DE102020200992A1

DE102020200992A1 - Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE102020200992A1
Application number: DE102020200992.9A
Authority: DE
Inventors: Uwe Hammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinheit für ein Getriebe für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb. Es ist eine Antriebswelle (40) vorgesehen, auf der mindestens zwei Schalträder (10, 20) angeordnet sind. Die mindestens zwei Schalträder (10, 20) sind jeweils durch eine Synchronhülse (32) auf der Antriebswelle (40) aufgenommen. Zwischen den Synchronhülsen (32) und dem jeweiligen Schaltrad (10, 20) ist ein Freilauf (30) aufgenommen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, mit einer Antriebswelle und mindestens zwei auf der Antriebswelle angeordneten Schalträdern. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Schalteinheit in einem Schaltgetriebe eines elektrischen Antriebsstrangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Stand der Technik
DE 10 2010 054 529 A1 betrifft ein Zahnradwechselgetriebe mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle sowie einer ersten Zwischenwelle und einer zweiten Zwischenwelle. Diese sind im Kraftschluss parallel zueinander zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle angeordnet. Die Eingangswelle ist über eine Doppelkupplungsanordnung mit den Zwischenwellen kuppelbar, wobei jede Zwischenwelle wenigstens ein Gangrad aufweist, welches über eine schaltbare Verzahnungsstufe mit der Ausgangswelle kuppelbar ist. Eine jede der beiden Zwischenwellen ist über einen Freilauf mit sämtlichen der jeweils zugeordneten Gangräder gekoppelt.
DE 100 37 398 A1 betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe mit zwei im Kraftschluss parallel zueinander angeordneten Lastschaltkupplungen. Um eine hohe Drehzahl in einem geschalteten Getriebegang an einer Lastschaltkupplung zu vermeiden, ist ein Zahnrad über einen Freilauf mit einer Zwischenwelle verbunden.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb vorgeschlagen, mit einer Antriebswelle und mindestens zwei auf der Antriebswelle angeordneten Schalträdern. Die mindestens zwei Schalträder sind jeweils durch eine Synchronhülse auf der Antriebswelle aufgenommen, wobei zwischen den Synchronhülsen und den jeweiligen Schalträdern ein Freilauf aufgenommen ist.
In vorteilhafter Weise ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung pro Schaltrad ein Freilauf realisiert, wobei der Freilauf das Moment in eine Drehrichtung von der Eingangswelle auf das entsprechende Schaltrad überträgt, jedoch in der entgegengesetzten Drehrichtung kein Moment von der Eingangswelle auf das entsprechende Schaltrad übertragen wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Schaltvorgang ohne genaue Synchronisation der Drehzahlen von Antriebswelle und Abtriebswelle zu ermöglichen. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist lediglich sicherzustellen, dass die Drehzahl der Antriebswelle geringer ist, als die Drehzahl der Abtriebswelle.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung übertragen die Freiläufe zwischen den Schalträdern und den Synchronhülsen ein Drehmoment in eine Drehrichtung bei einer Drehzahl der Synchronhülsen, die der Drehzahl der Schalträder entspricht.
In vorteilhafter Weise kann dadurch die mechanische Belastung der Schalteinheit begrenzt werden. In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit so ausgeführt, dass auf der Antriebswelle zwischen den mindestens zwei Schalträdern ein einen Synchronkörper aufnehmender Schaltring angeordnet ist. Dieser kann beispielsweise als eine in axiale Richtung verschiebbare Schiebemuffe ausgebildet sein. Die in axiale Richtung verlaufende Schaltbewegung zwischen den benachbart angeordneten Schalträdern erfolgt beispielsweise über einen elektrischen Aktor, einen Elektromagneten, einen Schrittmotor, einen Stellmotor oder dergleichen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit umfasst der Schaltring an seinem Innenumfang eine Innenverzahnung. Die Innenverzahnung erstreckt sich am Innenumfang des Schaltrings über dessen gesamten Innenumfang. Die Innenverzahnung führt zu einer leichteren fluchtenden Kupplung mit Verzahnungen der Schalträder, bevorzugt als Geradverzahnung ausgeführt.
In Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit kann die Innenverzahnung des in axiale Richtung verstellbaren Schaltrings mit einer ersten Axialverzahnung des ersten Schaltrads in Eingriff gebracht werden.
Andererseits kann die Innenverzahnung des Schaltrings ausgehend von dessen Neutralposition mit einer zweiten Axialverzahnung des zweiten Schaltrads in Eingriff gebracht werden.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs steht in einer Neutralposition die Innenverzahnung des Schaltrings drehmomentübertragungsfrei zwischen der ersten Axialverzahnung und der zweiten Axialverzahnung der beiden jeweils benachbart zueinander angeordneten Schalträder. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit lassen sich sehr kurze Schaltwege in Bezug auf die Einlegepositionen Gang 1 und Gang 2 ausgehend von der Position „Neutral“ realisieren.
In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines elektrischen Fahrzeugs derart ausgebildet, dass über ein Synchronrad auf eine der Synchronhülsen ein Drehmoment übertragbar ist, in dem

a) ein erster Konus der jeweiligen Synchronhülse einen zweiten Konus des Synchronrads berührt, und
b) mittels des Schaltrings über eine Anzahl von Druckstücken zwischen dem ersten Konus der Synchronhülse und dem zweiten Konus des Synchronrads eine Axialkraft anliegt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines elektrischen Fahrzeugs zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass die Druckstücke derart ausgeführt sind, dass die auf das Synchronrad ausgeübte Kraft begrenzt ist, indem am Druckstück gelagerte Kugeln über eine von einer Druckfeder erzeugte Federkraft in korrespondierende Kugelaussparungen am Innenumfang des Schaltrings gestellt sind.
In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit so ausgebildet, dass die axial wirkende Kraft zwischen Synchronrad und Synchronhülsen diese mit dem drehfest auf der Antriebswelle aufgenommenen Synchronrad reibschlüssig verbindet und die Drehzahl der Synchronhülsen an die Drehzahl des Synchronrads angepasst wird.
In vorteilhafter Weise sind dazu bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit entweder der erste Konus der Synchronhülsen oder der zweite Konus des Synchronrads mit einem Reibbelag versehen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit kann der Schaltring zwischen eine Einlegeposition Gang 1 und eine Einlegeposition Gang 2 über eine Position „Neutral“ mittels eines elektrischen Aktors, eines Elektromagneten, eines Stellmotors oder Schrittmotors in axiale Richtung der Antriebswelle verstellt werden.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung der Schalteinheit in einem Schaltgetriebe eines elektrischen Antriebsstrangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit für ein Schaltgetriebe eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verfügt gegenüber Lösungen gemäß dem Stand der Technik über jeweils einen Freilauf pro Schaltrad. Der Freilauf überträgt das Drehmoment in eine Drehrichtung von einer Eingangswelle auf das entsprechende Schaltrad, wobei in der entgegengesetzten Drehrichtung kein Moment von der Eingangswelle auf das entsprechende Schaltrad übertragen werden kann. Dadurch ist die Möglichkeit eröffnet, den Schaltvorgang ohne genaue Synchronisation der Antriebs- und Abtriebswelle zu ermöglichen. Dies wiederum vermindert in vorteilhafter Weise den für die Durchführung eines kurzen Schaltvorgangs zu betreibenden Regelungsaufwand der Antriebsmaschine.
Bei dem Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass die Drehzahl der Antriebswelle geringer ist als die Drehzahl der Abtriebswelle. Zur Anpassung der Drehzahl der Antriebswelle kann in vorteilhafter Weise die Drehzahl des elektrischen Antriebs beeinflusst werden. Die Synchronisation zwischen Eingangs- und Ausgangswelle erfolgt aufgrund der hohen Massenträgheit und der hohen Drehzahldifferenz der elektrischen Maschine in der Regel nicht mithilfe von Synchronisationsringen, wie dies bei Schaltgetrieben für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen der Fall ist, sondern die Synchronisation erfolgt durch die Anpassung der Drehzahl der Antriebswelle mithilfe des elektrischen Antriebs an die herrschende Drehzahl der Abtriebswelle.
Als weiterer Vorteil bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit ist zu nennen, dass aufgrund der Verringerung der erforderlichen Schaltzeit die Zeitspanne der Zugunterbrechung ebenfalls reduziert werden kann. Des Weiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit eine Reduzierung der Gefahr von Beschädigungen gegenüber rein elektrisch synchronisierten Getrieben erreicht werden.
Figurenliste
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Ansicht der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schalteinheit,
2 einen Schnittverlauf entlang der Schnittlinie II-II in 1,
3 einen Schnitt entlang der Schnittlinie III-III in 1,
4 eine Ansicht eines Synchronkörpers,
4.1 einen Schnitt durch den Synchronkörper gemäß 4 entlang des Schnittverlaufs IV.1-IV.1,
5 eine Ansicht des Schaltrings mit in Umfangsrichtung verlaufender Innenverzahnung,
5.1 einen Schnitt durch den Schaltring gemäß 5 entsprechend des Schnittverlaufs V.1-V.1,
6 die Draufsicht auf ein Druckstück,
6.1 einen Schnitt durch das Druckstück gemäß 6 entsprechend des Schnittverlaufs VI.1-VI.1 mit Druckfeder und von dieser beaufschlagter Kugel,
7.1 einen Drehmomentenverlauf der Antriebsmaschine aufgetragen über die Zeit,
7.2 einen Drehzahlverlauf der Antriebsmaschine aufgetragen über die Zeitachse und
7.3 die jeweiligen Positionen des Schaltrings aufgetragen über die Zeitachse.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Der Darstellung gemäß 1 ist eine erfindungsgemäße Schalteinheit zu entnehmen, die ein erstes Schaltrad 10 und ein zweites Schaltrad 20 umfasst. Die beiden Schalträder 10, 20 sind auf einer Antriebswelle 40 aufgenommen, die durch eine elektrische Maschine 8 angetrieben ist. Über das zweite Schaltrad 20 kann der erste Gang, über das erste Schaltrad 10 der zweite Gang eingelegt werden.
Zwischen dem ersten Schaltrad 10 und dem zweiten Schaltrad 20 ist auf der Antriebswelle 40 gemäß der Darstellung in 1 ein Schaltring 60 angeordnet. Den Stirnflächen des Schaltrings 60 jeweils gegenüberliegend befindet sich eine erste Axialverzahnung 14 an der Innenseite des ersten Schaltrads 10 sowie eine zweite Axialverzahnung 24 an der Innenseite des zweiten Schaltrads 20. Die beiden Schalträder 10, 20 sind mittels Scheiben 78 und Sicherungsringen 80 auf der Antriebswelle 40 gesichert. Die Antriebswelle 40 kann direkt beispielsweise mithilfe einer elektrischen Maschine 8 angetrieben werden oder die Antriebswelle 40 kann mittels einer ersten Getriebestufe drehzahlreduziert bezüglich der Antriebsmaschine angetrieben sein.
2 zeigt einen Schnittverlauf II-II gemäß 1 durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit.
Aus dem Schnittverlauf gemäß 2 geht hervor, dass in einer ersten Aufnahmebohrung 12 des ersten Schaltrads 10, an dem die erste Axialverzahnung 14 ausgebildet ist, ein Freilauf 30 aufgenommen ist. Der Freilauf 30 läuft auf einer Synchronhülse 32. Koaxial zwischen dem ersten Schaltrad 10 und dem zweiten Schaltrad 20 mit einer zweiten Aufnahmebohrung 22 und der Antriebswelle 40 ist pro Schaltrad 10, 20 jeweils eine Synchronhülse 32 vorgesehen, welche über Lager 38 drehbar bezüglich der Antriebswelle 40 angeordnet sind. Zwischen den jeweiligen Schalträdern 10, 20 und den Synchronhülsen 32 ist pro Schaltrad 10, 20 jeweils der Freilauf 30 vorgesehen. Über den Freilauf 30 kann das Drehmoment in eine Drehrichtung von den Synchronhülsen 32 auf das entsprechende erste Schaltrad 10 oder zweite Schaltrad 20 übertragen werden. In der entgegengesetzten Drehrichtung kann kein Moment von den jeweiligen Synchronhülsen 32 auf das jeweilige Schaltrad 10 oder 20 übertragen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante kann der Freilauf 30 als Freilaufhülse mit Lager 38 ausgebildet sein, die dazu dient, die beiden Schalträder 10, 20 auf der entsprechenden Synchronhülse 32 zu lagern. Die beiden Schalträder 10, 20 kämmen jeweils mit einem fest mit der Abtriebswelle verbundenen, hier jedoch nicht dargestellten, Zahnrad. Wie aus der Darstellung gemäß 2 des Weiteren hervorgeht, ist am Außenumfang des ersten Schaltrads 10 eine erste Verzahnung 18 ausgeführt, hier beispielsweise als Geradverzahnung, während am Außenumfang des zweiten Schaltrads 20 eine zweite Verzahnung 28 ausgeführt ist. In Bezug auf die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 und die zweite Axialverzahnung 24 des zweiten Schaltrads 20 sind diese an beiden dem Schaltring 60 zuweisenden Stirnseiten jeweils mit einer ersten Fase 16 beziehungsweise mit einer zweiten Fase 26 versehen.
Aus der Darstellung gemäß 2 lässt sich entnehmen, dass sowohl das erste Schaltrad 10 als auch das zweite Schaltrad 20 auf der Antriebswelle 40 über Scheiben 78 und Sicherungsringe 80 in axiale Richtung gesichert sind.
Der Schnittverlauf gemäß der Darstellung in 2 zeigt des Weiteren, dass auf der Antriebswelle 40 mittig zwischen dem ersten Schaltrad 10 und dem zweiten Schaltrad 20 der Schaltring 60 angeordnet ist. Dieser umfasst an seiner Innenumfangsfläche eine Innenverzahnung 62 und umschließt einen Synchronkörper 52 sowie Synchronräder 46.
Aus der Schnittdarstellung gemäß 2 geht des Weiteren hervor, dass der Antriebswelle 40 jeweils eine Synchronhülse 32 zugeordnet ist, die auf einer dem Synchronrad 46 zuweisenden Seite einen ersten Konus 34 aufweist, der eine dritte Aufnahmebohrung 36 für das Lager 38 aufweist. Analog dazu weisen die Synchronräder 46, die beidseits des Synchronkörpers 52 aufgenommen sind und vom Schaltring 60 mit Innenverzahnung 62 umschlossen sind, jeweils einen zweiten Konus 48 auf.
3 ist ein Schnittverlauf III-III gemäß 1 zu entnehmen. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass der Schaltring 60 an seinem Innenumfang die Innenverzahnung 62 aufweist. Des Weiteren zeigt 3, dass der Synchronkörper 52 mehrere Aussparungen 66 - hier beispielsweise in 120°-Umfangsteilung ausgebildet - aufweist, in denen jeweils über eine Druckfeder 76 beaufschlagte Kugeln 74 aufgenommen sind. Die Kugeln 74 werden durch die Druckfedern 76 in Kugelaussparungen 64 am Innenumfang des Schaltrings 60 gedrückt.
Position 56 bezeichnet eine sechste Axialverzahnung, die am Außenumfang des Synchronkörpers 52 ausgeführt ist, während Position 54 eine Außenverzahnung nämlich die fünfte Axialverzahnung der Antriebswelle 40 bezeichnet, mittels der der Synchronkörper 52 drehfest auf dem Umfang der Antriebswelle 40 befestigt ist.
Den 4 und 4.1 ist der Synchronkörper 52 zu entnehmen, bei dem Aussparungen 58 zur Aufnahme von Druckstücken 70 in einer 120°-Teilung ausgebildet sind. Am Außenumfang des Synchronkörpers 52 ist die sechste Axialverzahnung 56 ausgeführt. Die Antriebswelle 40 weist die fünfte Axialverzahnung 54 auf zur drehfesten Verbindung zwischen dem Synchronkörper 52 und der Antriebswelle 40. Aus der Schnittdarstellung gemäß 4.1 geht hervor, dass am Außenumfang des Synchronkörpers 52 die als Geradverzahnung ausgeführte sechste Axialverzahnung 56 ausgeführt ist. Position 54 bezeichnet die fünfte Axialverzahnung am Außenumfang der Antriebswelle 40.
Den 5 und 5.1 ist der Schaltring 60 in Draufsicht und Schnittdarstellung zu entnehmen. An dem Innenumfang des Schaltrings 60 befindet sich die Innenverzahnung 62, die jeweils in 120°-Teilungen innere Aussparungen 66 in der Innenverzahnung 62 umfasst, beispielsweise in 12-Uhr-, 4-Uhr- und 8-Uhr-Position. 5.1 zeigt, dass die Innenverzahnung 62 mit einer dritten Fase 68 in den Randbereichen der Innenverzahnung 62 ausgebildet ist.
Den 6 und 6.1 ist zu entnehmen, dass Druckstücke 70 jeweils einen Träger 72 umfassen, in den eine Druckfeder 76 eingelassen ist. Die Druckfeder 76, bevorzugt als Spiralfeder ausgebildet, beaufschlagt einen kugelförmigen Körper, beispielsweise eine Kugel 74, in Umfangsrichtung. Die Druckstücke 70 sind in die Aussparungen 58, die am Synchronkörper 52 in 120°-Teilung ausgebildet sind, eingelassen.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schalteinheit gemäß der Darstellungen in den 1 bis 6.1 verfügt pro Schaltrad 10, 20 über koaxial zur Antriebswelle 40 angeordnete Synchronräder 46, welche über die vierten Axialverzahnungen 50 der Synchronräder 46 und die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 mit dem Schaltring 60 drehfest verbunden sind, wobei die vierte Axialverzahnung 50 und die Innenverzahnung 62 als Geradverzahnungen ausgeführt sind, die ein axiales Verschieben des Schaltrings 60 bezüglich der Synchronräder 46 ermöglichen. Zwischen den Synchronrädern 46 ist ebenfalls koaxial zur Antriebswelle 40 der Synchronkörper 52 angeordnet, wobei der Synchronkörper 52 mithilfe einer inneren Axialverzahnung, nämlich der fünften Axialverzahnung 54 und der sechsten Axialverzahnung 56 der Antriebswelle 40, drehfest mit dieser verbunden ist. Mithilfe der äußeren Axialverzahnung, d. h. der sechsten Axialverzahnung 56, des Synchronkörpers 52 und der Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 ist eine drehfeste Verbindung zwischen dem Synchronkörper 52 und dem Schaltring 60 gegeben. Die Axialverzahnungen, nämlich die sechste Axialverzahnung 56 und die Innenverzahnung 62, ermöglichen ein axiales Verschieben des Schaltrings 60 bezüglich des Synchronkörpers 52. Die axiale Verschiebbarkeit des Schaltrings 60 wird beispielsweise über einen Elektroaktor, einen Elektromagneten, einen Schrittmotor oder einen Stellmotor vorgenommen.
Ziel eines Schaltvorgangs ist es, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 40 und der Abtriebswelle, d. h. zwischen einer Antriebsdrehzahl und einer Raddrehzahl des Fahrzeugs, zu variieren. Dies bedeutet, dass bei gleicher Raddrehzahl des Kraftfahrzeugs die Drehzahl 200 des Antriebsmotors, insbesondere des elektrischen Antriebs, geändert wird.
In der Darstellung gemäß der 1 und 2 befindet sich die Schalteinheit des Schaltgetriebes in der Leerlaufstellung, d. h. in einer Position „Neutral“ 312. Dies bedeutet, dass weder das erste Schaltrad 10 noch das zweite Schaltrad 20 drehfest mit der Antriebswelle 40 verbunden sind. Um einen Gang einzulegen, d. h. um eines der Schalträder 10, 20 drehfest mit der Antriebswelle 40 zu verbinden, wird der Schaltring 60 mittels eines hier nicht näher dargestellten elektrischen Aktors so in Richtung einer der beiden Schalträder 10, 20 verschoben, dass die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 entweder in die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 oder in die zweite Axialverzahnung 24 des zweiten Schaltrads 20 eingreift und somit eine drehfeste Verbindung hergestellt wird. Wird beispielsweise von Gang 1 in Gang 2 umgeschaltet, so befindet sich der Schaltring 60 zu Beginn dieses Vorgangs in einer Einlegeposition Gang 1, Bezugszeichen 308.
In den Diagrammen gemäß der 7.1, 7.2 und 7.3 ist der Ablauf eines Schaltvorgangs graphisch dargestellt.
Die Drehzahl 200 des Antriebsmotors, der in den 1 bis 6.1 nicht näher dargestellt ist, entspricht der Synchrondrehzahl 202 von Gang 1.
Zur Einleitung eines Schaltvorgangs wird das Antriebsmoment 100 des Antriebsmotors und somit der Antriebswelle 40 auf null reduziert und der Schaltring 60 aus seiner Einlegeposition Gang 1 308, in welcher die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 in die zweite Axialverzahnung 24 des zweiten Schaltrads 20, mit kleinerem Durchmesser, eingreift, in die Position „Neutral“ 312 überführt, in welcher die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 in keine der beiden Verzahnungen, weder die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 noch in die zweite Axialverzahnung 24 des zweiten Schaltrads 20, eingreift.
Im nächsten Schritt wird an der elektrischen Maschine 8 ein negatives Moment erzeugt, sodass deren Drehzahl fällt, und zwar so weit, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine 8 und somit die Drehzahl der Antriebswelle 40 unterhalb einer Synchrondrehzahl 204 Gang 2 liegt.
Nun wird der Schaltring 60 in Richtung des ersten Schaltrads 10 verschoben und zwar so weit, bis der zweite Konus 48 des Synchronrads 46 den ersten Konus 34 der Synchronhülse 32 berührt, beziehungsweise, bis mithilfe des Schaltrings 60 über die Druckstücke 70 zwischen dem zweiten Konus 48 des Synchronrads 46 und dem ersten Konus 34 der Synchronhülse 32 eine axial wirkende Kraft anliegt. Dadurch kann auf die Synchronhülse 32 ein Drehmoment über das Synchronrad 46 übertragen werden.
Die Druckstücke 70 sind in Aussparungen 58 im Synchronkörper 52 und in Aussparungen 66 des Schaltrings 60 geführt.
Die Druckstücke 70, deren Anzahl variabel ist, sind so ausgeführt, dass die durch den Schaltring 60 auf das Synchronrad 46 übertragbare Kraft begrenzt ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die im Träger 72 des Druckstücks 70 geführte Kugel 74 mithilfe der Druckfeder 76 mit einer Kraft beaufschlagt wird. Die Kugel 74 taucht gleichzeitig in die Kugelaussparungen 64, die am Innenumfang des Schaltrings 60 in 120°-Teilung ausgeführt sind, ein. Die Kraftübertragung vom Schaltring 60 auf das Synchronrad 46 erfolgt über die Kugel 74, welche gleichzeitig mit einer in Richtung der Druckfeder 76 wirkenden Kraft beaufschlagt wird. Dadurch wird die Kugel 74 nach unten gedrückt. Bei ausreichend großer auf die Kugel 74 wirkender Kraft wird die Kugel 74 so weit nach unten gedrückt, dass diese nicht mehr in der Kugelaussparung 64 am Innenumfang des Schaltrings 60 geführt ist und somit keine Kraftübertragung über den Schaltring 60 auf das Synchronrad 46 mehr möglich ist und der Schaltring 60 über die Druckstücke 70 verschoben werden kann.
Durch die axial wirkende Kraft zwischen dem Synchronrad 46 und der Synchronhülse 32, wobei in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante entweder der erste Konus 34 der Synchronhülse 32 oder der zweite Konus 48 des Synchronrads 46 mit einem Reibbelag versehen sein kann, wird die Synchronhülse 32 mit dem drehfest mit der Antriebswelle 40 verbundenen Synchronrad 46 reibschlüssig verbunden. Dadurch wird die Drehzahl der Synchronhülse 32 an die Drehzahl des Synchronrads 46 in vorteilhafter Weise angepasst. Dies ist möglich, da der zwischen der Synchronhülse 32 und dem zweiten Schaltrad 20 angebrachte Freilauf 30 so ausgeführt ist, dass dieser nur ein Drehmoment von der Synchronhülse 32 auf das zweite Schaltrad 20 überträgt, wenn die Drehzahl der Synchronhülse 32 nicht kleiner ist, als die Drehzahl des zweiten Schaltrads 20, wenn gleichsinnige Drehrichtungen vorliegen. Dies ist jedoch im vorliegenden Betriebspunkt der Fall, da die Drehzahl 200 des Antriebsmotors und somit die Drehzahl der Antriebswelle 40 zuvor unterhalb der Synchrondrehzahl 204 Gang 2 eingestellt wurde.
Nunmehr erfolgt eine Erhöhung des Antriebsmoments der Antriebswelle 40, wodurch sich die Drehzahl der Antriebswelle 40 und somit die Drehzahlen des Synchronrads 46 und der Synchronhülse 32 erhöhen, bis diese der Synchrondrehzahl 204 Gang 2 entsprechen, bei der das Antriebsmoment zu diesem Zeitpunkt nicht höher sein sollte als das durch den ersten Konus 34 und den zweiten Konus 48 übertragbare Moment. Der Schaltring 60 wird weiter in Richtung des ersten Schaltrads 10 verschoben, wobei die Axialkraft auf die Druckstücke 70 so weit ansteigt, dass der Schaltring 60 über die Kugel 74 verschoben wird und die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 in die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 eingreift.
Die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 ist mit einer dritten Fase 68 versehen, ferner ist die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 mit der ersten Fase 16 versehen. In Folge der auf den Schaltring 60 wirkenden Kraft wird mithilfe der ersten Fase 16 an der ersten Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 und der dritten Fase 68 der Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 auf die Antriebswelle 40 ein entgegen der Sperrrichtung des Freilaufs 30 wirkendes Drehmoment erzeugt. Demzufolge kann die Antriebswelle 40 in Bezug auf das erste Schaltrad 10 so weit verdreht werden, dass sich die Innenverzahnung 62 des Schaltrings 60 über die erste Axialverzahnung 14 des ersten Schaltrads 10 schieben lässt und eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Schaltrad 10 und der Antriebswelle 40 hergestellt wird.
Nunmehr ist der Schaltvorgang beendet und die Antriebsmaschine kann mit einem gewünschten Drehmoment beaufschlagt werden.
Die zeitlichen Abläufe der Rücknahme des Drehmoments des Antriebsmotors sind in 7.1, vgl. Momentenverlauf 100, dargestellt zu verschiedenen Zeitpunkten T₀, T₁, T₂, T₃, T₄ sowie T₅. Analog zu der Darstellung gemäß 7.1, die den Verlauf des Moments 100 des Antriebsmotors darstellt, zeigt 7.2 den Verlauf einer Drehzahl 200 des Antriebsmotors. Durch die beiden Geraden ist die Synchrondrehzahl Gang 1 mit Position 202 und parallel dazu die Synchrondrehzahl Gang 2 mit Position 204 bezeichnet.
Auch hier sind zur Erleichterung der Zuordnungen die zeitlichen Abfolgen gemäß der Zeitpunkte T₀ bis T₅ dargestellt.
7.3 zeigt die einzelnen Positionen 300, die der Schaltring 60 während der Zeitpunkte T₀ bis T₅ annimmt. Während eine Auskuppelphase durch Bezugszeichen 302 bezeichnet ist, die zwischen den Zeitpunkten T₁ und T₂ liegt, ist eine Einkuppelphase durch Bezugszeichen 306 identifiziert, die zwischen den Zeitpunkten T_4' und T₅ liegt. Eine Synchronisationsphase 304 liegt zwischen den Zeitpunkten T₂ bis T₄.
In der Darstellung gemäß 7.3 sind zudem Positionen des Schaltrings 60, d. h. die Einlegeposition 308 für Gang 1, die Einlegeposition 310 für Gang 2 sowie die zwischen diesen liegende Position „Neutral“, vgl. 312, dargestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010054529 A1 [0002]
DE 10037398 A1 [0003]

Claims

Schalteinheit für ein Getriebe für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, mit einer Antriebswelle (40) und mindestens zwei auf der Antriebswelle (40) angeordneten Schalträdern (10, 20), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schalträder (10, 20) jeweils durch eine Synchronhülse (32) auf der Antriebswelle (40) aufgenommen sind und zwischen den Synchronhülsen (32) und den jeweiligen Schalträdern (10, 20) ein Freilauf (30) aufgenommen ist.
Schalteinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiläufe (30) zwischen den Schalträdern (10, 20) und den Synchronhülsen (32) ein Drehmoment in eine Drehrichtung bei einer Drehzahl der Synchronhülsen (32) übertragen, die der Drehzahl der Schalträder (10, 20) entspricht.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (40) zwischen den mindestens zwei Schalträdern (10, 20) ein einen Synchronkörper (52) aufnehmenden Schaltring (60) aufgenommen ist.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltring (60) am Innenumfang eine Innenverzahnung (62) aufweist.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (62) des Schaltrings (60) mit einer zweiten Axialverzahnung (24) des zweiten Schaltrads (20) in Eingriff bringbar ist, wodurch ein erster Gang eingelegt ist.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung (62) des Schaltrings (60) mit einer ersten Axialverzahnung (14) des ersten Schaltrads (10) in Eingriff bringbar ist, wodurch ein zweiter Gang eingelegt ist.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer neutralen Position (312) die Innenverzahnung (62) des Schaltrings (60) drehmomentübertragungsfrei zwischen der ersten Axialverzahnung (14) und der zweiten Axialverzahnung (24) steht.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über ein Synchronrad (46) auf eine der Synchronhülsen (32) ein Drehmoment übertragbar ist, in dem a) ein erster Konus (34) der jeweiligen Synchronhülse (32) einen zweiten Konus (48) des Synchronrads (46) berührt, und b) mittels des Schaltrings (60) über eine Anzahl von Druckstücken (70) zwischen dem ersten Konus (34) der Synchronhülse (32) und dem zweiten Konus (48) des Synchronrads (46) eine Axialkraft anliegt.
Schalteinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstücke (70) derart ausgeführt sind, dass die auf das Synchronrad (46) ausgeübte Kraft begrenzt ist, indem am Druckstück (70) gelagerte Kugeln (74) über eine von einer Druckfeder (76) erzeugte Federkraft in Kugelaussparungen (64) des Schaltrings (60) gestellt sind.
Schalteinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axial wirkende Kraft zwischen Synchronrad (46) und Synchronhülsen (32) diese mit dem drehfest auf der Antriebswelle (40) aufgenommenem Synchronrad (46) reibschlüssig verbindet und die Drehzahl der Synchronhülsen (32) an die des Synchronrads (46) anpasst.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste Konus (34) der Synchronhülsen (32) oder der zweite Konus (48) des Synchronrads (46) mit einem Reiblack versehen ist.
Schalteinheit gemäß der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltring (60) zwischen einer Einlegeposition Gang 1 (308) und einer Einlegeposition Gang 2 (310) über eine Position (312) „Neutral“ mittels eines elektrischen Aktors, eines Elektromagneten, eines Stellmotors oder Schrittmotors in axiale Richtung der Antriebswelle (40) verstellbar ist.
Verwendung einer Schalteinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche in einem Schaltgetriebe eines elektrischen Antriebsstrangs eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.