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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von wenigstens zwei drehbaren Baugruppen gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Automatikgetrieben, beispielsweise bei automatisierten Handschaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben, wird das Einlegen verschiedener Gangstufen bzw. das Schalten verschiedener Gangradpaare mittels Klauenschaltelementen formschlüssig über Klauenverzahnungen realisiert.
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Nachteilhafterweise besteht während eines Schließvorganges eines Klauenschaltelementes insbesondere bei nicht angespitzten Zähnen der Klauenverzahnung die Möglichkeit, dass ein Klauenschaltelement bei Vorliegen einer so genannten Zahn-auf-Zahn Stellung nicht innerhalb vordefinierter Schaltzeiten in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist. Aus diesem Grund wird versucht, derartige Zahn-auf-Zahn Stellungen zu verhindern oder innerhalb vordefinierter Betriebszeiten aufzulösen, um ein Klauenschaltelement innerhalb einer gewünschten Schaltzeit aus seinem geöffneten Betriebszustand in seinen geschlossenen Betriebszustand überführen zu können.
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Aus der
DE 101 22 450 A1 ist eine Vorgehensweise für eine Vorausberechnung einer Zahn-auf-Zahn Stellung bekannt, wobei hierfür hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Erfassung der Relativpositionen der miteinander in Eingriff zu bringenden Schaltelementhälften eines formschlüssigen Schaltelementes gestellt sind. Dies gilt besonders für eine Sensorik, welche die Winkelstellungen der miteinander in Eingriff zu bringenden Profile eines formschlüssigen Schaltelementes nicht direkt im Bereich des Schaltelementes erfasst, da bei Vorliegen von Verzahnungsspielen eine Erfassung der Winkelpositionen an anderer Stelle nicht mit der gewünschten Genauigkeit möglich ist.
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Generell lässt sich eine Zahn-auf-Zahn Stellung im Bereich eines formschlüssigen Schaltelementes während eines Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes durch Anlegen eines Drehmomentes auflösen. Ein derartiges Drehmoment wird zur Überwindung der im stirnseitigen Zahn-auf-Zahn-Kontakt zwischen den beiden miteinander in Eingriff zu bringenden Schaltelementhälften vorliegenden Reibung einem Schaltelement aufgeprägt, um zwischen den Schaltelementhälften eine Relativbewegung zu erzeugen und ein Einspuren der beiden Klauenhälften zu ermöglichen.
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Ist das aufgeprägte Drehmoment jedoch zu hoch, wird eine der Schaltelementhälften in Bezug auf die andere Schaltelementhälfte unerwünscht schnell beschleunigt, womit der Einspurvorgang aufgrund einer zu hohen Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften ebenfalls nicht in gewünschtem Umfang durchführbar ist und das formschlüssige Schaltelement nicht in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von wenigstens zwei drehbaren Baugruppen, vorzugsweise von Baugruppen einer Getriebeeinrichtung, zur Verfügung zu stellen, mit welcher formschlüssige Schaltelemente innerhalb vordefinierter Schaltzeiten aus einem geöffneten in einen geschlossenen Betriebszustand auf einfache und kostengünstige Art und Weise überführbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum drehfesten Verbinden von wenigstens zwei drehbaren Baugruppen, vorzugsweise von Baugruppen einer Getriebeeinrichtung, stellt die drehfeste Verbindung im Bereich eines formschlüssigen Schaltelementes her. Eine Schaltelementhälfte des Schaltelementes ist mit wenigstens einer der Baugruppen und eine andere Schaltelementhälfte mit wenigstens einer weiteren Baugruppe verbindbar. Zum drehfesten Verbinden der Baugruppen sind Bereiche der Schaltelementhälften durch eine Eingriffsbewegung von zumindest einer der Schaltelementhälften in Bezug auf die andere Schaltelementhälfte formschlüssig miteinander in Eingriff bringbar. Bereiche einer ersten Schaltelementhälfte sind in Richtung der Eingriffsbewegung der Schaltelementhälften von Bereichen der zweiten Schaltelementhälfte zumindest bereichsweise verdrängbar und in Drehrichtung der Baugruppen festgelegt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit im Bereich einer Schaltelementhälfte eines formschlüssigen Schaltelementes mit mehreren in Bezug auf die andere Schaltelementhälfte in Schließrichtung des formschlüssigen Schaltelementes beweglich ausgeführten Bereichen ausgebildet, um ein sicheres und verzögerungsfreies Schließen eines Schaltelementes zu gewährleisten. Hierfür werden die beweglich ausgeführten Bereiche der ersten Schaltelementhälfte von Bereichen der zweiten Schaltelementhälfte während eines Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes verschoben, wobei durch die Verschiebung der Bereiche freigegebene Abschnitte mit den Bereichen der zweiten Schaltelementhälfte dahingehend zusammenwirken, dass im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes der gewünschte Formschluss vorliegt und das Drehmoment über das formschlüssige Schaltelement zwischen den Baugruppen führbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen einfacher und kostengünstiger ausgeführt, da für den anforderungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung beispielsweise keine aufwändige Sensorik zum Verifizieren der aktuellen Positionen der miteinander in Eingriff zu bringenden Schaltelementhälften eines formschlüssigen Schaltelementes erforderlich sind.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine schematisierte Teildarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich eines formschlüssigen Schaltelementes, wobei die beiden Schaltelementhälften in geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes als Abwicklung gezeigt sind;
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2 eine 1 entsprechende Darstellung in nahezu vollständig geschlossenem Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes;
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3 eine Seitenansicht einer Schaltelementhälfte des formschlüssigen Schaltelementes, die mit bewegbaren Bereichen ausgeführt ist;
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4 eine Schnittansicht der Schaltelementhälfte gemäß 3 entlang einer in 3 näher gekennzeichneten Schnittlinie IV-IV;
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5 eine teilweise Explosionsdarstellung der Schaltelementhälfte gemäß 3;
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6 eine Einzelansicht einer als Tellerfeder in geschlitzter Ausführung ausgebildeten Federeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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7 eine 3 entsprechende Darstellung der Schaltelementhälfte, die über eine in Drehrichtung der Baugruppen gerichtete Drehmomentstöße dämpfende Koppeleinrichtung mit einer der Baugruppen wirkverbunden ist; und
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8 eine Teilschnittansicht der Schaltelementhälfte gemäß 7 entlang einer Schnittlinie VIII-VIII.
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1 und 2 zeigen jeweils eine schematisierte Teildarstellung einer Vorrichtung 1 zum drehfesten Verbinden von zwei drehbaren Baugruppen 2, 3 einer nicht näher dargestellten Getriebeeinrichtung bzw. eine Abwicklung von Schaltelementhälften 5 und 6 eines Schaltelementes 4, wobei die drehfeste Verbindung im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 4 herstellbar ist. Eine Schaltelementhälfte 5 ist mit der Baugruppe 2 und eine Schaltelementhälfte 6 ist mit der Baugruppe 3 verbunden. Zum drehfesten Verbinden der Baugruppen 2 und 3 sind Bereiche 7, 8 der Schaltelementhälften 5 und 6 durch eine Eingriffsbewegung X der Schaltelementhälften 5 und 6 jeweils in Bezug auf die andere Schaltelementhälfte 6, 5 in der in 2 näher dargestellten Art und Weise miteinander formschlüssig in Eingriff bringbar.
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Zur Vermeidung einer Zahn-auf-Zahn Stellung sind die Bereiche 7 bzw. Zahnprofile der ersten Schaltelementhälfte 5 in Richtung der Eingriffsbewegung X der Schaltelementhälften 5 und 6 von den Bereichen 8 bzw. Zahnprofilen der zweiten Schaltelementhälfte 6 verdrängbar und in Drehrichtung Y der Baugruppen 2 und 3 in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise in der ersten Schaltelementhälfte 5 festgelegt.
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Die zweite Schaltelementhälfte 6 bzw. deren Zahnprofile 8 stellen feststehende Zähne mit definierter Teilung t dar, während die damit einzuspurende Schaltelementhälfte 5 in Umfangsrichtung der Schaltelementhälfte 5 formschlüssig geführte Zahnprofile 7 mit einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung t der zweiten Schaltelementhälfte 6 aufweist. Die Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 sind in der ersten Schaltelementhälfte 5 in Eingriffsrichtung X bzw. in axialer Richtung beweglich ausgeführt bzw. geführt, wobei die Linearbewegung der Zahnprofile 7 durch eine in 1 lediglich schematisiert dargestellte Anschlageinrichtung 9 begrenzt ist.
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Die Bereiche 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 bilden ein Klauenzahnprofil mit fester Zahnprofilbreite b und definiertem Abstand d zwischen den Zahnprofilen 8 aus. Die verdrängbaren Bereiche 7 der ersten Schaltelementhälfte 4 sind als ein Klauenzahnprofil mit ebenfalls fester Zahnprofilbreite c und definiertem Abstand zwischen den Zahnprofilen 7 ausgebildet, wobei der Abstand zwischen den Zahnprofilen 7 nahezu Null ist.
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Damit die Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 4 der in 2 näher dargestellten Art und Weise beim Auftreffen auf die Bereiche 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 in Eingriffsrichtung X verschoben werden, während weitere Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 zwischen den Bereichen 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 eintauchen, werden die Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 mit einer der Eingriffsbewegung X entgegenwirkenden Rückführkraft beaufschlagt, die vorliegend einer Federkraft einer Federeinrichtung 10 entspricht,. Die Federeinrichtung 10 gemäß 1 umfasst mehrere Schraubenfederelemente 11, wobei jedem Zahnprofil 7 ein Schraubenfederelement 11 zugeordnet ist.
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Ausgehend von dem in 1 dargestellten geöffneten Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes 4 in Richtung des in 2 dargestellten geschlossenen Betriebszustandes des formschlüssigen Schaltelementes 4 werden die Zahnprofile 7 der ersten Schalelementhälfte 5, die jeweils auf ein Zahnprofil 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 treffen, entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 10 zurückfedern, während die Zahnprofile 7, die auf eine Lücke der zweiten Schaltelementhälfte 6 treffen, nicht verschoben werden und mit den Bereichen 8 eine formschlüssige Verbindung zwischen den Schaltelementhälften 5 und 6 herstellen.
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Aufgrund der verschiebbar ausgeführten Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 ist die zu Beginn des Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes 4 vorliegende Stellung der beiden Schaltelementhälften 5 und 6 zueinander unerheblich, da die zum Herstellen des Formschlusses erforderliche Kontur durch die reversibel verschiebbar ausgeführten Zahnprofile 7 während des Schließvorganges des formschlüssigen Schaltelementes 4 bzw. während dem Zusammendrücken der beiden Schaltelemente 5 und 6 hergestellt wird.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die erste Schaltelementhälfte 5 gezeigt, die einen Innenbereich 12 und einen dazu koaxial angeordneten Außenbereich 13 aufweist. Zwischen dem vorliegend als Innenring ausgeführten Innenbereich 12 und dem als Außenring ausgebildeten Außenbereich 13 sind die verdrängbaren Bereiche 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 in Führungseinrichtungen 14, 15 eingreifend angeordnet, wobei der Führungsbereich 14 des Innenbereiches 12 als Außenverzahnung und der Führungsbereich 15 der Außenbereiches 13 als Innenverzahnung ausgeführt ist. Die Außenverzahnung 14 des Innenbereiches 12 und die Innenverzahnung 15 des Außenbereiches 13 weisen die gleiche Teilung auf.
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Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, den Innenbereich 12 der ersten Schaltelementhälfte 5 als Bolzen mit Außenverzahnung auszuführen.
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Des Weiteren stehen die verdrängbaren Bereiche 7 der ersten Schaltelementhälfte 5, die Ringsegmente darstellen, in dem Innenbereich 12 und dem Außenbereich 13 zugewandten Abschnitten 16, 17 mit diesen formschlüssig in Eingriff. Dabei sind die verdrängbaren Bereiche 7 jeweils in ihren dem Innenbereich 12 und dem Außenbereich 13 zugewandten Abschnitten mit den Zahnprofilen des Innenbereiches 12 und des Außenbereichs 13 korrespondierenden Profilen 16, 17, beispielsweise einem Zahn oder einer Nut, ausgeführt, um die formschlüssige Verbindung mit dem Innenbereich 12 und dem Außenbereich 13 auf konstruktiv einfache Art und Weise auszubilden.
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4 zeigt eine Teilschnittdarstellung der ersten Schaltelementhälfte 5 entlang einer in 3 näher gezeigten Schnittlinie IV-IV, wobei die Federeinrichtung 10 abweichend von der in 1 und 2 dargestellten Ausführung als eine in 6 näher gezeigte Tellerfeder in geschlitzter Ausführung ausgebildet ist. Die Federeinrichtung 10 bzw. die Tellerfeder gemäß 6 weist dabei eine der Anzahl der verdrängbaren Bereiche 7 entsprechende Teilung auf, wobei die Tellerfeder 10 durch eine formschlüssige, wie einer Nietverbindung, oder einer stoffschlüssigen Verbindung, wie einem Schweißpunkt oder dergleichen, in Bezug auf die verdrängbaren Bereiche 7 während der Montage der Vorrichtung 1 definiert ausgerichtet arretiert ist.
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In 5 ist eine dreidimensionale Teilschnittansicht bzw. eine Explosionsdarstellung der ersten Schaltelementhälfte 5 mit einem verdrängbaren Bereich 7 dargestellt, der über eine Länge I1 mit dem zuvor näher beschriebenen Zahnbereich 16 bzw. 17 ausgestaltet ist, wobei der verdrängbare Bereich 7 mit dem Zahnbereich 16 in den Führungsbereich 15 des Außenbereiches 13 und mit dem Zahnbereich 17 in den Führungsbereich 14 des Innenbereiches 12 eingreift. In einem weiteren Abschnitt, der sich vorliegend über die Länge I2 erstreckt, ist der verdrängbare Bereich 7 ohne die Zahnbereiche 16 und 17 mit verringerter Breite b7 ausgeführt.
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Diese letztbeschriebene Ausführung stellt eine konstruktiv einfache Ausführung der Anschlageinrichtung 9 dar, da die verdrängbaren Bereiche 7 beim Einfahren zwischen dem Außenbereich 13 und dem Innenbereich 12 der ersten Schaltelementhälfte 5 mit den Zahnbereichen 16 und 17 jeweils an einem Bund 12A des Innenbereiches 12 und einem Bund des Außenbereiches 13 zum Anliegen kommen und der Verdrängungsweg der verdrängbaren Bereiche 7 auf einfache Art und Weise begrenzt wird.
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Die Teilung t der zweiten Schaltelementhälfte 6 im Bereich der Zahnprofile 8 ist derart vorgesehen, dass die Zahnbreite b und die Breite der Lücke d nicht exakt gleich sind. Damit soll das Einspuren der beiden Schaltelementhälften 5 und 6 erleichtert werden. Die Breite d der Lücke ist dabei größer als die Zahnbreite b, dass die in die Lücke eintauchenden Zahnprofile 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 mit Spiel in die Lücke eingeführt werden, jedoch ein weiterer benachbart angeordneter Zahn bzw. ein weiteres benachbart angeordnetes Zahnprofil 7 nicht mehr in die betreffende Lücke eintaucht.
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So besteht beispielsweise die Möglichkeit die Teilung t der zweiten Schaltelementhälfte 6 bzw. des Klauenzahnprofils so abzustimmen, dass eine Anzahl n der verdrängbaren Bereiche 7 in eine Lücke zwischen zwei Bereichen 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 eintauchen, während eine Anzahl m der verdrängbaren Bereiche 7 durch einen Bereich 8 in der in 2 näher dargestellten Art und Weise gegen die Federkraft der Federeinrichtung 10 einfedert. Ausgehend von einer Teilung t5 der ersten Schaltelementhälfte 5 im Bereich des Klauenzahnprofils ist die Breite d der Lücke zwischen zwei Bereichen 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 über folgenden formelmäßigen Zusammenhang definierbar: d = n·t5 + z·t5
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Für die Bestimmung der Breite b der Bereiche 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 wird folgender formelmäßiger Zusammenhang vorgeschlagen: b = m·t5 – z·t5
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Der Faktor z ist jeweils kleiner als 1, vorzugsweise gleich 0,5. Ausgehend von einer Teilung t5 im Bereich der ersten Schaltelementhälfte 5 taucht eine Anzahl n + 1 der verdrängbaren Bereiche 7 in eine Lücke zwischen den Bereichen 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 ein.
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Um Drehmomentstöße, die aus Drehzahldifferenzen zwischen den Schaltelementhälften 5 und 6 resultieren, bei einem Schließen des formschlüssigen Schaltelementes 4 zu reduzieren, besteht die Möglichkeit, zumindest eine der Schaltelementhälften 5 oder 6 oder beide Schaltelementhälften 5 und 6 wenigstens über eine in 7 und 8 gezeigte Koppeleinrichtung 18 mit den Baugruppen 2, 3 zu verbinden.
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Die in 7 dargestellte Koppeleinrichtung 18 umfasst elastische Elemente 19, die im Bereich einer formschlüssigen Welle-Nabe Verbindung 20 zwischen der ersten Schaltelementhälfte 5 und der Baugruppe 2 vorgesehen ist. Die elastischen Elemente 19 ermöglichen eine Verdrehung der ersten Schaltelementhälfte 5 gegenüber der Baugruppe 2, womit Drehmomentstöße auf einfache Art und Weise dämpfbar sind.
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In 8 ist zwischen der ersten Schaltelementhälfte 5 und der Baugruppe 2 eine mit einem Wellbalg 21 ausgebildete Koppeleinrichtung 18 gezeigt, über die auch Fluchtungsfehler zwischen den Baugruppen 2, 3 ausgleichbar sind.
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Alternativ oder kumulativ zu den in 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen der Koppeleinrichtung 18 besteht auch die Möglichkeit, die Bereiche 8 der zweiten Schaltelementhälfte 6 oder die verdrängbaren Bereiche 7 der ersten Schaltelementhälfte 5 jeweils elastisch mit Grundkörpern der Schaltelementhälften 5 und 6 zu verbinden und im Verbindungsbereich zwischen den verdrängbaren Bereichen 7 und der ersten Schaltelementhälfte 5 und/oder zwischen den Bereichen 8 und der zweiten Schaltelementhälfte 6 in radialer Richtung ein elastisches Spiel in Kleinwinkelbereichen zur Verfügung zu stellen, um Drehmomentstöße beim Schließvorgang des formschlüssigen Schaltelementes 4 zumindest teilweise dämpfen zu können.
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Bei einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Rückführkraft durch einen in Bezug auf die zweite Schaltelementhälfte abgewandten Seiten der verdrängbaren Bereiche der ersten Schaltelementhälfte vorgesehenen Druckbereich zur Verfügung gestellt, der beispielsweise mit einem Gaspolster ausgeführt sein kann. Bei dieser Ausführungsform sind die einzelnen verdrängbaren Bereiche der ersten Schaltelementhälfte vorzugsweise zueinander abgedichtet auszuführen, wenn diese mit dem Außenbereich und dem Innenbereich der ersten Schaltelementhälfte den Druckbereich begrenzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2, 3
- Baugruppe
- 4
- formschlüssiges Schaltelement
- 5
- erste Schaltelementhälfte
- 6
- zweite Schaltelementhälfte
- 7
- verdrängbaren Bereich der ersten Schaltelementhälfte
- 8
- Bereich der zweiten Schaltelementhälfte
- 9
- Anschlageinrichtung
- 10
- Federeinrichtung
- 11
- Schraubenfederelement
- 12
- Innenbereich
- 12A
- Bund
- 13
- Außenbereich
- 13A
- Bund
- 14
- Führungseinrichtung des Innenbereichs
- 15
- Führungseinrichtung des Außenbereichs
- 16, 17
- Zahnbereich
- 18
- Koppeleinrichtung
- 19
- Element
- 20
- Welle-Nabe Verbindung
- 21
- Wellbalg
- b
- Zahnprofilbreite der zweiten Schaltelementhälfte
- b7
- verringerte Breite des verdrängbaren Bereiches
- c
- Breite des verdrängbaren Bereiches der ersten Schaltelementhälfte
- d
- Breite der Lücke zwischen den Zahnprofilen der zweiten Schaltelementhälfte
- I1, I2
- Länge des verdrängbaren Bereiches
- n
- Anzahl der verdrängbaren Bereiche der ersten Schaltelementhälfte
- m
- Anzahl der eintauchenden Bereiche der ersten Schaltelementhälfte
- t
- Teilung der zweiten Schaltelementhälfte
- t5
- Teilung der ersten Schaltelementhälfte
- X
- Eingriffsbewegung
- Y
- Drehbewegung
- z
- Faktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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