DE102023200743B3

DE102023200743B3 - Betätigungsanordnung für ein Getriebe und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102023200743B3
Application number: DE102023200743.6A
Authority: DE
Inventors: Hagen Doepfert; Michel Wiemer; Thomas Riedisser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-01-31
Filing date: 2023-01-31
Publication date: 2024-06-20
Anticipated expiration: 2043-02-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Betätigungsanordnung für ein Getriebe. Die Betätigungsanordnung weist wenigstens eine Schaltwalze (10) und eine verschwenkbar gelagerte Klinke (14) auf. Die Schaltwalze (10) ist dazu ausgebildet, durch Rotation die Klinke (14) aus einem Eingriff mit einem Schaltelementteil (16) zu drücken, um ein Schaltelement des Getriebes zu betätigen. Die Betätigungsanordnung weist wenigstens ein Mittel zur Reibkraftreduzierung beim Betätigen des Schaltelements auf. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsanordnung für ein Getriebe. Zudem bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrzeug.
Viele Getriebe werden mit Schaltwalzen geschaltet. Durch ein Rotieren der Schaltwalze werden unterschiedliche Schaltelemente beispielsweise zentral geschaltet, um einen gewünschten Gang bereitzustellen. Beispielsweise werden je nach rotatorischer Position der Schaltwalze unterschiedliche Drehelemente von Planetenradsätzen des Getriebes drehfest miteinander verbunden. Durch die Drehbewegung kann ein Eingriff einer Klinke mit einem Schaltelementteil gelöst werden. Aufgrund des anliegenden Antriebsmoments kann sich dabei jedoch ein hohes Moment ergeben, welches an dem Eingriff der Klinke abgestützt wird. Dadurch kann beim Lösen ein großes Betätigungsmoment zum Rotieren der Schaltwalze und damit Gangwechsel in dem Getriebe notwendig sein. Je nach gewähltem Gang kann sich noch eine weitere Erhöhung des Betätigungsmoments ergeben. Dieses Betätigungsmoment kann für den Bediener unangenehm sein und zu Fehlbedienung führen oder einen Gangwechsel allgemein behindern. Sofern die Schaltwalze durch einen Servo gedreht wird, kann dieser zum Bereitstellen einer ausreichenden Leistung groß und teuer sein. Der Servo muss dabei für die höchste Belastung ausgelegt werden, um ein zuverlässiges Schalten zu ermöglichen.
Die DE10 2022 201 482 B3 beschreibt ein Tretlagergetriebe für ein Mikromobilitätsfahrzeug.
Die DE 10 2019 220 043 A1 und die DE 10 2019 220 044 A1 beschreiben ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements.
Die DE 20 2014 101 968 U1 beschreibt eine Schaltvorrichtung und Schaltklinke für eine Schaltvorrichtung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Betätigungsanordnung für ein Getriebe. Ein Getriebe kann eine Vorrichtung sein, welche ein Antriebsmoment von einem Antrieb an einen Abtrieb überträgt. Das Getriebe kann beispielsweise das Antriebsmoment von einem Motor an einen Reifen eines Fahrzeugs übertragen. Das Getriebe kann dazu ausgebildet sein, schaltbar unterschiedliche Gänge für die Drehmomentübertragung bereitzustellen. Das Getriebe kann dafür beispielsweise jeweilige Stirnradstufen und alternativ oder zusätzlich jeweilige Planetenradsätze aufweisen. Das Getriebe kann beispielsweise als Getriebe eines Fahrrads ausgebildet sein. Das Getriebe kann entsprechend beispielsweise als Nabengetriebe oder Tretlagergetriebe ausgebildet sein. Ein Gang kann beispielsweise eine feste Übersetzung zwischen einem Eingang und einem Ausgang des Getriebes bereitstellen.
Die Betätigungsanordnung weist eine Schaltwalze auf. Die Schaltwalze kann ein Bauteil sein, durch dessen Betätigung ein Gangwechsel des Getriebes bewirkt wird. Beispielsweise kann die Schaltwalze rotiert werden, um unterschiedliche Schaltelemente zu betätigen. Durch die Schaltwalze können beispielsweise zentral durch eine einzige Betätigung die Gänge des Getriebes in Reihe durchgeschaltet werden.
Die Betätigungsanordnung weist eine verschwenkbar gelagerte Klinke auf. Die Klinke kann beispielsweise an einem Gehäuse des Getriebes verschwenkbar gelagert sein, beispielsweise mittels eines Bolzens. Die Betätigungsanordnung kann auch mehrere Klinken aufweisen, welche zusammen an dem Bolzen oder auch separat gelagert sein können. Die Schaltwalze ist dazu ausgebildet, durch Rotation die Klinke aus einem Eingriff mit einem Schaltelementteil zu drücken, um ein Schaltelement des Getriebes zu betätigen. Dadurch kann ein Gangwechsel erfolgen. In bestimmten Positionen der Schaltwalze kann die Klinke in Eingriff mit dem Schaltelementteil gelangen. Dazu kann die Klinke beispielsweise in Richtung des Schaltelementteils mit einer Feder vorgespannt sein. Die Schaltwalze kann dazu ausgebildet sein, durch Rotation gangabhängig eine Klinke aus einem Eingriff mit einem Schaltelementteil zu drücken, um das Schaltelement des Getriebes zu betätigen. Gangabhängig kann sich auch auf einen derzeitigen Gang, einen Gangwechsel oder auch einen Gang beziehen, der eingelegt wird.
Ein Schaltelement des Getriebes kann beispielsweise zwei Elemente des Getriebes, wie Drehelemente eines Planetenradsatzes oder Wellen einer Stirnradstufe, miteinander drehfest verbinden. Beispielsweise kann durch eine Betätigung eines Schaltelements das Schaltelement zwischen einem offenen und geschlossenen Zustand verstellt werden. In dem offenen Zustand kann das Schaltelement beispielsweise kein Drehmoment übertragen. In dem geschlossenen Zustand kann das Schaltelement beispielsweise ein Drehmoment übertragen. Ein Schaltelement kann beispielsweise als formschlüssige oder reibschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Ein Schaltelement kann als Bremse fungieren, mittels welchem ein bewegliches Teil des Getriebes festsetzbar ist.
Das Schaltelementteil kann beispielsweise als eine Hälfte einer Kupplung des Schaltelements ausgebildet sein. Das Schaltelementteil kann beispielsweise wenigstens in bestimmten Gängen des Getriebes bei Anliegen eines Antriebsmoments rotieren. Das Schaltelementteil kann sich beispielsweise wenigstens in bestimmten Gängen an der Klinke abstützen und so an einer Rotation gehindert sein. Die Klinke kann als bewegliches Teil ausgebildet sein, welches durch Einwirken der Schaltwalze verschwenkt wird. Dazu kann ein Ende der Klinke mit der Schaltwalze kontaktiert sein. Ein anderes Ende der Klinke kann dazu ausgebildet sein, mit dem Schaltelementteil einzugreifen. Beispielsweise kann die Klinke in einem Gang mit einer Außenverzahnung des Schaltelementteils in Eingriff stehen, aus welchem die Klinke durch die Schaltwalze zum Wechseln in einen anderen Gang gedrückt werden kann. Das Schaltelementteil weist beispielsweise an seinem Außenumfang eine Verzahnung für den Eingriff mit der Klinke auf. Das Schaltelementteil kann beispielsweise als Bremsring ausgebildet sein.
Die Schaltwalze weist beispielsweise einen Walzenkörper auf. Der Walzenkörper kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Der Walzenkörper kann beispielsweise eine zylindrische Grundform aufweisen.
Die Schaltwalze kann jeweilige Betätigungsbereiche zum Drücken der Klinke aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil aufweisen. Ein Betätigungsbereich kann beispielsweise von einem in Umfangsrichtung benachbarten Bereich des Walzenkörpers vorstehen. Ein Betätigungsbereich kann beispielsweise durch eine Seite einer Nocke des Walzenkörpers gebildet sein. Durch Rotation der Schaltwalze kann beispielsweise ein Betätigungsbereich gegen die Klinke drücken und diese so aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil lösen. Je nach Winkelstellung der Schaltwalze kann dann die Klinke aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil gedrückt werden. Bestimmte rotatorische Winkelpositionen der Schaltwalze können jeweils zu einem Gang des Getriebes entsprechen. Beispielsweise kann sowohl in einem ersten als auch einem zweiten Gang der Eingriff der Klinke mit dem Schaltelementteil aufgehoben sein. In weiteren Gängen, beispielsweise einem dritten Gang, kann sich die Klinke dagegen in Eingriff mit dem Schaltelementteil befinden.
Die Betätigungsanordnung weist wenigstens ein Mittel zur Reibkraftreduzierung beim Betätigen des Schaltelements auf. Das Mittel kann eine konstruktive Gestaltung der Betätigungsanordnung betreffen. Das Mittel kann eine mechanische Gestaltung der Betätigungsanordnung sein. Eine Reibkraft kann durch eine Relativbewegung von zwei Teilen der Betätigungsanordnung bei der Rotation der Schaltwalze bzw. einem Gangwechsel oder einem Betätigen des Schaltelements hervorgerufen werden und einer Betätigungskraft entgegenwirken. Beispielsweise kann ein Abgleiten der Schaltwalze an dem der Schaltwalze zugewandten Ende der Klinke eine solche entgegenwirkende Reibkraft verursachen. Diese Reibkraft kann durch das Mittel zur Reibkraftreduzierung gegenüber Betätigungsanordnungen ohne ein solches Mittel reduziert sein. Dadurch kann eine Betätigungskraft und auch ein Betätigungsmoment zum Betätigen des Schaltelements besonders gering sein. Das Mittel zur Reibkraftreduzierung kann eine reibkoeffizientenreduzierende Maßnahme zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Teilen der Betätigungsanordnung sein.
Die Schaltwalze kann dazu ausgebildet sein, mehrere Klinken zu betätigen. Die Klinken können axial nebeneinander angeordnet sein. Beispielsweise kann pro Klinke ein Axialbereich der Schaltwalzen mit jeweils der entsprechenden Klinke zugeordneten Betätigungsbereichen vorgesehen sein. Dadurch können mehrere Schaltelemente für einen Gangwechsel betätigt werden. Beispielsweise kann das Getriebe zwei Schaltelemente mit jeweils einer zugeordneten Klinke aufweisen. Die Klinken können so gemeinsam durch die Schaltwalze gangabhängig aus einem Eingriff mit einem zugeordneten Schaltelementteil gebracht werden.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass das Mittel zur Reibkraftreduzierung wenigstens eine Lagerung eines beweglichen Teils der Betätigungsanordnung mittels eines Wälzlagers ist. Mit dem Wälzlager kann dieses bewegliche Teil an einem stationären oder anderen beweglichen Teil der Betätigungsanordnung gelagert sein. Bewegliche Teile der Betätigungsanordnung können beispielsweise die Klinke, die Schaltwalze und der Bolzen sein. Unbewegliche Teile der Betätigungsanordnung können beispielsweise das Gehäuse und der Bolzen sein. Ein Wälzlager ist besonders geeignet als Mittel zur Reibkraftreduzierung, da Betätigungsgeschwindigkeiten gering sein können bzw. sich die beweglichen Teile mit geringer Geschwindigkeit bewegen. Die Reibung bei Wälzlagern ist im Vergleich zu Gleitlagern relativ geschwindigkeitsunabhängig. Zudem hat ein Wälzlager auch bei geringen Relativgeschwindigkeiten eine geringe Reibung. Ein Wälzlager kann einen Innenring, einen Außenring und dazwischen befindliche Wälzkörper aufweisen, welche bei einer Relativbewegung von Außenring und Innenring rollen. Beispielsweise können die Wälzkörper als Kugeln oder Zylinder ausgebildet sein. Das Wälzlager kann beispielsweise als einreihiges oder zweireihiges Kugellager ausgebildet sein. Das Wälzlager kann beispielsweise als Zylinderrollenlager oder Nadellager ausgebildet sein. Zusätzlich kann ein Käfig für die Wälzkörper vorgesehen sein. Die Betätigungsanordnung kann mehrere Wälzlager als Mittel zur Reibkraftreduzierung aufweisen.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Schaltwalze mittels eines Wälzlagers als Mittel zur Reibkraftreduzierung gelagert ist. Dadurch kann direkt ein Betätigungsmoment zum Rotieren der Schaltwalze für alle Gänge und Winkelpositionen reduziert werden. Beispielsweise kann die Schaltwalze mittels des Wälzlagers an dem Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert sein. Das Gehäuse kann Teil der Betätigungsanordnung sein. Das Gehäuse kann beispielsweise einen Deckel und einen Gehäusekörper aufweisen und einen Innenraum ausbilden. In dem Innenraum des Gehäuses kann die Betätigungsanordnung und jeweilige Schaltelemente aufgenommen sein. Die Schaltwalze kann beispielsweise an jedem axialen Ende mit einem Wälzlager gelagert sein.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Klinke mittels eines Wälzlagers als Mittel zur Reibkraftreduzierung gelagert ist. Dadurch kann ein Moment zum Rotieren der Klinke besonders klein sein. Dadurch kann auch eine Feder zum Vorspannen der Klinke in Richtung des Schaltelementteils besonders klein dimensioniert werden. Beispielsweise kann die Klinke mittels des Wälzlagers an dem Bolzen drehbar gelagert sein. Der Bolzen kann beispielsweise an dem Gehäuse fixiert oder drehbar gelagert sein. Der Bolzen kann Teil der Betätigungsanordnung sein. Das Wälzlager kann unmittelbar an der Klinke befestigt sein, beispielsweise mit einem Innenring oder Außenring des Wälzlagers.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Klinke an einem Bolzen gelagert ist und der Bolzen mittels eines Wälzlagers als Mittel zur Reibkraftreduzierung drehbar gelagert ist. Beispielsweise kann der Bolzen mittels des Wälzlagers drehbar an dem Gehäuse gelagert sein. Die Klinke kann beispielsweise drehfest an dem Bolzen gelagert sein. Eine solche Bauweise kann kostengünstig sein, wenn an dem Bolzen nur eine Klinke drehfest gelagert ist. Der Bolzen kann Teil der Betätigungsanordnung sein.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Klinke an dem Bolzen drehbar gelagert ist. Dadurch können Betätigungskräfte nochmals geringer sein. Zudem können so an dem Bolzen mehrere Klinken befestigt sein und unabhängig voneinander verschwenkbar sein. Beispielsweise ist höchstens eine dieser Mehrzahl von Klinken drehfest mit dem Bolzen verbunden.
Beispielsweise kann die anderen Klinken, wie bereits beschrieben, mittels eines Wälzlagers an dem Bolzen drehbar gelagert sein.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Klinke an dem Bolzen drehfest gelagert ist. Sofern wenigstens zwei Klinken vorgesehen sind, kann eine Klinke drehfest und eine Klinke drehbar an dem Bolzen gelagert sein. Beispielsweise kann die Klinke durch eine Presspassung oder mittels eines Sicherungsstifts drehfest mit der Klinke verbunden sein. Durch die drehfeste Lagerung kann sich eine kostengünstige und einfache Bauweise bei nur einer Klinke, die an einem einzigen Bolzen gelagert ist, ergeben.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Klinke eine drehbare Rolle als Mittel zur Reibkraftreduzierung aufweist. Die drehbare Rolle kann an einem Betätigungsbereich der Schaltwalze zum Drücken der Klinke aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil abrollen, beispielsweise wenn die Schaltwalze rotiert wird. Dadurch kann eine Reibung zwischen Schaltwalze und Klinke besonders gering sein, wodurch auch Betätigungsmomente besonders gering sein können. Die Rolle kann beispielsweise an einem Endbereich der Klinke angeordnet sein, welche der Schaltwalze zugewandt ist. Ein entgegengesetzter Bereich der Klinke kann den Eingriffsbereich der Klinke mit dem Schaltelementteil bilden. Die Rolle kann mit der Schaltwalze kontaktiert angeordnet sein, beispielsweise mit der Außenumfangsfläche des Walzenkörpers. Die Rolle kann beispielsweise durch ein Wälzlager gelagert sein. Dadurch kann eine Reibung und damit Betätigungskraft nochmals geringer sein. Die Rolle kann auch durch das Wälzlager gebildet sein. Beispielsweise rollt ein Außenring des die Rolle bildenden Wälzlagers dann an der Schaltwalze ab. Dadurch werden besonders wenig Teile benötigt.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass das Mittel zur Reibkraftreduzierung wenigstens eine Reibflächenmaterialpaarung zwischen zwei miteinander wenigstens teilweise während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen eines ersten Teils und eines zweiten Teils der Betätigungsanordnung ist. Eine Reibflächenmaterialpaarung kann dem Material von einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche entsprechen, wobei die Oberflächen aneinander unter Verursachung einer Reibkraft abgleiten können. Die erste Oberfläche kann eine Oberfläche des ersten Teils sein und die zweite Oberfläche eine Oberfläche des zweiten Teils. Das Mittel kann dementsprechend die Materialwahl dieser Oberflächen betreffen. Die Oberfläche kann beispielsweise durch eine Beschichtung auf dem Teil gebildet sein. Die Oberfläche kann beispielsweise durch einen Werkstoff des Teils gebildet sein, aus welchem dessen Körper gebildet ist. Dieser Werkstoff kann neben dessen Auswahl auch durch eine Oberflächenbehandlung als Mittel zur Reibkraftreduzierung verändert werden, beispielsweise eine Oberflächenhärtung. Ein Paar von während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen kann beispielsweise durch die Schaltwalze als erstes Teil und die Klinke als zweites Teil gebildet sein. Ein Paar von während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen kann beispielsweise durch die Schaltwalze als erstes Teil und das Gehäuse als zweites Teil gebildet sein. Ein Paar von während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen kann beispielsweise durch das Gehäuse als erstes Teil und die Klinke als zweites Teil gebildet sein. Ein Paar von während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen kann beispielsweise durch den Bolzen als erstes Teil und die Klinke als zweites Teil gebildet sein. Ein Paar von während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen kann beispielsweise durch den Bolzen als erstes Teil und das Gehäuse als zweites Teil gebildet sein. Die entsprechenden Materialpaarungen können für eine Reibkraftminimierung ausgewählt und alternativ oder zusätzlich behandelt werden. Beispielsweise kann statt zwei Stahlwerkstoffen ein Stahlwerkstoff mit einem Aluminiumwerkstoff als Reibmaterialpaarung vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein Aluminiumwerkstoff für eine Reibungsminimierung hartanodisiert sein. Eine hartanodisierte Aluminium-Schaltwalze hat reibungstechnisch beispielsweise einen Vorteil gegenüber einer nicht anodisierten Aluminium-Schaltwalze, wenn es einen Gleitreibungskontakt zwischen Schaltwalze und Klinke gibt.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Reibflächenmaterialpaarung einem Werkstoff des ersten Teils und einem Werkstoff des zweiten Teils der Betätigungsanordnung entspricht, wobei im Betrieb des Getriebes in wenigstens das erste Teil keine durch das Getriebe übertragene Antriebskraft eingeleitet wird. Bei dem ersten Teil kommt es so zu geringen Belastungen, sodass dafür beispielsweise ein weicherer Werkstoff gewählt werden kann als bei einem zweiten Teil, in welches im Betrieb des Getriebes eine durch das Getriebe übertragene Antriebskraft eingeleitet wird. Die Antriebskraft kann beispielsweise einem durch den Motor übertragenen Drehmoment entsprechen. Beispielsweise wird an der Schaltwalze nur eine geringe Kraft abgestützt. Dagegen kann das Schaltelementteil und die Klinke beim Einlegen der Klinke in Eingriff mit dem Schaltelementteil mit der Antriebskraft beaufschlagt werden. Entsprechend sollte ein solches Teil nicht aus einem weichen Werkstoff gebildet sein. Ein das erste Teil bildender Werkstoff kann beispielsweise ein anderer als das zweite Teil bildender Werkstoff sein.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass für die Reibflächenmaterialpaarung eines der beiden Teile ein Grundmaterial und ein Oberflächenmaterial aufweist. Das Oberflächenmaterial kann wenigstens eine erste der während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen ausbilden. Das Oberflächenmaterial gibt somit den Reibkoeffizienten vor. Das Grundmaterial kann dagegen für den Reibkoeffizienten beim Abgleiten aneinander irrelevant sein. Das Oberflächenmaterial kann im Vergleich zu dem Grundmaterial einen geringeren Reibkoeffizienten mit einer zweiten der während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen haben. Dadurch kann die Reibung besonders gering sein. Zur Kosteneinsparung kann beispielsweise nur ein Teilbereich einer äußeren Oberfläche des Teils der Betätigungsanordnung durch das Oberflächenmaterial gebildet sein und eine restliche äußere Oberfläche durch das Grundmaterial. Die restliche äußere Oberfläche kann beispielsweise bei der Betätigung jeweiliger Schaltelemente nicht in Kontakt mit anderen relativ dazu beweglichen Oberflächen geraten.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Schaltwalze das Teil mit dem Grundmaterial und dem Oberflächenmaterial ist. Das Oberflächenmaterial kann in diesem Fall beispielsweise eine Kontaktfläche der Schaltwalze mit der Kline und alternativ oder zusätzlich dem Gehäuse ausbilden. Dadurch kann ein Drehmoment zum Rotieren der Schaltwalze besonders klein sein.
Beispielsweise kann die Schaltwalze ein Grundmaterial und ein Oberflächenmaterial aufweisen. Das Oberflächenmaterial und das Grundmaterial sind zueinander verschieden. Das Oberflächenmaterial kann wenigstens einen Betätigungsbereich ausbilden. Das Oberflächenmaterial kann im Vergleich zu dem Grundmaterial einen geringeren Reibkoeffizienten mit einem die Schaltwalze kontaktierenden Material der Klinke haben. Dadurch kann eine Betätigungskraft zum Auslegen der Klinke aufgrund einer reduzierten Reibung zwischen Klinke und Schaltwalze gesenkt werden. Das Oberflächenmaterial kann sich beispielsweise durch einen Werkstoff, eine Kristallstruktur und alternativ oder zusätzlich eine Dotierung von dem Grundmaterial unterscheiden. Beispielsweise kann das Oberflächenmaterial durch eine Beschichtung gebildet sein oder auch durch eine Oberflächenbehandlung des Grundmaterials. Durch die Kombination von Oberflächenmaterial und Grundmaterial kann als Grundmaterial ein kostengünstiges, leichtes und alternativ oder zusätzlich robustes Material unabhängig von dessen Reibung mit der Klinke gewählt werden, ohne dass sich eine erhöhte Betätigungskraft ergibt.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass ein Teilbereich der Oberfläche der Schaltwalze durch das Grundmaterial gebildet ist. Beispielsweise kann eine Stirnseite der Schaltwalze durch das Grundmaterial gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Bereich der Oberfläche des Walzenkörpers, wie ein Bereich der Umfangsfläche, welcher keinen Betätigungsbereich bildet, durch das Grundmaterial gebildet werden. So kann beispielsweise an Beschichtungsmaterial gespart werden oder eine Oberflächenbehandlung auf kleine Bereiche begrenzt werden.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Betätigungsanordnung ein Gehäuse des Getriebes aufweist. Das Gehäuse kann beispielsweise dem zuvor beschriebenen Gehäuse entsprechen. Das Gehäuse kann beispielsweise ein Gussbauteil oder Stahlbauteil sein. Das Gehäuse kann das Teil mit dem Grundmaterial und dem Oberflächenmaterial sein. Das Oberflächenmaterial kann beispielsweise eine Lagerung für den Bolzen und alternativ oder zusätzliche die Schaltwalze ausbilden.
In einer Ausführungsform der Betätigungsanordnung ist es vorgesehen, dass die Betätigungsanordnung das Schaltelementteil aufweist. Die Betätigungsanordnung kann auch das gesamte Schaltelement aufweisen. Die Betätigungsanordnung kann auch das Getriebe aufweisen. Das Getriebe und das Schaltelement können auch zu der Betätigungsanordnung verschiedene Komponenten sein. Das Schaltelement kann Teil des Getriebes sein.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Fahrzeug mit einem Getriebe, welches die Betätigungsanordnung gemäß dem ersten Aspekt aufweist. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des zweiten Aspekts Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des ersten Aspekts dar.
Ein Schaltelement des Getriebes ist mittels der Betätigungsanordnung betätigbar. Das Fahrzeug kann als Fahrrad, beispielsweise als E-Bike, Pedelec, Velomobil, Cargobike oder ähnliches, ausgebildet sein. Das Getriebe kann als Fahrradgetriebe ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Getriebe als Nabengetriebe oder Tretlagergetriebe ausgebildet sein. Das Schaltelement ist so mit besonders wenig Kraft betätigbar. Dies erleichtert die Benutzung. Gerade bei Fahrrädern werden Schaltelemente üblicherweise manuell betätigt, beispielsweise durch Rotation der Schaltwalze mittels eines Schalthebels über einen Schaltzug. Der Schalthebel kann somit klein ausfallen und die Betätigungskraft trotzdem gering sein. Auch bei einer Schaltung mittels Servo kann der Servo so klein und kostengünstig sein.

1 veranschaulicht schematisch eine Betätigungsanordnung für ein Getriebe mit einer Schaltwalze.

1 veranschaulicht eine Betätigungsanordnung für ein Fahrradgetriebe. Die Betätigungsanordnung weist eine Schaltwalze 10 mit einem Walzenkörper, eine Klinke 14 und ein als Bremsring ausgebildetes Schaltelementteil 16 auf. Die Klinke 14 ist verschwenkbar an einem Bolzen 18 gelagert und mittels eines Federelements 20 zu einem Eingriff mit dem Schaltelementteil 16 vorgespannt. Ein der Schaltwalze 10 abgewandter Endbereich 22 der Klinke 14 greift in eine Verzahnung des Schaltelementteils 16 ein, wenn die Schaltwalze 10 die Klinke 14 nicht von dem Schaltelementteil 16 weg und damit aus dem Eingriff herausdrückt.
Diese Betätigung der Klinke 14 erfolgt gangabhängig durch Rotation der Schaltwalze 10 um deren Längsachse, welche einer Mittelachse des Walzenkörpers entspricht und sich in die Bildebene hinein erstreckt. Der Walzenkörper weist auf seiner Außenumfangsfläche vier nockenartige Erhebungen 28 auf. Ein dem Endbereich 22 entgegengesetzter und der Schaltwalze 10 zugewandter Endbereich 24 gleitet bei Rotation der Schaltwalze 10 an der Außenumfangsfläche ab. Bei Erreichen der nockenartigen Erhebung wird die Klinke 14 durch eine Flanke 26 bei einer beispielhaften Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil 16 gedrückt.
Die nockenartigen Erhebungen 28 und die Flanken 26 sind bei der in 1 gezeigten Betätigungsanordnung alle gleich geformt. Die Schaltwalze 10 ist somit symmetrisch ausgebildet. Die Schaltwalze 10 muss zum Gangwechsel durch Lösen des Eingriffs der Klinke 14 mit dem Schaltelementteil 16 eine Reibkraft zwischen dem Endbereich 22 der Klinke 14 und der kontaktierten Zahnflanke des Schaltelementteils 16 überwinden. Dadurch ergibt sich ein entsprechendes Schaltmoment zum Rotieren der Schaltwalze 10. Hierdurch ergibt sich auch eine Reibkraft, welche die Klinke 14 im Eingriff mit dem Schaltelementteil 16 hält. Diese Reibkraft muss durch das Schaltmoment zum Gangwechsel überwunden werden. Zusätzlich muss das Schaltmoment alle anderen Reibkräfte zwischen zwei durch die Betätigung relativ zueinander bewegten Teile, welche miteinander kontaktiert sind, überwinden.
Bei der Betätigungsanordnung sind mehrere Mittel zur Reibkraftreduzierung beim Betätigen des Schaltelements durch Rotation der Schaltwalze 10 vorgesehen. Die Schaltwalze 10 ist mittels eines nicht dargestellten Wälzlagers an einem Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert. Der Endbereich 24 wird bei der Klinke 14 durch eine zusätzliche Rolle 52 gebildet, welche in dem gezeigten Beispiel als Wälzlager ausgebildet und an einem Zapfen der Klinke 14 gelagert ist. Mit der Rolle 52 rollt die Klinke 14 an der Außenumfangsfläche des Walzenkörpers der Schaltwalze 10 ab. Dazu ist ein Außenring des die Rolle 52 bildenden Wälzlagers mit der Außenumfangsfläche des Walzenkörpers der Schaltwalze 10 kontaktiert. Dadurch ist eine Reibung zwischen der Schaltwalze 10 und der Klinke 14 geringer als im Vergleich zu einer Betätigungsanordnung ohne eine solche Rolle 52. Dadurch wird ein Schaltmoment zum Gangwechsel bzw. ein Betätigungsmoment zum Rotieren der Schaltwalze 10 reduziert. Die Klinke 14 ist an dem Bolzen 18 mittels eines Wälzlagers gelagert. Der Bolzen 18 ist mittels eines Wälzlagers an dem Gehäuse des Getriebes gelagert.
Zudem ist die Aluminium-Schaltwalze 10 in dem Bereich, in welchem die Rolle 52 auf deren Wälzkörper abrollt, in einer Ausführungsform hartanodisiert. In einer alternativen Ausführungsform ist die Schaltwalze aus Stahl gebildet. Der Außenring der Rolle 52 ist aus Stahl ausgebildet. Die Schaltwalze 10 bildet als ein erstes Teil der Betätigungsanordnung eine erste Oberfläche aus. Der Außenring der Rolle 52 der Klinke 14 bildet als ein zweites Teil der Betätigungsanordnung eine zweite Oberfläche aus. Diese beiden Oberflächen sind während der Betätigung des Schaltelements miteinander kontaktiert und bewegen sich relativ zueinander. Durch die Mittel zur Reibkraftreduzierung ist die Reibung bei der Betätigung des Schaltelements und damit die Betätigungskraft besonders klein.
In einer weiteren Ausführungsform ist keine Rolle 52 vorgesehen. Stattdessen steht der Endbereich 24 der Klinke 13 direkt in einem Gleitreibungskontakt mit der Schaltwalze 10. Bei dieser Ausführungsform bewirkt die Hartanodisierung der aus Aluminium ausgeführten Schaltwalze 10 gegenüber einer Schaltwalze 10 ohne eine solche Hartanodisierung eine besonders stark verringerte Reibung zwischen Schaltwalze 10 und Klinke 14.
Bezugszeichen

10: Schaltwalze
14: Klinke
16: Schaltelementteil
18: Bolzen
20: Federelement
22: Endbereich
24: Endbereich
26: Flanke
28: Erhebungen
52: Rolle

Claims

Betätigungsanordnung für ein Getriebe, wobei die Betätigungsanordnung wenigstens eine Schaltwalze (10) und eine verschwenkbar gelagerte Klinke (14) aufweist, wobei die Schaltwalze (10) dazu ausgebildet ist, durch Rotation die Klinke (14) aus einem Eingriff mit einem Schaltelementteil (16) zu drücken, um ein Schaltelement des Getriebes zu betätigen, wobei die Betätigungsanordnung wenigstens ein Mittel zur Reibkraftreduzierung beim Betätigen des Schaltelements aufweist, wobei die Klinke (14) mittels eines Wälzlagers als Mittel zur Reibkraftreduzierung gelagert ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (14) an einem Bolzen (18) gelagert ist und der Bolzen (18) mittels eines Wälzlagers als Mittel zur Reibkraftreduzierung drehbar gelagert ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (14) an dem Bolzen (18) drehbar gelagert ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (14) an dem Bolzen (18) drehfest gelagert ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinke (14) eine drehbare Rolle (52) als Mittel zur Reibkraftreduzierung aufweist, welche an einem Betätigungsbereich der Schaltwalze (10) zum Drücken der Klinke (14) aus dem Eingriff mit dem Schaltelementteil (16) abrollt.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Reibkraftreduzierung wenigstens eine Reibflächenmaterialpaarung zwischen zwei miteinander wenigstens teilweise während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen eines ersten Teils und eines zweiten Teils der Betätigungsanordnung ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibflächenmaterialpaarung einem Werkstoff des ersten Teils und einem Werkstoff des zweiten Teils der Betätigungsanordnung entspricht, wobei im Betrieb des Getriebes wenigstens das erste Teil keine durch das Getriebe übertragene Antriebskraft eingeleitet wird.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Reibflächenmaterialpaarung eines der beiden Teile ein Grundmaterial und ein Oberflächenmaterial aufweist, wobei das Oberflächenmaterial wenigstens eine erste der während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen ausbildet und wobei das Oberflächenmaterial im Vergleich zu dem Grundmaterial einen geringeren Reibkoeffizienten mit einer zweiten der während der Betätigung des Schaltelements kontaktierten und relativ zueinander beweglichen Oberflächen hat.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze (10) das Teil mit dem Grundmaterial und dem Oberflächenmaterial ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsanordnung ein Gehäuse des Getriebes aufweist und das Gehäuse das Teil mit dem Grundmaterial und dem Oberflächenmaterial ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsanordnung das Schaltelementteil (16) aufweist.
Fahrzeug mit einem Getriebe, welches die Betätigungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei ein Schaltelement des Getriebes mittels der Betätigungsanordnung betätigbar ist.