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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schaltung von zumindest zwei Teilgetrieben, nämlich eines ersten Teilgetriebes und eines zweiten Teilgetriebes, mit jeweils zumindest zwei Gangstufen umfassend einen Aktuator, wobei der Aktuator antriebswirksam mit einer drehbaren Komponente verbunden ist, wobei an der drehbaren Komponente eine erste Schaltvorrichtung zur Schaltung des ersten Teilgetriebes und eine zweite Schaltvorrichtung zur Schaltung des zweiten Teilgetriebes angeordnet ist sowie elektrische Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug umfassend eine solche Vorrichtung.
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Stand der Technik
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Aufgrund von bauraum- sowie bauteil- und somit auch kostenrelevanten Vorgaben bei der Konstruktion und Entwicklung von Kraftfahrzeugen ist es meist vorteilhaft Synergien innerhalb eines Aufbaus zu nutzen. Eine solche Synergie stellt beispielsweise die Schaltung von mindestens zwei unabhängigen Teilgetrieben mit zumindest zwei Gängen mittels eines einzigen Aktuators dar, denn Aktuatoren benötigen neben einem erheblichen Kosten- und Konstruktionsaufwand maßgeblichen Bauraum. Weiterhin erfolgt die Schaltung oftmals nur über einen kurzen Zeitraum, was zudem eine ineffiziente Nutzung der Aktuatoren bedingt.
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Die Druckschrift
DE 10 2020 122 657 A1 beschreibt beispielsweise eine Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeugwechselgetriebe, das mehrere Schaltstellungen aufweist, mit einer Schaltstange, die zum Schalten in eine der Schaltstellungen durch einen Stellmotor axial verschieblich ist, einem Schaltelement zur Betätigung einer Schaltmuffe oder einer Schaltklaue, das bei bestehender Drehzahldifferenz der zu kuppelnden Bauteile einen Schaltwiderstand erfährt, einem ersten Federelement, das das Schaltelement in Axialrichtung der Schaltstange vorspannt, einer Hülse, auf der das Schaltelement angeordnet ist, die auf der Schaltstange gelagert und relativ zu ihr axial verschieblich ist, wobei oberhalb eines Schwellwerts des Schaltwiderstands die Hülse stationär verbleibt und eine Axialverschiebung der Schaltstange unter Vorspannung des Federelements erfolgt und unterhalb des Schwellwerts des Schaltwiderstands eine Axialverschiebung der Hülse erfolgt. Weiterhin wird eine Antriebsachse für und ein Betriebsverfahren mit dieser Schalteinrichtung beschrieben.
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Die Druckschrift
DE 10 2018 206 392 A1 beschreibt beispielsweise eine Schalteinrichtung zur Durchführung von Gangwechseln in einem Fahrzeug. Die Schalteinrichtung umfasst einen drehbaren Schaltaktuator, der zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung verschiebbar ist und der eine erste, zweite, dritte sowie zumindest eine vierte Schaltsteuerkontur aufweist, von denen eine jede einem anderen Gang des Fahrzeuggetriebes entspricht, sowie ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement. Das erste Schaltelement ist in der ersten Stellung des Schaltaktuators aufgrund einer Drehung desselben durch die erste Schaltsteuerkontur und in der zweiten Stellung des Schaltaktuators aufgrund einer Drehung desselben durch die dritte Schaltsteuerkontur betätigbar. Demgegenüber ist das zweite Schaltelement in der ersten Stellung des Schaltaktuators aufgrund einer Drehung desselben durch die zweite Schaltsteuerkontur und in der zweiten Stellung des Schaltaktuators aufgrund einer Drehung desselben durch die vierte Schaltsteuerkontur betätigbar.
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Die Druckschrift
CN 2 12 616 251 U beschreibt beispielsweise eine Doppel-Getriebe-Synchron-Schaltvorrichtung die eine Basis und eine Schwenkstange aufweist, wobei die Schwenkstange auf der Basis in einem hin- und hergehenden Schwenkmodus um eine feste Achse installiert ist und die beiden Enden der Schwenkstange jeweils mit einer Schaltwelle eines Getriebes über eine Verbindungsanordnung verbunden sind.
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Weiterhin offenbart die
CN 2 16 078 256 U eine mehrstufige Getriebeschaltvorrichtung, die von einer einzigen Ausgangswelle einer Werkzeugmaschine gesteuert wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zur unabhängigen Schaltung von zumindest zwei Teilgetrieben sowie eine verbesserte elektrische Antriebsachse mit einer solchen Vorrichtung anzugeben.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der unabhängigen Schaltung von zumindest zwei Teilgetrieben, nämlich einem ersten Teilgetriebe und einem zweiten Teilgetriebe, mit jeweils zumindest zwei Gangstufen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen Aktuator, der antriebswirksam mit einer drehbaren Komponente verbunden ist.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist an der drehbaren Komponente eine erste Schaltvorrichtung zur Schaltung des ersten Teilgetriebes und eine zweite Schaltvorrichtung zur Schaltung des zweiten Teilgetriebes angeordnet.
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Die erste Schaltvorrichtung und die zweite Schaltvorrichtung umfassen erfindungsgemäß jeweils:
- - eine Hülse, die rotationsfest jedoch axial bewegbar an der drehbaren Komponente angeordnet ist,
- - eine Schaltkulisse, die an der Hülse ausgebildet ist,
- - ein Führungselement, das im Hinblick auf die Vorrichtung fest angeordnet ist und in die Schaltkulisse an der Hülse eingreift
- - eine Schaltgabel, die axial bewegbar an der Hülse angeordnet ist und die in eine Schiebemuffe des jeweiligen Teilgetriebes eingreift sowie
- - eine elastische Speicheranordnung, die von der Hülse über ein fest an der Hülse angeordnetes erstes Mitnehmerelement beaufschlagbar ist, um eine Last auf die Schaltgabel zu übertragen.
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Die erste Schaltvorrichtung und die zweite Schaltvorrichtung sind voneinander vorzugsweise axial beabstandet an der drehbaren Komponente angeordnet.
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Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Drehachse der drehbaren Komponente.
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Die drehbare Komponente ist vorzugsweise um 360° um die zentrale Drehachse drehbar, und zwar in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die Hülse der jeweiligen Schaltvorrichtung über ein zweites Mitnehmerelement rotationsfest mit der drehbaren Komponente verbunden.
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Die elastische Speicheranordnung umfasst bevorzugt eine erste Feder und eine zweite Feder, wobei das erste Mitnehmerelement zwischen der ersten Feder und der zweiten Feder in die elastische Speicheranordnung eingreift.
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Die erste Feder und die zweite Feder sind vorzugsweise als Druckfedern ausgeführt.
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Weiterhin bevorzugt weist die Schaltgabel eine Aufnahme für die elastische Speicheranordnung auf.
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Die erfindungsgemäße elektrische Antriebsachse findet beispielsweise in einem Kraftfahrzeug Verwendung und umfasst ein erstes Antriebsrad, ein zweites Antriebsrad sowie eine Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei das erste Teilgetriebe dem ersten Antriebsrad zugeordnet ist und das zweite Teilgetriebe dem zweiten Antriebsrad zugeordnet ist und jedes Teilgetriebe zumindest zwei Gangstufen aufweist.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt ein blockierungsfreies Schalten von zwei Teilgetrieben mit nur einem Aktuator. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen und kompakten mechanischen Aufbau aus.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Vorrichtung, eines ersten Teilgetriebes und eines zweiten Teilgetriebes.
- 2 zeigt eine Draufsicht einer Vorrichtung, eines ersten Teilgetriebes und eines zweiten Teilgetriebes gemäß 1.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung und eines Teilgetriebes.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 jeweils in Verbindung mit zwei voneinander unabhängigen Teilgetrieben 2, 3 dargestellt.
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Die Vorrichtung 1 umfasst einen Aktuator 4, nämlich einen Elektromotor, sowie eine drehbare Komponente 5 (1, 2).
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Der Elektromotor ist über eine Übersetzungsstufe 20 mit der drehbaren Komponente 5 antriebswirksam verbunden (1, 2).
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An der drehbaren Komponente 5 ist eine erste Schaltvorrichtung 6 zur Schaltung eines ersten Teilgetriebes 2 und eine zweite Schaltvorrichtung 7 zur Schaltung eines zweiten Teilgetriebes 3 angeordnet. Das erste Teilgetriebe 2 und das zweite Teilgetriebe 3 weisen jeweils zwei Gänge G1, G2 auf (1, 2).
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Die erste Schaltvorrichtung 6 und die zweite Schaltvorrichtung 7 sind voneinander axial beabstandet an der drehbaren Komponente 5 der Vorrichtung 1 angeordnet (1, 2).
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Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer zentralen Drehachse 15 der drehbaren Komponente 5.
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Die drehbare Komponente 5 ist 360° um die zentrale Drehachse 15 drehbar, und zwar in eine erste Drehrichtung I und in eine der ersten Drehrichtung I entgegengesetzte zweite Drehrichtung II (1, 2, 3).
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Die erste Schaltvorrichtung 6 und die zweite Schaltvorrichtung 7 sind deren Komponenten betreffend ident ausgebildet und umfassen jeweils eine Hülse 8, 8', eine Schaltkulisse 9, 9', ein Führungselement 10, 10', eine Schaltgabel 11, 11', eine elastische Speicheranordnung 13, 13' sowie ein erstes Mitnehmerelement 14, 14` und ein zweites Mitnehmerelement 16, 16'. In 3 ist eine beispielhafte Schaltvorrichtung 6, 7 dargestellt. Im Folgenden wird zur Beschreibung der ersten Schaltvorrichtung 6 und der zweiten Schaltvorrichtung 7 aufgrund deren identer Ausführung lediglich auf eine „Schaltvorrichtung 6, 7“ näher eingegangen (3).
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Ein Unterschied zwischen der ersten Schaltvorrichtung 6 und der zweiten Schaltvorrichtung 7 kann lediglich in der Ausbildung der jeweiligen Schaltkulisse 9, 9' liegen.
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Die Hülse 8, 8' der Schaltvorrichtung 6, 7 ist im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgeführt und rotationsfest jedoch axial bewegbar an der drehbaren Komponente 5 angeordnet - die Hülse 8, 8' der Schaltvorrichtung 6, 7 ist über ein zweites Mitnehmerelement 16, 16' rotationsfest mit der drehbaren Komponente 5 verbunden (3).
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Die Schaltkulisse 9, 9' ist an der Hülse 8, 8', nämlich direkt an einem Außenumfang der Hülse 8, 8', ausgebildet (3).
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Das Führungselement 10, 10' ist fest, d.h. drehfest und axial fest, an einem Gehäuse 21 der Vorrichtung 1 angeordnet und greift permanent in die Schaltkulisse 9, 9` an der Hülse 8, 8' ein (3).
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Die Schaltgabel 11, 11' ist axial bewegbar an der Hülse 8, 8' angeordnet und greift in eine Schiebemuffe 12, 12' des jeweiligen Teilgetriebes 2, 3 ein (3).
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Die Schaltgabel 11, 11' weist eine Aufnahme 19, 19' für die elastische Speicheranordnung 13, 13' auf (3).
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Die elastische Speicheranordnung 13, 13' wird von der Hülse 8, 8' über ein fest an der Hülse 8, 8' angeordnetes erstes Mitnehmerelement 14, 14' beaufschlagt, um eine Last auf die Schaltgabel 11, 11' zu übertragen (3).
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Die elastische Speicheranordnung 13 umfasst eine erste Feder 17, 17' und eine zweite Feder 18, 18', wobei das erste Mitnehmerelement 14, 14` fest an der Hülse 8, 8' angeordnet ist und zwischen der ersten Feder 17, 17' und der zweiten Feder 18, 18' in die elastische Speicheranordnung 13, 13' eingreift. Die erste Feder 17, 17' und die zweite Feder 18, 18' sind als Druckfedern ausgeführt (3).
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Im Folgenden wird der Ablauf einer Schaltung über die Vorrichtung beschrieben. Bei Aktuierung des Aktuators 4 wird dessen Drehmoment auf die drehbare Komponente 5 übertragen und sowohl das erste Teilgetriebe 2 wie auch das zweite Teilgetriebe 3 werden über die jeweilige Schaltvorrichtung 6, 7 geschaltet. Über das im Hinblick auf die Vorrichtung 1 fest angeordnete, in die Schaltkulisse 9, 9' der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 eingreifende und diese somit abfahrende Führungselement 10, 10' der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 und das die drehbare Komponente 5 drehfest mit der Hülse 8, 8' verbindende zweite Mitnehmerelement 16, 16' der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7, wird die Rotationsbewegung der drehbaren Komponente 5 in eine Axialbewegung der Hülse 8, 8' der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 und somit der auf der Hülse 8 angeordneten Schaltgabel 11, 11 ` der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 überführt. Die Schaltgabel 11, 11' steht in Verbindung mit der Schiebemuffe 12, 12' des jeweiligen Teilgetriebes 2, 3. Über die Schiebemuffe 12, 12' kann der erste Gang G1 und der zweite Gang G2 des jeweiligen Teilgetriebes 2, 3 geschaltet werden, indem diese in ein dem jeweiligen Gang G1, G2 zugeordnetes Zahnrad eingreift. Durch eine axiale Verschiebung der Schaltgabel 11, 11' wird die Schiebemuffe 12, 12' axial verschoben und die Schaltung durchführt. Die elastische Speicheranordnung 13, 13' der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 ermöglicht es, dass der elektro-mechanische Schaltvorgang blockadefrei abgeschlossen werden kann, auch wenn das Synchronisierungsbedingung zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2 noch nicht erreicht ist, nämlich im Falle einer „Zahn-Zahn-Stellung“ zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2, indem diese die Aktuierungskraft zwischenspeichert. In diesem Fall wird nach Erreichen der Synchronisierungsbedingung zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2, nämlich einer „Zahn-Lücke-Stellung“ zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2, durch die in der elastischen Speicheranordnung 13, 13` zwischengespeicherte Federkraft die Schaltgabel 11, 11' in die Zielposition verschoben und der Zielgang G1, G2 eingelegt. Die Funktion der elastischen Speicheranordnung 13, 13' steht in beiden Schaltrichtungen, nämlich in der ersten Drehrichtung I und in der zweiten Drehrichtung II der drehbaren Komponente 5, zur Verfügung.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Vorrichtung 1 ist es möglich einen kompletten elektro-mechanischen Schaltvorgang von zwei unabhängigen Teilgetrieben 2, 3 zeitgleich durchzuführen, wobei der Zielgang G1, G2 des jeweiligen Teilgetriebes 2, 3 erst nach Erreichen der Synchronisierbedingung selbstständig einlegt wird.
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Der Aktuator 4 kann die Schaltbewegung bei Schaltbefehl vollenden, also führt eine komplette Drehung der drehbaren Komponente 5 um 360° in die jeweilige Drehrichtung I, II durch, unabhängig ob die Synchronisierbedingung zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2 je Teilgetriebe 2, 3 erfüllt ist oder nicht, denn wenn die Synchronisierbedingung in einem oder beiden Teilgetriebe 2, 3 nicht gegeben ist, wird die Energie in der elastischen Speicheranordnung 13, 13' „zwischengespeichert“. Wenn die Synchronisierbedingung erfüllt ist, wird die Schaltgabel 11, 11'/Schiebemuffe 12, 12' die Schaltung abschließen und der neue Gang G1, G2 ist eingelegt.
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Ob die Synchronisierbedingung zwischen der Schiebemuffe 12, 12' und dem Zahnrad des jeweiligen Ganges G1, G2 erfüllt ist oder nicht, wird über einen Sensor an der Schaltgabel 11 der jeweiligen Schaltvorrichtung 6, 7 festgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Erstes Teilgetriebe
- 3
- Zweites Teilgetriebe
- 4
- Aktuator
- 5
- Drehbare Komponente
- 6
- Erste Schaltvorrichtung
- 7
- Zweite Schaltvorrichtung
- 8, 8'
- Hülse
- 9, 9'
- Schaltkulisse
- 10, 10'
- Führungselement
- 11, 11'
- Schaltgabel
- 12, 12'
- Schiebemuffe
- 13, 13'
- Elastische Speicheranordnung
- 14, 14'
- Erstes Mitnehmerelement
- 15
- Zentrale Drehachse
- 16, 16'
- Zweites Mitnehmerelement
- 17, 17'
- Erste Feder
- 18, 18'
- Zweite Feder
- 19, 19'
- Aufnahme
- 20
- Übersetzungsstufe
- 21
- Gehäuse
- G1
- Erster Gang
- G2
- Zweiter Gang
- I
- Erste Drehrichtung
- II
- Zweite Drehrichtung
