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Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur wechselseitigen
formschlüssigen Verbindung eines von zwei
Kraftfahrzeuggetriebegliedern nach dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1.
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Eine solche Wellenkupplung ist bereits aus der DE 198 31 981 A1
bekannt. Diese Wellenkupplung ist als Klauenkupplung
ausgeführt und weist eine Schaltmuffe mit Schaltklauen auf. Die
Schaltmuffe ist bezüglich deren Längsachse bzw. Rotationsachse
axial in zwei Richtungen verschiebbar. In der jeweiligen
axialen Endposition - d. h. im eingerückten Zustand - stellen die
besagten Schaltklauen der Schaltmuffe eine drehfeste Verbindung
zwischen der Welle und einem Kraftfahrzeuggetriebeglied her.
Dazu weist das Kraftfahrzeuggetriebeglied eine zu den
Schaltklauen korrespondierende Schaltverzahnung auf. Um ein
Gangspringen zu verhindern, sind sowohl die Schaltklauen als
auch die Schaltverzahnung hinterlegt. Diese Hinterlegung
bewirkt, dass bei Drehmomentübertragung von der Welle auf das
Kraftfahrzeuggetriebeglied aus der Umfangskraft eine
Axialkraftkomponente resultiert, welche die Schaltmuffe auf die
Schaltverzahnung zieht bzw. die Schaltmuffe in dieser Position
hält. Bei dieser Drehmomentübertragung erfolgt die
umfangsmäßige Abstützung des Schaltklauen einerseits an einer
Führungsverzahnung des Schaltmuffenträgers und andererseits an
der Schaltverzahnung des zu koppelnden
Kraftfahrzeuggetriebegliedes.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine axial kurze Wellenkupplung
zur wechselseitigen formschlüssigen Verbindung von zwei
Kraftfahrzeuggetriebegliedern zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von
Patentanspruch 1 gelöst.
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Ein Vorteil der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist der, dass
die gesamte Wellenkupplung axial kurz baut. Dies wird erreicht,
indem für die Drehmomentübertragung von der Welle auf das zu
koppelnde Kraftfahrzeuggetriebeglied die beiden Endbereiche der
Klauenkupplung genutzt werden. Ein mittiger Bereich zwischen
den beiden Endbereichen hat hingegen die Funktion der
Axialfixierung bei Drehmomentübertragung und kann axial
entsprechen kurz ausgeführt sein. Insbesondere kann der axial
mittige Bereich kürzer als die beiden Endbereiche sein. Der
axial mittige Bereich kann ferner in vorteilhafter Weise die
Funktion der Axialführung der Schaltmuffe im nicht Drehmoment
übertragenden Zustand - bzw. in der Neutralstellung - haben.
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Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung ist eine
fertigungsaufwendige Hinterlegung der Endbereiche der
Schaltklauen und der beiden Schaltverzahnungen nicht notwendig.
Damit gehen Kostenvorteile einher.
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Dabei zeigt der Patentanspruch 5 eine besonders kostengünstig
zu fertigende Ausgestaltung der Schaltklauen, bei welcher die
Flanken der Schaltklauen parallel zur Längsachse der
Wellenkupplung sind.
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Patenanspruch 7 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der
Erfindung, welche eine verhältnismäßig sichere Axialsicherung
der Wellenkupplung im eingerückten Zustand erlaubt, wobei
trotzdem eine verhältnismäßig leichtes Zurückschalten der
Wellenkupplung in die Neutralstellung ermöglicht ist.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren
Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von drei schematisch in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher
beschrieben.
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Es zeigen
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Fig. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel eine Wellenkupplung
zur wechselseitigen formschlüssigen Verbindung eines von zwei
Zahnrädern, wobei sich eine Schaltmuffe in einer
Neutralstellung befindet,
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Fig. 1a einen Schnitt durch Schaltklauen der Schaltmuffe aus
Fig. 1 in einer Abwicklung, wobei sich die Schaltklauen der
Schaltmuffe in einer Neutralstellung befinden,
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Fig. 1b einen Schnitt gemäß Fig. 1a, wobei die Schaltklauen der
Schaltmuffe ein Drehmoment von einer Welle auf das eine Zahnrad
übertragen,
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Fig. 2a in einer Darstellungsweise ähnlich Fig. 1a eine
Wellenkupplung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei sich
die Schaltklauen einer Schaltmuffe in einer Neutralstellung
befinden,
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Fig. 2b die Wellenkupplung aus Fig. 2a, wobei die Schaltklauen
der Schaltmuffe ein Drehmoment von einer Welle auf ein erstes
Zahnrad übertragen,
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Fig. 3a in einer Darstellungsweise ähnlich Fig. 1a eine
Wellenkupplung in einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei sich
die Schaltklauen einer Schaltmuffe in einer Neutralstellung
befinden und Einformungen aufweisen,
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Fig. 3b die Wellenkupplung aus Fig. 4a, wobei die Schaltklauen
der Schaltmuffe ein Drehmoment von einer Welle auf ein erstes
Zahnrad übertragen,
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Fig. 1 zeigt eine Wellenkupplung zur wechselseitigen
formschlüssigen Verbindung eines von zwei Zahnrädern 21 und 22,
wobei sich eine Schaltmuffe 8 in einer Neutralstellung
befindet.
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Auf einer Welle 9 eines nicht näher dargestellten
Zahnräderwechselgetriebes sind die beiden Zahnräder 21 und 22
sowie ein ringförmiger Schaltmuffenträger 23 konzentrisch und
axial unverschiebbar zu einer geometrischen Rotations- bzw.
Kupplungsachse 16 von zwei Klauenkupplungen 5 und 6 angeordnet.
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Während die Zahnräder 21 und 22 durch je ein Radialnadellager
24 bzw. 25 auf der Welle 9 abgestützt sind, ist zur drehfesten
Verbindung zwischen der Welle 9 und dem Schaltmuffenträger 23
eine übliche axiale Mitnahmeverzahnung 26 verwendet. Die
Klauenkupplungen 5 und 6 sind zum wahlweisen Kuppeln der
Zahnräder 21 und 22 mit der Welle 9 verwendet, identisch
ausgebildet und spiegelbildlich bzw. symmetrisch zu einer
drehachsnormalen Mittelebene 27 des Schaltmuffenträgers 23
angeordnet. Zum Schaltmuffenträger 23 ist die ringförmige
Schaltmuffe 8 konzentrisch sowie unter Vermittlung einer
weiteren axialen Mitnahmeverzahnung 28 drehfest und axial
verschiebbar angeordnet, wobei die Schaltmuffe 8 in der
üblichen Weise die jeweils der Welle 9 zugeordnete
Kupplungshälfte der beiden Klauenkupplungen 5 und 6 bildet, von
denen im weiteren nur noch die Klauenkupplung 5 in
Ausgestaltung und Wirkungsweise beschrieben sein soll. Dabei
ist die Schaltmuffe 8 mit einem nicht näher dargestellten
Stellglied axial verschiebbar.
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Die Mitnahmeverzahnung 28 setzt sich aus axialen Schaltklauen
10 am Innenumfang der Schaltmuffe 8 und aus axialen
Führungszähnen 11 am Außenumfang des Schaltmuffenträgers 23zusammen, wobei diese Führungszähne 11 mit dem gleichen Radius
zur Kupplungsachse 16 angeordnet sind, den auch eine dem
Zahnrad 21 bewegungsfest zugeordnete Schaltverzahnung 14
gegenüber der Kupplungsachse 16 aufweist. Diese
Schaltverzahnung 14 ist am Außenumfang einer ringförmigen
Kupplungshälfte 7a von zwei Kupplungshälften 7a, 7b
ausgebildet. Die Kupplungshälfte 7a ist zur Kupplungsachse 16
konzentrisch und zum Zahnrad 21 bewegungsfest angeordnet.
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Fig. 1a zeigt einen Schnitt durch die Schaltklauen 10 der
Schaltmuffe 8 aus Fig. 1 in einer Abwicklung, wobei sich die
Schaltklauen 10 der Schaltmuffe 8 in einer Neutralstellung
befinden.
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Die Schaltklauen 10 sind axial in den Zahnzwischenräumen der
Führungsverzahnung 11 des Schaltmuffenträgers 23 geführt. Die
drehbar zu dem Schaltmuffenträger 23 angeordnete
Kupplungshälfte 7a ist in einer Drehwinkelstellung dargestellt,
die ein Einrücken der Schaltklauen 10 ohne vorherigen Anschlag
an der Schaltverzahnung 14 ermöglicht.
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Die Schaltklauen 10 sind an deren axialen Endbereichen 101, 102
gleichartig ausgestaltet. Die Zahnflanken der Endbereiche 101,
102 erstrecken sich, ebenso wie die Schaltverzahnung 14,
parallel zur in Fig. 1 ersichtlichen Kupplungsachse 16. Ferner
weisen die Schaltklauen 10 an deren axial mittigem Bereich 103
beidseitig umfangsmäßige Ausformungen auf, die eine bauchige
Verdickung jeder einzelnen der Schaltklauen 10 darstellen.
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Sowohl eine axiale Länge 131 des Endbereiches 101 als auch eine
axiale Länge 132 des Endbereiches 102 überschreitet eine axiale
Länge 133 des mittigen Bereiches 103.
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Die in Umfangsrichtung äußersten Bereiche dieser Ausformungen
sind axial mittig angeordnet und bilden Axialführungsflanken
30a, 30b, welche ein geringes Spiel gegenüber der
Führungsverzahnung 11 aufweisen bzw. an der Führungsverzahnung
11 flächig anliegen. Den Axialführungsflanken schließen sich
Schrägen an, welche in die beiden axialen Endbereiche 101, 102
übergehen. Die Winkel β dieser Schrägen sind optimiert und
weisen einen Winkel β von 10° auf. Dieser Winkel β wird
eingeschlossen zwischen der jeweiligen Axialführungsflanke und
der Zahnflanke des jeweiligen Endbereiches 101 bzw. 102.
Generell gilt, dass für axial kurze Baulängen und hohe
Rückstellkräfte - d. h. Kräfte, welche die Schaltmuffe nach
unbeabsichtigter Verschiebung wieder in die, in Fig. 1b
dargestellte, Drehmomentübertragende Stellung zurückziehen -
steile Schrägen bzw. große Winkel β gewählt werden müssen. Im
Umkehrschluss müssen für geringe aufzubringende Verstellkräfte
die Schrägen möglichst flach bzw. die Winkel β möglichst klein
gewählt werden.
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Fig. 1b zeigt einen Schnitt gemäß Fig. 1a, wobei die
Schaltklauen 10 der Schaltmuffe 8 in die auf das Zahnrad 21
bzw. die Kupplungshälfte 7a weisende Richtung verschoben sind
und dabei ein Drehmoment von der Welle 9 auf die
Kupplungshälfte 7a bzw. das mit dieser verbundene eine Zahnrad
21 übertragen. Die Kupplungshälfte 7a ist dabei gegenüber dem
Schaltmuffenträger 23 geringfügig verdreht.
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Infolge der Drehomentübertragung liegt der eine Endbereich 102
der Schaltklaue 10 mit dessen einer Zahnflanke flächig an der
Führungsverzahnung 11 an. Der andere Endbereich 101 der
Schaltklaue 10 liegt hingegen mit dessen der einen Zahnflanke
diagonal gegenüberliegender Zahnflanke flächig an der
Schaltverzahnung 14 an.
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Ein Axialabstand 135 zwischen dem Schaltmuffenträger 23 und der
Kupplungshälfte 7a ist geringfügig größer als die axiale Länge
133 der Ausformungen, so dass trotz fertigungsbedingter
Toleranzen sichergestellt ist, dass die Endbereiche 101, 102 -
wie zuvor genannt - flächig anliegen. Es kann also auch bei
ungünstigstem Ausfallen der Fertigungstoleranzen nicht zu der
Situation kommen, dass die Schrägen ausschließlich an einer
Kante der Führungsverzahnung 11 einerseits und einer Kante der
Schaltverzahnung 14 andererseits anliegen, ohne dass die
Endbereiche 101, 102 flächiges anliegen.
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Im in Fig. 1b dargestellten Zustand liegt die Kante 163 der
Führungsverzahnung 11 im zu dieser korrespondierenden Scheitel
160 zwischen der korrespondierenden Schrägen und der Zahnflanke
des Endbereiches 101. Hingegen weist die Kante 162 der
Schaltverzahnung 14 zum zu dieser korrespondierenden Scheitel
161 der Schaltklaue 10 einen Axialabstand auf.
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Die somit gebildete Axialanschlagsicherung verhindert zusammen
mit der Reibkraft zwischen der Schaltklaue 10 und der
Führungsverzahnung 11 bzw. der Schaltverzahnung 14 die
Axialverschiebung der Schaltmuffe β bei Drehmomentübertragung,
welche aüch als Gangspringen bezeichnet wird.
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Fig. 2a zeigt eine Wellenkupplung in einem zweiten
Ausführungsbeispiel, welches hinsichtlich axialen Bauraum und
Schaltkomfort optimiert ist. Die Schaltklauen 210 einer nicht
näher ersichtlichen Schaltmuffe befinden sich in einer
Neutralstellung. Im folgenden wird nur auf die Unterschiede zum
ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
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Ein Axialabstand 235 zwischen einem Schaltmuffenträger 223 und
einer Kupplungshälfte 207a ist kürzer als die axialen Länge 233
von mittigen Ausformungen der Schaltklauen 210.
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Die Schaltklauen 210 weisen kürzere mittige Ausformungen auf,
als im ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Da die Funktion der
Ausformungen im axial mittigen Bereich der Schaltklauen 210 im
drehmomentübertragenden Zustand lediglich eine
Axialanschlagsicherung ist, kann die axiale Länge 233 der
Ausformungen entsprechend kurz gewählt werden,
Anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten flachen
Stirnflächen der Schaltklauen und der Schaltverzahnung weisen
die Schaltklauen 210 und die Schaltverzahnung 214 des zweiten
Ausführungsbeispiels Dachschrägen zum vereinfachten "Einfädeln"
- d. h. in Zahneingriff bringen - auf.
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Fig. 2b zeigt die Wellenkupplung im drehmomentübertragenden
Zustand analog zu Fig. 1b. Da der Axialabstand 235 zwischen dem
Schaltmuffenträger 223 und der Kupplungshälfte 207a kürzer ist,
als die axiale Länge 233 der mittigen Ausformungen, ragen die
mittigen Ausformungen axial in die Schaltverzahnung 214. Dabei
ragt die eine Ausformung in einen Zahnzwischenraum 265 der
Schaltverzahnung 214, wohingegen die andere Ausformung in den
infolge der Dachschrägen ausgenommenen Raum 240 ragt.
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Fig. 3a und Fig. 3b zeigen in einer Darstellungsform analog den
ersten zwei Ausführungsbeispielen eine Wellenkupplung in einem
dritten Ausführungsbeispiel.
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Im Gegensatz zu den ersten zwei Ausführungsbeispielen weisen
die Schaltklauen statt Ausformungen Einformungen auf.
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Demzufolge sind die Schaltverzahnungen T-förmig, wobei der
obere "T"-Balken Quer zur Kupplungsachse der Wellenkupplung
ausgerichtet ist. Somit ist - ebenso, wie bei den ersten zwei
Ausführungsbeispielen - auch bei diesem Ausgestaltungsbeispiel
eine gangsprungsichere Drehmomentübertragung in beide
Momentenrichtungen der Kupplungshälfte 407a bzw. 407b gegenüber
der Welle möglich.
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Die Einformungen sind mit Schrägen versehen, so dass die
Einformung eine Trapezform bildet. Damit ist das Ein- und
Ausrücken der Wellenkupplung problemlos möglich.
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Die Länge 450 der trapezförmigen Einformung ohne deren Schräger
ist größer als die Dicke 451 des "T"-Balkens.
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In weiteren Ausführungsbeispielen können die Ausformungen bzw.
die Einformungen auch als Rundungen ausgestaltet sein. Ferner
können an den Schaltverzahnungen anstatt des "T"-Balkens
Rundungen angebracht sein.
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Die Schaltklauen und/oder die Schaltverzahnung gemäß drittem
Ausführungsbeispiel können in einer alternativen Ausgestaltung
auch Dachschrägen gemäß zweitem Ausführungsbeispiel aufweisen.
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Die Enden der Führungsverzahnung und/oder die Schaltklauen
können, gegenüber den Ausführungsbeispielen mit Dachschrägen
bzw. spitzen Enden, Abflachungen oder Rundungen aufweisen, die
einen Materialabhub beim Einrücken der Wellenkupplung sicher
ausschließen.
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Das eine von der Wellenkupplung mit der Welle zu koppelnde
Kraftfahrzeuggetriebeglied kann anstelle eines Zahnrades auch
eine Parksperre sein, mittels welcher die Welle gegen ein
Getriebegehäuse festgesetzt wird.
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Ferner kann die Wellenkupplung bei synchronisierten
Wellenkupplungen Einsatz finden, wobei die Ausformungen im
eingerückten Zustand der Wellenkupplung axial zwischen dem
Synchronring und der Schaltverzahnung liegen.
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Der in Fig. 1 gezeigte Schaltmuffenträger hat einen
fertigungstechnischen Hintergrund. Es ist auch möglich, die
Wellenverzahnung, welche in den Ausführungsbeispielen durch die
Führungsverzahnung 11, 211, 311, 411 dargestellt ist,
unmittelbar in die Welle einzuarbeiten.
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Die Winkel der Schrägen zwischen den Axialführungsflanken und
den Zahnflanken der jeweiligen Endbereiche kann auch von den
erläuterten 10° abweichen.
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Die gemäß erstem Ausführungsbeispiel bewegungsfest zum Zahnrad
angeordnete Kupplungshälfte kann in einer alternativen
Ausgestaltung auch einteilig mit dem Zahnrad sein, so dass die
Schaltverzahnung unmittelbar in das Zahnrad eingearbeitet ist.
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Das in dem ersten Ausführungsbeispiel nicht näher dargestellte
Stellglied zur Verschiebung der Schaltmuffe kann eine manuell
betätigte Schaltgabel oder Schaltschwinge sein. Ebenso kann das
Stellglied ein hilfskraftbetätigtes Stellglied eines teil- oder
vollautomatisierten Getriebes sein.
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um
beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene
Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind
den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der
Vorrichtungsteile zu entnehmen.