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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Verbindungsvorrichtung dient in einem Fahrzeugantriebsstrang insbesondere zum Zuschalten einer Allradwelle oder einer Radantriebswelle, auch Radwelle oder Seitenwelle genannt, oder zum Verbinden zweier Hälften einer Allradwelle oder einer Radantriebswelle. Beispielsweise ermöglich dies in einem Fahrzeugantriebsstrang mit mehreren antreibbaren Antriebachsen ein Umschalten zwischen einer Allradbetriebsweise, in welcher mehrere oder alle der Antriebsachsen des Fahrzeugantriebsstranges angetrieben werden in eine Zweiradbetriebsweise, in welchem wenige oder nur eine der Antriebsachse des Fahrzeugantriebsstranges angetrieben werden, und umgekehrt.
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Beispielsweise offenbart die
DE 198 37 417 A1 (
2) eine solche Verbindungsvorrichtung eines Fahrzeugantriebsstranges zur drehfesten Verbindung zweier Wellen, i.e. eine automatische Kupplung zur Verbindung einer Vorderachse mit einer Radspindel. Die Verbindungsvorrichtung weist einen Elektromagneten auf, durch welchen ein Kupplungsring axial in eine erste Position bewegbar ist, in welcher der Kupplungsring einen Formschluss zwischen den Wellen auflöst und sie weist eine Feder auf, durch welche der Kupplungsring axial in eine zweite Position bewegbar ist, in welcher der Kupplungsring einen Formschluss zwischen den Wellen herstellt.
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Die nicht vorveröffentlichte
DE 10 2011 085 839 offenbart eine weitere Verbindungsvorrichtung zur Verbindung zweier Wellen. Diese Verbindungsvorrichtung weist zum einen eine Schiebemuffe auf, mit einer daran angeordneten Nut bzw. Stufenflanke, sowie Stellmittel, welche in die Nut/ Stufenflanke schaltbar eingreifen können. Dabei erfolgt eine Verschiebung der Schiebemuffe in eine erste Position, wenn die Stellmittel in die Nut bzw. Stufenflanke eingreifen und die Schiebemuffe gedreht wird, wodurch die Schiebemuffe einen Formschluss zwischen den Wellen auflöst. Die Verbindungsvorrichtung weist zum anderen eine Feder auf, durch welche die Schiebemuffe bei einem Lösen der Stellmittel von der Nut/Stufenflanke in eine zweite Position bewegbar ist, in welcher die Schiebemuffe einen Formschluss zwischen den Wellen herstellt.
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Sofern die Schaltpositionen des Kupplungsringes bzw. der Schiebemuffe durch einen mechanischen Anschlag definiert sind, kann es zu einem harten Aufschlagen des Kupplungsringes bzw. der Schiebemuffe gegen diesen Anschlag kommen, wenn dieser in die entsprechende Schaltposition bewegt wird. Die kann zu störenden klopfenden Geräuschen führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher die Geräuschemission einer solchen Verbindungsvorrichtung zu verringern.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass für einen Anschlag der Verbindungsvorrichtung, der eine axiale Bewegung eines Verbindungselementes in eine erste oder zweite Axialposition begrenzt, ein Anschlagsdämpfer vorgesehene ist.
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Somit bezieht sich die Erfindung auf eine Verbindungsvorrichtung, insbesondere für einen Fahrzeugantriebsstrang, zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle, wobei die Verbindungsvorrichtung ein axial bewegbares Verbindungselement aufweist, das so ausgebildet ist, dass es in einer ersten Axialposition einen Formschluss zwischen der ersten und der zweiten Welle herstellt und in einer zweiten Axialposition den Formschluss auflöst. Bei dem Verbindungselement kann es sich insbesondere um eine Schiebemuffe handeln, welche ringförmig um eine bzw. beide der Wellen angeordnet ist, insbesondere koaxial zu diesen Wellen. Bevorzugt ist das Verbindungselement entsprechend der Schiebemuffe der
DE 10 2011 085 839 ausgeführt. Axial bewegbar bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere linear bzw. transversal bewegbar, d.h. zumindest entlang einer Geraden. Bei dieser Geraden handelt es sich insbesondere um eine Drehachse der beiden Wellen.
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Ferner weist die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung eine Aktorik zur Bewegung des Verbindungselementes zwischen der ersten und der zweiten Axialposition auf. Hierbei kann es sich insbesondere auch um die in der
DE 10 2011 085 839 offenbarten Aktorik handeln.
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Außerdem verfügt die Verbindungsvorrichtung über einen Anschlag, der die axiale Bewegung des Verbindungselementes in zumindest eine der ersten oder zweiten Axialposition begrenzt. Dabei ist für den Anschlag ein Anschlagsdämpfer vorgesehen. Dieser kann sich insbesondere an dem Anschlag selbst oder dem Verbindungselement befinden.
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Hierdurch kann die Geräuschemission der Verbindungsvorrichtung beim Bewegen des Verbindungselements in die eine der ersten und/oder zweiten Axialposition, je nachdem an welchem Anschlag der Anschlagsdämpfer angeordnet ist, deutlich reduziert werden. Der Anschlagsdämpfer ist daher insbesondere so ausgeführt, dass er einen Teil der Bewegungsenergie des Verbindungselementes bei der axialen Bewegung in diese erste oder zweite Axialposition aufnimmt, insbesondere dämpfend.
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Die Aktorik kann insbesondere eine Federanordnung umfassen, welche das Verbindungselement in eine der ersten oder der zweiten Axialpositionen bewegt. Ferner kann die Aktorik einen elektromagnetischen Aktor, d.h. einen Elektromagneten, umfassen, der das Verbindungselement mittels eines Ankers in eine andere der ersten oder zweiten Axialpositionen bewegt, wahlweise auch in beide Axialpositionen, sofern der Anker mit Permanentmagnetmitteln ausgeführt ist.
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Die Aktorik kann bevorzugt auch eine Schaltkurve, insbesondere in Form einer Nut oder Stufenflanke, an oder in dem Verbindungselement aufweisen, sowie Stellmittel, welche schaltbar in die Schaltkurve eingreifen können, um die das Verbindungselement in die zweite Axialposition zu bewegen, wenn dieses gedreht wird, entsprechend
1 bis
3 oder
4 bis
9 der
DE 10 2011 085 839 .Hierbei ist dann eine Federanordnung vorgesehen, welche das Verbindungselement in die erste Axialposition zurückbewegt, sobald die Eingriffsmittel außer Eingriff mit der Schaltkurve gebracht werden. Die so geschaffene Aktorik weist einen besonders geringen Energiebedarf auf.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist der Anschlagsdämpfer zumindest sowohl ein Federelement, als auch ein Dämpferelement auf. Hiermit wird eine besonders gute Geräuschdämpfung bewirkt. Das mindestens eine Federelement bewirkt eine sanft Aufnahme der Aufprallenergie während das mindesten eine Dämpferelement die Aufprallenergie zumindest zum Teil in Wärmeenergie umwandelt. Geeignete Dämpferelemente nehmen folglich mechanische Stöße auf und wandeln diese zumindest teilweise in Wärme um. Somit bestehen geeignete Dämpferelemente insbesondere aus Elastomeren, beispielsweise Kautschuk bzw. Gummi etc., oder insbesondere aus Schaumstoffen bzw. geschäumten Materialien, beispielsweise Kunststoff- oder Metallschäume etc., oder insbesondere aus Faserelementen, beispielsweise GFK- oder CFK-Scheiben mit einer Kunstharzmatrix etc., oder insbesondere aus fluidgefüllten Kissen, beispielsweise luft-, öl-, oder gelgefüllten Kissen. Geeignete Federelemente nehmen mechanische Stöße auf und federn diese ab, insbesondere durch elastischen Aufbau potentieller Energie. Geeignete Federelemente bestehen daher insbesondere aus einer oder mehreren Schraubenfedern, Tellerfedern, Wellfedern, etc.
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In einer Weiterbildung hiervon sind das Federelement und das Dämpferelement in Reihe zueinander angeordnet. Hierdurch wird ein schmaler Bauraum erzielt, der beispielsweise bei einer parallelen Anordnung von Feder- und Dämpferelement nicht erreichbar ist. Hierzu sollte das Dämpferelement nach einer Be- und Entlastung (Belastungszyklus; Schaltvorgang der Verbindungsvorrichtung) selbständig in seine ursprüngliche Form zurückkehren, um für weitere Belastungszyklen, d.h. vollständige Schaltvorgänge der Verbindungsvorrichtung, wieder zur Verfügung zu stehen.
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In einer Weiterbildung weist die Aktorik eine Federanordnung auf, welche eine axiale Bewegung des Verbindungselements in eine der beiden Axialpositionen bewirkt. Dabei sind der Anschlag und der Anschlagsdämpfer so angeordnet, dass diese die axiale Bewegung des Verbindungselementes in diese eine der beiden Axialpositionen begrenzen. Insbesondere bewirkt die Federanordnung die Bewegung des Verbindungselementes in diese Axialposition, indem es zunächst gespannt wird und beim Entspannen das Verbindungselement in diese Axialposition bewegt. Ein federbedingtes hartes Aufschlagen des Verbindungselementes gegen den Anschlag wird hierdurch abgemildert/verhindert.
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In einer Weiterbildung sind Anschlag und Anschlagsdämpfer auf einer der Wellen und angeordnet. Dabei umschließt der Anschlagsdämpfer diese Welle ringförmig. Das Verbindungselement ist ebenfalls auf einer der beiden Wellen angeordnet ist und umschließt diese Welle ringförmig. Das Verbindungselement ist folglich im Sinne einer Schiebemuffe ausgeführt, die auf der ersten bzw. zweiten Welle axial beweglich ausgeführt ist. An das Verbindungselement angepasst ist dabei auch der Anschlagsdämpfer ringförmig um und auf eine der Wellen ausgeführt und angeordnet. Hierdurch wird eine konstruktiv einfach aufgebaute Verbindungsvorrichtung erzeugt, die wenig Bauraum benötigt.
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In einer Weiterbildung ist das Verbindungselement drehfest und axial beweglich auf einer der Wellen angeordnet und weist zumindest ein, bevorzugt mehrere Formschlusselemente auf. Dieses bzw. diese gelangen in der ersten Axialposition des Verbindungselementes mit zumindest einem bevorzugt mehreren dazu korrespondierenden Formschlusselementen der zweiten Welle in Eingriff, wodurch diese den Formschluss zwischen den beiden Wellen herstellen. Hierdurch wird ebenfalls eine konstruktiv einfach aufgebaute Verbindungsvorrichtung erzeugt, die wenig Bauraum benötigt. Bei den Formschlusselementen kann es sich insbesondere um zueinander korrespondierende Keilwellenprofile, Polygonprofile, Klauen, Zähne, Stifte etc. handeln.
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In einer Weiterbildung weist die Aktorik eine auf dem Verbindungselement angeordnete Schaltkurve auf. Diese ist so geformt, dass die Schaltkurve bei einem Eingriff zumindest eines Eingriffsmittels (z.B. Schaltstift, Reibstein, Rolle etc.) der Aktorik an/in die Schaltkurve und bei einer gleichzeitigen Drehung des Verbindungselementes relativ zu dem Eingriffsmittel das Verbindungselement in eine der beiden Axialpositionen bewegt. Insbesondere verfügt die Schaltkurve über eine Kontur, die zumindest Abschnittsweise eine axiale Richtungskomponente aufweist. Somit wird eine Verbindungsvorrichtung geschaffen, die entsprechend der in der
DE 10 2011 085 839 offenbarten Verbindungsvorrichtung betätigt wird. Diese zeichnet sich durch eine gering Energieaufwand zur Betätigung aus.
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In einer Weiterbildung hiervon ist die Schaltkurve der Aktorik so ausgeführt, dass diese bei dem Eingriff des Eingriffsmittels an/in die Schaltkurve und bei einer gleichzeitigen Drehung des Verbindungselementes relativ zu dem Eingriffsmittel eine axiale Bewegung des Verbindungselementes in die zweite Axialposition bewirkt. Dabei ist eine Federanordnung der Aktorik so ausgeführt, dass diese bei einem Lösen des Eingriffes des Eingriffsmittels von der Schaltkurve eine axiale Bewegung des Verbindungselementes in die erste Axialposition bewirkt. Auch hierdurch wird eine Verbindungsvorrichtung geschaffen, die entsprechend der in der
DE 10 2011 085 839 offenbarten Verbindungsvorrichtung betätigt wird – mit entsprechend geringem Energieaufwand zur Betätigung.
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In einer anderen Weiterbildung weist das Verbindungselement einen in die axiale Bewegungsrichtung des Verbindungselementes gerichteten Konus auf, bzw. weist zumindest abschnittsweise eine konusartige Form auf. Hierbei wirkt der Konus so mit einem im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung ausgerichteten Entfernungssensor zusammen, dass mittels dessen ein Abstand zwischen Entfernungssensor und Konus senkrecht zu der axialen Bewegungsrichtung ermittelbar ist. Hierdurch kann über den ermittelten Abstand zwischen Entfernungssensor und Konus einfach und stufenlos eine exakte axiale Position des Verbindungselementes ermittelt werden. Dementsprechend ist bevorzugt zusätzlich eine Auswerteschaltung vorgesehen, durch welche aus dem Abstand zwischen Entfernungssensor und Konus eine axiale Position des Verbindungselementes ermittelbar ist. Bei der Position kann es sich insbesondere um die erste oder die zweite Axialposition handeln. Somit kann auch einfach festgestellt werden, ob die Verbindungsvorrichtung die erste und zweite Welle gerade koppelt oder entkoppelt, d.h. es kann der genaue Zustand der Verbindungsvorrichtung festgestellt werden.
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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,
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1, 2 ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung für zwei Wellen, die mittels eines axial verschiebbaren Verbindungselementes drehfest miteinander koppelbar sind, im ausgekuppelten Zustand sowie im eingekuppelten Zustand,
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3 eine Draufsicht auf die mit zwei Stufen versehene Außenumfangsfläche des Verbindungselementes der Verbindungsvorrichtung gemäß 1 und 2,
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4 eine Weiterführung des Ausführungsbeispiels aus 1, 2 und 3
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5a–d Ausführungsbeispiele für geeignete Anschlagsdämpfer
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6 eine weitere Weiterführung der Verbindungsvorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch Einzelheiten der im Folgenden näher erläuterten Ausführungsbeispiele können für sich genommen eine Erfindung darstellen oder Teil eines Erfindungsgegenstands sein.
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In 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Verbindungsvorrichtung 1 mit einem ersten Kupplungsteil, i.e. einer ersten Welle 2, und einem zweiten Kupplungsteil, i.e. einer zweiten Welle 3, in einer Längsschnittdarstellung gezeigt. Bei der Verbindungsvorrichtung 1 kann es sich insbesondere um eine Klauenkupplung handeln. Die beiden Wellen 2 und 3 sind jeweils drehbar um eine gemeinsame Drehachse 4 gelagert. Sie können mittels eines axial, d.h. in Richtung der Drehachse 4, hin und her verschiebbaren Verbindungselementes 5, hier einer Schiebemuffe, formschlüssig miteinander gekoppelt werden. Das Verbindungselement 5 ist ringförmig um und koaxial zu den Wellen 2, 3 angeordnet. D.h. die Drehachse 4 der Wellen 2, 3 bildet gleichzeitig die Drehachse des Verbindungselementes 5. Somit ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der Verbindungsvorrichtung 1.
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Das Verbindungselement 5 ist im Wesentlichen als hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt, an dessen Innenumfangsfläche (in 1 und 2 zwecks einer übersichtlicheren Darstellung nicht gezeigte) Formschlusselemente vorgesehen sind, die insbesondere einen Innenzahnkranz bilden, der mit hierzu korrespondierenden, in 1 und 2 ebenfalls nicht gezeigte Formschlusselementen, die insbesondere einen Außenzahnkranz bilden, an den beiden Wellen 2 und 3 wechselwirkt. Geeignete weitere Formschlusselemente sind beispielsweise Polygonwellenprofile, Klauen, Stifte, etc. Die Formschlusselemente des Verbindungselements 5 greifen in die korrespondierenden Formschlusselemente der beiden Wellen 2 und 3 ein, so dass eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen dem Verbindungselement 5 und der ersten bzw. zweiten Welle 2, 3 gegeben ist. Diese Verbindung ist aber zumindest in Bezug auf die zweite Welle 3 lösbar.
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Nicht dargestellt ist, dass zwischen Verbindungselement 5 und zweiter Welle 3 bevorzugt auch Synchronisationsmittel, beispielsweise ein oder mehrere Synchronisationsringe, angeordnet sein können. Diese rufen beim Koppeln der Wellen 2, 3 zunächst einen drehzahlausgleichenden Reibschluss zwischen der zweiten Wellen 3 und dem Verbindungselement 5 hervor, bevor die formschlüssige Verbindung zwischen diesen und damit zwischen den Wellen 2, 3 hergestellt wird.
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In dem in 1 dargestellten ent- oder ausgekoppelten Zustand kontaktiert das Verbindungselement 5 nur das erste Kupplungsteil 2. Es befindet sich dann in seiner zweiten Axialposition B. Hierbei besteht kein Kontakt zu der zweiten Welle 3. Das Verbindungselement 5 befindet sich hier in seiner Entkopplungsposition. Demgegenüber kontaktiert das Verbindungselement 5 bei dem in 2 dargestellten eingekuppelten Zustand beide Wellen 2 und 3, wodurch eine drehfeste Kopplung der beiden Wellen 2 und 3 resultiert. In diesem Zustand befindet sich das Verbindungselement 5 in der ersten Axialposition A, dies entspricht seiner Kopplungsposition.
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Die Schiebemuffe 5 ist mittels einer Federanordnung 6 gegenüber einem an der ersten Welle 2 vorgesehenen Vorsprung 7 abgestützt. Im in 1 gezeigten ausgekuppelten Zustand ist die Federanordnung 6 vorgespannt. Die Federkraft versucht das Verbindungselement 5 axial in Richtung der zweiten Welle 3 zuschieben. D.h. die Federkraft der Federanordnung 6 wirkt in Richtung der zweiten Welle 3 auf das Verbindungselement 5. Die Federanordnung 6 bildet daher einen Teil einer Aktorik zur axialen Bewegung des Verbindungselementes 5.
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Die axiale Bewegung bzw. Verschiebung des Verbindungselements 5 in die zweite Axialposition B (Zustand gemäß 1) erfolgt über ein Stellmittel 8, das im Ausführungsbeispiel als elektromagnetisch betätigbarer Aktuator mit einem in radialer Richtung zu der Schiebemuffe verschiebbaren Schaltstift 9 im Sinne eines Eingriffsmittels ausgebildet ist. Das Stellmittel 8 bildet daher einen weiteren Teil der Aktorik zur axialen Bewegung des Verbindungselementes 5. Der Schaltstift 9 kann zwischen der in 1 gezeigten ausgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition und der in 2 gezeigten eingefahrenen Stellmittel-Kopplungsposition hin und her bewegt werden. Andere Betätigungsarten des Schaltstiftes 9 sind möglich, insbesondere eine Feder-induzierte, elektromotorische, hydraulische oder pneumatische Betätigung, d. h. Verschiebung des Schaltstiftes 9 in den ein- und/ oder ausgefahrenen Zustand.
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Das Stellmittel 8 ist bevorzugt ortsfest an bzw. in einem hier nicht gezeigten Gehäuse angeordnet, innerhalb dessen die Wellen 2, 3 relativ zueinander drehbar um die Drehachse 4 angeordnet sind. Bei dem Gehäuse kann es sich insbesondere um ein Getriebegehäuse handeln. Somit ist das Verbindungselement 5 und die Wellen 2, 3 relativ zu dem Gehäuse und dem Stellmittel 8/ Schaltstift 9 drehbar.
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In seiner Stellmittel-Entkopplungsposition greift der Schaltstift
9 in eine auf dem Verbindungselement
5 angeordnete Schaltkurve ein, die an einer Außenumfangsfläche
12 des Verbindungselementes
5 vorgesehen ist. Die Außenumfangsfläche
12 mit der Schaltkurve ist in
3 in einer Draufsicht dargestellt und beispielhaft als eine erste und zweite Nut
10,
11 ausgeführt. Andere Ausführungsformen der Schaltkurve sind jedoch möglich. Beispielsweise können statt der Nuten
10,
11 insbesondere Stufenflanken genutzt werden, entsprechend der
4 bis
10 der
DE 10 2011 085 839 . Oder es können anstelle der Nuten
10,
11 entsprechend ausgeführte Extrusionen eingesetzt werden.
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Gemäß 3 bildet jeweils eine Nutseitenwand der Nuten 10 und 11 eine erste Stufe mit einer ersten Stufenflanke 13 bzw. eine zweite Stufe mit einer zweiten Stufenflanke 14. Der Schaltstift 9 liegt in seiner Stellmittel-Entkopplungsposition zunächst an der ersten Stufenflanke 13 und dann bei dem in 1 gezeigten vollständig ausgekuppelten Zustand an der zweiten Stufenflanke 14 an. Die erste Stufenflanke 13 hat einen Stufenverlauf mit einer axialen Richtungskomponente und einer Richtungskomponente in Umfangsrichtung, wohingegen die zweite Stufenflanke 14 im Wesentlichen nur eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung aufweist. Die erste Stufenflanke 13 geht an einer Einmündungsstelle 15 in die zweite Stufenflanke 14 über.
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Befindet sich die Verbindungsvorrichtung 1 in ihrem eingekuppelten Zustand (siehe 2), ist der Schaltstift 9 in seiner zurückgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition. Die Federanordnung 6 bewirkt hier, dass das Verbindungselement 5 zuverlässig in der ersten Axialposition A gehalten wird. Die beiden Wellen 2 und 3 sind dann mittels des Verbindungselements 5 gekoppelt und drehen sich mit dieser gemeinsam um die Drehachse 4 (und somit relativ zu dem Stellmittel 8/Schaltstift 9). Um die Verbindungsvorrichtung 1 in den ausgekuppelten Zustand (siehe 1) zu überführen, wird der Schaltstift 9 in seine ausgefahrene Stellmittel-Entkopplungsposition gebracht, wobei er zunächst in die erste Nut 10 eingreift und an der ersten Stufenflanke 13 anliegt. Aufgrund der Drehbewegung der beiden Wellen 2 und 3 sowie des darauf drehfest angebrachten Verbindungselementes 5 bezüglich des Stellmittels 8 bewegt sich der Schaltstift 9 (relativ betrachtet) in der ersten Nut 10 längs der ersten Stufenflanke 13 auf die Einmündungsstelle 15 zu, wobei das Verbindungselement 5 aufgrund der Schraubwirkung bzw. der axialen Richtungskomponente axial gegen die Kraft der Federanordnung 6 verschoben und von der zweiten Welle 3 abgezogen wird. Die Federanordnung 6 wird hierbei gespannt, d.h. sie baut elastisch potentielle Energie auf. Sobald der Schaltstift 9 die Einmündungsstelle 15 erreich hat, ist dieser Entkopplungsvorgang abgeschlossen. Das Verbindungselement 5 hat seine zweite Axialposition B eingenommen. Die beiden Wellen 2 und 3 sind dann nicht mehr drehfest mechanisch miteinander gekoppelt. Der Schaltstift 9 bleibt in seiner ausgefahrenen Stellmittel-Entkopplungsposition und liegt dann in der zweiten Nut 11 an der zweiten Stufenflanke 14 an. Falls es sich bei der ersten Welle 2 nicht um eine angetriebene Welle handelt, kommt die Drehbewegung der ersten Welle 2 zum Stillstand. Dann liegt auch keine Gleitreibung zwischen dem Schaltstift 9 und der zweiten Stufenflanke 14 mehr vor.
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Um die Verbindungsvorrichtung 1 wieder in den eingekuppelten Zustand zu überführen, wird vorzugsweise die erste Welle 2 und damit das Verbindungselement 5 über eine in 1 und 2 nicht mit dargestellter Antriebseinheit in eine Drehbewegung versetzt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der ersten Welle 2 bevorzugt im Wesentlichen gleich der Drehbewegung der zweiten Welle 3 ist, wird der Schaltstift 9 in seine eingefahrene Stellmittel-Kopplungsposition zurückgefahren. Dann schiebt die vorgespannte Federanordnung 6 das Verbindungselement 5 axial über die zweite Welle 3 in die erste Axialposition A, wodurch die mechanische Formschlusskopplung der beiden Wellen 2, 3 wieder gegeben ist.
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Um den axialen Bewegungsspielraum des Verbindungselements 5 in bzw. in Richtung der ersten Axialposition A zu begrenzen, ist auf der zweiten Welle 3 ein mechanischer Anschlag 16 fest angeordnet. Dieser verhindert ein Überschwingen des Verbindungselementes 5 über die erste Axialposition A hinaus. Da beim Koppeln der beiden Wellen 2, 3 das Verbindungselement 5 ungebremst gegen den Anschlag 16 stoßen kann, was schlagende Geräusche verursachen würde, ist auf der zweiten Welle 3 an dem Anschlag 16 ein Anschlagsdämpfer 17 vorgesehen, der zumindest einen Teil der Stoßenergie aufnimmt und die damit verbundenen Geräusche deutlich abmildert. Der Anschlagsdämpfer 17 ist ringförmig ausgeführt und umschließt die zweite Welle 3. Wie aus 1 und 2 ersichtlich befindet sich der Anschlagsdämpfer 17 axial zwischen dem Anschlag 16 und dem Verbindungselement 5. Er kann grundsätzlich auch an dem Verbindungselement 5 angeordnet sein und nur dann mit dem Anschlag 16 zusammenwirken, wenn das Verbindungselement 5 in die erste Position A bewegt wird.
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Als Anschlagsdämpfer 17 kann insbesondere ein Gummielement, Schaumstoffelement, etc. genutzt werden. Bevorzugt wird eine Kombination unterschiedlicher Dämpferelemente und Federelemente, ggf. auch aus jeweils unterschiedlichen Materialien verwendet, um die Dämpfungseigenschaften des Anschlagsdämpfers 17 gezielt an die jeweils vorherrschenden Einsatzbedingungen anzupassen, wie beispielsweise Einsatztemperatur, Einsatzumfeld (Öl, Verschmutzung), Federkraft der Federanordnung 6 etc.
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4 zeigt eine Weiterführung des Ausführungsbeispiels aus 1 bis 3. Das Stellmittel 8 mit dem zugehörigen Schaltstift 9 wurde der Übersicht halber nicht dargestellt.
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Im Gegensatz zu 1 und 2 ist in der Ausführungsform gemäß 4 der Anschlag 16 als Teil der Welle 3 ausgeführt. Außerdem besteht der Anschlagsdämpfer 17 aus ersten Federelementen 171, i.e. zwei Tellerfedern, und zweiten Federelementen 172, i.e. ebenfalls zwei Tellerfedern, sowie einem zwischen den ersten und zweiten Federmitteln 171, 172 angeordneten Dämpferelement 173, beispielsweise bestehend aus Gummi bzw. einem Elastomer, Schaumstoff etc. Das Dämpferelement 173 kann insbesondere hohl oder massiv ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Dämpferelement einfach als Gummi-O-Ring ausgeführt sein. Die Federelementen 171, 172 sind mit dem Dämpferelement 172 in Reihe angeordnet. Das bedeutet hier, dass diese axial hintereinander auf der Welle 3 angeordnet sind. Im oberen Teil der 4 befindet sich das Verbindungselement 5 in seiner zweiten Axialposition B, in welcher die Wellen 2, 3 voneinander entkoppelt sind, und im unteren Teil der 4 befindet sich das Verbindungselement 5 in seiner ersten Axialposition A, in welcher die Wellen 2, 3 miteinander gekoppelt sind und in welcher der Anschlagsdämpfer 17, bzw. dessen Bauteile 171, 172, 173 durch die Federkraft der Federanordnung 6 gestaucht sind.
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5a bis 5d zeigt weitere beispielhafte Ausführungsformen des Anschlagsdämpfers 17. Diese können beispielsweise bei den Verbindungsvorrichtungen 1 gemäß 1 bis 4 eingesetzt werden. Die erste Welle 2, das Verbindungselement 5, die Federanordnung 6 sowie das Stellmittel 8 sind hier nicht gezeigt.
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Gemäß 5a besteht der Anschlagsdämpfer 17 aus einer Kolben-Zylinder-Einheit 174 und einem darin angeordneten Federelement 171. Die Kolben-Zylinder-Einheit 174 ist so ausgeführt, dass ein Kolben in den Zylinder hineingedrückt wird, wenn das Verbindungselement (nicht gezeigt) in die erste Axialposition bewegt wird. Hierdurch wird ein im Inneren der Kolben-Zylinder-Einheit 174 befindliches Fluid, beispielsweise Luft und/oder Öl, aus diesem herausgepresst, wodurch eine Dämpferwirkung entsteht. Das Fluid kann hierbei beispielsweise auch zwischen zwei Räumen der Einheit 174 überführt werden, welche durch Verengungen voneinander getrennt sind. Das Federelement 171 dient zum Rückstellen der Kolben-Zylinder-Einheit 174 in die gezeigte Ausgangsstellung, wenn das Verbindungselement von der ersten in die zweite Position bewegt wird. Außerdem dient das Federelement 171 zum Abfedern des Verbindungselementes wenn dieses in die erste Axialposition in Richtung des Anschlags 16 bewegt wird.
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Gemäß 5b verfügt der Anschlagsdämpfer 17 über lediglich ein Federelement 171 und ein massives und im Wesentlichen viereckiges Dämpferelement 173. Das Dämpferelement 173 weist einen viereckigen Querschnitt auf (Querschnitt in Umfangsrichtung). Wie dem Ausführungsbeispiel gemäß 5c entnehmbar ist, kann der Querschnitt (in Umfangsrichtung) jedoch auch anders ausgeführt sein. In 5c ist er x-förmig bzw. plus-förmig. Andere geeignete Querschnittsformen sind beispielsweise stern- oder u- oder v-förmig.
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Gemäß 5d kann das Dämpferelement auch in Form eines geschlossenen Kissens 175 ausgeführt sein, das mit einem geeigneten Dämpferfluid gefühlt ist, beispielsweise einem Gel oder einem Öl. In dem Kissen ist hierbei ein Federelement 171 angeordnet, welches das Kissen 175 in die gezeigte Ausgangsform zurückformt, wenn sich das Verbindungselement in der zweiten Axialposition befindet, bzw. dorthin bewegt wird. Außerdem dient das Federelement 171 zum Abfedern des Verbindungselementes bei seiner Bewegung in die erste Axialposition. Das Federelement 171 kann hier auch entfallen, wenn die Hülle des Kissens 175 alleine eine ausreichende Rückstellkraft erzeugt, um diese Rückformung zu ermöglichen.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 1 aus 1 bis 4, wobei der Anschlagsdämpfer 17 gemäß demjenigen aus 5b ausgeführt ist. Das Stellmittel 8 mit dem zugehörigen Schaltstift 9 wurde der Übersicht halber nicht dargestellt. Dargestellt sind allerdings als Keilwellenprofile ausgeführte Formschlusselemente 2a, 3a, 5a der Wellen 2, 3 bzw. des Verbindungselementes 5, die miteinander korrespondieren, wodurch ein Formschluss zwischen erster und zweiter Welle 2, 3 herstellbar ist. Damit der Anschlagsdämpfer 17 nicht radial auf den Formschlusselementen 3a aufliegt, was zu einem schnellen Verschleiß des Anschlagsdämpfers 17 führen kann, ist er von diesen axial beabstandet angeordnet. Eine Hülse 20 verlängert das Verbindungselement 5 axial in Richtung des Anschlags 16, sodass diese bei der Bewegung in die erste Axialposition trotzdem durch den Anschlagsdämpfer 17 gebremst wird. Alternativ dazu kann die Hülse 20 auch einstückig mit dem Verbindungselement 5 ausgeführt sein.
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Das Verbindungselement 5 verfügt bei der in 6 gezeigten Ausführungsform über einen Konus 18. Der Konus 18 ist in Richtung der axialen Bewegungsrichtung des Verbindungselementes ausgerichtet (verläuft also nicht quer zu dieser Bewegungsrichtung). Die axiale Bewegungsrichtung verläuft parallel zur Drehachse 4. Ein Entfernungssensor 19 ist im Wesentlichen senkrecht zu dieser Bewegungsrichtung bzw. Drehachse 4 ausgerichtet. Mittels des Entfernungssensors 19 ist ein radialer Abstand x zwischen Konus 18 und Entfernungssensor 19 ermittelbar, d.h. ein Abstand senkrecht zur Bewegungsrichtung/Drehachse 4. Der Abstand x variiert stufenlos je nach axialer Position des Verbindungselementes 5. Somit kann über den Abstand x stufenlos die axiale (Ist-)Position des Verbindungselementes 5 ermittelt werden. Beispielsweise ist daher einfach der Abstand y zwischen Verbindungselement und Anschlag 16 bzw. Anschlagsdämpfer 17 ermittelbar.
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Nicht dargestellt ist, dass eine Auswerteschaltung vorgesehen sein kann, durch welche aus dem Abstand x die zugehörige axiale Position des Verbindungselementes 5 ermittelbar ist.
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Sofern geeignet, können in den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 6 auch andere Federelemente 171, beispielsweise ein oder mehrere Tellerfedern, Wellfedern oder Schraubenfedern, eingesetzt werden. Insbesondere bei den Ausführungen gemäß 4, 5b, 5c, 6 können, falls zweckmäßig, die Positionen von Federelementen 171 und Dämpferelementen 173 gegeneinander vertauscht werden. Grundsätzlich können auch mehrere Dämpferelemente 173 und Federelemente 171 in geeigneter axialer Reihenfolge vorgesehen sein, auch unterschiedlicher Bauart/unterschiedlichen Materials. Insbesondere die Dämpferelemente 173 können auch ortsfest auf bzw. an dem Verbindungselement 5 angeordnet sein. Selbstverständlich ist eine ortsfeste Anordnung an dem Anschlag 16 ebenso denkbar.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ermöglicht gegenüber den bekannten Verbindungsvorrichtungen eine sehr geräuscharme Betätigung, da Aufschlagsgeräusche des Verbindungselementes auf den Anschlag deutlich reduziert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbindungsvorrichtung
- 2
- Welle
- 2a
- Formschlusselement der Welle 2
- 3
- Welle
- 3a
- Formschlusselement der Welle 3
- 4
- Drehachse
- 5
- Verbindungselement
- 5a
- Formschlusselement des Verbindungselements 5
- 6
- Federanordnung
- 7
- Vorsprung
- 8
- Stellmittel
- 9
- Schaltstift/Eingriffsmittel
- 10
- Nut
- 11
- Nut
- 12
- Außenumfangsfläche
- 13
- erste Stufenflanke
- 14
- zweite Stufenflanke
- 15
- Einmündungsstelle
- 16
- Anschlag
- 17
- Anschlagsdämpfer
- 171
- Federelement
- 172
- Federelement
- 173
- Dämpferelement
- 174
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 175
- Kissen
- 18
- Konus
- 19
- Entfernungssensor
- 20
- Hülse
- A
- erste Axialposition des Verbindungselementes 5
- B
- zweite Axialposition des Verbindungselementes 5
- x
- Abstand
- y
- Abstand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19837417 A1 [0003]
- DE 102011085839 [0004, 0008, 0009, 0013, 0019, 0020, 0036]
