EP4698802A1

EP4698802A1 - Verfahren zur herstellung eines getriebes und ein getriebe

Info

Publication number: EP4698802A1
Application number: EP24707183.0A
Authority: EP
Inventors: Martin KRAL
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2023-04-20
Filing date: 2024-02-23
Publication date: 2026-02-25
Also published as: CN121013948A; DE102023110052A1; WO2024217751A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes umfasst: Bereitstellen eines Drehaktuators (100) zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung (D1) auf eine Antriebswelle (105), auf der ein erstes Zahnrad (110) axial verschiebbar angeordnet ist; Bereitstellen einer Abtriebsanordnung (200) mit einem zweiten Zahnrad (210), welches eine Abtriebsdrehbewegung (D2) in die Abtriebsanordnung (200) einkoppelt; wahlweises Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem zweiten Zahnrades (210) über ein axiales Verschieden (A) des ersten Zahnrades (110) in eine erste axiale Position (P1) oder in eine zweite axiale Position (P2); und Arretieren des ersten Zahnrades (110) in der ersten axialen Position (P1) oder in der zweiten axialen Position (P2). Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die erste axiale Position (P1) folgende Schritte umfasst: Ausbilden einer Zahnradkombination (300) mit einem dritten Zahnrad (330) und einem vierten Zahnrad (340), die miteinander gekoppelt sind, Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem dritten Zahnrad (330), und Koppeln des vierten Zahnrades (340) mit dem zweiten Zahnrad (210). Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die zweite axiale Position (P2) folgenden Schritt umfasst: direktes Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem zweiten Zahnrad (210).

Description

BESCHREIBUNG

Verfahren zur Herstellung eines Getriebes und ein Getriebe

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes und auf ein Getriebe und insbesondere auf eine Modularität der Übertragungselemente in Getriebeaktuatoren.

Mit der zunehmenden Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen werden zunehmend elektrische Aktuatoren auch für Getriebesteller und andere Anwendungen in Nutzfahrzeugen eingesetzt. Hierbei besteht ein Bedarf, das entsprechende Getriebe flexibel an den Anforderungen für das jeweilige Nutzfahrzeug angepasst werden können. So kommen beispielsweise für Nutzfahrzeuge für den Schwerlasttransport andere Getriebe zum Einsatz als übliche Lastkraftwagen für gewöhnliche Lieferdienste.

Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Getriebeaktuatoren entsprechend den Anforderungen flexibel anpassen zu können. Bisher wurde für jede einzelne Anwendung ein separates Getriebe entwickelt und gefertigt. Dies stellt jedoch einen erheblichen Aufwand dar und weitere Optimierungen des Herstellungsprozesses sind wünschenswert, um flexibel auch verschiedene Anforderungen im flexibel reagieren zu können.

Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes nach Anspruch 1 und ein dadurch hergestelltes Getriebe nach Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes. Das Verfahren umfasst:

- Bereitstellen eines Drehaktuators zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung auf eine Antriebswelle, auf der ein erstes Zahnrad axial verschiebbar angeordnet ist; - Bereitstellen einer Abtriebsanordnung mit einem zweiten Zahnrad, welches eine Abtriebsdrehbewegung in die Abtriebsanordnung einkoppelt;

- wahlweises Koppeln des ersten Zahnrades mit dem zweiten Zahnrad über ein axiales Verschieden des ersten Zahnrades in eine erste axiale Position oder in eine zweite axiale Position; und

- Arretieren des ersten Zahnrades in der ersten axialen Position oder in der zweiten axialen Position.

Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die erste axiale Position umfasst die folgenden Schritte:

- Ausbilden einer Zahnradkombination mit einem dritten Zahnrad und einem vierten Zahnrad, die miteinander gekoppelt sind,

- Koppeln des ersten Zahnrades mit dem dritten Zahnrad, und

- Koppeln des vierten Zahnrades mit dem zweiten Zahnrad.

Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die zweite axiale Position umfasst den folgenden Schritt:

- direktes Koppeln des ersten Zahnrades mit dem zweiten Zahnrad.

Es versteht sich, dass durch das Ausbilden und Koppeln der Zahnradkombination sich der Drehsinn relativ zwischen dem Drehaktuator und der Abtriebsanordnung ändern kann. Ebenso kann sich die Drehzahl beziehungsweise die Größe des übertragenen Drehmoments ändern. Das Einkoppeln/Weglassen der Zahnradkombination bedeutet ferner, dass sich die Stufe des Getriebes um eins erhöht beziehungsweise verringert.

Optional umfasst das Verfahren außerdem ein Ausbilden des Aktuators und/oder der Welle in einem Getriebegehäuse (d.h. das hergestellte Getriebe umfasst ein Gehäuse), wobei das Getriebegehäuse ein Rückgängigmachen des Schrittes der Arretierung des ersten Zahnrades verhindert, sodass der Schritt des Arretierens des ersten Zahnrades nur bei der Herstellung des Getriebes ausführbar ist. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein entsprechender Steller nicht vorgesehen sind (z.B. kein mechanischer oder elektrischer Schalthebel) bzw. eine entsprechende Ansteuerung durch das Getriebegehäuse hindurch vorhanden sein müsste, um auf das erste Zahnrad einwirken zu können.

Optional wird beim wahlweisen Koppeln für die zweite axiale Position die Zahnradkombination weggelassen.

Optional ist nach einer Inbetriebnahme des Getriebes, ein Hinzufügen der Zahnradkombination und/oder ein Ändern der axialen Position des ersten Zahnrades von der ersten axialen Position in die zweite axiale Position oder umgekehrt nur durch eine Demontage des Getriebes möglich, nicht aber während des Betriebes. Durch das Hinzufügen der Zahnradkombination kann dem Getriebe zumindest eine zusätzliche Übersetzungsstufe hinzugefügt werden.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Getriebe mit:

- einem Drehaktuator zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung auf eine Antriebswelle, auf der ein erstes Zahnrad axial verschiebbar angeordnet ist;

- einer Abtriebsanordnung mit einem zweiten Zahnrad, welches eine Abtriebsdrehbewegung in die Abtriebsanordnung einkoppeln kann;

- einer Halterung für eine Zahnradkombination mit einem dritten Zahnrad und einem vierten Zahnrad, die miteinander gekoppelt sind; und

- einen Arretiermechanismus, um das erste Zahnrad in der ersten axialen Position oder in der zweiten axialen Position zu fixieren.

Optional kann bei einer Arretierung des ersten Zahnrades in der ersten axialen Position das Getriebe die Zahnradkombination aufweisen. Optional kann bei einer Arretierung des ersten Zahnrades in der zweiten axialen Position die Halterung für die Zahnradkombination freibleiben, d.h. die Zahnradkombination ist abwesend.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Nutzfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen, mit einem Getriebe wie zuvor beschrieben. Die eingangs erwähnten Probleme werden durch ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebes gelöst, bei welchem der entsprechende Drehaktuator (z.B. ein Elektromotor) eine Motorachse (oder Motorwelle) aufweist, auf der ein Zahnrad (erstes Zahnrad) axial verschiebbar angeordnet ist. Die axiale Verschiebung des Zahnrades kann dabei derart erfolgen, dass das Zahnrad wahlweise ein Zahnrad einer optionalen Übersetzungsstufe oder ein weiteres Zahnrad des Getriebes antreibt, um so wahlweise ein n-stufiges Getriebe oder ein n+1 -stufige Getriebe herstellen zu können (n=1 , 2, 3,... ), wobei die Stufe eines Getriebes angibt, wie viele Zahnräder miteinander koppeln.

Auf diese Weise wird es möglich, durch die Wahl der axialen Position des Zahnrades auf der Antriebswelle des Elektromotors die Übersetzung des Getriebes flexibel an konkreten Anforderungen anpassen zu können. Es versteht sich, dass die beschriebene wahlweise Änderung sich auf mehr als zwei axialen Positionen beziehen kann. Die zwei axialen Positionen sind hier nur beispielhaft genannt. Bei mehr als zwei axiale Positionen wäre unter Umstände die Motorwelle entsprechend länger auszubilden, um das Zahnrad auf der Motorwelle an verschiedenen Positionen arretieren zu können.

Gemäß Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Verschieben des Zahnrades auf der Motorwelle nicht um einen herkömmlichen Schaltvorgang, sondern um eine Wahlmöglichkeit, um verschiedene Getriebe mit einer gleichen Technologie herstellen zu können. Nach der Herstellung und der Unterbringung des Getriebes in einem entsprechenden Gehäuse, kann beispielsweise das Zahnrad seine axiale Position nicht mehr ändern und wird stattdessen in der gewählten axialen Position fixiert.

Dementsprechend können beim Herstellungsverfahren auch die Schaltanordnung (Zahnradkombination), die optional ein n-stufiges Getriebe zu einem n+1 -stufige Getriebe macht, weggelassen werden.

Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen. Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Ansicht auf ein Getriebe mit optionalen Details gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Herstellungsverfahren der Getriebe aus den Fign. 1 und 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein Getriebe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Getriebe umfasst einen Drehaktuator 100, der beispielsweise ein Elektromotor sein kann bzw. diesen umfasst. Der Drehaktuator 100 umfasst eine Motorwelle oder Antriebswelle 105 (oder Abtriebswelle vom Elektromotor), der eine Drehbewegung D1 oder ein Drehmoment bereitstellt. Auf der Motorwelle 105 ist ein erstes Zahnrad 110 angeordnet, dessen axiale Position bezüglich zumindest zwei Positionen P1 , P2 veränderbar ist. Das Getriebe umfasst außerdem eine Abtriebsanordnung 200, die ein zweites Zahnrad 210 aufweist, um eine Drehbewegung D2 in die Abtriebsanordnung 200 einzukoppeln. Das Getriebe umfasst optional eine Zahnradkombination 300, die derart angeordnet ist, dass in der ersten axialen Position P1 das erste Zahnrad 110 an die Zahnradkombination 300 koppelt, während in der zweiten axialen Position P2 des ersten Zahnrades 110, das erste Zahnrad 110 direkt an das zweite Zahnrad 210 der Abtriebsanordnung 200 koppelt. Somit stellt die Zahnradkombination 300 eine indirekte Kopplung zwischen dem ersten Zahnrad 110 auf der Abtriebswelle 105 des Drehaktuators 100 und dem zweiten Zahnrad 210 der Abtriebsanordnung 200 dar.

Falls für den vorgesehenen Anwendungsfall (z.B. für ein Getriebe für ein bestimmtes Nutzfahrzeug) eine direkte Kopplung des Drehaktuators 100 an die Abtriebsanordnung 200 vorgesehen ist, wird die Zahnradkombination 300 in diesem so gefertigten Getriebe weggelassen werden. Dementsprechend ist für das Getriebe ein Gehäuse vorzusehen (nicht gezeigt), welches eine Halterung für die Zahnradkombination 300 bereitstellt, sodass wahlweise die Zahnradkombination 300 vorgesehen oder weggelassen werden kann. Die Abtriebsanordnung 200 kann beispielsweise einen Getriebesteller umfassen, der basierend auf der eingekoppelten Drehbewegung D2 Schaltgabeln antreibt und diese beispielsweise axial verschiebt (beispielsweise über Schaltwalzen mit entsprechenden Kulissen), so dass der Drehaktuator 100 Schaltbewegungen in dem Getriebe bewirkt.

Fig. 2 zeigt weitere Details des gefertigten Getriebes gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. In der gezeigten Darstellung ist der Drehaktuator 100 durch einen Elektromotor ausgebildet, der die Motorwelle 105 mit dem ersten Zahnrad 110 aufweist. Entlang der Motorwelle 105 ist eine axiale Nut 106 vorgesehen, in die das erste Zahnrad 110 eingreift, um so drehfest mit der Motorwelle 105 verbunden zu sein. Gleichzeitig erlaubt die axiale Nut 106 ein axiales Verschieben des ersten Zahnrades 110 zwischen der ersten axialen Position P1 und der zweiten axialen Position P2, die axial weiter vom Motor 100 entfernt ist. Das erste Zahnrad 110 wird bei der Fertigung des jeweiligen Getriebes an einer der beiden Positionen P1 , P2 fixiert. Dies kann beispielsweise durch ein Arretieren geschehen, z.B. durch Ausbilden entsprechender Stifte oder Niete in der axialen Nut 106. Ebenso ist es möglich, dass auf die Abtriebswelle 105 entsprechende Scheiben oder Sprengringe aufgesetzt werden, die nach der Fertigung des Getriebes eine axiale Verschiebung des ersten Zahnrades 110 verhindern und so die zuverlässige Arbeitsweise des Getriebes sicherstellen können.

Bei der gezeigten Ausführungsform der Fig. 2 umfasst die Zahnradanordnung 300 ein drittes Zahnrad 330 und ein viertes Zahnrad 340, die auf einer gemeinsamen Welle 305 drehfest angeordnet sind. Das dritte Zahnrad 330 ist in diesem Beispiel größer als das vierte Zahnrad 340. Es versteht sich, dass die Zahnradanordnung 300 weitere, komplexere Zahnradanordnungen umfassen kann und die gezeigte Form nur eine mögliche Ausführungsform darstellen soll. Es ist beispielsweise ebenfalls möglich, dass dort ein eigenes Planetengetriebe oder andere Übersetzungen von Zahnrädern vorgesehen sind, um so flexibel das Drehmoment oder die Drehzahl zwischen dem Drehaktuator 100 und der Abtriebsanordnung 200 übersetzen zu können. Das vierte Zahnrad 340 greift in das zweite Zahnrad 210 ein.

Wenn das erste Zahnrad 110 zwischen der ersten Position P1 und der zweiten axialen Position P2 verschoben wird, erfolgt somit in der gezeigten Ausführungsform eine Drehzahl- und eine Drehrichtungsänderung zwischen dem Drehsinn der Motorwelle 105 des Elektromotors 100 und der Abtriebsanordnung 200. Damit ändert sich das Drehmoment hinsichtlich Vorzeichen und Größe. Da der beispielhafte Elektromotor 100 in beiden Richtungen betreibbar sein kann, kann diese Drehrichtungsänderung wahlweise durch eine Umpolung des Elektromotors verbunden werden, so dass die Abtriebsanordnung 200 grundsätzlich in einer Richtung betrieben wird.

Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst das auszubildende Gehäuse (nur teilweise sichtbar) eine Halterung 310 für die Zahnradanordnung 300, wobei wahlweise in der Halterung 310 die Zahnradanordnung 300 eingesetzt ist oder der Bauraum frei bleibt, wenn beispielsweise das erste Zahnrad 110 in der zweiten Position P2 arretiert wird.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung des Getriebes, wie es zuvor an den Fig. 1 und 2 gezeigt wurde. Das Verfahren umfasst:

- Bereitstellen S110 eines Drehaktuators 100 zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung D1 auf eine Antriebswelle 105;

- Bereitstellen S120 einer Abtriebsanordnung 200 mit einem zweiten Zahnrad 210;

- wahlweises Koppeln S130 des ersten Zahnrades 110 mit dem zweiten Zahnrades 210 über ein axiales Verschieben A des ersten Zahnrades 110.

Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die erste axiale Position P1 umfasst die folgenden Schritte:

- Ausbilden S140 einer Zahnradkombination 300 mit einem dritten Zahnrad 330 und einem vierten Zahnrad 340,

- Koppeln S142 des ersten Zahnrades 110 mit dem dritten Zahnrad 330,

- Koppeln S144 des vierten Zahnrades 340 mit dem zweiten Zahnrad 210.

Der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die zweite axiale Position (P2) umfasst den folgenden Schritt: direktes Koppeln S150 des ersten Zahnrades 110 mit dem zweiten Zahnrades 210.

Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

100 Drehaktuator (z.B. Elektromotor)

105 Antriebswelle, Motorwelle

106 Nut

110 erstes Zahnrad

200 Abtriebsanordnung

210 zweites Zahnrad

300 Zahnradkombination

305 Welle

310 Halterung, Bauraum für Zahnradkombination

330 drittes Zahnrad

340 viertes Zahnrad

P1 , P2 axiale Positionen

A axiale Verschiebung

D1 ,D2 Drehbewegungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 . Verfahren zur Herstellung eines Getriebes, gekennzeichnet durch

- Bereitstellen eines Drehaktuators (100) zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung (D1) auf eine Antriebswelle (105), auf der ein erstes Zahnrad (110) axial verschiebbar angeordnet ist;

- Bereitstellen einer Abtriebsanordnung (200) mit einem zweiten Zahnrad (210), welches eine Abtriebsdrehbewegung (D2) in die Abtriebsanordnung (200) einkoppelt;

- wahlweises Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem zweiten Zahnrad (210) über ein axiales Verschieben (A) des ersten Zahnrades (110) in eine erste axiale Position (P1 ) oder in eine zweite axiale Position (P2); und

- Arretieren des ersten Zahnrades (110) in der ersten axialen Position (P1) oder in der zweiten axialen Position (P2), wobei der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die erste axiale Position (P1 ) folgende Schritte umfasst:

- Ausbilden einer Zahnradkombination (300) mit einem dritten Zahnrad (330) und einem vierten Zahnrad (340), die miteinander gekoppelt sind,

- Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem dritten Zahnrad (330), und

- Koppeln des vierten Zahnrades (340) mit dem zweiten Zahnrad (210), wobei der Schritt des wahlweisen Koppelns durch Verschieben in die zweite axiale Position (P2) folgenden Schritt umfasst:

- direktes Koppeln des ersten Zahnrades (110) mit dem zweiten Zahnrad (210).

2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch

Ausbilden des Aktuators (100) und/oder der Welle (105) in einem Getriebegehäuse, wobei das Getriebegehäuse ein Rückgängigmachen des Schrittes der Arretierung des ersten Zahnrades (110) verhindert, sodass der Schritt des Arretierens des ersten Zahnrades (110) nur bei der Herstellung oder Demontage des Getriebes ausführbar ist. io

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim wahlweisen Koppeln für die zweite axiale Position (P2) die Zahnradkombination (300) weggelassen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Inbetriebnahme des Getriebes, nur durch eine Demontage des Getriebes ein Hinzufügen der Zahnradkombination (300) und/oder ein Ändern der axialen Position des ersten Zahnrades (110) von der axialen Position (P2) in die axiale Position (P1 ) oder umgekehrt möglich ist.

5. Getriebe, gekennzeichnet durch

- einen Drehaktuator (100) zum Aufbringen einer Antriebsdrehbewegung (D1 ) auf eine Antriebswelle (105), auf der ein erstes Zahnrad (110) axial verschiebbar angeordnet ist;

- eine Abtriebsanordnung (200) mit einem zweiten Zahnrad (210), welches eine Abtriebsdrehbewegung (D2) in die Abtriebsanordnung (200) einkoppelt;

- eine Halterung (310) für eine Zahnradkombination (300) mit einem dritten Zahnrad (330) und einem vierten Zahnrad (340), die miteinander gekoppelt sind; und

- einen Arretiermechanismus, um das erste Zahnrad (110) in der ersten axialen Position (P1 ) oder in der zweiten axialen Position (P2) zu fixieren.

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Arretierung des ersten Zahnrades (110) in der ersten axialen Position (P1 ): das Getriebe die Zahnradkombination (300) aufweist; und/oder bei einer Arretierung des ersten Zahnrades (110) in der zweiten axialen Position (P2): die Halterung für die Zahnradkombination (300) freibleibt.

7. Nutzfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen, gekennzeichnet durch ein Getriebe nach Anspruch 5 oder Anspruch 6.