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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine ein Kopplungselement aufweisende Kopplungseinrichtung aufweist, welches Kopplungselement dazu ausgebildet ist, in einer ersten Schaltstellung des Kopplungselements eine Antriebswelle der Getriebevorrichtung von einer Abtriebswelle der Getriebevorrichtung zu trennen und in einer zweiten Schaltstellung des Kopplungselements die Antriebswelle der Getriebevorrichtung mit der Abtriebswelle der Getriebevorrichtung zu koppeln, wobei die Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Getriebevorrichtung ausgehend von der zweiten Schaltstellung des Kopplungselements in einer dritten Schaltstellung des Kopplungselements, insbesondere zur Realisierung einer Parksperre, zu sperren.
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Derartige Getriebevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die eine Kopplungseinrichtung zur Kopplung einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle aufweisen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Kopplungseinrichtungen können grundsätzlich dafür verwendet werden, zwei Wellen miteinander zu koppeln, wobei eine erste Welle als Antriebswelle und eine zweite Welle als Abtriebswelle bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten kann durch Verlagerung bzw. Verbringen des Kopplungselements von der ersten in die zweite Schaltstellung eine Kopplung der beiden Wellen vorgenommen werden, und, wenn das Kopplungselement in die erste Schaltstellung verbracht wird, können die beiden Wellen voneinander getrennt werden. Solche Kopplungseinrichtungen sind beispielsweise in Form von sogenannten „disconnect units“ bekannt, um Teile der Getriebevorrichtung vom restlichen Antriebsstrang abzukoppeln, zum Beispiel, um Kraftstoff und CO2 einzusparen.
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Bekannte Getriebevorrichtungen weisen ferner eine Parksperre auf, die dazu ausgebildet ist, die Getriebevorrichtung zu sperren. Die Parksperre bewirkt beispielsweise, dass ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs verhindert wird. Wird das Kraftfahrzeug beispielsweise an einer Fahrbahnsteigung abgestellt, wird durch Sperren der Getriebevorrichtung erreicht, dass ein unbeabsichtigtes Wegrollen des Kraftfahrzeugs an der Fahrbahnsteigung verhindert wird. Die beschriebene Parksperre wird üblicherweise durch ein eigenes System bzw. einen eigenen Aktor realisiert, indem wenigstens ein drehendes Teil der Getriebevorrichtung mit einem stehenden Teil, beispielsweise einem Gehäuse, gekoppelt wird, um die Sperrwirkung zu realisieren.
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Bei den beschriebenen Getriebevorrichtungen wird somit zum einen Bauraum für die Parksperre und die Kopplungseinrichtung beansprucht. Da ferner beide Systeme eigene Aktoren aufweisen, die individuell und unabhängig voneinander betätigt werden, ist die Ansteuerung, die Teileanzahl und die Teilevielfalt vergleichsweise komplex.
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Aus der
DE 10 2020 210 677 A1 geht eine Getriebevorrichtung mit einem Schaltelement hervor. Als Kupplung weist die Getriebevorrichtung einen Freilauf auf, der auch über das Schaltelement betätigbar ist.
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DE10 2020 202 788 B3 beschreibt eine Getriebevorrichtung mit einem Schaltelement. Das Schaltelement weist zwei Doppelschaltelemente auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine demgegenüber verbesserte Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine Kopplungseinrichtung aufweist, die ein Kopplungselement bereitstellt, das zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung bewegbar bzw. verbringbar ist. Das Kopplungselement stellt somit in der zweiten Schaltstellung die Kopplung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bereit, wobei die Antriebswelle von der Abtriebswelle getrennt ist, wenn das Kopplungselement in der ersten Schaltstellung steht. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Getriebevorrichtung ausgehend von der zweiten Schaltstellung des Kopplungselements in einer dritten Schaltstellung des Kopplungselements, insbesondere zur Realisierung einer Parksperre, zu sperren.
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Die Erfindung schlägt somit eine weitere Schaltstellung, nämlich eine dritte Schaltstellung, des Kopplungselements vor, in der das Kopplungselement zusätzlich zu der Kopplungsfunktion, zum Sperren der Getriebevorrichtung ausgebildet ist. Mit anderen Worten wird das Kopplungselement nicht nur dazu verwendet, die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu koppeln, sondern die Sperrwirkung der Getriebevorrichtung kann ebenfalls durch dasselbe Kopplungselement realisiert werden. Dadurch lässt sich mit demselben System sowohl die Kopplungseinrichtung als auch die Parksperre realisieren. Hierbei kann, wie bisher bekannt, das Kopplungselement zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung bewegt werden, um wahlweise die Kopplung der Antriebswelle an die Abtriebswelle zu realisieren. Wird das Kopplungselement ausgehend von der zweiten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung verlagert, wird zusätzlich die Parksperre realisiert.
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Vorteilhafterweise kann somit ein separates System zur Realisierung der Parksperre entfallen. Dadurch lassen sich die Teileanzahl, die Teilevielzahl, der Bauraumbedarf und somit die Komplexität des Systems reduzieren. Statt ein eigenes System zur Realisierung der Parksperre vorzusehen, wird das Kopplungselement in die dritte Schaltstellung verbracht, in der das Kopplungselement die Sperrwirkung realisiert.
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Die Getriebevorrichtung kann dazu einen Aktor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das Kopplungselement sequenziell in die drei Schaltstellungen zu bewegen. Mit anderen Worten wird das Kopplungselement ausgehend von der ersten Schaltstellung, in der die beiden Wellen voneinander getrennt vorliegen, zunächst in die zweite Schaltstellung bewegt, in der die beiden Wellen miteinander gekoppelt sind. Hierbei kann grundsätzlich eine direkte oder indirekte Kopplung, beispielsweise über wenigstens ein Zwischenelement, insbesondere ein Losrad, vorgesehen sein. Anschließend kann das Kopplungselement ausgehend von der zweiten Schaltstellung, d.h. der gekoppelten Stellung der beiden Wellen, in die dritte Schaltstellung bewegt werden. Dies bewirkt insbesondere, dass die Realisierung der Parksperre ausgehend von dem gekoppelten Zustand eingenommen werden kann. Der entkoppelte Zustand kann hierbei als „disconnecf‟-Zustand und der gekoppelte Zustand als „connect“-Zustand bezeichnet werden.
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Der Vorteil der sequenziellen Anordnung der drei Schaltstellungen besteht unter anderem darin, dass die Parksperre in dem gekoppelten Zustand realisiert wird, d.h., dass zur Realisierung der Parksperre die Antriebswelle mit der Abtriebswelle gekoppelt ist. Somit wird die Sperrwirkung nicht nur auf diejenige Welle erzielt, die dem Sperrelement zugeordnet ist bzw. dieses aufweist, sondern die Sperrwirkung wird sowohl auf die Abtriebswelle als auch die Antriebswelle übertragen, die diese bei der Realisierung der Parksperre miteinander gekoppelt sind. Dadurch wird der gesperrte Zustand noch sicherer, da die mit den beiden Wellen verbundenen Getriebeelemente ebenfalls gesperrt sind und somit nicht zu einem unbeabsichtigten Wegrollen führen können.
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Die beschriebenen drei Schaltstellungen können nach einer weiteren Ausgestaltung räumlich hintereinander angeordnet sein, wobei der Aktor dazu ausgebildet sein kann, das Kopplungselement linear, insbesondere axial und/oder radial, in die drei Schaltstellungen zu bewegen. Das Kopplungselement kann beispielsweise entlang einer der Wellen oder parallel dazu bewegt werden. Bei einer Anordnung der drei Schaltstellungen räumlich hintereinander bewegt der Aktor das Kopplungselement linear von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und von der zweiten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung. Entsprechend kann zur Aufhebung der Parksperre das Kopplungselement aus der dritten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung bewegt werden. Somit sind ausgehend von der zweiten Schaltstellung alle Zustände der Kopplungseinrichtung einnehmbar. Die drei Schaltstellungen des Kopplungselements haben in dieser Ausgestaltung drei hintereinander angeordnete Axialpositionen bzw. drei verschiedene Axialpositionen, in die das Kopplungselement zur Realisierung der Schaltzustände verbracht werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann vorgesehen sein, dass der Aktor dazu ausgebildet ist, das Kopplungselement durch eine Kombination aus einer linearen und einer rotatorischen Bewegung, insbesondere in Form einer Schaltwalze, in die drei Schaltstellungen zu bewegen. Hierbei sind grundsätzlich beliebige Kombinationen durchführbar, beispielsweise kann der Übergang von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung durch eine lineare Bewegung ausgeführt werden und der Übergang in die jeweils andere Schaltstellung durch eine Drehbewegung. Zum Beispiel können zwei der drei Schaltstellungen dieselbe Axialposition aufweisen, wobei das Kopplungselement jedoch in unterschiedliche Umfangsausrichtungen verbracht werden muss, um zwischen den beiden Schaltstellungen auf derselben Axialposition zu wechseln. Das Kopplungselement kann beispielsweise eine Kulisse aufweisen oder ein Eingriffselement aufweisen, das in eine Kulisse eingreift. Ebenso kann das Kopplungselement zumindest abschnittsweise als Schaltwalze ausgeführt sein oder mit einer Schaltwalze in Eingriff stehen, die die Positionsverlagerung des Kopplungselements bewirken kann.
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Wie beschrieben, kann der Aktor grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann der Aktor als elektromechanischer Aktor und/oder als elektromagnetischer Aktor und/oder als pneumatischer Aktor und/oder als hydraulischer Aktor ausgebildet sein. Hierbei sind grundsätzlich beliebige Kombinationen von verschiedenen Aktoren möglich, insbesondere derart, dass der Übergang von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung durch eine erste Betätigungsart vorgenommen wird und der jeweils andere Übergang durch eine zweite Betätigungsart. Beispielsweise kann der Übergang von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung elektromechanisch erfolgen, wobei der Übergang von der zweiten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung elektromagnetisch erfolgen kann. Die Kombination der Aktoren greift hierbei an demselben Kopplungselement an, um das Kopplungselement in die jeweiligen Schaltstellungen zu bewegen. Ebenso ist es möglich, einen Magnetaktor vorzusehen, der verschiedene Stufen aufweist. Beispielsweise kann bei einer ersten Bestromung der Magnetaktor ein erstes Magnetfeld erzeugen, um das Kopplungselement in die zweite Schaltstellung zu bewegen und bei einer zweiten Bestromung ein zweites Magnetfeld erzeugen, um das Kopplungselement von der zweiten Schaltstellung in die dritte Schaltstellung zu verbringen.
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Die Getriebevorrichtung kann ferner eine Rückstelleinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das Kopplungselement, insbesondere federgetrieben oder magnetgetrieben, in eine der Schaltstellungen, insbesondere die dritte Schaltstellung, zu bewegen. Die Stelleinrichtung bewirkt somit eine Kraftunterstützung auf das Kopplungselement, welche Kraft dazu vorgesehen ist, das Kopplungselement in eine bevorzugte Schaltstellung zu verbringen. Beispielsweise kann als Grundzustand bzw. angestrebter Zustand der Kopplungseinrichtung die dritte Schaltstellung vorgesehen sein, um, zum Beispiel bei einem Systemausfall, die Parksperre zu realisieren. Die Kopplungseinrichtung kann somit bei einer Verlagerung des Kopplungselements gegen die Federkraft bzw. gegen die Magnetkraft arbeiten, um das Kopplungselement aus der dritten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und die erste Schaltstellung zu bewegen. Bei Systemausfall kann, durch die Federkraft oder die Magnetkraft, ein automatisches Einlegen der Parksperre realisiert werden, indem das Kopplungselement automatisch durch die Federkraft oder die Magnetkraft in die dritte Schaltstellung bewegt wird. In weiteren Ausführungsformen kann die Rückstelleinrichtung ausgebildet sein, das Kopplungselement in analoger Art und Weise in die erste oder die zweite Schaltstellung zu bewegen. Ferner kann die Rückstelleinrichtung ausgebildet sein, das Kopplungselement in der aktuell befindlichen Schaltstellung zu halten, womit alle Schaltstellungen ohne Schaltimpuls des Aktors stabil sind.
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Das Kopplungselement ist als Schiebemuffe ausgebildet, die dazu ausgebildet ist, in der zweiten Schaltstellung ein Losrad mit einer Welle oder zwei Wellen miteinander zu koppeln. Das Kopplungselement kann ferner einen Blockierabschnitt aufweisen, der dazu ausgebildet ist, in der dritten Schaltstellung das Kopplungselement mit einem drehfesten Teil der Getriebevorrichtung, insbesondere einem Gehäuse, zu koppeln. Das Kopplungselement kann somit als Schiebemuffe ausgebildet sein und in der zweiten Schaltstellung die Kopplungswirkung realisieren, zum Beispiel ein Losrad mit einer Welle koppeln oder zwei Wellen miteinander koppeln. Die Schiebemuffe weist in bekannter Weise eine entsprechende Verzahnung auf, die mit den Verzahnungen der zu koppelnden Teile korrespondiert. Beispielsweise weist die Schiebemuffe eine Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnungen des Losrads bzw. der Wellen korrespondiert und mit diesen in Eingriff stehen bzw. zur Kopplung in Eingriff gebracht werden kann.
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Zur Realisierung der dritten Schaltstellung weist das Kopplungselement zusätzlich einen Blockierabschnitt auf, der in Eingriff mit einem drehfesten Teil der Getriebevorrichtung gebracht werden kann, um die Sperrwirkung zu realisieren. Wird das Kopplungselement somit in die dritte Schaltstellung verbracht, wird eine Zusammenwirkung des Blockierabschnitts des Kopplungselements mit dem drehfesten Teil der Getriebevorrichtung hergestellt, um das Kopplungselement drehfest mit dem drehfesten Teil zu koppeln. Beispielsweise kann der Blockierabschnitt in einen Abschnitt des Gehäuses eingreifen und somit das Kopplungselement mit dem Gehäuse koppeln. Da das Kopplungselement in der dritten Schaltstellung ohnehin mit der Antriebswelle und der Abtriebswelle gekoppelt ist, wird die Sperrwirkung sowohl auf die mit der Antriebswelle verbundene Teile der Getriebevorrichtung als auch auf die mit der Abtriebswelle verbundenen Teile der Getriebevorrichtung erzielt.
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Das beschriebene Losrad kann wenigstens einen Durchgriff für den Blockierabschnitt des Kopplungselements aufweisen, wobei der Blockierabschnitt den Durchgriff in der dritten Schaltstellung durchgreift und in eine auf der dem Kopplungselement gegenüberliegenden Seite des Losrads angeordnete Aufnahme eingreift. Nach dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Blockierabschnitt zur Realisierung der Sperrwirkung mit der Aufnahme in Eingriff gebracht wird. Die Aufnahme kann beispielsweise an einem Gehäuse der Getriebevorrichtung vorgesehen sein, das drehfest ist. Wird der Eingriff des Blockierabschnitts in der Aufnahme hergestellt, wird die Sperrwirkung realisiert, da keine Relativbewegung des Kopplungselements relativ zu dem drehfesten Teil, beispielsweise dem Gehäuse, möglich ist. Die Aufnahme wird nach dieser Ausgestaltung auf der Seite des Losrads angeordnet, die dem Kopplungselement gegenüberliegt. Der Blockierabschnitt kann somit in Axialrichtung von dem Grundkörper des Kopplungselements abragen und den Durchgriff in dem Losrad, beispielsweise eine Öffnung, durchgreifen.
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Die Aufnahme kann ebenfalls eine Tasche bzw. eine Öffnung bereitstellen, in die der Blockierabschnitt des Kopplungselements eingreifen kann, um die drehfeste Kopplung herzustellen. Da ausgehend von der zweiten Schaltstellung ohnehin eine Kopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle vorliegt, kann der Blockierabschnitt durch den Durchgriff des Losrads durchgeführt werden, ohne die jeweilige Schaltstellung zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten liegt das Kopplungselement und das Losrad in der zweiten Stellung ohnehin auf gleicher Drehzahl, sodass der Durchgriff problemlos möglich ist.
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Bei der Anordnung des Kopplungselements besteht grundsätzlich keine Einschränkung. Nach einer Ausgestaltung der Getriebevorrichtung kann das Kopplungselement an einem Eingang, insbesondere vor einem Differenzial, oder einem Ausgang der Getriebevorrichtung angeordnet sein. Als Eingang der Getriebevorrichtung wird die Seite der Getriebevorrichtung bezeichnet, in der das Drehmoment in die Getriebevorrichtung eingeleitet wird. Beispielsweise ist der Eingang der Getriebevorrichtung einer Antriebseinrichtung, zum Beispiel einer elektrischen Maschine oder einem Verbrennungsmotor zugewandt. Analog dazu wird der Ausgang der Getriebevorrichtung als diejenige Seite der Getriebevorrichtung bezeichnet, die das Drehmoment abgibt, beispielsweise an einer Rad des Kraftfahrzeugs. Die Bezeichnungen „Eingang“ und „Ausgang“ können dabei auch beibehalten werden, wenn sich das Kraftfahrzeug bzw. die Getriebevorrichtung in Fahrzuständen befindet, die den zuvor beschriebenen Drehmomentfluss umkehren, beispielsweise in einem generatorischen Betrieb.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Getriebevorrichtung beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebevorrichtung
- 2
- Kopplungseinrichtung
- 3
- Kopplungselement
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Losrad
- 7
- Innenverzahnung
- 8
- Außenverzahnung
- 9
- Blockierabschnitt
- 10
- Durchgriff
- 11
- Aufnahme
- 12
- Aktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020210677 A1 [0005]
- DE 102020202788 B3 [0006]
