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Die vorliegende Erfindung betrifft ein formschlüssiges Schaltelement zum Schalten zumindest einer Übersetzungsstufe für ein Getriebe eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass bei Automatikgetrieben, insbesondere bei automatisierten Handschaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben das Einlegen von Gangstufen mittels eines Klauenschaltelements formschlüssig über eine Klauenverzahnung erfolgt. Insbesondere bei nicht angespitzten Zähnen der Klauenverzahnung kann es beim Schalten zu einer unerwünschten Zahn-auf-Zahnstellung kommen.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 101 22 450 A1 ist ein Schaltgetriebe für ein Motorrad bekannt, bei dem über eine Steuereinrichtung die Position einer Zahn-auf-Lückestellung bei den schaltbaren Klauenkupplungen aus der Position der Getriebewellen unter Berücksichtigung der Untersetzungsverhältnisse der einzelnen Gangstufen berechnet wird und ein Zeitpunkt zur Einrückfreigabe bestimmt wird. In nachteiliger Weise ist für die Vorausberechnung eine hohe Anforderung bezüglich der Genauigkeit der Erfassung der Relativpositionen erforderlich, sodass kostenintensive Sensoreinrichtungen unbedingt erforderlich sind.
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Es ist auch bekannt, dass sich eine Zahn-auf-Zahnstellung durch Anlegen eines Drehmomentes an dem Klauenschaltelement auflösen kann. Das angelegte Drehmoment dient dabei zur Überwindung der Reibung infolge des stirnseitigen Zahn-auf-Zahnkontaktes, um eine Relativbewegung und ein anschließendes Einspuren der Schiebemuffe zu ermöglichen. Hierbei ergibt sich jedoch das Problem, dass bei zu hohem Drehmoment eine ungewollte Hochbeschleunigung auftritt und damit der Einspurvorgang wegen zu hoher Differenzdrehzahlen nicht durchgeführt werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein formschlüssiges Schaltelement vorzuschlagen, mit dem ein Auftreten einer Zahn-auf-Zahnstellung während des Einspurens sicher verhindert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
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Es wird somit ein formschlüssiges Schaltelement zum Schalten zumindest einer Übersetzungsstufe für ein Getriebe eines Fahrzeuges, beispielsweise für ein Handschaltgetriebe oder auch für ein teil- oder vollautomatisiertes Getriebe beziehungsweise Doppelkupplungsgetriebe vorgeschlagen, wobei zumindest eine auf einer Welle oder dergleichen axial verschiebbar aber drehfest verbundene Schiebemuffe oder Ähnliches vorgesehen ist. Die Schiebemuffe kann beispielsweise aus einer nicht geschalteten Neutralposition in zumindest eine geschaltete Position durch axiales Verschieben bewegt werden, in der dann ein Losrad mit der Welle drehfest zum Schalten einer gewünschten Übersetzungsstufe über korrespondierende Profilkonturen verbunden wird. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltelement kann als Einspurhilfe zumindest eine mechanische Vortasteinrichtung oder dergleichen vorgesehen sein, mit der eine Vorausrichtung der miteinander in Eingriff zu bringenden Profilkonturen des Losrades und der Schiebemuffe realisiert wird.
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Auf diese Weise wird das zum Beispiel als Klauenschaltelement ausgebildete Schaltelement derart gestaltet, dass bei einer Annäherung der zu verbindenden Klauenhälften des Schaltelements zuerst ein Vorfühlen oder Abtasten mit der Vortasteinrichtung an der Profilkontur der losradfesten bzw. schiebemuffenfesten Kupplungshälfte erfolgt, um zum Beispiel durch Rastierung eine Ausrichtung einer Zahn-auf-Lückestellung sicherzustellen. Demzufolge wird dafür gesorgt, dass die beiden Kupplungshälften des Schaltelements an dem Losrad und der Schiebemuffe in eine definierte Drehwinkellage zueinander gebracht werden, so dass für den nachfolgenden Einspurvorgang die Zahn-auf-Lückestellung gewährleistet ist. Demnach kann nach der erfolgten Ausrichtung ein Einspuren der Schalt- beziehungsweise Schiebemuffe ohne einen Zahn-auf-Zahnkontakt durchgeführt werden und damit die gewünschte formschlüssige Verbindung zwischen der Welle und dem Losrad zum Realisieren der gewünschten Übersetzungsstufe auf sichere und schnelle Art hergestellt werden.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltelement kann die Vortasteinrichtung beispielsweise schiebemuffenseitig oder auch losradseitig vorgesehen sein. Es ist möglich, dass die Vortasteinrichtung in die Schiebemuffe oder in das Losrad integriert ist oder an diese Bauteile angebracht wird. Somit ist eine einteilige aber auch mehrteilige Ausführung von Schiebemuffe und Vortasteinrichtung bzw. von Losrad und Vortasteinrichtung möglich.
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Im Rahmen einer beispielhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Vor-Abtasteinrichtung bzw. Vortasteinrichtung zumindest ein an der Schiebemuffe axial sich erstreckendes und im Wesentlichen in radialer Richtung federndes Abtastelement umfasst bzw. aufweist. Das Abtastelement ist so ausgeführt, dass es eine Profilflanke beziehungsweise einen Zahn der Profilkontur der Schiebemuffe in axialer Richtung verlängert, so dass mit dieser axialen Verlängerung der Tast- und Ausrichtvorgang realisiert werden kann. Demzufolge wird mit jedem Abtastelement vor dem tatsächlichen Einspuren die Profilkontur des Losrades überfahren, wobei das Abtastelement dann in eine zwischen den Profilflanken vorgesehene Lücke einrastet, so dass eine für das spätere Einspuren günstige Drehwinkelstellung zwischen den Profilkonturen vor dem Einspuren erreicht wird, die eine Zahn-auf-Zahnstellung beziehungsweise Profilflanken-auf-Profilflankenstellung beim Einspuren ausschließt. Beim Überfahren der Profilkontur mit dem Abtastelement tritt in vorteilhafter Weise auch ein Abbremseffekt auf, wodurch eine vorhandene Differenzdrehzahl zwischen dem Losrad und der Schiebemuffe beziehungsweise der Welle abgebaut wird, so dass eine gewünschte Synchrondrehzahl schneller erreicht wird.
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Wenn die vorgesehene Einspurhilfe in Form der Abtastelemente der Vortasteinrichtung zum Beispiel an dem Losrad angebracht wird, könnte die Profilkontur bzw. die Klauenverzahnung an dem Losrad zum Beispiel als Innenverzahnung oder dergleichen und die Schiebemuffe mit einer zum Beispiel zusätzlichen Außenverzahnungen oder dergleichen als Profilkontur ausgeführt werden. Es sind auch andere konstruktive Ausführungen denkbar, um die Einspurhilfe an dem Losrad zu realisieren.
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Vorzugsweise kann bei einer schiebemuffenseitigen Anordnung der Vortasteinrichtung im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung das Abtastelement auch an dem der Profilkontur des Losrades zugewandten Ende eine radiale Anformung an der der abzutastenden Profilkontur zugewandten Seite aufweisen. Mithilfe der Anformung z. B. mit einer gekrümmten Oberfläche oder dergleichen kann beim Überfahren der einzelnen Profilflanken der Profilkontur ein Verklemmen sicher verhindert werden, so dass schließlich das Einführen beziehungsweise Einrasten in eine Lücke zwischen Profilflanken deutlich vereinfacht wird.
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Es ist möglich, dass bei der vorliegenden Erfindung die Vortasteinrichtung mehrere über den Umfang der Schiebemuffe verteilt angeordnete Abtastelemente aufweist. Die Abmessungen, insbesondere die Anzahl und auch die axiale Länge der vorhandenen Abtastelemente können so gewählt werden, dass sowohl eine Ausrichtung vor der Schaltung und eine Mitnahme nach der Schaltung zwischen der Schiebemuffe und dem Losrad sichergestellt sind.
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Als Profilkontur des Losrades beispielsweise an einem losradfesten Kupplungsteil oder dergleichen kann eine radial ausgerichtete Außenverzahnung vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass eine andere Art von Profilkonturen zum Realisieren von formschlüssigen Verbindungen verwendet werden. Vorzugsweise können die Flanken der Außenverzahnung beziehungsweise der Profilkontur derart ausgeführt werden, dass sich die radiale Höhe der Flanken in Richtung der Schiebemuffe, also in axialer Richtung zum Beispiel kontinuierlich verringert. Auf diese Weise ergibt sich eine Flankenform in Art einer Schrägen, die in Richtung der Schiebemuffe abfällt. Es sind aber auch andere Formen denkbar, die ein Überfahren der Profilkontur durch die Vortasteinrichtung bei gleichzeitiger axialer Bewegung vereinfacht.
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Vorzugsweise kann als Profilkontur der Schiebemuffe eine Klaueninnenverzahnung oder dergleichen vorgesehen sein, die axial verschiebbar mit einer korrespondierenden Klauenaußenverzahnung der Welle in Eingriff steht, um somit die drehfeste Verbindung zwischen der Schiebemuffe und der Welle zu gewährleisten. Wenn bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltelement die vorbeschriebene Vorausrichtung durch die Vortasteinrichtung beendet ist, kann die Schiebemuffe zum Einspuren durch eine Aktorik automatisch oder auch mechanisch axial weiter verschoben werden, um eine drehfeste Verbindung von Losrad und Welle zu realisieren.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen, welche eine mögliche Ausführungsvariante der Erfindung darstellen, weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine geschnittene Ansicht eines möglichen Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltelements; und
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2 eine geschnittene Teilansicht eines Details gemäß 1.
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In 1 ist exemplarisch ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen formschlüssigen Schaltelementes für ein Getriebe eines Fahrzeuges gezeigt, wobei die Erfindung nicht auf eine spezielle Ausführung des formschlüssigen Schaltelements beschränkt ist. Beispielsweise kann das vorgeschlagene Schaltelement in einem Handschaltgetriebe oder auch in einem teil- oder vollautomatisierten Getriebe, insbesondere einem Doppelkupplungsgetriebe eingesetzt werden, um das Einlegen von Gängen beziehungsweise das Schalten von Gangradpaaren zu realisieren.
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Das erfindungsgemäße Schaltelement umfasst zumindest eine auf einer Welle 1 axial verschiebbare, aber drehfest verbundene Schiebemuffe 2, die von einer nicht weiter dargestellten Schaltaktorik betätigt wird. An der Welle 1 ist eine wellenfeste Klauenaußenverzahnung 3 vorgesehen, die mit einer als Klaueninnenverzahnung ausgebildeten Profilkontur 4 der Schiebemuffe 2 ständig in Eingriff steht, wobei die Schiebemuffe 2 von einer Neutralposition A beziehungsweise einer nicht geschalteten Position axial in eine geschaltete Position B verschoben werden kann, um eine Übersetzungsstufe zu schalten. In 1 sind die beiden vorgenannten Positionen A und B nebeneinander schematisch angedeutet, wobei durch einen Pfeil die Bewegungsrichtung angezeigt wird.
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Auf der Welle 1 ist ein Losrad 5 dargestellt, welches über eine Lagerung 6 drehbar auf der Welle 1 gelagert ist. Das Losrad 5 ist mit einem angeformten Kupplungsteil versehen, welches sich axial in Richtung der Schiebemuffe 2 erstreckt. Das Kupplungsteil weist als Profilkontur 7 des Losrades 5 eine losradfeste Klauenaußenverzahnung auf, die derart gewählt ist, dass in der geschalteten Position B die Profilkontur 4 der Schiebemuffe 2 zumindest teilweise mit der Profilkontur 7 des Losrades 5 überlappt ist, so dass die Schiebemuffe 2 in der geschalteten Position B eine drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 5 und der Welle 1 realisiert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schiebemuffe 2 mit einer Vortasteinrichtung 8 ausgerüstet ist, welche als Einspurhilfe eine Vor-Ausrichtung beziehungsweise Rastierung der miteinander in Eingriff zu bringenden Profilkonturen 4 und 7 der Schiebemuffe 2 und des Losrades 5 realisiert. Als Vortasteinrichtung ist, wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, zumindest ein Abtastelement 9 vorgesehen. Vorzugsweise sind mehrere Abtastelemente 9 über den Umfang der Schiebemuffe 2 verteilt, wobei die Anzahl der Abtastelement 9 deutlich geringer, zum Beispiel die Hälfte aber auch weniger, als die Anzahl der Profilflanken der Profilkontur 4 der Schiebemuffe 2 ist. Jedes Abtastelement 9 ist in Verlängerung einer zugeordneten Profilflanke axial vorstehend an der Schiebemuffe 2 vorgesehen und im Wesentlichen in radialer Richtung federnd ausgebildet, welches in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Die Abtastelemente 9 beziehungsweise die Fühler- oder Rastierungsteile zum Beispiel als Blech mit Federlaschen ausgeführt, welche radial nach außen elastisch ausgebildet sind. An dem dem Losrad 5 zugewandten Ende jedes Abtastelementes 9 ist eine im Wesentlichen z. B. halbkugelförmige Anformung 10 radial nach innen in Richtung der Profilkontur 7 des Losrades 5 angeformt.
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In 2 ist durch gestrichelte Linie das Abtastelement 9 zunächst in einer radial nach außen abgewiesenen Position dargestellt, da das Abtastelement 9 mit seiner Anformung 10 entlang der schräg verlaufenden Profilflanke der Profilkontur 7 des Losrades 5 geführt wird. Aufgrund der halbkugelförmigen Anformung 10 wird eine Relativdrehung zwischen dem Losrad 5 und der Schiebemuffe 2 realisiert, so dass das Abtastelement 9 in eine Lücke zwischen zwei Profilflanken der Profilkontur 7 des Losrades 5 einrastet beziehungsweise eingeführt wird, so wie es in 2 mit durchgezogener Linie dargestellt ist.
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Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Schaltelement kann ein Schaltvorgang aus der Neutralposition N durch axiales Verschieben begonnen werden, wobei zwischen dem Losrad 5 und der Welle 1 beziehungsweise der Schiebemuffe 2 noch eine Relativdrehung vorliegt. In diesem Zustand wird die Schiebemuffe 2 derart axial verschoben, dass zunächst die Vortasteinrichtung 8 mit den Abtastelementen 9 die Profilkontur 7 des Losrades 5 überfährt. Dabei werden die Abtastelemente 9 entweder zunächst aufgrund der schräg verlaufenden Kontur der Profilflanken radial nach außen abgewiesen, wenn das Abtastelement direkt auf einen Flanken der Profilkontur 7 trifft, und rasten aufgrund der Relativdrehung in eine Lücke zwischen benachbarten Profilflanken ein oder werden sofort bei entsprechender Drehwinkelstellung in eine Lücke zwischen den Flanken geführt. Durch das Überfahren der Profilkontur 7 mit den Abtastelementen 9 tritt ein Synchronisationseffekt ein und die Differenzdrehzahl zwischen dem Losrad 5 und der Schiebemuffe 2 beziehungsweise der Welle 1 wird auf den Wert Null abgebaut. Gleichzeitig wird durch die sich bereits in den Lücken befindlichen Abtastelemente 9 eine Zahn-auf-Lückestellung sichergestellt, so dass ein Einspuren der Schiebemuffe 2 und damit ein formschlüssige Schalten des Schaltelements problemlos vollzogen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Schiebemuffe
- 3
- Klauenaußenverzahnung
- 4
- Profilkontur der Schiebemuffe
- 5
- Losrad
- 6
- Lagerung des Losrades
- 7
- Profilkontur des Losrades
- 8
- Vorabtasteinrichtung
- 9
- Abtastelement
- 10
- halbkugelförmige Anformung
- A
- Neutralposition bzw. nicht geschaltete Position der Schiebemuffe
- B
- geschaltete Position der Schiebemuffe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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