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Die Erfindung betrifft ein Klauengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Getriebe für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein Getriebe ist ein Maschinenelement, mittels welchem Bewegungsgrößen geändert werden können. Beispielsweise werden mittels eines solchen Getriebes Drehmomente, welche von einem Antriebselement, insbesondere in Form einer Verbrennungskraftmaschine, bereitgestellt werden, betragsmäßig umgewandelt. Ferner kann eine Drehzahlwandlung stattfinden, so dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb des Antriebsaggregats realisieren lässt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein besonders kostengünstiges und besonders vorteilhaft zu betreibendes, insbesondere zu schaltendes, Klauengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klauengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Klauengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Motorrad oder ein Personenkraftfahrzeug, umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie wenigstens ein erstes Schaltelement. Das erste Schaltelement ist auf einer Welle des Klauengetriebes relativ zu der einen Welle verschiebbar angeordnet. Mittels des ersten Schaltelements ist durch Verschieben des ersten Schaltelements die Abtriebswelle mit der Antriebswelle über eine Zahnradstufe des Klauengetriebes koppelbar. Mit anderen Worten dient das erste Schaltelement dazu, die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu koppeln. In diesem gekoppelten Zustand ist die Abtriebswelle von der Antriebswelle über die Zahnradstufe antreibbar. Über die Antriebswelle werden beispielsweise Drehmomente, welche von einem Antriebsaggregat wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden, in das Klauengetriebe eingeleitet. Über die Abtriebswelle kann das Klauengetriebe Drehmomente bereitstellen, mittels welchen beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann.
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Das Klauengetriebe umfasst ferner wenigstens ein um eine Drehachse drehbares, entlang der Drehachse verschiebbares und zumindest eine Schaltkulisse aufweisendes zweites Schaltelement, mittels welchem durch Verschieben des zweiten Schaltelements ein Verschieben des ersten Schaltelements bewirkbar ist. Das erste Schaltelement ist beispielsweise mit dem zweiten Schaltelement gekoppelt oder koppelbar, so dass das erste Schaltelement verschoben werden kann, indem das zweite Schaltelement verschoben wird. Das Klauengetriebe umfasst ferner wenigstens einen Aktor sowie wenigstens ein Stiftelement, welches auch als Pin oder Bolzen bezeichnet wird. Das Stiftelement ist mittels des Aktors in Eingriff mit der Schaltkulisse translatorisch bewegbar, wodurch ein Verschieben des zweiten Schaltelements entlang der Drehachse bewirkbar ist. Die Schaltkulisse ist beispielsweise derart ausgebildet, dass, wenn das zweite Schaltelement um die Drehachse gedreht wird und das Stiftelement mittels des Aktors in Eingriff mit der Schaltkulisse bewegt wird, durch das Eingreifen des Stiftelements in die Schaltkulisse und durch das Drehen des zweiten Schaltelements und somit der Schaltkulisse um die Drehachse das zweite Schaltelement verschoben wird, wodurch wiederum das erste Schaltelement verschoben wird, um dadurch die Abtriebswelle mit der Antriebswelle zu koppeln.
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Das Klauengetriebe kann hinsichtlich seines Aufbaus besonders einfach gehalten werden, so dass besonders geringe Kosten und ein geringes Gewicht des Klauengetriebes realisierbar sind. Ferner kann die Abtriebswelle mit der Antriebswelle bedarfsgerecht und auf einfache Weise gekoppelt werden, so dass sich mittels des erfindungsgemäßen Klauengetriebes eine besonders kostengünstige Drehmoment- und/oder Drehzahlwandlung realisieren lässt. Um gleichzeitig einen besonders vorteilhaften Betrieb, insbesondere ein besonders vorteilhaftes Schalten, des Klauengetriebes zu realisieren, umfasst das Klauengetriebe eine Sperreinrichtung, mittels welcher das erste Schaltelement formschlüssig mit der einen Welle verbindbar und dadurch gegen eine Relativverschiebung zu der einen Welle zu sichern ist. Ist die Abtriebswelle mit der Antriebswelle über die Zahnradstufe gekoppelt, so ist beispielsweise ein Gang des Klauengetriebes eingelegt. Mittels der Sperreinrichtung ist es möglich, ein unerwünschtes beziehungsweise unbeabsichtigtes Einlegen des Ganges, das heißt ein unbeabsichtigtes beziehungsweise unerwünschtes Koppeln der Abtriebswelle mit der Antriebswelle zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Klauengetriebe wenigstens einen weiteren Gang aufweist, welcher eingelegt ist. Mittels der Sperreinrichtung ist es dann möglich, ein Einlegen des anderen, ersten Gangs zu vermeiden, da das erste Schaltelement nicht relativ zu der einen Welle verschoben werden kann. Dies bedeutet, dass bei dem erfindungsgemäßen Klauengetriebe auf besonders einfache und kostengünstige Weise vermieden werden kann, dass mehrere Gänge gleichzeitig eingelegt werden beziehungsweise sind. Hierdurch können Schäden an Getriebebauteilen vermieden werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Sperreinrichtung wenigstens ein Sperrelement umfasst, welches in eine schräg oder senkrecht zur axialen Richtung der einen Welle verlaufende Richtung zwischen wenigstens einer Sperrstellung und wenigstens einer Freigabestellung relativ zu der einen Welle verschiebbar ist. In der Sperrstellung ist das erste Schaltelement unter formschlüssigem Zusammenwirken des Sperrelements mit der einen Welle und dem ersten Schaltelement gegen eine Relativverschiebung zu der einen Welle zu sichern beziehungsweise gesichert, wobei das Sperrelement die Relativverschiebung zwischen dem ersten Schaltelement und der einen Welle in der Freigabestellung freigibt. Hierdurch kann eine besonders einfache, kostengünstige und gleichzeitig effektive Sicherung des ersten Schaltelements realisiert werden. Darüber hinaus kann der Bauraumbedarf der des Klauengetriebes in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Sperrelement an der einen Welle über wenigstens ein zumindest in der Freigabestellung gespanntes Federelement abgestützt ist, mittels welchem das Sperrelement zumindest in der Freigabestellung mit einer Federkraft beaufschlagbar ist, mittels welcher das Sperrelement aus der Freigabestellung in die Sperrstellung bewegbar ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Rückstellung des Sperrelements aus der Freigabestellung in die Sperrstellung realisiert werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Federelement das Sperrelement auch in der Sperrstellung mit einer Federkraft beaufschlagt, um das Sperrelement beispielsweise sicher in der Sperrstellung zu halten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in der einen Welle ein Schieber aufgenommen ist, welcher zwischen wenigstens einer das Sperrelement gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung sichernden Sicherungsstellung und wenigstens eine die Verschiebung des Sperrelements aus der Sperrstellung in die Freigabestellung freigebenden Lösestellung relativ zu der einen Welle verschiebbar ist. Hierdurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein bedarfsgerechtes Sichern und Lösen des Sperrelements und somit des ersten Schaltelements realisiert werden. Gleichzeitig kann dadurch, dass der Schieber zumindest teilweise in der einen Welle aufgenommen ist, der Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Klauengetriebes besonders gering gehalten werden.
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Um die Kosten des erfindungsgemäßen Klauengetriebes besonders gering zu halten, kann der Schieber in einer weiteren Ausgestaltung des Klauengetriebes wenigstens einen ersten Längenbereich sowie einen sich an den ersten Längenbereich anschließenden, zweiten Längenbereich aufweisen. Mittels des ersten Längenbereichs ist das Sperrelement unter Abstützen dieses an den ersten Längenbereich gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung zu sichern beziehungsweise gesichert. Der zweite Längenbereich weist eine in Überdeckung mit dem Sperrelement anordenbare Ausnehmung auf, in welcher das Sperrelement in der Freigabestellung aufnehmbar ist. Mit anderen Worten, befindet sich der erste Längenbereich und nicht etwa der zweite Längenbereich mit der Ausnehmung in Überdeckung mit dem Sperrelement, so kann das Sperrelement nicht aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden, da das Sperrelement an dem ersten Längenbereich beziehungsweise einer in dem ersten Längenbereich angeordneten, außenumfangsseitigen Mantelfläche des Schiebers abgestützt wird.
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Wird der Schieber derart relativ zu der einen Welle verschoben, dass die Ausnehmung in Überdeckung mit dem Sperrelement kommt, so kann das Sperrelement zumindest teilweise in die Ausnehmung des Schiebers geschoben und dadurch aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass sich der erste Längenbereich in der Sicherungsstellung in Überdeckung mit dem Sperrelement befindet, wobei die Ausnehmung in der Lösestellung in Überdeckung mit dem Sperrelement angeordnet ist.
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Um die Teileanzahl und somit die Kosten des Klauengetriebes besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wenigstens ein weiteres Schaltelement vorgesehen, mittels welchem durch Verschieben des weiteren Schaltelements ein Koppeln der Abtriebswelle mit der Antriebswelle über eine weitere Zahnradstufe des Klauengetriebes bewirkbar ist, wobei der Schieber mit dem weiteren Schaltelement gekoppelt und über das weitere Schaltelement verschiebbar ist. Mit anderen Worten ist der Schieber beispielsweise mit dem weiteren Schaltelement mit verschiebbar, so dass keine zusätzlichen Betätigungselemente oder Aktoren zum Bewegen des Schiebers erforderlich und vorgesehen sind. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens eine Federeinrichtung vorgesehen, über welche das erste Schaltelement von dem zweiten Schaltelement verschiebbar ist, wobei die Federeinrichtung durch Verschieben des Schaltelements elastisch verformbar ist, wenn das erste Schaltelement mittels der Sperreinrichtung gegen eine Relativverschiebung zu der einen Welle gesichert ist. Mit anderen Worten lässt die Federeinrichtung eine Verschiebung des zweiten Schaltelements zu, während das erste Schaltelement mittels der Sperreinrichtung gesichert ist und somit nicht verschoben werden kann. Dadurch können Schäden an der Schaltkulisse und somit dem zweiten Schaltelement sowie an dem Aktor vermieden werden, wobei gleichzeitig ein unerwünschtes Verschieben des ersten Schaltelements und somit ein gleichzeitiges Einlegen von mehreren Gängen vermieden werden können.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich ferner gezeigt, wenn das zweite Schaltelement auf einer um die Drehachse drehbaren Welle des Klauengetriebes angeordnet, von dieser Welle antreibbar und relativ zu dieser Welle verschiebbar ist. Hierdurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine Drehbewegung des zweiten Schaltelements um die Drehachse bewirkt werden, wobei mittels dieser Drehbewegung und mittels des Eingreifens des Stiftelements in die Schaltkulisse eine Verschiebung des zweiten Schaltelements bewirkt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist die Welle, auf welcher das zweite Schaltelement angeordnet ist, die Antriebswelle, die Abtriebswelle oder eine zusätzlich zur Antriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehene Schaltwelle des Klauengetriebes.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die eine Welle die Antriebswelle oder die Abtriebswelle oder eine zusätzlich zu der Abtriebswelle und der Antriebswelle vorgesehene Schaltwelle des Klauengetriebes ist.
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Um dabei den Aufbau des Klauengetriebes besonders einfach zu halten, ist die Schaltwelle vorzugsweise von der Antriebswelle oder der Abtriebswelle antreibbar.
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Zur Erfindung gehört auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Klauengetriebe. Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Klauengetriebes sind als Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Klauengetriebes für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von einlegbaren Gängen, wobei eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein gleichzeitiges Einlegen von mehreren Gängen vermieden werden kann;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Klauengetriebes;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Klauengetriebes; und
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Klauengetriebes.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Klauengetriebe für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gezeigt. Das Klauengetriebe 1 weist eine Antriebswelle 2 sowie eine Abtriebswelle 3 auf. Im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs ist das Klauengetriebe 1 beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang umfasst ferner wenigstens ein in 1 nicht erkennbares Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine oder Elektromotor ausgebildet ist. Das Antriebsaggregat kann Drehmomente bereitstellen, welche auf die Antriebswelle 2 übertragbar und somit über die Antriebswelle 2 in das Klauengetriebe 1 einleitbar sind. Mittels des Klauengetriebes 1 können die von dem Antriebsaggregat bereitgestellten Drehmomente sowie Drehzahlen des Antriebsaggregats, insbesondere einer Abtriebswelle des Antriebsaggregats, in demgegenüber unterschiedliche Drehmomente beziehungsweise Drehzahlen umgewandelt werden. Hierzu umfasst das Klauengetriebe 1 eine Mehrzahl von Gängen G1–6, welche jeweils einlegbar beziehungsweise schaltbar sind. Der jeweilige Gang G1–6 umfasst jeweils eine Zahnradstufe Z1–6. Die jeweilige Zahnradstufe Z1–6 wiederum umfasst jeweils ein auf der Antriebswelle 2 angeordnetes, erstes Zahnrad 4a–f sowie ein jeweiliges, auf der Abtriebswelle 3 angeordnetes, zweites Zahnrad 5a–f.
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Das jeweilige Zahnrad 4a–f ist vorliegend als Losrad ausgebildet und dabei auf der Antriebswelle 2 relativ zur Antriebswelle 2 um eine Drehachse 6 drehbar angeordnet. Das jeweilige Losrad ist jedoch in axialer Richtung der Antriebswelle 2 relativ zu dieser gesichert beziehungsweise festgelegt, so dass das jeweilige Losrad nicht relativ zur Antriebswelle 2 in deren axiale Richtung verschoben werden kann. Dabei ist die Antriebswelle 2 ebenfalls um die Drehachse 6 drehbar. Vorliegend ist das jeweilige erste Zahnrad 4a–f über ein Lagerelement 7 drehbar auf der Antriebswelle 2 gelagert. Das Lagerelement 7 ist vorliegend als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, ausgebildet.
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Das jeweilige zweite Zahnrad 5a–f ist drehfest mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt und dabei beispielsweise einstückig mit der Abtriebswelle 3 ausgebildet. Somit sind die Abtriebswelle 3 und die zweiten Zahnräder 5a–f um eine parallel zur Drehachse 7 verlaufende Drehachse 8 drehbar. Dabei ist die Drehachse 8 von der Drehachse 7 beabstandet.
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Aus 1 ist erkennbar, dass sich die ersten Zahnräder 4a–f und somit die zweiten Zahnräder 5a–f in ihren Durchmessern und Zähnezahlen voneinander unterscheiden, wobei die Zahnräder 4a–f in Eingriff mit den Zahnrädern 5a–f stehen. Somit kann es grundsätzlich zu unterschiedlichen Drehzahlen zwischen der Antriebswelle 2 und den ersten Zahnrädern 4a–f kommen. Da die ersten Zahnräder 4a–f jedoch als Losräder ausgebildet sind, können sich die Zahnräder 4a–f relativ zur Antriebswelle 2 drehen.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst ferner eine Schaltwelle 9, welche eine Welle des Klauengetriebes 1 ist. Die Schaltwelle 9 ist dabei vorliegend eine zusätzlich zur Antriebswelle 2 und zusätzlich zur Abtriebswelle 3 vorgesehene Welle des Klauengetriebes 1, wobei die Schaltwelle 9 um eine Drehachse 10 drehbar ist. Die Schaltwelle 9 ist in 1 auch in einer Querschnittsansicht gezeigt, wobei anhand der Querschnittsansicht zu erkennen ist, dass die Schaltwelle 9 als Keilwelle ausgebildet ist.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst dabei eine Mehrzahl von ersten Schaltelementen in Form von ersten Schaltmuffen 11a–c, welche auf der Schaltwelle 9 angeordnet und relativ zur Schaltwelle 9 in deren axialer Richtung verschiebbar sind. Beispielsweise sind die Schaltmuffen 11a–c drehfest mit der Schaltwelle 9 verbunden und somit mit der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 mit drehbar. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Abtriebswelle 3 mit der Antriebswelle 2 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 durch Verschieben der Schaltmuffen 11a–c koppelbar.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst ferner um die Drehachse 10 drehbare, zweite Schaltelemente 12a–f, welche entlang der Drehachse 10 verschiebbar, das heißt translatorisch bewegbar sind. Die zweiten Schaltelemente 12a–f sind auf der Schaltwelle 9 angeordnet und mit der Schaltwelle 9 drehfest verbunden, so dass die Schaltelemente 12a–f von der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 antreibbar sind beziehungsweise sich zusammen mit der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 drehen. Jedoch sind die zweiten Schaltelemente 12a–f in axialer Richtung der Schaltwelle 9 relativ zu dieser verschiebbar.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass die Schaltelemente 12a–f jeweils zwei Schaltkulissen 13a und 13b aufweisen. Mittels der zweiten Schaltelemente 12a–f sind durch Verschieben der zweiten Schaltelemente 12a–f Verschiebungen der ersten Schaltelemente in Form der Schaltmuffen 11a–c bewirkbar. Darüber hinaus umfasst das Klauengetriebe 1 Aktoren 14a–l sowie jeweilige, korrespondierende Stiftelemente 15a–l, welche auch als Pins, Bolzen oder Stifte bezeichnet werden. Die Stiftelemente 15a–l sind mittels der Aktoren 14a–l in Eingriff mit den jeweiligen Schaltkulissen 13a, b translatorisch bewegbar, wodurch Verschiebungen der zweiten Schaltelemente 12a–f bewirkbar sind beziehungsweise werden. Mit anderen Worten, wird beispielsweise das Stiftelement 15a mittels des Aktors 14a in Eingriff mit der Schaltkulisse 13a des Schaltelements 12a translatorisch bewegt, und wird dabei das Schaltelement 12a über die Schaltwelle 9 gedreht, so wird die rotatorische Bewegung des Schaltelements 12a um die Drehachse 10 mittels des Stiftelements 15a und der Schaltkulisse 13a des Schaltelements 12a in eine Verschiebung des Schaltelements 12a entlang der Drehachse 10 beziehungsweise entlang der Schaltwelle 9 relativ zu dieser umgewandelt, wobei vorliegend das Schaltelement 12a bezogen auf die Bildebenen von 1 beispielsweise nach rechts geschoben wird.
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Dies liegt daran, dass die Schaltkulisse 13a beziehungsweise 13b nicht etwa einen geraden Verlauf aufweist beziehungsweise in genau einer Ebene angeordnet ist, sondern die jeweilige Schaltkulisse 13a beziehungsweise 13b weist einen gekrümmten Verlauf auf. Ferner ist es möglich, mittels des Stiftelements 15a und der korrespondierenden Schaltkulisse 13a eine Bewegung des Schaltelements 12a nach links zu bewirken. Auf diese Weise können die jeweiligen Schaltelemente 12a–f mittels der zugehörigen Stiftelemente 15a–l und der zugehörigen Aktoren 14a–l relativ zur Schaltwelle 9 beziehungsweise entlang der Drehachse 10 verschoben werden. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, sind die zweiten Schaltelemente 12a–f mit den ersten Schaltelementen in Form der Schaltmuffen 11a–c koppelbar beziehungsweise gekoppelt, so dass durch Verschieben der Schaltelemente 12a–f Verschiebungen der Schaltmuffen 11a–c bewirkbar sind beziehungsweise bewirkt werden.
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Wird beispielsweise das Schaltelement 12a nach links geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11a nach links geschoben. Wird beispielsweise das Schaltelement 12b nach rechts geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11a nach rechts geschoben. Wird beispielsweise das Schaltelement 12c nach links geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11b nach links geschoben. Wird das Schaltelement 12d nach rechts geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11b nach rechts geschoben. Wird hingegen das Schaltelement 12e nach links geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11c nach links geschoben. Wird hingegen das Schaltelement 12f nach rechts geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11c nach rechts geschoben.
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Die Schaltmuffen 11a–c sind vorliegend formschlüssig mit jeweiligen Schaltgabeln 16a–c gekoppelt. Hierzu weisen die Schaltmuffen 11a–c außenumfangsseitige Aufnahmen in Form von Nuten 17a–c auf, in die die Schaltgabeln 16a–c eingreifen. Die Schaltgabeln 16a–c sind dabei entlang eines Führungselements in Form einer Führungsstange 18 verschiebbar und dabei mit den Schaltmuffen 11a–c mit verschiebbar. Mit anderen Worten sind die Schaltgabeln 16a–c auf der Führungsstange 18 angeordnet und relativ zu der Führungsstange 18 relativ zu dieser verschiebbar. Dies bedeutet, dass die Schaltgabel 16a nach rechts verschoben wird, wenn die Schaltmuffe 11a nach rechts verschoben wird. Wird die Schaltmuffe 11a nach links verschoben, so wird die Schaltgabel 16a nach links verschoben. Wird die Schaltmuffe 11b nach rechts verschoben, so wird die Schaltgabel 16b nach rechts verschoben. Wird hingegen die Schaltmuffe 11b nach links verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16b nach links verschoben. Wird die Schaltmuffe 11c nach rechts verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16c nach rechts verschoben. Wird die Schaltmuffe 11c nach links verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16c nach rechts verschoben.
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Jeweilige Längenbereiche der Führungsstange 18 sind dabei in korrespondierenden Aufnahmen der Schaltgabeln 11a–c aufgenommen, so dass die Schaltgabeln 16a–c mittels der Führungsstange 18 geführt werden. Da die Nuten 17a–c in Umfangsrichtung der Schaltmuffen 11a–c vollständig umlaufen, können sich die Schaltmuffen 11a–c mit der Schaltwelle 9 mitdrehen, während die Schaltgabeln 16a–c in die Nuten 17a–c eingreifen.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst darüber hinaus weitere Schaltelemente in Form von weiteren Schaltmuffen 19a–c. Die Schaltmuffen 19a–c sind auf der Antriebswelle 2 angeordnet und mit der Antriebswelle 2, insbesondere formschlüssig, drehfest verbunden, so dass sich die Schaltmuffen 19a–c mit der Antriebswelle 2 um die Drehachse 6 mitdrehen. Auch die Schaltmuffen 19a–c weisen außenumfangsseitig Aufnahmen in Form von Nuten 20a–c auf, in die die Schaltgabeln 16a–c eingreifen. Die Nuten 20a–c sind in Umfangsrichtung der Schaltmuffen 19a–c vollständig umlaufend ausgebildet, so dass sich die Schaltmuffen 19a–c relativ zu den Schaltgabeln 16a–c drehen können, während die Schaltgabeln 16a–c in die korrespondierenden Nuten 20a–c eingreifen. Da die Schaltmuffen 19a–c drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden sind, werden die von dem Antriebsaggregat bereitgestellten Drehmomente von der Antriebswelle 2 auf die Schaltmuffen 19c übertragen.
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Die Schaltmuffen 19a–c werden auch als Schiebemuffen bezeichnet und sind in axialer Richtung der Antriebswelle 2 relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar. Dabei sind die Schaltmuffen 19a–c jeweils zwischen wenigstens zwei Koppelstellungen und wenigstens einer Entkoppelstellung verschiebbar. In einer ersten der Koppelstellungen ist die Schaltmuffe 19a, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4a verbunden, so dass die Drehmomente von der Antriebswelle 2 auf die Schaltmuffe 19a, das Zahnrad 4a, das Zahnrad 5a und schließlich die Abtriebswelle 3 übertragen werden. Dadurch ist der Gang G1 eingelegt. Dabei ist die Schaltmuffe 19a in ihrer ersten Koppelstellung von dem Zahnrad 14b entkoppelt. In der zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19a, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4b gekoppelt und von dem Zahnrad 4a entkoppelt, so dass die Abtriebswelle 3 von der Antriebswelle 2 über die Zahnradstufe Z2 angetrieben wird. Somit ist der Gang G2 eingelegt. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19a sowohl vom Zahnrad 4a als auch vom Zahnrad 4b entkoppelt, so dass keine Drehmomente vom Zahnrad 4a oder 4b auf die Schaltmuffe 19a übertragen werden können.
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Analoges trifft auf die Schaltmuffen 19b und 19c zu. In ihrer ersten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19b mit dem Zahnrad 4c formschlüssig gekoppelt und von dem Zahnrad 4d entkoppelt, so dass der Gang G3 eingelegt ist. In ihrer zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19b mit dem Zahnrad 4d formschlüssig gekoppelt und von dem Zahnrad 4c entkoppelt, so dass der Gang G4 eingelegt ist. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19b sowohl von dem Zahnrad 4c als auch von dem Zahnrad 4d entkoppelt. In ihrer ersten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19c mit dem Zahnrad 4e gekoppelt und von dem Zahnrad 4f entkoppelt, so dass der Gang G5 eingelegt ist. In ihrer zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19c, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4f gekoppelt und von dem Zahnrad 4e gekoppelt, so dass der Gang G6 eingelegt ist. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19c sowohl von dem Zahnrad 4e als auch von dem Zahnrad 4f entkoppelt. Befinden sich also die Schaltmuffen 19a–c in ihren Entkoppelstellungen, so ist kein Gang des Klauengetriebes 1 eingelegt. Das Klauengetriebe befindet sich dann im Leerlauf.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass die Schaltwelle 9 über eine Koppeleinrichtung 21 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist, so dass die Schaltwelle 9 über die Koppeleinrichtung 21 von der Antriebswelle 2 antreibbar ist. Dadurch werden die Schaltelemente 12a–f über die Koppeleinrichtung 21 von der Antriebswelle 2 um die Drehachse 10 angetrieben.
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Da die Schaltmuffen 19a–c formschlüssig mit den Schaltgabeln 16a–c gekoppelt sind, werden die Schaltmuffen 19a–c entlang der Antriebswelle 2 beziehungsweise relativ zu dieser verschoben, indem die Schaltgabeln 16a–c verschoben werden. Somit sind die Schaltmuffen 19a–c mittels der Schaltgabeln 16a–c zwischen den jeweiligen Koppelstellungen und der jeweiligen Entkoppelstellung relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar. Zum Verschieben der Schaltgabeln 16a–c wiederum werden die Schaltmuffen 11a–c mittels der Schaltelemente 12a–f verschoben.
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Insgesamt ist aus 1 erkennbar, dass die Abtriebswelle 3 mit der Antriebswelle 2 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 koppelbar ist, indem die Schaltmuffen 19a–c in ihre jeweiligen Koppelstellungen bewegt beziehungsweise geschoben werden. Dies erfolgt wiederum dadurch, dass die Schaltmuffen 11a–c mithilfe der Schaltelemente 12a–f verschoben werden.
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Um Schäden des Klauengetriebes 1 zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass alle Gänge ausgelegt sind, das heißt dass sich alle Schaltmuffen 19a–c in ihrer Entkoppelstellung befinden, oder – um das wenigstens eine Rad beziehungsweise das Fahrzeug anzutreiben – lediglich einer der Gänge G1–6 eingelegt ist, während die anderen Gänge ausgelegt sind. Mit anderen Worten sollte sich jeweils lediglich eine der Schaltmuffen 19a–c in einer ihrer Koppelstellungen befinden, während sich die anderen Schaltmuffen in ihrer Entkoppelstellung befinden.
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Mittels der Aktoren 14a–l ist ein automatisiertes Schalten des Klauengetriebes 1 realisierbar. Hierzu werden die Aktoren 14a–l beispielsweise von einem in 1 nicht erkennbaren Steuergerät angesteuert, so dass bedarfsweise die Stiftelemente 15a–l in Eingriff mit den korrespondierenden Schaltkulissen 13a, b bewegt werden, um dadurch das bedarfsgerechte Einlegen und Auslegen der Gänge G1–6 zu bewirken.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass das Klauengetriebe 1 als nicht-synchronisiertes Klauengetriebe, insbesondere Klauenschaltgetriebe, ausgebildet ist, welches üblicherweise in Motorrädern, aber auch im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt wird. Zum Schalten der Gänge G1–6 werden die axial verschiebbaren Stiftelemente 15a–l in die nutartigen oder nutförmigen Schaltkulissen 13a bewegt, so dass dadurch die Schaltelemente 12a–f axial auf der Schaltwelle 9 verschoben werden. Die Schaltelemente 12a–f sind über die Schaltmuffen 11a–c und die Schaltgabeln 16a–c mit den Schaltmuffen 19a–c gekoppelt.
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Alternativ dazu ist es denkbar, dass die jeweiligen Schaltelemente 12a–f direkt mit den Schaltmuffen 19a–c gekoppelt sind. Dann können beispielsweise die Schaltmuffen 11a–c und die Schaltgabeln 16a–c ebenfalls entfallen wie die Schaltwelle 9. Dabei sind die Schaltelemente 12a–f beispielsweise auf der Antriebswelle 2 relativ zu dieser verschiebbar angeordnet. Ferner ist es denkbar, dass anstelle der Zahnräder 4a–f sogenannte Schieberäder vorgesehen sind, welche sowohl die Funktion der Zahnräder 4a–f als auch die Funktion der Schaltmuffen 19a–c übernehmen. Durch Verschieben der Schaltelemente 12a–c werden dann die Schieberäder auf der Antriebwelle 2 relativ zu dieser verschoben, so dass sie beispielsweise in Eingriff mit den korrespondierenden Zahnrädern 5a–f und außer Eingriff mit den Zahnrädern 5a–f verschoben werden können. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die zuvor genannten, zweiten Schaltelemente die Schaltmuffen 19a–c beziehungsweise auf der Antriebswelle 2 angeordnete Schieberäder sind.
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Im Gegensatz zu Schaltgetrieben mit Schaltwalze, bei denen durch den Verlauf von Nuten in der Schaltwalze immer nur genau ein Gang eingelegt sein kann, ist es bei dem beim Klauengetriebe 1 vorgesehenen und durch die einzelnen Aktoren 14a–l bewirkbaren Schalten grundsätzlich möglich, mehrere der Gänge G1–G6 gleichzeitig einzulegen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass nicht nur genau einer der Aktoren 14a–l, sondern auch wenigstens ein weiterer der Aktoren 14a–l angesteuert wird, so dass beispielsweise nicht nur genau einer der Gänge G1–6, sondern auch ein zweiter der Gänge G1–6 eingelegt wird. Da sich die Gänge G1–6 in ihren Übersetzungen voneinander unterscheiden, kann es dann, wenn zwei Gänge gleichzeitig eingelegt beziehungsweise geschaltet sind, zu massiven Schäden am Klauengetriebe 1 kommen. Dieses gleichzeitige Schalten beziehungsweise Einlegen von zwei Gängen wird auch als Doppeleingriff bezeichnet.
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Um nun einen solchen Doppeleingriff auf einfache, kostengünstige Weise und effektiv zu vermeiden, umfasst das Klauengetriebe 1 – wie aus 2 und 3 erkennbar ist – eine im Ganzen mit 22 bezeichnete Sperreinrichtung, mittels welcher die jeweiligen Schaltmuffen 11a–c formschlüssig mit der Schaltwelle 9 verbindbar und dadurch gegen Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9 zu sichern sind. Die Funktion der Sperreinrichtung 22 wird im Folgenden am Beispiel der Schaltmuffe 11a beschrieben, kann jedoch ohne weiteres auch auf die anderen Schaltmuffen 11b und 11c beziehungsweise die zweiten Schaltelemente übertragen werden. Die Sperreinrichtung 22 umfasst ein jeweiliges Sperrelement in Form eines federbelasteten Rastelements 23, welches vorliegend senkrecht zur axialen Richtung der Schaltwelle 9 zwischen wenigstens einer in 2 gezeigten Sperrstellung und wenigstens einer die Relativverschiebung der Schaltmuffe 11a zur Schaltwelle 9 freigebenden Freigabestellung relativ zur Schaltwelle 9 verschiebbar ist. Dabei ist das Rastelement 23 zumindest teilweise in der Schaltwelle 9 aufgenommen und an der Schaltwelle 9 verschiebbar gelagert.
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In der Sperrstellung ist die Schaltmuffe 11a unter formschlüssigem Zusammenwirken des Rastelements 23 mit der Schaltwelle 9 und mit der Schaltmuffe 11a gegen Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9 gesichert. Hierzu weist die Schaltmuffe 11a eine Ausnehmung 24 auf, in die das Rastelement 23 in der Sperrstellung eingreift. Das Rastelement 23 ist zumindest in einem Teilbereich kugelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet, wobei die Ausnehmung 24 hinsichtlich ihrer Form an die Form des genannten Teilbereichs angepasst und somit ebenfalls kugelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet ist. Das Rastelement 23 ist an der Schaltwelle 9 über ein in der Schaltwelle 9 angeordnetes Federelement 25 abgestützt, wobei das Federelement 25 in der Freigabestellung gespannt ist. Mit anderen Worten, wird das Rastelement 23 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt, so wird dadurch das Federelement 25 gespannt und vorliegend komprimiert. Dadurch wird das Rastelement 23 mittels des gespannten Federelements 25 mit einer Federkraft beaufschlagt, mittels welcher das Rastelement 23 aus der Freigabestellung in die Sperrstellung bewegt werden kann.
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Die Sperreinrichtung 22 umfasst darüber hinaus einen jeweiligen, in der Schaltwelle 9 aufgenommenen Schieber 26, welcher zwischen wenigstens einer das Rastelement 23 gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung sichernden Sicherungsstellung und wenigstens einer die Verschiebung des Rastelements 23 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung freigebenden Lösestellung relativ zur Schaltwelle 9 verschiebbar ist. Der Schieber 26 befindet sich gemäß 2 in der Lösestellung. Gemäß 3 befindet sich der Schieber 26 in der Sicherungsstellung.
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Der Schieber 26 weist dabei zwei erste Längenbereiche 27 sowie einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung des Schiebers 26 zwischen den Längenbereichen 27 angeordneten, zweiten Längenbereich 28 mit einer Ausnehmung 29 auf. Ist die Ausnehmung 29 in Überdeckung mit dem Rastelement 23 angeordnet, wie es in der Lösestellung der Fall ist, so kann das Rastelement 23 zumindest teilweise in die Ausnehmung 29 geschoben und dadurch aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden. Diese Bewegung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung ist in der Sicherungsstellung des Schiebers 26 verhindert, da – wie aus 3 erkennbar ist – das Rastelement 23 an einem der Längenbereiche 27 abgestützt wird. Aus 2 und 3 sind weitere Schieber 30 und 31 erkennbar, wobei der Schieber 30 beispielsweise der Schaltmuffe 11b und der Schieber 31 der Schaltmuffe 11c zugeordnet ist.
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Aus 2 und 3 ist ferner erkennbar, dass Federeinrichtungen vorgesehen sind, welche durch Federelemente 32 und 33 gebildet sind. Das Federelement 32 ist in axialer Richtung zwischen der Schaltmuffe 11a und dem Schaltelement 12b angeordnet und an diesen abgestützt, wobei das Federelement 33 in axialer Richtung der Schaltwelle 9 zwischen dem Schaltelement 12a und der Schaltmuffe 11a angeordnet und an diesen abgestützt ist. Über das jeweilige Federelement 32 und 33 ist die Schaltmuffe 11a von den Schaltelementen 12a und 12b verschiebbar, wobei die Federelemente 32 und 33 durch Verschieben der Schaltelemente 12a und 12b in Richtung der Schaltmuffe 11a elastisch verformbar sind beziehungsweise verformt werden, wenn die Schaltmuffe 11a mittels der Sperreinrichtung 22 gegen eine Relativverschiebung zu der Schaltwelle 9 gesichert ist.
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Dies bedeutet, dass die Schaltelemente 12a und 12b zwar relativ zur Schaltwelle 9 verschoben werden können, jedoch die Schaltmuffe 11a mittels der Sperreinrichtung 22 gegen eine Relativverschiebung zur Schaltwelle 9 gesichert ist. Dadurch können Relativverschiebungen der Schaltelemente 12a und 12b zur Schaltwelle 9 und zur Schaltmuffe 11a zugelassen werden, während ein gleichzeitiges Einlegen von mehreren Gängen sicher vermieden werden kann. Somit führen Fehlfunktionen bei der Ansteuerung der Aktoren 14a–l nicht zum Doppeleingriff von Getriebezahnrädern und den damit verbundenen schweren Schäden an Getriebebauteilen. Folgeschäden, beispielsweise durch Blockieren des Antriebsstrangs und Sturz des Fahrers des Fahrzeugs werden vermieden. Gleichzeitig können Schäden an den Schaltkulissen 13a, b und an den Aktoren 14a–l vermieden werden, da die Federelemente 32 und 33 eine Relativverschiebung der Schaltelemente 12a und 12b zur Schaltwelle 9 und zur Schaltmuffe 11a zulassen. Hierdurch ist ein Überlastschutz geschaffen.
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Befindet sich der Schieber 26 in seiner Lösestellung und wird eines der Schaltelemente 12a und 12b relativ zur Schaltwelle 9 verschoben, indem beispielsweise eines der Stiftelemente 15a–d in Eingriff mit einer der Schaltkulissen 13a, b bewegt wird, so wird die Schaltmuffe 11a über das Federelement 32 beziehungsweise 33 von dem jeweiligen Schaltelement 12a beziehungsweise 12b mit einer in axialer Richtung der Schaltwelle 9 wirkenden Kraft beaufschlagt. Dabei greift das Rastelement 23 zunächst noch in die korrespondierende Ausnehmung 24 ein. Da die Ausnehmung 24 und der korrespondierende Teilbereich des Rastelements 23 zumindest im Wesentlichen kugelsegmentförmig ausgebildet sind, resultiert aus der in axialer Richtung wirkenden Kraft eine in radialer Richtung wirkende Kraftkomponente, welche von der Schaltmuffe 11a auf das Rastelement 23 wirkt. Mittels dieser Kraftkomponente wird das Rastelement 23 aus der Ausnehmung 24 und in die Ausnehmung 29 geschoben, wodurch das Federelement 25 komprimiert wird.
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Dadurch kann die Schaltmuffe 11a verschoben werden, so dass durch dieses Verschieben der Schaltmuffe 11a die Schaltgabel 16a und dadurch wiederum die Schaltmuffe 19a verschoben werden können, so dass schließlich der gewünschte Gang G1 oder G2 eingelegt beziehungsweise ausgelegt werden kann. Wird daraufhin die Schaltmuffe 11a wieder derart bewegt, dass die Ausnehmung 24 in Überdeckung mit dem Rastelement 23 kommt, so kann das Rastelement 23 mittels der Federkraft, die von dem gespannten Federelement 25 auf das Rastelement 23 wirkt, wieder zurück in die Ausnehmung 24 bewegt werden.
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Befindet sich jedoch der Schieber 26 in seiner Sicherungsstellung, so kann auch dann, wenn das entsprechende Schaltelement 12a beziehungsweise 12b verschoben wird und dementsprechend die genannte Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe 11a wirkt, das Rastelement 23 nicht aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden, da das Rastelement 23 an einem der Längenbereiche 27 abgestützt wird. Somit bleibt das Rastelement 23 im Eingriff mit der korrespondierenden Ausnehmung 24, so dass das Rastelement 23 sowohl mit der Schaltwelle 9 als auch mit der Schaltmuffe 11a zusammenwirkt, wodurch die Schaltmuffe 11a gegen eine Relativverschiebung der Schaltwelle 9 gesichert ist. Mit anderen Worten kann dann die Schaltmuffe 11a nicht verschoben werden, so dass auch die Schaltgabel 16a und die zugehörige Schaltmuffe 19a nicht verschoben werden können. Hierdurch kann ein Doppeleingriff vermieden werden.
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Aus 4 ist erkennbar, dass der Schieber 26 beispielsweise mit der Schaltmuffe 11b gekoppelt und somit über die Schaltmuffe 11b zwischen der Sicherungsstellung und der Lösestellung verschiebbar ist. Wird somit der Gang G3 oder der Gang G4 mittels der Schaltmuffe 11b eingelegt, so befindet sich der Schieber 26 in seiner Sicherungsstellung, so dass nicht auch die Gänge G1 und G2 eingelegt werden können.
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Um den Schieber 26 mit der Schaltmuffe 11b zu koppeln, ist ein weiteres Stiftelement 34 vorgesehen, welches teilweise in die Schaltmuffe 11b und teilweise in den Schieber 26 eingreift. Dadurch ist der Schieber 26 über das Stiftelement 34 mit der Schaltmuffe 11b gekoppelt und somit mit der Schaltmuffe 11b mitverschiebbar. Ferner ist in der Schaltwelle 9 eine beispielsweise als Langloch vorgesehene Öffnung 35 vorgesehen, in welcher das Stiftelement 34 mit der Schaltmuffe 11b mit verschiebbar ist. Dies bedeutet, dass der der Schaltmuffe 11a zugeordnete Schieber 26 über eine andere der Schaltmuffen 11a–c, das heißt über die Schaltmuffe 11b und/oder 11c verschiebbar ist.
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Insgesamt ist aus 1 bis 4 erkennbar, dass der Aufbau des Klauengetriebes 1 besonders einfach gehalten werden kann, so dass die Teileanzahl, die Kosten und das Gewicht des Klauengetriebes 1 gering gehalten werden können. Ferner kann das Klauengetriebe 1 besonders vorteilhaft betrieben, insbesondere geschaltet, werden, da sich mittels der Sperreinrichtung 22 ein Doppeleingriff sicher vermeiden lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klauengetriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4a–f
- Zahnrad
- 5a–f
- Zahnrad
- 6
- Drehachse
- 7
- Lagerelement
- 8
- Drehachse
- 9
- Schaltwelle
- 10
- Drehachse
- 11a–c
- Schaltmuffe
- 12a–f
- zweites Schaltelement
- 13a, b
- Schaltkulisse
- 14a–l
- Aktor
- 15a–l
- Stiftelement
- 16a–c
- Schaltgabel
- 17a–c
- Nut
- 18
- Führungsstange
- 19a–c
- Schaltmuffe
- 20a–c
- Nut
- 21
- Koppeleinrichtung
- 22
- Sperreinrichtung
- 23
- Rastelement
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Federelement
- 26
- Schieber
- 27
- erster Längenbereich
- 28
- zweiter Längenbereich
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Schieber
- 31
- Schieber
- 32
- Federelement
- 33
- Federelement
- 34
- Stiftelement
- 35
- Öffnung
- G1–6
- Gang
- Z1–6
- Zahnradstufe
