DE202013007983U1

DE202013007983U1 - Schaltanordnung mit einer Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung für ein Getriebe (Variante II)

Info

Publication number: DE202013007983U1
Application number: DE202013007983.5U
Authority: DE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2023-08-02

Abstract

Schaltanordnung für ein schaltbares Getriebe (1102), das aufweist: – eine Eingangswelle (1003), – eine Hohlwelle (1029), – eine Nebenwelle (1062) mit einem auf der Nebenwelle (1062) vorgesehenen erstes Losrad (1031), – eine erste Schaltmuffe (1005) zur lösbaren formschlüssigen Verbindung des ersten Losrads (1031) mit der Nebenwelle (1062), wobei die Schaltmuffe (1005) aufgrund einer Betätigung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung axial beweglich ist, – eine Reibkupplungsbaugruppe (1006) zur Verbindung mit der Eingangswelle (1103) mit der Hohlwelle (1029), mit einer Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007), wobei die Reibkupplungsbaugruppe (1006) eine lösbare reibschlüssige Verbindung der Eingangswelle (1003) mit der Hohlwelle (1029) herstellt, – eine Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) zur Betätigung der ersten Schaltmuffe (1005), wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) mechanisch miteinander in Verbindung stehen, wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) ferner so ausgebildet sind, dass die Reibkupplungsbaugruppe (1006) die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle (1103) und der Hohlwelle (1029) herstellt, nachdem die erste Schaltmuffe (1005) die zweite Stellung einnimmt, und dass die Reibkupplungsbaugruppe (1006) die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsswelle (1103) und der Hohlwelle (1029) löst, bevor die erste Schaltmuffe (1005) die zweite Stellung verlässt, um die erste Stellung einzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug.
Solche Getriebe werden beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, um die Antriebsleistung einer Antriebseinheit, beispielsweise ein Elektromotor oder ein Verbrennungsmotor, auf ein angetriebenes Laufrad zu übertragen.
Eine Aufgabe der Anmeldung kann darin liegen, eine verbesserte und vereinfachte Schaltanordnung für ein Schaltgetriebe, ein Schaltgetriebe, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein damit ausgerüstetes Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Anmeldung stellt eine Schaltanordnung für ein schaltbares Getriebe bereit, das eine Eingangswelle mit einer Hohlwelle sowie eine Nebenwelle mit einem auf der Nebenwelle vorgesehenen ersten Losrad aufweist. Zur lösbaren formschlüssigen Verbindung des ersten Losrads mit der Nebenwelle ist eine erste Schaltmuffe vorgesehen, wobei die Schaltmuffe aufgrund einer Betätigung zwischen einer ersten Stellung – dieser entspricht beispielsweise formschlüssig gelöst bzw. ausgerückt – und einer zweiten Stellung – diese entspricht damit formschlüssig verbunden bzw. eingerückt – axial beweglich ist. Eine kinematische Umkehr dieser beiden Stellungen ist dabei denkbar.
Weiterhin ist eine Reibkupplungsbaugruppe zur Verbindung der Eingangswelle mit der Hohlwelle vorgesehen, mit einer Kupplungs-Axialbetätigungseinheit, die auch als Reibschlussbetätigungseinheit bezeichnet wird, wobei die Reibkupplungsbaugruppe eine lösbare reibschlüssige Verbindung der Eingangswelle mit der Hohlwelle herstellt.
Eine Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit bzw. Formschlussbetätigungseinheit dient zur Betätigung der ersten Schaltmuffe, wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit mechanisch, und nicht hydraulisch oder elektrisch miteinander in Verbindung stehen. Die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit sind ferner so ausgebildet, dass die Reibkupplungsbaugruppe die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle und der Hohlwelle herstellt, nachdem die erste Schaltmuffe die zweite Stellung einnimmt, und dass die Reibkupplungsbaugruppe die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsswelle und der Hohlwelle löst, bevor die erste Schaltmuffe die zweite Stellung verlässt, um die erste Stellung einzunehmen.
Durch diese Ausbildung wird eine einfache Funktion gewährleistet, wobei eine wenig aufwändige Betätigung vorgesehen ist. Die mechanische Kopplung von Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit der Anordnung.
Dazu kann die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit eine Schaltwalze sowie einen in einer Steuernut der Schaltwalze geführten Pin aufweisen. Wenn dann die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit ein verschwenkbares bzw. drehbares Betätigungselement aufweist, wobei der Pin mit dem verschwenkbaren Betätigungselement verbunden ist, dann ergibt sich eine sehr einfache Ausführung der mechanischen Kopplung. Die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit und das Betätigungselement stehen beispielsweise über eine Verzahnung miteinander im Eingriff, es sind aber auch andere direkte oder indirekte mechanische Kopplungen über weitere Transmissionselemente wie z. B. Zahnräder, Ketten oder Zahnriemen denkbar.
Es kann ein Zwischenrad vorgesehen sein, das von einem Aktuator wie einem Elektromotor mit Schneckentrieb angetrieben wird und das an die Schaltwalze angekoppelt ist, wobei das Zwischenrad über eine Verzahnung mit dem Betätigungselement rotatorisch in Eingriff steht.
In der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe „verdrehbar” und „verschwenkbar” als Synonyme gebracht, wobei der Begriff „verschwenken” auch verwendet werden kann, um eine Rotation kleiner als 360° zu bezeichnen.
Das Betätigungselement hat dabei beispielsweise ein Axiallager, das zur Abstützung in axialer Richtung an einem Gehäuseteil vorgesehen ist.
In einer Weiterbildung der vorstehenden Schaltanordnung erstreckt sich ein erster Abschnitt der Steuernut in Umfangsrichtung gesehen in einem ersten Axialabschnitt der Schaltwalze und ein zweiter Abschnitt der Steuernut erstreckt sich in Umfangsrichtung gesehen in einem zweiten Axialabschnitt der Schaltwalze, so daß abhängig von einer Verschwenkrichtung der Schaltwalze eine Bewegung der Schaltmuffe in eine erste Axialrichtung oder eine zweite Axialrichtung erfolgt. Somit ergibt sich eine Drehrichtungsabhängigkeit der Verschiebung der Schaltmuffe in Axialrichtung von der Bewegung der Schaltwalze und vom Betätigungselement, was für die Gestaltung von Mehrganggetrieben angewendet werden kann, wie in den Ausführungsbeispielen weiter unten beschrieben ist.
Die Schaltmuffe kann damit beispielsweise aufgrund einer Betätigung zwischen der ersten Stellung und einer dritten Stellung – entsprechend einer Stellung „formschlüssig verbunden” axial beweglich ausgebildet werden, wobei in der zweiten Stellung ein erstes Losrad formschlüssig mit der Schaltmuffe verbunden ist und wobei in der dritten Stellung ein zweites Losrad formschlüssig mit der Schaltmuffe verbunden ist. Somit kann eine Schaltmuffe zwei Losräder schalten.
Abhängig von einer Verschwenkrichtung der Schaltwalze erfolgt dann eine Bewegung der Schaltmuffe in die zweite Stellung oder in die dritte Stellung. Dadurch wird bewirkt, daß sich die Schaltmuffe bei einer Verschwenkung der Schaltwalze in einer ersten Verschwenkrichtung in eine erste Axialrichtung bewegt und daß sich die Schaltmuffe bei einer Verschwenkung der Schaltwalze in einer zweiten, zur ersten Verschwenkrichtung entgegensetzten Verschwenkrichtung in eine zweite Axialrichtung bewegt, die zur ersten Axialrichtung entgegengesetzt ist. Die Steigung des ersten Abschnitts der Steuernut in Umfangsrichtung gesehen kann dann gleich der Steigung des zweiten Abschnitts der Steuernut sein, so daß sich eine symmetrische Betätigung ergibt. Dabei wird die Steigung vom Vorzeichen her in beiden Axialabschnitten gleich sein, während der Betrag der Steigung gleich oder auch unterschiedlich sein kann.
Dadurch lässt sich eine Schaltanordnung bereitstellen, bei der die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit so ausgebildet sind, dass die Reibkupplungsbaugruppe die reibschlüssige Verbindung von der Eingangswelle zur Schaltmuffe herstellt, nachdem die Schaltmuffe eine dritte Stellung einnimmt bzw. von der ersten Stellung in eine dritte Stellung bewegt wird, und dass die Reibkupplungsbaugruppe die reibschlüssige Verbindung der Schaltmuffe mit der Eingangswelle löst, bevor die Schaltmuffe die dritte Stellung verlässt, um die erste Stellung einzunehmen, d. h. von der dritten Stellung in die erste Stellung bewegt wird. Somit ergibt sich eine Neutralstellung in der ersten Stellung sowie zwei unterschiedliche Schaltstellungen in der zweiten und dritten Stellung zum Ankoppeln zweier unterschiedlicher Losräder an die Nebenwelle.
An den ersten Axialabschnitt und an den zweiten Axialabschnitt der Steuernut schließen sich jeweils Kupplungsbetätigungsabschnitte an, durch die die Schaltmuffe nicht axial verschoben wird, wobei jedoch eine Betätigung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit erfolgt. In anderen Worten, die mechanische Kopplung zwischen der Axial-Kupplungsbetätigungseinheit und der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit ist derart ausgebildet, daß dann, wenn die Kontur der Steuernut für die Schaltmuffe eine axiale Ausdehnung hat, die Kontur für die Kupplungsbetätigung keine axiale Ausdehnung aufweist, und umgekehrt.
Es erfolgt eine drehrichtungsunabhängige Betätigung der Kupplungseinrichtung bei beiden Schaltvorgängen, weil die jeweils den Kupplungsbetätigungsabschnitten zugeordnete Betätigungskontur sich in beiden Umfangsrichtungen in dieselbe axiale Richtung erstreckt. Die Kupplung wird nur in einer einzigen Richtung „auf-zu” betätigt während die Schaltwalze die Schaltmuffe in zwei Richtungen betätigt.
Die Schaltwalze ist in einer Ausführungsform rotatorisch frei beweglich und dabei axial fixiert. In der Steuernut der Schaltwalze wird ein Schaltpin geführt, der mit einer Schaltgabel oder – über eine Selektionseinrichtung – selektiv mit einer von mehreren Schaltgabeln verbunden werden kann. Der Schaltpin ist rotatorisch gegenüber dem Gehäuse gesichert und axial beweglich. Über die selektive Kopplung mit einer Schaltgabel kann eine Schaltmuffe axial betätigt werden. Diese Ausführungsform kann eine einfache Ausgestaltung der Selektionseinrichtung nach sich sich ziehen. In einer kinematischen Umkehrung dazu kann die Schaltwalze auch eine äußere rotatorische Festlegung bzw. Fixierung aufweisen, beispielsweise eine Verzahnung oder eine Keilverzahnung, die sich gehäuseseitig abstützt. Zur Abstützung an einem stationären Gehäuseteil dient eine dazu komplementäre Gestaltung, beispielsweise eine Keilverzahnung oder Axialnut mit Pin. Dadurch wird eine rotatorische Verankerung der Schaltwalze an dem Gehäuseteil bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit gewährleistet, wobei sie sich axial bewegen kann. Der Schaltpin wird dann so ausgebildet, daß er gegenüber dem Getriebegehäuse axial fixiert ist und die Schaltwalze rotatorisch fixiert ist.
Das Zwischenrad wird verschwenkt und durch einen Aktuator angetrieben. Das Zwischenrad treibt eine Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit an. Diese weist eine Schaltwalze mit Steuernut und einen Schaltpin auf, der in der Steuernut geführt wird. Entweder ist die Schaltwalze rotatorisch frei und dabei axial fixiert und der Schaltpin ist axial frei und dabei rotatorisch fixiert, oder umgekehrt. Das rotatorisch bewegliche Element ist mit dem Zwischenrad mechanisch gekoppelt und wird von diesem angetrieben. Das axial bewegliche Element ist mit einer der Schaltgabeln verbunden und bewegt eine mit der Schaltgabel in Verbindung stehende Schaltmuffe in axialer Richtung.
In einer weiteren Ausführungsform betätigt ein und dieselbe Schaltwalze dieselbe Schaltmuffe in zwei Richtungen. In einer anderen Ausführungsform kann dieselbe Schaltmuffe auf der Nebenwelle von einer ersten Schaltwalze in eine erste Richtung bewegt werden und von einer zweiten Schaltwalze in eine zweite Richtung bewegt werden. Dann kann ein Auswahlmechanismus zusätzlich vorgesehen werden. Es kann auch eine Schaltwalze mehrere Schaltmuffen betätigen.
Gemäß der Anmeldung weist die Reibkupplungsbaugruppe eine Lamellenkupplung auf, die einen mit der Eingangswelle in Verbindung stehenden Kupplungstopf bzw. ersten äußeren Lamellenträger zur Verbindung mit der Eingangswelle hat. Außerdem ist ein mit der Schaltmuffe in Verbindung stehender zweiter innerer Lamellenträger und in einer weiteren Ausgestaltung auch eine zusätzliche Kupplungsabtriebswelle vorgesehen, sowie ein Paket von im ersten bzw. äußeren Lamellenträger aufgenommenen ersten Außenlamellen, ein Paket von im zweiten bzw. inneren Lamellenträger aufgenommenen zweiten Innenlamellen und eine Druckplatte. Dabei werden im folgenden die Bezeichnungen erster bzw. zweiter Lamellenträger verwendet, damit die Beschreibung auch deren kinematische Umkehr von „innen” und „außen” umfasst. Ein erster Lamellenträger in der Beschreibung und den Patentansprüchen kann somit sowohl für den äußeren als auch für den inneren Lammellenträger stehen. Ebenso kann ein zweiter Lamellenträger in der Beschreibung und den Patentansprüchen sowohl für den äußeren als auch für den inneren Lammellenträger stehen.
Die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit ist dabei als eine Kupplungsbetätigungseinrichtung ausgebildet, die neben dem verschwenkbaren bzw. drehbaren Betätigungselement mit einer Betätigungsverzahnung, beispielsweise einer Außenverzahnung, eine im Bereich von Druckplatte und Betätigungselement angeordnete Betätigungskontur bzw. einen keilförmigen Betätigungsbereich sowie einen mit der Betätigungskontur zusammenwirkenden Betätigungskörper zur Betätigung der Druckplatte aufweist. Der Betätigungskörper kann beispielsweise ein Wälzelement sein, etwa eine Kugel, ein Zylinder oder auch ein feststehendes Element. Durch diese Gestaltung wird auf einfache Weise sichergestellt, daß die Druckplatte aufgrund einer Betätigung des Betätigungskörpers durch das Betätigungselement die Außenlamellen und die Innenlamellen zusammenpresst und somit eine Reibschlußverbindung herstellt.
Häufig wird dabei ein Axiallager zwischen der Reibkupplungsbaugruppe und der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit vorgesehen, wobei die Druckplatte auch eine Lagerfläche eines Wälzkörpers des Axiallagers aufweisen kann.
Die Betätigungskontur ist dabei in einer ersten Ausführungsform in der der Druckplatte gegenüberliegenden Lauffläche des Axiallagers vorgesehen, wobei die Betätigungskörper dann axial fest aber um sich selbst drehbar im Betätigungselement gelagert sind. In einer anderen Ausführungsform ist die Betätigungskontur im Getriebegehäuse oder daran befestigt vorgesehen, wobei die Betätigungskörper dann axial verschieblich im Betätigungselement angeordnet sind.
Die Schaltanordnung hat dabei mindestens zwei, beispielsweise drei Betätigungskörper. Es können auch mehrere Betätigungskörper vorgesehen sein, diese können dann gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind dann benachbarte Rampen oder keilförmige Nuten vorgesehen, die auf die Betätigungskörper wirken, die in Umfangsrichtung z. B. voneinander um 120 Grad beabstandet sind.
Die Betätigungskörper können dabei auf Achsen gelagert sein, wobei die Achsen mit dem Betätigungselement verbunden sind. Es ist eine Kugel mit keilförmiger Rille denkbar, die als Laufbahn für die Betätigungselemente dient, deren Kontur mit der Kontur der Kugel korrespondiert. Eine Walze kann mit einer axialen Rampe zusammenwirken.
Wenn die Betätigungskörper axial fest im Betätigungselement sitzen, dann ist die Kontur bzw. die Betätigungskontur bzw. die Rampe oder Rille auf der der Druckplatte gegenüberliegenden Seite des Axiallagers vorzusehen, die als solche rotatorisch fixiert ist. Umgekehrt, wenn die Kontur bzw. die Rampe oder Rille auf der der Druckplatte gegenüberliegenden Seite des Betätigungselements vorgesehen wird, z. B. am Getriebegehäuse, dann sind die Betätigungskörper axial beweglich auszubilden, damit die Hubbewegung auf die Druckplatte übertragen werden kann. Wenn die Kontur in der der Druckplatte gegenüberliegenden Lauffläche des Axiallagers sitzt, dann ist diese axial beweglich auszuführen, aber rotatorisch gegenüber dem Getriebegehäuse festzulegen.
Die Betätigungskontur hat eine dem Betätigungskörper angepasste Geometrie, die so ausgebildet ist, dass die axiale Erstreckung von Betätigungskontur und Betätigungskörper zusammen durch eine Bewegung der Betätigungskörper in Umfangsrichtung veränderbar ist. Dabei kann die Betätigungskontur in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch zur einer Achse ausgebildet sein, die zu einer Neutralstellung der Kupplungsbetätigungseinheit korrespondiert.
Die Betätigungskontur kann sowohl im Bereich des Betätigungselements als auch im Bereich der Druckplatte ausgebildet sein. Die Geometrie der Kontur hängt vom Betätigungskörper ab. Im Fall einer Kugel sieht man eine der Kugel angepasste Nut vor, im Fall einer Walze sieht man eine Rampe vor.
Der keilförmige Betätigungsbereich kann auch als ein axial keilförmiger Betätigungsbereich ausgebildet sein, der eine Rampe aufweist, die auf der Druckplatte oder auf dem Betätigungselement ausgebildet ist. Die Betätigungskörper liegen dann linienförmig bzw. gemäß einer lokalen elastischen Abflachung unter Belastung flächig auf der Betätigungskontur auf. Die Betätigungskontur weist also eine Vertiefung oder Erhöhung auf, die passend zu dem Betätigungskörper geformt ist. Das könnte z. B. durch eine Betätigungskontur erreicht werden, bei der eine Längserstreckung der Betätigungskontur einen Querschnitt aufweist, der einem Bereich eines Querschnitts eines Betätigungskörpers entspricht, der von einem unteren Auflagepunkt des Betätigungskörpers auf der Betätigungskontur bis zu einer Tiefe der Betätigungskontur am Ort des Querschnitts der Betätigungskontur reicht.
In einer Weiterbildung des Anmeldungsgegenstands ist ein Aktuator, insbesondere ein Elektromotor zur Betätigung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und zur Betätigung der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit vorgesehen. Dies kann so erfolgen, daß ein Zahnrad, das an einer Abtriebswelle des Elektromotors vorgesehen ist, in ein Zahnrad eingreift, das mit der Schaltwalze verbunden ist, das wiederum in eine Verzahnung auf dem Betätigungselement eingreift.
Um die Anzahl der schaltbaren Gänge zu erhöhen kann eine zweite Schaltmuffe vorgesehen sein, wobei die Schaltanordnung eine Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung aufweist, die entweder die erste Schaltmuffe oder die zweite Schaltmuffe mit der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit verbindet. Dabei kann die Schaltvorwahl-Betätigungseinheit einen ersten Bereich zur Verbindung mit einer ersten Schaltgabel aufweisen, die in die erste Schaltmuffe eingreift, und zusätzlich einen zweiten Bereich zur Verbindung mit einer zweiten Schaltgabel. Die Schaltgabelvorwahl-Betätigungseinheit hat dann eine erste Stellung, in der die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit mit der ersten Schaltgabel verbunden ist, und eine zweite Stellung, in der die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit mit der zweiten Schaltgabel verbunden ist.
Die Anzahl der Stellungen der Schaltgabelvorwahl-Betätigungseinheiten entspricht dabei der Anzahl der Schaltmuffen, die durch die Schaltmuffen-Axialbetätigung betätigt werden.
Die Anmeldung umfasst ferner ein Getriebe mit einer Eingangswelle, die eine Hohlwelle mit einem ersten Festrad aufweist, sowie mit einer Nebenwelle mit einem ersten Losrad und mit einer Schaltanordnung wie obenstehend beschrieben, und die Reibkupplungsbaugruppe ist über den äußeren Lamellenträger mit der Eingangswelle verbunden. Die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit ist über eine mechanische Verbindung, wie zum Beispiel ein Gestänge, mit einer Schaltgabel in Verbindung, die die Schaltmuffe betätigt. Ein beispielsweise elektrischer oder hydraulischer Aktuator oder Antrieb, insbesondere ein Elektromotor, ist zur Betätigung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit und der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit der Schaltanordnung vorgesehen.
Durch die Anordnung der Schaltmuffe auf der Nebenwelle und der Reibkupplung auf der koaxial zueinander angeordneten Hohlwelle und Eingangswelle ergibt sich ein sehr kompaktes Getriebe, wobei mit ein und demselben Antrieb eine Betätigung der Schaltmuffe und der Reibkupplung möglich ist, die dabei ohne zusätzlichen Aufwand auch noch zueinander mechanisch synchronisiert arbeiten. Das Einkuppeln des Festrads erfolgt zuverlässig erst dann, wenn das Losrad formschlüssig mit der Nebenwelle verbunden ist, und umgekehrt.
In einer Weiterbildung ist ferner ein Getriebe mit einem dritten Losrad vorgesehen, das auf der Nebenwelle angeordnet ist, wobei ferner eine zweite Schaltmuffe zum formschlüssigen Eingriff in das dritte Losrad und eine zweite Schaltgabel, die in die zweite Schaltmuffe eingreift, vorgesehen sind. Eine Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung dient zur Auswahl zwischen der ersten Schaltgabel und der zweiten Schaltgabel und zur selektiven Betätigung der ersten Schaltgabel oder der zweiten Schaltgabel, z. B. zur Beaufschlagung mit einer Axialkraft.
Eine solche Schaltgabelvorwahl-Betätigungseinheit verfügt über N verschiedene Auswahlstellungen zur Auswahl von N verschiedenen Schaltgabeln, wobei jeweils einer von N Bereichen der Schaltgabel-Vorwahl-Betätigungseinheit mit einem Bereich der Schaltgabel bzw. einem damit verbundenen Element in Eingriff gebracht wird. Diese Bereiche werden zum Beispiel in Abhängigkeit von einem Rotationswinkel in Eingriff gebracht. Somit können mit einer einzigen Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit beide Schaltgabeln selektiv betätigt werden, wobei der Vorteil der zueinander synchronisierten Betätigung von Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit und Kupplungs-Axialbetätigungseinheit erhalten bleibt.
Weiterhin ist ein Getriebe vorgesehen, bei dem auf der Nebenwelle ein zweites Losrad angeordnet ist, wobei die erste Schaltmuffe der Schaltanordnung zwischen dem ersten Losrad und dem zweiten Losrad angeordnet ist. Die erste Schaltmuffe verbindet in der zweiten Stellung der Schaltanordnung das erste Losrad formschlüssig mit der Nebenwelle. Die Schaltanordnung weist eine dritte Stellung auf, in der die erste Schaltmuffe das zweite Losrad mit der Nebenwelle formschlüssig verbindet. Somit entspricht zum Beispiel die erste Stellung dem Leerlauf, die zweite Stellung einem ersten Gang und die dritte Stellung einem zweiten Gang, wobei die zweite Stellung von der ersten Stellung aus durch eine erste Verschwenkung einer Schaltwalze der Schaltanordnung erreicht wird und wobei die dritte Stellung von der ersten Stellung aus durch eine zweite Verschwenkung der Schaltwalze erreicht wird, wobei die zweite Verschwenkung der ersten Verschwenkung entgegengesetzt ist.
Ein weiteres Getriebe der Anmeldung hat eine erste Schaltanordnung im Bereich eines Endes der Eingangswelle und ein Bereich des anderen Endes der Eingangswelle weist eine zweite Schaltanordnung auf. Das Getriebe hat ferner ein erstes Festrad, das mit einem ersten Losrad der ersten Schaltanordnung in Eingriff steht sowie ein zweites Festrad, das mit einem zweiten Losrad der zweiten Schaltanordnung in Eingriff steht. Dadurch wird eine kompakte Bauform des Getriebes ermöglicht. Dabei sind die Begriffe ”erstes Losrad”, ”erstes Festrad”, ”zweites Losrad”, ”zweites Festrad”, usw. generisch zu verstehen, so daß dadurch eine Vielzahl von mit dem Gegenstand der Anmeldung kombinierbaren Getriebestrukturen umfasst werden.
Wenigstens eine erste Nebenwelle mit einem ersten Losrad und optional mit einem zweiten Losrad sind vorgesehen, und weiter optional eine zweite Nebenwelle mit einem dritten Losrad und einem Losrad, wobei die erste Schaltanordnung und die zweite Schaltanordnung jeweils ein erstes, optional ein zweites und weiter optional ein drittes Festrad aufweisen, das auf der Hohlwelle angeordnet ist, wobei die Schaltmuffe der Schaltanordnung in einer dritten Stellung – d. h. „eingerückt” bzw. „formschlüssig verbunden” – eine formschlüssige Verbindung zwischen den Losrädern und der jeweiligen Nebenwelle herstellt.
Das erste Festrad kämmt dabei mit dem ersten Losrad, das der ersten Schaltanordnung zugeordnet ist, das dritte Festrad (optional) kämmt mit dem zweiten Losrad, das der ersten Schaltanordnung zugeordnet ist, das zweite Festrad kämmt mit dem ersten Losrad, das der zweiten Schaltanordnung zugeordnet ist, und das vierte Festrad (optional) kämmt mit dem zweiten Losrad, das der zweiten Schaltanordnung zugeordnet ist. Die Festräder, die einer Schaltanordnung zugeordnet sind, kämmen also mit Losrädern, die derselben Schaltanordnung zugeordnet sind. Eine Schaltanordnung betätigt die geraden Gänge und die andere Schaltanordnung betätigt die ungeraden Gänge. Der Rückwärtsgang kann wahlweise zugeordnet werden. Dann kann auf einfache Weise ein Lastschaltprinzip verwirklicht werden, wobei beim Schalten zu einem benachbarten Gang ein bereits eingelegter, benachbarter Gang mit der zugehörigen Reibkupplung durch Schließen der Kupplung in den Kraftfluss der Reibkupplung gebracht werden. Bei dem Getriebe ist die Betätigung der beiden Schaltanordnungen dann untereinander so synchronisiert, dass eine Lastschaltung stattfindet. Erst wird das Betätigungselement der Schaltanordnung des neuen Gangs soweit gedreht, dass das Losrad des neuen Gangs formschlüssig verbunden ist, dann wird die Reibkupplung der Schaltanordnung des aktuellen Gangs gelöst und gleichzeitig die Reibkupplung der Schaltanordnung des neuen Gangs geschlossen, dann wird die formschlüssige Kupplung des vorher eingelegten Gangs gelöst. Dabei kann die Synchronisation der Schaltanordnungen untereinander mechanisch oder auch elektronisch gesteuert sein. Eine Abnutzung der Reibkupplungen kann z. B. durch ein elektronisch gesteuertes Anpassen des Drehwinkels des Betätigungselements kompensiert werden.
Anstelle einer aufwändigen DCT-Doppelkupplung werden zwei einfache Lamellenkupplungen verwendet, die zudem noch in einem Ölbad schwimmend angeordnet werden können. Dadurch wird eine hohe Leistungsdichte und eine gute Haltbarkeit erreicht. Die dafür verwendeten Reibkupplungen können modular innerhalb eines Baukastensystems verwendet werden, z. B. auch für Getriebe mit nur einem Kupplungspaket.
Ein weiteres Merkmal eines vorteilhaften Getriebes liegt in der Anordnung der Abtriebsritzel und des ersten Gangs auf der Antriebsseite, wodurch auf der gegenüberliegenden Seite der Eingangswelle ein kostengünstigeres Kugellager statt einem Zylinderrollenlager eingebaut werden kann.
Zur Verdeutlichung ist noch zu bemerken, daß bei dem Getriebe der Anmeldung ein Lastschaltprinzip auch mit einer einzigen Nebenwelle erreicht werden kann, wobei trotzdem zwei Schaltanordnungen benötigt werden, an jedem Endbereich der Eingangswelle eine Schaltanordnung. Dabei kämmen sämtliche Festräder, die der einen Schaltanordnung zugeordnet sind, mit Losrädern von ungeraden Gängen, und sämtliche Festräder, die der anderen Schaltanordnung zugeordnet sind, mit Losrädern von geraden Gängen, wobei alle Losräder auf ein und derselben Nebenwelle angeordnet sind.
Nach einer Ausführungsform der Anmeldung werden die Ritzel bzw. Festräder auf der Hohlwelle jeweils für zwei Gänge genutzt. Abweichend davon können auch ein oder mehrere Gänge über separate, d. h. eigens für diesen Gang bereitgestellte Ritzel verfügen.
Ein Antriebsstrang der Anmeldung hat ein Getriebe gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei eine Antriebswelle des Antriebsstrangs mit einer Abtriebswelle des Getriebes verbunden ist. Oft erfolgt dies auch über ein zwischengeschaltetes Differentialgetriebe.
Bei einem Kraftfahrzeug ist dann der Antriebsstrang so angeordnet, daß ein Laufrad des Kraftfahrzeugs mit einer Radantriebswelle des Antriebsstrangs verbunden ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Ansicht eines Schaltgetriebes mit mechanisch gekoppelter Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung einer Schaltanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 zeigt eine Teilansicht der mechanisch gekoppelten Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung gemäß 1,
3 zeigt eine Steuernut in einem Umfangsabschnitt in einer Schaltwalze einer Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit,
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Rampenstruktur einer Kupplungs-Axialbetätigungseinheit,
5 zeigt einen Querschnitt durch die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit gemäß 4,
6 zeigt eine neutrale Schaltposition ”1” eines Schaltpins in einem ersten Abschnitt der Steuernut der Schaltwalze,
7 zeigt Schaltpositionen von Betätigungskugeln auf Betätigungskonturen der Schaltstruktur für die in 6 gezeigte Schaltposition ”1”,
8 zeigt einen Querschnitt durch die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit für die in 7 gezeigte Schaltposition ”1”,
9 zeigt eine Schaltposition ”2” des Schaltpins an einem Übergang von dem ersten Abschnitt auf einen zweiten Abschnitt der Steuernut der Schaltwalze,
10 zeigt Schaltpositionen der Betätigungskugeln des Betätigungselements auf der Rampenstruktur für die in 9 gezeigte Schaltposition ”2”,
11 zeigt einen Querschnitt durch Kupplungs-Axialbetätigungseinheit für die in 10 gezeigte Schaltposition ”2”,
12 zeigt eine Schaltposition ”3” des Schaltpins in der Steuernut,
13 zeigt Schaltpositionen der Betätigungskugeln des Betätigungselements auf der Rampenstruktur für die in 12 gezeigte Schaltposition ”3”,
14 zeigt einen Querschnitt durch die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit für die in 13 gezeigte Schaltposition ”3”,
15 zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Axialbewegung einer Schaltmuffe im Vergleich zum Verlauf einer auf ein Betätigungselement wirkenden Axialkraft beim Einlegen von einem Gang,
16 zeigt ein Diagramm der Drehmomentübertragung beim Wechseln von einer ersten Reibkupplungsbaugruppe auf eine zweite Reibkupplungsbaugruppe und den Verlauf des Lösens und Einlegens von den ersten und zweiten Reibkupplungsbaugruppen zugeordneten Gängen, und
17 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem Antriebsstrang, der mit einem Differentialgetriebe zusammenwirkt.
1 zeigt eine Schaltanordnung 101 für ein Schaltgetriebe, mit einer ersten mechanisch gekoppelten Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung 1001 und einer zweiten mechanisch gekoppelten Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung 2001.
Die Schaltanordnung 101 ist in einem Getriebegehäuse 1128 angeordnet und weist eine Eingangswelle 1003 auf. Die Eingangswelle 1003 ist in dem Gehäuse 1128 in einem Rillenwälzlager 1126 als Festlager und einem Rollenwälzlager 1027 als Loslager gelagert. Die Eingangswelle 1003 weist auf der linken Seite der Zeichnung einen ersten Endbereich 1004 und auf der rechten Hälfe der Zeichnung einen zweiten Endbereich 2004 auf.
Das Getriebe weist weiterhin eine erste Nebenwelle 1162 und eine zweite Nebenwelle 1167 auf, die parallel zur Eingangswelle 1003 angeordnet sind.
Bezugszeichen von gleichen Komponenten der 1, die im Bereich des ersten Endbereichs 1004 und im Bereich des zweiten Endbereichs 2004 angeordnet sind, unterscheiden sich durch eine Systematik, die einer Symmetrie in der Anordnung folgt. Die erste Stelle des vierstelligen Bezugszeichens weist eine „1” auf, wenn die betreffende Komponente im Bereich des ersten Endbereiches 1004 vorgesehen ist, während die erste Stelle des vierstelligen Bezugszeichens eine „2” aufweist, wenn die betreffende Komponente im Bereich des zweiten Endbereichs 2004 vorgesehen ist. Die dritte und vierte Stelle der Bezugszeichen dieser Komponenten stimmt überein.
Bezugszeichen von gleichen Komponenten der 1, die im Bereich der ersten Nebenwelle 1162 und im Bereich der zweiten Nebenwelle 1167 angeordnet sind, unterscheiden sich ebenfalls durch eine Systematik, die einer weiteren Symmetrie in der Anordnung folgt. Die zweite Stelle des vierstelligen Bezugszeichens weist eine „0” auf, wenn die betreffende Komponente im Bereich der ersten Nebenwelle 1162 vorgesehen ist, während die zweite Stelle des vierstelligen Bezugszeichens eine „5” aufweist, wenn die betreffende Komponente im Bereich der zweiten Nebenwelle 1167 vorgesehen ist. Die dritte und vierte Stelle der Bezugszeichen dieser Komponenten stimmt überein.
Die Lagerung der ersten Nebenwelle 1162 weist ein Kugelwälzlager 2065 als Festlager und ein Rollenwälzlager 1066 als Loslager auf. Die Lagerung der zweiten Nebenwelle 1167 weist ein Kugelwälzlager 2569 als Festlager und ein Rollenwälzlager 1568 als Loslager auf.
Auf der Eingangswelle 1003 ist in dem ersten Endbereich 1004 eine erste Hohlwelle 1029 vorgesehen. Die erste Hohlwelle 1029 ist auf der Eingangswelle 1003 mit Radiallagern 1063 und 1064 sowie zwischen einem ersten Axiallager 1045 und einem zweiten Axiallager 1055 gelagert. Auf der ersten Hohlwelle 1029 ist ein erstes Festrad 1041 und ein zweites Festrad 1042 angeordnet.
Im zweiten Endbereich 2004 ist eine zweite Hohlwelle 2029 angeordnet. Die zweite Hohlwelle 2029 ist auf der Eingangswelle 1003 mit Radiallagern 2063 und 2064 sowie axial zwischen einem dritten Axiallager 2045 und dem zweiten Axiallager 1055 gelagert. Auf der zweiten Hohlwelle 2029 ist ein drittes Festrad 2043 und ein viertes Festrad 2044 angeordnet.
Auf der ersten Nebenwelle 1162 sind ein erstes Losrad 1031 auf einem Radiallager 1075, ein zweites Losrad 1032 auf einem Radiallager 1076, ein drittes Losrad 2033 auf einem Radiallager 2075 und ein viertes Losrad 2034 auf einem vierten Radiallager 2076 angeordnet. Zwischen dem ersten Losrad 1031 und dem zweiten Losrad 1032 ist eine beidseitig wirkende erste Schaltmuffe 1005 auf der ersten Nebenwelle 1162 angeordnet. Zwischen dem dritten Losrad 2033 und dem vierten Losrad 2034 ist auf der ersten Nebenwelle 1162 eine beidseitig wirkende zweite Schaltmuffe 2005 angeordnet. Ferner ist mit der ersten Nebenwelle 1162 ein erstes Abtriebsritzel 1051 fest verbunden.
Auf der zweiten Nebenwelle 1167 ist ein fünftes Losrad 1535 auf einem Radiallager 1575, ein sechstes Losrad 1536 auf einem Radiallager 1576, ein siebtes Losrad 2537 auf einem Radiallager 2575 und ein achtes Losrad 2538 auf einem Radiallager 2576 gelagert. Zwischen dem fünften Losrad 1535 und dem sechsten Losrad 1536 ist eine beidseitig wirkende dritte Schaltmuffe 1505 angeordnet. Zwischen dem siebten Losrad 2537 und dem achten Losrad 2538 ist eine beidseitig wirkende vierte Schaltmuffe 2505 angeordnet. Ein zweites Abtriebsritzel 1552 ist mit der zweiten Nebenwelle 1167 fest verbunden. Das zweite Abtriebsritzel 1552 und das erste Abtriebsritzel 1051 kämmen mit einer hier nicht gezeigten Verzahnung eines Ringrads eines Differentials.
Ein Gang a wird mit dem ersten Losrad 1031 und dem ersten Festrad 1041 gebildet. Ein Gang b wird mit dem zweiten Losrad 1032 und dem zweiten Festrad 1042 gebildet. Ein Gang c wird mit dem fünften Losrad 1535 und dem ersten Festrad 1041 gebildet. Ein Gang d wird mit dem sechsten Losrad 1536 und dem zweiten Festrad 1042 gebildet. Ein Gang e wird mit dem vierten Losrad 2034 und dem vierten Festrad 2044 gebildet. Ein Gang f wird mit dem dritten Losrad 2033 und dem dritten Festrad 2043 gebildet. Ein Gang g wird mit dem achten Losrad 2538 und dem vierten Festrad 2044 gebildet. Ein Gang h wird mit dem siebten Losrad 2537 und dem dritten Festrad 2043 gebildet.
Die Losräder weisen Schrägverzahnungen 2073 auf, die mit Schrägverzahnungen 2099 der Festräder kämmen, wie in 2 gezeigt.
Auf dem ersten Endbereich 1004 der Eingangswelle 1003 ist eine erste Reibkupplungsbaugruppe 1006 mit einer ersten Lamellenkupplung 1016 angeordnet. Ein äußerer Lamellenträger 1017 der ersten Lamellenkupplung 1016 ist mit der Eingangswelle 1003 fest verbunden. Ein innerer Lamellenträger 1018 ist mit der ersten Hohlwelle 1029 drehfest verbunden.
Zur Betätigung der ersten Reibkupplungsbaugruppe 1006 ist eine erste Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 1007 vorgesehen. Die erste Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 1007 weist ein erstes Betätigungselement 1012 mit einer ersten Antriebsverzahnung 1035 auf. Die erste Antriebsverzahnung 1035 steht über ein erstes Zwischenrad 1030 einer ersten Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 1008 in Wirkverbindung mit einem ersten Antrieb 1025.
Das erste Zwischenrad 1030 ist auf einer ersten Betätigungswelle 1095 mit einer Symmetrieachse 1099 vorgesehen, auf der eine erste Schaltwalze 1010 axial fest und rotatorisch beweglich angeordnet ist. Die erste Schaltwalze 1010 hat eine erste Steuernut 1009, in der ein bezüglich dem Getriebegehäuse 1128 rotatorisch gehäusefester erster Schaltpin 1011 gleitverschieblich angeordnet ist. Der erste Schaltpin 1011 steht in Wirkverbindung mit einer Schaltgabel-Vorwahl-Betätigungsvorrichtung 1093, die ihrerseits in selektiver Wirkverbindung mit der ersten Schaltmuffe 1005 und der dritten Schaltmuffe 1505 steht.
Auf dem zweiten Endbereich 2004 der Eingangswelle 1003 ist eine zweite Reibkupplungsbaugruppe 2006 mit einer zweiten Lamellenkupplung 2016 angeordnet. Ein äußerer Lamellenträger 2017 der ersten Lamellenkupplung 2016 ist mit der Eingangswelle 1003 fest verbunden. Ein innerer Lamellenträger 2018 ist mit der zweiten Hohlwelle 2029 drehfest verbunden.
Zur Betätigung der zweiten Reibkupplungsbaugruppe 2006 ist eine zweite Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 vorgesehen. Die zweite Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 weist ein zweites Betätigungselement 2012 mit einer zweiten Antriebsverzahnung 2035 auf. Die zweite Antriebsverzahnung 2035 steht über ein zweites Zwischenrad 2030 einer zweites Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008 in Wirkverbindung mit einem zweiten Antrieb 2025.
Das zweite Zwischenrad 2030 ist auf einer zweiten Betätigungswelle mit einer Symmetrieachse 2099 vorgesehen, auf der eine zweite Schaltwalze 2010 axial fest und rotatorisch beweglich angeordnet ist. Die zweite Schaltwalze 2010 hat eine erste Steuernut 2009, in der ein bezüglich dem Getriebegehäuse 1128 axial beweglicher und rotatorisch festgelegter zweiter Schaltpin 2011 gleitverschieblich angeordnet ist.
Die zweite Schaltwalze 2010 steht in Wirkverbindung mit einer Schaltgabel-Wählbetätigungsvorrichtung 2093, die ihrerseits in selektiver Wirkverbindung mit der zweiten Schaltmuffe 2005 und der vierten Schaltmuffe 2505 steht.
2 zeigt die zweite Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung 2001 aus 1 in vergrößerter Darstellung.
Die zweite Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung 2001 wirkt über eine zweite Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 2093 mit der zweiten Schaltmuffe 2005 über eine hier und in 1 nicht gezeigte Schaltgabel zusammen.
Wie man hier besonders gut sieht, hat die zweite Schaltmuffe 2005 eine Innenverzahnung 2050, die axial verschieblich mit einer Außenverzahnung 2072 einer zweiten Nabe 2096 in Eingriff steht, die fest mit der ersten Nebenwelle 1162 verbunden ist. Die zweite Schaltmuffe 2005 kann ausgehend von der hier gezeigten Neutralstellung über zweite Synchronringe 2053 mit Verzahnungen 2039 entweder mit einer Schaltverzahung 2078 des dritten Losrades 2033 oder mit einer Schaltverzahnung 2079 des vierten Losrades 2034 verbunden werden.
In der hier gezeigten Neutralstellung steht die zweite Schaltmuffe 2005 weder mit der Schaltverzahnung 2078 des dritten Losrades 2033 noch mit der Schaltverzahnung 2079 des vierten Losrades 2034 in Eingriff.
Der zweite Antrieb 2025 ist als Elektromotor mit einem Schneckentrieb ausgebildet.
Wie man hier gut sieht, gliedert sich die zweite Steuernut 2009 in drei Abschnitte 2013, 2014 und 2015.
2 zeigt auch die zweite Lamellenkupplung 2016 in näherem Detail. Der innere Lamellenträger 2018 ist auf einem Ringabsatz 2087 über ein Radiallager 2049 gelagert. Lamellen eines äußeren Lamellenpakets 2019 sind in einer äußeren Lamellenverzahnung 2037 im äußeren Lamellenträger 2017 axialverschieblich geführt. Die Lamellen eines inneren Lamellenpakets 2018 sind axialverschieblich in einer inneren Lamellenverzahnung 2038 im inneren Lamellenträger 2018 geführt. Die Lamellen des äußeren Lamellenpakets 2019 und die Lamellen des inneren Lamellenpakets 2018 liegen aneinander an und werden von einer Druckplatte 2021 beaufschlagt.
Die Druckplatte 2021 steht über ein Axiallager 2024 und einen Axiallagerring 2036 mit einem als Betätigungskugel ausgebildeten Betätigungskörper 2023 in Wirkverbindung.
Der Betätigungskörper 2023 ist zwischen einer am Getriebegehäuse 1128 angeordeneten Rampenstruktur 2058 und einem Axiallagerring 2036 eines Axiallagers 2024 angeordnet.
Wie man hier gut sieht, kämmt die zweite Antriebsverzahnung 2035 des zweiten Betätigungselements 2012 mit der Verzahnung des zweiten Zwischenrades 2030. Dabei ist das zweite Betätigungselement 2012 mittels eines Axiallagers 2048 und eines Axiallagers 2047 in dem Getriebegehäuse 1128 verschwenkbar gelagert.
3 zeigt eine Draufsicht auf einen Umfangsabschnitt 2077 der zweiten Schaltwalze 2010 aus den 1 und 2, mit der Steuernut 2009 der zweiten Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008. Die Steuernut 2009 weist drei Abschnitte auf, nämlich einen schrägverlaufenden ersten Abschnitt 2013, einen gerade verlaufenden zweiten Abschnitt 2014 sowie einen gerade verlaufenden dritten Abschnitt 2015. Die gerade verlaufenden Abschnitte 2014 und 2015 der Steuernut 2009 sind parallel zu Rändern 2091 und 2092 des Umfangsabschnitts 2077 angeordnet und weisen keine oder nur geringe axiale Ausdehnung auf.
Eine Spur des Schaltpins 2011 ist mit gestrichelter Linie markiert, und Richtungspfeile C und D zeigen mögliche axiale Bewegungsrichtungen an, die der Schaltpin 2011 entlang der Spur einnehmen kann. Der Schaltpin 2011 folgt somit der Steuernut 2009 nur in axialer Richtung und die rotatorische Bewegung der axial feststehenden Schaltwalze 2010 mit der Steuernut 2009 bewirkt die axialen Bewegungen des Schaltpins 2011.
Entlang der Spur sind fünf Schaltpositionen ”1”, ”2”, ”3”, ”4” und ”5” markiert. Eine erste neutrale Schaltposition ”1” ist in der Mitte des schrägverlaufenden ersten Abschnitts 2013 vorgesehen. Die zweite Schaltposition ”2” stellt sich am Übergang des ersten Abschnitts 2013 zu dem zweiten Abschnitt 2014 ein. Die dritte Schaltposition ”3” stellt sich in der Nähe des Endes des zweiten Abschnitts 2014 ein. Die vierte Schaltposition ”4” stellt sich an einem Übergang von dem ersten Abschnitt 2013 zu dem dritten Abschnitt 2015 vorgesehen ein, und die fünfte Schaltposition ”5” stellt sich in der Nähe des Endes des dritten Abschnitts 2015 ein. Die zweite Schaltwalze 2010 ist rotatorisch beweglich und dabei axial festgelegt, der Schaltpin 2011 kann sich in Pfeilrichtung C oder D bewegen.
Wie man hier gut sieht, fällt die Symmetrieachse der zweiten Schaltwalze 2010 mit der Symmetrieachse 2099 des zweiten Zwischenrads 2030 und der zweiten Betätigungswelle 2095 zusammen.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Rampenstruktur 2058 der zweiten Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007. Wie man hier gut sieht, fällt die Symmetrieachse des zweiten Betätigungselements 2012 mit der Symmetrieachse der Eingangswelle 2003 zusammen.
Den drei Abschnitten 2013, 2014 und 2015 der Steuernut 2009 in 3 entsprechen in dieser Draufsicht auf das zweite Betätigungselement 2012 mit der darunter angeordneten gehäusefesten Rampenstruktur 2058 Schwenkwinkelbereiche des zweiten Betätigungselements 2012. Die fünf Schaltpositionen ”1”, ”2”, ”3”, ”4” und ”5” entsprechen fünf Winkelpositionen welche das zweite Betätigungselement 2012 mit den insgesamt drei auf dessen Umfang verteilten Betätigungskörpern 2023 einnehmen kann.
Die Betätigungskörper 2023 werden jeweils in axialen Richtungen auf rampenförmigen Betätigungskonturen 2022 der Rampenstruktur 2058 geführt. In der hier gezeigten neutralen Schaltposition ”1” weisen die Betätigungskonturen 2022 jeweils die gleiche axiale Position wie in ”2” und ”3” auf der jeweiligen Rampenstruktur 2058 in Bezug auf die Zeichenebene auf, die der tiefsten Position der Betätigungskontur 2022 entspricht. Diese tiefste Position erstreckt sich zwischen den Schaltpositionen ”2” und ”4”. In Richtung auf die Schaltposition ”3” in dem zweiten Abschnitt 2014 oder in Richtung auf die Schaltposition ”5” in dem dritten Abschnitt 2015 werden die Betätigungskörper auf der Rampenstruktur 2058 in Richtung aus der Zeichenebene heraus geführt.
Das Betätigungselement weist in einem begrenzten Umfangsbereich eine Antriebsverzahnung 2035 auf. Die Antriebsverzahnung 2035 erstreckt sich mindestens über einen Umfangsbereich, der dem Winkel zwischen Schaltposition ”3” und ”5” entspricht.
Wie in 4 gut zu sehen ist, werden beim Verschwenken des zweiten Betätigungselements 2012 zum Verdrehen der zweiten Schaltwalze 2010 aufgrund einer mechanischen Kopplung gleichzeitig die Betätigungskörper 2023 um die Achse 1157 bewegt. Dabei rollen die Betätigungskörper 2023 auf der mit dem Getriebegehäuse 1128 verbundenen Rampenstruktur 1058 ab. Die drei Betätigungskonturen 2022 weisen dabei zwischen Schaltpositionen ”1” und „2” bzw. „4” eine tiefste Position in der Rampenstruktur 2058 auf, so dass die Betätigungskörper 2023 in diesem Bereich keine oder nur eine geringe Kraft auf den Axiallagerring 2036 ausüben. Somit sind das innere Lamellenpaket 2020 und das äußere Lamellenpaket 2019, wie in den 1 und 2 gezeigt, voneinander gelöst.
Aufgrund der Rotation der Schaltwalze 2010 bewegt sich der Schaltpin 2011 dabei von einer mittleren neutralen Schaltposition ”1” aus, wie es 3 zeigt in Richtung C oder in Richtung D. Wenn sich die Schaltwalze 2010 verdreht und sich somit die Steuernut 2009 in Umfangsrichtung bewegt, dann bewegt sich der Schaltpin 2011 in dem ersten schrägverlaufenden Abschnitt 2013 entweder nach C oder nach D. Bewegt sich der Schaltpin 2011 auf seiner Spur in Richtung auf die Schaltposition ”2” zu, wird der Schaltpin 2011 axial z. B. in Richtung D verschoben und er nimmt, z. B. die zweite Schaltmuffe 2005 mit, so dass beispielsweise nach Synchronisieren der Drehzahlen der Hohlwelle 2029 mit dem drittem Losrad 2033 eine formschlüssige Verbindung zwischen der Hohlwelle 2029 und dem dritten Losrad 2033 hergestellt ist. Dabei ist die Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe 2005 über die Verzahnung des Synchronringes auf die Schaltverzahnung des dritten Losrads 2033 geschoben. Während dieses Schaltvorgangs steht der Schaltpin 2011 durch eine Axialverzahnung mit einer Innenverzahnung des Getriebegehäuses 1128 in Eingriff und ist so rotatorisch fixiert und dabei trotzdem axial verschieblich.
Eine weitere Verschwenkung des zweiten Betätigungselements 2012 durch die Antriebsverzahnung 2035 in die Stellung „3” in 3 und 4 bewirkt aufgrund der Ausgestaltung der Steuernut 2009 keine Axialbewegung des Schaltpins 2011 mehr, sondern nur noch eine Betätigung der Reibkupplungsbaugruppe 2006.
Die Reibkupplungsbaugruppe 2006 wird dabei wie folgt betätigt. Um ein Drehmoment zu übertragen, werden die Lamellenpakete 2019 und 2020 der zweiten Lamellenkupplung 2016 durch die Druckplatte 2021 zusammengepresst. Dazu wird das zweite Betätigungselement 2012 durch die Antriebsverzahnung 2035 derart in die Stellung „3” verschwenkt, daß der Betätigungskörper 2023 auf der Betätigungskontur 2022 der mit dem Getriebegehäuse 1128 fest verbundenen Rampenstruktur 2058 abrollt. Beim Rollen auf der Betätigungskontur 2022 der Rampenstruktur 2058 wird der Betätigungskörper 2023 derart bewegt, daß der Betätigungskörper 2023 über den Axiallagerring 2036, das Axiallager 2024 und über die Druckplatte 2021 eine Anpresskraft auf die inneren Lamellen des inneren Lamellenpakets 2020 und auf die Lamellen des äußeren Lamellenpakets 2019 ausübt. Zum Lösen der Reibschlußverbindung zwischen den Lamellen des inneren Lamellenpakets 2020 und den Lamellen des äußeren Lamellenpakets 2019 wird das zweite Betätigungselement 2012 durch die Antriebsverzahnung 2035 zurück in seine Ausgangslage „2” verschwenkt, wodurch der Betätigungskörper 2023 keine oder wenig Kraft auf die zweite Reibkupplungsbaugruppe 2006 ausüben.
In der anderen Richtung funktioniert die Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung 101 genauso. Der Schaltpin 2011 wird aufgrund einer Betätigung des zweiten Betätigungselements 2012 und der Schaltwalze 2010 von der neutralen Schaltposition ”1” in Richtung auf die Schaltposition ”4”, und zwar aufgrund der Drehung der zweiten Schaltwalze 2010 bewegt. Bei der Schaltposition ”4” ist ein Synchronisationsvorgang abgeschlossen und eine formschlüssige Verbindung zwischen dem vierten Losrad 2034 und der Hohlwelle 2029 hergestellt. Eine Verschwenkung des zweiten Betätigungselements 2012 in die Stellung „5” bewirkt anschließend ein Schließen der Reibkupplungsbaugruppe 2006.
Die fünf in 4 gezeigten Schaltpositionen ”1”, ”2”, ”3”, ”4”, und ”5” können dadurch erreicht werden, dass ein wie in 2 gezeigtes zweites Zwischenrad 2030, das von einem Elektromotor mit Schneckentrieb angetrieben wird, in die Antriebsverzahnung 2035 eingreift und das zweite Betätigungselement 2012 um die Achse 1157 verstellt.
5 zeigt die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 im Querschnitt. Diese Ansicht ist nur schematischer Art und sie entspricht nicht genau der Darstellung in den 1 und 2.
6, 7 und 8 zeigen korrespondierende Ansichten der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008 und der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 in der neutralen Schaltposition ”1”, in welcher die Schaltpins 2011 mittig in dem ersten Abschnitt 2013 der Steuernut 2009 der zweiten Schaltwalze 2010 angeordnet sind. Der Schaltpin 2011 befindet sich in einer Mittelstellung.
9, 10 und 11 zeigen korrespondierende Ansichten der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008 und der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 in der Schaltposition ”2” in welcher der Schaltpin 2011 an dem Übergang von dem schrägverlaufenden ersten Abschnitt 2013 zu dem gerade verlaufenden Abschnitt 2014 der Steuernut 2009 angeordnet sind. Der Schaltpin 2011 ist gegenüber der Mittelstellung nach rechts verschoben.
12, 13 und 14 zeigen korrespondierende Ansichten der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008 und der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 in der Schaltposition ”3” in welcher die Schaltpins 2011 in der Nähe des Endes des gerade verlaufenden zweiten Abschnitts 2014 in der Steuernut 2009 angeordnet sind. Der Schaltpin 2011 ist gegenüber der Mittelstellung nach rechts verschoben.
12 zeigt dabei eine Schaltposition ”3” des Schaltpins 2011 in der Steuernut 2009 in näherem Detail, wobei der Schaltpin 2011 nahezu das Ende des zweiten Abschnitts 2014 der Steuernut 2009 erreicht hat. Im Abschnitt 2014 erfolgt keine axiale Verschiebung des Schaltpins 2011. Wie in 13 und insbesondere in 14 im Vergleich zu der 11 zu sehen ist, sind die Betätigungskörper 2023 gegenüber der Position „2” angehoben bzw. nach rechts verschoben.
In dieser Position üben die Betätigungskugeln 2023 eine Kraft auf die Druckplatte 2021 der zweiten Lamellenkupplung 2016 aus. Diese Erhöhung der Kraft setzt erst ein, wenn die Synchronisierungsphase der Innenverzahnung der zweiten Schaltmuffe 2005 oder 2505 mit der Axialverzahnung des dritten Losrads 2033 abgeschlossen ist. In der Schaltposition ”3” befinden sich die Betätigungskörper 2023 durch die vorherige Drehung des zweiten Betätigungselements 2012 in einer Schaltposition. Weiterhin wird über die Rampenstruktur 2058 und deren Rampengeometrie durch Verschwenken des Betätigungselements 2012 eine Kraftübertragung der Betätigungskörper 2023 auf die zweite Reibkupplungsbaugruppe 2006 ausgeübt. Dies wird auch in 14 gezeigt, in der ein Abstand a zwischen dem Axiallagerring 2036 und der an dem Getriebegehäuse 1128 fixierten Rampenstruktur 2058 gegenüber der Darstellung in den 8 und 11 vergrößert dargestellt ist.
Über das abgegebene Drehmoment des Antriebs 2025 läßt sich hierbei über die Übersetzungen von Schnecke zum Schneckenrad sowie der Übersetung vom Zwischenrad 2030 zum Betätigungselement 2012, über den Winkel der Betätigungskontur 2022 im Kontaktpunkt mit dem Betätigungskörper 2023 die Kraft auf die Kupplung ermitteln. Über die Reibverhältnisse der Kupplung und deren Geometrie kann das übertragbare Kupplungsmoment ermittelt werden
In der in den 1 bis 14 gezeigten Schaltungsanordnung 101 mit der ersten Reibkupplungsbaugruppe 1006 und der zweiten Reibkupplungsbaugruppe 2006 können über die erste Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 1007 und über die zweite Kupplungs-Axialbetätigungseinheit 2007 in Zusammenwirken mit der ersten Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 1008 und mit der zweiten Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit 2008 acht Drehmoment-Übersetzungsverhältnisse mit den Gängen a, b, c, d, e, f, g und h geschaltet werden.
Zum Einlegen von Gang a wird zunächst das erste Betätigungselement 1012 um die Achse 1157 verschwenkt. Dazu kämmt die Antriebsverzahnung 1035 des ersten Betätigungselements 1012 mit dem ersten Zwischenrad 1030, das von dem ersten Antrieb 1025 angetrieben wird. Das erste Zwischenrad 1030 verdreht dazu die erste Schaltwalze 1010, was aufgrund des Zusammenwirkens der ersten Steuernut 1009 mit dem ersten Schaltpin 1011 zu einer axialen Verschiebung des ersten Schaltpins 1011 führt.
Die axial feststehende Schaltwalze 1010 verschiebt also den axial beweglichen ersten Schaltpin 1011 und – ausgewählt durch die erste Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 1093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die erste Schaltmuffe 1005 in Pfeilrichtung C, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der ersten Schaltmuffe 1005 mit der Schaltverzahnung des ersten Losrads 1031 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des ersten Betätigungselements 1012 wird nun die erste Lamellenkupplung 1016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der ersten Lamellenkupplung 1016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 1017, über das äußere Lammellenpaket 1019 und das innere Lamellenpaket 1020 auf den inneren Lamellenträger 1018 und von dort über die erste Hohlwelle 1029 auf das erste Festrad 1041. Das erste Festrad 1041 leitet den Kraftfluss über seine mit dem ersten Losrad 1031 kämmende Schrägverzahnung zu der ersten Nebenwelle 1162, die den Kraftfluss dem ersten Abtriebsritzel 1051 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang b wird das erste Betätigungselement 1012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Der axial feststehende Schaltwalze 1010 verschiebt den axial beweglichen Schaltpin 1011 und – ausgewählt durch die erste Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 1093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die erste Schaltmuffe 1005 in Pfeilrichtung D, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der ersten Schaltmuffe 1005 mit der Schaltverzahnung des zweiten Losrads 1032 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des ersten Betätigungselements 1012 wird die erste Lamellenkupplung 1016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der ersten Lamellenkupplung 1016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 1017, über das äußere Lammellenpaket 1019 und das innere Lamellenpaket 1020 auf den inneren Lamellenträger 1018 und von dort über die erste Hohlwelle 1029 auf das zweite Festrad 1042. Das zweite Festrad 1042 leitet den Kraftfluss über seine mit dem zweiten Losrad 1032 kämmende Schrägverzahnung zu der ersten Nebenwelle 1162, die den Kraftfluss dem ersten Abtriebsritzel 1051 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang c wird das erste Betätigungselement 1012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Die axial feststehende Schaltwalze 1010 verschiebt den axial beweglichen Schaltpin 1011 und – ausgewählt durch die erste Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 1093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die dritte Schaltmuffe 1505 in Pfeilrichtung C, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der dritten Schaltmuffe 1505 mit der Schaltverzahnung des fünften Losrads 1535 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des ersten Betätigungselements 1012 wird die erste Lamellenkupplung 1016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der ersten Lamellenkupplung 1016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 1017, über das äußere Lammellenpaket 1019 und das innere Lamellenpaket 1020 auf den inneren Lamellenträger 1018 und von dort über die erste Hohlwelle 1029 auf das erste Festrad 1041. Das erste Festrad 1041 leitet den Kraftfluss über seine mit dem fünften Losrad 1535 kämmende Schrägverzahnung zu der zweiten Nebenwelle 1167, die den Kraftfluss dem zweiten Abtriebsritzel 1552 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang d wird das erste Betätigungselement 1012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Der axial feststehende Schaltwalze 1010 verschiebt den axial beweglichen ersten Schaltpin 1011 und – ausgewählt durch die erste Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 1093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die zweite Schaltmuffe 1505 in Pfeilrichtung D, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der dritten Schaltmuffe 1505 mit der Schaltverzahnung des sechsten Losrads 1536 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des ersten Betätigungselements 1012 wird die erste Lamellenkupplung 1016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der ersten Lamellenkupplung 1016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 1017, über das äußere Lammellenpaket 1019 und das innere Lamellenpaket 1020 auf den inneren Lamellenträger 1018 und von dort über die erste Hohlwelle 1029 auf das zweite Festrad 1042. Das zweite Festrad 1042 leitet den Kraftfluss über seine mit dem sechsten Losrad 1536 kämmende Schrägverzahnung zu der zweiten Nebenwelle 1167, die den Kraftfluss dem zweiten Abtriebsritzel 1552 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang e wird das zweite Betätigungselement 2012 um die Achse 1157 verschwenkt. Dazu kämmt die Antriebsverzahnung 2035 des zweiten Betätigungselements 2012 mit dem zweiten Zwischenrad 2030, das von dem zweiten Antrieb 2025 angetrieben wird. Das zweite Zwischenrad 2030 verdreht dazu die zweite Schaltwalze 2010, was aufgrund des Zusammenwirkens der zweiten Steuernut 2009 mit dem zweiten Schaltpin 2011 zu einer axialen Verschiebung des Schaltpins 2011 führt.
Die axial feststehende Schaltwalze 2010 verschiebt also den axial beweglichen Schaltpin 2011 und – ausgewählt durch die zweite Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 2093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die zweite Schaltmuffe 2005 in Pfeilrichtung C, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der zweiten Schaltmuffe 2005 mit der Schaltverzahnung des vierten Losrads 2034 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des zweiten Betätigungselements 2012 wird nun die zweite Lamellenkupplung 2016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der zweiten Lamellenkupplung 2016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 2017, über das äußere Lammellenpaket 2019 und das innere Lamellenpaket 2020 auf den inneren Lamellenträger 2018 und von dort über die zweite Hohlwelle 2029 auf das vierte Festrad 2044. Das vierte Festrad 2044 leitet den Kraftfluss über seine mit dem vierten Losrad 2034 kämmende Schrägverzahnung zu der ersten Nebenwelle 1162, die den Kraftfluss dem ersten Abtriebsritzel 1051 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang f wird das zweite Betätigungselement 2012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Die axial feststehende Schaltwalze 2010 verschiebt den axial beweglichen Schaltpin 2011 und – ausgewählt durch die zweite Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 2093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die zweite Schaltmuffe 2005 in Pfeilrichtung D, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der zweiten Schaltmuffe 2005 mit der Schaltverzahnung des dritten Losrads 2033 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des zweiten Betätigungselements 2012 wird nun die zweite Lamellenkupplung 2016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der zweiten Lamellenkupplung 2016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 2017, über das äußere Lammellenpaket 2019 und das innere Lamellenpaket 2020 auf den inneren Lamellenträger 2018 und von dort über die zweite Hohlwelle 2029 auf das dritte Festrad 2043. Das dritte Festrad 2043 leitet den Kraftfluss über seine mit dem dritten Losrad 2033 kämmende Schrägverzahnung zu der ersten Nebenwelle 1162, die den Kraftfluss dem ersten Abtriebsritzel 1051 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang g wird das zweite Betätigungselement 2012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Die axial feststehende Schaltwalze 2010 verschiebt den axial beweglichen Schaltpin 2011 und – ausgewählt durch die zweite Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 2093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die vierte Schaltmuffe 2505 in Pfeilrichtung C, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der vierten Schaltmuffe 2505 mit der Schaltverzahnung des achten Losrads 2538 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des zweiten Betätigungselements 2012 wird nun die zweite Lamellenkupplung 2016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der zweiten Lamellenkupplung 2016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 2017, über das äußere Lammellenpaket 2019 und das innere Lamellenpaket 2020 auf den inneren Lamellenträger 2018 und von dort über die zweite Hohlwelle 2029 auf das vierte Festrad 2044. Das vierte Festrad 2044 leitet den Kraftfluss über seine mit dem achten Losrad 2538 kämmende Schrägverzahnung zu der zweiten Nebenwelle 1167, die den Kraftfluss dem zweiten Abtriebsritzel 1552 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
Zum Einlegen von Gang h wird das zweite Betätigungselement 2012 um die Achse 1157 verschwenkt.
Die axial feststehende Schaltwalze 2010 verschiebt den axial beweglichen Schaltpin 2011 und – ausgewählt durch die zweite Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung 2093 – mit einer hier nicht gezeigten Schaltgabel die vierte Schaltmuffe 2505 in Pfeilrichtung D, bis die Synchronisierung abgeschlossen ist und die Axialverzahnung der vierten Schaltmuffe 2505 mit der Schaltverzahnung des siebten Losrads 2537 in Eingriff steht.
Durch Weiterschwenken des zweiten Betätigungselements 2012 wird nun die zweite Lamellenkupplung 2016 geschlossen.
Der Kraftfluss verläuft nach dem Schließen der zweiten Lamellenkupplung 2016 von der Eingangswelle 1003 über den äußeren Lamellenträger 2017, über das äußere Lammellenpaket 2019 und das innere Lamellenpaket 2020 auf den inneren Lamellenträger 2018 und von dort über die zweite Hohlwelle 2029 auf das dritte Festrad 2043. Das dritte Festrad 2043 leitet den Kraftfluss über seine mit dem siebten Losrad 2537 kämmende Schrägverzahnung zu der zweiten Nebenwelle 1167, die den Kraftfluss dem zweiten Abtriebsritzel 1552 zuführt, das mit dem Ringrad des Differentials kämmt.
15 zeigt ein Diagramm mit dem Verlauf der Axialbewegung der zweiten Schaltmuffe 2005 wie es die 8, 11 und 14 zeigen im Vergleich zum Verlauf einer auf einen Betätigungskörper 2023 des zweiten Betätigungselements 2012 wirkenden Axialkraft beim Schalten eines Gangs. Der Graph A stellt den Ablauf der Axialbewegung der zweiten Schaltmuffe 2005 dar, während der Graph B die Axialkraft auf die Betätigungskörper 2023 zeigt. In Richtung der Ordinate ist die jeweilige Kraft bzw. der jeweilige Weg aufgetragen und in Richtung der Abszisse die Zeit t.
Zum Zeitpunkt t = t₀ befindet sich der Schaltpin 2011 in der neutralen Schaltposition ”1”. Ab dem Zeitpunkt t₀ nimmt die axiale Verschiebung der zweiten Schaltmuffe 2005 aufgrund der Bewegung des zweiten Schaltpins 2011 zu, wie der Graph A zeigt. Die Axialkraft, die mittels der Betätigungskonturen 2022 auf die Betätigungskugeln 2023 wirken, bleibt in diesem Zeitintervall von t₀ bis t₁ Null, d. h. es gibt keine Krafteinwirkung auf die Betätigungskörper 2023.
Mit Erreichen des Zeitpunktes t₁ in der Schaltposition ”2” endet die axiale Verschiebung der zweiten Schaltmuffe 2005, wie es der Graph A zeigt. Die Axialkraft auf die Betätigungskörper 2023 hingegen wächst an, weil mit der Schaltposition ”2” im Zeitpunkt t₁ ein Rampenbereich der Betätigungskontur 2022 erreicht wird. Die Axialkraft der Betätigungskörper 2023 auf die Druckplatte 2021 nimmt zu, bis in der Schaltposition ”3” zum Zeitpunkt t₂ ein Sollwert erreicht ist.
16 zeigt ein Diagramm der Drehmomentübertragung beim Lastwechseln von der ersten Reibkupplungsbaugruppe 1006 auf die zweite Reibkupplungsbaugruppe 2006 und den Verlauf des Lösens und Einlegens von Gängen ”a” und ”e”, die der ersten und der zweiten Reibkupplungsbaugruppe 1006 bzw. 2006 zugeordnet sind. Die Drehmomentübertragung der ersten Reibkupplungsbaugruppe 1006 wird in Abhängigkeit von der Zeit t mit dem Graphen A mit durchgezogener Linie gezeigt, und die Drehmomentübertragung der zweiten Reibkupplungsbaugruppe 2006 wird in Abhängigkeit von der Zeit t mit dem Graphen B mit durchgezogener Linie gezeigt. Die Bewegung der ersten Schaltmuffe 1005 wird in Abhängigkeit von der Zeit t mit den Graphen C mit gestrichelter Linie gezeigt, und die Bewegung der zweiten Schaltmuffe 2005 wird in Abhängigkeit von der Zeit t mit den Graphen D mit gestrichelter Linie gezeigt.
Im Zeitpunkt t₀ ist die erste Reibkupplungsbaugruppe 1006 gelöst d. h. nicht im Reibschluss und sie überträgt kein Drehmoment, wie der Graph A zeigt, da keine Kraft durch die Betätigungskörper 1023 auf die erste Druckplatte 1021 ausgeübt wird. Die erste Schaltwalze 1010 mit der ersten Schaltmuffe 1005 befindet sich zu diesem Zeitpunkt t₀ in der neutralen Schaltposition ”1”. Der Vorgang des Einlegens eines Gangs a beginnt im Zeitpunkt t₀, wie der Graph C zeigt, und er ist zum Zeitpunkt t₁ abgeschlossen, wenn die erste Schaltmuffe 1005 die Schaltposition ”4” erreicht hat.
Zum Zeitpunkt t₀ ist die zweite Reibkupplungsbaugruppe 2006 geschlossen und sie überträgt das volle Drehmoment, wie Graph B zeigt. Die zweite Schaltmuffe 2005 befindet sich während des gesamten Zeitintervalls von t₀ bis t₁ in der Schaltposition ”3”, so dass das volle Drehmoment über das vierte Festrad 2044 übertragen wird.
Im Zeitpunkt t₁ beginnt eine Verminderung der Drehmomentübertragung der zweiten Reibkupplungsbaugruppe 2006, während die Drehmomentübertragung der ersten Reibkupplungsbaugruppe 1006 bereits ansteigt, wie es die Graphen A und B im Zeitintervall zwischen t₁ und t₂ zeigen. Nach t₂ geht der zweite Schaltpin 2011 mit der zweiten Schaltmuffe 2005 von der Schaltposition ”4” in die Schaltposition ”1” über.
Die beschriebene Schaltanordnung funktioniert grundsätzlich auch mit nur einer einzigen Nebenwelle, wenngleich hier ein Getriebe mit zwei Nebenwellen gezeigt ist.
Die Betätigungskugel 2023 in den 1 bis 15 ist radial und tangential so gut es geht spielfrei im Betätigungselement 2012 zu führen, um eine gute Funktion zu gewährleisten. Die Betätigungskugel 2023 läuft ferner in einer umlaufenden Kontur im Axiallagerring 2036, die als Umfangsnut ausgebildet ist.
Zur rotatorischen Kopplung der Hohlwellen mit dem jeweiligen inneren Lamellenträger kann eine Axialverzahnung verwendet werden.
Die Synchronisierung ist in den vorhergehenden Figuren nur schematisch dargestellt, weil diese für die Funktion der Anordnung nicht im Vordergrund steht. Es kommt darauf an, daß bei eingerasteter Schaltmuffenverzahnung in der Schaltverzahnung das jeweilige Losrad fest mit der Nebenwelle verbunden ist.
Ebenso ist der Momentenverlauf in 16 nur qualitativ dargestellt.
17 zeigt ein Kraftfahrzeug 1180 mit einem Motorblock 1181 und einem Antriebsstrang 1182. Ein Getriebe 1102 mit einem hier nicht gezeigten Getriebegehäuse und einer Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung gemäß den vorhergehenden Figuren ist in einem hinteren Bereich des Motorblocks 1181 angekoppelt. Der Antriebstrang 1182 weist eine Kardanwelle 1183 und ein Differentialgetriebe 1184 zum Antrieb der hinteren Laufräder 1185 auf. Ein Gangschalthebel 1186 steht in Wirkverbindung mit dem Getriebe 1102 zum Einlegen und Auskoppeln von Gängen. Ein Motordrehmoment wird mittels des Schaltgetriebes 1102 mit mechanisch gekoppelter Kupplungs- und Synchronisierungseinrichtung in ein Antriebsdrehmoment übersetzt und über die Kardanwelle 1183 und das Differentialgetriebe 1184 den hinteren Laufrädern 1185 zugeführt.
In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Getriebe aus den 1 und 2 in einem Fahrzeug mit Frontantrieb eingesetzt, wobei vom Differential aus zwei Antriebswellen die Vorderräder antreiben.
Alternativ dazu sind auch die vorderen Laufräder eines – hier nicht dargestellten – Fahrzeugs mittels eines entsprechend ausgestatteten Getriebes antreibbar, welches mit zumindest einer Schaltanordnung der zuvor beschriebenen Art ausgestattet ist. Dabei spielt es grundsätzlich keine Rolle, ob die Getriebewellen längs oder quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind.

Claims

Schaltanordnung für ein schaltbares Getriebe (1102), das aufweist: – eine Eingangswelle (1003), – eine Hohlwelle (1029), – eine Nebenwelle (1062) mit einem auf der Nebenwelle (1062) vorgesehenen erstes Losrad (1031), – eine erste Schaltmuffe (1005) zur lösbaren formschlüssigen Verbindung des ersten Losrads (1031) mit der Nebenwelle (1062), wobei die Schaltmuffe (1005) aufgrund einer Betätigung zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung axial beweglich ist, – eine Reibkupplungsbaugruppe (1006) zur Verbindung mit der Eingangswelle (1103) mit der Hohlwelle (1029), mit einer Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007), wobei die Reibkupplungsbaugruppe (1006) eine lösbare reibschlüssige Verbindung der Eingangswelle (1003) mit der Hohlwelle (1029) herstellt, – eine Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) zur Betätigung der ersten Schaltmuffe (1005), wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) mechanisch miteinander in Verbindung stehen, wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) ferner so ausgebildet sind, dass die Reibkupplungsbaugruppe (1006) die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle (1103) und der Hohlwelle (1029) herstellt, nachdem die erste Schaltmuffe (1005) die zweite Stellung einnimmt, und dass die Reibkupplungsbaugruppe (1006) die reibschlüssige Verbindung zwischen der Eingangsswelle (1103) und der Hohlwelle (1029) löst, bevor die erste Schaltmuffe (1005) die zweite Stellung verlässt, um die erste Stellung einzunehmen.
Schaltanordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) eine Schaltwalze (1010) sowie einen in einer Steuernut (1009) der Schaltwalze (1010) geführten Pin (1011) aufweist, und dass die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) ein verschwenkbares Betätigungselement (1012) aufweist, wobei die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) und das Betätigungselement (1012) über eine Verzahnung (1212) miteinander im Eingriff stehen
Schaltanordnung nach Anspruch 2, wobei sich ein erster Abschnitt (1013) der Steuernut (1009) in Umfangsrichtung gesehen in einem ersten Axialabschnitt der Schaltwalze (1010) erstreckt und dass sich ein zweiter Abschnitt (1014) der Steuernut (1009) in Umfangsrichtung gesehen in einem zweiten Axialabschnitt der Schaltwalze (1010) erstreckt, so dass abhängig von einer Verschwenkrichtung des Betätigungselements (1012) eine Bewegung der Schaltmuffe (1005) in eine erste Axialrichtung oder in eine zweite Axialrichtung erfolgt.
Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die erste Schaltmuffe (1005) aufgrund einer Betätigung zwischen der ersten Stellung (1013) und einer dritten Stellung (1015) axial beweglich ist, wobei in der zweiten Stellung ein erstes Losrad (1031) formschlüssig mit der ersten Schaltmuffe (1005) verbunden ist und wobei in der dritten Stellung ein zweites Losrad (1032) formschlüssig mit der ersten Schaltmuffe (1005) verbunden ist, wobei abhängig von einer Verschwenkrichtung des Betätigungselements (1012) eine Bewegung der erste Schaltmuffe (1005) in die zweite Stellung (1014) oder in die dritte Stellung (1015) erfolgt.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reibkupplungsbaugruppe (1006) eine Lamellenkupplung (1016) mit den folgenden Merkmalen aufweist: einen mit der Eingangswelle (1103) in Verbindung stehenden ersten Lamellenträger (1017), einen mit der Hohlwelle (1029) in Verbindung stehenden zweiten Lamellenträger (1018), ein Paket (1019) von im ersten Lamellenträger (1017) aufgenommenen ersten Lamellen, ein Paket (1020) von im zweiten Lamellenträger (1018) aufgenommenen zweiten Lamellen und eine Druckplatte (1021) aufweist.
Schaltanordnung nach Anspruch 4, wobei die Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) als eine Kupplungsbetätigungseinrichtung ausgebildet ist, die neben dem verschwenkbaren Betätigungselement (1012), eine im Bereich von Druckplatte (1021) und Betätigungselement (1012) angeordnete Betätigungskontur (1022) sowie einen mit der Betätigungskontur (1022) zusammenwirkenden Betätigungskörper zur Betätigung der Druckplatte (1021) aufweist.
Schaltanordnung nach Anspruch 6, wobei die Schaltanordnung (101) mindestens zwei, beispielsweise drei Betätigungskörper (1023) aufweist.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Betätigungskontur (1022) so ausgebildet ist, dass die axiale Erstreckung von Betätigungskontur (1022) und Betätigungskörper (1023) zusammen durch eine Bewegung der Betätigungskörper (1023) in Umfangsrichtung veränderbar ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 8, wobei die Betätigungskontur (1022) in Umfangsrichtung gesehen symmetrisch zu einer Achse ausgebildet ist, die zu einer Neutralstellung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) korrespondiert.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Aktuator zur Betätigung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und zur Betätigung der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) vorgesehen ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine zweite Schaltmuffe (2005) vorgesehen ist, wobei die Schaltanordnung (101) eine Schaltgabelvorwahl-Betätigungsvorrichtung (1093) aufweist, die entweder die erste Schaltmuffe (1005) oder die zweite Schaltmuffe (1505) mit der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) verbindet.
Getriebe mit den folgenden Merkmalen: – eine Eingangswelle (1003), – eine Hohlwelle (1029) mit einem ersten Festrad (1041), – eine Nebenwelle (1162) mit einem ersten Losrad (1031), – eine Schaltanordnung (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlwelle (1029) ein erstes Festrad aufweist, das mit dem ersten Losrad in Eingriff steht und wobei die Reibkupplungsbaugruppe (1006) mit der Eingangswelle (1103) verbunden ist und wobei die Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) mit einer Schaltgabel verbunden ist, die die Schaltmuffe (1005) betätigt, – einen Aktuator zur Betätigung der Kupplungs-Axialbetätigungseinheit (1007) und der Schaltmuffen-Axialbetätigungseinheit (1008) der Schaltanordnung.
Antriebsstrang mit einem Getriebe gemäß Anspruch 12, wobei eine Antriebswelle eines Antriebsstrangs 1183 mit einer Abtriebswelle des Getriebes (1102) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (1180) mit einem Antriebsstrang (1183) gemäß Anspruch 13, wobei ein Rad (1185) des Kraftfahrzeugs (1180) mit einer Radantriebswelle des Antriebsstrangs (1183) verbunden ist.