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WO2021037592A1 - Schaltwalzenanordnung und getriebeanordnung mit einer solchen schaltwalzenanordnung - Google Patents

Schaltwalzenanordnung und getriebeanordnung mit einer solchen schaltwalzenanordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2021037592A1
WO2021037592A1 PCT/EP2020/072912 EP2020072912W WO2021037592A1 WO 2021037592 A1 WO2021037592 A1 WO 2021037592A1 EP 2020072912 W EP2020072912 W EP 2020072912W WO 2021037592 A1 WO2021037592 A1 WO 2021037592A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shift drum
shift
drive
rotation
motor shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/072912
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Haupt
Theodor Gassmann
Dirk GÜTH
Maximilian WERKHAUSEN
Original Assignee
Gkn Automotive Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gkn Automotive Limited filed Critical Gkn Automotive Limited
Priority to CN202080061041.5A priority Critical patent/CN114270079B/zh
Priority to DE112020004029.1T priority patent/DE112020004029A5/de
Priority to JP2022506270A priority patent/JP2022542416A/ja
Publication of WO2021037592A1 publication Critical patent/WO2021037592A1/de

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    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
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    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/38—Detents

Definitions

  • the invention relates to a shift drum arrangement for shifting a plurality of shift elements, in particular for a drive train of a motor vehicle, as well as a transmission arrangement with such a shift drum arrangement.
  • a switching device of a transmission with a cure ventrieb which has a rotatably guided on an axis with at least one Nu tenbahn provided switching element. At least one switching means engages in the grooved path, which is axially movable accordingly through the shape of the grooved path when the switching element is rotated.
  • the grooved track has an upshift path designed as an upshift groove and a downshift path provided for a downshift.
  • the downshift path is designed as a downshift groove which guides the switching means into an axial shift position equivalen to a neutral position during a downshift.
  • a motor vehicle transmission is known with a rotatable shift roller with two grooved tracks.
  • a first grooved track has a front track section, a rear track section and a side section which is designed as a dead end.
  • a track following element which is coupled to a parking lock, engages in the grooved track in such a way that an arrangement of the track following element in the side section causes the parking lock to be engaged.
  • a second tracking element is provided which engages in the second groove track and is coupled to a shift fork for shifting a forward gear of the motor vehicle.
  • a shift drum arrangement for a double clutch transmission drive train is known. The arrangement comprises a first shift drum, which is coupled to a first electric motor via a first planetary gear set arrangement, and a second shift drum, which is coupled to a second electric motor via a second planetary gear set arrangement.
  • a shift drum usually has a circumferential groove on the outer surface into which one or more shift forks can engage. By turning the shift drum, the shift forks are moved according to the groove contour, so that the gears are shifted in a predefined sequence, which is defined by the groove contour. If several switching elements are to be switched independently of one another, a separate switching drum with actuator is required for each.
  • the object is also to propose a gear arrangement with such a shift drum arrangement which is of simple construction.
  • a shift drum arrangement for a shift unit for a motor vehicle drive train comprising: a rotary drive with a motor shaft which can be driven to rotate in two directions of rotation; and two shift drums which are drive-connected to the motor shaft in such a way that, depending on the direction of rotation of the motor shaft, one of the shift drums is driven to rotate while the other shift drum is drive-free.
  • the arrangement enables the switching of two switching systems with independent switching action, with only one rotary actuator.
  • the shift systems can be parts of a torque-transmitting shift unit, for example a transmission, a clutch, in particular a shut-off clutch for an optionally drivable drive train, and / or a parking lock. It is possible that the two switching rollers are used to actuate the same or different switching units.
  • drive-connected is intended to include, in particular, any form of torque transmission between the motor shaft and the respective shift drum shaft.
  • a transmission stage for example a gear pair, can be provided between the motor shaft and the respective roller shaft.
  • the rotary drive is designed to drive the motor shaft to rotate in two directions of rotation.
  • the rotary drive is preferably designed in the form of an electromechanical servomotor or electric motor, with other rotary drives, such as a hydraulic or pneumatic drive, also being possible.
  • the two shift drums which can also be referred to as shift drums, are designed separately and can be driven to rotate independently of each other depending on the direction of rotation of the rotary drive.
  • the two shift drums are drive-connected to the rotary drive in such a way that when the motor shaft is driven in the first direction of rotation, the first shift drum is driven to rotate, while the second shift drum is drive-free, and, conversely, that when the motor shaft is driven in the opposite second Direction of rotation the second shift drum is driven to rotate, while the first shift drum is drive-free.
  • no drive conceptually includes that the associated drive shaft is rotated relative to the shift drum, that is, that the shift drum is decoupled from the drive shaft in the direction of rotation and, in particular, can come to a standstill.
  • Each shift drum can be connected to the motor shaft via an associated freewheel.
  • a freewheel is designed in such a way that an input part produces a torque-transmitting connection with an output part in a first direction of rotation, and freely rotatable with respect to the output part in the opposite direction of rotation is.
  • the freewheel can also be referred to as a freewheel clutch, one-way clutch or overrun clutch.
  • the first and second freewheels can in principle be arranged at any point in the drive train between the motor shaft and the associated shift drum.
  • the first and second freewheels are designed or arranged with one another in such a way that one freewheel is closed in each direction of rotation of the motor shaft, while the other is open, and vice versa.
  • the two switching systems can be operated selectively by selecting the appropriate direction of rotation.
  • a servomotor can thus operate two switching mechanisms independently of one another.
  • first shift drum can be connected to the drive shaft via a first freewheel, which locks when the motor shaft is driven in the first direction of rotation and releases when the motor shaft is driven in the second direction of rotation
  • second shift drum can be connected to the drive shaft via a second freewheel be that blocks when driving the motor shaft in the second direction of rotation and when Drifting ben the motor shaft releases in the first direction of rotation
  • the two shift drums are arranged on a common men drive shaft, which is drivingly connected to the motor shaft.
  • the two shift drums can be arranged on two separate drive shafts, both of which are drive-connected to the motor shaft.
  • the two shift drum shafts can be arranged parallel or at an angle to one another.
  • the freewheel instead of between the shift drum and shift drum shaft can also be arranged in the drive train between the servomotor and shift drum shaft.
  • Each shift drum has at least one circumferential adjusting contour, which can in particular be designed in the form of a guide groove.
  • the adjusting contour is designed over the circumference in such a way that it has at least a first contour section and a second contour section which are axially spaced from one another and are connected to one another via a slope section.
  • at least one shift element for example a shift fork
  • the first shift drum on the first outer circumferential surface can have a first adjusting contour for switching a first shift element
  • the second shift drum can have a second adjusting contour on the second outer circumferential surface for switching a second shift element.
  • one or more adjusting contours can be designed, for example, to shift at least two gears of a gearbox, to operate a parking lock, to operate a clutch and / or to lock a differential gear.
  • Latching means can be provided for at least one of the two shift drums in order to hold the respective shift drum in a defined rotational position.
  • the locking means can, for example, comprise a locking element which can engage in a locking recess fe-reducing.
  • the shift drum can have one or more detent recesses distributed over the circumference, into which a detent element connected to a stationary component can engage in a detenting manner.
  • a sensor can be provided for at least one of the first shift drum and the second shift drum, which sensor is designed to detect a rotational position of the associated shift drum.
  • the shift drum can have one or more transmitter elements distributed over the circumference, the positions of which can be detected by the sensor.
  • FIG. 1 shows a shift drum arrangement according to the invention for actuating a shift unit for the drive train of a motor vehicle in a first embodiment, partially in longitudinal section;
  • FIG. 2 shows a shift drum of the arrangement from FIG. 1 in an axial view
  • FIG. 3 shows the circumferential development of the second shift drum of the arrangement from FIG. 1 with a schematically drawn adjusting contour
  • FIG. 4 shows the circumferential development of the first shift drum of the arrangement from FIG. 1 with a schematically drawn control contour
  • FIG. 5 shows the circumferential development of a shift drum for the arrangement from FIG. 1 with a schematically drawn control contour in a modified embodiment
  • FIG. 6 shows a shift drum arrangement according to the invention for actuating a shift unit for the drive train of a motor vehicle in a second embodiment, partly in longitudinal section; and
  • FIG. 7 shows a drive arrangement with a switching drum arrangement according to the invention, schematically in a sectional illustration.
  • FIGS 1 to 4 show a shift drum arrangement 2 for actuating one or more shift units for the drive train of a motor vehicle (not shown).
  • the shift drum arrangement 2 has a rotary drive 3 and two shift drums 5, 6 which can be driven in rotation by a drive shaft 4 of the rotary drive 3.
  • the rotary drive 3 is designed to drive the drive shaft 4 to rotate in a first direction of rotation R1 and an opposite second direction of rotation R2.
  • the shift drums 5, 6 are drive-connected to the drive shaft 4 in such a way that, depending on the direction of rotation R1, R2 of the drive shaft 4, they are driven to rotate, or are drive-free, or stand still.
  • the shift drum assembly 2 can be used for switching various switching units, for example to switch at least two gears of a gearbox, to operate a parking lock, to operate a clutch and / or to lock a differential gear.
  • the shift drum arrangement 2 can also be referred to as an actuator arrangement.
  • the rotary drive 3 can, for example, be designed in the form of an electric motor without being restricted to this.
  • the drive shaft 4 of the rotary drive 3 can also be referred to as a motor shaft.
  • the two shift drums 5, 6 are arranged on a common drive shaft 7 which is drive-connected to the motor shaft 4 and can also be referred to as a shift drum shaft.
  • the drive train 8 between the motor shaft 4 and shift drum shaft 7 includes an optional gear stage 9, which is designed, a rotary movement of the rotary drive 3 from high speed to translate slowly. It goes without saying that the translation of the rotary motion from the rotary drive 3 to the shift drums 5, 6 can be selected or designed according to the technical requirements.
  • the gear stage 9 comprises a pinion 10 that is non-rotatably connected to the motor shaft 4 and a gear 11 that is non-rotatably connected to the switching roller shaft 7 and engages with one another in Vernierungsein.
  • the two shift drums 5, 6 are designed separately and, depending on the direction of rotation R1, R2 of the rotary drive 3, can be driven to rotate independently of one another.
  • the motor shaft 4 is driven in the first direction of rotation R1
  • the first shift drum 5 is driven to rotate, while the second shift drum 6 is drive-free, respectively free of rotation.
  • the second shift drum 6 is driven to rotate, while the first shift drum 5 is free to drive, or is free to rotate.
  • Drive-free means in particular that the shift roller shaft 7 can rotate relative to the respective shift drum, the shift drum being able to stand still.
  • the two shift drums 5, 6 are each connected to the shift drum shaft 7 via an associated freewheel 15, 16.
  • the freewheels 15, 16 are each designed to act in the opposite direction of rotation between the shift drum shaft 7 and the respective shift drum 5, 6.
  • torque is transmitted to the first shift drum 5 via the first freewheel 15, while the second freewheel 16 is torque-free, so that the second shift drum 6 comes to a standstill.
  • the first freewheel 15 interrupts a torque transmission so that the first shift drum 5 comes to a standstill, while torque is transmitted to the second shift drum 6 via the second freewheel 16 in order to rotate it.
  • the freewheels 15, 16 can be designed in any way in order to achieve the technical functionality - coupling in one direction of rotation and decoupling in the opposite direction of rotation.
  • a freewheel 15, 16 can each have a freewheel input part, a freewheel output part and one or more over the circumference between the input gang part and the output part arranged clamping body 14 comprise.
  • the clamping body 14 can be designed for example in the form of rollers, non-round bodies or pawls.
  • the first freewheel output part is formed by a section 13 of the first shift drum 5, and the first freewheel input part by a section 12 of the shift drum shaft 7 is formed.
  • a plurality of clamping bodies 14 are arranged radially between the shaft and the roller, distributed over the circumference.
  • the structure or the arrangement of the second freewheel 16 is correspondingly between a second freewheel input part, which is formed by a second section 17 of the shift drum shaft, and a section 18 of the second shift drum 6 as an output part, between which the clamping bodies 19 are arranged.
  • the shift drum shaft 7 can be mounted rotatably about an axis of rotation A7 in a stationary component (not shown) via bearing means 21, 22.
  • An axial bearing 23 for rotational decoupling is provided between the two shift drums 5, 6 so that the two shift drums can rotate relative to one another without friction.
  • each shift drum 5, 6 has a circumferential adjusting contour 25, 26, which in the present case is designed in the form of a grooved track, without being restricted to this.
  • Per shift drum 5, 6 can be provided according to the number of adjusting contours 25, 26 at least one actuator, for example in the form of a Wegga bel, which interacts with the circumferential adjusting contour.
  • the actuators can each be actuated axially via a tracking element that interacts with the Stellkon structure.
  • the tracking element engages in the adjusting contour 25, 26 of the associated shift drum 5, 6 and is moved axially accordingly by rotating the shift drum, so that the associated shift fork connected to the tracking element is also axially displaced according to the adjusting contour 25, 26.
  • the control contours can be designed in accordance with the technical requirements for the structural unit to be switched.
  • the exemplary setting contour 25 of the first shift drum 15, which is shown in FIG. 4, is designed to implement three shift positions Pa, Pb, Pc.
  • the adjusting contour 25 has, over half a turn of the shift drum 5, that is, over an angle of rotation of 180 °, a slope-free first section 25a, an adjoining the transition section 25t with an axial pitch, a pitch-free middle section 25b, a second transition section 25s with an axial pitch and a pitch-free second section 25c.
  • the second half of the circumferential extension that is from 180 ° to 360 °, is designed symmetrically for this purpose, the individual sections 25s', 25b ', 25t' being provided with primed indices.
  • the first shift position Pa of the shift fork or of the transmission is applied, which can form a first gear of the transmission, for example.
  • the tracking element moves into the middle shift position Pb, which can, for example, form a neutral position of the transmission.
  • the shift drum 5 is turned halfway (180 °)
  • the tracking element is in the second shift position Pc, which can, for example, form a second gear of the transmission.
  • the transmission can be shifted back to the middle or neutral shift position Pb (at 270 °) and from there to the starting position (at 360 °) or the first shift position Pa , corresponding to the first gear of the transmission.
  • latching means 27, 28 can optionally be provided for at least one of the two shift drums 5, 6.
  • the latching means 27, 28 in the present case comprise a latching element 29 which can engage in a latching manner in recesses 30 of the shift drums 5, 6.
  • the number of locking recesses 30 preferably corresponds to the defined switching positions to be taken.
  • the latching element 29 is designed in the present case in the form of a ball, which is urged radially inward by a spring 32 in the direction of the axis of rotation A7 of the shift drum 5.
  • the spring 32 can be received or supported in a stationary housing 33.
  • the exemplary setting contour 26 of the second shift drum 6, which is shown in FIG. 3, is designed to implement two shift positions Pa, Pb.
  • the adjusting contour 26 over a full revolution of the shift drum 6, that is over 360 ° around the Axis of rotation, a pitch-free first section 26a and a pitch-free second section 26b spaced axially therefrom, which are connected with an axial pitch via transition sections 26t, 26t '.
  • the tracking element moves into the second shift position Pb, so that the shift fork is shifted into the second shift position Pb. If the shift drum 6 is turned further, the first shift position Pa is reached again, and so on.
  • optional latching means 28 are also provided on the second switching drum 6.
  • only two locking recesses 31 a, 31 b are provided for the second shift drum 6, which are arranged over the circumference according to the contour sections 26 a, 26 b or the shift positions Pa, Pb.
  • the locking means 28 for the second shift drum 6 are designed in accordance with the locking means 27 of the first shift drum 5, so that reference is made to the above description for an abbreviation.
  • At least one of the two shift drums 5, 6 can be provided with a sensor in order to detect the rotational position Pa, Pb, Pc of the associated shift drum.
  • the shift drum 5, 6 can have one or more transmitter elements distributed over the circumference, the positions of which can be detected by the sensor.
  • the transmitter elements can in particular be arranged in the rotary positions representing the switching positions, so that the engagement of the switching positions can be reliably detected.
  • Figure 5 shows a further shift drum 5 in a developed view for an inventive shift drum arrangement with a modified configuration of the control contour.
  • the shift drum 5 largely corresponds to the embodiment from FIGS. 1 and 4, so that reference is made to the above description with regard to the common features.
  • the same or modified details are provided with the same reference numerals as in the above figures. In the following, the special features of the present embodiment will be discussed.
  • the shift drum 5 according to FIG. 5 has two adjusting contours 24, 25 which are designed to realize four shift positions Pa, Pb, Pc, Pd.
  • the second half of the circumferential extension that is from 180 ° to 360 °, is designed symmetrically for this purpose.
  • the other adjusting contour 25 has, over half a turn of the shift drum 5 (i.e. 180 ° angle of rotation), a pitch-free axially central section 25a (neutral position), an adjoining first transition section 25t with an axial pitch, a pitch-free first section 25b (for the third shift position Pc or the third gear), a second transition section 25s with an axial slope and a slope-free second section 25c (for the fourth shift position Pc or the fourth gear).
  • the second half of the circumferential extension of the adjusting contour 25, that is to say from 180 ° to 360 °, is designed symmetrically for this purpose.
  • An associated track following element engages in each of the two adjusting contours 24, 25.
  • the adjusting contours 24, 25 are coordinated so that when the tracking element of the adjusting contour 24 passes through the switching sections 24a and 24b or is arranged therein, the tracking element of the adjusting contour 25 is in the section 25a, i.e. in the neutral position, over this angle of rotation range. Conversely, it is provided that when the tracking element of the Stellkon structure 25 passes through the switching sections 25b and 25c or is arranged therein, the tracking element of the adjusting contour 24 is in the section 24c, i.e. in the neutral position, over this angle of rotation range.
  • optional latching means 28 can also be provided in the shift drum 5 according to FIG.
  • six locking recesses 30a, 30b, 30c, 30d, 30c ', 30b' are provided for the shift drum 5, which correspond to the contour sections 24a, 24b, 25b, 25c or the switching positions Pa, Pb, Pc, Pd are arranged accordingly over the circumference.
  • FIG. 6 shows a shift drum arrangement 2 according to the invention in a second embodiment, which largely corresponds to the embodiment according to FIGS. 1 to 4, so that reference is made to the above description with regard to the similarities. Identical or corresponding details are provided with the same reference numerals.
  • a difference of the present embodiment according to FIG. 6 is that the two shift drums 5, 6 are arranged on two separate drive shafts 7, 7 '.
  • the first gear stage 9 for the first shift drum 5 comprises the pinion 10 connected to the motor shaft 4 and the gear 11 connected to the shift drum shaft 7, which are in meshing engagement with one another.
  • the second gear stage 9 'for the second shift drum 6 comprises the pinion 10 and a second gear 11 ‘which is connected to the second shift drum shaft 7 die and which are in meshing engagement with one another.
  • first gear 11 and the second gear 11 have different diameters in front of them, so that different transmission ratios for the two shift drums 5, 6 result. It goes without saying that the transmission ratios can, however, also be the same.
  • FIG. 7 shows a gear arrangement 35 according to the invention with a gearshift drum arrangement 2 according to the invention according to FIG. 1.
  • the gear arrangement 35 which in the present case comprises a gearbox 36 and a differential gear 37, can be driven by an electric motor 38.
  • Electric motor 38 and gear assembly 35 together form an electric drive for driving a drive axle of a motor vehicle.
  • the electric drive can be used as the sole drive source or with an additional drive source.
  • the motor shaft of the electric motor 38 is connected to the gear shaft 39.
  • the gearbox 36 comprises two gear stages, so that an introduced torque can be transmitted from the gear shaft 39 to the intermediate shaft 40 with two different gear ratios i1, i2.
  • the intermediate shaft 40 is drivingly connected to the differential carrier 41 of the differential gear 37.
  • a clutch unit 42 is provided which can be actuated by the shift drum assembly 2 in order to shift the gearbox 36 optionally into neutral, first gear or second gear.
  • the shift drum arrangement 2, which is only shown schematically here, can be designed, for example, according to FIG. 1 with a shift drum 5, 6 according to FIGS. 3 and 4.
  • the gearbox 36 is designed as a reduction gear so that a rotary movement initiated by the electric motor 38 is translated from fast to slow.
  • the first transmission stage comprises a first drive gear 44 rotatably mounted on the drive shaft 39 and a first intermediate gear 45 which is connected non-rotatably to the intermediate shaft 40 and which are in meshing engagement with one another.
  • First drive wheel 44 and first intermediate wheel 45 form a first set of wheels with a first transmission ratio M.
  • the second transmission stage comprises a second drive gear 46 rotatably mounted on the drive shaft 39 and a second intermediate gear 47 which is non-rotatably connected to the intermediate shaft 40 and which are in meshing engagement with one another.
  • Second drive gear 46 and second intermediate gear 47 form a second set of gears with a second gear ratio i2.
  • a third transmission stage comprises the driven gear 47 connected to the intermediate shaft 40 and the ring gear 48 meshing with it and firmly connected to the differential carrier 41.
  • the differential carrier 41 is rotatably Gela Gert in the housing 43 about the axis of rotation A41.
  • the differential gear 37 further comprises several differential gears 49, which are rotatably mounted in the differential carrier 41 on an axis perpendicular to the axis of rotation A41, as well as two sideshaft gears 50, 51, which are each rotatably arranged coaxially to the axis of rotation A41 and are in meshing engagement with the differential gears 49.
  • Torque introduced from the ring gear 48 into the differential carrier 41 is transmitted via the differential gears 49 to the two sideshaft gears 50, 51, between which there is a balancing effect.
  • the side shaft gears 50, 51 are connected to the torque transmission with angular movement by means of constant velocity joints 52, 53 with the associated side shafts (not shown), which transmit the torque to the vehicle wheels.
  • the coupling unit 42 is arranged axially between the first drive wheel 44 and the second drive wheel 46.
  • the clutch unit is configured to selectively transmit torque from the drive shaft to the first drive wheel 44 or the second drive wheel 46.
  • a coupling element 54 is provided, which can optionally connect a coupling input part that is connected to the drive shaft 39 in a rotationally fixed manner to the first drive wheel 44 or second drive wheel 46.
  • the Kop pelelement 54 is designed in the form of a sliding sleeve, which is rotatably and axially slidably held on the clutch input part.
  • the sliding sleeve 54 is actuated via the first shift drum 5 of the shift drum assembly 2 according to the invention.
  • the first shift drum 5 is rotated while the second shift drum 6 is stationary.
  • the track following element 55 cooperating with the adjusting contour 25 follows and moves the switching element 54 connected thereto, in particular in the form of a shift fork, in the axial direction.
  • the shift fork 56 engages in an annular groove in the sliding sleeve 54.
  • the shift drum assembly 2 can be controlled by an electronic controller and controlled by this as required, depending on current or desired driving conditions of the motor vehicle.
  • the present transmission arrangement 35 comprises a two-speed shift which is formed by a first power path and a functionally parallel second power path.
  • the clutch unit 42 can transmit torque either via the first power path (wheels 44, 45, 47, 48) or alternatively via the second power path (wheels 46, 47, 48) from the electric motor 38 to the differential gear 37 be transmitted.
  • the shift fork 56 When the tracking element 55 engages in a middle section of the adjusting contour 25, the shift fork 56 is correspondingly in an axially middle shift position (N), which corresponds to a neutral position of the gearbox 36. In this position, the electric motor 38 and the differential gear 37 are decoupled from one another, so that no torque is transmitted between the side shafts and the electric motor 38.
  • the shift drum 5 When the shift drum 5 is rotated with respect to the shift position Pa, the tracking element 55 migrates in a first axial direction (in the present case to the right), so that the shift fork 56, starting from the central position, assumes the first shift position (G1), which is the first gear of the gearbox 36 corresponds.
  • the tracking element 55 or the shift fork 56 Upon further rotation of the shift drum 5, the tracking element 55 or the shift fork 56 first passes through the axially middle shift position (N), and from there in the second direction (in this case to the left) into the shift position (G2), which is the second gear of the gearbox 36 corresponds.
  • the tracking element 55 or the shift fork 56 returns to the axially middle shift position (N), or the neutral position.
  • the second shift drum 6, which is only shown schematically in the present case, is rotated in the opposite direction of rotation by actuating the rotary drive 3.
  • the second switching roller 6 is used to switch a further switching unit, for example a parking lock (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltwalzenanordnung für eine Schalteinheit im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Drehantrieb (3) mit einer Motorwelle (4), die in zwei Drehrichtungen (R1, R2) drehend antreibbar ist, und zwei Schaltwalzen (5, 6), die mit der Motorwelle (4) derart antriebsverbunden sind, dass je nach Drehrichtung der Motorwelle (4) eine der Schaltwalzen (5, 6) drehend angetrieben wird, während die andere Schaltwalze (6, 5) drehfrei ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Getriebeanordnung (35) mit einer solchen Schaltwalzenanordnung (2).

Description

Schaltwalzenanordnung und
Getriebeanordnung mit einer solchen Schaltwalzenanordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schaltwalzanordnung zum Schalten von mehreren Schalt elementen, insbesondere für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, sowie eine Getriebeanordnung mit einer solchen Schaltwalzenanordnung.
Aus der DE 102 03 633 A1 ist eine Schaltvorrichtung eines Getriebes mit einem Kur ventrieb bekannt, der ein auf einer Achse drehbar geführtes mit wenigstens einer Nu tenbahn versehenes Schaltelement aufweist. In der Nutenbahn greift wenigstens ein Schaltmittel ein, das bei einer Drehung des Schaltelementes durch die Form der Nu tenbahn entsprechend axial bewegbar ist. Die Nutenbahn weist einen als Hochschalt nut ausgebildeten Hochschaltweg und einen für eine Rückschaltung vorgesehenen Rückschaltweg auf. Der Rückschaltweg ist als eine Rückschaltnut ausgebildet, welche das Schaltmittel während einer Rückschaltung in eine einer Neutralposition äquivalen ten axialen Schaltstellung führt.
Aus der WO 2019/063227 A1 ist ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer drehbaren Schalt walze mit zwei Nutenbahnen bekannt. Eine erste Nutenbahn weist einen vorderen Bahnabschnitt, einen hinteren Bahnabschnitt und einen Seitenabschnitt auf, der als Sackgasse ausgebildet ist. In die Nutenbahn greift ein Spurfolgeelement ein, das mit einer Parksperre derart gekoppelt ist, dass eine Anordnung des Spurfolgeelements in dem Seitenabschnitt einen eingelegten Zustand der Parksperre bewirkt. Es ist ein zweites Spurfolgeelement vorgesehen, das in die zweite Nutenbahn eingreift und mit einer Schaltgabel zum Schalten eines Vorwärtsgangs des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Aus der WO 2018/141551 A1 ist eine Schaltwalzenanordnung für einen Doppelkupp lungsgetriebe-Antriebsstrang bekannt. Die Anordnung umfasst eine erste Schaltwalze, die über eine erste Planetensatzanordnung mit einem ersten Elektromotor gekoppelt ist, und eine zweite Schaltwalze, die über eine zweite Planetensatzanordnung mit ei nem zweiten Elektromotor gekoppelt ist.
Aus der WO 2015/058753 A2 ist eine Getriebebetätigungseinrichtung mit einer Schalt walze bekannt.
Aus der DE 100 11 271 A1 ist ein Stufengetriebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung mit einem Kurvenglied bekannt.
Anordnungen mit Schaltwalzen und Schaltgabeln kommen beispielsweise in Mehr ganggetrieben zum Einsatz, wobei die Betätigung manuell oder elektromechanisch er folgen kann. Eine Schaltwalze hat üblicherweise eine Umfangsnut auf der Außenflä che, in die eine oder mehrere Schaltgabeln eingreifen können. Durch Drehen der Schaltwalze werden die Schaltgabeln entsprechend der Nutkontur bewegt, so dass die Gänge in einer vordefinierten Reihenfolge geschaltet werden, welche durch die Nut kontur definiert ist. Wenn mehrere Schaltelemente unabhängig voneinander geschal tet werden sollen, ist für jedes eine eigene Schaltwalze mit Stellglied erforderlich.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltwalzenanordnung vorzu schlagen, die das Schalten von mehreren Schaltelementen ermöglicht und einen ein fachen konstruktiven Aufbau hat. Die Aufgabe liegt weiter darin, eine Getriebeanord nung mit einer solchen Schaltwalzenanordnung vorzuschlagen, die einfach aufgebaut ist.
Zum Lösen der Aufgabe wird eine Schaltwalzenanordnung für eine Schalteinheit für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorgeschlagen, umfassend: einen Drehantrieb mit einer Motorwelle, die in zwei Drehrichtungen drehend antreibbar ist; und zwei Schalt walzen, die mit der Motorwelle derart antriebsverbunden sind, dass je nach Drehrich tung der Motorwelle eine der Schaltwalzen drehend angetrieben wird, während die andere Schaltwalze antriebsfrei ist. Die Anordnung ermöglicht das Schalten von zwei Schaltsystemen mit unabhängiger Schalthandlung, mit nur einem Drehantrieb. Die Schaltsysteme können Teile einer drehmomentübertragenden Schalteinheit sein, beispielsweise eines Getriebes, einer Kupplung, insbesondere einer Abschaltkupplung für einen optional antreibbaren An triebsstrang, und/oder einer Parksperre. Dabei ist es möglich, dass die beiden Schalt walzen zum Betätigen derselben oder unterschiedlicher Schalteinheiten dienen.
Mit antriebsverbunden soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere jede Form der Drehmomentübertragung zwischen der Motorwelle und der jeweiligen Schaltwalzenwelle mit umfasst sein. Insbesondere kann zwischen der Motorwelle und der jeweiligen Walzenwelle eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein, beispielsweise eine Zahnradpaarung.
Der Drehantrieb ist ausgestaltet, um die Motorwelle in zwei Drehrichtungen drehend anzutreiben. Vorzugsweise ist der Drehantrieb in Form eines elektromechanischen Stellmotors beziehungsweise Elektromotors gestaltet, wobei auch andere Drehan triebe, wie ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb möglich sind.
Die beiden Schaltwalzen, die auch als Schalttrommeln bezeichnet werden können, sind separat gestaltet und je nach Drehrichtung des Drehantriebs unabhängig vonei nander drehend antreibbar. Die beiden Schaltwalzen sind insbesondere so mit dem Drehantrieb antriebsverbunden, dass beim Antreiben der Motorwelle in die erste Dreh richtung die erste Schaltwalze drehend angetrieben wird, während die zweite Schalt walze antriebsfrei ist, und, umgekehrt, dass beim Antreiben der Motorwelle in die ent gegengesetzte zweite Drehrichtung die zweite Schaltwalze drehend angetrieben wird, während die erste Schaltwalze antriebsfrei ist. Mit antriebsfrei ist im Rahmen der vor liegenden Offenbarung begrifflich mit umfasst, dass die zugehörige Antriebswelle re lativ zur Schaltwalze verdreht wird, das heißt, dass die Schaltwalze von der Antriebs welle im Drehsinn entkoppelt ist und insbesondere Stillstehen kann.
Jede Schaltwalze kann mit der Motorwelle über einen zugehörigen Freilauf verbunden sein. Ein solcher Freilauf ist so ausgestaltet, dass ein Eingangsteil in einer ersten Dreh richtung eine drehmomentübertragende Verbindung mit einem Ausgangsteil herstellt, und in der entgegengesetzten Drehrichtung frei drehbar gegenüber dem Ausgangsteil ist. Insofern kann der Freilauf auch als Freilaufkupplung, Einwegkupplung oder Über laufkupplung bezeichnet werden. Der erste und zweite Freilauf können prinzipiell an beliebiger Stelle im Antriebsstrang zwischen der Motorwelle und der zugehörigen Schaltwalze angeordnet sein. Dabei sind der erste und zweite Freilauf untereinander so gestaltet beziehungsweise angeordnet, dass in jeder Drehrichtung der Motorwelle ein Freilauf geschlossen ist, während der andere geöffnet ist, und umgekehrt. So kön nen die beiden Schaltsysteme durch entsprechende Wahl der Drehrichtung selektiv betätigt werden. Somit kann ein Stellmotor zwei Schaltmechanismen unabhängig von einander betätigen.
Insbesondere kann die erste Schaltwalze mit der Antriebswelle über einen ersten Frei lauf verbunden sein, der beim Antreiben der Motorwelle in die erste Drehrichtung sperrt und beim Antreiben der Motorwelle in die zweite Drehrichtung freigibt, und die zweite Schaltwalze kann mit der Antriebswelle über einen zweiten Freilauf verbunden sein, der beim Antreiben der Motorwelle in die zweite Drehrichtung sperrt und beim Antrei ben der Motorwelle in die erste Drehrichtung freigibt.
Nach einer ersten Ausführungsform sind die beiden Schaltwalzen auf einer gemeinsa men Antriebswelle angeordnet, welche mit der Motorwelle antriebsverbunden ist. Ge mäß einer zweiten Ausführungsform können die beiden Schaltwalzen auf zwei sepa raten Antriebswellen angeordnet sein, die beide mit der Motorwelle antriebsverbunden sind. Dabei können die beiden Schaltwalzenwellen parallel oder winklig zueinander angeordnet sein. Bei Verwendung von zwei Wellen kann der Freilauf anstatt zwischen Schaltwalze und Schaltwalzenwelle auch im Antriebsstrang zwischen Stellmotor und Schaltwalzenwelle angeordnet sein.
Jede Schaltwalze hat mindestens eine umlaufende Stellkontur, die insbesondere in Form einer Führungsnut gestaltet sein kann. Die Stellkontur ist über den Umfang so gestaltet, dass diese mindestens einen ersten Konturabschnitt und einen zweiten Kon turabschnitt, die axial voneinander beabstandet und über einen Steigungsabschnitt miteinander verbunden sind. Je Schaltwalze kann mindestens ein Schaltglied, bei spielsweise eine Schaltgabel, vorgesehen sein, das mit der umlaufenden Stellkontur zusammenwirkt. Durch die mindestens zwei Konturabschnitte lassen sich entspre chend mindestens zwei Schaltpositionen des Schaltglieds realisieren. In Konkretisierung kann die erste Schaltwalze auf der ersten Außenumfangsfläche eine erste Stellkontur zum Schalten eines ersten Schaltglieds aufweisen, und die zweite Schaltwalze kann auf der zweiten Außenumfangsfläche eine zweite Stellkontur zum Schalten eines zweiten Schaltglieds aufweisen.
Es versteht sich, dass beliebige Verwendungen für die Schaltwalzen und entspre chende Gestaltungen der Stellkonturen denkbar sind. Beispielsweise können ein oder mehrere Stellkonturen beispielsweise zum Schalten von mindestens zwei Gängen ei nes Schaltgetriebes, zum Betätigen einer Parksperre, zum Betätigen einer Schaltkupp lung und/oder zum Sperren eines Differentialgetriebes gestaltet sein.
Es können Rastmittel für zumindest eine der beiden Schaltwalzen vorgesehen sein, um die jeweilige Schaltwalze in einer definierten Drehstellung zu halten. Die Rastmittel können beispielsweise ein Rastelement umfassen, das in eine Rastausnehmung fe dernd eingreifen kann. Beispielsweise kann die Schaltwalze eine oder mehrere über dem Umfang verteilte Rastausnehmungen aufweisen, in die ein mit einem ortsfesten Bauteil verbundenes Rastelement rastend eingreifen kann.
Nach einer Ausführung kann für zumindest eine von der ersten Schaltwalze und der zweiten Schaltwalze ein Sensor vorgesehen sein, der ausgestaltet ist, eine Drehposi tion der zugehörigen Schaltwalze zu erkennen. Hierfür kann die Schaltwalze ein oder mehrere über den Umfang verteilte Geberelemente aufweisen, deren Positionen vom Sensor erfasst werden können.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Schaltwalzenanordnung zum Betätigen einer Schalteinheit für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform, teilweise im Längsschnitt;
Figur 2 eine Schaltwalze der Anordnung aus Figur 1 in Axialansicht;
Figur 3 die Umfangsabwicklung der zweiten Schaltwalze der Anordnung aus Fi gur 1 mit schematisch eingezeichneter Stellkontur; Figur 4 die Umfangsabwicklung der ersten Schaltwalze der Anordnung aus Figur 1 mit schematisch eingezeichneter Stellkontur;
Figur 5 die Umfangsabwicklung einer Schaltwalze für die Anordnung aus Figur 1 mit schematisch eingezeichneter Stellkontur in einer abgewandelten Ausführung;
Figur 6 eine erfindungsgemäße Schaltwalzenanordnung zum Betätigen einer Schalteinheit für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einer zwei ten Ausführungsform, teilweise im Längsschnitt; und Figur 7 eine Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Schaltwalzenan ordnung schematisch in Schnittdarstellung.
Die Figuren 1 bis 4, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Schaltwalzenanordnung 2 zum Betätigen einer oder mehrerer Schalteinheiten für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt). Die Schaltwalzenanordnung 2 weist einen Drehantrieb 3 sowie zwei von einer Antriebswelle 4 des Drehantriebs 3 drehend antreibbare Schaltwalzen 5, 6 auf. Der Drehantrieb 3 ist ausgestaltet, um die Antriebswelle 4 in eine erste Drehrichtung R1 und eine entgegengesetzte zweite Dreh richtung R2 drehend anzutreiben. Die Schaltwalzen 5, 6 sind mit der Antriebswelle 4 derart antriebsverbunden, dass sie je nach Drehrichtung R1 , R2 der Antriebswelle 4 drehend angetrieben werden, oder antriebsfrei sind, beziehungsweise Stillstehen.
Die Schaltwalzenanordnung 2 kann zum Schalten von diversen Schalteinheiten ver wendet werden, beispielsweise zum Schalten von mindestens zwei Gängen eines Schaltgetriebes, zum Betätigen einer Parksperre, zum Betätigen einer Schaltkupplung und/oder zum Sperren eines Differentialgetriebes. Die Schaltwalzenanordnung 2 kann auch als Aktuatoranordnung bezeichnet werden. Der Drehantrieb 3 kann beispiels weise in Form eines Elektromotors gestaltet sein, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Die Antriebswelle 4 des Drehantriebs 3 kann auch als Motorwelle bezeichnet werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Schaltwalzen 5, 6 auf einer gemeinsamen Antriebswelle 7 angeordnet, die mit der Motorwelle 4 antriebsverbun den ist und auch als Schaltwalzenwelle bezeichnet werden kann. Der Antriebsstrang 8 zwischen Motorwelle 4 und Schaltwalzenwelle 7 beinhaltet eine optionale Getriebe stufe 9, die ausgestaltet ist, eine Drehbewegung des Drehantriebs 3 vom Schnellen ins Langsame zu übersetzen. Es versteht sich, dass die Übersetzung der Drehbewe gung vom Drehantrieb 3 zu den Schaltwalzen 5, 6 gemäß den technischen Erforder nissen gewählt beziehungsweise gestaltet werden können. Die Getriebestufe 9 um fasst ein mit der Motorwelle 4 drehfest verbundenes Ritzel 10 und ein mit der Schalt walzenwelle 7 drehfest verbundenes Zahnrad 11 , die miteinander in Verzahnungsein griff sind.
Die beiden Schaltwalzen 5, 6 sind separat gestaltet und je nach Drehrichtung R1 , R2 des Drehantriebs 3 unabhängig voneinander drehend antreibbar. Beim Antreiben der Motorwelle 4 in die erste Drehrichtung R1 wird die erste Schaltwalze 5 drehend ange trieben, während die zweite Schaltwalze 6 antriebsfrei ist, respektive drehfrei. Beim Antreiben der Motorwelle 4 in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung R2 wird die zweite Schaltwalze 6 drehend angetrieben, während die erste Schaltwalze 5 antriebs frei ist, respektive drehfrei. Antriebsfrei meint dabei insbesondere, dass die Schaltwal zenwelle 7 relativ zur jeweiligen Schaltwalze rotieren kann, wobei die Schaltwalze Still stehen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden Schaltwalzen 5, 6 mit der Schaltwalzenwelle 7 jeweils über einen zugehörigen Freilauf 15, 16 verbunden. Die Freiläufe 15, 16 sind bei der vorliegenden Ausführungsform jeweils zwischen der Schaltwalzenwelle 7 und der jeweiligen Schaltwalze 5, 6 in entgegengesetzter Dreh richtung wirkend ausgestaltet. Beim Drehen der Schaltwalzenwelle 7 in eine erste Drehrichtung wird über den ersten Freilauf 15 Drehmoment auf die erste Schaltwalze 5 übertragen, während der zweite Freilauf 16 drehmomentfrei ist, so dass die zweite Schaltwalze 6 stillsteht. Beim Drehen der Schaltwalzenwelle 7 in entgegengesetzter Drehrichtung unterbricht der erste Freilauf 15 eine Drehmomentübertragung, so dass die erste Schaltwalze 5 stillsteht, während über den zweiten Freilauf 16 Drehmoment auf die zweite Schaltwalze 6 übertragen wird, um diese zu verdrehen.
Die Freiläufe 15, 16 können beliebig gestaltet sein, um die technische Funktionalität — Koppeln in einer Drehrichtung und Entkoppeln in entgegengesetzter Drehrichtung - zu erreichen. Beispielsweise kann ein Freilauf 15, 16 jeweils ein Freilauf-Eingangsteil, ein Freilauf-Ausgangsteil sowie einen oder mehrere über den Umfang zwischen dem Ein- gangsteil und dem Ausgangsteil angeordnete Klemmkörper 14 umfassen. Die Klemm körper 14 können beispielsweise in Form von Rollen, unrunden Körpern oder Klinken gestaltet sein. Vorliegend ist das erste Freilauf-Ausgangsteil durch einen Abschnitt 13 der ersten Schaltwalze 5 gebildet, und das erste Freilauf-Eingangsteil durch einen Ab schnitt 12 der Schaltwalzenwelle 7 gebildet. Radial zwischen Welle und Walze sind mehrere Klemmkörper 14 über den Umfang verteilt angeordnet. Der Aufbau bezie hungsweise die Anordnung des zweiten Freilaufs 16 ist entsprechend zwischen einem zweiten Freilauf-Eingangsteil, das durch einen zweiten Abschnitt 17 der Schaltwalzen welle gebildet ist, und einem Abschnitt 18 der zweiten Schaltwalze 6 als Ausgangsteil, zwischen denen die Klemmkörper 19 angeordnet sind.
Die Schaltwalzenwelle 7 kann über Lagermittel 21 , 22 um eine Drehachse A7 in einem ortsfesten Bauteil (nicht dargestellt) drehbar gelagert werden. Zwischen den beiden Schaltwalzen 5, 6 ist ein Axiallager 23 zur Drehentkopplung vorgesehen, damit die beiden Schaltwalzen reibungsfrei relativ zueinander drehen können.
Es ist insbesondere in Figur 1 erkennbar, dass jede Schaltwalze 5, 6 eine umlaufende Stellkontur 25, 26 aufweist, die vorliegend in Form einer Nutenbahn gestaltet ist, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Je Schaltwalze 5, 6 kann entsprechend der Anzahl der Stellkonturen 25, 26 mindestens ein Stellglied, beispielsweise in Form einer Schaltga bel vorgesehen sein, das mit der umlaufenden Stellkontur zusammenwirkt. Beispiels weise können die Stellglieder jeweils über ein Spurfolgeelement, das mit der Stellkon tur zusammenwirkt, axial betätigt werden. Hierfür greift das Spurfolgeelement in die Stellkontur 25, 26 der zugehörigen Schaltwalze 5, 6 ein und wird durch Drehen der Schaltwalze entsprechend axial bewegt, so dass auch die mit dem Spurfolgeelement verbundene zugehörige Schaltgabel entsprechend der Stellkontur 25, 26 axial ver schoben wird. Es versteht sich, dass die Stellkonturen gemäß den technischen Erfor dernissen für die zu schaltende Baueinheit gestaltet werden können.
Die beispielhafte Stellkontur 25 der ersten Schaltwalze 15, welche in Figur 4 gezeigt ist, ist ausgestaltet, um drei Schaltpositionen Pa, Pb, Pc zu realisieren. Hierfür hat die Stellkontur 25 über eine halbe Drehung der Schaltwalze 5, das heißt über einen Dreh winkel von 180°, einen steigungsfreien ersten Abschnitt 25a, einen daran anschließen- den Übergangsabschnitt 25t mit axialer Steigung, einen steigungsfreien mittleren Ab schnitt 25b, einen zweiten Übergangsabschnitt 25s mit axialer Steigung sowie einen steigungsfreien zweiten Abschnitt 25c. Die zweite Hälfte der Umfangserstreckung, das heißt von 180° bis 360°, ist hierzu symmetrisch gestaltet, wobei die einzelnen Ab schnitte 25s‘, 25b‘, 25t‘ mit gestrichenen Indizes versehen sind. Wenn das Spur folgeelement in den ersten Abschnitt 25a eingreift, liegt die erste Schaltstellung Pa der Schaltgabel beziehungsweise des Getriebes an, die beispielsweise einen ersten Gang des Getriebes bilden kann. Wenn die Schaltwalze gegenüber der Schaltstellung Pa um 90° verdreht wird, wandert das Spurfolgeelement in die mittlere Schaltstellung Pb, die beispielsweise eine Neutralstellung des Getriebes bilden kann. Bei halber Drehung (180°) der Schaltwalze 5 befindet sich das Spurfolgeelement in der zweiten Schaltstel lung Pc, die beispielsweise einen zweiten Gang des Getriebes bilden kann. Bei weite rem Drehen der Schaltwalze 5 kann das Getriebe, ausgehend von der zweiten Position Pc, wieder zunächst in die mittlere beziehungsweise neutrale Schaltstellung Pb (bei 270°) und von dort in die Ausgangsstellung (bei 360°) beziehungsweise die erste Schaltstellung Pa geschaltet werden, entsprechend dem ersten Gang des Getriebes.
Um die Schaltstellungen Pa, Pb, Pc zuverlässig einzulegen beziehungsweise zu hal ten, können optional Rastmittel 27, 28 für zumindest eine der beiden Schaltwalzen 5, 6 vorgesehen sein. Die Rastmittel 27, 28 umfassen vorliegend ein Rastelement 29, das rastend in Ausnehmungen 30 der Schaltwalzen 5, 6 eingreifen kann. Dabei ent spricht die Anzahl der Rastausnehmungen 30 vorzugsweise der definiert einzuneh menden Schaltpositionen. Im vorliegenden Fall sind für die erste Schaltwalze 5 vier Rastausnehmungen 30a, 30b, 30c, 30b‘ vorgesehen, welche den Konturabschnitten 25a, 25b, 25c, 25b‘ beziehungsweise den Schaltpositionen Pa, Pb, Pc entsprechend über den Umfang angeordnet sind. Das Rastelement 29 ist vorliegend in Form einer Kugel gestaltet, die von einer Feder 32 nach radial innen in Richtung Drehachse A7 der Schaltwalze 5 beaufschlagt wird. Die Feder 32 kann in einem ortsfesten Gehäuse 33 aufgenommen beziehungsweise abgestützt sein.
Die beispielhafte Stellkontur 26 der zweiten Schaltwalze 6, die in Figur 3 gezeigt ist, ist ausgestaltet, um zwei Schaltpositionen Pa, Pb zu realisieren. Hierfür hat die Stell kontur 26 über eine volle Umdrehung der Schaltwalze 6, das heißt über 360° um die Drehachse, einen steigungsfreien ersten Abschnitt 26a und einen hiervon axial beab- standeten steigungsfreien zweiten Abschnitt 26b, die über Übergangsabschnitte 26t, 26t‘ mit axialer Steigung verbunden sind. Wenn das Spurfolgeelement der zweiten Schaltwalze 6 in den ersten Abschnitt 26a eingreift, liegt die erste Schaltstellung Pa der Schaltgabel beziehungsweise der hiermit verbundenen Schalteinheit an. Wenn die Schaltwalze gegenüber der ersten Schaltstellung Pa um 180° verdreht wird, wandert das Spurfolgeelement in die zweite Schaltstellung Pb, so dass die Schaltgabel in die zweite Schaltstellung Pb verschoben wird. Bei weiterem Drehen der Schaltwalze 6 wird wieder die erste Schaltstellung Pa erreicht, und so weiter.
Um die zwei Schaltstellungen Pa, Pb zuverlässig einzulegen beziehungsweise zu hal ten, sind auch bei der zweiten Schaltwalze 6 optionale Rastmittel 28 vorgesehen. Im vorliegenden Fall sind für die zweite Schaltwalze 6 nur zwei Rastausnehmungen 31 a, 31 b vorgesehen, welche den Konturabschnitten 26a, 26b beziehungsweise den Schaltpositionen Pa, Pb entsprechend über den Umfang angeordnet sind. Die Rast mittel 28 für die zweite Schaltwalze 6 sind entsprechend den Rastmitteln 27 der ersten Schaltwalze 5 gestaltet, so dass abkürzend auf obige Beschreibung verwiesen wird.
Zumindest eine der beiden Schaltwalzen 5, 6 kann mit einem Sensor versehen sein, um die Drehposition Pa, Pb, Pc der zugehörigen Schaltwalze zu erkennen. Hierfür kann die Schaltwalze 5, 6 ein oder mehrere über den Umfang verteilte Geberelemente aufweisen, deren Positionen vom Sensor erfasst werden können. Die Geberelemente können insbesondere in den die Schaltpositionen repräsentierenden Drehpositionen angeordnet sein, so dass das Einlegen der Schaltstellungen zuverlässig erkannt wer den kann.
Figur 5 zeigt eine weitere Schaltwalze 5 in abgewickelter Darstellung für eine erfin dungsgemäße Schaltwalzenanordnung mit abgewandelter Ausgestaltung der Stell kontur. Die Schaltwalze 5 entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise in weiten Teilen der Ausführungsform aus Figur 1 und 4, so dass hinsichtlich der Gemeinsam keiten auf obige Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungs weise abgewandelte Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen, wie bei den obigen Figuren. Im Folgenden wird auf die Besonderheiten der vorliegenden Ausfüh rungsform eingegangen. Die Schaltwalze 5 gemäß Figur 5 hat zwei Stellkonturen 24, 25, die ausgestaltet sind, um vier Schaltpositionen Pa, Pb, Pc, Pd zu realisieren. Hierfür hat die eine Stellkontur 24 über eine halbe Drehung der Schaltwalze 5 (= 180° Drehwinkel), einen steigungs freien ersten Abschnitt 24a (für die erste Schaltposition Pa beziehungsweise den ers ten Gang), einen daran anschließenden Übergangsabschnitt 24t mit axialer Steigung, einen steigungsfreien zweiten Abschnitt 24b (für die zweite Schaltposition Pb bezie hungsweise den zweiten Gang), einen zweiten Übergangsabschnitt 24s mit axialer Steigung sowie einen steigungsfreien mittleren Abschnitt 24c (Neutralstellung). Die zweite Hälfte der Umfangserstreckung, das heißt von 180° bis 360°, ist hierzu sym metrisch gestaltet.
Die andere Stellkontur 25 hat über eine halbe Drehung der Schaltwalze 5 (das heißt 180° Drehwinkel), einen steigungsfreien axial mittleren Abschnitt 25a (Neutralstel lung), einen daran anschließenden ersten Übergangsabschnitt 25t mit axialer Stei gung, einen steigungsfreien ersten Abschnitt 25b (für die dritte Schaltposition Pc be ziehungsweise den dritten Gang), einen zweiten Übergangsabschnitt 25s mit axialer Steigung sowie einen steigungsfreien zweiten Abschnitt 25c (für die vierte Schaltposi tion Pc beziehungsweise den vierten Gang). Die zweite Hälfte der Umfangserstre ckung der Stellkontur 25, das heißt von 180° bis 360°, ist hierzu symmetrisch gestaltet.
In jede der beiden Stellkonturen 24, 25 greift ein zugehöriges Spurfolgeelement ein. Dabei sind die Stellkonturen 24, 25 so aufeinander abgestimmt, dass wenn das Spur folgeelement der Stellkontur 24 die Schaltabschnitte 24a und 24b durchläuft bezie hungsweise darin angeordnet ist, sich das Spurfolgeelement der Stellkontur 25 über diesen Drehwinkelbereich im Abschnitt 25a, das heißt in Neutralstellung befindet. Ent sprechend ist umgekehrt vorgesehen, dass wenn das Spurfolgeelement der Stellkon tur 25 die Schaltabschnitte 25b und 25c durchläuft beziehungsweise darin angeordnet ist, sich das Spurfolgeelement der Stellkontur 24 über diesen Drehwinkelbereich im Abschnitt 24c, das heißt in Neutralstellung befindet.
Um die vier Schaltstellungen Pa, Pb, Pc, Pd zuverlässig einzulegen beziehungsweise zu halten, können auch bei der Schaltwalze 5 gemäß Figur 5 optionale Rastmittel 28 vorgesehen sein. Dabei sind vorliegend für die Schaltwalze 5 sechs Rastausnehmun gen 30a, 30b, 30c, 30d, 30c‘, 30b‘ vorgesehen, welche den Konturabschnitten 24a, 24b, 25b, 25c beziehungsweise den Schaltpositionen Pa, Pb, Pc, Pd entsprechend über den Umfang angeordnet sind.
Die Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltwalzenanordnung 2 in einer zweiten Ausführungsform, die der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 4 in weiten Teilen entspricht, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Be zug genommen wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein Unterschied der vorliegenden Ausführungsform gemäß Figur 6 ist, dass die beiden Schaltwalzen 5, 6 auf zwei separaten Antriebswellen 7, 7‘ angeordnet sind. Die beiden Antriebswellen 7, 7‘ sind jeweils mit der Motorwelle 4 antriebsverbunden. Der jeweilige Antriebsstrang 8, 8‘ zwischen Motorwelle 4 und den Schaltwalzenwellen 7, 7‘ beinhal tet jeweils eine Getriebestufe 9, um eine Drehbewegung des Drehantriebs 3 vom Schnellen ins Langsame zu übersetzen. Die erste Getriebestufe 9 für die erste Schalt walze 5 umfasst das mit der Motorwelle 4 verbundene Ritzel 10 und das mit der Schalt walzenwelle 7 verbundene Zahnrad 11 , die miteinander in Verzahnungseingriff sind. Die zweite Getriebestufe 9' für die zweite Schaltwalze 6 umfasst das Ritzel 10 und ein mit der zweiten Schaltwalzenwelle 7‘ verbundenes zweites Zahnrad 11 ‘, die miteinan der in Verzahnungseingriff sind. Dabei sind die beiden Schaltwalzenwellen 7, 7‘ vor liegend parallel angeordnet, wobei auch eine andere Anordnung möglich ist.
Es ist ferner erkennbar, dass das erstes Zahnrad 11 und das zweite Zahnrad 11 ‘ vor liegend unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass sich unterschiedliche Über setzungsverhältnisse für die beiden Schaltwalzen 5, 6 ergeben. Es versteht sich, dass die Übersetzungsverhältnisse jedoch auch gleich sein können.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Freiläufe 15, 16 jeweils zwischen der jeweiligen Schaltwalze 5, 6 und zugehörigen Schaltwalzenwelle 7, 7‘ angeordnet. Nach einer abgewandelten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass einer oder beide Freiläufe 15, 16 auch im jeweiligen Antriebsstrang 8, 8‘ zwischen Drehan trieb 3 und Schaltwalzenwelle 7, 7‘ angeordnet werden. Figur 7 zeigt eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 35 mit einer erfindungsge mäßen Schaltwalzenanordnung 2 gemäß Figur 1. Die Getriebeanordnung 35, welche vorliegend ein Schaltgetriebe 36 und ein Differentialgetriebe 37 umfasst ist von einem Elektromotor 38 antreibbar. Elektromotor 38 und Getriebeanordnung 35 bilden ge meinsam einen Elektroantrieb zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahr zeugs. Dabei kann der Elektroantrieb als alleinige Antriebsquelle oder mit einer zu sätzlichen Antriebsquelle verwendet werden.
Die Motorwelle des Elektromotors 38 ist mit der Getriebewelle 39 verbunden. Das Schaltgetriebe 36 umfasst zwei Schaltstufen, so dass ein eingeleitetes Drehmoment von der Getriebewelle 39 auf die Zwischenwelle 40 mit zwei unterschiedlichen Über setzungsverhältnissen i1 , i2 übertragen werden kann. Die Zwischenwelle 40 ist mit dem Differentialträger 41 des Differentialgetriebes 37 antriebsverbunden. Mittels des Differentialgetriebes 37 wird das eingeleitete Drehmoment auf zwei Seitenwellen zum Antreiben der Fahrzeugräder aufgeteilt. Es ist eine Kupplungseinheit 42 vorgesehen, die von der Schaltwalzenanordnung 2 betätigbar ist, um das Schaltgetriebe 36 wahl weise in Neutralstellung, den ersten Gang oder den zweiten Gang zu schalten. Die Schaltwalzenanordnung 2, die hier nur schematisch dargestellt ist, kann beispiels weise gemäß Figur 1 mit einer Schaltwalzen 5, 6 gemäß Figuren 3 und 4 gestaltet sein.
Das Schaltgetriebe 36 ist als Untersetzungsgetriebe gestaltet, so dass eine vom Elek tromotor 38 eingeleitete Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame übersetzt wird. Die erste Übersetzungsstufe umfasst ein auf der Antriebswelle 39 drehbar gelagertes erstes Antriebsrad 44 und ein drehfest mit der Zwischenwelle 40 verbundenes erstes Zwischenrad 45, die miteinander in Verzahnungseingriff sind. Erstes Antriebsrad 44 und erstes Zwischenrad 45 bilden einen ersten Rädersatz mit einem ersten Überset zungsverhältnis M . Die zweite Übersetzungsstufe umfasst ein auf der Antriebswelle 39 drehbar gelagertes zweites Antriebsrad 46 und ein drehfest mit der Zwischenwelle 40 verbundenes zweites Zwischenrad 47, die miteinander in Verzahnungseingriff sind. Zweites Antriebsrad 46 und zweites Zwischenrad 47 bilden einen zweiten Rädersatz mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis i2. Eine dritte Übersetzungsstufe umfasst das mit der Zwischenwelle 40 verbundene Abtriebsrad 47 und das hiermit kämmende fest mit dem Differentialträger 41 verbundene Ringrad 48. Der Differentialträger 41 ist in dem Gehäuse 43 um die Drehachse A41 drehbar gela gert. Das Differentialgetriebe 37 umfasst ferner mehrere Differentialräder 49, die in dem Differentialträger 41 auf einer zur Drehachse A41 senkrechten Achse drehbar gelagert sind, sowie zwei Seitenwellenräder 50, 51 , die jeweils koaxial zur Drehachse A41 drehbar angeordnet und mit den Differentialrädern 49 in Verzahnungseingriff sind. Vom Ringrad 48 in den Differentialträger 41 eingeleitetes Drehmoment wird über die Differentialräder 49 auf die beiden Seitenwellenräder 50, 51 übertragen, zwischen de nen eine ausgleichende Wirkung besteht. Die Seitenwellenräder 50, 51 werden zur Drehmomentübertragung unter Winkelbewegung mittels Gleichlaufgelenken 52, 53 mit den zugehörigen Seitenwellen (nicht dargestellt) verbunden, die das Drehmoment auf die Fahrzeugräder übertragen.
Die Kupplungseinheit 42 ist axial zwischen dem ersten Antriebsrad 44 und dem zwei ten Antriebsrad 46 angeordnet. Die Kupplungseinheit ist ausgestaltet, um Drehmo ment von der Antriebswelle selektiv auf das erste Antriebsrad 44 oder das zweite An triebsrad 46 zu übertragen. Hierfür ist ein Koppelelement 54 vorgesehen, welches ein mit der Antriebswelle 39 drehfest verbundenes Kupplungseingangsteil optional mit dem ersten Antriebsrad 44 oder zweiten Antriebsrad 46 verbinden kann. Das Kop pelelement 54 ist in Form einer Schiebemuffe gestaltet, die auf dem Kupplungsein gangsteil drehfest und axial verschiebbar gehalten ist.
Die Betätigung der Schiebemuffe 54 erfolgt über die erste Schaltwalze 5 der erfin dungsgemäßen Schaltwalzenanordnung 2. Durch Betätigen des Drehantriebs 3 in eine erste Drehrichtung R1 wird die erste Schaltwalze 5 verdreht, während die zweite Schaltwalze 6 stillsteht. Dabei folgt das mit der Stellkontur 25 zusammenwirkende Spurfolgeelement 55 und bewegt das hiermit verbundene Schaltglied 54, insbeson dere in Form einer Schaltgabel, in axiale Richtung. Die Schaltgabel 56 greift in eine Ringnut der Schiebemuffe 54 ein. Die Schaltwalzenanordnung 2 kann von einem elekt ronischen Regler ansteuerbar und von diesem bedarfsweise, in Abhängigkeit von ak tuellen oder gewünschten Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs angesteuert werden.
Die vorliegende Getriebeanordnung 35 umfasst eine Zweigangschaltung, welche durch einen ersten Leistungspfad und einen funktional parallelen zweiten Leistungs pfad gebildet wird. Durch entsprechendes Ansteuern der Schaltwalzenanordnung 2 in die erste oder zweite Schaltposition Pb, Pc kann die Kupplungseinheit 42 Drehmoment wahlweise über den ersten Leistungspfad (Räder 44, 45, 47, 48) oder alternativ über den zweiten Leistungspfad (Räder 46, 47, 48) vom Elektromotor 38 auf das Differenti algetriebe 37 übertragen werden.
Wenn das Spurfolgeelement 55 in einen mittleren Abschnitt der Stellkontur 25 eingreift, befindet sich die Schaltgabel 56 entsprechend in einer axial mittleren Schaltstellung (N), welche einer Neutralstellung des Schaltgetriebes 36 entspricht. In dieser Position sind der Elektromotor 38 und das Differentialgetriebe 37 voneinander entkoppelt, so dass kein Drehmoment zwischen den Seitenwellen und dem Elektromotor 38 übertra gen wird. Wenn die Schaltwalze 5 gegenüber der Schaltstellung Pa verdreht wird, wandert das Spurfolgeelement 55 in eine erste axiale Richtung (vorliegend nach rechts), so dass die Schaltgabel 56 ausgehend von der Mittelposition die erste Schalt stellung (G1 ) einnimmt, die dem ersten Gang des Schaltgetriebes 36 entspricht. Bei weiterer Drehung der Schaltwalze 5 durchläuft das Spurfolgeelement 55 beziehungs weise die Schaltgabel 56 zunächst die axial mittlere Schaltstellung (N), und von dort in die zweite Richtung (vorliegend nach links) in die Schaltstellung (G2), die dem zwei ten Gang des Schaltgetriebes 36 entspricht. Bei weiterem Drehen der Schaltwalze 5 gelangt das Spurfolgeelement 55 beziehungsweise die Schaltgabel 56 wieder in die axial mittlere Schaltstellung (N), beziehungsweise Neutralstellung.
Die zweite Schaltwalze 6, welche vorliegend nur schematisch dargestellt ist, wird durch Betätigen des Drehantriebs 3 in umgekehrter Drehrichtung verdreht. Die zweite Schalt walze 6 dient zum Schalten einer weiteren Schalteinheit, beispielsweise einer Park sperre (nicht dargestellt).
Die beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen das Schalten von zwei Schaltsys temen mit unabhängiger Schalthandlung, mit nur einem Drehantrieb 3. Bezugszeichen
2 Schaltwalzenanordnung
3 Drehantrieb
4 Antriebswelle/Motorwelle
5 erste Schaltwalze
6 zweite Schaltwalze
7, T Antriebswelle/Schaltwalzenwelle
8, 8' Antriebsstrang
9, 9' Getriebestufe 10 Ritzel 11 Zahnrad 12 Abschnitt (15)
13 Abschnitt (15)
14 Klemmkörper (15)
15 erster Freilauf (5)
16 zweiter Freilauf (6)
17 Abschnitt (16)
18 Abschnitt (16) 19 Klemmkörper (16)
21 , 21 ' Lagermittel 22, 22' Lagermittel
23 Axiallager
24 Stellkontur (5)
25 Stellkontur (5)
26 Stellkontur (6)
27 Rastmittel
28 Rastmittel
29 Rastelement
30 Rastausnehmung
32 Feder
33 Gehäuse 35 Getriebeanordnung 36 Schaltgetriebe
37 Differentialgetriebe
38 Elektromotor
39 Antriebswelle/Getriebewelle
40 Zwischenwelle
41 Differentialträger
42 Kupplungseinheit
43 Gehäuse
44 erstes Antriebsrad
45 erstes Zwischenrad
46 zweites Antriebsrad
47 zweites Zwischenrad
48 Ringrad
49 Differentialrad
50 Seitenwellenrad
51 Seitenwellenrad
52 Gleichlaufgelenk
53 Gleichlaufgelenk
54 Koppelelement
55 Spurfolgeelement
56 Schaltglied
57 Schaltglied
A Achse
P Schaltposition
R Richtung

Claims

Ansprüche
1. Schaltwalzenanordnung für eine Schalteinheit im Antriebsstrang eines Kraft fahrzeugs, umfassend: einen Drehantrieb (3) mit einer Motorwelle (4), die in zwei Drehrichtungen (R1 , R2) drehend antreibbar ist, gekennzeichnet durch zwei Schaltwalzen (5, 6), die mit der Motorwelle (4) derart antriebsverbunden sind, dass je nach Drehrichtung der Motorwelle (4) eine der Schaltwalzen (5, 6) drehend angetrieben wird, während die andere Schaltwalze (6, 5) antriebs frei ist.
2. Schaltwalzenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beim Antreiben der Motorwelle (4) in die erste Drehrichtung (R1) die erste Schaltwalze (5) drehend angetrieben wird, während die zweite Schaltwalze (6) stillsteht, und dass beim Antreiben der Motorwelle (4) in die zweite Drehrichtung (R2) die zweite Schaltwalze (6) drehend angetrieben wird, während die erste Schalt walze (5) stillsteht.
3. Schaltwalzenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltwalze (5) und die zweite Schaltwalze (6) auf einer gemein samen Antriebswelle (7) angeordnet sind, welche mit der Motorwelle (4) an triebsverbunden ist.
4. Schaltwalzenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltwalze (5) auf einer ersten Antriebswelle (7) angeordnet ist, und die zweite Schaltwalze (6) auf einer zweiten Antriebswelle (7‘) ange ordnet ist, wobei die erste und zweite Antriebswelle (7, 7‘) mit der Motorwelle (4) antriebs verbunden sind.
5. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltwalze (5) mit der Antriebswelle (7) über einen ersten Frei lauf (15) verbunden ist, der beim Antreiben der Motorwelle (4) in die erste Dreh richtung (R1) sperrt und beim Antreiben der Motorwelle (4) in die zweite Dreh richtung (R2) geöffnet ist, und dass die zweite Schaltwalze (6) mit der Antriebswelle (7, 7‘) über einen zweiten Freilauf (16) verbunden ist, der beim Antreiben der Motorwelle (4) in die zweite Drehrichtung (R2) sperrt und beim Antreiben der Motorwelle (4) in die erste Drehrichtung (R1) geöffnet ist.
6. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der ersten Schaltwalze (5) und der zweiten Schalt walze (6) ein Rastelement (29) aufweist, mit dem die jeweilige Schaltwalze (5, 6) in einer Drehstellung (Pa, Pb, Pc, Pd, Pe) gehalten werden kann.
7. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest eine von der ersten Schaltwalze (5) und der zweiten Schalt walze (6) ein Sensor vorgesehen ist, der ausgestaltet ist, eine Drehposition der zugehörigen Schaltwalze (5, 6) zu erkennen.
8. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltwalze (5) auf der ersten Außenumfangsfläche eine erste Stellkontur (25) zum Schalten eines ersten Schaltglieds (56) aufweist, und dass die zweite Schaltwalze (6) auf der zweiten Außenumfangsfläche eine zweite Stellkontur (26) zum Schalten eines zweiten Schaltglieds (57) aufweist.
9. Schaltwalzenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellkontur (25) und die zweite Stellkontur (26) umlaufend ge schlossen sind.
10. Schaltwalzenanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der ersten Stellkontur (25) und der zweiten Stellkontur (26) zum Schalten von mindestens zwei Gängen eines Schaltgetriebes (36) gestaltet ist.
11. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der ersten Stellkontur (25) und der zweiten Stellkontur (26) zum Betätigen einer Parksperre gestaltet ist.
12. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der ersten Stellkontur (25) und der zweiten Stellkontur (26) zum Sperren eines Differentialgetriebes (37) gestaltet ist.
13. Schaltwalzenanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine von der ersten Stellkontur (25) und der zweiten Stellkontur (26) zum Betätigen einer Abschaltkupplung gestaltet ist.
14. Getriebeanordnung mit einem Schaltgetriebe (36) mit einer Kupplungseinheit (42) und einer Schaltwalzenanordnung (2), insbesondere für einen elektromo torisch antreibbaren Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei das Schaltgetriebe (36) mittels der Schaltwalzenanordnung (2) und der Kupplungseinheit (42) wahlweise in eine erste Schaltstellung überführbar ist, in der Drehmoment von einem Eingangsteil auf ein Ausgangsteil mit einem ersten Übersetzungsverhältnis übertragen wird, und in eine zweite Schaltstellung überführbar ist, in der Drehmoment von dem Eingangsteil auf das Ausgangsteil mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalzenanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gestaltet ist.
15. Getriebeanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (36) mittels der Schaltwalzenanordnung (2) und der Kupplungseinheit (42) in eine Neutralposition überführbar ist, in der das Ein gangsteil und das Ausgangsteil relativ zueinander frei drehbar sind.
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