Titel

Koppelvorrichtung zur An- und/oder Abkopplung eines Zahnrades an eine bzw. von einer Welle, ein Getriebe mit einer entsprechenden Koppelvorrichtung und eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Getriebe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung zur An- und/oder Abkopplung eines Zahnrades an eine bzw. von einer Welle, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Getriebe mit Merkmalen des Anspruchs 8 und eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit Merkmalen des Anspruchs 9.

Schaltgabeln mit zugehöriger Mechanik finden Anwendung in Handschaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben.

So offenbart beispielsweise DE 10 2007 024 364 A1 eine Schalteinrichtung eines mehrstufigen Fahrzeuggetriebes, wobei im Getriebe ein um eine Drehachse drehbar gelagerter Grundträger angeordnet ist, in dem vier Hubmagnete eingebracht sind, denen jeweils ein Mitnahmefinger zugeordnet ist. Wirkt ein Hubmagnet auf den ihm zugeordneten Mitnahmefinger, wird dieser weggedrückt, so dass der Mitnahmefinger in eine Schaltschiene eingreift, dadurch ist eine Verbindung zwischen dem Grundträger und der Schaltschiene hergestellt.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Koppelvorrichtung zur An- und/oder Abkopplung eines Zahnrades an eine bzw. von einer Welle mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und eine elektrische Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Erfindungsgemäß wird eine Koppelvorrichtung zur An- und/oder Abkopplung eines Zahnrades an eine bzw. von einer Welle vorgeschlagen, wobei die Koppelvorrichtung eine axial entlang der Welle verschiebbare Schaltmuffe und eine Schaltgabel aufweist. Durch Verschieben der Schaltmuffe kann das Zahnrad an die Welle angekoppelt und/oder von der Welle abgekoppelt werden. Die Schaltgabel ist mit der Schaltmuffe gekoppelt, so dass durch einen Antrieb der Schaltgabel die Schaltmuffe entlang der Welle verschoben werden kann. Ein elektromagnetischer Aktuator ist vorgesehen, der mit der Schaltgabel gekoppelt ist, so dass die Schaltgabel durch den elektromagnetischen Aktuator angetrieben werden kann.

Vorliegend ist mit Ankoppeln des Zahnrads an die Welle gemeint, dass das Zahnrad und die Welle nach der Ankopplung drehfest miteinander verbunden werden. Entsprechend ist mit Abkoppeln des Zahnrads von der Welle gemeint, dass das Zahnrad und die Welle nach der Abkopplung relativ zueinander drehbar sind.

Eine Verschiebung/Bewegung/Anordnung axial entlang der Welle bzw. axial zur Welle ist vorliegend in Bezug auf die Längsrichtung der Welle gemeint. So ist beispielsweise mit einer Verschiebung axial entlang der Welle, eine Verschiebung entlang der Längsrichtung der Welle gemeint.

Das Zahnrad kann einen Kupplungskörper mit Zähnen aufweisen. Die Schaltmuffe kann eine Innenverzahnung (innenverzahnter Ring) aufweisen oder mit einer Innenverzahnung gekoppelt sein, wobei die Innenverzahnung mit den Zähnen am Kupplungskörper korrespondiert. Die Schaltmuffe und der Kupplungskörper können Bestandteile einer Klauenkupplung sein bzw. eine Klauenkupplung bilden. Die Klauenkupplung kann weitere Elemente aufweisen, beispielsweise einen Synchronring und/oder eine Führungsmuffe.

Gemäß einer Weiterbildung kann die die Koppelvorrichtung eine Führungsstange aufweisen. Diese kann parallel zur Welle angeordnet sein und durch den elektromagnetischen Aktor zur Welle (z. B. axial zur Welle, also entlang ihrer Längsachse) verschiebbar ausgebildet sein (Aktor treibt Führungsstange an). Die Schaltgabel kann an der Führungsstange befestigt sein, so dass durch Verschieben der Führungsstange die Schaltmuffe axial entlang der Welle verschoben werden kann. Dies trägt zu einem konstruktiv einfachen und stabilen Antrieb bei.

Gemäß einer Weiterbildung kann der elektromagnetische Aktor derart ausgebildet sein, dass zum Ankoppeln des Zahnrads an die Welle durch Bestromen des elektromagnetischen Aktors ein Verschieben der Schaltgabel und der Schaltmuffe in eine Ankoppelrichtung erreicht wird. Mit anderen Worten, die Schaltgabel und die Schaltmuffe können mittels des durch Bestromen aktivierten elektromagnetischen Aktors axial entlang der Welle, in Richtung zum Zahnrad hin, verschoben werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Koppelvorrichtung eine Rückstelleinrichtung aufweisen. Diese kann in Form einer Rückstellfeder ausgebildet sein. Die Rückstelleinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass zum Abkoppeln des Zahnrads von der Welle die Rückstelleinrichtung die Schaltgabel und die Schaltmuffe in eine Abkoppelrichtung verschiebt. Mit anderen Worten, kann die Schaltgabel und die Schaltmuffe mittels der Rückstelleinrichtung axial entlang der Welle, in Richtung vom Zahnrad weg, verschoben werden. Vor oder während des Abkoppelns kann die Bestromung des elektromagnetischen Aktors beendet werden. Die aktiven Bewegungen der Rückstelleinrichtung und des elektromagnetischen Aktors können einander entgegengerichtet sein. Die Rückstelleinrichtung ist insbesondere separat zum elektromagnetischen Aktor ausgebildet und/oder separat von diesem angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung kann der elektromagnetische Aktor einen Anschlag aufweisen, der die maximale Bewegung des elektromagnetischen Aktors derart beschränkt, dass zum Ankoppeln des Zahnrads an die Welle die Schaltmuffe mittels des elektromagnetischen Aktors in eine axiale Maximalposition bewegt werden kann. Damit ist eine Position entlang der Welle gemeint. In der Maximalposition kann die Schaltmuffe die Zähne eines mit dem Zahnrad gekoppelten Kupplungskörpers kontaktieren. Die Maximalposition kann von einer Endposition verschieden sein. Mit einer Endposition ist eine endgültige axiale Position (also eine Position entlang der Welle) gemeint. Die Schaltmuffe kann sich nach dem Ankoppeln des Zahnrads an die Welle in der Endposition befinden. Der Kupplungskörper kann separat zum Zahnrad oder einstückig am Zahnrad ausgebildet sein. Der Anschlag kann in den elektromagnetischen Aktor integriert sein (interner Anschlag).

Gemäß einer Weiterbildung können die Zähne des Kupplungskörpers und eine Innenverzahnung (bzw. ein innenverzahnter Ring) der Schaltmuffe derart angewinkelt ausgebildet sein, dass die Schaltmuffe sich aus ihrer Maximalposition in ihre Endposition aufgrund unterschiedlicher Drehzahlen zwischen der Schaltmuffe und des Kupplungskörpers bewegt. Insbesondere beim bzw. vor dem Ankoppeln des Zahnrads an die Welle weisen die Welle und das Zahnrad unterschiedliche Drehzahlen auf (da diese nicht drehfest miteinander verbunden sind). Während des Ankoppelns können die unterschiedlichen Drehzahlen, beispielsweise mit Hilfe eines Synchronrings, synchronisiert werden. Hierdurch kann eine Minimierung/Vermeidung von Reibungsverlusten zwischen Schaltgabel und Schaltmuffe im angekoppelten Zustand erreicht werden.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Koppelvorrichtung eine Gleitbuchse aufweisen. In der Gleitbuchse kann die Führungsstange am vom elektromagnetischen Aktor abgewandten Ende geführt sein. Dadurch kann die Führungsstange auf eine Bewegung parallel zur Welle (also axial zur Welle) eingeschränkt werden. Hierdurch lässt sich eine optimierte Führung der Führungsstange realisieren.

Erfindungsgemäß wird ein Getriebe, insbesondere für eine elektrische Antriebsanordnung, mit einer Koppelvorrichtung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Das Getriebe kann ein Zahnrad, einer Welle und/oder einen mit dem Zahnrad gekoppelten Kupplungskörper aufweisen. Bei dem Getriebe kann es sich bspw. um ein Getriebe für eine elektrische Achse ("e-Achse") eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs handeln.

Hinsichtlich der mit dem Getriebe erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Koppelvorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Getriebes können die im Zusammenhang mit der Koppelvorrichtung beschriebenen Maßnahmen dienen. Erfindungsgemäß wird eine elektrische Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug oder ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Die elektrische Antriebsanordnung kann zudem einen Elektromotor aufweisen, der mit dem Getriebe gekoppelt ist, so dass der Elektromotor das Getriebe antreiben kann. Die elektrische Antriebsanordnung kann als eine elektrische Achse ("e-Achse") ausgebildet sein.

Hinsichtlich der mit der elektrischen Antriebsanordnung erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Getriebe bzw. zur Koppelvorrichtung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der elektrischen Antriebsanordnung können die im Zusammenhang mit dem Getriebe bzw. der Koppelvorrichtung beschriebenen Maßnahmen dienen.

Nachfolgend wird eine mögliche Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Koppelvorrichtung.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer Koppelvorrichtung 10. Die Koppelvorrichtung 10 dient zur An- und/oder Abkopplung eines Zahnrades 12 an eine bzw. von einer Welle 14 (in Fig.1 ist der abgekoppelte Zustand gezeigt). Hierzu weist die Koppelvorrichtung 10 eine axial entlang der Welle 14 verschiebbare Schaltmuffe 18 und eine Schaltgabel 20 auf. Die Schaltmuffe 18 und die Schaltgabel 20 sind miteinander derart gekoppelt, dass durch ein Verschieben der Schaltgabel 20 die Schaltmuffe 18 entlang der Welle 14 verschoben werden kann.

Die Koppelvorrichtung 10, das Zahnrad 12 sowie die Welle 14 sind vorliegend als Teil eines Getriebes ausgeführt. Die Welle 14 ist vorliegend mittels zweier Wälzlager 22 gelagert innerhalb eines Getriebegehäuses des Getriebes angeordnet. Die Wälzlager 22 sind dabei in das Getriebegehäuse gefügt. Dies ist in Figur 1 durch schraffierte Flächen angedeutet. Auf der Welle 14 kann ein weiteres Zahnrad bzw. Ritzel 21 angeordnet sein, welches bspw. drehfest mit der Welle 14 gekoppelt sein kann. Die Schaltgabel 20 ist vorliegend fest mit einer Führungsstange 26 verbunden. Mit anderen Worten, eine Verschiebung der Führungsstange 26 bewirkt eine entsprechende Verschiebung der Schaltgabel 20. Die Führungsstange 26 ist parallel zur Welle 14 angeordnet. Die Führungsstange 26 kann durch einen elektromagnetischen Aktor 24 axial verschoben werden. Durch das Verschieben der Führungsstange 26 wird die Schaltgabel 20 und die Schaltmuffe 18 axial entlang der Welle 14 verschoben.

Zum Ankoppeln des Zahnrads 12 an die Welle 14 wird der elektromagnetische Aktor 24 bestromt, so dass sich die Führungsstange 26, die Schaltgabel 20 und die Schaltmuffe 18 in eine Ankoppelrichtung 28 bewegt werden.

Die Führungsstange 26 ist mit ihrem dem elektromagnetischen Aktor 24 abgewandtem Ende in einer Gleitbuchse 34 aufgenommen. Die Führungsstange 26 wird durch die Gleitbuchse 34 geführt, so dass die Bewegung der Führungsstange 26 auf eine Bewegung parallel zur Welle beschränkt wird.

Analog zu den Wälzlagern 22 kann die Gleitbuchse 34 in dem Getriebegehäuse des Getriebes angeordnet sein. Dies ist in Figur 1 ebenfalls durch schraffierte Flächen angedeutet.

Die Koppelvorrichtung 10 weist eine Rückstelleinrichtung 16 auf, die vorliegend als Rückstellfeder 17 ausgebildet ist. Die Rückstellfeder 17 ist hier beispielhaft axial entlang der Führungsstange 26 zwischen der Gleitbuchse 34 und der Schaltgabel 20 angeordnet. Andere Anordnungen der Rückstellfeder 17 sind ebenfalls denkbar.

Durch eine Bewegung der Schaltgabel 20 in die Ankoppelrichtung 28, wird die Rückstellfeder 17 zwischen der Gleitbuchse 34 und der Schaltgabel 20 zusammengedrückt. Die Rückstellkraft der Rückstellfeder 17 ist in eine Abkoppelrichtung 30 gerichtet. Mit anderen Worten, die Rückstellkraft der Rückstellfeder 17 wirkt der durch den elektromagnetischen Aktor 24 erzeugten Bewegung (Ankoppelrichtung 28) entgegen.

Zum Abkoppeln des Zahnrads 12 von der Welle 14 wird die Bestromung des elektromagnetische Aktors 24 beendet. Die Rückstellfeder 17 drückt die Schaltgabel 20, die Führungsstange 26 und die Schaltmuffe 18 in die Abkoppelrichtung 30.

Der elektromagnetische Aktor 24 kann einen Anschlag (nicht dargestellt) aufweisen, der die maximale Bewegung des elektromagnetischen Aktors 24 derart beschränkt, dass zum Ankoppeln des Zahnrads 12 an die Welle 14 die Schaltmuffe 18 mittels des elektromagnetischen Aktors 24 in eine axiale Maximalposition bewegt werden kann, in der die Schaltmuffe 18 die Zähne 32 eines mit dem Zahnrad 12 gekoppelten Kupplungskörpers 31 kontaktiert, die jedoch nicht einer Endposition entspricht, in der die Schaltmuffe 18 sich nach dem Ankoppeln des Zahnrads 12 an die Welle 14 befindet.

Die Zähne 32 des Kupplungskörpers 31 sind vorliegend angewinkelt ausgebildet. Durch die angewinkelte Verzahnung kann die Schaltmuffe 18 sich aus ihrer Maximalposition in ihre Endposition aufgrund unterschiedlicher Drehzahlen zwischen der Schaltmuffe 18 und des Kupplungskörpers 31 bewegen. Die Schaltmuffe 18 bewegt sich somit automatisch aus ihrer Maximalposition in ihre Endposition.