DE102011077748A1

DE102011077748A1 - Verbindungsvorrichtung für außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes

Info

Publication number: DE102011077748A1
Application number: DE102011077748A
Authority: DE
Inventors: Reiner Keller; Frank Richter
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-20
Also published as: EP2721314A1; US20140116180A1; WO2012171709A1; US9279497B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung eines Fahrzeugantriebsstrangs, außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes, zur Drehkoppelung einer Fahrzeugwelle (12) und eines relativ dazu drehbaren Fahrzeugantriebsstrangelements (13), aufweisend eine Schiebemuffe (10), welche drehfest und axial verschiebbar zwischen zumindest einer ersten und zweiten Position auf der Fahrzeugwelle (12) angeordnet ist, wobei die Schiebemuffe (10) in der ersten Position eine Drehentkoppelung der Fahrzeugwelle (12) von dem Fahrzeugantriebsstrangelement (13) bewirkt und in der zweiten Position deren Drehkoppelung bewirkt, sowie aufweisend Stellmittel (16, 17, 18) zur Verschiebung der Schiebemuffe (10) zwischen der ersten und zweiten Position, mit zumindest einer Schaltnut (16, 17) entlang eines Umfangs der Schiebemuffe (10) sowie Eingriffsmitteln (18) zum Eingriff in die Schaltnut (16, 17). Erfindungsgemäß ist die Schiebemuffe (10) bezüglich der Eingriffsmittel (18) drehbar und axial beweglich, wobei die Schaltnut (16, 17) in Form einer Steuerkurve ausgeführt ist, so dass beim Eingriff der Eingriffsmittel (18) in die Schaltnut (16, 17) und bei einer Drehung der Schiebemuffe (10) bezüglich der Eingriffsmittel (18) die Schiebemuffe (10) durch die Schaltnut (16, 17) axial zwischen der ersten und zweiten Position bewegt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges, außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes, zur Drehkoppelung einer Fahrzeugwelle mit einem relativ dazu drehbaren Fahrzeugantriebsstrangelement, insbesondere einer zweiten Fahrzeugwelle oder einem Gehäuse, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verteilergetriebe eines Fahrzeugantriebsstranges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Aus der DE 600 01 023 T2 ist eine Schalteinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes bekannt, bei welcher Schiebemuffen über diesen zugeordnete Stellmittel in Form von Schaltgabeln axial verschoben werden können, um durch die jeweilige Axialbewegung gezielt ein zugehöriges Übersetzungsverhältnis des Zahnräderwechselgetriebes anzuwählen. Es ist hierbei im allgemeinen bekannt, dass die Schiebemuffen dabei jeweils drehfest und axial verschiebbar auf einer Getriebewelle angeordnet sind, die zudem zumindest auf einer Seite benachbart zu der jeweiligen Schiebemuffe ein Losrad trägt. Diese Losräder sind hierbei frei rotierbar auf der Getriebewelle vorgesehen und stehen im permanenten Zahneingriff mit Ritzeln einer im Vorgelege- oder als parallele Eingangs- oder Ausgangswelle angeordneten, weiteren Getriebewelle. Entsprechend der Zähnezahlverhältnisse der jeweils miteinander kämmenden Zahnräder werden hierbei die schaltbaren Übersetzungsverhältnisse des Zahnräderwechselgetriebes definiert. Bei einer axialen Bewegung der jeweiligen Schiebemuffe aus einer Neutralstellung in eine Schaltstellung in Richtung des jeweiligen Losrades wird dieses Losrad bei Erreichen der Schaltstellung durch die Schiebemuffe mit der Getriebewelle gekuppelt und damit die jeweilige definierte Übersetzung der Drehzahlen und Drehmomente von der einen Getriebewelle auf die andere Getriebewelle realisiert.
Bei der DE 600 01 023 T2 sind die Schaltgabeln der einzelnen Schiebemuffen auf einer gemeinsamen Steuerwelle axial verschiebbar geführt, die über ein endseitig angeordnetes Ritzel durch ein elektrisches Stellglied gezielt verdreht werden kann. Des Weiteren ist auf der Steuerwelle ein hiermit fest verbundener Zylinder aufgesetzt, welcher auf einem Außendurchmesser eine, in axialer Richtung kurvenartig verlaufende Nut aufweist. Auf dem Zylinder ist ferner eine Hülse platziert, die mit einem, an ihrem Innendurchmesser ausgeprägten Stift in die Nut des Zylinders eingreift und bei einer Rotation der Steuerwelle und entsprechend dem Verlauf der Nut des Zylinders eine axiale Bewegung auf dem Zylinder ausführt. Auf ihrem Außendurchmesser verfügt die Hülse weiterhin über Schaltfinger, welche je nach Winkelposition der Hülse mit einer der Schaltgabeln in Kontakt treten und dementsprechend die Axialbewegung der Hülse auf die jeweilige Gabel übertragen. Um hierbei die jeweilige Winkelposition der Hülse einzustellen, steht diese über eine Verzahnung mit einer Zwischenwelle in Verbindung, die wiederum über ein Zahnrad mit der Steuerwelle in Kontakt steht.
Bei Verdrehung der Steuerwelle über das elektrische Stellglied wird entsprechend der Rotation des Zylinders die Hülse in axialer Richtung bewegt und führt hierbei eine der Schaltgabeln mit sich, so dass letztendlich eine Bewegung der jeweiligen Schiebemuffe und damit eine Schaltung eines zugehörigen Übersetzungsverhältnisses eingeleitet wird. Entsprechend der Übersetzung zwischen Steuerwelle und Zwischenwelle verdreht die Zwischenwelle die Hülse zudem bei Rotation der Steuerwelle gegenüber der selbigen, so dass die Schaltfinger entsprechend der Schaltfolge des Schaltgetriebes nacheinander mit den einzelnen Schaltgabeln in Kontakt treten. Somit ist bei Betätigung des elektrischen Stellgliedes eine aufeinanderfolgende Hoch- bzw. Rückschaltung möglich.
Die nicht vorveröffentlichte DE 10 2009 054 942 der Anmelderin schlägt eine innere Schalteinrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe vor, zum Schalten eines von mehreren schaltbaren Übersetzungen des Zahnräderwechselgetriebes, mit einer auf einer Getriebewelle drehfest und axial verschieblich angeordneten Schaltmuffe. Hierbei greifen Stellmittel bei einer Betätigung der Schalteinrichtung in mindestens eine Schaltnut ein, welche auf einem Außendurchmesser der Schiebemuffe vorgesehen ist und einen kurvenförmigen Verlauf aufweist, so dass die Schiebemuffe bei einer Rotation der Getriebewelle entsprechend dem Verlauf der Schaltnut axial verschoben wird. Somit erfolgt eine Koppelung der Getriebewelle mit einem benachbart platzierten Losrad. Da es sich bei der in der DE 10 2009 054 942 vorgeschlagenen Vorrichtung explizit um eine Schalteinrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe zum Schalten eines von mehreren schaltbaren Übersetzungsverhältnissen des Getriebes handelt und hierzu zwingend ein Losrad vorausgesetzt wird, ist diese Vorrichtung nicht ohne weiteres für Anwendungen außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes, beispielsweise in einem einstufigen Verteilergetriebe eines Fahrzeugantriebsstrangs, geeignet.
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, eine einfache Vorrichtung zur Verbindung einer Fahrzeugwelle mit einem anderen Fahrzeugantriebsstrangelement für außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes bereitzustellen, insbesondere eines Verteilergetriebe eines Fahrzeugantriebstrangs.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und einem Verteilergetriebe gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen hiervon sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung weist demgemäß eine Schiebemuffe auf, welche drehfest und axial verschiebbar zwischen zumindest einer ersten und zweiten Position auf der Fahrzeugwelle angeordnet ist, wobei die Schiebemuffe in der ersten Position eine Drehentkoppelung der Fahrzeugwelle von dem Fahrzeugantriebsstrangelement bewirkt und in der zweiten Position deren Drehkoppelung bewirkt. Zudem weist die Verbindungsvorrichtung Stellmittel zur Verschiebung der Schiebemuffe zwischen der ersten und zweiten Position auf, zumindest mit einer Schaltnut entlang eines Umfangs der Schiebemuffe sowie Eingriffsmitteln zum Eingriff in die Schaltnut. Hierbei ist die Schiebemuffe bezüglich der Eingriffsmittel drehbar und axial beweglich, wobei die Schaltnut in Form einer Steuerkurve ausgeführt ist, so dass beim Eingriff der Eingriffsmittel in die Schaltnut und bei einer Drehung der Schiebemuffe bezüglich der Eingriffsmittel die Schiebemuffe durch die Schaltnut axial zwischen der ersten und zweiten Position bewegt wird.
Somit wird bei einer Drehung der Fahrzeugwelle und einer damit einhergehenden Drehung der Schiebemuffe diese beim Eingriff der Eingriffmittel axial in die erste oder die zweite Position bewegt, wodurch die Fahrzeugwelle mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement entweder miteinander drehgekoppelt, d.h. drehmomentübertragbar gekoppelt, oder voneinander (dreh-)entkoppelt werden.
Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe weist eine solche Verbindungsvorrichtung auf. Grundsätzlich kann die vorgeschlagene Verbindungsvorrichtung allerdings auch für beliebige andere Anwendungen in einem Fahrzeugantriebsstrang außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes genutzt werden, beispielsweise um einen Nebenabtrieb (zum Beispiel eine Zapfwelle oder ähnliches) des Fahrzeugantriebsstrangs an- und abzukoppeln.
Bevorzugt ist das Fahrzeugantriebsstrangelement als zweite Fahrzeugwelle ausgeführt, um ein Drehmoment zwischen den beiden Fahrzeugwellen zu übertragen, oder das Fahrzeugantriebsstrangelement ist als Gehäuse ausgeführt, beispielsweise Verteilergetriebegehäuse, um ein Drehmoment der Fahrzeugwelle gegen das Gehäuse abzustützen.
Gegenüber den aus dem vorveröffentlichten Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist hierdurch einer geringere Anzahl von Bauteilen notwendig. Außerdem wird die zur Koppelung bzw. Entkoppelung der Fahrzeugwelle von dem Fahrzeugantriebsstrangelement benötigte Kraft der Drehbewegung der Schiebemuffe bzw. der Fahrzeugwelle entnommen und braucht nicht durch die Verbindungsvorrichtung selbst aufgebracht werden. Die Verbindungsvorrichtung kann dementsprechend klein und Bauteilarm ausgeführt werden.
Gegenüber der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 054 942 unterscheidet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass sie zur Koppelung der Fahrzeugwelle und des Fahrzeugantriebsstrangelement außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes, insbesondere in einem Verteilergetriebes eines Fahrzeugantriebstrangs, dient. Ein solches Verteilergetriebe verfügt bevorzugt über eine einzige Übersetzungsstufe zwischen einem Antrieb und zumindest einem ersten und zweiten Abtrieb des Verteilergetriebes. Bei einem solchen Verteilergetriebe kann es sich beispielsweise um ein Quer- oder Längsverteilergetriebe handeln, ersteres wird auch Achsdifferentialgetriebe genannt, während letzteres auch Allradverteilergetriebe genannt wird. Durch die vorgeschlagene Verbindungsvorrichtung ist hierbei der Antrieb des Verteilergetriebes von dem ersten und/oder zweiten Abtrieb des Verteilergetriebes an- und abkoppelbar. Bevorzugt handelt es sich bei der Erfindung daher um eine Verbindungsvorrichtung eines Verteilergetriebes oder mit anderen Worten um eine Verteilergetriebe-Verbindungsvorrichtung.
Bevorzugt weist die Verbindungsvorrichtung ein Gehäuse auf, innerhalb dessen die Fahrzeugwelle drehbar und gegebenenfalls in axialer Richtung ortsfest gelagert ist. Dabei sind die Eingriffsmittel beim Eingriff in die Schaltnut bezüglich des Gehäuses ortsfest. Somit ist die Schiebemuffe gegenüber den Eingriffmitteln und dem Gehäuse drehbar und axial beweglich, wodurch die Schiebemuffe bei einem Eingriff der Eingriffmittel in die Schaltnut und einer gleichzeitigen Drehung der Schiebemuffe durch die Kurvenform der Schaltnut axial in die erste oder zweite Position bewegt wird. Bei dem Gehäuse kann es sich insbesondere um ein Verteilergetriebegehäuse handeln.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung sind die Eingriffmittel schaltbar mit der jeweils zugeordneten Schaltnut in Eingriff und außer Eingriff bringbar. Hierdurch wird die Fahrzeugwelle mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement nur bei Bedarf ge- oder entkoppelt, insbesondere dann, wenn die Eingriffmittel mit der Schaltnut in Eingriff sind. Hierbei sind die Eingriffsmittel bevorzugt mechanisch, beispielsweise per Federmittel oder manuellem Schalter, oder hydraulisch, beispielsweise per Hydraulikkolben, oder pneumatisch, beispielsweise per Pneumatikkolben, oder elektromagnetisch, beispielsweise per Elektromotor, Zug- oder Druckelektromagnet, bezüglich der Schaltnut ein- und/oder ausfahrbar, das heißt in bzw. außer Eingriff mit dieser bringbar. Hierbei können zum Einfahren und zum Ausfahren auch unterschiedliche Betätigungsprinzipien angewandt werden, beispielsweise kann das Ausfahren mechanisch per Federmittel/-speicher erfolgen und das Einfahren elektromagnetisch, oder andersherum. Sofern das Ein- oder Ausfahren per Federmittel erfolgt, d.h. durch eine Entspannung der Federmittel, ist bevorzugt eine schaltbare Haltevorrichtung vorhanden, welche die Eingriffmittel in derjenigen Position ohne Energieaufwand hält, in der die Federmittel gespannt sind. Beispielsweise ist die Haltevorrichtung als Kugelfallenvorrichtung ausgeführt. Wenn die Haltvorrichtung gelöst wird, werden die Eingriffmittel durch die Entspannung der Federmittel dann aus- bzw. eingefahren. Zum mechanischen Einfahren der Eingriffmittel kann die Schiebemuffe generell auch eine Nocke aufweisen, welche die Eingriffsmittel automatisch nach einer vorgegebenen Rotationsstrecke aus der Schaltnut und über einen normalen äußeren Durchmesser der Schiebemuffe hinweg herausbewegt, d.h. außer Eingriff bringt.
Die Eingriffsmittel weisen insbesondere schaltbare, d.h. durch Auslösung ein- und ausfahrbare, zum Eingriff in die Schaltnut geeignete Mittel auf, wie beispielsweise einen oder mehrere Schaltfinger oder -stifte, um die Eingriffsmittel wahlweise in bzw. außer Eingriff mit der Schaltnut zu bringen. Gegebenenfalls verfügen die Mittel über zumindest eine im ausgefahrenen Zustand an der Schaltnut anliegende Rolle, zur Reibungsverminderung zwischen der Schaltnut und den Eingriffmitteln. Die Mittel können hierzu alternativ auch zumindest einen Gleitstein aufweisen.
Bevorzugt weisen die Stellmittel eine Sensorik auf, zur Ermittlung, ob die Eingriffsmittel mit der jeweiligen Schaltnut in Eingriff oder außer Eingriff sind. Bei einem elektromagnetischen Aus- oder Einfahren der Eingriffsmittel mittels einer Spule und einem beweglichen Anker kann insbesondere die Sensorik so ausgeführt sein, dass diese die Position des Ankers bezüglich der Spule auswertet und daraus den Zustand (ein- oder ausgefahren) der Eingriffsmittel herleitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorik an den Eingriffsmitteln auch ein Geberelement, beispielsweise einen Permanentmagneten, vorsehen, dessen Position durch ein Sensorelement, beispielsweise einen Hall-Sensor oder ein Reed-Relais, erkannt wird, wodurch ebenfalls feststellbar ist, ob die Eingriffsmittel aus- oder eingefahren sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sehen die Stellmittel zumindest eine erste und eine zweite Schaltnut auf der Schiebemuffe vor, welche insbesondere einen gegensätzlichen Steuerkurvenverlauf aufweisen, wobei die erste Schaltnut eine Bewegung der Schiebemuffe in die erste Position bewirkt und die zweite Schaltnut eine Bewegung der Schiebemuffe in die zweite Position bewirkt, sofern die Eingriffsmittel in die jeweilige Schaltnut eingreift. Mit anderen Worten erfolgt die Hinbewegung der Schiebemuffe von einer Startposition, welche die erste oder zweite Position sein kann, zu der Zielposition, welche dann die jeweils andere der ersten oder zweiten Position ist, durch Eingriff der Eingriffsmittel in eine der zwei Schaltnuten. Und die Rückbewegung der Schiebemuffe von dieser Zielposition zu der Startposition erfolgt dann durch Eingriff der Eingriffsmittel in die andere der zwei Schaltnuten. Hierzu können die Eingriffsmittel insbesondere zumindest zwei Mittel zum Eingriff in die Schaltnuten aufweisen, beispielsweise jeweils ein Schaltfinger oder -stift, von welchen jeweils eines eine der Schaltnuten zugeordnet ist, d.h. nur in diese zugeordnete Schaltnut eingreifen kann. Die Hin- und Rückbewegung können hierbei durch die Form der jeweiligen Schaltnut präzise und unabhängig voneinander eingestellt werden und beispielsweise einen sanften Koppel- oder Entkoppelvorgang bewirken.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die Schaltnut oder die Schaltnuten zumindest einen Endbereich auf, welcher die Schaltnut(en) in eine äußere Oberfläche der Schiebemuffe auslaufen läßt, insbesondere auf ein Niveau eines Außendurchmessers der Schiebemuffe. Dies hat den Vorteil, dass die Eingriffmittel nach Erreichen der gewünschten Stellung der Schiebemuffe nicht gezielt aus der Schaltnut herausgeführt werden müssen, sondern durch das Auslaufen der Nut selbsttätig in die Ausgangsstellung zurückbewegt werden.
Es ist eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, dass die Eingriffsmittel an gegenüberliegenden, radialen Seiten der mindestens einen Schiebemuffe angeordnet sind. Durch eine gegenüberliegende Platzierung von Eingriffsmitteln um die Schiebemuffe herum wird ein Verkippen bzw. Verkanten der Schiebemuffe bei Ausführen der axialen Verschiebung unterbunden.
In einer Weiterbildung der Verbindungsvorrichtung weist die Schiebemuffe eine Rastierung auf, welche die Schiebemuffe in der ersten und/oder in der zweiten Position arretiert. Zweckmäßigerweise liegt die Rastierung hierbei in Form mindestens einer federbelasteten Kugel vor, die in einer zugehörigen Ausnehmung der ersten Fahrzeugwelle platziert ist und in der ersten Position und/oder der zweiten Position der Schiebemuffe mit in diesen Stellungen ihr gegenüberliegenden Arretiernuten an der Schiebemuffe zusammenwirkt. Durch die Rastierung wird die Gefahr eines ungewollten Zurückwanderns der Schiebemuffe aus der jeweiligen Position, in welche sie über die Stellmittel gezielt geführt worden ist, deutlich vermindert. Eine Kugelrastierung lässt sich hierbei mit geringem Aufwand und platzsparend zwischen der ersten Fahrzeugwelle und der Schiebemuffe integrieren. Zudem kann entsprechend der Federbelastung der mindestens einen Kugel die jeweilige Kraft zum Halten der Schiebemuffe in der gewünschten Position definiert werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Schiebemuffe selbst reib- oder formschlüssige Verbindungsmittel aufweist, welche mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement drehfest in Verbindung bringbar sind, sodass diese unmittelbar die Fahrzeugwelle mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement in der zweiten Position der Schiebemuffe drehkoppeln. Die Verbindungsmittel können insbesondere als ein oder mehrere Reibbeläge an der Schiebemuffe ausgeführt sein, welche mit einer oder mehreren entsprechenden Oberflächen des Fahrzeugantriebsstrangelements in der zweiten Position reibschlüssig zusammenwirken, oder sie können als ein oder mehrere Klauen oder Verzahnungen an der Schiebemuffe ausgeführt sein, welche mit entsprechenden komplementären Klauen oder Verzahnungen an dem Fahrzeugantriebsstrangelement in der zweiten Position formschlüssig zusammenwirken. Weitere extra Verbindungsmittel zwischen der Fahrzeugwelle und dem Fahrzeugantriebsstrangelement, wie beispielsweise eine extra Kupplung, werden demnach nicht benötigt, wodurch der Bauteilbedarf gering ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt in diesem Fall, d.h. ohne extra Verbindungsmittel, direkt über die Schiebemuffe. Somit wird das von der Fahrzeugwelle auf das Fahrzeugantriebsstrangelement übertragene Drehmoment unmittelbar über die Schiebemuffe weitergeleitet.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Schiebemuffe axial auf reib- oder formschlüssige Verbindungsmittel wirken, welche die Fahrzeugwelle in der zweiten Position der Schiebemuffe mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement drehkoppeln. Demnach erfolgt die Drehkoppelung nicht durch die Schiebemuffe unmittelbar selbst, sondern mittelbar durch die extra Verbindungsmittel, beispielsweise eine extra Kupplung, welche durch die Schiebemuffe axial bei der Verschiebung von der ersten in die zweite Position betätigt werden. Diese Verbindungsmittel können ebenfall beispielsweise als eine formschlüssige Klauenkupplung oder eine reibschlüssige Scheibenkupplung ausgeführt sein. Hierbei kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schiebemuffe über ein oder mehrere Federelemente, beispielsweise Tellerfedern oder Schraubenfedern, auf die Verbindungsmittel wirkt. Mit anderen Worten sind zwischen Schiebemuffe und Verbindungsmittel ein oder mehrere Federelement angeordnet, über welche die Schiebemuffe auf die Verbindungsmittel wirkt. Somit überträgt sich eine Betätigungskraft der Schiebemuffe nicht direkt auf die Verbindungsmittel, wodurch ein sanftes Koppeln oder Entkoppeln der Fahrzeugwelle mit bzw. von dem Fahrzeugantriebsstrangelement erfolgen kann. Die Drehmomentübertragung erfolgt in diesem Fall, d.h. mit extra Verbindungsmittel, ausschließlich oder zumindest zum größten Teil über diese extra Verbindungsmittel. Das bedeutet, dass das von der Fahrzeugwelle auf das Fahrzeugantriebsstrangelement übertragene Drehmoment nicht oder lediglich in geringem Maß über die Schiebemuffe weitergeleitet wird, welche dementsprechend weniger robust und gegebenenfalls kleiner ausgeführt werden kann.
In beiden Fällen können die Verbindungsmittel auch formschlüssig mit einer reibschlüssigen Synchronisation ausgeführt sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
1 eine Draufsicht auf einen Fahrzeugantriebsstrang;
2 einen Längsschnitt der Verbindungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Draufsicht auf eine Schiebemuffe und zugehörige Stellmittel der Verbindungsvorrichtung aus 2;
4 eine Seitenansicht der Schiebemuffe und der Stellmittel der in 2 dargestellten Verbindungsvorrichtung;
5 einen Längsschnitt der Verbindungsvorrichtung gemäß einer weiteren, zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
6 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung entsprechend einer dritten Ausführungsform.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der in 1 beispielhaft dargestellte Allrad-Fahrzeugantriebsstrang, auch 4WD-Antriebsstrang genannt, weist einen Antriebsmotor 1 auf, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, einen Elektromotor oder einen Verbrennungskraftmaschine-Elektromotor-Hybridantrieb. An den Antriebsmotor 1 abtriebsseitig schließt sich ein konventionelles Zahnräderwechselgetriebe 2, beispielsweise ein manuelles oder automatisiertes Schaltgetriebe in Vorgelegewellenbauweise, an. Nicht dargestellt ist hierbei, dass sich antriebstechnisch zwischen Antriebsmotor 1 und Zahnräderwechselgetriebe 2 eine Trennkupplung, i.e. Anfahrkupplung, befinden kann. Antriebsmotor 1 und Zahnräderwechselgetriebe 2 sind hier in Front-Längs-Anordnung ausgeführt, anderen Anordnungen sind allerdings ebenso denkbar, beispielsweise eine Front-Quer-Anordnung oder eine Mittelmotoranordnung.
Innerhalb des Zahnräderwechselgetriebes 2 wird in der Regel fahrsituationsabhängig durch eine Schalteinrichtung eines von mehreren Übersetzungsverhältnissen eingelegt, um ein von dem Antriebsmotor 1 bereitgestelltes Drehmoment herauf oder herabzusetzen. Direkt an das Zahnräderwechselgetriebe 2 angeflanscht und außerhalb des Zahnräderwechselgetriebes 2, weist der Antriebsstrang ein erstes Verteilergetriebe 3 auf, im Detail ein Längsverteilergetriebe, welches das Ausgangsdrehmoment des Zahnräderwechselgetriebe 2 auf eine Vorderachse 4 und eine Hinterachse 5 verteilt (entsprechend der dargestellten Pfeile). Das erste Verteilergetriebe 3 kann hierbei zumindest eine der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen integriert aufweisen, um die Vorderachse 3 und/oder die Hinterachse 4 antriebstechnisch von dem Verteilergetriebe 3 an- oder abzukoppeln. Hierdurch kann wahlweise kein Drehmoment auf die jeweilige Achse 4, 5 übertragen werden oder ein maximal mögliches Drehmoment, oder, durch einen schlupfenden Betrieb der Verbindungsvorrichtung, ein vorgegebenes begrenztes Drehmoment.
Alternativ oder zusätzlich können auch zwischen dem ersten Verteilergetriebe 3 und der Vorder- und/oder Hinterachse 4, 5 eine oder mehrere der Verbindungsvorrichtungen angeordnet sein, durch welche die jeweiligen Achsen 4, 5 mit dem Verteilergetriebe 3 an- und koppelbar sind – beispielhafte Einbauorte hierfür sind mit dem Bezugszeichen Y markiert.
Ausgehend von dem ersten Verteilergetriebe 3 wird das der Vorderachse 4 zugewiesene Drehmoment auf ein zweites Verteilergetriebe 6, hier ein Querverteilergetriebe der Vorderachse 4, übertragen, wo es wiederum auf eine rechte und linke Radantriebswelle 7 und von dort auf ein rechtes bzw. linkes Fahrzeugrad 8 verteilt wird (entsprechend der dargestellten Pfeile). Analog zu der Vorderachse 3 wird das Drehmoment auch auf Fahrzeugräder 8 der Hinterachse 5 übertragen, welche hierzu ein drittes Verteilergetriebe 9 aufweist.
Insbesondere wenn das zweite und/oder dritte Verteilergetriebe 6, 9 als Sperrdifferentialgetriebe oder als Torque-Vectoring-Differentialgetriebe ausgeführt sind, können diese zumindest eine der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen integriert aufweisen, um die Drehmomentübertragung auf das jeweils rechte und/oder linke Rad 8 zu regulieren oder um das jeweilige Rad 8 komplett antriebstechnisch von dem restlichen Fahrzeugantriebsstrang an- oder abzukoppeln. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere der Verbindungsvorrichtungen auch zwischen einem der Fahrzeugräder 8 und dem zugehörigen Verteilergetriebe 6, 9 an oder in der entsprechenden Radantriebswelle 7 angeordnet sein – beispielhafte Einbauorte hierfür sind mit dem Bezugszeichen X markiert.
Der dargestellte Antriebsstrang ist hierbei beispielhaft und nicht einschränkend für die Erfindung zu sehen. Dem Fachmann ist klar, dass der Antriebsstrang auch so ausgeführt sein kann, dass lediglich die Vorder- oder die Hinterachse 4, 5 von dem Antriebsmotor 1 angetrieben werden kann, d.h. dass es sich ausschließlich um einen so genannten 2WD-Antriebsstrang handeln kann. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist auch nicht nur auf mehrspurige Fahrzeuge beschränkt, sondern kann auch bei einspurigen Fahrzeugen, beispielsweise einem Motorrad, einem Motorroller oder dergleichen, eingesetzt werden. Das Fahrzeug kann auch über mehr als zwei angetriebene Achsen verfügen und beispielsweise als 6 × 6- oder 8 × 8-Antriebsstrang ausgeführt sein, d.h. 3 bzw. 4 antreibbare Achsen aufweisen.
Aus 2 ist ein Längsschnitt einer Verbindungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Diese umfasst eine Schiebemuffe 10, welche über eine Mitnahmeverzahnung 11 drehfest und axial verschiebbar auf einer ersten Fahrzeugwelle 12 angeordnet ist und welche in axialer Richtung benachbart zu einem als zweite Fahrzeugwelle 13 ausgeführten Fahrzeugantriebsstrangelement platziert ist. Diese zweite Fahrzeugwelle 13 ist relativ zu der ersten Fahrzeugwelle 12 drehbar. Auf einer, der Schiebemuffe 10 zugewandten Seite verfügt die zweite Fahrzeugwelle 13 über eine Verzahnung 14, die korrespondierend zu einer Verzahnung 15 an der Schiebemuffe 10 ausgeführt ist. Dabei weisen die Verzahnungen 14, 15 jeweils einander zugewandte Zahnflanken auf und sind dabei entsprechend einer dem Fachmann bekannten Klauenkupplung ausgestaltet. Die Verzahnungen 14, 15 bilden hierbei Verbindungsmittel 26 zur Drehkoppelung der ersten und zweiten Fahrzeugwelle 12, 13. Es ist hierbei allerdings ebenso denkbar, durch eine entsprechende Gestaltung der Schiebemuffe 10 und der zweiten Fahrzeugwelle 13, sowie durch Zwischenschaltung eines oder mehrerer Synchronringe eine Sperrsynchronisation auszubilden.
Auf ihrem äußeren Umfang, i.e. Außendurchmesser, verfügt die Schiebemuffe 10 des Weiteren über eine erste und eine zweite Schaltnut 16, 17, welche, wie insbesondere aus der Draufsicht aus 3 ersichtlich, einen in axialer Richtung steuerkurvenartig ausgeprägten Verlauf aufweisen. Zudem sind an gegenüberliegenden, radialen Seiten der Schiebemuffe 10 jeweils Eingriffsmittel 18, hier beispielhaft Schaltstiftpaare 18a, 18b und 18c, 18d vorgesehen, die bei einer Betätigung mit einem geeigneten Mittel 19, beispielsweise einem Bolzen, Schaltstift oder Schaltfinger, in die je zugehörige erste oder zweite Schaltnut 16 oder 17 eingreifen. Eingriffsmittel 18 und Schaltnuten 16, 17 bilden hierbei die zur Bewegung der Schiebemuffe 10 genutzten Stellmittel der Verbindungsvorrichtung.
Wie insbesondere aus der Seitenansicht aus 4 ersichtlich ist, sind die Eingriffsmittel 18a bis 18d jeweils ortsfest in einem Gehäuse 20 platziert, so dass bei einer Eingriffsbewegung der jeweiligen Eingriffsmittel 18a bis 18d in die je zugehörige erste oder zweite Schaltnut 16 oder 17 aufgrund des axial veränderlichen Verlaufs dieser Schaltnuten 16, 17 eine entsprechende axiale Verschiebung der Schiebemuffe 10 auf der ersten Fahrzeugwelle 12 hervorgerufen wird. Dabei wird bei einer entsprechenden Drehrichtung der ersten Fahrzeugwelle 12 und damit auch der Schiebemuffe 10 durch das eine Paar von Eingriffsmittel 18a und 18c mit der ersten Schaltnut 16 eine Axialbewegung der Schiebemuffe 10 von der ersten Position, in welcher die Fahrzeugwellen 12, 13 nicht drehgekoppelt sind, in Richtung der zweiten Fahrzeugwelle 13, d.h. in die zweite Position, in welcher die beiden Fahrzeugwellen 12, 13 gekoppelt sind, bewirkt. Und durch das andere Paar der Eingriffsmittel 18b, 18d wird mit der zweiten Schaltnut 17 eine von der zweiten Fahrzeugwelle 13 weggerichtete Rückbewegung der Schiebemuffe 10 bewirkt, wodurch die Schiebemuffe von der zweiten Position zurück in die erste Position geführt wird. Die Eingriffsmittelpaare 18a, 18c bzw. 18b, 18d sind bevorzugt, jedoch nicht zwingend jeweils an gegenüberliegenden, radialen Seiten der Schiebemuffe 10 platziert, wie aus 4 anhand des Eingriffsmittelpaares 18a, 18c ersichtlich, wodurch ein Verkippen der Schiebemuffe 10 beim axialen Bewegen verhindert wird.
Die Eingriffsmittel 18a bis 18d sind insbesondere als elektromagnetisch betätigbare Bauteile ausgeführt, die bei Stromversorgung für ein Ein- oder Ausfahren der jeweiligen Mittel 19 sorgen. Dem Fachmann wird an dieser Stelle allerdings klar sein, dass die Eingriffsmittel 18a bis 18d ebenso gut als mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbare Bauteile ausgeführt sein können.
In 2 ist die Schiebemuffe 10 in der zweiten Position dargestellt, in welcher sie über die Verzahnung 15 mit der Verzahnung 14 der Fahrzeugwelle 13 in Eingriff steht. In dieser Position sind die Fahrzeugwellen 12, 13 somit über die Schiebemuffe 10 drehfest miteinander gekoppelt. Um die Schiebemuffe 10 nun aus dieser zweiten Position in die erste Position zu bewegen, in welcher die Verzahnungen 14, 15 nicht mehr miteinander in Eingriff stehen und die zweite Fahrzeugwelle 13 somit drehbar gegenüber der ersten Fahrzeugwelle 12 ist (drehentkoppelt), müssen lediglich die Eingriffsmittel 18b, 18d elektrisch angesteuert werden, woraufhin die jeweiligen Mittel 19 in die zugehörige Schaltnut 17 eingreifen. Aufgrund des axialen Verlaufs der Schaltnut 17 und durch die gemeinsame Rotation der Schiebemuffe 10 mit der ersten Fahrzeugwelle 12 wird die Schiebemuffe 10 daraufhin in axialer Richtung von der zweiten Fahrzeugwelle 13 wegbewegt. Bei Erreichen der ersten Position werden die Mittel 19 eingefahren, wodurch die Eingriffsmittel 18b, 18d außer Eingriff mit der Schaltnut 17 kommen. Dies wird hier dadurch realisiert, indem die Schaltnuten 16, 17 in Drehrichtung in jeweiligen Endbereichen ausgeführt sind, welche die Schaltnuten 16, 17 in eine äußere Oberfläche der Schiebemuffe 10 auslaufen lassen, i.e. auf ein Niveau des Außendurchmessers der Schiebemuffe 10, wie auch in 4 zu erkennen ist. Somit werden die Mittel 19 der Eingriffsmittel 18a, 18c selbsttätig aus der Schaltnut 16 herausgedrückt. Die Schaltnut 17 ist analog zur Schaltnut 16 mit einem solchen Endbereich ausgeführt. Insbesondere kann sich diesem Endbereich jeder Schaltnut 16, 17 eine Nocke anschließen, welche die Mittel 19 über das normale Niveau der äußeren Oberfläche bzw. des Außendurchmessers der Schiebemuffe 10 anhebt.
Da somit die jeweiligen Eingriffsmittel 18a, 18c und 18b, 18d ab Erreichen der gewünschten Position der Schiebemuffe 10 nicht mehr mit den Schaltnuten 16, 17 in Kontakt stehen und damit unter Umständen unerwünschte axiale Bewegungen der Schiebemuffe 10 auftreten können, ist zwischen der Schiebemuffe 10 und der ersten Fahrzeugwelle 12 eine Rastierung 21 vorgesehen. Diese besteht aus einer federbelasteten Kugel 22, welche in einer Ausnehmung 23 der ersten Fahrzeugwelle 12 platziert ist und jeweils in der ersten und zweiten Position der Schiebemuffe 10 mit ihr jeweils gegenüberliegenden Arretiernuten 24, 25 an einem Innendurchmesser der Schiebemuffe 10 zusammenwirkt. Entsprechend der Federbelastung der Kugel 22 wird die Schiebemuffe 10 dabei durch die Kugel 22 in der jeweiligen Position arretiert. Wird nun ein Wechsel von der einen Position in die jeweils andere Position der Schiebemuffe bewirkt, so wird die Kugel 22 in die Ausnehmung 23 zurück-gedrückt bis sie in Überdeckung mit der jeweils anderen der Arretiernuten 24 bzw. 25 an der Schiebemuffe 10 kommt und dort einrastet.
5 verdeutlicht die Verbindungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Variante kuppelt die Schiebemuffe 10 in der zweiten Position das hier ebenfalls als zweite Fahrzeugwelle 13 ausgeführte Fahrzeugantriebsstrangelement nicht unmittelbar mit der ersten Fahrzeugwelle 12, sondern betätigt extra Verbindungsmittel 26, hier beispielhaft in Form einer Klauenkupplung mit einer Synchronisation ausgeführt, welche bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 10 in die zweite Position dann die zweite Fahrzeugwelle 13 mit der ersten Fahrzeugwelle 12 drehkoppeln. Im gezeigten Fall verfügen die Verbindungsmittel 26 über eine axial auf der ersten Fahrzeugwelle 12 drehfest und verschiebbar angeordnete Verbindungshülse mit Klauen und einer Synchronisation, welche bei einer Verschiebung der Schiebemuffe in die zweite Position in Richtung und gegen korrespondierende Klauen der zweiten Fahrzeugwelle 13 gedrückt werden, wodurch die Drehbewegungen der Fahrzeugwellen 12, 13 zunächst synchronisiert werden und diese anschließend miteinander in Formschluss kommen. Um die hierfür gegebenenfalls nötige Anpresskraft darstellen zu können und für ein sanftes Kuppeln der Fahrzeugwellen 12, 13, ist zwischen der Schiebemuffe 10 und den Verbindungsmitteln 26 ein oder mehrere Federelemente 27, hier beispielhaft als Tellerfedern ausgeführt, platziert, welche nach einer Vorspannung durch die Bewegung der Schiebemuffe 10 in die Schaltstellung stetig eine Anpresskraft auf die Verbindungsmittel 26 überträgt. Die Schiebemuffe 10 kuppelt die erste Fahrzeugwelle 12 also in diesem Fall nicht unmittelbar selbst mit der zweiten Fahrzeugwelle 13, sondern mittelbar über die Verbindungsmittel 26. Die eigentliche Drehmomentübertragung zwischen den Fahrzeugwellen 12, 13 erfolgt demgemäß ausschließlich oder zumindest zum größten Teil über die Verbindungsmittel 26.
In 6 ist eine weitere, dritte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Unterschied zu der vorherigen Variante aus 5 sind die Verbindungsmittel 26 zur Koppelung der ersten und zweiten Fahrzeugwelle 12, 13 in diesem Fall als Lamellenkupplung ausgebildet, deren Außenlamellen 28 mit der zweiten Fahrzeugwelle 13 und deren Innenlamellen 29 mit der ersten Fahrzeugwelle 12 drehfest verbunden sind. Die Schiebemuffe 10 verpresst bei der Bewegung in die zweite Position über das zwischengeschaltete Federelement 27 die Lamellenkupplung 26, d.h. diese wird geschlossen. Es erfolgt also auch in diesem Fall keine unmittelbare Koppelung der ersten und zweiten Fahrzeugwelle 12, 13 über die Schiebemuffe 10.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor
2: Zahnräderwechselgetriebe
3: Verteilergetriebe
4: Vorderachse
5: Hinterachse
6: Verteilergetriebe
7: Radantriebswelle
8: Rad
9: Verteilergetriebe
10: Schiebemuffe
11: Mitnahmeverzahnung
12: Fahrzeugwelle
13: Fahrzeugwelle
14: Verzahnung
15: Verzahnung
16: Schaltnut
17: Schaltnut
18, 18a, ..., d: Eingriffsmittel
19: Mittel
20: Gehäuse
21: Rastierung
22: Kugel
23: Ausnehmung
24: Arretiernut
25: Arretiernut
26: Verbindungsmittel
27: Federelement
28: Außenlamellen
29: Innenlamellen
X, Y: Einbauort

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60001023 T2 [0002, 0003]
DE 102009054942 [0005, 0013]

Claims

Verbindungsvorrichtung eines Fahrzeugantriebsstrangs, außerhalb eines Zahnräderwechselgetriebes (2), zur Drehkoppelung einer Fahrzeugwelle (12) mit einem relativ dazu drehbaren Fahrzeugantriebsstrangelement (13), insbesondere einer zweiten Fahrzeugwelle (13) oder einem Gehäuse (20), aufweisend eine Schiebemuffe (10), welche drehfest und axial verschiebbar zwischen zumindest einer ersten und zweiten Position auf der Fahrzeugwelle (12) angeordnet (12) ist, wobei die Schiebemuffe (10) in der ersten Position eine Drehentkoppelung der Fahrzeugwelle (12) von dem Fahrzeugantriebsstrangelement (13, 20) bewirkt und in der zweiten Position deren Drehkoppelung bewirkt, sowie aufweisend Stellmittel (16, 17, 18) zur Verschiebung der Schiebemuffe (10) zwischen der ersten und zweiten Position, mit zumindest einer Schaltnut (16, 17) entlang eines Umfangs der Schiebemuffe (10) sowie Eingriffsmitteln (18) zum Eingriff in die Schaltnut (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (10) bezüglich der Eingriffsmittel (18) drehbar und axial beweglich ist und die Schaltnut (16, 17) in Form einer Steuerkurve ausgeführt ist, so dass beim Eingriff der Eingriffsmittel (18) in die Schaltnut (16, 17) und bei einer Drehung der Schiebemuffe (10) bezüglich der Eingriffsmittel (18) die Schiebemuffe (10) durch die Schaltnut (16, 17) axial zwischen der ersten und zweiten Position bewegt wird.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsmittel (18) schaltbar mit der Schaltnut (16, 17) in Eingriff und außer Eingriff bringbar sind.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Eingriffsmittel (18) mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch bezüglich der Schaltnut (16, 17) ein- und/oder ausfahrbar ausgeführt sind.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Stellmittel (16, 17, 18) eine Sensorik aufweisen, zur Ermittlung, ob die Eingriffsmittel (18) mit der Schaltnut (16, 17) in Eingriff oder außer Eingriff sind.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stellmittel (16, 17, 18) eine erste und zweite Schaltnut (16, 17) auf der Schiebemuffe (10) aufweisen, die insbesondere über einen gegensätzlichen Kurvenverlauf verfügen, wobei durch die erste Schaltnut (16) die Schiebemuffe (10) beim darin Eingreifen der Eingriffsmittel (18a, 18c) in die zweite Position bewegt wird und wobei durch die zweite Schaltnut (17) die Schiebemuffe beim darin Eingreifen der Eingriffsmittel (18b, 18c) in die erste Position bewegt wird.
Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltnut (16, 17) einen Endbereich aufweist, welcher die Schaltnut (16, 17) in eine äußere Oberfläche der Schiebemuffe (10) auslaufen läßt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schiebemuffe (10) eine Rastierung (21) aufweist, welche die Schiebemuffe (10) in der ersten und/oder zweiten Position arretiert.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Rastierung (21) in Form einer federbelasteten Kugel (22) ausgebildet ist, welche in einer zugehörigen Ausnehmung der Fahrzeugwelle (12) platziert ist und in der ersten Position und/oder in der zweiten Position der Schiebemuffe (10) mit jeweils gegenüberliegenden Arretierungsnuten (24, 25) der Schiebemuffe (10) zusammenwirkt.
Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schiebemuffe (10) selbst reib- oder formschlüssige Verbindungsmittel (15, 26) aufweist, welche die Fahrzeugwelle (12) mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement (13) in der zweiten Position der Schiebemuffe (10) drehkoppeln, oder wobei die Schiebemuffe (10) axial auf reib- oder formschlüssige Verbindungsmittel (26) wirkt, welche die Fahrzeugwelle (12) mit dem Fahrzeugantriebsstrangelement (13) in der zweiten Position der Schiebemuffe (10) drehkoppeln.
Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Schiebemuffe (10) über zumindest ein Federelement (27) auf die Verbindungsmittel (26) wirkt.
Verteilergetriebe (3, 6, 9) eines Fahrzeugantriebstrangs, insbesondere Quer- oder Längsverteilergetriebe, gekennzeichnet durch eine Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.