DE102011007264B4 - Schalteinrichtung mit einer Schaltwalze - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung mit einer Schaltwalze, wobei die Schaltwalze zumindest eine Führungsbahn aufweist und um eine axial ausgerichtete Rotationsachse der Schalteinrichtung zumindest schwenkbar gelagert ist, und wobei ein mit einer Kupplungseinrichtung wirkverbundenes Führungselement in die Führungsbahn eingreift.
- Hintergrund der Erfindung
- Eine derartige Schalteinrichtung ist in
DE 100 51 373 A1 beschrieben. Die Schaltwalze weist eine Führungsbahn auf, in die ein Führungselement eingreift. Mit dem Führungselement ist ein Hebel verbunden, der mit einer Schaltgabel einer neben der Schaltwalze angeordneten Schaltung verbunden ist. Schaltgabeln greifen gewöhnlich in Schaltmuffen von Kupplungseinrichtungen von Fahrzeuggetrieben ein. Die Kupplungseinrichtung weist wenigstens ein drehbar auf einer Getriebewelle sitzendes Kupplungselement auf. Das Kupplungselement soll beim Einlegen eines Ganges über die Schaltmuffe mit der Welle drehfest verbunden werden und beim Gangwechsel wieder drehfrei zur Welle. Dazu ist die Schaltmuffe axial verschiebbar und drehfest zu der Welle angeordnet und sitzt deshalb verschiebbar auf der Welle. - Die drehfeste trennbare Verbindung zwischen Schiebemuffe und Kupplungselement ist über Zahneingriff realisiert. Dazu ist an dem Kupplungselement eine Kupplungsverzahnung ausgebildet, die mit einer Gegenverzahnung an der Schiebemuffe korrespondiert. Die Zähne der Verzahnungen und die Zahnlücken sind längs ausgerichtet, so dass beim Einlegen eines Ganges die Zähne der Gegenverzahnung in die Zahnlücken der Kupplungsverzahnung einfahren können, bis sich die Zähne der Verzahnungen in Umfangsrichtung in Umfangsrichtung einander abwechselnd gegenüberliegen und somit drehfest gekuppelt sind.
- Das Schwenken der Schaltwalze bewirkt axiales Verschieben des Hebels, welche die Schaltgabel mitnimmt. Die Schaltgabel wiederum nimmt die Schaltmuffe axial mit, so dass ein Gang eingelegt werden kann.
- Ein Elektromotor ist als Antrieb der Schaltwalze in die Schaltwalze integriert. Der Rotor des als Außenläufer gestalteten Elektromotors ist mit der Schaltwalze vereint mittels Wälzlagern drehbar auf dem Stator gelagert. Der Stator ist an der Umgebungskonstruktion fest.
- In der
EP 0 547 007 B1 ist der Stellantrieb für eine Schaltwalze in die Schaltwalze integriert, an dem die Schaltwalze verschwenkbar mittels Wälzlagern gelagert ist. Darüber hinaus ist der Stellantrieb über Zapfen zentral gegenüber der Umgebungskonstruktion gelagert. Die Schaltung ist neben der Schaltwalze angeordnet und wie schon in der zuvor beschriebenen Anordnung über Führungselemente und Hebel mit Schaltstangen bzw. an den Schaltstangen sitzenden Schaltgabeln verbunden. - Diese Anordnungen sind sehr kompakt und bauraumsparend ausgelegt. In beiden Fällen ist jedoch der Platzbedarf der Wälzlagerungen nicht unerheblich, was sich auf den insgesamt durch die Abmessungen der Schaltwalze beanspruchten Bauraum nachteilig auswirken kann.
- Die
JP 2010 54 056 A JP S60- 26 858 A - Beschreibung der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung zu schaffen, die insgesamt wenig Bauraum beansprucht.
- Die Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß weist die Schaltwalze wenigstens einen radial über die Schaltwalze hinausstehenden Flansch auf, der wahlweise rechtwinklig oder beliebig anders von dem Körper der Schaltwalze abgewinkelt ist. Der Flansch ist einteilig mit der Schaltwalze ausgebildet, insbesondere dann, wenn die Schaltwalze ein hohlzylindrisches Bauteil aus Blech ist. Alternativ ist der Flansch ein separates Bauteil, welches an der Schaltwalze befestigt ist. Gemäß Erfindung ist die Schaltwalze, mit dem die Schaltwalze um die Rotationsachse zumindest schwenkbar an einer Umgebungskonstruktion gelagert ist. Da die Lagerungen, also vorzugsweise die Wälzlagerungen, nicht mehr in unmittelbarer Umgebung der Schaltwalze selbst ausgeführt sind, sondern radial weg von der Schaltwalze, ist der durch die Schaltwalze selbst beanspruchte Bauraum gegenüber bisherigen bekannten Anordnungen geringer.
- Auch die Wälzlagerung kann platzsparender ausgeführt werden, insbesondere weil zum Beispiel keine Wälzlageringe in den Wälzlagern eingesetzt werden müssen, weil, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, der der Flansch wenigstens eine in Umfangsrichtung um die Rotationsachse umlaufend ausgerichtete Laufbahn für Wälzkörper aufweist. Die Wälzkörper können Rollen wie Nadeln, Zylinderrollen oder Kegelrollen sein. In diesem Fall sind die Laufbahnen flache Bahnen. Die Wälzkörper sind alternativ Rillen für Kugeln, die im Längsschnitt entlang der Schwenk- bzw. Rotationsachse der Schaltwalze den Krümmungen der Kugeln angepasste axial in den Flansch vertiefte Mulden oder anders ausgeführte Mulden sind. Die Rillen sind beispielsweise durch Prägen axial in den Flansch eingebracht.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Flansch wenigstens zwei der Laufbahnen aufweist, so dass zwei Wälzlager am Flansch angeordnet sind. Mittels einer derartigen Lageranordnung ist es möglich, die Schaltwalze einseitig zu Lagern. Eine Lagerstelle an dem anderen, dem Flansch gegenüberliegenden Ende der Schaltwalze ist nicht mehr nötig. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Laufbahnen radial zueinander versetzt sind. Eine der Laufbahnen der konzentrisch zueinander angeordneten Laufbahnen weist einen größeren Laufbahndurchmesser auf als die andere Laufbahn. Alternativ weisen die Laufbahnen den gleichen Laufbahndurchmesser auf. In diesem Fall liegen sich die Laufbahnen am Flansch einander gegenüber. Alternativ ist es möglich eine der Laufbahnen, die einen anderen Laufbahndurchmesser aufweist als die andere Laufbahn, an einer Seite des Flansches auszubilden und die andere an der anderen Seite des Flansches. Für den zuletzt genannten Fall sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, dass eine von der Rotationsachse senkrecht durchstoßene gedachte für beide Laufbahnen gemeinsame Radialebene die zwei Laufbahnen schneidet. Die Ebene schneidet die Laufbahnen beispielsweise jeweils einmal, wenn diese Bahnen sind. Die Ebene schneidet die Laufbahnen jeweils einmal, wenn diese Rillen sind und die tiefste Stelle der Axialrille, die auch als Rillengrund bezeichnet werden kann, linienförmig in der Ebene liegt. Alternativ schneidet die Ebene die Rillen zweimal oberhalb des Rillengrundes. Durch eine derartige Ausbildung kann axial Bauraum gespart werden, da die Wälzlagerungen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt sind.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine durch die Schaltwalze betätigte Kupplungseinrichtung zumindest teilweise in die Schaltwalze integriert ist. Damit ist abweichend vom Stand der Technik nicht oder nicht nur der Antrieb bzw. der Stellantrieb der Schaltwalze in die Schaltwalze integriert, sondern die mit der Schaltwalze über das Führungselement wirkverbundene Kupplungseinrichtung. Der Antrieb und ggf. ein Stellantrieb bzw. die getriebliche Verbindung sind dann möglicherweise fern von der Schaltwalze an einer Stelle angeordnet, wo sie weniger stören.
- Figurenliste
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1 zeigt eine elektromotorisch betriebene Antriebseinheit1 in einem Längsschnitt entlang ihrer Hauptachse18 , die aus einer elektrischen Maschine19 und einem Schaltgetriebe55 gebildet ist. Das Schaltgetriebe55 weist eine Schalteinrichtung56 und einen Planetentrieb59 auf. Die Schalteinrichtung56 ist aus einer Kupplungseinrichtung25 und einem Antrieb23 mit einer getrieblichen Verbindung24 gebildet. -
2 zeigt die Schalteinrichtung56 in einer Gesamtansicht mit dem Antrieb23 und der getrieblichen Verbindung24 . -
3 zeigt die Kupplungseinrichtung58 in einem Längsschnitt entlang der Hauptachse18 nach2 . -
1 : Die Kupplungseinrichtung25 weist eine Schaltwalze22 , die Kupplungselemente26 ,28 und30 , eine Schaltmuffe97 und ein Führungselement42 auf. Die Schaltmuffe97 sitzt axial verschiebbar und drehfest auf dem Kupplungselement26 welches als eine Nabe2 ausgebildet ist. Die Nabe2 ist drehfest auf einer Welle3 angeordnet, die Teil der Anschlusswelle67 des Planetentriebs59 ist und mit der ein Hohlrad64 des Planetentriebs59 verbunden ist. Die Aktuatoranordnung6 der Kupplungseinrichtung58 ist in2 vollständig dargestellt. - Das Kupplungselement
28 ist relativ zu der Welle103 um die auf der Hauptachse18 liegende Rotationsachse18' drehbar auf einer Rotorwelle29 der elektrischen Maschine19 angeordnet und weist eine Kupplungsverzahnung4 auf. Das Kupplungselement30 ist an einem Gehäuse39 fest, jedoch ist die Welle3 gegenüber dem Kupplungselement30 um die Rotationsachse18' drehbar. Das Kupplungselement30 ist mit einer Kupplungsverzahnung5 versehen. Die Schaltmuffe97 weist axial an jeder Seite eine Gegenverzahnung7 bzw.8 auf. Die Verzahnungen7 bzw.8 korrespondieren mit der jeweiligen Kupplungsverzahnung4 bzw.5 , die ihnen jeweils axial gegenüberliegt. - Das als Schaltwalze
22 ausgebildete ringförmige Aktuatorelement ist hohlzylindrisch umgibt die Schaltmuffe97 und die Kupplungselemente26 ,28 und30 umfangsseitig um die Rotationsachse18' verlaufend. -
2 und3 : Wie insbesondere aus den2 und3 hervorgeht, weist die Schaltwalze22 einen hohlzylindrischen Abschnitt9 und einen radialen Flansch10 auf. Der hohlzylindrische Abschnitt9 und der radiale Flansch10 sind einteilig miteinander ausgebildet. In den Abschnitt9 sind Führungsbahnen41 ausgebildet. Jede der Führungsbahnen41 ist im Wesentlichen in Umfangsrichtung jedoch nicht auf einer Umfangslinie ausgerichtet, sondern lenkt axial nach links und rechts aus. Dementsprechend weist die jeweilige Führungsbahn41 einen kurvenförmigen Verlauf auf. - Das jeweilige Führungselement
42 , welches in eine der Führungsbahnen41 eingreift, steckt fest in einem äußeren Lagerring11 . Der äußere Lagerring11 ist Bauteil eines Wälzlagers12 , das weiterhin aus einem inneren Lagerring14 und Wälzkörpern13 gebildet ist. Die Wälzkörper13 sind Kugeln und sind radial zwischen dem inneren und äußeren Lagerring14 und11 angeordnet. Der innere Lagerring14 sitzt fest auf der Schaltmuffe97 . Zwischen der Schaltmuffe97 und der Schaltwalze22 ist über die in die Führungsbahnen41 eingreifenden Führungselemente42 und das Wälzlager12 eine axial feste Verbindung hergestellt, so dass die Schaltmuffe97 beim Schwenken der Schaltwalze22 um die Rotationsachse18' axial mitgenommen wird. Dabei ist jedoch die Schaltmuffe97 gegenüber der Schaltwalze22 aufgrund des Wälzlagers12 relativ beweglich. - Die Schaltmuffe
97 ist mit der Nabe2 über eine Keilverzahnung oder ähnliche Welle- Nabe - Verbindungen axial verschiebbar verbunden und steht nach der Darstellung in3 in einer Neutralstellung zwischen den Verzahnungen4 und5 an den als Kupplungskörper16 und17 ausgebildeten Kupplungselementen28 und30 . In der Nabe2 ist ein Rastelement15 aufgenommen. Das Rastelement115 ist mit einer Schraubenfeder radial gegen die Schaltmuffe97 vorgespannt und an der Schaltmuffe97 in einer Vertiefung20 verrastet. - Die Kupplungseinrichtung
58 weist mit der Nabe2 verdrehfest gekoppelte aber zur Nabe2 axial mittels der Schaltmuffe97 verschiebbare Reibkörper25 und43 auf. An den Reibkörpern25 und43 ist jeweils eine innenkonische Reibfläche44 bzw.45 ausgebildet. An den Kupplungskörpern16 und17 ist jeweils eine außenkonische Gegenreibflächen21 bzw.46 zur jeweiligen Reibfläche44 bzw.45 ausgebildet. Durch axiales Verschieben der Schaltmuffe97 kann die Reibfläche44 mit der Gegenreibfläche21 und die Reibfläche45 mit der Gegenreibfläche46 in Reibschluss gebracht werden. - Die Aktuatoranordnung
6 weist als Antrieb23 einen Elektromotor80 auf, der parallel zur elektrischen Maschine19 angeordnet ist. Eine getriebliche Verbindung24 ist durch eine Zwischenwelle47 und zwei Zahnradstufen48 und49 gebildet. Die Zahnradstufe48 weist ein Ritzel50 , welches an der Schwenkwelle51 des Elektromotors180 ausgebildet ist, und ein Stirnrad52 auf der Zwischenwelle47 auf, die miteinander im Zahneingriff stehen. Die Zahnradstufe49 ist mit einem Ritzel53 versehen, welches an der Zwischenwelle47 ausgebildet ist und welches mit einem Zahnsegment54 im Zahneingriff steht. Das Zahnsegment54 ist an dem Flansch10 ausgebildet oder alternativ an diesem befestigt. -
1 und3 : Der Flansch10 ist mit zwei Wälzlagern60 und62 drehbar an der Umgebungskonstruktion63 um die Rotationsachse18' schwenkbar gelagert. Die Umgebungskonstruktion63 sind ein Lagerschild66 und eine Zwischenwand68 , die an dem Gehäuse39 fest sind. Das Lagerschild66 trennt einen Innenraum der elektrischen Maschine19 mit dem Stator40 und mit dem Rotor38 und der Rotorwelle29 von der Kupplungseinrichtung58 . Außerdem ist die Rotorwelle29 auf dem Lagerschild66 gelagert. Die Kupplungseinrichtung58 und der Planetentrieb59 sind durch die Zwischenwand68 voneinander getrennt. -
3 : Das Wälzlager60 weist eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Laufbahn69 auf, die direkt in dem Flansch10 , z.B. durch Prägen, in dem Flansch10 ausgebildet ist. Weiterhin ist spiegelbildlich eine weitere Laufbahn70 in der Zwischenwand68 ausgebildet. Das Wälzlager62 weist eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Laufbahn71 auf, die direkt in dem Flansch10 ausgebildet ist. Zur Laufbahn71 ist spiegelbildlich eine Laufbahn72 ausgebildet, die an einem Federelement73 ausgebildet ist. Zwischen den Laufbahnen69 und70 sind als Wälzkörper mehrere Kugeln77 angeordnet. - Das Federelement
73 ist an dem Lagerschild66 entweder befestigt oder zumindest axial abgestützt. Über das federnd nachgiebige Federelement73 ist die Wälzlageranordnung axial zwischen dem Lagerschild66 und der Zwischenwand68 vorgespannt. Die Laufbahnen69 ,70 ,71 und72 verlaufen entweder vollumfänglich als Kreisbahnen oder sind Kreisbogensegmentbahnen, deren Bogenwinkel dem maximalen Schwenkwinkel der Schaltwalze22 entspricht. In zuletzt genannter Anordnung sind umfangsseitig mindestens zwei der gleichen Kreisbogensegmentbahnen angeordnet. Außerdem sind die Laufbahnen69 ,70 ,71 und72 als Kugelrillen/Laufrille ausgebildet, die im Längsschnitt betrachtet eine den Kugeln77 angepasste Mulde bilden. - Die Laufbahnen
69 und70 sind radial zu den Laufbahnen71 und72 versetzt. Die die eine Laufbahn69 ist an der einen axial gerichteten Stirnfläche74 des Flansches10 ausgebildet ist und die andere Laufbahn71 ist an einer entgegengesetzt zu der Stirnfläche74 ausgerichteten Stirnfläche75 des Flansches10 ausgebildet. Durch eine radial zwischen den Laufbahnen69 ausgeführte Kröpfung76 im Flansch10 und die im Längsschnitt muldenförmige Ausformung der Laufrillen berühren die Kugelrillen an ihrer axial tiefsten Stelle eine gemeinsame gedachte Radialebene78 , welche axial von der Rotationsachse18' senkrecht durchstoßen ist, und welche dementsprechend beide Laufbahnen71 und72 im Rillengrund schneidet. Die Wälzlageranordnung benötigt dadurch weniger axialen Bauraum. - Die
4 und5 zeigen eine Schalteinrichtung56 im Wesentlichen der mit2 und3 beschriebenen Schalteinrichtung56 entspricht, deren Aktuatoranordnung79 , jedoch mit Modifikationen des Antriebs23 und der getrieblichen Verbindung24 ausgestattet ist. Der Elektromotor90 der Aktuatoranordnung79 weist eine Schwenkwelle81 auf, an der ein Ritzel82 ausgebildet ist. Das Ritzel82 steht im Zahneingriff mit einem Umkehrzahnrad83 , welches mit einer Nabe85 drehbar auf einer Zwischenwelle84 gelagert ist. Die Zwischenwelle84 ist an einer Zwischenwand85 fest. - Bezugszeichenliste
-
1 Antriebseinheit 53 Ritzel 2 Nabe 54 Zahnsegment 3 Welle 55 Schaltgetriebe 4 Kupplungsverzahnung 56 Schalte in richtung 5 Kupplungsverzahnung 57 getriebliche Verbindung 6 Aktuatoranordnung 58 Kupplungseinrichtung 7 Gegenverzahnung 59 Planetentrieb 8 Gegenverzahnung 60 Wälzlager 9 hohlzylindrischer Abschnitt 61 Sonnenrad 10 Flansch 62 Wälzlager 11 äußerer Lagerring 63 Umgebungskonstruktion 12 Wälzlager 64 Hohlrad 13 Wälzkörper 65 Anschlusswelle 14 innerer Lagerring 66 Lagerschild 15 Rastelement 67 Anschlusswelle 16 Kupplungskörper 68 Zwischenwand 17 Kupplungskörper 69 Laufbahn 18 Hauptachse 70 Laufbahn 19 elektrische Maschine 71 Laufbahn 20 Vertiefung 72 Laufbahn 21 Gegenreibfläche 73 Federelement 22 Schaltwalze 74 Stirnfläche 23 Antrieb der Schaltwalze 75 Stirnfläche 24 getriebliche Verbindung 76 Kröpfung 25 Reibkörper 77 Kugeln 26 Kupplungselement 78 Radialebene 27 Abtriebswelle 79 Aktuatoranordnung 28 Kupplungselement 80 Elektromotor 29 Rotorwelle 81 Schwenkwelle 30 Kupplungselement 82 Ritzel 39 Gehäuse 83 Umkehrzahnrad 40 Stator 84 Zwischenwelle 41 Führungsbahn 85 Zwischenwand 42 Führungselement 86-89 - 43 Reibkörper 90 Elektromotor 44 Reibfläche 91-96 - 45 Reibfläche 97 Schaltmuffe 46 Gegenreibfläche 47 Zwischenwelle 48 Zahnradstufe 49 Zahnradstufe 50 Ritzel 51 Schwenkwelle 52 Stirnrad
Claims (10)
- Schalteinrichtung (56) mit einer Schaltwalze (22), wobei die Schaltwalze (22) einen hohlzylindrischen Abschnitt (9) mit zumindest einer Führungsbahn (41) aufweist und um eine axial ausgerichtete Rotationsachse (18') der Schalteinrichtung (56) zumindest schwenkbar gelagert ist, und wobei ein mit einer Kupplungseinrichtung (58) wirkverbundenes Führungselement (42) in die Führungsbahn (41) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze (22) wenigstens einen radial über die Schaltwalze (22) hinaus stehenden Flansch (10) aufweist, mit dem die Schaltwalze (22) um die Rotationsachse (18') zumindest schwenkbar an einer Umgebungskonstruktion (63) gelagert ist.
- Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) wenigstens eine in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (18') ausgerichtete Laufbahn (69, 71) für Wälzkörper (77) aufweist. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) wenigstens eine in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (18') gerichtete axiale Rille für die wenigstens eine Laufbahn (69, 71) aufweist. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) wenigstens zwei der Laufbahnen (69, 71) aufweist. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (69, 71) radial zueinander versetzt sind. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die eine Laufbahn (69) der wenigstens zwei Laufbahnen (69, 71) an einer axial gerichteten Stirnfläche (74) des Flansches (10) ausgebildet ist und die weitere Laufbahn (71) der wenigstens zwei Laufbahnen (69, 71) an einer entgegengesetzt zu der Stirnfläche (74) ausgerichteten Fläche (75) des Flansches (10). - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Rotationsachse (18') senkrecht durchstoßene gedachte für beide Laufbahnen (69, 71) gemeinsame Radialebene (78) die zwei Laufbahnen (69, 71) schneidet. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (58) zumindest teilweise in die Schaltwalze (22) integriert ist - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der hohlzylindrische Abschnitt (9) der Schaltwalze (22) zumindest einen Abschnitt der Kupplungseinrichtung (58) umfangsseitig um die Rotationsachse (18') umgibt, wobei die Schaltwalze (22) über wenigstens das Führungselement (42) mit der Kupplungseinrichtung (58) wirkverbunden und die Führungsbahn (41) relativ zu dem Führungselement (42) um die Rotationsachse (18') zumindest verschwenkbar ist. - Schalteinrichtung (56) nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (42) an einer Schaltmuffe (97) der Kupplungseinrichtung (58) angreift, und dass die Kupplungseinrichtung (58) wenigstens einen Kupplungskörper (16, 17) mit einer Kupplungsverzahnung (4, 5) aufweist, welche mit einer Gegenverzahnung (7, 8) (7 8) an der Schaltmuffe (97) korrespondiert, wobei die Schaltmuffe (97) mit der Gegenverzahnung (7, 8) axial in die Kupplungsverzahnung (4, 5) bewegbar ist.
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