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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung, mit deren Hilfe das Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen angepasst werden kann.
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Aus
DE 10 2016 115 078 A1 ist eine Schaltwalze zum Schalten von Getriebegängen in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein in einer Führungsnut der drehbaren Schaltwalze eingesetzter Führungsstift erst eine Hin-und Herbewegung entlang einer Schikane der Führungsnut ausführen muss, um von einer dem ersten Gang entsprechenden Stellung in eine einer Parkstellung entsprechenden Stellung zu gelangen.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes einfach und sicher an unterschiedliche Betriebssituationen anzupassen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die eine einfache und sichere Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung 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 eine Schalteinrichtung zum Einstellen eines Übersetzungsverhältnisses und/oder zum Verblocken eines Planetengetriebes für ein Kraftfahrzeuggetriebe eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen mit einem, insbesondere als Freilauf ausgestalteten, Koppelelement zum wahlweisen Koppeln einer Getriebekomponente des Planetengetriebes, einem, insbesondere als Reibungskupplung ausgestalteten, weiteren Koppelelement zum wahlweisen Koppeln einer anderen Getriebekomponente des Planetengetriebes und einer drehbaren Schaltwalze zum Schalten zumindest des Koppelelements, zum wahlweisen Koppeln einer Getriebekomponente des Planetengetriebes, wobei die Schaltwalze eine drehbare Walze und eine in der Walze eingebrachte Führungsnut zum Führen eines mit dem Koppelelement verbundenen Führungsstifts aufweist, wobei die Führungsnut einen Blockierbereich zum Verblocken des Planetengetriebes, wenn der Führungsstift des Koppelelements in dem Blockierbereich der Führungsnut positioniert ist, und einen Betriebsbereich, in dem das Verblocken des Planetengetriebes aufgehoben ist, wenn der Führungsstift des Koppelelements in dem Betriebsbereich der Führungsnut positioniert ist, aufweist, wobei die Führungsnut zwischen dem Blockierbereich und dem Betriebsbereich einen Übergangsbereich aufweist, wobei der Übergangsbereich eine nur durch zumindest eine Hin- und Herbewegung des Führungsstifts in Umfangsrichtung überwindbare Schikane zum Führen des Führungsstifts von dem Betriebsbereich zum Blockierbereich und eine an der Schikane vorbeiführende Bypassnut zum Führen des Führungsstifts von dem Blockierbereich zum Betriebsbereich aufweist, und wobei der Führungsstift des Koppelelements innerhalb der Führungsnut der Walze in axialer Richtung vorgespannt ist.
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Das Koppelelement kann von dem in der Führungsnut geführten Führungsstift geschaltet werden. Bei einer Drehung der Walze kann der Führungsstift innerhalb der Führungsnut geführt werden und je nach Drehwinkelbereich der Walze seine Relativlage in axialer Richtung am Umfang der Walze verändern oder beibehalten. Durch die axiale Verlagerung des Führungsstifts im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Walze infolge eines entsprechenden Verlaufs der Führungsnut kann der Führungsstift eine definierte Bewegung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Walze ausführen, die für das Ansteuern verschiedener Schaltzustände des Koppelelements genutzt werden kann.
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Beispielsweise ist das Koppelelement als schaltbarer Freilauf ausgestaltet, wobei der Freilauf mit Hilfe eines drehbaren Schaltelements geschaltet werden kann. Da das Schaltelement nur um einen geringen Drehwinkelbereich begrenzt verdreht werden braucht, um die verschiedenen Schaltzustände zu schalten, kann leicht eine axiale Relativbewegung des mit dem Schaltelement gekoppelten oder fest verbundenen Führungsstifts in der Führungsnut der Walze in eine Drehbewegung des Schaltelements des Freilaufs oder sonstigen Koppelelements gewandelt werden. Der Führungsstift kann beispielsweise an der Führungsnut abgleiten oder insbesondere über eine drehbar gelagerte Führungsrolle an der Führungsnut abrollen.
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Wenn das, insbesondere als schaltbare Freilauf ausgestaltete, Koppelelement in einem Planetengetriebe eines Kraftfahrzeuggetriebes eingesetzt wird, beispielweise um ein Sonnenrad oder Hohlrad des Planetengetriebes wahlweise, insbesondere unbeweglich, festzuhalten oder frei laufen zu lassen, kann über die Schaltstellung des Schaltelements in dem Koppelelement leicht das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes verändert werden. Wenn das Koppelelement die entsprechende Getriebekomponente des Planetengetriebes festhält, stellt sich für das Planetengetriebe eine andere Gesamtübersetzung ein, als wenn das Koppelelement diese Getriebekomponente frei drehen lässt. Dadurch lässt sich sehr einfach ein 2-Gang-Getriebe realisieren.
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Da das Planetengetriebe bei einer entsprechenden Schaltung der Koppelelemente unbeweglich blockiert werden kann, lässt sich dadurch eine Parksperren-Funktion realisieren. Um das mindestens eine von der Walze schaltbare Koppelelement in einen Schaltzustand zu bringen, in welchem das Planetengetriebe unbeweglich verblockt ist, kann die Walze in einen Drehwinkelbereich drehen, in dem der Führungsstift innerhalb der Führungsnut in dem Blockierbereich positioniert ist. Beispielsweise kann der Führungsstift von der Walze automatisch in den Blockierbereich bewegt werden, wenn das Kraftfahrzeug abgestellt wird, was beispielsweise bei einem Automatikgetriebe durch das Schalten in die P-Stellung angezeigt wird. Durch die mit Hilfe des absichtlichen Blockierens des Planetengetriebes realisierte Parksperren-Funktion kann ein unbeabsichtigtes Wegrollen des abgestellten Kraftfahrzeugs sicher vermieden werden. Wenn das Kraftfahrzeug gestartet werden soll, kann die Walze in einen Drehwinkelbereich verdreht werden, in dem das Verblocken des Planetengetriebes aufgehoben ist, das heißt der Führungsstift in Richtung auf den Betriebsbereich zu bewegt wurde, wo der Führungsstift eine hierzu geeignete Schaltstellung des Koppelements geschaltet hat. Hierzu ist ein separates Blockieren des Antriebsstrangs mit Hilfe eines separaten Sperrbolzens oder Ähnlichen nicht erforderlich, so dass auch eine dazugehörige Aktorik und Sensorik eingespart werden kann. Die Betriebssituation „Parken“ kann dadurch besonders einfach und bauraumsparend abgebildet werden. Durch die Einsparung einer separaten Getriebesperre als Parksperre können zudem die Bauteileanzahl und die Herstellungskosten gesenkt werden. Dadurch kann eine einfache und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht sein.
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Ein bewegungsloses Verblocken des Planetengetriebes während der Fahrt des Kraftfahrzeugs muss jedoch sicher vermieden sein, um schwere Beschädigungen des Antriebsstrangs zu vermeiden. Hierzu ist in dem Übergangsbereich zwischen dem Betriebsbereich und dem Blockierbereich der Führungsnut der Übergangsbereich mit der Schikane vorgesehen. Wenn, beispielsweise durch einen plötzlichen Drehmomentstoß oder ein fehlerhaftes Stellsignal für die Walze, die Walze droht in einen Drehwinkelbereich verdreht zu werden, bei dem der Führungsstift von dem Betriebsbereich in den Blockierbereich verlagert wäre, kann der Führungsstift zunächst in die Schikane des Übergangsbereichs gelangen. In der Schikane kann der Führungsstift in tangentialer Richtung entlang der Drehrichtung der Walze anschlagen und ein weiteres Verdrehen der Walze formschlüssig blockieren. Ein fehlerhaftes Ansteuern des Blockierbereichs mit dem Führungsstift kann dadurch sicher vermieden werden. Wenn der Blockierbereich absichtlich angefahren werden soll, muss der aus dem Betriebsbereich automatisch in die Schikane des Übergangsbereichs bewegte Führungsstift eine entsprechend der Formgestaltung der Schikane genau definierte Bewegung durchführen. Hierzu muss die Walze zunächst einen genau definierten Drehwinkel anfahren und von dort aus in eine entgegengesetzte Drehrichtung einen anderen genau definierten Drehwinkel anfahren, damit der Führungsstift die Schikane verlassen kann und von dem Übergangsbereich in den Blockierbereich gelangen kann. Damit der Führungsstift die Schikane verlassen kann, muss also die Walze sehr genau einem bestimmten Drehwinkelprofil folgen, das mindestens einen Drehrichtungswechsel der Drehrichtung der Walze umfasst. Dieses bewusst komplizierte Drehwinkelprofil kann nur absichtlich und nicht unabsichtlich von der Walze ausgeführt werden, so dass ein unabsichtliches Schalten des mindestens einen Koppelelements in eine das Planetengetriebe bewegungslos verblockenden Schaltstellung sicher vermieden ist. Durch die Schikane im Übergangsbereich ist ein unabsichtliches Blockieren des Planetengetriebes vermieden, so dass eine einfache und sichere Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht ist.
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Wenn die Blockierung des Planetengetriebes aufgehoben werden soll, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug aus dem Stand gestartet wird, ist in der Regel eine schnelle Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit des Planetengetriebes gewünscht. Hierzu kann der Führungsstift aus dem Blockierbereich schnell in den Betriebsbereich gelangen, indem der Führungsstift an der Schikane des Übergangsbereichs vorbeigeführt wird. Der Zeitaufwand den Führungsstift durch ein genaues Ansteuern bestimmter Drehwinkel der Walze durch die Schikane in entgegengesetzter Richtung hindurchzubewegen kann dadurch eingespart werden, dass der Führungsstift über die Bypassnut an der Schikane vorbei bewegt wird. Die Bypassnut kann an einer geeigneten Stelle im Übergangsbereich oder im Blockierbereich mit der übrigen Führungsnut verbunden sein, um den Führungsstift bei seiner Bewegung aus dem Blockierbereich heraus aufnehmen zu können. Zudem kann die Bypassnut an einer geeigneten Stelle im Übergangsbereich oder im Betriebsbereich mit der übrigen Führungsnut verbunden sein, um den Führungsstift bei seiner Bewegung in den Betriebsbereich wieder herauslassen zu können. Durch geeignete mechanische Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass der Führungsstift nur bei seiner Bewegung von dem Betriebsbereich in den Blockierbereich in dem Übergangsbereich über die Schikane geführt wird und nur bei seiner Bewegung von dem Blockierbereich in den Betriebsbereich in dem Übergangsbereich über die Bypassnut geführt wird. Die Schikane und/oder die Bypassnut sind vorzugsweise unidirektional ausgestaltet. Spätestens wenn der Führungsstift den Betriebsbereich erreicht hat ist, ist die Blockade des Planetengetriebes aufgehoben.
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In dem Übergangsbereich kann der Führungsstift eine axiale Relativbewegung zwischen zwei Axiallagen erfahren, die nicht notwendigerweise einem bestimmten Schaltzustand des Koppelelements zugeordnet sein muss. Es ist prinzipiell ausreichend, wenn nur im Blockierbereich und nur im Betriebsbereich ein Schaltzustand oder mehrere Schaltzustände angefahren werden. Es ist daher möglich, dass bei einer Bewegung des Führungsstifts von dem Blockierbereich in den Betriebsbereich am Anfang und/oder am Ende des Übergangsbereichs der Führungsnut lediglich eine Zwischenstellung des Führungsstifts zwischen zwei Schaltzuständen vorliegt. Bevorzugt ist bei einer Bewegung des Führungsstifts von dem Blockierbereich in den Betriebsbereich am Anfang und/oder am Ende des Übergangsbereichs ein definierter Schaltzustand für das Koppelelement vorgesehen, wobei dieser definierte Schaltzustand des Koppelelements von dem für das Verblocken des Planetengetriebes vorgesehenen Schaltzustand des Koppelelements verschieden ist. Dadurch ist das Verblocken des Planetengetriebes bereits aufgehoben, wenn sich der Führungsstift in dem Übergangsbereich befindet. Zudem kann bereits beziehungsweise noch bei der Positionierung des Führungsstifts in dem Übergangsbereich ein Getriebegang für das Planetengetriebe mit einem definierten Übersetzungsverhältnis in Zugrichtung und/oder Schubrichtung geschaltet sein, wobei insbesondere bei einer Positionierung des Führungsstifts in dem Betriebsbereich mindestens ein davon verschiedener Schaltzustand für das Planetengetriebe geschaltet werden kann.
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Das von dem in der Führungsnut geführten Führungsstift geschaltete Koppelelement kann insbesondere als ein Freilauf zur Änderung eines Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes für ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet sein, wobei der Freilauf einen eine erste Sperrkontur aufweisenden ersten Ring, einen zu dem ersten Ring relativ verdrehbaren und eine zweite Sperrkontur aufweisenden zweiten Ring, in die erste Sperrkontur und in die zweiten Sperrkontur eingreifbare kippbare Sperrkörper und ein Schaltelement zum Verkippen der Sperrkörper aufweist, wobei das Schaltelement in einer Sperrposition die Sperrkörper mit der ersten Sperrkontur und mit der zweiten Sperrkontur unbeweglich verklemmt, in einer Freilaufposition ein einseitiges Freilaufen zulässt und in einer Inaktivposition die Sperrkörper beabstandet zum zweiten Ring an dem ersten Ring niederhält. Eine Sperrung des Freilaufs im Schubbetrieb, bei welcher eine Getriebekomponente auch im Schubbetrieb festgehalten ist, ist in der Inaktivposition und in der Freilaufposition sicherheitshalber gerade nicht vorgesehen. Wenn in einem ersten Gang absichtlich eine Drehmomentübertragung in Zugrichtung und in Schubrichtung vorgesehen sein soll, insbesondere um eine Vorwärtsfahrt und eine Rückwärtsfahrt im ersten Gang und/oder eine Rekuperation zu realisieren, kann der Freilauf absichtlich gesperrt werden.
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Der Freilauf kann allerdings nicht nur zwei, sondern drei Schaltpositionen einnehmen. Zusätzlich zu der Inaktivposition und der Freilaufposition kann das Schaltelement des Freilaufs auch noch die Sperrposition einnehmen, in welcher die von dem Freilauf festhaltbare Getriebekomponente nicht nur in Zugrichtung, sondern auch in Schubrichtung festgehalten wird.
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Die Sperrkörper des Freilaufs können insbesondere als Sperrklinken ausgestaltet sein. Der Sperrkörper kann beispielsweise an einem Ende schwenkbar an dem ersten Ring, insbesondere innerhalb der ersten Sperrkontur, gelagert sein. Besonders bevorzugt greift an dem jeweiligen Sperrkörper ein Federelement an, insbesondere um den Sperrkörper automatisch in zweite Sperrkontur zu drücken. Der erste Ring und der zweite Ring können beispielswiese als koaxial zueinander in radialer Richtung versetzte Ringe ausgestaltet sein, zwischen denen die Sperrkörper und ein von dem Schaltring in axialer Richtung abstehender Schaltfinger in einem radialen Zwischenraum zwischen den Ringen vorgesehen sein kann. Alternativ können der erste Ring und der zweite Ring als koaxial zueinander in axialer Richtung versetzte Ringe ausgestaltet sein, an deren aufeinander zu weisenden Axialseiten die Sperrkonturen ausgebildet sind, wobei die Sperrkörper und ein von dem Schaltring in radialer Richtung abstehender Schaltfinger in einem axialen Zwischenraum zwischen den Ringen vorgesehen sein kann. In der Freilaufposition des Schaltelements können die jeweiligen Schaltfinger in Umfangsrichtung zwischen zwei in Umfangsrichtung nachfolgenden Sperrkörpern positioniert sein, vorzugsweise ohne die Sperrkörper zu kontaktieren. In der Sperrposition kann das Schaltelement in der einen Umfangsrichtung zu der vorherigen Freilaufposition in Umfangsrichtung verdreht sein, bis der Sperrkörper zwischen den Sperrkonturen und gegebenenfalls dem angreifenden Schaltfinger verklemmt ist. Für die Inaktivposition kann das Schaltelement in die entgegengesetzte Umfangsrichtung verdreht werden, bis der Schaltfinger an dem anderen Sperrkörper angreift und diesen soweit niederdrückt, dass der Sperrkörper nicht mehr in die zweite Sperrkontur eingreifen kann. Die erste Sperrkontur bietet für den niedergedrückten Sperrkörper auseichend Platz, damit der Sperrkörper um einen ausreichend großen Schwenkwinkel verschwenkt werden kann. Der Schaltfinger kann insbesondere an zwei verschiedenen in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Sperrkörpern angreifen, um die drei Schaltstellungen des Freilaufs zu realisieren. Insbesondere ist das Schaltelement und/oder der erste Ring und der zweite Ring ausgestaltet ausschließlich genau drei Schaltzustände zu schalten. Mehr als drei Schaltzustände sind nicht vorgesehen und für das Schalten von Getriebegängen in dem Planetengetriebe des Kraftfahrzeuggetriebes auch nicht erforderlich, so dass der konstruktive Aufbau des Freilaufs und die Herstellungskosten gering gehalten werden können.
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Insbesondere weist die zweite Sperrkontur eine in der Freilaufposition in der einen Umfangsrichtung an dem Sperrkörper abgleitbare Gleitrampe und eine in der anderen Umfangsrichtung an dem Sperrkörper zur Sperrung der Drehbewegung des ersten Rings mit dem zweiten Ring anschlagbaren Sperranschlag auf. Dadurch kann bei gesperrtem Freilauf in einem ersten Gang ein Zugmoment und eine Schubmoment gestellt werden, während bei aktiver Freilaufposition im ersten Gang nur ein Zugmoment gestellt werden kann. Zudem kann für einen Segelbetrieb das Schleppmoment eines Verbrennungsmotors abgeworfen werden.
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Vorzugsweise weist das Schaltelement eine in der einen Umfangsrichtung zum Aufrichten des Sperrelements in die zweite Sperrkontur hinein wirksame Sperrrampe und eine in die andere Umfangsrichtung zum Niederhalten des Sperrelements an die erste Sperrkontur wirkende Haltekontur auf. Die Steigung der Sperrrampe kann insbesondere einer Steigung einer Gleitrampe der zweiten Sperrkontur entsprechen, so dass der Sperrkörper in der Sperrposition an der einen Seite flächig an der Gleitrampe der zweiten Sperrkontur und/oder an der anderen Seite flächig an der Sperrrampe anliegen kann. Der Sperrkörper ist dadurch in der Sperrposition stabil aufgenommen und kann auch größere zu übertragende Drehmomente besser abstützen. Mit Hilfe der Haltekontur wird der Sperrkörper lediglich, gegebenenfalls gegen die Federkraft eines an dem Sperrkörper angreifenden Federelements, niedergehalten, so dass die Haltekontur insbesondere nur linienförmig und nicht flächig an dem Sperrkörper angreifen kann. Unnötige Reibungswiderstände beim Niederdrücken des Sperrkörpers können dadurch vermieden werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das Schaltelement an unterschiedlichen Tangentialseiten für die jeweilige Schaltposition an einem anderen Sperrkörper angreift, so dass die Geometrie der jeweiligen Tangentialseite für das in der jeweilige Schaltposition benötigte Anforderungsprofil optimiert werden kann.
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Besonders bevorzugt weist die Bypassnut eine einseitig öffnende Klappe zum Hindurchführen des Führungsstifts aus der Bypassnut in den Betriebsbereich und zum Blockieren des Führungsstifts auf dem Weg von dem Betriebsbereich zur Schikane auf. Die Klappe kann eine mechanische Sperre ausbilden, so dass im regulären Fahrbetrieb, wenn sich der Führungsstift im Betriebsbereich der Führungsnut befindet, der Führungsstift nicht in die Bypassnut gelangen kann. Dadurch ist sichergestellt, dass der Führungsstift bei der Bewegung von dem Betriebsbereich in den Blockierbereich eine bewusste Hin- und Her-Bewegung beziehungsweise eine bewusste Zick-Zack-Bewegung in der Schikane ausführen muss. Ein versehentliches Initiieren der Parksperre-Funktion kann dadurch vermieden werden. Über die Klappe kann der Führungsstift die Bypassnut an ihrem anderen Ende wieder verlassen und für den regulären Fahrbetrieb in den Betriebsbereich der Führungsnut eingefädelt werden.
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Insbesondere ist die Klappe von einem Federelement gegen einen Anschlag der Bypassnut zum Verschließen der Bypassnut vorgespannt. Die Federkraft des Federelements kann von dem Führungsstift überwunden werden, wenn der Führungsstift beispielsweise am zum Betriebsbereich der Führungsnut weisenden Ende der Bypassnut an der Klappe anschlägt und diese dann aufschwenkt. Nachdem der Führungsstift die Bypassnut verlassen hat, kann die Klappe von dem Federelement zurück in ihre geschlossene Ausgangsposition verschwenkt werden, so dass die Klappe nicht mehr offen steht. Dadurch kann vermieden werden, dass die ansonsten offen stehende Klappe bei der Bewegung des Führungsstifts von dem Betriebsbereich in den Blockierbereich als Rampe für den Führungsstift dient und den Führungsstift entgegen der beabsichtigten Richtung an der Schikane vorbei in die Bypassnut einfädelt. Ein separater Stellmotor zum Schalten der Klappe ist nicht erforderlich. Wenn der Führungsstift von dem Betriebsbereich in den Blockierbereich bewegt werden soll, kann der Führungsstift allenfalls an der geschlossenen Klappe anschlagen und bei einem weiteren Drehen der Walze an der Klappe abgleiten und zur Schikane geführt werden.
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Vorzugsweise weist die Schikane für eine zumindest zweifache axiale Bewegungsumkehr des Führungsstifts im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Teilnuten auf. Die Teilnuten können insbesondere über in axialer Richtung verlaufende Verbindungen von dem Führungsstift erreicht werden. Dadurch ist es möglich, dass der Führungsstift an den tangentialen Enden der jeweiligen Teilnut anschlagen kann, bevor der Führungsstift nach einem Versatz in axialer Richtung die nächste nachfolgende Teilnut erreicht, wo der Führungsstift entgegen der vorherigen Drehrichtung der Walze entlanggeführt werden muss. Eine Rampe, an welcher der Führungsstift bei einer Drehung der Walze gleichzeitig eine axiale Verlagerung erfährt, ist vermieden, so dass auf einem begrenzten Axialbereich der Walze die Schikane untergebracht werden kann.
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Besonders bevorzugt sind die Teilnuten jeweils nur über in Umfangsrichtung verlaufende Trennwände voneinander getrennt im Wesentlichen in axialer Richtung der Walze unmittelbar hintereinander angeordnet. Die Teilnuten können dadurch in axialer Richtung so eng wie möglich hintereinander angeordnet sein, so dass der Bauraumbedarf für die Schikane gering gehalten werden kann. Die jeweilige Trennwand kann insbesondere an beiden Längsseiten jeweils eine seitliche Begrenzung von zwei unterschiedlichen Teilnuten ausbilden.
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Insbesondere sind der Betriebsbereich und der Übergangsbereich und/oder der Übergangsbereich und der Blockierbereich über eine zur Axialrichtung und Umfangsrichtung der Walze angeschrägte Verbindungsnut verbunden. Durch die Verbindungsnut kann ein durch die Schikane verursachter axialer Versatz des Führungsstifts in eine nicht beabsichtigte Axialrichtung rückgängig gemacht werden. Die angeschrägte Verbindungsnut kann den eigentlichen Schaltvorgang in dem Koppelelement von der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung des Koppelelements herbeiführen.
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Vorzugsweise weist die Walze eine weitere Führungsnut zur Führung eines weiteren Führungsstifts eines weiteren Koppelelements, insbesondere Kupplung, Freilauf und/oder Bremse, zum wahlweisen Koppeln einer anderen Getriebekomponente des Planetengetriebes für das Kraftfahrzeuggetriebe des Kraftfahrzeugs auf. Dadurch können mit der selben Walze zwei oder mehr Koppelelemente geschaltet werden. Mit Hilfe von zwei an unterschiedlichen Getriebekomponenten des Planetengetriebes angreifenden Koppelelemente ist es leicht möglich das Planetengetriebe bewegungslos zu blockieren. Die Walze kann ein koordiniertes Schalten der mindestens zwei Koppelelemente erzwingen, so dass das Verblocken des Planetengetriebes leicht hergestellt und aufgelöst werden kann.
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Besonders bevorzugt sind das Koppelelement zum bewegungslosen Festhalten eines Sonnenrads des Planetengetriebes und das weitere Koppelelement zum Koppeln eines Hohlrads mit einem Planetenträger des Planetengetriebes vorgesehen. Dadurch kann leicht das Planetengetriebe verblockt und zwei Gänge geschaltet werden.
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Insbesondere ist bei einem Verdrehen der Schaltwalze von einem Verblockten Zustand des Planetengetriebes, zunächst ein zweiter Gang mit einer Übersetzung ins Schnelle, nachfolgend ein erster Gang mit einer Übersetzung ins Langsame und schließlich eine Neutralstellung, bei der eine Drehmomentübertragung unterbrochen ist, ansteuerbar. Durch das Schalten des als Freilauf ausgestalteten Koppelelements von einer Sperrposition in eine Freilaufposition kann bereits der zweite Gang geschaltet werden, in dem ein Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Die Schaltzeit von der Parkstellung in den zweiten Gang ist dadurch sehr kurz. Zudem kann vorgesehen sein im zweiten Gang vorwärts und rückwärts zu fahren. Dies eröffnet ein vergleichsweise großes Zeitfenster, in dem zum Schalten zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang das als Reibungskupplung ausgestaltete weitere Koppelelement betätigt werden kann. Dadurch kann mit einer hohen Präzision ein Schlupfbetrieb der Reibungskupplung auch bei allmählich verschleißenden Reibbelägen mit eine entsprechenden Drehung der Walze angesteuert werden. Ein plötzlicher Ruck beim Schließen der Reibungskupplung und/oder Rupfschwingungen in der Reibungskupplung können dadurch vermieden werden.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeuggetriebe zur Ankoppelung einer elektrischen Maschine an einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem Planetengetriebe zur Wandlung eines von der elektrischen Maschine einleitbaren Drehmoments, wobei das Planetengetriebe als Getriebekomponenten ein Sonnenrad, ein koaxial zum Sonnenrad angeordnetes Hohlrad, mindestens ein mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad kämmendes Planetenrad und einen das Planetenrad lagernden Planetenträger aufweist, einer Kupplung zum drehfesten Verbinden von zwei Getriebekomponenten, insbesondere des Planetenträgers mit dem Hohlrad, einem schalbaren Freilauf zum Koppeln einer Getriebekomponente, insbesondere Sonnenrads, mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, und einer Schaltwalze, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Schalten der Kupplung und/oder des Freilaufs. Durch die Schikane im Übergangsbereich der Schaltwalze ist ein unabsichtliches Blockieren des Planetengetriebes vermieden, so dass eine einfache und sichere Anpassung des Übertragungsverhaltens eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht ist.
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Der Freilauf ist insbesondere ausgestaltet im Zugbetrieb wahlweise ein Freilaufen und/oder Sperren der Getriebekomponente, insbesondere des Sonnenrads, mit einem Referenzbauteil, insbesondere einem feststehenden Gehäuse, herbeizuführen. Durch die mit der Sperrstellung absichtliche herbeiführbare Blockierung des Planetengetriebes kann mit Hilfe des drei verschiedene Schaltstellungen einnehmbaren Freilaufs eine einfache und bauraumsparende Anpassung des Übertragungsverhalten eines Planetengetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes an unterschiedliche Betriebssituationen ermöglicht werden.
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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 abgewickelte Seitenansicht einer Schaltwalze und
- 2 ein schematisches Diagramm zu von der Schaltwalze aus 1 ansteuerbaren Schaltzuständen.
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Die in 1 teilweise dargestellte Schaltwalze 10 kann zum Schalten von Koppelelementen in einem Planetengetriebe eines Kraftfahrzeuggetriebes eines Kraftfahrzeugs verwendet werden, um mit Hilfe der Koppelelemente Getriebekomponenten des Planetengetriebes, insbesondere Sonnenrad, Hohlrad und/oder Planetenträger, miteinander und/oder mit einem feststehenden Gehäuse zu koppeln beziehungsweise diese Koppelung aufzuheben. Dadurch kann das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes geändert werden und/oder das Planetengetriebe bewegungslos blockiert werden. Die Schaltwalze 10 weist hierzu eine drehbare Walze 12 auf, in deren Umfang eine Führungsnut 14 für einen in der Führungsnut 14 eingesetzten Führungsstift 16 eingesetzt ist. Wenn die Walze 12 gedreht wird, erfolgt eine Relativbewegung des Führungsstifts 16 in der Führungsnut 14, die in 1 einer Bewegung des Führungsstifts 16 nach rechts und links entsprechend des Drehwinkels der Walze 12 entspricht. Der mit einem der Koppelelemente, insbesondere einem schaltbaren Freilauf, gekoppelte Führungsstift 16 ist insbesondere in axialer Richtung der Walze 12 mit Hilfe eines Federelements vorgespannt, so dass der Führungsstift 16 in 1 beispielsweise nach oben gedrückt wird. Die Walze 12 kann eine ausreichende Erstreckung in axialer Richtung aufweisen, so dass eine weitere Führungsnut zum Schalten eines weiteren Koppelelements, insbesondere Reibungskupplung, mit Hilfe eines in der weiteren Führungsnut geführten weiteren Führungsstift des weiteren Koppelelements vorgesehen sein kann, die aus Gründen der besseren Übersicht in 1 nicht dargestellt ist.
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Wenn das Kraftfahrzeug geparkt werden soll, ist es möglich als Parksperre das Planetengetriebe zu blockieren, so dass eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs verhindert ist. Hierzu kann die Schaltwalze 10 durch ein Verdrehen der Walze 12 den Führungsstift 16 von einem Betriebsbereich 18 der Führungsnut 14, in dem eine Blockierung des Planetengetriebes aufgehoben ist, in einen Blockierbereich 20 der Führungsnut 14, in dem die Blockierung des Planetengetriebes hergestellt ist, verlagern. Um ein unabsichtliches Ansteuern des Blockierbereichs 20 im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs zu vermeiden, muss der Führungsstift 16 zunächst einen über angeschrägte Verbindungsnuten 22 an dem Betriebsbereich 18 und den Blockierbereich 20 angebundenen Übergangsbereich 24 der Führungsnut 14 passieren, in dem eine Schikane 26 vorgesehen ist. Die Schikane 26 weist in axialer Richtung unmittelbar hintereinander ausgebildete Teilnuten 28 auf, die der Führungsstift 16 nur durch eine präzise angesteuerte Hin- und Herbewegung passieren kann. Hierzu muss die Walze 12 bestimmte Drehwinkel präzise anfahren, damit der Führungsstift 16 von der einen Teilnut 28 in die nächste Teilnut 28 wechseln kann, wonach eine Drehrichtungsumkehr zu Ansteuerung des nächsten bestimmten Drehwinkels erforderlich ist. Wenn der Führungsstift 16 die Schikane 26 passiert hat, kann der Führungsstift 16 über die zum Blockierbereich 20 führende Verbindungsnut 22 in den Blockierbereich 20 gelangen, wo ein Schaltzustand des über den Führungsstift 16 angebundenen Koppelelements erzwungen wird, in dem das Planetengetriebe bewegungslos verblockt ist. Die präzise Vor- und Zurückdrehung der Walze 12 zwischen bestimmten Drehwinkeln der Walze 12 beim Passieren der Schikane 26 kann nur absichtlich und nicht unabsichtlich erfolgen, so dass ein versehentliches Ansteuern des Blockierbereichs 20 vermieden ist.
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Wenn die Blockierung des Planetengetriebes aufgehoben werden soll, kann die die Walze 12 der Schaltwalze 10 in die entgegengesetzte Drehrichtung verdrehen, so dass der Führungsstift 16 von dem Blockierbereich 20 in den Übergangsbereich 24 gelangt. In dem Übergangsbereich 24 kann der Führungsstift 16 an den Teilnuten 28 der Schikane 26 vorbeigeführt werden und stattdessen in eine Bypassnut 30 gelangen, über die der Führungsstift 16 ohne eine Hin- und Herbewegung in der Schikane 26 über die zum Betriebsbereich 18 führende Verbindungsnut 22 zum Betriebsbereich 18 gelangt. Die Bypassnut 30 ist an ihrem zur Verbindungsnut 22 weisenden Ausgang mit einer Klappe 32 verschlossen. Der Führungsstift 16 kann bei der Bewegung zum Betriebsbereich 18 hin die Klappe 32 aufschwenken und passieren. Die insbesondere mit einer Feder vorgespannte Klappe 32 kann danach automatisch geschlossen werden und an einem von der Bypassnut 30 oder der Verbindungsnut 22 ausgebildeten Anschlag anliegen. Wenn der Führungsstift 16 von dem Betriebsbereich 18 kommend an der Klappe 32 ankommt, kann ein Eintreten des Führungsstifts 16 in die Bypassnut 30 durch die Klappe 32 verhindert werden, so dass der Führungsstift 16 auf dem Weg in den Blockierbereich 20 die Schikane 26 passieren muss.
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In 2 ist ein durch die Schaltwalze 10 in Abhängigkeit von ihrem Drehwinkel verursachte axiale Verlagerung von Führungsstiften16 dargestellt, wobei ein erster Verlauf 34 die mit der in 1 dargestellten Führungsnut 14 erreichte Axialverlagerung für ein als schaltbarer Freilauf ausgestaltetes Koppelelement und ein zweiter Verlauf 36 die Axialverlagerung für ein als Reibungskupplung ausgestaltetes Koppelelement darstellt. In dem sich ca. von 0° bis 15° erstreckenden Blockierbereich 20 kann der Freilauf gesperrt und die Reibungskupplung geschlossen sein, so dass das Planetengetriebe blockiert ist. In dem Übergangsbereich 24 kann der Freilauf seine Sperrposition verlassen haben, wodurch ein ins Schnelle übersetzter zweiter Gang realisiert ist, der vorzugsweise sowohl in Zugrichtung als auch in Schubrichtung ein Drehmoment übertragen kann. In diesem Fall ist zusätzlich zu dem Betriebsbereich 18 auch im Übergangsbereich 24 ein Verblocken des Planetengetriebes aufgehoben. Ab einem Drehwinkel der Walze 12 von ca. 260° kann die Reibungskupplung geöffnet sein, wodurch ein ins Langsame übersetzter erster Gang geschaltet sein kann. Für das Schalten der Reibungskupplung ist damit ein vergleichsweise sehr großer Drehwinkelbereich vorgesehen, der ein sehr präzises und sanftes Schalten der Reibungskupplung auch bei einem sich durch einen Verschleiß von Reibbelägen verändernden Schlupfpunkt ermöglicht. Zudem können die Aktuierungskräfte deutlich reduziert werden, so dass eine entsprechend geringer dimensionierte und kostengünstigere Aktorik ermöglicht ist. Je nach Schaltstellung des Freilaufs kann auch im ersten Gang eine Drehmomentübertragung sowohl ein Zugbetrieb als auch im Schubbetrieb oder nur im Zugbetrieb vorgesehen sein. Zudem ist es möglich in einem Drehwinkelbereich von ca. 315° bis 360° der Walze eine Neutralstellung vorzusehen, in der eine Drehmomentübertragung bei einem nicht verblockten Planetengetriebe unterbrochen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Führungsnuten über den Umfang der Walze 12 von 0° bis 360°, wobei die Axialstellungen der Führungsstifte bei 0° und 360° zueinander versetzt sind. Dadurch ergibt sich bei 0° und 360° automatisch ein Anschlag, der ein Verdrehen der Walze 12 über diese Winkellage hinaus blockiert und beispielsweise als Referenzstellung für eine Drehwinkelmessung verwendet werden kann. Bei den in 2 dargestellten Verläufen 34, 36 ist es möglich aus einer Parkstellung heraus zunächst den zweiten Gang und danach einen Vorwärtsgang des ersten Gangs, danach einen Rückwärtsgang des ersten Gangs und schließlich eine Neutralstellung zu schalten, so dass das Kraftfahrzeug mit zwei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen vorwärts und rückwärts angetrieben kann, wobei in der Neutralstellung der Abtrieb von einer elektrischen Maschine zum rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs abgekoppelt sein kann.
