhanden ist.
-
Bevorzugt sind im Kugelverriegelungsmechanismus mehrere (z.B. zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht) äquidistant verteilte Kugeln vorgesehen, die über Schrägen eines inneren, verschiebbaren Schaftes in entsprechende Aussparungen einer äußeren Hülse gegen rückstellende Federkräfte geschoben werden, und so eine Verriegelung ermöglichen oder lösen. Die äußere Hülle ist drehfester Bestandteil des zugeordneten Zahnrades.
-
Das Zwischenzahnrad gemäß Hauptanspruch ist bevorzugt der zweiten, schnelleren Gangstufe zugeordnet, da dort wegen des kleineren angetriebenen Zahnrads mehr Bauraum als in der ersten Gangstufe vorhanden ist.
-
Das Wechseln der beiden Vorwärtsgänge kann vom Fahrer veranlasst oder automatisch erfolgen, dann zum Beispiel in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, der Raddrehzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Last, dem Lastbedarf, dem Drehmoment oder dem Drehmomentbedarf. Entsprechende Sensoren und ein entsprechender Algorithmus in der Steuerung können vorgesehen sein. Als Elektromotoren werden solche verwendet, die von ihrer Größe und Geschwindigkeit her leicht gestoppt und reversiert werden können, so dass sie fast sofort oder unmittelbar, weich und schnell ihre Drehrichtung ändern, ohne dass das Fahrzeug stoppt.
-
Die Übersetzungen des Zweiganggetriebes können für verschiedene Fahrzyklen optimiert werden, um hohe Energieeffizienz oder hohe Leistung und niedrigeren Energieverbrauch aus der Batterie zu erreichen. Diese Optimierung erlaubt die Verwendung einer dynamischen Schaltstrategie ohne Abstriche bei der Leistung und erlaubt ein sanftes Schalten. Dies steigert den Fahrkomfort. Die Steuerung kann unkompliziert sein. Das System ist sicher und stressfrei, kompakt, einfach, kosteneffektiv und effizient.
-
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1: eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
- 2: eine weitere Ausführung eines, erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
- 3: eine Kupplungsvorrichtung,
- 4: den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs im ersten Gang,
- 5: den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs im zweiten Gang,
- 6: den Kraftfluss beim Segeln,
- 7: den Kraftfluss bei Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs,
- 8: eine weitere Ausführung einer Kupplungsvorrichtung
- 9: die Kupplungsvorrichtung der 8 ausgekuppelt,
- 10: die Kupplungsvorrichtung der 8 eingekuppelt und
- 11: die Kupplungsvorrichtung der 8 ausgekuppelt.
-
1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit Zweiganggetriebe 10. Vorgesehen ist ein Elektromotor 34 mit einer Motorsteuerung (Motor Controller, MC) 36 und einem Stromspeicher oder Akku 38. Das Drehmoment des Elektromotors 34 wird über ein Vorgelege 44 auf eine Eingangswelle 12 des Zweiganggetriebes 10 geleitet. 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 42 des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Die erste Gangstufe 14 weist ein erstes antreibendes Zahnrad 20 auf, das über einen ersten Freilauf 28 auf der Eingangswelle 12 angeordnet ist und mit einem mit der Ausgangswelle 18 verbundenen ersten angetriebenen Zahnrad 22 kämmt. Die zweite Gangstufe 16 weist ein zweites antreibendes Zahnrad 24 auf, das über einen zweiten Freilauf 32 (der gegenläufig zum ersten Freilauf 28 arbeitet) auf der Eingangswelle 12 angeordnet ist, und über ein Zwischenzahnrad 30 ein mit der Ausgangswelle 18 verbundenes zweites angetriebenes Zahnrad 26 antreibt. Auf der Ausgangswelle 18 befindet sich ein Rad (Kettenrad, Scheibe, (gezahnte) Riemenscheibe, das über ein Übertragungselement (Kette, Riemen 40, Keilriemen oder Zahnriemen) das Drehmoment auf die Welle des Antriebsrads 42 überträgt.
-
2 zeigt eine weitere Ausführung eines Antriebsstrangs, der sich von der Ausführung der 1 nur dadurch unterscheidet, dass das erste angetriebene Zahnrad 22 nicht fest auf der Ausgangswelle 18 angeordnet ist, sondern dass dort eine Kupplungsvorrichtung 46 vorgesehen ist, mittels derer das Zahnrad 22 entweder drehfest mit der Ausgangswelle 18 verbindbar ist (eingekuppelt) oder die Verbindung gelöst ist (ausgekuppelt), so dass sich das Zahnrad 22 und die Ausgangswelle 18 frei gegeneinander drehen können, ohne Drehmoment zu übertragen.
-
3 zeigt eine solche Kupplungsvorrichtung 46, die nach Art eines Kugelverriegelungsmechanismus arbeitet. In der Ausgangswelle 18 befindet sich eine Sackbohrung, in der eine innere Welle 50 axial verschiebbar gelagert ist. Dazu ist über eine Verbindung 52 ein Gehäuse 48 an der Ausgangswelle 18 zur verschieblichen Aufnahme und zur Führung der inneren Welle 50 angeordnet. Die innere Welle 50 weist in ihrer rechten Hälfte eine Verjüngung auf und in ihrer linken Hälfte einen Kragen, der einerseits als Anschlag an die Ausgangswelle 18 und andererseits als Kraftaufnehmer für eine im Gehäuse 48 befindliche Druckfeder 54 dient. Die Ausgangswelle 18 weist eine Lagerung für mehrere Kugeln 56 auf. In dieser Ausführung sind es vier äquidistant verteilte, von denen zwei in der 3 sichtbar sind. Die Druckfeder 54 drückt die innere Welle 50 nach rechts (oberes und mittleres Teilbild). Weiterhin ist ein Bowdenzug 58 vorgesehen, mit Hilfe dessen die innere Welle 50 gegen die Kraft der Druckfeder 54 nach links gezogen werden kann (unteres Teilbild). Die Pfeile zeigen die axialen Bewegungsmöglichkeiten der inneren Welle 50 an.
-
Zur Funktion: Ist die Innere Welle 50 von der Feder 54 nach rechts gedrückt (oberes und mittleres Teilbild), presst die innere Welle 50 die Kugeln 56 so nach außen, dass sie aus dem Umfang der Ausgangswelle 18 hervorstehen oder herausragen (geschlossene Kupplung). Die Kugeln 56 können dann mit einem (in dieser Fig. nicht gezeigten) die Welle 18 umgebenden Teil zusammenwirken, entweder einen Mantel auseinanderdrücken, reibschlüssig gegen ein äußeres Rohr drücken oder formschlüssig in Aussparungen eines umgebenden Elementes/Schaftes eingreifen und so ein Einkuppeln bewirken.
-
Ist die innere Welle 50 vom Bowdenzug 58 nach links gezogen (unteres Teilbild), liegen die Kugeln 56 in der Verjüngung und damit radial weiter innen, so dass sie nicht aus dem Umfang der Ausgangswelle 18 hervorstehen oder herausragen (gelöste oder offene Kupplung). Die Kugeln 56 wirken dann nicht mit einem sie umgebenden Teil zusammen.
-
4 zeigt zur Erläuterung der Funktion des Antriebsstrangs der 2 den Kraftfluss im ersten (Vorwärts-) Gang. Helle Pfeile zeigen den Fluss des Drehmoments, dunkle Pfeile die Rotationsrichtungen der einzelnen Wellen oder Zahnräder. Der Motor 34 treibt im Uhrzeigersinn drehend über das Vorgelege 44 die Eingangswelle 12 des Zweiganggetriebes 10 mit dem ersten antreibenden Zahnrad 20, welches mit dem ersten angetriebenen Zahnrad 22 kämmt. Da der erste Freilauf 28 im ersten antreibenden Zahnrad 20 bei dieser Drehrichtung sperrt und Drehmoment überträgt, wird das erste angetriebene Zahnrad 22 in Drehung versetzt und überträgt, da die Kupplungsvorrichtung 46 ebenfalls sperrt, das Drehmoment auf die Ausgangswelle 18. Das zweite angetriebene Zahnrad 26 sitzt fest auf der Ausgangswelle 18 und dreht sich in die gleiche Richtung wie das erste angetriebene Zahnrad 22. Das zweite angetriebene Zahnrad 26 kämmt mit dem Zwischenzahnrad 30 und versetzt dieses in eine umgekehrte Drehbewegung. Das Zwischenzahnrad 30 kämmt mit dem zweiten antreibenden Zahnrad 24 und versetzt dieses in eine Drehbewegung umgekehrt zu der des ersten antreibenden Zahnrads 20. Da in dieser Drehrichtung der zweite Freilauf 32 aber frei dreht, hat diese Drehbewegung keinen Einfluss auf die Eingangswelle 12. Das zweite angetriebene Zahnrad 24 überträgt also kein Drehmoment (gekennzeichnet durch ein x im zweiten Freilauf 32 in der 4).
-
Das vom ersten angetriebenen Zahnrad 22 auf die Ausgangswelle 18 übertragene Drehmoment wird dann über den Riemen 40 auf das Antriebsrad 42 übertragen.
-
5 zeigt den Kraftfluss eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs im zweiten (Vorwärts-) Gang. Helle Pfeile zeigen wiederum den Fluss des Drehmoments, dunkle Pfeile die Rotationsrichtungen der einzelnen Wellen oder Zahnräder. Der Motor 34 dreht erfindungsgemäß in Gegenrichtung, also im Gegenuhrzeigersinn, und treibt über das Vorgelege 44 die Eingangswelle 12 des Zweiganggetriebes 10. Da der erste Freilauf 28 im ersten antreibenden Zahnrad 20 nun offen ist und kein Drehmoment überträgt (gekennzeichnet durch ein x in der 5) wird das erste angetriebene Zahnrad 22 nicht in Drehung versetzt und überträgt kein Drehmoment auf die Ausgangswelle 18.
-
Die Eingangswelle 12 dreht sich so, dass der zweite Freilauf 32 sperrt oder greift, das zweite antreibende Zahnrad 24 in Drehung versetzt und Drehmoment überträgt. Das zweite antreibende Zahnrad 24 überträgt über das anders herum drehende Zwischenzahnrad 30 eine der Drehung des zweiten antreibenden Zahnrads 24 gleiche Drehbewegung auf das zweite angetriebene Zahnrad 26, das die Ausgangswelle 18 antreibt und das Drehmoment über den Riemen 40 auf das Antriebsrad 42 überträgt. Wie man sieht, ist es hier natürlich wichtig, dass die Umkehr der Drehrichtung des Motors 34 über das weitere Zahnrad 30 wieder aufgehoben wird, sodass bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 34 die gleiche Drehrichtung wie im ersten Gang (4) an der Ausgangswelle 18 erzeugt wird. Dass das von der Kupplungsvorrichtung 46 fest an die Ausgangswelle 18 angekuppelte erste angetriebene Zahnrad 22 eine „falsche“ Drehbewegung auf das erste antreibende Zahnrad 20 zurücküberträgt, spielt keine Rolle, da der erste Freilauf 28 im ersten antreibenden Zahnrad 20 frei dreht und kein Drehmoment überträgt.
-
6 zeigt den Kraftfluss beim Segeln, dem antriebslosen freien Rollen bergab oder beim Langsamerwerden. Der Elektromotor 34 ist ausgeschalten und kann stehen. Drehmoment fließt vom nun vom über die Trägheit des Fahrzeugs angetriebenen Antriebsrad 42 über den Riemen 40 auf die Ausgangswelle 18 des Zweiganggetriebes 10. Die Ausgangswelle 18 dreht das erste angetriebene Zahnrad 22 - da die Kupplungsvorrichtung 46 greift - und das zweite angetriebene Zahnrad 26. Beide übertragen ihre Drehung auf die ihnen zugeordneten kämmenden Zahnräder 20 und 24. Da bei dieser Drehrichtung aber beide Freiläufe 28 und 32 aber frei laufen, also kein Drehmoment übertragen (gekennzeichnet durch zwei x in der 6), wird kein Drehmoment auf die Eingangswelle 12 übertragen. So bremst der stehende Elektromotor 34 nicht, und das Fahrzeug kann ohne Stromverbrauch weiterrollen oder segeln, ohne kinetische Energie aufzubrauchen, den Motor 34 hochzudrehen oder gebremst zu werden.
-
Der gezeigte Antriebsstrang hat neben dem Vorteil des Segelns auch noch den des „Auto Hill Holds“, also des Verhinderns des ungewollten Rückwärtsrollens des Fahrzeugs beim Anfahren am Berg. Versucht die Schwerkraft, das Fahrzeug in eine Rückwärtsbewegung zu versetzen (Drehrichtung am Antriebsrad 42 wie in 7), sperrt der stehende Motor 34 die Bewegung, das Fahrzeug bleibt stehen, bis der Motor mit seiner gewollten Drehung im ersten Gang (4) oder im zweiten Gang (5) beginnt. Will der Fahrer aber rückwärtsfahren oder das Fahrzeug rückwärts schieben, muss er die Blockade durch Lösen der Kupplungsvorrichtung 46 lösen, wie anhand von 7 gezeigt ist.
-
7 zeigt den Kraftfluss bei gewollter Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs. Im Gegensatz zu den Zuständen des Zweiganggetriebes 10 in den 4 bis 6 hat der Fahrer nun durch Ziehen am Bowdenzug (dunkler Pfeil ganz links) die Kupplungsvorrichtung 46 gelöst, sodass die Kupplungsvorrichtung 46 kein Drehmoment zwischen der Ausgangswelle 18 und dem ersten angetriebenen Zahnrad 22 überträgt. Die hellen Pfeile geben wieder den Drehmomentfluss an, die dunklen die Drehrichtung.
-
Wenn der Fahrer das Fahrzeug zum Beispiel rückwärts schiebt, dreht sich das Antriebsrad 42 in die gezeigte Rückwärtsrichtung. Das Drehmoment fließt über den Riemen 40 auf die Ausgangswelle 18 des Zweiganggetriebes 10 und von dort über die Zahnräder 26, 30 und 24 (da der zweite Freilauf 32 sperrt) auf die Eingangswelle 12 und bringt dann den Motor 34 in leichte Drehung. Da bei dieser Drehrichtung auch der erste Freilauf 28 greift, würde sich das erste angetriebene Zahnrad 22 „falsch“ herum drehen und die Bewegung blockieren (Auto Hill Hold), wenn die Kupplungsvorrichtung 46 nicht gelöst oder offen wäre. So aber lässt sich das Fahrzeug rückwärts schieben. Analoges gilt natürlich auch für das motorische Rückwärtsfahren. Wenn sich der Elektromotor so wie in 7 gezeigt dreht, dreht sich das Antriebsrad 42 wie gewünscht rückwärts.
-
8 zeigt eine weitere Ausführung einer Kupplungsvorrichtung 46, die nach Art eines Kugelverriegelungsmechanismus arbeitet. In der Ausgangswelle 18 befindet sich wieder eine Sackbohrung, in der die innere Welle 50 axial verschiebbar gelagert ist. Dazu ist über die Verbindung 52 das Gehäuse 48 an der Ausgangswelle 18 zur verschieblichen Aufnahme und zur Führung der inneren Welle 50 angeordnet. Die innere Welle 50 weist in ihrer rechten Hälfte eine Verjüngung auf und in ihrer linken Hälfte einen Kragen, der einerseits als Anschlag an die Ausgangswelle 18 und andererseits als Kraftaufnehmer für die im Gehäuse 48 befindliche Druckfeder 54 dient. Die Ausgangswelle 18 weist auf der Höhe des ersten angetriebenen Zahnrades 22 eine entsprechende Lagerung für mehrere Kugeln 56 auf. In dieser Ausführung sind es vier Stück, von denen zwei in der 8 sichtbar sind. Die Druckfeder 54 drückt die innere Welle 50 nach rechts. Mit dem Bowdenzug 58 kann die innere Welle 50 gegen die Kraft der Druckfeder 54 nach links gezogen werden. Die Verjüngung der inneren Welle 50 weist Schrägen auf, auf denen bei Axialverschiebung der inneren Welle 50 nach links die Kugeln 56 radial nach innen gleiten können und nicht mehr aus dem Umfang der Ausgangswelle 18 ragen. Bei Axialverschiebung der inneren Welle 50 nach rechts - wie hier in 8 gezeigt - sind die Kugeln 56 radial nach außen geschoben worden und ragen aus dem Umfang der Ausgangswelle 18 heraus in Aussparungen des ersten angetriebenen Zahnrads 22. Dies führt zu einem Einkuppeln und der Übertragung von Drehmoment von der Welle 18 auf das Zahnrad 22.
-
Im Kasten rechts unten in 8 sind die Kugeln 56 in ihren Lagerungen in der Ausgangswelle 18 vergrößert gezeichnet. Zu erkennen ist, dass die Kugeln 56 axial außen Einfräsungen haben, in denen eine Ringfeder 60 gelagert ist, die die Kugeln 56 hält oder nach radial innen drückt.
-
9 zeigt die Kupplungsvorrichtung 46 der 8 im ausgekuppelten Zustand. Dazu wurde über den Bowdenzug 58 die innere Welle 50 nach links gegen die Wirkung der Druckfeder 54 gezogen. Damit ist die Verjüngung der inneren Welle auf die Höhe des ersten angetriebenen Zahnrads 22 gezogen worden. So konnte die Ringfeder 60 die Kugeln 56 über die Schrägen gleitend nach radial innen ziehen, so dass sie im Umfang der Ausgangswelle 18 „verschwinden“ und nicht mehr in die Aussparungen des ersten angetriebenen Zahnrads 22 eingreifen. Die Kupplungsvorrichtung 46 ist geöffnet und überträgt kein Drehmoment.
-
Im Kasten oben rechts der 9 ist das erste angetriebene Zahnrad 22 nochmals gezeigt, wobei die achsnahen Aussparungen für die vier Kugeln 56 gut zu erkennen sind. Die Ringfeder 60 ist hier deutlich vergrößert gezeichnet.
-
Im Kasten unten rechts der 9 ist das Versenken der Kugeln 56 durch die Ringfeder 60 in Höhe ihrer Lagerungen in der Ausgangswelle 18 dank der Verjüngung der inneren Welle 50 im Inneren des ersten angetriebenen Zahnrads 22 zu erkennen.
-
10 zeigt die Kupplungsvorrichtung 46 der 8 eingekuppelt. Die innere Welle 50 ist von der Druckfeder 54 im Gehäuse 48 nach rechts gedrückt. Die Kugeln 56 sind dadurch gegen die Wirkung der Ringfeder 60 über die Schrägen der Verjüngung der inneren Welle 50 auf den größeren Umfang der inneren Welle 50 geschoben worden und greifen formschlüssig in die Aussparungen des ersten angetriebenen Zahnrads 22 ein. Die Kupplungsvorrichtung 46 ist geschlossen und kann Drehmoment übertragen.
-
11 zeigt die Kupplungsvorrichtung 46 der 8 ausgekuppelt. Die innere Welle 50 ist gegen die Druckfeder 54 im Gehäuse 48 nach links gedrückt. Die Kugeln 56 sind dadurch von der Ringfeder 60 über die Schrägen in die Verjüngung mit kleinerem Umfang der inneren Welle 50 geschoben worden und greifen nicht mehr formschlüssig in die Aussparungen des ersten angetriebenen Zahnrads 22 ein. Die Kupplungsvorrichtung 46 ist geöffnet und kann kein Drehmoment übertragen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Zweiganggetriebe
- 12
- Eingangswelle
- 14
- erste Gangstufe
- 16
- zweite Gangstufe
- 18
- Ausgangswelle
- 20
- erstes antreibendes Zahnrad
- 22
- erstes angetriebenes Zahnrad
- 24
- zweites antreibendes Zahnrad
- 26
- zweites angetriebenes Zahnrad
- 28
- erster Freilauf
- 30
- Zwischenzahnrad
- 32
- zweiter Freilauf
- 34
- Elektromotor
- 36
- Motorsteuerung
- 38
- Akku
- 40
- Riemen
- 42
- Antriebsrad
- 44
- Vorgelege
- 46
- Kupplungsvorrichtung, Kugelverriegelungsmechanismus
- 48
- Gehäuse
- 50
- Innere Welle
- 52
- Verbindung
- 54
- Druckfeder
- 56
- Kugeln
- 58
- Bowdenzug
- 60
- Ringfeder
