DE102018203580A1

DE102018203580A1 - Wellenverbindungseinrichtung, Verfahren zum Schalten einer Wellenverbindungseinrichtung und Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102018203580A1
Application number: DE102018203580.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Ibele; Martin Ruider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Schaltbare Wellenverbindungseinrichtung (1) aufweisend eine zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbare Schiebemuffe (6), ein mit der Schiebemuffe (6) axial fest verbundenes und relativ zu der Schiebemuffe (6) drehbares Schaltrad (7) mit einer Schaltkontur, wenigstens ein mit der Schaltkontur korrespondierendes festes Abstützelement (8) und einen Aktuator (10) zum Drehen des Schaltrads (7), bei der das Schaltrad (7) eine mit der Schaltkontur korrelierte Steuerkontur aufweist, Verfahren zum Schalten einer derartigen Wellenverbindungseinrichtung (1), wobei zum Verschieben der Schiebemuffe (6) in die Freigabeposition das Schaltrad (7) zunächst in eine Schaltrichtung gedreht wird, bis wenigstens ein Steuerabschnitt einer drehfesten und axial begrenzt verlagerbaren Anschlagscheibe (9) an einem Freigabeanschlag der Steuerkontur anschlägt und das Schaltrad (7) nachfolgend in eine der Schaltrichtung entgegen gerichtete Halterichtung gedreht wird, bis der wenigstens eine Steuerabschnitt der Anschlagscheibe (9) an einem Freigabehalteanschlag der Steuerkontur anschlägt, und Fahrzeuggetriebe aufweisend eine Antriebswelle (2) und eine Abtriebswelle (3), wobei das Fahrzeuggetriebe eine zwischen der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) wirksame derartige Wellenverbindungseinrichtung (1) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Wellenverbindungseinrichtung aufweisend eine zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbare Schiebemuffe, ein mit der Schiebemuffe axial fest verbundenes und relativ zu der Schiebemuffe drehbares Schaltrad mit einer Schaltkontur, wenigstens ein mit der Schaltkontur korrespondierendes festes Abstützelement und einen Aktuator zum Drehen des Schaltrads. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schalten einer derartigen Wellenverbindungseinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeuggetriebe aufweisend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle.
Aus dem Dokument DE 10 2012 210 298 A1 ist eine Verbindungsvorrichtung bekannt, insbesondere für einen Fahrzeugantriebsstrang, zur drehfesten Verbindung einer ersten und einer zweiten relativ zueinander drehbaren Welle, wobei die Verbindungsvorrichtung aufweist, ein axial bewegbares Verbindungselement, 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, und einer Aktorik zur Bewegung des Verbindungselementes zwischen der ersten und der zweiten Axialposition, und einen Anschlag, der die axiale Bewegung des Verbindungselementes in der ersten oder zweiten Axialposition begrenzt, bei der für den Anschlag ein Anschlagsdämpfer vorgesehen ist.
Aus dem Dokument DE 10 2013 215 849 A1 ist eine Antriebswandlervorrichtung bekannt zum Wandeln eines rotatorischen Antriebes einer Antriebseinrichtung in eine translatorische Betätigungsbewegung für ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung mit einer drehbaren und in axialer Richtung verstellbaren Kurvenscheibe, bei der die Kurvenscheibe mit Bahnbereichen mit definierten Steigungen ausgebildet ist, in deren Bereich die Kurvenscheibe jeweils mit wenigstens einem gehäusefesten Element in Wirkverbindung steht, wobei die Kurvenscheibe über der Drehbewegung der Kurvenscheibe in Abhängigkeit der Steigungen der Bahnbereiche translatorisch gegenüber den Elementen verstellbar ist. Zur genaueren Information über die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf das Dokument DE 10 2013 215 849 A1 verwiesen. Die Lehre dieses Dokuments ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieses Dokuments können Merkmale des vorliegenden Dokuments sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Wellenverbindungseinrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Fahrzeuggetriebe baulich und/oder funktional zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Wellenverbindungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Fahrzeuggetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Wellenverbindungseinrichtung kann zur baulichen und/oder funktionalen Anordnung zwischen einer ersten Welle und einer zweiten Welle dienen. Die erste Welle und die zweite Welle können zueinander koaxial angeordnet sein. Die Wellenverbindungseinrichtung kann eine Drehachse aufweisen. Die Wellenverbindungseinrichtung kann mit ihrer Drehachse zu der ersten Welle und zu der zweiten Welle koaxial anordenbar sein. Soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, beziehen sich die Angaben „axial“, „radial“ und „in Umfangsrichtung“ auf eine Erstreckungsrichtung der Drehachse. „Axial“ entspricht dann einer Erstreckungsrichtung der Drehachse. „Radial“ ist dann eine zur Erstreckungsrichtung der Drehachse senkrechte und sich mit der Drehachse schneidende Richtung. „In Umfangsrichtung“ entspricht dann einer Kreisbogenrichtung um die Drehachse. Die Wellenverbindungseinrichtung kann dazu dienen, die ersten Welle und die zweite Welle miteinander drehfest zu verbinden, um eine mechanische Leitungsübertragung zwischen den Wellen zu ermöglichen. Die Wellenverbindungseinrichtung kann dazu dienen, die ersten Welle und die zweite Welle voneinander zu trennen, um eine mechanische Leitungsübertragung zwischen den Wellen zu verhindern.
Die Wellenverbindungseinrichtung kann durch axiales Verschieben der Schiebemuffe schaltbar sein.
Die Schiebemuffe kann mit der ersten Welle oder mit der zweiten Welle drehfest verbunden, relativ zu dieser Welle axial verschiebbar und durch axiales Verschieben mit der anderen Welle drehfest verbindbar oder von der anderen Welle trennbar sein. Die Schiebemuffe kann zur drehfesten und axial verschiebbaren Verbindung mit der ersten Welle oder mit der zweiten Welle eine Schiebeverzahnung aufweisen. Die Schiebemuffe kann zur drehfesten Verbindung mit der anderen Welle eine Schaltverzahnung aufweisen. Die Schaltverzahnung kann eine Klauenverzahnung sein. In der Schließposition kann die Schiebemuffe die erste Welle und die zweite Welle miteinander drehfest verbinden. In der Freigabeposition kann eine Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle von der Schiebemuffe freigegeben sein.
Das Schaltrad kann radial außenseitig an der Schiebemuffe angeordnet sein. Das Schaltrad kann um die Drehachse drehbar sein. Zwischen dem Schaltrad und der Schiebemuffe kann ein Drehlager wirksam sein. Das Drehlager kann dazu dienen, Radialkräfte und Axialkräfte aufzunehmen. Das Drehlager kann als Wälzlager, beispielsweise als Rillenkugellager, ausgeführt sein. Das Schaltrad kann eine Verzahnung aufweisen. Die Verzahnung kann umlaufend sein. Die Verzahnung kann als Schrägverzahnung ausgeführt sein. Die Verzahnung kann als Schneckenverzahnung ausgeführt sein. Der Aktuator kann ein mit der Verzahnung des Schaltrads in Eingriff stehendes Zahnrad oder eine mit der Verzahnung des Schaltrads in Eingriff stehende Schnecke aufweisen. Der Aktuator kann einen Elektromotor aufweisen. Der Elektromotor kann elektronisch kontrollierbar sein. Der Elektromotor kann mithilfe einer elektronischen Kontrolleinrichtung elektronisch kontrollierbar sein. Bei einem Betrieb des Elektromotors kann ein Motorstrom erfassbar sein. Ein Motorstrom kann mithilfe der elektronischen Kontrolleinrichtung erfassbar sein.
Das wenigstens eine Abstützelement kann axial und in Umfangsrichtung fest sein. Das wenigstens eine Abstützelement kann gehäusefest sein. Ein Gehäuse kann ein Gehäuse sein, in dem die Wellen gelagert sind, zu deren schaltbaren Verbindung die Wellenverbindungseinrichtung dient. Das wenigstens eine Abstützelement kann eine bolzenartige Form aufweisen. Das wenigstens eine Abstützelement kann eine Längsachse aufweisen. Das wenigstens eine Abstützelement kann mit seiner Längsachse radial angeordnet sein. Das wenigstens eine Abstützelement kann mit seiner Längsachse axial angeordnet sein.
Die Schaltkontur kann axial neben der Verzahnung angeordnet sein. Die Schaltkontur kann dem wenigstens einen Abstützelement zugewandt sein. Das Schaltrad kann mit seiner Schaltkontur an wenigstens ein Abstützelement geführt sein. Die Schaltkontur kann dazu dienen, bei einem Drehen des Schaltrads die Schiebemuffe axial zu verschieben. Die Schaltkontur kann bahnartig ausgeführt sein.
Die Schaltkontur kann einen Schließpositionsabschnitt, einen Freigabebahnabschnitt, einen Freigabepositionsabschnitt und einen Schließbahnabschnitt aufweisen. Die Schaltkontur kann an dem Schließpositionsabschnitt, ausgehend von der Verzahnung und in axialer Richtung, eine geringe Höhe aufweisen. Die Schaltkontur kann an dem Schließpositionsabschnitt eine Schließpositionsausnehmung aufweisen. Die Schließpositionsausnehmung kann größer als das wenigstens eine Abstützelement sein. Das wenigstens eine Abstützelement kann in der Schließpositionsausnehmung vollständig aufnehmbar sein. Die Schaltkontur kann an dem Freigabepositionsabschnitt, ausgehend von der Verzahnung und in axialer Richtung, eine große Höhe aufweisen. Die Schaltkontur kann an dem Freigabepositionsabschnitt ein Freigabepositionsplateau aufweisen. Die Schaltkontur kann an dem Freigabepositionsplateau, ausgehend von der Verzahnung und in axialer Richtung, eine konstante Höhe aufweisen. Die Schaltkontur kann Höcker aufweisen, die das Freigabepositionsplateau begrenzen. Die Schaltkontur kann an dem Freigabebahnabschnitt ausgehend von dem Schließpositionsabschnitt zu dem Freigabepositionsabschnitt hin rampenförmig ansteigen. Die Schaltkontur kann an dem Schließbahnabschnitt ausgehend von dem Freigabepositionsabschnitt zu dem Schließpositionsabschnitt hin steil abfallen.
Die Schiebemuffe kann sich in der Schließposition befinden, wenn der wenigstens eine Abstützabschnitt in der Schließpositionsausnehmung der Schaltkontur aufgenommen ist. Bei einem Drehen des Schaltrads in eine Schaltrichtung kann die Schiebemuffe axial in Richtung der Freigabeposition verschoben werden, wenn der Freigabebahnabschnitt der Schaltkontur an dem wenigstens einen Abstützabschnitt entlang geführt wird. Die Schiebemuffe kann sich in der Freigabeposition befinden, wenn sich die Schaltkontur mit ihrem Freigabepositionsplateau an dem wenigstens eine Abstützabschnitt abstützt. Bei einem Drehen des Schaltrads in die Schaltrichtung kann die Schiebemuffe axial in Richtung der Schließposition verschoben werden, wenn der Schließabschnitt der Schaltkontur über den wenigstens einen Abstützabschnitt geführt wird.
Die Steuerkontur kann axial neben der Verzahnung angeordnet sein. Die Steuerkontur kann an der der Schaltkontur gegenüber liegenden Seite des Schaltrads angeordnet sein. Die Steuerkontur kann dazu dienen, bei einem Drehen des Schaltrads vorgegebene Drehpositionen des Schaltrads zu erkennen. Die Steuerkontur kann nutartig ausgeführt sein. Die Steuerkontur kann bahnartig ausgeführt sein. Die Steuerkontur kann eine geschlossene Schaltbahn bilden. Die Steuerkontur kann in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verlaufen.
Die Steuerkontur kann mit der Schaltkontur in Umfangsrichtung korreliert sein. Die Steuerkontur kann mit der Schaltkontur derart korreliert sein, dass vorgegebene Positionen der Steuerkontur und vorgegebene Positionen der Schaltkontur in Umfangsrichtung einander entsprechen.
Die Steuerkontur kann der Freigabeposition zugeordnet einen Freigabeanschlag aufweisen. Die Steuerkontur kann der Freigabeposition zugeordnet einen Freigabehalteanschlag aufweisen. Die Steuerkontur kann der Schließposition zugeordnet einen Schließwählanschlag aufweisen. Die Steuerkontur kann der Schließposition zugeordnet einen Schließschaltanschlag aufweisen. Der Freigabeanschlag kann in Umfangsrichtung wirksam sein. Der Freigabehalteanschlag kann in Umfangsrichtung wirksam sein. Der Freigabeanschlag und der Freigabehalteanschlag können in einander entgegen gerichteten Umfangsrichtungen wirksam sein. Der Schließwählanschlag kann in Umfangsrichtung wirksam sein. Der Schließwählanschlag und der Freigabeanschlag können in dieselbe Umfangsrichtung wirksam sein. Der Schließschaltanschlag kann in axialer Richtung wirksam sein.
Die Steuerkontur kann einen Freigabepfad aufweisen. Der Freigabepfad kann zwischen dem Schließschaltanschlag und dem Freigabeanschlag verlaufen. Der Freigabepfad kann einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt und einen schräg in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Abschnitt aufweisen. Die Steuerkontur kann einen Freigabehaltepfad aufweisen. Der Freigabehaltepfad kann zwischen dem Freigabeanschlag und dem Freigabehalteanschlag verlaufen. Der Freigabehaltepfad kann schräg in Umfangsrichtung und axial verlaufen. Die Steuerkontur kann einen Schließwählpfad aufweisen. Der Schließwählpfad kann zwischen dem Freigabehalteanschlag und dem Schließwählanschlag verlaufen. Der Schließwählpfad kann in Umfangsrichtung verlaufen. Die Steuerkontur kann einen Schließschaltpfad aufweisen. Der Schließschaltpfad kann zwischen dem Schließwählanschlag und dem Schließschaltanschlag verlaufen. Der Schließschaltpfad kann axial verlaufen. Das Schaltrad kann in Richtung des Schließschaltanschlags axial federkraftbeaufschlagt sein. Das Schaltrad kann derart axial federkraftbeaufschlagt sein, dass die Schaltkontur gegen das wenigstens eine Abstützelement vorgespannt ist.
Die Wellenverbindungseinrichtung kann eine Anschlagscheibe aufweisen. Die Anschlagscheibe kann drehfest und axial begrenzt verlagerbar sein. Die Anschlagscheibe kann in einem Gehäuse, in dem die Wellen gelagert sind, zu deren schaltbaren Verbindung die Wellenverbindungseinrichtung dient, drehfest und axial begrenzt verlagerbar angeordnet sein. Die Anschlagscheibe kann eine flachringartige Form aufweisen. Die Anschlagscheibe kann radial außenseitig Führungsfortsätze aufweisen. Das Gehäuse kann Ausnehmungen aufweisen. Die Ausnehmungen können nutartig ausgeführt sein. Die Ausnehmungen können axial verlaufen. Die Anschlagscheibe kann mit ihren Führungsfortsätzen in den Ausnehmungen des Gehäuses drehfest und axial begrenzt verlagerbar geführt sein. Die Anschlagscheibe kann wenigstens einen Steuerabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Steuerabschnitt kann an der Anschlagscheibe radial innenseitig angeordnet sein. Der wenigstens eine Steuerabschnitt kann eine bolzenartige Form aufweisen. Der wenigstens eine Steuerabschnitt kann in der Steuerkontur geführt sein.
Die Anschlagscheibe kann in einer der Freigabeposition zugeordneten Endlage an einem Axialanschlag anliegen. Der Axialanschlag kann mithilfe wenigstens einer Abstandsscheibe definiert sein. Die Führungsfortsätze der Anschlagscheibe können sich zur definierten Anlage an dem Axialanschlag auch axial erstrecken. Zwischen der Anschlagscheibe und dem Axialanschlag kann eine Feder wirksam sein.
Ein Formschluss zwischen der Schaltkontur und dem wenigstens einen Abstützelement kann zumindest im Wesentlichen zum Übertragen einer Schaltkraft dienen. Ein Formschluss zwischen der Schaltkontur und dem wenigstens einen Steuerabschnitt der Anschlagscheibe kann zumindest im Wesentlichen zum Übertragen einer Steuerkraft dienen. Die Steuerkraft kann mithilfe des Motorstroms erfassbar sein.
Das Schaltrad kann drehwinkelabhängig in eine Schaltrichtung drehbar sein. Das Schaltrad kann drehwinkelabhängig in eine Halterichtung drehbar sein. Die Schaltrichtung und die Halterichtung können einander entgegen gerichtet sein. Eine drehwinkelabhängige Drehbarkeit kann sich durch einen Anschlag ergeben, der eine Drehbarkeit nur in die Schaltrichtung oder in die Halterichtung ermöglicht.
Wenn das Schaltrad ausgehend von eine Stellung, in der sich die Schiebemuffe in der Schließposition befindet und der wenigstens eine Abstützabschnitt in der Schließpositionsausnehmung der Schaltkontur aufgenommen ist, in die Schaltrichtung gedreht wird, kann der Freigabebahnabschnitt der Schaltkontur an dem wenigstens einen Abstützabschnitt entlang geführt und die Schiebemuffe axial in Richtung der Freigabeposition verschoben werden. Dabei kann der wenigstens eine Steuerabschnitt den Freigabepfad durchlaufen.
In der Freigabeposition kann sich die Schaltkontur mit einem Ende ihres Freigabepositionsplateaus an dem wenigstens einen Abstützabschnitt abstützen und der wenigstens eine Steuerabschnitt der Anschlagscheibe kann an dem Freigabeanschlag der Steuerkontur anschlagen.
Wenn das Schaltrad nachfolgend in die Halterichtung gedreht wird, kann die Schaltkontur mit ihrem Freigabepositionsplateau an dem wenigstens einen Abstützabschnitt entlang zurückgeführt und die Schiebemuffe in der Freigabeposition gehalten werden. Dabei kann der wenigstens eine Steuerabschnitt den Freigabehaltepfad durchlaufen.
Wenn der wenigstens eine Steuerabschnitt an dem Freigabehalteanschlag anschlägt, kann sich die Schaltkontur mit einem Anfang ihres Freigabepositionsplateaus an dem wenigstens einen Abstützabschnitt abstützen und die Schiebemuffe kann weiterhin in der Freigabeposition gehalten werden.
Zum Verschieben der Schiebemuffe in die Schließposition kann das Schaltrad in die Schaltrichtung gedreht werden, bis der wenigstens eine Steuerabschnitt an einem Schließwählanschlag der Steuerkontur anschlägt.
Wenn das Schaltrad zum Verschieben der Schiebemuffe in die Schließposition in die Schaltrichtung gedreht wird, kann die Schaltkontur an dem wenigstens einen Abstützabschnitt entlang über das Ende des Freigabepositionsplateaus und über den Schließbahnabschnitt bis zur Schließposition geführt werden. Dabei kann der wenigstens eine Steuerabschnitt den Schließwählpfad durchlaufen.
Wenn der wenigstens eine Steuerabschnitt an dem Schließwählanschlag anschlägt, kann der wenigstens eine Abstützabschnitt in der Schließpositionsausnehmung der Schaltkontur aufnehmbar und eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe damit freigegeben sein.
Wenn eine Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist, kann die Schaltverzahnung der Schiebemuffe einspuren. Dabei kann der wenigstens eine Steuerabschnitt den Schließschaltpfad bis zum Schließschaltanschlag durchlaufen.
Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Anschlagen des wenigstens einen Steuerabschnitts an dem Freigabeanschlag zu erkennen. Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Anschlagen des wenigstens einen Steuerabschnitts an dem Freigabehalteanschlag zu erkennen. Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Anschlagen des wenigstens einen Steuerabschnitts an dem Schließwählanschlag zu erkennen.
Das Fahrzeuggetriebe kann ein Achsgetriebe sein. Das Fahrzeuggetriebe kann ein Verteilgetriebe sein. Das Fahrzeuggetriebe kann ein Differentialgetriebe sein. Das Fahrzeuggetriebe kann zur Anordnung in einem Fahrzeugantriebsstrang dienen. Das Fahrzeuggetriebe kann zur Anordnung an einer Fahrzeugachse dienen, die mit einer Fahrantriebsmaschine verbindbar und von einer Fahrantriebsmaschine trennbar ist. Die Antriebswelle kann einer Fahrantriebsmaschine zugeordnet sein. Die Abtriebswelle kann einem antreibbaren Fahrzeugrad zugeordnet sein. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können mithilfe der Wellenverbindungseinrichtung miteinander verbindbar und voneinander trennbar sein. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können beispielsweise miteinander verbunden werden, wenn die Fahrzeugachse, an der das Fahrzeuggetriebe angeordnet ist, mit einer Fahrantriebsmaschine verbunden ist. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle können beispielsweise voneinander getrennt werden, wenn die Fahrzeugachse, an der das Fahrzeuggetriebe angeordnet ist, von einer Fahrantriebsmaschine getrennt ist, um eine Verlustleistung zu minimieren.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Schaltwalzenkontur zur sensorlosen Erkennung der Endlagen einer Klauenschaltung mittels Wählrad. Das Wählrad kann auch als Schaltrad bezeichnet werden.
Das System kann derart ausgelegt sein, dass eine Endlage sicher erreicht wird, eine richtige Position zum „Einschießen“ der Klaue angefahren werden kann und ein Positionssensor entfallen kann. Das System kann leicht integriert werden, benötigt sehr wenig Bauraum und nur wenige Anpassungen am Modul selbst. In einem Gehäuse kann eine Zahnkontur eingebracht sein. In dieser kann eine Anschlagsscheibe geführt sein. Das Wählrad kann an einer einer Kulissenbahn gegenüber liegenden Seite verlängert sein. Die Kulissenbahn kann auch als Schaltkontur bezeichnet werden.
Hier kann eine Schaltwalzenkontur eingefräst sein, die die Wählradpositionen wiederspiegelt. Die Schaltwalzenkontur kann auch als Steuerkontur bezeichnet werden. Zusätzlich wird eine Anschlagsscheibe vorgesehen sein, die außen eine Zahnkontur aufweist, die in dem Gehäuse geführt werden kann. Diese Scheibe soll lediglich dazu dienen die Positionen zuverlässig anfahren zu können. Die hohen mechanischen Kräfte, beim Auslegen der Klaue sollen weiterhin über die Abstützelemente aufgenommen werden. Aus diesem Grund kann die Anschlagsscheibe axial verschiebbar sein. Dies führt auch dazu, dass axial weniger Bauraum benötigt wird. Ist eine der Positionen erreicht, so kann der Stößel der Anschlagsscheibe greifen und das Wählrad bei der Radialbewegung blockieren. Es können Algorithmen zum Einsatz kommen, die den Motorstrom schätzen, um die Endlage langsamer anfahren zu können und dadurch auch die radiale Belastung der Anschlagsscheibenstößel zu minimieren. Der Motor kann nun das Wählrad gegen einen festen mechanischen Endanschlag weiterdrehen. Das Erreichen dieser Position kann dann im Motorstrom erkannt werden, Drehzahl=0 -> hoher Strom.
Mit der Erfindung kann ein Positionssensor entfallen. Eine Position der Schiebemuffe in der Freigabeposition ist eindeutig bestimmbar. Ein Auflösen eines Zusammenhangs zwischen einem Drehwinkel des Schaltrads und einer axialen Position der Schiebemuffe wird verhindert. Ein Verschleiß wird reduziert. Eine Integrierbarkeit kann verbessert sein. Ein Aufwand, wie Herstellungs- und/oder Bearbeitungsaufwand kann reduziert sein. Ein Schaltablauf kann verbessert werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:

1 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einer Schiebemuffe, einem Schaltrad mit einer Schaltkontur und einer Steuerkontur, Abstützelementen, einer Anschlagscheibe und einem Aktuator,
2 eine Anschlagscheibe einer Wellenverbindungseinrichtung mit Führungsfortsätzen und Steuerabschnitten,
3 ein Schaltrad einer Wellenverbindungseinrichtung mit einer Schaltkontur und einer Steuerkontur in abgewickelter Draufsicht,
4 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einem Schaltrad in einer Schließposition,
5 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einem Schaltrad in einer Freigabeposition,
6 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einem Schaltrad in einer Freigabehalteposition,
7 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einem Schaltrad in einer Schließwählposition und
8 eine zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle wirksame schaltbare Wellenverbindungseinrichtung mit einem Schaltrad in einer Schließschaltposition.

1 zeigt eine schaltbare Wellenverbindungseinrichtung 1. Die Wellenverbindungseinrichtung 1 ist zwischen einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 3 eines hier nicht näher dargestellten Achsgetriebes eines Fahrzeugs wirksam. Das Achsgetriebe weist ein Gehäuse 4 auf, in dem die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 drehbar gelagert sind. Das Achsgetriebe ist mit einer Fahrantriebsmaschine des Fahrzeugs verbindbar und von der Fahrantriebsmaschine trennbar. Mithilfe der Wellenverbindungseinrichtung 1 werden die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 miteinander verbunden, wenn das Achsgetriebe mit der Fahrantriebsmaschine verbunden ist, und voneinander getrennt, wenn das Achsgetriebe von der Fahrantriebsmaschine getrennt ist, um eine Verlustleistung zu minimieren.
Die Antriebswelle 2, die Abtriebswelle 3 und die Wellenverbindungseinrichtung 1 weisen eine gemeinsame Drehachse 5 auf. Die vorliegende Beschreibung nimmt, soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, auf die Drehachse 5 Bezug. „Axial“ entspricht somit einer Erstreckungsrichtung der Drehachse 5. „Radial“ ist eine zur Erstreckungsrichtung der Drehachse 5 senkrechte und sich mit der Drehachse 5 schneidende Richtung. „In Umfangsrichtung“ entspricht dann einer Kreisbogenrichtung um die Drehachse 5.
Die Wellenverbindungseinrichtung 1 weist eine Schiebemuffe 6, ein Schaltrad 7, Abstützelemente, wie 8, eine Anschlagscheibe 9 und einen Aktuator 10 auf.
Die Schiebemuffe 6 ist an der Antriebswelle 2 drehfest und zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbar angeordnet. Die Schiebemuffe 6 weist eine Klauenverzahnung 11 auf. Die Abtriebswelle 3 weist eine mit der Klauenverzahnung 11 der Schiebemuffe 6 korrespondierende Klauenverzahnung 12 auf. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 6 in die Schließposition können die Klauenverzahnungen 11, 12 der Schiebemuffe 6 und der Abtriebswelle 3 miteinander in Eingriff gebracht werden, um die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 miteinander drehfest zu verbinden. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 6 in die Freigabeposition können die Klauenverzahnungen 11, 12 der Schiebemuffe 6 und der Abtriebswelle 3 voneinander gelöst werden, um die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 voneinander zu trennen.
Das Schaltrad 7 ist radial außenseitig an der Schiebemuffe 6 mit der Schiebemuffe 6 axial fest und relativ zu der Schiebemuffe 6 drehbar angeordnet. Das Schaltrad 7 weist eine Verzahnung 13 auf. Der Aktuator 10 dient zum Drehen des Schaltrads 7 und weist eine mit der Verzahnung 13 des Schaltrads 7 in Eingriff stehende Schnecke 14 sowie einen elektronisch kontrollierbaren Elektromotor 15 auf, dessen Motorstrom erfassbar ist.
2 zeigt die Anschlagscheibe 9. Die Anschlagscheibe 9 weist eine flachringartige Form mit radial außenseitig angeordneten Führungsfortsätze, wie 16, und radial innenseitig angeordneten bolzenförmigen Steuerabschnitten, wie 17, auf. Das Gehäuse 4 weist einen Zahn-Innen-Kontur 18 mit nutförmigen Ausnehmungen auf. Die Anschlagscheibe 9 ist mit den Führungsfortsätzen 16 in den Ausnehmungen der Zahn-Innen-Kontur 18 in dem Gehäuse 4 drehfest und axial begrenzt verlagerbar geführt.
Das Schaltrad 7 weist eine Schaltkontur 19 und eine Steuerkontur 20 auf und ist in eine Schaltrichtung 21 und in eine Halterichtung 22 drehbar. 3 zeigt das Schaltrad 7 mit der Schaltkontur 19 und der Steuerkontur 20 in abgewickelter Draufsicht. Die Schaltkontur 19 und die Steuerkontur 20 sind jeweils axial seitlich der Verzahnung 10 an gegenüberliegenden Seiten des Schaltrads 7 angeordnet. Die Schaltkontur 19 und die Steuerkontur 20 sind in Umfangsrichtung derart miteinander korreliert, dass vorgegebene Positionen der Schaltkontur 19 und vorgegebene Positionen der Steuerkontur 20 in Umfangsrichtung einander entsprechen.
Die Schaltkontur 19 wirkt mit den Abstützelementen 8 zusammen. Das Schaltrad 7 ist axial in Richtung der Abstützelemente 8 federkraftbeaufschlagt, sodass die Schaltkontur 19 an den Abstützelementen 8 geführt ist. Bei einem Drehen verschiebt sich das Schaltrad 7 der Schaltkontur 19 entsprechend axial. Die Steuerkontur 20 wirkt mit den Steuerabschnitten 17 zusammen. Die Steuerabschnitte 17 sind in der Steuerkontur 20 geführt. Bei einem Drehen des Schaltrads 7 verschiebt sich die Anschlagscheibe 9 mit den Steuerabschnitten 17 zusammen mit dem Schaltrad 7 axial, verhindert aber bei Anschlagen in Umfangsrichtung ein weiteres Drehen.
Die Schaltkontur 19 weist einen Schließpositionsabschnitt 23, einen Freigabebahnabschnitt 24, einen Freigabepositionsabschnitt 25 und einen Schließbahnabschnitt 26 auf. Die Schaltkontur 19 weist an dem Schließpositionsabschnitt 23, ausgehend von der Verzahnung 10 und in axialer Richtung x, eine geringe Höhe auf. Die Schaltkontur 19 weist an dem Schließpositionsabschnitt 23 eine Schließpositionsausnehmung 27 auf. Die Schaltkontur 19 weist an dem Freigabepositionsabschnitt 25, ausgehend von der Verzahnung 10 und in axialer Richtung x, eine große Höhe auf. Die Schaltkontur 19 weist an dem Freigabepositionsabschnitt 25 ein Freigabepositionsplateau 28 auf. Die Schaltkontur 19 weist an dem Freigabepositionsplateau 28, ausgehend von der Verzahnung 10 und in axialer Richtung x, eine konstante Höhe auf. Die Schaltkontur 19 steigt an dem Freigabebahnabschnitt 24 ausgehend von dem Schließpositionsabschnitt 23 zu dem Freigabepositionsabschnitt 25 hin rampenförmig an und fällt an dem Schließbahnabschnitt 26 ausgehend von dem Freigabepositionsabschnitt 25 zu dem Schließpositionsabschnitt 23 hin steil ab.
Die Steuerkontur 20 weist der Freigabeposition der Schiebemuffe 6 zugeordnet einen in Umfangsrichtung wirksamen Freigabeanschlag 29 und einen in Umfangsrichtung wirksamen Freigabehalteanschlag 30 auf. Die Steuerkontur 20 weist der Schließposition der Schiebemuffe 6 zugeordnet einen in Umfangsrichtung wirksamen Schließwählanschlag 31 und einen in axialer Richtung wirksamen Schließschaltanschlag 32 auf.
Die Steuerkontur 20 weist einen zwischen dem Schließschaltanschlag 32 und dem Freigabeanschlag 29 verlaufenden Freigabepfad 33 mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt und einem schräg in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Abschnitt auf. Die Steuerkontur 20 weist einen zwischen dem Freigabeanschlag 29 und dem Freigabehalteanschlag 30 schräg in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Freigabehaltepfad 34 auf. Die Steuerkontur 20 weist einen zwischen dem Freigabehalteanschlag 30 und dem Schließwählanschlag 31 in Umfangsrichtung verlaufenden Schließwählpfad 35 auf. Die Steuerkontur 20 weist einen zwischen dem Schließwählanschlag 31 und dem Schließschaltanschlag 32 axial verlaufenden Schließschaltpfad 36 auf.
4 zeigt die Wellenverbindungseinrichtung 1 mit einem Schaltrad 7 in einer Stellung, in der sich die Schiebemuffe 6 in der Schließposition befindet und der Abstützabschnitt 8 in der Schließpositionsausnehmung 27 der Schaltkontur 19 aufgenommen ist. Ausgehend von dieser Stellung wird das Schaltrad 7 zum Verschieben der Schiebemuffe 6 in die Freigabeposition zunächst in die Schaltrichtung 21 gedreht. Der Freigabebahnabschnitt 24 der Schaltkontur 19 wird dabei an dem Abstützabschnitt 8 entlang geführt und die Schiebemuffe 6 wird axial in Richtung der Freigabeposition verschoben. Dabei durchläuft der Steuerabschnitt 17 der Anschlagscheibe 9 den Freigabepfad 33.
In der Freigabeposition stützt sich die Schaltkontur 19 mit einem Ende ihres Freigabepositionsplateaus 28 an dem Abstützabschnitt 8 ab und der Steuerabschnitt 17 der Anschlagscheibe 9 schlägt an dem Freigabeanschlag 29 der Steuerkontur 20 an. 5 zeigt die Wellenverbindungseinrichtung 1 in einer Stellung, in der sich die Schiebemuffe 6 in der Freigabeposition befindet und der Abstützabschnitt 8 an dem Freigabeanschlag 29 anliegt. In dieser Stellung liegt die Anschlagscheibe 9 an einem gehäusefesten Axialanschlag an.
Nachfolgend wird das Schaltrad 7 in die Halterichtung 22 gedreht, bis der Steuerabschnitt 17 an dem Freigabehalteanschlag 30 anschlägt. Dabei wird die Schaltkontur 19 mit ihrem Freigabepositionsplateau 28 an dem Abstützabschnitt 8 entlang zurückgeführt und die Schiebemuffe 6 in der Freigabeposition gehalten. Aufgrund des Axialanschlags, an dem die Anschlagscheibe 9 anliegt, durchläuft der Steuerabschnitt 17 den Freigabehaltepfad 34. 6 zeigt die Wellenverbindungseinrichtung 1 in einer Stellung, in der sich das Schaltrad 7 in einer Freigabehalteposition befindet und sich die Schaltkontur 19 mit einem Anfang ihres Freigabepositionsplateaus 28 an dem Abstützabschnitt 8 abstützt.
Zum Verschieben der Schiebemuffe 6 in die Schließposition wird das Schaltrad 7 in die Schaltrichtung 21 gedreht, bis der Steuerabschnitt 17 an dem Schließwählanschlag 31 der Steuerkontur 20 anschlägt. Dabei wird die Schaltkontur 19 an dem Abstützabschnitt 8 entlang über das Ende des Freigabepositionsplateaus 28 und über den Schließbahnabschnitt 26 bis zur Schließposition geführt und der Steuerabschnitt 17 durchläuft den Schließwählpfad 35. 7 zeigt die Wellenverbindungseinrichtung 1 in einer Stellung, in der sich das Schaltrad 7 in einer Schließwählposition befindet, der Steuerabschnitt 17 an dem Schließwählanschlag 31 anliegt, der Abstützabschnitt 8 in der Schließpositionsausnehmung 27 der Schaltkontur 19 aufnehmbar und eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe 6 damit freigegeben ist.
Wenn eine Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenverzahnungen 11, 12 aufgelöst ist, kann die Schaltverzahnung der Schiebemuffe 6 einspuren. Dabei durchläuft der Steuerabschnitt 17 den Schließschaltpfad 36 bis zum Schließschaltanschlag 32. 8 zeigt das Schaltrad 7 in einer Schließschaltposition, in der sich die Schiebemuffe 6 in der Schließposition befindet und der Abstützabschnitt 8 in der Schließpositionsausnehmung 27 der Schaltkontur 19 aufgenommen ist.
Bei einer Betätigung der Wellenverbindungseinrichtung 1 wird ein Strom des Motors 15 detektiert, um ein Anschlagen des Anschlagabschnitts 8 an dem Freigabeanschlag 29, an dem Freigabehalteanschlag 30 und an dem Schließwählanschlag 31 zu erkennen.
Bezugszeichenliste

1: Wellenverbindungseinrichtung
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: Gehäuse
5: Drehachse
6: Schiebemuffe
7: Schaltrad
8: Abstützelement
9: Anschlagscheibe
10: Aktuator
11: Klauenverzahnung
12: Klauenverzahnung
13: Verzahnung
14: Schnecke
15: Elektromotor
16: Führungsfortsatz
17: Steuerabschnitt
18: Zahn-Innen-Kontur
19: Schaltkontur
20: Steuerkontur
21: Schaltrichtung
22: Halterichtung
23: Schließpositionsabschnitt
24: Freigabebahnabschnitt
25: Freigabepositionsabschnitt
26: Schließbahnabschnitt
27: Schließpositionsausnehmung
28: Freigabepositionsplateau
29: Freigabeanschlag
30: Freigabehalteanschlag
31: Schließwählanschlag
32: Schließschaltanschlag
33: Freigabepfad
34: Freigabehaltepfad
35: Schließwählpfad
36: Schließschaltpfad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012210298 A1 [0002]
DE 102013215849 A1 [0003]

Claims

Schaltbare Wellenverbindungseinrichtung (1) aufweisend eine zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbare Schiebemuffe (6), ein mit der Schiebemuffe (6) axial fest verbundenes und relativ zu der Schiebemuffe (6) drehbares Schaltrad (7) mit einer Schaltkontur (19), wenigstens ein mit der Schaltkontur (19) korrespondierendes festes Abstützelement (8) und einen Aktuator (10) zum Drehen des Schaltrads (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (7) eine mit der Schaltkontur (19) korrelierte Steuerkontur (20) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkontur (20) der Freigabeposition zugeordnet einen Freigabeanschlag (29) und einen Freigabehalteanschlag (30) und der Schließposition zugeordnet einen Schließwählanschlag (31) und einen Schließschaltanschlag (32) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkontur (20) zwischen dem Schließschaltanschlag (32) und dem Freigabeanschlag (29) einen Freigabepfad (33), zwischen dem Freigabeanschlag (29) und dem Freigabehalteanschlag (30) einen Freigabehaltepfad (34), zwischen dem Freigabehalteanschlag (30) und dem Schließwählanschlag (31) einen Schließwählpfad (35) und zwischen dem Schließwählanschlag (31) und dem Schließschaltanschlag (32) einen Schließschaltpfad (36) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (7) in Richtung des Schließschaltanschlags (32) axial federkraftbeaufschlagt ist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenverbindungseinrichtung (1) eine drehfeste und axial begrenzt verlagerbare Anschlagscheibe (9) mit wenigstens einem in der Steuerkontur (20) geführten Steuerabschnitt (17) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagscheibe (9) in einer der Freigabeposition zugeordneten Endlage an einem Axialanschlag anliegt.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (7) drehwinkelabhängig in eine Schaltrichtung (21) und drehwinkelabhängig in eine Halterichtung (22) drehbar ist, wobei die Schaltrichtung (21) und die Halterichtung (22) einander entgegen gerichtet sind.
Verfahren zum Schalten einer Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben der Schiebemuffe (6) in die Freigabeposition das Schaltrad (7) zunächst in eine Schaltrichtung (21) gedreht wird, bis wenigstens ein Steuerabschnitt (17) einer drehfesten und axial begrenzt verlagerbaren Anschlagscheibe (9) an einem Freigabeanschlag (29) der Steuerkontur (20) anschlägt und das Schaltrad (7) nachfolgend in eine der Schaltrichtung (21) entgegen gerichtete Halterichtung (22) gedreht wird, bis der wenigstens eine Steuerabschnitt (17) der Anschlagscheibe (9) an einem Freigabehalteanschlag (30) der Steuerkontur (20) anschlägt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben der Schiebemuffe (6) in die Schließposition das Schaltrad (7) in die Schaltrichtung (21) gedreht wird, bis der wenigstens eine Steuerabschnitt (17) an einem Schließwählanschlag (31) der Steuerkontur (20) anschlägt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) einen Elektromotor (15) aufweist und ein Motorstrom detektiert wird, um ein Anschlagen des wenigstens einen Steuerabschnitts (17) an dem Freigabeanschlag (29), an dem Freigabehalteanschlag (30) und/oder an dem Schließwählanschlag (31) zu erkennen.
Fahrzeuggetriebe aufweisend eine Antriebswelle (2) und eine Abtriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe eine zwischen der Antriebswelle (2) und der Abtriebswelle (3) wirksame Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.