DE102022203639A1

DE102022203639A1 - Schaltwalzenanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102022203639A1
Application number: DE102022203639.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Tschapke
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer Schaltwalze (10), die in Bezug auf ein Gehäuse (20) um eine Drehachse (12) drehbar gelagert ist, mit einem Planetenradsatz (50), der ein Hohlrad (51) mit einer ersten Verzahnung (52), wenigstens ein Planetenrad (60) mit einer ersten Verzahnung (62) und ein Sonnenrad (56) mit einer Verzahnung (58) und einen Planetenträger (70) zur drehbaren Lagerung des wenigstens einen Planetenrads (60) umfasst, mit einem Antriebsmotor (40) der über eine Antriebswelle (42) mit einem Antriebsglied des Planetenradsatzes (50) gekoppelt ist, wobei der Planetenradsatz (50) ein Abtriebsglied umfasst, welches mit der Schaltwalze (10) gekoppelt ist. Zur Verringerung des radialen Bauraums bildet das Hohlrad (51) über die erste Verzahnung (52) das Antriebsglied, und weist eine zweite Verzahnung (54) auf, das wenigstens eine Planetenrad (60) weist eine zweite Verzahnung (64) auf, die zweite Verzahnung (64) des wenigstens einen Planetenrads (60) steht mit der Verzahnung (58) des Sonnenrads (56) in Zahneingriff, die zweite innere Verzahnung (54) des Hohlrads (51) steht mit der ersten Verzahnung (62) des Planetenrads (60) in Zahneingriff, der Planetenträger (70) ist ortsfest ausgeführt, die Lagerachse des Sonnenrads (56) ist das Abtriebsglied, welche mit der Welle (3) drehfest verbunden oder welche die Welle (30) auf der der Walzenkörper (11) drehfest gelagert ist, bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltwalzenanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe.
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuggetriebe ist es bekannt, Schaltkupplungen und andere Elemente eines Kraftfahrzeuggetriebes mittels einer oder mehrerer Schaltwalzen zu betätigen. Schaltwalzen umfassen dabei einen Walzenkörper, der in Bezug auf ein Gehäuse drehbar gelagert ist und an dessen Umfang wenigstens eine Schaltkontur ausgebildet ist, die mit einem Schaltglied koppelbar ist, so dass dieses bei einer Verdrehung des Walzenkörpers in einer Längsrichtung versetzt wird. Schaltwalzen werden daher auch als Rotations/Translationswandler bezeichnet. Das in der Schaltkontur geführte Schaltglied betätigt dabei bei der Rotation der Schaltwalze und entsprechenden axialen Verlagerung beispielsweise eine Schaltkupplung, so dass eine der Schaltkupplung zugeordnete Gangstufe des Kraftfahrzeuggetriebes geschaltet werden kann.
Der Antrieb der Schaltwalzen erfolgt dabei durch elektromotorische Aktuatoren, wobei es aus der DE 199 20 440 C2 bekannt ist zwischen der Ausgangswelle des Elektromotors und der Eingangswelle der Schaltwalze eine Untersetzung in Form einer Stirnradstufe anzuordnen. Diese Ausführung benötigt allerdings einen sehr großen radialen Bauraum.
Des Weiteren ist aus der DE 10 2011 088 648 B4 eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der eine rotatorisch verlagerbare Schaltwalze über einen Stellmotor elektrisch verlagert wird. Zwischen dem Stellmotor und der Schaltwalze ist dabei ein Summiergetriebe in Form eines Planetengetriebes ausgebildet. Hierbei ist das Hohlrad stationär festgelegt und der Antrieb erfolgt über ein zentrales Sonnenrad. Der Drehmomentenabgriff auf die Schaltwalze erfolgt über den Planetenradträger. Die Drehachse der Schaltwalze ist parallel zur Antriebsachse des Elektromotors angeordnet. Auch diese Ausführung der Schaltungsanordnung erfordert einen großen radialen Bauraum.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Schaltwalzenanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe derart weiterzubilden, dass die oben aufgeführten Nachteil der bekannten Ausführungen vermieden wird.
Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung durch eine Schaltwalzenanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird eine kompakte Bauform erreicht, bei der ein Teil der für die Untersetzung erforderlichen miteinander kämmenden Zahnräder innerhalb des radialen Bauraums des Schaltwalzenkörpers liegen. Der Antriebsmotor ist außenliegend auf einer separaten Antriebswelle angeordnet.
Insbesondere wird die erfindungsgemäße Schaltwalzenanordnung vorteilhaft durch die Ausführung des Hohlrades als Doppelrad mit einer ersten äußeren Verzahnung und einer zweiten inneren Verzahnung erreicht.
Des Weiteren erfindungswesentlich ist, dass das wenigstens eine Planetenrad mit zwei Zahnradstufen abgestuft ausgebildet ist und ebenfalls eine erste und zweite Verzahnung auf einem ersten und einem zweiten Außendurchmesser aufweist.
Weiter erfindungsgemäß ist der Planetenträger als feststehendes Gehäuseteil gebildet.
Vorteilhafterweise sind drei Planetenräder gleichmäßig verteilt unter einem Teilungswinkel von 120 Grad um das Sonnenrad wirkverbunden angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann zwischen Antriebsglied der Antriebswelle des Antriebsmotors und Antriebsglied des Planetenradsatzes eine weitere Untersetzung mittels einer Zahnradstufe angeordnet sein.
Die axiale Richtung ist nachfolgend die in Richtung der Drehachse der Eingangswelle der Getriebeeinheit, auf der die Schaltwalze angeordnet ist, verlaufende Richtung.
Wirkverbunden im Sinne der vorliegenden Verbindung bedeutet, dass die Elemente in Zahneingriff miteinander stehen und bei Rotation die Zähne der in Wirkverbindung stehenden Elemente miteinander kämmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Zeichnungen schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigt:

1 einen Längsschnitt längs eines Schnitts A-A der 3 einer erfindungsgemäßen Schaltwalzenanordung,
2 eine perspektivische Ansicht der Schaltwalzenanordnung,
3 die Schaltwalzenanordnung von einer Draufsicht mit eingezeichneten Schnitten A-A, B-B und C-C,
4 einen Querschnitt längs der Linie B-B der 3; und
5 einen Querschnitt längs der Linie C-C der 3.

Die nachfolgend näher beschriebene Schaltwalzenanordnung 1 wird üblicherweise in einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug eingesetzt, wobei der Antriebsstrang ein Schaltgetriebe umfasst. Der Antriebsstrang kann beispielsweise als Hybrid-Antriebsstrang für ein HybridFahrzeug oder als Antriebsstrang mit einem Elektromotor für ein Elektrofahrzeug ausgeführt sein. Die Schaltwalzenanordnung 1 dient dabei in bekannter Art und Weise dazu, über eine Schaltkontur einer Schaltwalze 10 eine Schaltkupplung einer Schaltkupplungsanordnung zu betätigen. Die Schaltkupplungsanordnung beinhalten dabei eine Schaltmuffe, die in axialer Richtung versetzbar ist, um eine erste Schaltkupplung und/oder eine zweite Schaltkupplung zu betätigen. Die Kopplung zwischen Schaltwalze 10 erfolgt gewöhnlich über einen Mitnehmer. Die Schaltkupplungsanordnung ist grundsätzlich bekannt und in den Zeichnungen nicht dargestellt. Die Schaltkupplungen dienen vorzugsweise zum Ein- und Auslegen von Gangstufen des Schaltgetriebes des Antriebsstrangs, können jedoch auch zum Betätigen einer Parksperrenanordnung verwendet werden.
Die Schaltwalzenanordnung 1 umfasst die Schaltwalze 10 mit einem Walzenkörper 11, der an seinem Außenumfang eine oder mehrere Schaltkonturen aufweist. Wie es aus den Zeichnungen zu erkennen ist, ist die Schaltwalze 10 nur schematisch ohne Schaltkonturen gezeigt.
Die Schaltwalze 10 weist eine Drehachse 12 auf und ist um diese Drehachse 12 drehbar in Bezug auf ein Gehäuse 20 gelagert. Wie es aus der Figur zu erkennen ist, ist die Drehachse 12 als Welle 30 ausgeführt, auf der die Schaltwalze 10 drehfest angeordnet ist. Das Gehäuse 20 umfasst einen ersten und einen zweiten gegenüberliegenden Gehäuseabschnitt 21, 22 die als erste und zweite Lagerabschnitte der gegenüberliegenden Endbereiche der Welle 30 ausgeführt sind. Die ersten und zweiten Lagerabschnitte umfassen Radiallager, die die Welle 30 in Bezug auf das Gehäuse 20 in dem ersten Gehäuseabschnitt 21 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 22 beidseits drehbar lagern.
Die Schaltwalzenanordnung 1 beinhaltet ferner einen Antriebsmotor 40, der als Elektromotor ausgeführt ist und einen in einem Elektromotorgehäuse festgelegten Stator und einen Rotor aufweist. Der Rotor ist mit einer Antriebswelle 42 verbunden, die parallel zu der Welle 30 angeordnet ist. Die Antriebswelle 42 ist in eine erste Drehrichtung und eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung (bidirektional) antreibbar. Es versteht sich, dass der Elektromotor mittels einer Steuereinrichtung angesteuert wird.
Der nachfolgend beschriebene Planetenradsatz 50 ist nur schematisch gezeigt und die wirkverbunden miteinander kämmenden Zahnräder / Verzahnungen sind nur angedeutet bzw. nicht dargestellt.
Die Antriebswelle 42 ist über einen Planetenradsatz 50 mit der Schaltwalze 10 gekoppelt.
Hierfür ist endseitig auf der Antriebswelle 42 ein Antriebsritzel 44 festgelegt, welches mit einer Antriebsverzahnung des Planetenradsatzes 50, wie nachfolgend beschrieben in Eingriff steht.
Der Planetenradsatz 50 dient hierbei als Untersetzungsgetriebe und ist im Drehmomentenfluss/Leistungsfluss wie nachfolgend näher beschrieben zwischen Schaltwalze 10 und Antriebsmotor 40 angeordnet.
Der Planetenradsatz 50 weist ein Hohlrad 51 auf, welches als Antriebsglied ausgeführt ist und eine erste Verzahnung 52 und zweite Verzahnung 54 aufweist. Die erste Verzahnung 52 ist an dem äußeren Außenumfang 52a mit einem Durchmesser D1 eines ringförmigen Abschnitts des Hohlrads 51 als Antriebsverzahnung ausgebildet. Die zweite Verzahnung 54 ist auf einem inneren Außenumfang 54a mit einem Durchmesser D2 eines inneren hohlzylindrischen Abschnitts 55 des Hohlrads 51 ausgebildet. Das Hohlrad 51 ist auf der Welle 30 drehbar gelagert. Hierfür ist die Welle 30 durch den inneren hohlzylindrischen Abschnitt 55 hindurchgeführt.
Die Welle 30, die gleichzeitig die Drehachse 12 der Schaltwalze 10 bildet, ist als Sonnenrad 56 des Planetenradsatzes 50 ausgeführt und bildet das Abtriebsglied des Planetenradsatzes 50. Das Sonnenrad 56 umfasst auf der Welle 30 auf der der Schaltwalze 10 abgewandten Seite des Hohlrads 51 einen zylindrischen Abschnitt 57 mit einem Durchmesser D3 und einer am Außenumfang angeordneten Verzahnung 58.
Das Hohlrad 51 ist topfförmig ausgebildet und weist radial gesehen zwischen seinem äußeren Außenumfang 52a und dem inneren Außenumfang 54a des inneren hohlzylindrischen Abschnitts 55 einen radial dazwischen liegenden ringförmigen Abschnitt 59 auf. In dem ringförmigen Abschnitt 59 sind mit einem Teilungswinkel von 120 Grad drei Planetenräder 60 angeordnet, die gestuft ausgebildet sind und auf einem ersten zylindrischen Abschnitt 61 mit einem Durchmesser D4 eine erste Verzahnung 62 und auf einem zweiten axial benachbarten zylindrischen Abschnitt 63 mit einem Durchmesser D5 eine zweite Verzahnung 64 aufweisen. Die Planetenräder 60 stehen jeweils über ihre erste Verzahnung 62 mit der zweiten Verzahnung 54 des innenliegenden hohlzylindrischen Abschnitts 55 des Hohlrads 51 wirkverbunden in Zahneingriff.
Des Weiteren stehen die Planetenräder 60 über die zweite Verzahnung 64 mit der Verzahnung 58 des Sonnenrads 56 kämmend in Zahneingriff. Die Planetenräder 60 umfassen jeweils eine Drehachse, die als Lagerachse 66 ausgebildet sind. Hierbei ist sowohl eine einteilige Ausführung als auch eine Ausführung möglich, bei der das jeweilige Planetenrad 60 auf einer zugeordneten Lagerachse 66 als separates Bauteil drehfest angebunden ist. Die Planetenräder 60 sind über die Lagerachsen 66 in dem zweiten Gehäuseabschnitt 22 des Gehäuses 22 drehbar gelagert. Der zweite Gehäuseabschnitt 22 bildet dabei einen feststehenden Planetenträger 70.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform können anstelle der drei Planetenräder 60 auch nur ein Planetenrad angeordnet sein, welches wie obenstehend beschrieben mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Wirkverbindung steht.
Das topfförmig dargestellte Hohlrad 51 kann selbstverständlich auch in bekannter Weise scheibenförmig ausgeführt sein.
Die obenstehend beschriebenen Zahnräder und Zahneingriffe sind derart ausgelegt, dass eine Untersetzung erreicht wird.
Wie es aus den Zeichnungen zu erkennen ist, sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel $D1 > D2, D4 > D 5, D3 > D5 sowie D4 > D2$
Der Drehmomenten / Leistungsfluss der Schaltungsanordnung 1 ist wie folgt:

- Antriebswelle 42 des Antriebsmotors 40 treibt über das Antriebsritzel 44 das Hohlrad 51 über die erste äußere Verzahnung 52 (Durchmesser D1) an
- Das angetriebene Hohlrad 51 kämmt mit den Planetenrädern 60, wobei ein Zahneingriff über die zweite innere Verzahnung 54 des Hohlrads 51 (Durchmesser D2) und der ersten Verzahnung 62 des jeweiligen Planetenrads (Durchmesser D4) erfolgt, wodurch die Planetenräder 60 angetrieben werden (Zahneingriff siehe 5)
- Planetenräder 60 kämmen mit dem Sonnenrad 56, wobei ein Zahneingriff über die zweite Verzahnung 64 (Durchmesser D5) mit der Verzahnung 58 des Sonnenrads 56 (Durchmesser D3) besteht, wodurch das Sonnenrad 56 angetrieben wird (Zahneingriff siehe 4)
- Die Welle des Sonnenrads 56 ist das Abtriebsglied des Planetengetriebes 50 und gleichzeitig die Welle 30 auf der die Schaltwalze 10 drehfest angebunden ist, so dass die Schaltwalze 20 mit einem entsprechenden Abtriebsdrehmoment betrieben wird.

Bezugszeichenliste

1: Schaltwalzenanordnung
10: Schaltwalze
11: Walzenkörper
12: Drehachse
20: Gehäuse
21: erster Gehäuseabschnitt
22: zweiter Gehäuseabschnitt
30: Welle
40: Antriebsmotor
42: Antriebswelle
44: Antriebsritzel
50: Planetenradsatz
51: Hohlrad
52: erste Verzahnung
54: zweite Verzahnung
55: hohlzylindrischer Abschnitt
56: Sonnenrad
57: zylindrischer Abschnitt
58: Verzahnung
59: ringförmiger Abschnitt
60: Planetenräder
61: erster zylindrischer Abschnitt
62: erste Verzahnung
63: zweiter zylindrischer Abschnitt
64: zweite Verzahnung
70: Planetenträger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19920440 C2 [0003]
DE 102011088648 B4 [0004]

Claims

Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit: - einer Schaltwalze (10), die in Bezug auf ein Gehäuse (20) um eine Drehachse (12) drehbar gelagert ist und wenigstens eine umfängliche erste Schaltkontur aufweist, die mit einem Schaltglied koppelbar ist, so dass dieses bei einer Verdrehung eines Walzenkörpers (11) der Schaltwalze (10) in eine Axialrichtung versetzbar ist, wobei der Walzenkörper (11) auf einer Welle (30) drehfest angebunden ist, - mit einem Planetenradsatz (50), der ein Hohlrad (51) mit einer auf einem äußeren Außenumfang (52a) angeordneten ersten Verzahnung (52), wenigstens ein Planetenrad (60) mit einer ersten Verzahnung (62) und ein Sonnenrad (56) mit einer Verzahnung (58) umfasst und einen Planetenträger (70) zur drehbaren Lagerung des wenigstens einen Planetenrads (60) - mit einem Antriebsmotor (40) der eine Antriebswelle (42) umfasst, die mit einem Antriebsglied des Planetenradsatzes (50) gekoppelt ist, wobei der Planetenradsatz (50) ein Abtriebsglied umfasst, welches mit der Schaltwalze (10) gekoppelt ist, um die Schaltwalze (10) in wenigstens eine Drehrichtung anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, - dass das Hohlrad (51) über die erste Verzahnung (52) das Antriebsglied bildet, und dass das Hohlrad (51) eine zweite Verzahnung (54) auf einem inneren Außenumfang aufweist, - dass das wenigstens eine Planetenrad (60) eine zweite Verzahnung (64) aufweist, wobei - die zweite Verzahnung (64) des wenigstens einen Planetenrads (60) mit der Verzahnung (58) des Sonnenrads (56) in Zahneingriff steht, und wobei - die zweite Verzahnung (54) des Hohlrads (51) mit der ersten Verzahnung (62) des Planetenrads (60) in Zahneingriff steht, und wobei - der Planetenträger (70) ortsfest als Gehäuseteil des Gehäuses (20) ausgeführt ist, und wobei - die Lagerachse des Sonnenrads (56) das Abtriebsglied ist, und wobei die Welle (30) auf der die Schaltwalze angeordnet ist gleichzeitig die Lagerachse des Sonnenrads (56) ist.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (50) drei Planetenräder (60) umfasst.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsglied der Antriebswelle (42) ein Zahnritzel (44) ist, welches mit der ersten Verzahnung (52) am äußeren Außenumfang (52a) des Hohlrads (51) wirkverbunden gekoppelt ist.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer weiteren Untersetzung zwischen Zahnritzel (44) und erster Verzahnung (52) ein weiteres Zahnrad bzw. eine weitere Zahnstufe vorgesehen ist.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach einem der vor angehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verzahnung (62) des Planetenrads (60) auf einem ersten zylindrischen Abschnitt (61) mit Durchmesser D4 und die zweite Verzahnung (64) des Planetenrads (60) unmittelbar axial benachbart auf einem zweiten zylindrischen Abschnitt (63) mit Durchmesser D5 angeordnet ist, wobei D4 > D5 ist.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (58) des Sonnenrads (56) auf einem zylindrischen Abschnitt (57) mit einem Durchmesser D3 ausgebildet ist, wobei D3 > D5 ist.
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2 des inneren hohlzylindrischen Abschnitts (55) mit zweiter Verzahnung 54 kleiner ist als der Durchmesser D4 des ersten zylindrischen Abschnitts mit erster Verzahnung (62) des wenigstens einen Planetenrads (60).
Schaltwalzenanordnung (1) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze (10) auf der dem Sonnenrad (56) abgewandten Seite des Hohlrads (51) angeordnet ist.