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Die Erfindung betrifft eine Schaltverzahnung eines Schaltpartners für eine Kopplungseinheit in einem Fahrzeuggetriebe, wobei der Schaltpartner und/oder die Schaltverzahnung eine Hauptachse definiert, mit einer Mehrzahl von Zähnen, wobei die Zähne umlaufend zu der Hauptachse verteilt sind und in einer axialen Erstreckung zu der Hauptachse ausgerichtet sind, wobei die Zähne jeweils eine axial zu der Hauptachse orientierte Stirnfläche aufweisen, und wobei die Zähne jeweils einen Kopplungsabschnitt zur Anlage eines weiteren Schaltpartners aufweisen. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Kopplungseinheit sowie ein Fahrzeug mit dem Fahrzeuggetriebe.
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In Getrieben von Fahrzeugen werden zum Wechsel der Übersetzungen oder Gänge die Verläufe der Momentenpfade geändert. Hierbei ist es notwendig, bestehende Momentenpfade zu öffnen und andere Momentenpfade zu schließen. Im Betrieb derartiger Getriebe ergibt sich jedoch oftmals die Situation, dass bei einem Schließen eines Momentenpfades die zu koppelnden Getriebekomponenten unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten aufweisen oder in der Winkelstellung zueinander verdreht sind.
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In diesem Zusammenhang ist es üblich, Synchronisationseinheiten als Schalteinheiten zu verwenden, welche es ermöglichen, unterschiedliche Winkelgeschwindigkeiten bei den zu koppelnden Getriebekomponenten anzugleichen und zudem die Winkelstellung der Getriebekomponenten in Umlaufrichtung zueinander einzustellen, sodass eine Kopplung, insbesondere eine formschlüssige Kopplung, zwischen den Getriebekomponenten erfolgen kann.
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In der Druckschrift
DE 10 2012 216 419 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, wird ein Kupplungskörper für eine Synchronisierungseinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders angepasste Schaltverzahnung auszeichnet. In der genannten Druckschrift wird von einer an sich bekannten Dachverzahnung ausgegangen, wobei die Dachverzahnung eine Zahngeometrie bezeichnet, bei der auf einer Kopplungsseite der Verzahnung zunächst ein Dachwinkel angeordnet ist, welcher nachfolgend in einen Hinterschnittbereich übergeht. Der Dachwinkel ist als eine Spitze ausgebildet, welche in axialer Richtung zeigt. Der Dachwinkel oder die Dachverzahnung hat den Vorteil, dass die zu koppelnden Getriebekomponenten nahezu in jeder Winkelposition in die Schaltverzahnung eingefahren werden können. Insbesondere, wenn die andere Getriebekomponente ebenfalls einen Dachwinkel aufweist, ist es nahezu unmöglich, eine relative Winkelposition zu finden, bei der ein axiales Ineinanderfahren nicht erfolgen kann. Nur im Grenzfall ist es vorstellbar, dass ein axiales Ineinanderfahren verhindert ist, wenn sich die Getriebekomponenten „spitz auf spitz“ treffen.
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Allerdings wird in der genannten Druckschrift festgestellt, dass die Dachverzahnung besonders vorteilhaft bei Getriebekomponenten nutzbar ist, welche im Betrieb eine bereits synchronisierte Winkelgeschwindigkeit aufweisen. Unterscheidet sich die Winkelgeschwindigkeit der Getriebekomponenten deutlich, so wird die einfahrende Getriebekomponente aufgrund der Dachverzahnung abgewiesen. In diesem Fall gleiten die aufeinandertreffenden Dachverzahnungen aneinander ab und erzeugen eine Axialkraft, die die Getriebekomponenten auseinander drückt.
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Im Gegensatz zu der Dachverzahnung schlägt die oben genannte Druckschrift nun vor, die Stirnseiten der Zähne flach auszubilden, sodass der Abweisungseffekt nicht mehr besteht. Sobald die Zähne der Getriebekomponenten ineinander greifen, ist eine nachfolgende Kopplung der Getriebekomponenten sichergestellt. Allerdings wird bereits in dieser Druckschrift festgestellt, dass die beiden Getriebekomponenten nicht in jeder relativen Winkelstellung zueinander ineinandergefahren werden können. Treffen von beiden Getriebekomponenten mit einer entsprechenden Verzahnung derartige Stirnseiten aufeinander, so folgt zwar kein gegenseitiges Abweisen, es liegt jedoch auch keine Führung vor, die es erlaubt, dass die Getriebekomponenten weiter ineinandergeschoben werden können. Vielmehr muss zunächst die relative Winkelposition zueinander so geändert werden, dass die Zähne der Getriebekomponenten ineinandergreifen können. In diesem Zusammenhang schlägt die Druckschrift vor, jeden zweiten Zahn in axialer Richtung zurückzuversetzen, sodass die verfügbaren, relativen Winkelpositionen für ein Ineinanderfahren der Getriebekomponenten breiter werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltverzahnung eines Schaltpartners für eine Kopplungseinheit in einem Fahrzeuggetriebe vorzuschlagen, welche sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch eine Schaltverzahnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Kopplungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltverzahnung eines Schaltpartners. Der Schaltpartner bildet eine Komponente, insbesondere eine Getriebekomponente, für eine Kopplungseinheit, insbesondere für eine Schalteinheit und/oder für eine Synchronisierungseinheit, in einem Fahrzeuggetriebe. Insbesondere dient die Kopplungseinheit, um einen Momentenweg zu öffnen und zu schließen. Der Schaltpartner ist vorzugsweise als eine Schaltmuffe oder als ein Kupplungsrad ausgebildet. Bei dem Fahrzeuggetriebe handelt es sich um einen Teil des Antriebsstrangs zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments von einem Motor zu den Rädern des Fahrzeugs. Der Schaltpartner und/oder die Schaltverzahnung definieren eine Hauptachse, um die der Schaltpartner und/oder die Schaltverzahnung im Betrieb rotieren.
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Die Schaltverzahnung weist eine Mehrzahl von Zähnen auf, welche in Umlaufrichtung um die Hauptachse angeordnet sind. Die Zähne können radial nach außen gerichtet sein, also eine Außenverzahnung bilden, oder radial nach innen gerichtet sein, also eine Innenverzahnung bilden. Die Zähne sind bevorzugt regelmäßig angeordnet und voneinander beabstandet. Bei alternativen Ausführungsformen können die Zähne jedoch auch zum Beispiel in Gruppen zusammengefasst sein, wobei diese Gruppen durch Freibereiche voneinander beabstandet sind. Die Zähne sind in einer axialen Erstreckung zu der Hauptachse ausgerichtet.
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Die Zähne weisen jeweils eine Stirnfläche auf, die in einer axialen Richtung zu der Hauptachse orientiert ist. Vorzugsweise ist die Stirnfläche gegenüber einer Radialebene zu der Hauptachse geneigt ausgerichtet. Ferner weisen die Zähne jeweils einen Kopplungsabschnitt auf, wobei der Kopplungsabschnitt dazu dient, dass Zähne einer Schaltverzahnung eines anderen Schaltpartners in Umlaufrichtung formschlüssig an dem Kopplungsabschnitt anliegen, wenn die Kopplungseinheit geschlossen ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in axialer Richtung zu der Hauptachse betrachtet zwischen der Stirnfläche und dem Kopplungsabschnitt jeweils ein Einspurabschnitt angeordnet ist. Der Einspurabschnitt ist in der Breite in Umlaufrichtung um die Hauptachse und/oder in einer Abwicklung schmaler als die Anfangsbreite des Kopplungsabschnitts in Umlaufrichtung um die Hauptachse und/oder in einer Abwicklung ausgebildet. Damit unterteilt sich die Schaltverzahnung in axialer Richtung betrachtet zum einen in den Einspurabschnitt, der frontseitig von der Stirnfläche abgeschlossen wird sowie den Kopplungsabschnitt, der sich auf der anderen Seite oder gegenüberliegend zu der Stirnfläche an dem Einspurabschnitt anschließt, wobei der Einspurabschnitt als der Kopplungsabschnitt ausgebildet ist. Der Zwischenbereich zwischen zwei benachbarten Zähnen hat durch diese Geometrie in Umlaufrichtung betrachtet einen breiteren Einspurbereich und daran anschließend einen schmaleren Kopplungsbereich. Bevorzugt nimmt der Zwischenbereich einen insbesondere gestuften, trichterförmigen Verlauf ein. Optional bildet der Zwischenbereich eine Einführhilfe für Zähne der anderen Schaltverzahnung. Das Breitenverhältnis gilt insbesondere für mindestens oder genau eine radiale Höhe der Schaltverzahnung und im Speziellen für mindestens 50%, vorzugsweise für mindestens 80% der radialen Höhe der Schaltverzahnung.
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Die auf diese Weise gebildete Schaltverzahnung weist gegenüber den aus dem Stand der Technik seit langem bekannten Verzahnungen deutliche Vorteile auf: So wird beispielsweise im Vergleich zur Dachverzahnung mit dem Dachwinkel ein Abweisen der Schaltpartner zueinander vermieden, da frontseitig die axial ausgerichtete Stirnfläche vorhanden ist.
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Im Gegensatz zu der Ausführungsform aus der eingangs zitierten Druckschrift, bei der jeder zweite Zahn axial zurückversetzt ist, hat die erfindungsgemäße Ausgestaltung den Vorteil, dass beim Einspuren der Winkelbereich bis zur formschlüssigen Kopplung in Umlaufrichtung maximal nur einem Zahnabstand entspricht und nicht, wie in der eingangs zitierten Druckschrift, maximal zwei Zahnabstände betragen kann. Dadurch werden Schaltzeiten beim Einkoppeln durchschnittlich betrachtet auf die Hälfte reduziert.
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Gegenüber der Ausführungsform in der eingangs zitierten Druckschrift, bei der die Zähne gleich lang ausgebildet sind, hat die erfindungsgemäße Schaltverzahnung den Vorteil, dass aufgrund der Einspurabschnitte die Stirnseiten in Umlaufrichtung verkürzt oder schmaler sind und dadurch ein sperrendes Aufeinandertreffen der Schaltpartner verringert wird. Damit wird der Relativwinkelbereich zwischen den Schaltpartnern, in dem die Schaltpartner ineinander ohne gegenseitige Sperrung gefahren werden können, deutlich vergrößert.
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Somit weist die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltverzahnung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Varianten funktionale Vorteile auf, welche dazu führen, dass das Betriebsverhalten der Schaltverzahnung, der Kopplungseinheit und damit des Fahrzeugs verbessert wird.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist der Kopplungsabschnitt pro Zahn durch eine beidseitige Aussparung aus dem Zahn in einem Übergangsbereich zwischen den Zahnflanken des Kopplungsabschnitts und der Stirnfläche gebildet. Die Zahnflanken des Kopplungsabschnitts verlaufen somit nicht vollmaterialig in einer gedachten Verlängerung bis zu der Stirnfläche, stattdessen ergibt sich ausgehend von dieser gedachten Projektion eine in Umlaufrichtung zu der Hauptachse beidseitige Aussparung in dem Übergangsbereich, der den Einspurabschnitt bildet.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Einspurabschnitt als zwei Eckbereiche ausgebildet, welche in Umlaufrichtung beidseitig zu der Stirnfläche angeordnet sind. Eine Rückwand des Eckbereichs ist axial orientiert und parallel oder zumindest gleichgerichtet zu der Stirnfläche. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Rückwand eine Rampe in axialer Richtung für den einfahrenden Schaltpartner bildet. Die andere Wand, ausgebildet als eine Seitenwand, ist gleichgerichtet zu der angrenzenden Zahnflanke des Kopplungsabschnitts.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Seitenwand in Bezug auf ein Abweisen des Schaltpartners und ein formschlüssiges Fangen des Schaltpartners neutral ausgebildet ist. Durch diese neutrale Ausgestaltung wird ein Ausbrechen oder eine Beschädigung des Einspurabschnitts durch ein unvollständiges Fangen sowie ein Abweisen des anderen Schaltpartners vermieden.
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Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der Einspurabschnitt in der axialen Erstreckung kürzer als der Kopplungsabschnitt, insbesondere kürzer als der im Betrieb genutzte Bereich des Kopplungsabschnitts ausgebildet ist. Beispielsweise entspricht die axiale Erstreckung des Einspurabschnitts weniger als 30 Prozent der axialen Erstreckung des Kopplungsabschnitts. Mit dieser Ausgestaltung wird unterstrichen, dass der Einspurabschnitt nur eine Einspurhilfe, nicht jedoch einen Kopplungsbereich für die Schaltpartner, darstellen soll.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Stirnflächen der Zähne als Teilflächen einer gemeinsamen Konusfläche, insbesondere Kegelfläche, ausgebildet. Dieser Aspekt unterstreicht nochmals die Idee, dass die Zähne in axialer Richtung gleich lang ausgebildet sein sollen. Ferner wird durch diese Weiterbildung ein Abweisen des anderen Schaltpartners verhindert.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Kopplungsabschnitt als ein Hinterschnittabschnitt ausgebildet, wobei sich der Hinterschnittabschnitt in dem Verlauf in axialer Richtung in Bezug auf die Breite in Umlaufrichtung zu der Hauptachse verjüngt. Somit befindet sich im Bereich angrenzend zu dem Einspurabschnitt ein zunächst breiterer Abschnitt des Hinterschnittabschnitts, welcher sich mit zunehmender axialer Entfernung zu der Stirnfläche verjüngt. Durch einen derartigen Hinterschnittabschnitt wird erreicht, dass sich die Schaltpartner gegenseitig formschlüssig sichern, da durch den Hinterschnittabschnitt eine Axialkraft erzeugt wird, welche die Schaltpartner in dem formschlüssig gekoppelten Zustand hält.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Kopplungseinheit, insbesondere eine Synchronisierungseinheit und/oder Schalteinheit, für das Fahrzeuggetriebe mit zwei Schaltpartnern. Die Schaltpartner greifen bei einer Kopplung formschlüssig ineinander, wobei mindestens einer der Schaltpartner, vorzugsweise beide der Schaltpartner, eine Schaltverzahnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche beziehungsweise wie diese zuvor beschrieben wurde aufweist.
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In einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist einer der Schaltpartner als ein Kupplungskörper ausgebildet, welcher im Speziellen drehfest mit einem Losrad des Fahrzeuggetriebes verbunden ist und der andere Schaltpartner als eine Schiebemuffe ausgebildet. Alternativ kann der Kupplungskörper auch mit anderen Getriebeteilen verbunden sein, wie z.B. einem Planetenträger, einem Hohlrad etc., oder auch gehäusefest angeordnet sein.
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Besonders bevorzugt weist der Kupplungskörper die Außenverzahnung und die Schiebemuffe die Innenverzahnung auf, wobei Kupplungskörper und Schiebemuffe in axialer Richtung ineinandergefahren werden können, sodass die Schaltverzahnung von dem Kupplungskörper mit der Schaltverzahnung der Schiebemuffe in einem kämmenden Eingriff steht. Bei einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die Schiebemuffe die Außenverzahnung und der Kupplungskörper die Innenverzahnung aufweist. Es ist besonders bevorzugt, dass die Kopplungseinheit als eine mechanisch unsynchronisierte Kopplungseinheit und/oder als eine synchronringfreie Kopplungseinheit ausgebildet ist. Diese produktnahe Realisierung unterstreicht nochmals die Idee, dass die Schaltverzahnung und damit die Kopplungseinheit so ausgebildet sein soll, dass eine Kopplung auch erfolgen kann, wenn die gegenseitige Synchronisierung der Schaltpartner toleranzbehaftet ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Fahrzeuggetriebe und mit einem Elektromotor. Optional ergänzend kann das Fahrzeug auch einen Verbrennungsmotor aufweisen. Ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors wird in einem Momentenpfad über das Fahrzeuggetriebe geleitet. Das Fahrzeuggetriebe weist eine Kopplungseinheit, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Öffnen und/oder Schließen des Momentenpfades auf. Insbesondere in dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, die Kopplungseinheit als eine mechanisch unsynchronisierte Kopplungseinheit auszubilden, da eine Vorsynchronisierung über eine Ansteuerung des Elektromotors ausreichend genau erfolgen kann, um die Kopplungseinheit in einen koppelbaren Zustand zu versetzen. Eine derartige Vorsynchronisierung wird auch als Zentralsynchronisierung bezeichnet. In dieser Konstellation ist es insbesondere möglich, auf einen Synchronring zu verzichten, der üblicherweise Kupplungskörper und Schiebemuffe reibschlüssig synchronisiert. Insbesondere ist die Kopplungseinheit ausschließlich formschlüssig arbeitend ausgebildet.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 in einer schematischen Abwicklung ein Paar Schaltverzahnungen für eine Kopplungseinheit in dem Fahrzeug in der 1;
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3 eine fünfschrittige Abfolge eines Kopplungsvorgangs mit der Schaltverzahnung in der 2 für das Fahrzeug in der 1;
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4 die Schaltverzahnung in der 2 in einer schematischen, dreidimensionalen Ansicht.
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Die 1 zeigt in einem stark schematisierten Blockdiagramm ein Fahrzeug 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 1 weist einen Elektromotor 2, ein Fahrzeuggetriebe 3 zur Weiterleitung und Umsetzung eines Antriebsdrehmoments des Elektromotors 2 sowie beispielhaft ein Differenzial 4 zur Verteilung des weitergeleiteten Antriebsmoments auf angetriebene Räder 5 des Fahrzeugs 1 auf. Der Elektromotor 2, das Fahrzeuggetriebe 3 sowie die optionale Differentialeinrichtung 4 bilden einen Antriebsstrang 6 in dem Fahrzeug 1.
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In dem Fahrzeuggetriebe 3 können verschiedene Momentenwege M1, M2 sowie weitere Momentenwege, welche nicht dargestellt sind, zur Weiterleitung und Umsetzung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors 2 genutzt werden. Die Momentenwege M1, M2 weisen jeweils eine Kopplungseinheit 7 auf, welche zum Öffnen beziehungsweise Schließen der Momentenwege M1 beziehungsweise M2 seriell in den Momentenwegen M1 und M2 angeordnet sind. Die Kopplungseinheit 7 in dem Momentenweg M1 ist beispielsweise geöffnet, die Kopplungseinheit 7 in dem Momentenweg M2 ist geschlossen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, wie z.B. einem Planetengetriebe kann auch nur eine einzige Kopplungseinheit 7 einen Momentenweg schalten oder wechseln.
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Die Kopplungseinheiten 7 weisen jeweils Getriebekomponenten auf, welche zueinander formschlüssig in Eingriff bringbar sind. Beispielhaft für derartige Getriebekomponenten weisen die Kopplungseinheiten 7 in der 1 einen Kupplungskörper 8 sowie eine Schiebemuffe 9 auf. Der Kupplungskörper 8 ist beispielsweise mit einem Losrad des Fahrzeuggetriebes 3 drehfest gekoppelt, die Schiebemuffe 9 sitzt beispielsweise auf einem Muffenträger einer Welle. Der Kupplungskörper 8 trägt eine erste Schaltverzahnung 10a, die Schiebemuffe 9 trägt eine zweite Schaltverzahnung 10b (2). Beispielhaft sei angenommen, dass die erste Schaltverzahnung 10a als eine Außenverzahnung des Kupplungskörpers 8 und die zweite Schaltverzahnung 10b als eine Innenverzahnung der Schiebemuffe 9 ausgebildet ist. Bei der Kopplung in der Kopplungseinheit 7 werden die Getriebekomponenten ineinandergefahren, insbesondere wird die Schiebemuffe 9 über den Kupplungskörper 8 geschoben, sodass die zweite Schaltverzahnung 10b in Eingriff mit der ersten Schaltverzahnung 10a kommt.
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Die Schaltverzahnungen 10a, b erstrecken sich umlaufend zu einer Hauptachse H, die durch die Rotation von Rotationskörper 8 und/oder Schiebemuffe 9 gebildet wird.
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In der 2 ist schematisiert eine Abwicklung der ersten und zweiten Schaltverzahnung 10a, b dargestellt. In der Abwicklung ist zu erkennen, dass jede der Schaltverzahnungen 10a, b eine Mehrzahl von Zähnen 11 aufweist, welche sich in der Umlaufrichtung um die Hauptachse H in einem gleichmäßigen Abstand erstrecken. Der Zahnabstand der Zähne 11 der ersten Schaltverzahnung 10a ist gleich dem Zahnabstand der Zähne 11 der zweiten Schaltverzahnung 10b. Die Schaltverzahnungen 10a, b sind so ausgelegt, dass diese miteinander kämmen können.
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Die Zähne 11 der Schaltverzahnungen 10a, b sind jeweils gleich aufgebaut, sodass deren Aufbau nachfolgend beispielhaft an einem Zahn 11 erläutert wird:
Der Zahn 11 weist eine Stirnfläche 12 auf, welche wahlweise in einer Radialebene zu der Hauptachse H liegt oder gegenüber dieser Radialebene in Richtung des Zahns 11 geneigt ist. Insbesondere bilden alle Stirnflächen 12 einer der Schaltverzahnungen 10a oder 10b eine gemeinsame Stirnfläche oder eine gemeinsame Konusfläche, insbesondere Kegelfläche aus. An die Stirnfläche 12 schließt sich ein Einspurabschnitt 13 an, nachfolgend ist ein Kopplungsabschnitt 14 angeordnet.
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Die Breite des Zahns 11 in Umlaufrichtung entspricht am Beginn des Einspurabschnitts 13 der Breite b der Stirnfläche 12. In einem von der Stirnfläche 12 abgewandten Bereich des Einspurabschnitts 13 bildet sich eine Rampe 15 aus, wobei sich die Breite des Zahns 11 in Umlaufrichtung von der anfänglichen Breite b zu einer Anfangsbreite des Kopplungsabschnitts 14 auf B erweitert.
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Die Zahnflanken im Einspurabschnitt 13 sind parallel verlaufend zur Hauptachse H ausgerichtet. Die Zahnflanken des Kopplungsabschnitts 14 können – wie in der 2 gezeigt – ebenfalls parallel verlaufend zu der Hauptachse H ausgerichtet sein. Bei alternativen Ausführungsbeispielen bildet der Kopplungsabschnitt 14 jedoch einen Hinterschnittabschnitt aus, wobei die anfängliche Breite B in Umlaufrichtung im axialen Verlauf des Zahns 11 reduziert wird.
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In der 3 sind fünf Phasen I–V der Kopplung der Getriebekomponenten 8, 9 durch ein axiales Ineinanderfahren der Schaltverzahnungen 10a, b dargestellt.
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In der Phase I sind die Schaltverzahnungen 10a, b in axialer Richtung voneinander beabstandet.
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In der Phase II hat sich der Abstand in axialer Richtung zwischen den Schaltverzahnungen 10a, b derart verringert, dass die Stirnflächen 12 eine gemeinsame Radialebene zu der Hauptachse H schneiden. In der Phase II ist ein Vorteil der Schaltverzahnungen 10a, b deutlich zu erkennen. Für den Fall, dass die Stirnflächen 12 der Schaltverzahnungen 10a, b unmittelbar oder stumpf aufeinanderstoßen, so können diese in einfacher Weise durch eine geringe Relativverdrehung der Schaltverzahnungen 10a, b um die Hauptachse H zueinander entsperrt werden. Es findet jedoch kein Abweisen der Schaltverzahnungen 10a, b zueinander in axialer Richtung statt. Ferner wird durch die reduzierte Breite b des Einspurabschnitts 13 gegenüber der größeren Breite B des Kopplungsabschnitts 14 erreicht, dass die Relativwinkelpositionen, bei denen die Schaltverzahnungen 10a, b kollisionsfrei ineinanderfahren können, sehr groß sind.
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In der Phase III sind die Schaltverzahnungen 10a, b zueinander eingespurt, wobei bezogen auf eine gemeinsame Radialebene die Zähne 11 der Schaltverzahnungen 10a, b ineinandergefahren sind. Dadurch, dass die Zahnflanken im Bereich der Einspurabschnitte 13 parallel zu der Hauptachse H ausgerichtet sind, erfolgt das Einspuren der Schaltverzahnungen 10a, b ebenfalls ohne ein gegenseitiges Abweisen.
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In der Phase IV sind die Schaltverzahnungen 10a, b weiter ineinandergefahren. Bei dem weiter Ineinanderfahren unterstützen die Rampen 15 die gegenseitige Relativpositionierung der Schaltverzahnungen 10a, b in Umlaufrichtung.
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In der Phase V sind die Schaltverzahnungen 10a, b vollständig ineinandergefahren, wobei die Kopplungsabschnitte 14 der beiden Schaltverzahnungen 10a, b in Umlaufrichtung formschlüssig aneinander anliegen, sodass die Kopplungseinheit 7 formschlüssig geschlossen ist.
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Es soll unterstrichen werden, dass die Kopplungseinheit 7 die Kopplung ohne einen Synchronring umsetzt. Eine entsprechende Vorsynchronisierung wird z. B durch eine Ansteuerung des Elektromotors 2 über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung umgesetzt.
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Die 4 zeigt eine schematische dreidimensionale Darstellung der Schaltverzahnungen 10a, b, wobei zu erkennen ist, dass die Stirnfläche 12 axial zu der Hauptachse H ausgerichtet ist und geneigt zu einer Radialebene zu der Hauptachse H angeordnet ist. An die Stirnfläche 12 schließt sich der Einspurabschnitt 13 an. Geht man in der 4 in axialer Richtung weiter, so schließt sich nach der Rampe 15 der Kopplungsabschnitt 14 an, wobei sich dessen Breite B in Umlaufrichtung in axialer Richtung etwas verjüngt, um den Hinterschnittabschnitt zu bilden. An den Kopplungsabschnitt 14 schließt sich wiederum ein Verlängerungsabschnitt 16 an, welcher beispielsweise fertigungstechnisch bedingt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Elektromotor
- 3
- Fahrzeuggetriebe
- 4
- Differential
- 5
- angetriebene Räder
- 6
- Antriebsstrang
- 7
- Kopplungseinheiten
- 8
- Kupplungskörper
- 9
- Schiebemuffe
- 10a, b
- Schaltverzahnungen
- 11
- Zähne
- 12
- Stirnfläche
- 13
- Einspurabschnitt
- 14
- Kopplungsabschnitt
- 15
- Rampe
- 16
- Verlängerungsabschnitt
- B
- Anfangsbreite des Kopplungsabschnitts
- b
- Breite der Stirnfläche und des Anfangs des Einspurabschnitts
- H
- Hauptachse
- M1, M2
- Momentenwege
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012216419 A1 [0004]
