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Die Erfindung betrifft eine schaltbare Doppelzahnkupplung mit einer Antriebsnabe, einer Abtriebsnabe und einem Mitnehmerelement, wobei Antriebsnabe und Abtriebsnabe im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind und jeweils eine Außenverzahnung und das Mitnehmerelement mindestens eine mit den Außenverzahnungen in Eingriff bringbare Innenverzahnung aufweisen, wozu das Mitnehmerelement in Axialrichtung zumindest zwischen einer Leerlaufstellung und einer Mitnahmestellung verlagerbar ist, wobei die Innenverzahnung des Mitnehmerelements in der Leerlaufstellung mit der Außenverzahnung der Antriebsnabe und/oder in der Mitnahmestellung sowohl mit der Außenverzahnung der Antriebsnabe als auch der Außenverzahnung der Abtriebsnabe in Eingriff steht, wobei mindestens eine der Außenverzahnungen und/oder die Innenverzahnung in axialer Richtung zumindest bereichsweise eine variable Lückenweite und/oder Zahndicke und/oder Zahnhöhe aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
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Bei Hybridantriebseinrichtungen, insbesondere Parallel-Hybridantriebseinrichtungen, ist es notwendig, eine der Antriebseinrichtung zugehörige Brennkraftmaschine von einer elektrischen Maschine abkoppeln zu können. Das Abkoppeln wird für einen rein elektrischen Fahrbetrieb eines Fahrzeugs – in welchem die Antriebseinrichtung vorgesehen ist –, also lediglich von der elektrischen Maschine angetrieben, verwendet. Zu diesem Zweck ist zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine eine so genannte K0-Kupplung vorgesehen. Diese muss die hohen Wechseldrehmomente, welche von der Brennkraftmaschine erzeugt werden, übertragen können, schaltbar sein – um das Abkoppeln realisieren zu können – und vorzugsweise synchronisiert sein. Üblicherweise wird eine solche K0-Kupplung als axiale Reibkupplung beziehungsweise als Kegelkupplung ausgelegt. Dabei wird die Reibkupplung beziehungsweise die Kegelkupplung mit vergleichsweise großem Durchmesser ausgelegt, um den notwendigen Reibschluss beziehungsweise die notwendige Haftreibung zwischen Kupplungselementen der Kupplung zu gewährleisten, welche notwendig ist, um das Drehmoment zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine zu übertragen. Die Haftreibung ergibt sich aus der Haltekraft, mit welcher die Kupplungselemente der K0-Kupplung aneinandergepresst werden und dem Reibbeiwert der Kupplungselemente. Bedingt durch den großen Durchmesser der auf diese Weise aufgebauten K0-Kupplung ist eine platzsparende Anordnung der elektrischen Maschine nicht möglich, sodass diese neben der K0-Kupplung angeordnet sein muss. Wird lediglich der Platzbedarf der K0-Kupplung betrachtet, so bietet es sich an, diese als formschlüssige Schaltkupplung auszuführen. Gute Voraussetzungen für eine kompakte Bauweise bietet dabei beispielsweise eine schaltbare Zahnkupplung, insbesondere Doppelzahnkupplung. Solche Zahnkupplungen weisen jedoch prinzipbedingt ein Spiel in Umfangsrichtung auf, welches notwendig ist, um das Schalten der Kupplung zu ermöglichen. Wird eine solche Zahnkupplung als K0-Kupplung eingesetzt, welche von der Brennkraftmaschine mit sehr hohen Wechselmomenten beaufschlagt wird, so würde dieses Spiel zu einem periodischen Verdrehen der Kupplungselemente gegeneinander führen. Dies würde eine Beschädigung der Verzahnung und somit ein Versagen der K0-Kupplung verursachen.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 692 06 879 T2 bekannt. Diese beschreibt eine Synchronisiereinrichtung für Schaltgetriebe, mit einer Nabe, die an einer Ausgangswelle des Schaltgetriebes befestigt ist, mit einer Schaltmuffe, die axial gleitend auf der Nabe über deren Außenverzahnung derart geführt wird, dass eine feste Verbindung mit der Welle entsteht und mit einem Freilaufritzel, wobei die Schaltmuffe an ihrem Umfang mit Zähnen versehen ist, zum Eingriff in die Verzahnung eines Synchronisierringes vor dem Eingriff in die komplementäre Verzahnung des Ritzels und wobei die Zähne an ihrem Ende einen hervorspringenden Eingriffswinkel aufweisen, der axial in Richtung Ritzel ausgerichtet ist und hinter diesem Ende seitliche Schultern für einen Anschlag des Ritzels aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass bestimmte Zähne der Schaltmuffe Eingriffswinkel mit größerem Öffnungswinkel als andere Zähne aufweisen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine schaltbare Doppelzahnkupplung vorzustellen, welches die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist, sondern insbesondere für den Einsatz in einer Hybridantriebseinrichtung beziehungsweise dem zuverlässigen Übertragen von Wechselmomenten geeignet ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer schaltbaren Doppelzahnkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Mitnehmerelement ein Führungselement und ein drehfest mit dem Führungselement verbundenes Fixierelement aufweist, wobei Führungselement und Fixierelement axial zueinander verlagerbar sind und das Fixierelement einen weiteren Klemmbereich aufweist, dessen Zahndicke und/oder Zahnhöhe sich in Richtung des Führungsbereichs verringert, und dass das Mitnehmerelement mindestens eine Rückstellvorrichtung aufweist, welche Fixierelement und Führungselement aufeinander zu drängt, wobei in der Mitnahmestellung der Klemmbereich in dem Eingriffsbereich der Abtriebsnabe und der weitere Klemmbereich in dem Einschubbereich der Antriebsnabe in Umfangsrichtung klemmend gehalten ist. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass mindestens eine der Außenverzahnungen und/oder die Innenverzahnung in Axialrichtung zumindest bereichsweise eine variable Lückenweite und/oder Zahndicke und/oder Zahnhöhe aufweisen. Die variable Lückenweite beziehungsweise Zahndicke bedeutet, dass sich diese stetig vergrößert oder verkleinert. Vorzugsweise weisen beide Außenverzahnungen die variable Lückenweite beziehungsweise Zahndicke auf. Das Mitnehmerelement ist außen liegend, kann die Antriebsnabe und/oder die Abtriebsnabe also zumindest teilweise umgreifen. Dabei ist dieses Umgreifen abhängig von einer Stellung des Mitnehmerelements, es kann also entweder die Antriebsnabe oder die Abtriebsnabe oder beide umgreifen. Die Antriebsnabe und die Abtriebsnabe sind zumindest in einer Ausgangsstellung im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet. Die Doppelzahnkupplung eignet sich jedoch in hervorragender Weise auch dazu, zumindest einen kleinen Winkelversatz und/oder einen axialen Versatz von Antriebsnabe und Abtriebsnabe auszugleichen. Mit der variablen Lückenweite und/oder Zahndicke und/oder Zahnhöhe wird erreicht, dass das Mitnehmerelement beziehungsweise dessen Innenverzahnung in Bezug zu der Antriebsnabe und/oder Abtriebsnabe beziehungsweise deren jeweiligen Außenverzahnung in Umfangsrichtung festgelegt ist, sodass auch eine Beaufschlagung der Doppelzahnkupplung mit hohen Wechselmomenten nicht zu einer Beschädigung der Verzahnungen beziehungsweise der Doppelzahnkupplung führen kann. Das Mitnehmerelement ist in Axialrichtung zumindest zwischen einer Leerlaufstellung und einer Mitnahmestellung verlagerbar, wobei die Innenverzahnung des Mitnehmerelements in der Leerlaufstellung mit Außenverzahnung der Antriebsnabe und/oder in der Mitnahmestellung sowohl mit der Außenverzahnung der Antriebsnabe als auch der Außenverzahnung der Abtriebsnabe in Eingriff steht. Die Axialrichtung ist dabei die Axialrichtung der Antriebs- beziehungsweise Abtriebsnabe. Zum Durchführen des Schaltens wird das Mitnehmerelement axial verschoben beziehungsweise verlagert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenverzahnung der Antriebsnabe einen Durchtrittsbereich mit konstanter Lückenweite und/oder einen sich an den Durchtrittsbereich anschließenden Einschubbereich mit sich in Richtung des Durchtrittsbereichs verringernder Lückenweite aufweist, wobei der Einschubbereich auf der der Abtriebsnabe abgewandten Seite der Antriebsnabe vorgesehen ist. Die Außenverzahnung der Antriebsnabe weist also nicht über die gesamte Zahnbreite die variable Lückenweite auf. Vielmehr ist vorgesehen, dass die Lückenweite in dem Durchtrittsbereich zunächst konstant bleibt. Erst in dem sich an den Durchtrittsbereich anschließenden Einschubbereich ist die Lückenweite variabel, wobei sie sich in Richtung des Durchtrittsbereichs verjüngt. Die Antriebsnabe und die Abtriebsnabe sind koaxial zueinander nebeneinander angeordnet. Dabei ist der Einschubbereich auf der Seite der Antriebsnabe vorgesehen, welche der Abtriebsnabe abgewandt ist. Die Lückenweite des Durchtrittsbereichs verringert sich also in Richtung der Abtriebsnabe.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Außenverzahnung der Abtriebsnabe einen Eingriffsbereich mit sich verringender Lückenweite aufweist. In den Eingriffsbereich greift die Innenverzahnung des Mitnehmerelements zumindest teilweise ein, wenn sich dieses in der Mitnahmestellung befindet. Dabei sorgt die sich verringernde Lückenweite dafür, dass die Innenverzahnung in Umfangsrichtung spielfrei in der Außenverzahnung gehalten ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sich die Lückenweite des Einschubbereichs in der der Abtriebsnabe abgewandten Richtung vergrößert und/oder sich die Lückenweite des Eingriffsbereichs in der der Antriebsnabe abgewandten Richtung verringert. Die Lückenweite des Einschubbereichs, welcher auf der Antriebsnabe vorgesehen ist, verringert sich also in Richtung der Abtriebsnabe. Zusätzlich oder alternativ vergrößert sich die Lückenweite des Eingriffsbereichs, welcher auf der Abtriebsnabe vorgesehen ist, in Richtung der Antriebsnabe.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Eingriffsbereich zumindest bereichsweise eine größere Lückenweite als der Durchtrittsbereich aufweist. Auf diese Weise kann die Innenverzahnung des Mitnehmerelements in dem Durchtrittsbereich geführt sein und ohne Weiteres bei dem Verlagern des Mitnehmerelements in Richtung der Mitnahmestellung in den Eingriffsbereich gelangen, ohne dass es zu einem Verkanten in diesem Bereich kommt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zahndicke der Innenverzahnung des Mitnehmerelements in einem Führungsbereich im Wesentlichen der Lückenweite des Durchtrittsbereichs entspricht oder kleiner ist. Um die Doppelzahnkupplung schaltbar auszuführen, ist es sinnvoll, die Zahndicke der Innenverzahnung kleiner zu wählen als die Lückenweite des Durchtrittsbereichs, um ein einfaches Verlagern des Mitnehmerelements zu ermöglichen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein der Abtriebsnabe zugewandter Klemmbereich der Innenverzahnung eine geringere Zahndicke und/oder Zahnhöhe aufweist als der Führungsbereich. Der Führungsbereich der Innenverzahnung wird im Wesentlichen in dem Durchtrittsbereich der Antriebsnabe geführt. Um ein einfaches Verlagern des Mitnehmerelements in die Mitnahmestellung zu ermöglichen, sind die Zahndicke und/oder die Zahnhöhe in dem Klemmbereich im Vergleich zu dem Führungsbereich reduziert. Vorzugsweise ist dabei eine stetige Reduzierung von Zahndicke beziehungsweise Zahnhöhe vorgesehen, sodass die Verzahnung in dem Klemmbereich in einem Querschnitt zumindest dreiecksähnlich beziehungsweise pyramidenförmig ausgebildet ist. Dabei vorliegende Ecken beziehungsweise Kanten können dabei abgerundet sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Mitnehmerelement ein Führungselement und ein drehfest mit dem Führungselement verbundenes Fixierelement aufweist, wobei Führungselement und Fixierelement axial zueinander verlagerbar sind. Führungselement und Fixierelement sind koaxial zueinander angeordnet, wobei das Mitnehmerelement axial in diese geteilt ist. Das bedeutet, dass das Führungselement und das Fixierelement axial nebeneinander beziehungsweise zueinander benachbart angeordnet sind. Dabei sind Führungselement und Fixierelement derart aneinander befestigt, dass sie axial zueinander verlagerbar sind. Die Innenverzahnung ist dabei sowohl an dem Führungselement als auch an dem Fixierelement vorgesehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Führungselement den Führungsbereich und den Klemmbereich aufweist. Der Führungsbereich und der Klemmbereich der Innenverzahnung sind also dem Führungselement zugeordnet.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fixierelement einen weiteren Klemmbereich aufweist, dessen Zahndicke und/oder Zahnhöhe sich in Richtung des Führungsbereichs verringert. Das Mitnehmerelement weist sowohl den Klemmbereich als auch den weiteren Klemmbereich auf, wobei sich der Klemmbereich an dem Führungselement und der weitere Klemmbereich an dem Fixierelement befinden. Der weitere Klemmbereich ist derart ausgestaltet, dass sich seine Zahndicke und/oder Zahnhöhe, vorzugsweise stetig, in Richtung des Führungsbereichs verringert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Zahndicke der Innenverzahnung des Fixierelements zumindest bereichsweise größer ist als die Lückenweite des Einschubbereichs. Dabei ist die Lückenweite des Einschubbereichs auf der dem Fixierelement zugewandten Seite größer als die Zahndicke der Innenverzahnung, sodass diese zumindest bereichsweise in die Außenverzahnung des Einschubbereichs eingebracht werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Mitnehmerelement mindestens eine Rückstellvorrichtung aufweist, welche Fixierelement und Führungselement aufeinander zu drängt. Die Rückstellvorrichtung umfasst beispielsweise mindestens ein elastisches Element, insbesondere eine Feder. In einer Ausgangsposition sind das Fixierelement und das Führungselement unmittelbar nebeneinander angeordnet und liegen dabei zumindest bereichsweise aufeinander auf. Durch eine Kraftbeaufschlagung kann das Fixierelement in Bezug zu dem Führungselement axial verlagert werden. Die Rückstellvorrichtung wirkt dem entgegen und sorgt dafür, dass das Fixierelement und Führungselement in ihre Ausgangsposition zurückkehren, sobald die Kraftbeaufschlagung nicht mehr vorliegt beziehungsweise ausreichend klein ist.
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Schließlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in der Mitnahmestellung der Klemmbereich in dem Eingriffsbereich der Abtriebsnabe und der weitere Klemmbereich in dem Einschubbereich der Antriebsnabe in Umfangsrichtung klemmend gehalten ist. Sowohl die Verbindung zwischen dem Mitnehmerelement und der Antriebsnabe als auch dem Mitnehmerelement und der Abtriebsnabe ist somit in Umfangsrichtung verspannt. Auch bei Beaufschlagung der Doppelzahnkupplung kann also kein Ausschwingen von Abtriebsnabe und Antriebsnabe gegeneinander beziehungsweise in Bezug auf das Mitnehmerelement auftreten. Beschädigungen der Verzahnungen werden auf diese Weise zuverlässig vermieden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenverzahnung und/oder mindestens eine der beiden Außenverzahnungen in Umfangsrichtung gleichmäßig ausgebildet sind. Vor allem sind dazu die Zähne der Verzahnungen gleichmäßig voneinander beabstandet.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Antriebsnabe und/oder der Abtriebsnabe eine Synchronisationseinrichtung zugeordnet ist. Die Synchronisationseinrichtung ist dabei vorzugsweise zwischen der Antriebsnabe und der Abtriebsnabe angeordnet. Die Synchronisationseinrichtung ist dazu vorgesehen, vor einem endgültigen Verlagern des Mitnehmerelements in die Mitnahmestellung die Drehzahlen von Antriebsnabe und Abtriebsnabe aneinander anzugleichen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Synchronisationseinrichtung in Reibungsverbindung mit Antriebsnabe und/oder Abtriebsnabe stehen. Durch die damit vorliegende Haftreibung zwischen Synchronisationseinrichtung und Antriebsnabe beziehungsweise Abtriebsnabe kann das Angleichen der Drehzahlen vorgenommen werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Synchronisationseinrichtung eine Außenverzahnung aufweist, welche in einer Synchronisationsstellung des Mitnehmerelements mit dessen Innenverzahnung in Eingriff steht. Die Synchronisationsstellung befindet sich dabei vorzugsweise zwischen der Leerlaufstellung und der Mitnahmestellung des Mitnehmerelements. Zum Ankoppelnder Abtriebsnabe an die Antriebsnabe ist es demnach vorgesehen, das Mitnehmerelement aus der Leerlaufstellung zunächst in die Synchronisationsstellung zu bewegen. In dieser greift die Innenverzahnung des Mitnehmerelements, welches von der Antriebsnabe angetrieben ist, in die Außenverzahnung der Synchronisationseinrichtung ein und treibt diese damit ebenfalls an. In der Synchronisationsstellung steht die Synchronisationseinrichtung also in Wirkverbindung mit der Antriebsnabe und weist damit dieselbe Drehzahl auf. Beispielsweise über Haftreibung kann nun die Abtriebsnabe von der Synchronisationseinrichtung angetrieben werden.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Lückenweite der Außenverzahnung der Synchronisationseinrichtung gleich groß oder größer ist als die Zahndicke der Innenverzahnung des Führungsbereichs. Auf diese Weise kann der Klemmbereich der Innenverzahnung des Mitnehmerelements ohne Weiteres durch die Außenverzahnung der Synchronisationseinrichtung zu dem Eingriffsbereich der Abtriebsnabe gelangen. Im Falle der Außenverzahnung der Synchronisationseinrichtung wird kein Verspannen mit der Innenverzahnung des Mitnehmerelements vorgenommen, da die Synchronisationseinrichtung ohnehin mit derselben Drehzahl wie Antriebsnabe und Abtriebsnabe dreht, wenn sich das Mitnehmerelement in der Mitnahmestellung befindet und auch kein Drehmoment über die Synchronisationseinrichtung übertragen wird. Auch ohne das Verspannen kann also keine Beschädigung der Außenverzahnung der Synchronisationseinrichtung beziehungsweise des entsprechenden Bereichs der Innenverzahnung des Mitnehmerelements auftreten.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere Hybridantriebseinrichtung, eines Fahrzeugs, die zumindest zwei Antriebsaggregate, insbesondere eine elektrische Maschine und eine Brennkraftmaschine, aufweist, wobei die Antriebsaggregate mittels einer schaltbaren Doppelzahnkupplung gemäß den vorstehenden Ausführungen miteinander koppelbar sind. Die Doppelzahnkupplung kann dabei gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebsnabe auf einer Antriebswelle und/oder die Abtriebsnabe auf einer Abtriebswelle drehfest und/oder axial unverschieblich befestigt sind. Antriebsnabe und Abtriebsnabe können somit im Wesentlichen ortsfest angeordnet sein. Lediglich das Mitnehmerelement ist in diesem Fall axial verschiebbar, womit das Schalten der Doppelzahnkupplung vorgenommen werden kann. Es kann jedoch auch ein axiales Verschieben von Antriebsnabe und/oder Abtriebsnabe zugelassen sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
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1 eine schaltbare Doppelzahnkupplung in einer Schnittansicht, wobei sich ein Mitnehmerelement in einer Leerlaufstellung befindet,
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2 eine Abtriebsnabe der Doppelzahnkupplung,
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3 ein Führungselement des Mitnehmerelements,
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4 das Mitnehmerelement mit Führungselement und einem Fixierelement,
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5 eine Detailansicht einer Rückstellvorrichtung, welche Fixierelement und Führungselement aufeinander zu drängt,
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6 einen Klemmbereich einer Innenverzahnung des Fixierelements,
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7 eine Antriebsnabe der Doppelzahnkupplung,
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8 die Doppelzahnkupplung, wobei sich das Mitnehmerelement in einer Synchronisationsstellung befindet,
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9 die Doppelzahnkupplung, wobei sich das Mitnehmerelement in einer Zwischenstellung befindet, und
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10 die Doppelzahnkupplung, wobei sich das Mitnehmerelement in einer Mitnahmestellung befindet.
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Die 1 zeigt eine Doppelzahnkupplung 1, die im Wesentlichen aus einer Antriebsnabe 2, einer Abtriebsnabe 3, einem Mitnehmerelement 4 und einer Synchronisationseinrichtung 5 besteht. Die Antriebsnabe 2 ist dabei drehfest und axial unverschieblich auf einer Antriebswelle 6 befestigt. Die Abtriebsnabe 3 ist mittels einer Lagereinrichtung 7, welche in dem hier dargestellten Beispiel zwei Kugellager 8 umfasst, drehbar aber ebenso axial unverschieblich auf der Antriebswelle 6 gelagert. Die Antriebsnabe 2 steht also in Drehwirkverbindung mit der Antriebswelle 6, während dies für die Abtriebsnabe 3 in der hier dargestellten Leerlaufposition des Mitnehmerelements 4 nicht der Fall ist. Die Antriebsnabe weist eine Außenverzahnung 9 und die Abtriebsnabe eine Außenverzahnung 10 auf. Auch die Synchronisationseinrichtung 5 verfügt über eine Außenverzahnung 11. Dagegen weist das Mitnehmerelement 4 eine Innenverzahnung 12 auf. In der Leerlaufstellung des Mitnehmerelements 4 greift die Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 nur in die Außenverzahnung 9 der Antriebsnabe 2 ein, steht also mit dieser in Eingriff. Das bedeutet, dass das Mitnehmerelement 4 im Wesentlichen drehfest mit der Antriebsnabe 2 verbunden ist und mit dieser mitrotiert, wenn die Antriebswelle 6 angetrieben ist, sich also in Drehbewegung befindet. Sowohl die Abtriebsnabe 3 als auch die Synchronisationsvorrichtung 5 werden dagegen nicht angetrieben, da das Mitnehmerelement 4 nicht mit deren Außenverzahnungen 10 beziehungsweise 11 in Eingriff steht.
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Die Außenverzahnung 9 der Antriebsnabe 2 besteht aus einem Durchtrittsbereich 13 und einem Einschubbereich 14. Dabei weist der Durchtrittsbereich eine im Wesentlichen konstante Lückenweite und damit auch eine konstante Zahndicke auf. Lückenweite und Zahndicke sind dabei entsprechend gängiger Konvention auf einem Kreis um eine Drehachse der Antriebsnabe 2 beziehungsweise der Doppelzahnkupplung 1 definiert. Der Einschubbereich 14 schließt sich an den Durchtrittsbereich an, wobei er auf der der Abtriebsnabe 3 abgewandten Seite der Antriebsnabe 2 vorgesehen ist. Die Lückenweite des Einschubbereichs 14 verringert sich in Richtung des Durchtrittsbereichs 13, vergrößert sich also in der der Abtriebsnabe 3 abgewandten Richtung. Die Außenverzahnung 10 der Abtriebsnabe 3 weist einen Eingriffsbereich 16 auf, welcher eine sich verringernde Lückenweite aufweist. Dabei verringert sich die Lückenweite des Eingriffsbereichs 16 in der der Antriebsnabe 2 abgewandten Richtung. Dabei ist es vorgesehen, dass der Eingriffsbereich 16 zumindest bereichsweise eine größere Lückenweite aufweist als der Durchtrittsbereich 13. Dies ist vorgesehen, um ein einfaches Einbringen der Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 aus dem Durchtrittsbereich 13 in den Eingriffsbereich 16 zu gewährleisten, wenn das Mitnehmerelement 4 aus der Leerlaufstellung heraus verlagert wird.
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Das Mitnehmerelement 4 ist zumindest zwischen einer Leerlaufstellung (wie in 1 dargestellt) und einer Mitnahmestellung verlagerbar. Dazu wird es in axialer Richtung (Drehachse 15) verschoben. Zu diesem Zweck ist eine Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, welche beispielsweise in eine ringförmigen Ausnehmung 17 des Mitnehmerelements 4 eingreift.
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Die Abtriebsnabe 3 weist eine Auflageschulter 18 auf, auf welcher ein Innenring 19 der Synchronisationsvorrichtung 5 aufliegt. Der Innenring 19 und ein Außenring 20 der Synchronisationsvorrichtung 5 fassen beispielsweise einen Synchronisationskörper 21 beziehungsweise Reibkörper ein, welcher radial zwischen diesem vorgesehen ist. Mittels des Synchronisationskörpers 21 ist sichergestellt, dass bei einem Antrieb des Außenrings 20 durch das Mitnehmerelement 4 über die Außenverzahnung 11 auch die Drehzahl des Innenrings 19 und damit der Abtriebsnabe 3 allmählich der Drehzahl des Mitnehmerelements 4 und damit der Antriebsnabe 2 angepasst wird. Der Innenring 19 ist daher drehfest auf der Abtriebsnabe 3 vorgesehen, während der Außenring 20 derart zwischen. Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 angeordnet ist, dass er in axialer Richtung zwischen diesen beiden Elementen gehalten ist.
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Das Mitnehmerelement 4 besteht aus einem Führungselement 22 und einem Fixierelement 23. Diese sind in axialer Richtung zueinander verlagerbar, jedoch drehfest miteinander verbunden. Dies ist vorgesehen, indem das Fixierelement 23 einen ringförmigen Grundkörper 24 aufweist und mit mindestens einem radial nach außen weisenden Mitnahmeelement 25 versehen ist, welches in eine Mitnahmetasche 26 des Führungselements 22 eingreift. Um die maximal mögliche axiale Auslenkung des Fixierelements 23 zu dem Führungselement 22 zu begrenzen und gleichzeitig das Fixierelement 23 in die in der 1 dargestellte Grundstellung zurückzudrängen, ist eine Rückstellvorrichtung 27 vorgesehen. Diese drängt das Fixierelement 23 und das Führungselement 22 aufeinander zu, insbesondere wenn eine axiale Auslenkung vorliegt. Die Innenverzahnung 12 ist sowohl an dem Führungselement 22 als auch dem Fixierelement 23 vorgesehen, wobei das Führungselement 22 einen Führungsbereich 28 und einen Klemmbereich 29 und das Fixierelement 23 einen weiteren Klemmbereich 30 (alle hier nicht erkennbar) aufweist.
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In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Mitnehmerelement derart verlagerbar, dass vier Stellungen ansteuerbar sind. In der 1 ist das Mitnehmerelement 4 in der Leerlaufstellung dargestellt. Weiterhin ist es möglich, das Mitnehmerelement 4 derart axial zu verlagern, dass seine Innenverzahnung 12 mit der Außenverzahnung 11 der Synchronisationsvorrichtung 5 in Eingriff steht (Synchronisationsstellung) oder dass sie in die Außenverzahnung 10 der Abtriebsnabe 3 eingreift (Zwischenstellung und Mitnahmestellung).
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Die 2 zeigt eine Draufsicht der Abtriebsnabe 3. Es ist deutlich erkennbar, dass diese aus einem rohrförmigen Basiselement 31 besteht, auf welchem die Auflageschulter 18 und ein Zahnkranz 32 mit der Außenverzahnung 10 vorgesehen ist. Deutlich ist auch der Eingriffsbereich 16 erkennbar, in welcher die Lückenweite stetig in der der Antriebsnabe 2 abgewandten Richtung abnimmt. Zwischen dem Eingriffsbereich 16 und der Antriebsnabe 2 ist ein Bereich 33 vorgesehen, in welchem Zähne 34 der Außenverzahnung 10 eine sich in Richtung der Antriebsnabe 2 verjüngende Zahndicke und/oder sich verringernde Zahnhöhe aufweisen. Dabei ist der Bereich 33 derart ausgestaltet, dass bei einem axialen Verschieben des Mitnehmerelements 4 dessen Innenverzahnung 12 ohne Weiteres in die Außenverzahnung 10 eingreifen kann, ohne dass es zu einem Verkanten der Innenverzahnung 12 mit der Außenverzahnung 10 kommen kann. Dies wird insbesondere erreicht, indem die Zahnhöhe konstant bleibt und die Zähne 34 in Draufsicht im Wesentlichen dreieckförmig sind, wobei die Kanten des Dreiecks abgerundet sind, sodass ein stetiger Verlauf der Zahnflanken 35 gegeben ist. Der sich an den Bereich 33 anschließende Eingriffsbereich 16 weist zumindest bereichsweise eine größere Lückenweite auf als der Durchtrittsbereich 13 der Außenverzahnung 9 der Antriebsnabe 2.
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Die 3 zeigt das Führungselement 22 des Mitnehmerelements 4. Dabei ist erkennbar, dass die Innenverzahnung 12 aus mehreren Bereichen besteht, nämlich dem Führungsbereich 28, in welchem Lückenweite und Zahndicke der Innenverzahnung 12 im Wesentlichen konstant sind, und dem Klemmbereich 29, in welchem die Zahndicke abnimmt beziehungsweise die Lückenweite zunimmt. Dabei ist der Klemmbereich 29 der Abtriebsnabe 3 zugewandt. Dabei ist es vorgesehen, dass die Innenverzahnung 12 in dem Klemmbereich 29 in Draufsicht im Wesentlichen dreieckförmig oder gerundet (beispielsweise mit kreisförmigem oder ovalem Verlauf) ausgebildet ist.
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Die 4 zeigt erneut das Mitnehmerelement 4, wobei sowohl das Führungselement 22 als auch das Fixierelement 23 dargestellt sind, die mittels dreier Rückstellvorrichtungen 27 miteinander verbunden sind. Die Rückstellvorrichtungen 27 sind dabei gleichförmig über den Umfang des Mitnehmerelements 4 verteilt angeordnet. Ebenso erkennbar ist eines der Mitnahmeelemente 25, welche in den Mitnahmetaschen 26 angeordnet sind, und von welchen ebenfalls drei Stück über den Umfang des Mitnehmerelements 4 gleichmäßig verteilt sind. Es zeigt sich, dass die Innenverzahnung 12 sich auch auf das Fixierelement 23 erstreckt. Dabei ist auf dem Fixierelement 23 der weitere Klemmbereich 30 vorgesehen, dessen Zahndicke sich in Richtung des Führungsbereichs 28 verringert.
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Die 5 zeigt eine teilweise transparente Ansicht der Rückstellvorrichtung 27. Es wird deutlich, dass in einem Radialvorsprung 36 des Mitnehmerelements 4 zwei Haltestifte 37 in Ausnehmungen 38 verschieblich angeordnet sind. Die Haltestifte 37 sind an einer Rückstellplatte 39, welche mit dem Fixierelement 23 verbunden ist, befestigt. Diese Haltestifte 37 dienen somit als Führungsstifte, sodass zusätzlich zu dem Zusammenwirken von Mitnahmeelement 25 und Mitnahmetasche 26 (hier nicht dargestellt) eine drehfeste, aber axial verlagerbare Verbindung zwischen Führungselement 22 und Fixierelement 23 gegeben ist. Um ein Rückstellen zu ermöglichen, also das Fixierelement 23 auf das Führungselement 22 zuzudrängen, ist eine Feder 40, hier ausgebildet als Spiralfeder, vorgesehen.
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Die 6 zeigt einen Ausschnitt des Fixierelements 23, wobei deutlich der weitere Klemmbereich 30 der Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 zu erkennen ist. Es wird nochmals deutlich, dass sich die Lückenweite des weiteren Klemmbereichs 30 in von dem Führungsbereich 28 abgewandter Richtung stetig verringert. Gleichzeitig ist vorgesehen, dass in einem vorderen Bereich, welcher dem Führungsbereich 28 zugewandt ist, Zähne 41 der Innenverzahnung 12 in Draufsicht im Wesentlichen dreieckförmig sind, wobei Kanten beziehungsweise Ecken abgerundet sind. Die Zahndicke des weiteren Klemmbereichs 30 verringert sich also in Richtung des Führungsbereichs 28.
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Die 7 zeigt die Antriebsnabe 2 der Doppelzahnkupplung 1. Deutlich erkennbar ist hier der Durchtrittsbereich 13 und der Einschubbereich 14 der Außenverzahnung 9. Der Durchtrittsbereich 13 weist eine im Wesentlichen konstante Lückenweite beziehungsweise Zahndicke auf. Dagegen verringert sich die Lückenweite des Einschubbereichs 14 in Richtung des Durchtrittsbereichs 13. Dabei schließen Durchtrittsbereich 13 und Einschubbereich 14 unmittelbar aneinander an. Der Durchtrittsbereich 13 ist dazu ausgebildet, mit der Innenverzahnung 12 in dem Führungsbereich 28 des Mitnehmerelements 4 zusammenzuwirken. Dagegen ist der Einschubbereich 14 an dem weiteren Klemmbereich 13 des Fixierelements 23 angepasst. Das bedeutet, dass die Zahndicke der Innenverzahnung 12 in dem Führungsbereich 28 im Wesentlichen der Lückenweite des Durchtrittsbereichs 13 entspricht oder kleiner ist. Gleichzeitig weist der Klemmbereich 29 eine geringere Zahndicke auf als der Führungsbereich, womit der Klemmbereich 29 ohne Weiteres den Durchtrittsbereich 13 passieren kann. Die Zahnbreite des weiteren Klemmbereichs 30 ist jedoch größer als die Lückenweite des Durchtrittsbereichs 13, sodass bei einem axialen Verlagern des Mitnehmerelements 4 der weitere Klemmbereich 30 lediglich teilweise in den Einschubbereich 14 eintreten kann. Wird der weitere Klemmbereich 30 ausreichend weit in den Einschubbereich 14 eingebracht, so tritt ein Verklemmen in Umfangsrichtung auf, sodass ein Verdrehen des Fixierelements 23 und damit auch des Mitnehmerelements 4 in Bezug auf die Antriebsnabe 2 verhindert wird.
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Anhand der 1, 8, 9 und 10 wird im Folgenden die Funktionsweise der Doppelzahnkupplung 1 beschrieben. In der 1 ist, wie vorstehend bereits dargelegt, die Leerlaufstellung des Mitnehmerelements 4 dargestellt. Das bedeutet, dass die Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 lediglich mit der Außenverzahnung 9 der Antriebsnabe 2 in Eingriff steht. In dieser Stellung des Mitnehmerelements ist die Abtriebsnabe 3 von der Antriebsnabe 2 vollständig entkoppelt. In der 8 ist dagegen die Synchronisationsstellung des Mitnehmerelements 4 dargestellt. In dieser kämmt die Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 mit der Außenverzahnung 11 der Synchronisationsvorrichtung 5. Damit wird der Außenring 20 der Synchronisationsvorrichtung 5 mit derselben Drehzahl betrieben wie die Antriebsnabe 2. Über den Synchronisationskörper 21 wird eine Gleitverbindung zu dem Innenring 19 hergestellt, sodass dieser allmählich auf dieselbe Drehzahl wie der Außenring 20 gebracht wird. Damit wird gleichzeitig die Abtriebsnabe 3 allmählich beschleunigt, da der Innenring 19 drehfest auf dieser gehalten ist. Auf diese Weise ist die Doppelzahnkupplung 1 synchronisiert ausgelegt.
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Nachdem der Synchronisationsvorgang abgeschlossen ist, wird das Mitnehmerelement 4 in eine Zwischenstellung verlagert, welche in der 9 dargestellt ist. In dieser befindet sich die Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 immer noch in Eingriff mit der Außenverzahnung 9 der Antriebsnabe 2. Gleichzeitig tritt jedoch der Klemmbereich 29 der Innenverzahnung 12 in den Eingriffsbereich 16 und der weitere Klemmbereich 30 des Fixierelements 23 in den Einschubbereich 14 der Antriebsnabe 2 ein. Dabei sind Klemmbereich 29 und Eingriffsbereich 16 sowie weiterer Klemmbereich 30 und Einschubbereich 14 derart ausgebildet, dass das Führungselement 22 über die in der 9 dargestellte Zwischenstellung weiter in axialer Richtung verlagert werden kann, während das Fixierelement 23 durch Zusammenwirken von weiterem Klemmbereich 30 und Einschubbereich 14 in axialer Richtung fixiert und damit gehalten ist. Gleichzeitig ist die Innenverzahnung 12 des weiteren Klemmbereichs 30 in der Außenverzahnung 9 des Einschubbereichs 14 auch in Umfangsrichtung klemmend gehalten, sodass ein Verdrehen des Fixierelements 23 und damit auch des Mitnehmerelements 4 in Bezug zu der Antriebsnabe 2 nicht mehr möglich ist. Das Mitnehmerelement 4 ist also mit der Antriebsnabe 2 verspannt, während dies für das Mitnehmerelement 4 und die Abtriebsnabe 3 noch nicht der Fall ist. Somit liegt zwar schon eine drehfeste Verbindung zwischen Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 vor, diese Verbindung weist jedoch ein durch die Innenverzahnung 12 und die Außenverzahnung 10 gekennzeichnetes Spiel auf.
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Aus diesem Grund, wie in 10 dargestellt, das Führungselement 22 des Mitnehmerelements 4 weiter in axialer Richtung verlagert, bis sich das Mitnehmerelement 4 in der Mitnahmestellung befindet. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmbereich 29 derart in den Eingriffsbereich 16 eingreift, sodass auch hier kein Spiel in Umfangsrichtung möglich ist, sodass auch die Abtriebsnabe 3 mit dem Mitnehmerelement 4 verspannt ist. Somit kann, befindet sich das Mitnehmerelement 4 in der Mitnahmestellung, kein Spiel in Umfangsrichtung zwischen Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 auftreten. Diese sind also miteinander verspannt. In der Mitnahmestellung des Mitnehmerelements 4 ist das Führungselement 22 in Bezug zu dem Fixierelement 23 axial verlagert. Dies rührt daher, dass das Fixierelement 23 beziehungsweise der weitere Klemmbereich 30 derart in dem Einschubbereich 14 einsitzt, dass keine weitere axiale Verlagerung des Fixierelements 23 möglich ist. Die Rückstellvorrichtung 27 erlaubt dennoch ein weiteres axiales Verlagern des Führungselements 22, sodass auch dessen Klemmbereich 29 in den Eingriffsbereich 16 der Abtriebsnabe 3 zum Verspannen gelangen kann. In der 10 ist das Mitnehmerelement 4 teilweise transparent dargestellt, sodass ein Zusammenspiel der Innenverzahnung 12 mit den Außenverzahnungen 9, 10 und 11 erkennbar ist. Durch die zweiteilige Ausbildung des Mitnehmerelements, bestehend aus Führungselement 22 und Fixierelement 23, ist es auch möglich, Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 in gewissem Umfang beweglich auf einer Antriebswelle beziehungsweise Abtriebswelle anzuordnen. Unabhängig davon, wie die Antriebsnabe 2 zu der Antriebswelle beziehungsweise die Abtriebsnabe 3 zu der Abtriebswelle positioniert ist, ist es dennoch jederzeit möglich, ohne Weiteres eine spielfreie Verbindung zwischen Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 herzustellen, weil das axiale Spiel zwischen Antriebsnabe 2 und Abtriebsnabe 3 mittels der axialen Verlagerung zwischen Führungselement 22 und Fixierelement 23 des Mitnehmerelements 4 ausgeglichen werden kann.
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Anstelle der bei der hier beschriebenen Ausführungsform vorliegenden variablen Lückenweite und Zahnweite kann es auch eine Ausführungsform vorgesehen sein, bei welcher die Klemmwirkung mittels einer variablen Zahnhöhe erzielt wird. Dazu weist die Innenverzahnung 12 des Mitnehmerelements 4 in dem Führungsbereich 28 beispielsweise eine konstante Zahnhöhe und in dem Klemmbereich 29 eine in Axialrichtung nach außen sinkende und in dem Klemmbereich 30 eine nach außen steigende Zahnhöhe auf. Entsprechend sind die Außenverzahnungen 9 und 10 dergestalt ausgelegt, dass in dem Einschubbereich 14 eine nach außen sinkende Zahnhöhe und in dem Eingriffsbereich 16 eine nach außen steigende Zahnhöhe vorliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelzahnkupplung
- 2
- Antriebsnabe
- 3
- Abtriebsnabe
- 4
- Mitnehmerelement
- 5
- Synchronisationsvorrichtung
- 6
- Antriebswelle
- 7
- Lagereinrichtung
- 8
- Kugellager
- 9
- Außenverzahnung
- 10
- Außenverzahnung
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Innenverzahnung
- 13
- Durchtrittsbereich
- 14
- Einschubbereich
- 15
- Drehachse
- 16
- Eingriffsbereich
- 17
- Ausnehmung
- 18
- Auflageschalter
- 19
- Innenring
- 20
- Außenring
- 21
- Synchronisationskörper
- 22
- Führungselement
- 23
- Fixierelement
- 24
- Grundkörper
- 25
- Mitnahmeelement
- 26
- Mitnahmetasche
- 27
- Rückstellvorrichtung
- 28
- Führungsbereich
- 29
- Klemmbereich
- 30
- Klemmbereich
- 31
- Basiselement
- 32
- Zahnkranz
- 33
- Bereich
- 34
- Zahn
- 35
- Zahnflanke
- 36
- Radialvorsprung
- 37
- Haltestift
- 38
- Ausnehmung
- 39
- Rückstellplatte
- 40
- Feder
- 41
- Zahn
