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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe sowie ein mit einer solchen Betätigungsvorrichtung ausgestattetes kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe mit einem zweistufigen Zwischengetriebe mit einer ersten Schaltstufe und einer zweiten Schaltstufe, wobei die Betätigungsvorrichtung sowohl die Kupplung wie auch das zweistufige Zwischengetriebe betätigt.
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Stand der Technik
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Zweistufige Verteilergetriebe mit einer aktiven Kupplung verfügen typischerweise über ein Betätigungssystem, das einen „High-/Low-“ Gang und eine Kupplung betätigt. Das Betätigungssystem ist in den meisten Fällen elektromechanisch ausgebildet. Wenn das System im Fahrzeug aktiviert ist, beispielsweise durch ein Signal „Zündung an“, muss dieses Betätigungssystem initialisiert werden. Dies erfordert in der Regel einen zusätzlichen Drehpositionssensor, damit das elektromechanische Aktuatorsystem seine Nullposition genau kennt. Dies ist aus Gründen der Genauigkeit, aber auch der funktionalen Sicherheit notwendig. Das mechanische Betätigungssystem benötigt ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis, um hohe Kräfte für die Kupplungsbetätigung und den „High-/Low-“ Schaltbetrieb zu gewährleisten. Obwohl der Stellgliedmotor über einen internen Positionssensor verfügt, kann die absolute Nullposition nicht geschätzt werden.
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Die Druckschrift US 2015 / 0 006 042 A1 offenbart beispielsweise eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem Getriebe, wobei die Betätigungsvorrichtung einen Antrieb und zumindest eine direkt oder indirekt über den Antrieb drehbare Komponente aufweist. Die drehbare Komponente weist zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse und eine zweite Kulisse auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie jeweils zumindest einen überdrückbaren Anschlag für ein positionsfestes federbelastetes Element darstellen.
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Die Druckschrift US 2008 / 0 229 854 A1 offenbart beispielsweise ein Fahrzeuggetriebe umfassend eine erste und eine zweite Hauptwelle, die das Schalten der Kraftübertragung von einem Motor ermöglichen, eine Vorgelegewelle, die mit einem Antriebsrad verbunden ist und Getriebezüge mit einer Vielzahl von Schaltstufen, die jeweils zwischen der ersten und der zweiten Hauptwelle und der Vorgelegewelle vorgesehen sind. Weiterhin enthält das Fahrzeuggetriebe Schaltvorrichtungen, die das Einrücken und das Ausrücken einer Schaltstufe schalten.
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Das Dokument
DE 10 2017 205 396 A1 offenbart beispielsweise ein Verteilergetriebe zur Übertragung eines Antriebsmoments von einer Eingangswelle auf eine Primärachse und/oder eine Sekundärachse eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Verteilergetriebe erfolgt die Übertragung des Antriebsmoments mittels einer Reibungskupplung, über die in Abhängigkeit ihres Einrückzustands die Übertragung des Antriebsmoments von einer Eingangswelle auf eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle steuerbar ist, wobei insbesondere die Reibungskupplung in Abhängigkeit ihres Einrückzustands einen variablen Anteil des von der Eingangswelle auf eine der Primärachse zugeordnete erste Ausgangswelle übertragenen Antriebsmoments auf eine der Sekundärachse zugeordnete zweite Ausgangswelle überträgt, wobei der Einrückzustand der Reibungskupplung mittels einer rotatorisch angetriebenen Aktuatoreinheit steuerbar ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Einerseits ist es Aufgabe der Erfindung eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe anzugeben, die sich insbesondere durch einen reduzierten Kostenaufwand auszeichnet.
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Andererseits ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe anzugeben.
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Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 5 gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung dient der Betätigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe.
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Erfindungsgemäß weist die Betätigungsvorrichtung einen Elektromotor und zumindest eine direkt oder indirekt über den Elektromotor drehbare Komponente, namentlich als Schneckenrad, Kupplungsglocke sowie Schaltkulisse bezeichnet, auf.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind an dem Schneckenrad zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse und eine zweite Kulisse, angeordnet. Die zwei Kulissen sind erfindungsgemäß so ausgebildet und angeordnet, dass sie jeweils zumindest einen Anschlag für ein positionsfestes federbelastetes Element darstellen.
Das positionsfeste federbelastete Element kann beispielsweise als eine über eine Feder in Richtung der Kulissen vorgespannte Kugel ausgeführt sein.
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Die drehbare Komponente ist vorzugsweise um 360° um eine Drehachse drehbar in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung.
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Bevorzugt sind die erste Kulisse und/oder die zweite Kulisse asymmetrisch ausgebildet und zwar derart, dass lediglich in eine Drehrichtung ein überdrückbarer Anschlag ausgebildet ist.
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Alternativ dazu sind die erste Kulisse und/oder die zweite Kulisse spiegelsymmetrisch ausgebildet und zwar derart, dass in beide Drehrichtungen ein überdrückbarer Anschlag ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße kupplungsgesteuerte Verteilergetriebe weist eine Kupplung, ein zweistufiges Zwischengetriebe und eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe auf.
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Die Kupplung dient der wahlweisen Steuerung der Verteilung von Antriebsmoment auf zumindest zwei Antriebsachsen eines Kraftfahrzeugs. Die Kupplung ist bevorzugt als Reibungskupplung, nämlich als Einscheibenkupplung oder Reiblamellenkupplung, ausgeführt.
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Das zweistufige Zwischengetriebe weist entsprechend der vorliegenden Erfindung eine erste Schaltstufe und eine zweite Schaltstufe auf. Die erste Schaltstufe ist dabei beispielsweise für einen Straßenbetrieb ausgelegt und die zweite Schaltstufe beispielsweise für einen Gelände- und/oder schweren Zugbetrieb. Ein solches zweistufiges Zwischengetriebe kann beispielsweise durch ein Planetenradgetriebe verwirklicht sein, bei dem zum Beispiel vermittels mindestens einer Klauenkupplung ein oder mehrere Stufen relativ zueinander und/oder relativ zu einem ruhenden Gehäuse und/oder relativ zu einer Welle gesperrt werden können, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis ändert.
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Über die Betätigungsvorrichtung ist erfindungsgemäß sowohl die Kupplung wie auch das zweistufige Zwischengetriebe schaltbar. Die Betätigungsvorrichtung weist erfindungsgemäß einen Elektromotor und eine direkt oder indirekt über den Elektromotor drehbare Komponente, namentlich als Schneckenrad, Kupplungsglocke sowie Schaltkulisse bezeichnet, auf.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind an dem über den Elektromotor direkt oder indirekt drehbaren Schneckenrad zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse und eine zweite Kulisse, angeordnet. Die beiden Kulissen sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass sie jeweils zumindest einen Anschlag für ein positionsfestes federbelastetes Element darstellen.
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Der Elektromotor ist in eine erste Drehrichtung und in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung drehbar.
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Bevorzugt ist die erste Kulisse asymmetrisch ausgebildet und stellt lediglich beim Übergang von einem zweiten Drehwinkelbereich in einen ersten Drehwinkelbereich einen überdrückbaren Anschlag dar.
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Alternativ dazu kann die erste Kulisse spiegelsymmetrisch ausgeführt sein und so sowohl beim Übergang vom zweiten Drehwinkelbereich in den ersten Drehwinkelbereich wie auch umgekehrt einen überdrückbaren Anschlag darstellen.
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Weiterhin bevorzugt ist die zweite Kulisse asymmetrisch ausgebildet ist und stellt lediglich beim Übergang von einem dritten Drehwinkelbereich in den ersten Drehwinkelbereich einen überdrückbaren Anschlag dar.
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Alternativ dazu kann die zweite Kulisse spiegelsymmetrisch ausgeführt sein und so sowohl beim Übergang vom dritten Drehwinkelbereich in den ersten Drehwinkelbereich wie auch umgekehrt einen überdrückbaren Anschlag darstellen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine isometrische Ansicht eines kupplungsgesteuerten Verteilergetriebes mit einem zweistufigen Zwischengetriebe.
- 2 zeigt eine isometrische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsvariante einer ersten Kulisse und einer zweiten Kulisse an einem über einen Elektromotor drehbaren Schneckenrad einer Betätigungsvorrichtung.
- 3 zeigt eine weitere Darstellung des in 2 gezeigten Schneckenrads.
- 4 zeigt ein Diagramm zur Darstellung von Drehwinkelbereichen eines über einen Elektromotor direkt oder indirekt drehbaren Schneckenrads einer Betätigungsvorrichtung.
- 5 zeigt schematisch die Funktion von Kulissen an einem über einen Elektromotor direkt oder indirekt drehbaren Schneckenrads in Bezug auf das in 2 dargestellte Diagramm mit einer ersten Ausführungsvariante eines federbelasteten Elements.
- 6 zeigt schematisch die Funktion von Kulissen an einer über einen Elektromotor direkt oder indirekt drehbaren Schneckenrads in Bezug auf das in 2 dargestellte Diagramm mit einer zweiten Ausführungsvariante eines federbelasteten Elements.
- 7 zeigt die Funktionsweise eines überdrückbaren Anschlags in Bezug auf eine Bestromung eines Elektromotors.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt ein beispielhaftes kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe 2 mit einem zweistufigen Zwischengetriebe 3, das sich zur Ausführung mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 eignet.
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Das kupplungsgesteuerte Verteilergetriebe 2 weist eine Kupplung 11, nämlich eine Reiblamellenkupplung, und ein zweistufiges Zwischengetriebe 3 mit einer ersten Schaltstufe H und einer zweiten Schaltstufe L auf.
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Sowohl die Kupplung 11 wie auch das zweistufige Zwischengetriebe 3 sind über die Betätigungsvorrichtung 1 schaltbar.
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Die Betätigungsvorrichtung 1 weist einen Elektromotor auf. Der Elektromotor betätigt über ein Schneckengetriebe mit einer Schneckenwelle (nicht dargestellt) und einem Schneckenrad 14 eine Schaltwelle 15.
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Auf der Schaltwelle 15 ist eine Kupplungsnocke 16 zur Betätigung der Kupplung 11 und eine Schaltkulisse 17 zur Betätigung des zweistufigen Zwischengetriebes 3 angeordnet.
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Das Schneckenrad 14, die Schaltkulisse 17 sowie die Kupplungsnocke 16 stellen jeweils indirekt über den Elektromotor drehbare Komponenten 5 der Betätigungsvorrichtung 1 dar. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind an dem Schneckenrad 14 zwei Kulissen, nämlich eine erste Kulisse 6 und eine zweite Kulisse 7, angeordnet. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Ansichten des Schneckenrads 14. Die beiden Kulissen 6, 7 sind dabei axial angeordnet, sie können in einer alternativen Ausführungsvariante jedoch auch radial angeordnet sein.
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Die Richtungsangabe „axial“ beschreibt eine Richtung entlang oder parallel zu einer Drehachse 10 der drehbaren Komponente 5. Die Richtungsangabe „radial“ beschreibt eine Richtung normal zu der Drehachse 10 der drehbaren Komponente 5.
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4 stellt in Form eines Winkeldiagramms die Regel- bzw. Drehwinkelbereiche des Elektromotors und somit die Drehung des drehbaren Schneckenrads 14 dar. In dem Winkeldiagramm sind zwei Linien, nämlich eine erste Linie X und eine zweite Linie Y, die die Ruhepositionen des Elektromotors in der entsprechenden Schaltstufe H, L des zweistufigen Zwischengetriebes 3 kennzeichnen und zwei Pfeile, die die beiden Drehrichtungen, nämlich die erste Drehrichtung I und die zweite Drehrichtung II, des Elektromotors und somit des drehbaren Schneckenrads 14 kennzeichnen, dargestellt. An den durch die Linien X, Y gekennzeichneten Ruhepositionen befindet sich der Elektromotor im Stillstand. Das über den Elektromotor drehbare Schneckenrad 14 ist um 360° um die Drehachse 10 drehbar und zwar in die erste Drehrichtung I und in die der ersten Drehrichtung I entgegengesetzten zweiten Drehrichtung II.
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Ein erster Drehwinkelbereich D1 entspricht einem Winkel für die Schaltung zwischen der ersten Schaltstufe H und der zweiten Schaltstufe L. Ein zweiter Drehwinkelbereich D2 entspricht einer Aktuierung der Kupplung 11 in der ersten Schaltstufe H und ein dritter Drehwinkelbereich D3 entspricht einer Aktuierung der Kupplung 11 in der zweiten Schaltstufe L.
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Die Ruhepositionen des Elektromotors in der jeweiligen Schaltstufe H, L des zweistufigen Zwischengetriebes 3 entsprechen den Positionen der beiden Kulissen 6, 7 und somit der überdrückbaren Anschläge 8, 8' in 2. Die erste Kulisse 6 ist in erster Drehrichtung I (in Bezug auf 4 gegen den Uhrzeigersinn) funktionswirksam beim Übergang von dem zweiten Drehwinkelbereich D2 zum ersten Drehwinkelbereich D1 angeordnet und die zweite Kulisse 7 ist in zweiter Drehrichtung II (in Bezug auf 4 mit dem Uhrzeigersinn) beim Übergang von dem dritten Drehwinkelbereich D3 in zum ersten Drehwinkelbereich D1 angeordnet, d.h. die erste Kulisse 6 ist im Bereich der ersten Linie X angeordnet und die zweite Kulisse 7 ist im Bereich der zweiten Linie Y angeordnet. Die erste Kulisse 6 und die zweite Kulisse 7 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie jeweils einen überdrückbaren Anschlag 8, 8' für ein positionsfestes federbelastetes Element 9 darstellen (5, 6). Und zwar bildet die erste Kulisse 6 in erster Drehrichtung I einen überdrückbaren Anschlag 8 beim Übergang von dem zweiten Drehwinkelbereich D2 in den ersten Drehwinkelbereich D1 und die zweite Kulisse 7 in zweiter Drehrichtung II einen überdrückbaren Anschlag 8' beim Übergang von dem dritten Drehwinkelbereich D3 in den ersten Drehwinkelbereich D1 aus (4, 5, 6).
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Die erste Kulisse 6 weist bei dem Übergang von dem zweiten Drehwinkelbereich D2 in den ersten Drehwinkelbereich D1 eine erste Rampe 18 auf. Diese erste Rampe 18 dient als überdrückbarer Anschlag 8 und ermöglicht die Realisierung der Hauptfunktion in der ersten Schaltstufe H, nämlich der Bestimmung der Nullposition der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Schaltstufe H. Weiterhin weist die erste Kulisse 6 eine erste Gegenrampe 19 auf, die flacher ausgeführt ist als die erste Rampe 18 und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine Funktion hat. Die erste Gegenrampe 19 muss beim „Durchschalten“ in die jeweilige Richtung, d.h. von dem ersten Drehwinkelbereich D1 in den zweiten Drehwinkelbereich D2 in zweiter Drehrichtung II, durchfahren werden. Die erste Kulisse 6 und die zweite Kulisse 7 sind spiegelsymmetrisch aufgebaut (5, 6). Die zweite Kulisse 7 weist bei dem Übergang von dem dritten Drehwinkelbereich D3 in den ersten Drehwinkelbereich D1 eine zweite Rampe 20 auf. Diese zweite Rampe 20 dient als überdrückbarer Anschlag 8' und ermöglicht die Realisierung der Hauptfunktion in der zweiten Schaltstufe L, nämlich der Bestimmung der Nullposition der Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Schaltstufe L. Weiterhin weist die zweite Kulisse 7 eine zweite Gegenrampe 21 auf, die flacher ausgeführt ist als die zweite Rampe 20 und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ebenso keine Funktion hat. Die zweite Gegenrampe 21 muss beim „Durchschalten“ in die jeweilige Richtung, d.h. von dem ersten Drehwinkelbereich D1 in den dritten Drehwinkelbereich D3 in erster Drehrichtung I, durchfahren werden.
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Die überdrückbaren Anschläge 8, 8' erlauben somit eine Kalibrierung (Nullpunktsuche) der Betätigungsvorrichtung 1 während einer Initialisierung des Verteilergetriebes 2. Für diese Kalibrierung wird lediglich ein geringes bis durchschnittliches Drehmoment seitens des Elektromotors benötigt. Übersteigt dieses Drehmoment einen definierten Wert, so wird der jeweilige überdrückbare Anschlag 8, 8' überdrückt.
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5 und 6 unterscheiden sich lediglich in der Ausführung des federbelasteten Elements 9. In 5 wird eine Kugel 23 mittels der Federkraft einer Feder 24 gegen die Stirnseite des Schneckenrads 14 und somit gegen die Kulissen 6, 7 gedrückt. Die Feder 24 und die Kugel 23 sind in einem Gehäuse 25 entlang der Längsachse 26 des Gehäuses 25 axial bewegbar angeordnet. In 6 wird das federbelastete Element 9 durch eine an einem Ende abgerundete Hülse 27 dargestellt, dass über die Federkraft einer Feder 24' gegen die Stirnseite des Schneckenrads 14 und somit gegen die Kulissen 6, 7 gedrückt wird.
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In 7 wird eine funktionale Darstellung der Wirkweise der Anschläge 8, 8' in Bezug auf die Bestromung des Elektromotors (Motor-Strom IEM) gezeigt. Der senkrechte Pfeil 22 beschreibt den Anstieg des Motor-Stroms IEM in Pfeilrichtung. Im Bereich der überdrückbaren Anschläge 8, 8', nämlich in einem niedrigen Anschlagsbestromungsbereich A des Elektromotors, soll das System reproduzierbar als harter mechanischer Anschlag arbeiten. In diesem Bereich findet die Kalibrierung statt, wodurch eine hohe Genauigkeit bei der Anschlagsuche erreicht werden kann. Für eine robuste Funktion ist ein Toleranzbestromungsbereich B des Stroms des Elektromotors zu berücksichtigen. Der Toleranzbestromungsbereich B dient als Sicherheit um mechanische Hysterese und Ungenauigkeiten abzudecken und so das System nicht zu früh freizugeben. Im Freigabebestromungsbereich C sind hohe Stellgliedmomente erforderlich - in diesem Bereich kann der jeweilige überdrückbare Anschlag 8, 8' überdrückt werden und in die entsprechende Schaltstufe H, L geschalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Kupplungsgesteuertes Verteilergetriebe
- 3
- Zweistufiges Zwischengetriebe
- 5
- Drehbare Komponente
- 6
- Erste Kulisse
- 7
- Zweite Kulisse
- 8, 8'
- Überdrückbarer Anschlag
- 9
- Federbelastetes Element
- 10
- Drehachse
- 11
- Kupplung
- 14
- Schneckenrad
- 15
- Schaltwelle
- 16
- Kupplungsnocke
- 17
- Schaltkulisse
- 18
- Erste Rampe
- 19
- Erste Gegenrampe
- 20
- Zweite Rampe
- 21
- Zweite Gegenrampe
- 22
- Senkrechter Pfeil (Anstieg des Motor-Stroms)
- 23
- Kugel
- 24, 24'
- Feder
- 25
- Gehäuse
- 26
- Längsachse des Gehäuses
- 27
- Hülse
- I
- Erste Drehrichtung
- II
- Zweite Drehrichtung
- IEM
- Motor-Strom
- A
- Anschlagsbestromungsbereich
- B
- Toleranzbestromungsbereich
- C
- Freigabebestromungsbereich
- X
- Erste Linie
- Y
- Zweite Linie
- H
- Erste Schaltstufe
- L
- Zweite Schaltstufe
- D1
- Erster Drehwinkelbereich
- D2
- Zweiter Drehwinkelbereich
- D3
- Dritter Drehwinkelbereich