DE102018206297B4

DE102018206297B4 - Wellenverbindungseinrichtung, Verfahren zum Schalten einer Wellenverbindungseinrichtung und Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102018206297B4
Application number: DE102018206297.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Ruider; Michael Ibele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2022-07-07
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: US20190323601A1; US10935130B2; DE102018206297A1

Abstract

Schaltbare Wellenverbindungseinrichtung (1) aufweisend eine zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbare Schiebemuffe (5), ein mit der Schiebemuffe (5) axial fest verbundenes und relativ zu der Schiebemuffe (5) drehbares Schaltrad (6) mit einer Schaltkontur (11), wenigstens ein mit der Schaltkontur (11) korrespondierendes festes Abstützelement (7, 8) und einen Aktuator (9) zum Drehen des Schaltrads (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (11) der Freigabeposition zugeordnet einen Freigabeanschlag (14) und der Schließposition zugeordnet einen Schließwählanschlag (15) und einen Schließschaltanschlag (16) 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 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.
Die DE 10 2014 217 740 A1 betrifft eine Riemenscheibenanordnung zur Verbindung mit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer Riemenscheibe und einer Kupplungseinrichtung, wobei die Kupplungseinrichtung ein drehfest mit der Riemenscheibe verbundenes erstes Kupplungsteil und ein drehfest mit der Kurbelwelle verbindbares zweites Kupplungsteil aufweist, wobei zumindest eines der beiden Kupplungsteile in einem Betriebszustand der Riemenscheibenanordnung derart mit einer Kulissenführung zusammenwirkt, dass die Kupplungsteile, in Abhängigkeit einer Relativverdrehung von der Riemenscheibe zur Kurbelwelle, durch eine durch die Kulissenführung vorgegebene Stellbewegung, drehfest miteinander verbindbar oder voneinander entkoppelbar sind, wobei die Kulissenführung zumindest in einer eingekuppelten Stellung der Kupplungseinrichtung derart mit den drehfest miteinander verbundenen ersten und dem zweiten Kupplungsteilen formschlüssig verbunden ist, dass ein Drehmoment zwischen der Kurbelwelle und der Riemenscheibe durch die Kulissenführung übertragbar ist.
Die DE 10 2012 211 679 A1 betrifft eine Riemenscheibenanordnung zur Verbindung mit einer Antriebswelle, insbesondere Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe zum Antrieb von Nebenaggregaten, einem Kupplungselement, insbesondere eine Klaue einer Klauenkupplung, zum Öffnen und/oder Schließen einer Riemenscheibenkupplung zum Kuppeln der Antriebswelle mit der Riemenscheibe, einem mit dem Kupplungselement gekoppelten Kulissenstift zum Bewegen des Kupplungselements in einer Betätigungsrichtung des Kupplungselements und einer Kulissenführung, in welcher der Kulissenstift bei einer Bewegung in Umfangsrichtung relativ zur Kulissenführung zwischen einer Schließposition, in welcher die Riemenscheibenkupplung geschlossen ist, und einer Offenposition, welcher die Riemenscheibenkupplung geöffnet ist, bewegbar ist, wobei der Kulissenstift derart mit dem Kupplungselement gekoppelt ist, dass der Kulissenstift bei einer Drehung des Kupplungselements in einer Antriebsrichtung der Antriebswelle in der Schließposition oder der Offenposition verbleibt und bei einer Drehung des Kupplungselements entgegen der Antriebsrichtung der Antriebswelle zwischen der Schließposition und der Offenposition wechselt.
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 12. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Fahrzeuggetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 15. 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 des Schaltrads kann axial neben der Verzahnung angeordnet sein. Das Schaltrad kann mit seiner Schaltkontur an dem wenigstens ein Abstützelement geführt sein. Die Schaltkontur kann dazu dienen, bei einem Drehen des Schaltrads die Schiebemuffe axial zu verschieben. Die Schaltkontur kann nutartig ausgeführt sein. Die Schaltkontur kann bahnartig ausgeführt sein. Die Schaltkontur kann eine geschlossene Schaltbahn bilden. Die Schaltkontur kann in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verlaufen.
Der Freigabeanschlag kann in Umfangsrichtung und in axialer Richtung wirksam sein. Der Schließwählanschlag kann in Umfangsrichtung wirksam sein. Der Schließschaltanschlag kann in axialer Richtung wirksam sein.
Die Schaltkontur kann einen Schließpfad aufweisen. Der Schließpfad kann zwischen dem Freigabeanschlag und dem Schließschaltanschlag verlaufen. Der Schließpfad kann einen Wählabschnitt aufweisen. Der Wählabschnitt kann zwischen dem Freigabeanschlag und dem Schließwählanschlag verlaufen. Der Wählabschnitt kann in Umfangsrichtung verlaufen. Der Schließpfad kann einen Schaltabschnitt aufweisen. Der Schaltabschnitt kann zwischen dem Schließwählanschlag und dem Schließschaltanschlag verlaufen. Der Schaltabschnitt kann axial verlaufen. Die Schaltkontur kann einen Freigabepfad aufweisen. Der Freigabepfad kann zwischen dem Schließschaltanschlag und dem Freigabeanschlag 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 Schaltkontur kann wenigstens einen Rastabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann in Umfangsrichtung wirksam sein. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann an dem Freigabeanschlag angeordnet sein. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann vor dem Schließwählanschlag angeordnet sein. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann an dem Schließschaltanschlag angeordnet sein. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann dazu dienen, mit dem wenigstens einen Abstützelement zusammenzuwirken. Der wenigstens eine Rastabschnitt kann dazu dienen, bei einem Drehen des Schaltrads einen Rastwiderstand zu bewirken.
Das wenigstens eine Abstützelement kann einen Basisabschnitt aufweisen. Der Basisabschnitt kann eine hülsenartige Form aufweisen. Das wenigstens eine Abstützelement kann einen Führungsabschnitt aufweisen. Der Führungsabschnitt kann eine bolzenartige Form aufweisen. Der Führungsabschnitt kann relativ zu dem Basisabschnitt verlagerbar sein. Der Führungsabschnitt kann in der Schaltkontur geführt sein. Der Führungsabschnitt kann federkraftbeaufschlagt sein. Der Führungsabschnitt kann derart federkraftbeaufschlagt sein, dass der Führungsabschnitt vorgespannt in der Schaltkontur geführt ist. Zwischen dem Basisabschnitt und dem Führungsabschnitt kann eine Feder wirksam sein. Die Feder kann eine Schraubendruckfeder sein.
Die Schaltkontur kann in axialer Richtung und in Umfangsrichtung konturiert sein. Die Schaltkontur kann in radialer Richtung konturiert sein. Die Schaltkontur kann einen Boden aufweisen. Die Schaltkontur kann eine Rastweiche aufweisen. Die Rastweiche kann dazu dienen, das wenigstens eine Abstützelement nach Durchlaufen des Freigabepfads in den Wählabschnitt des Schließpfads zu lenken. Der Boden kann zur Bildung der Rastweiche einen Rampenabschnitt aufweisen. Der Rampenabschnitt kann an dem Freigabepfad angeordnet sein. Der Rampenabschnitt kann in Richtung der Freigabeposition ansteigen. Der Rampenabschnitt kann zu der Freigabeposition hin stufig abfallen. Der Führungsabschnitt kann aufgrund seiner Verlagerbarkeit relativ zu dem Basisabschnitt mit der Rastweiche zusammenwirken, sodass das wenigstens eine Abstützelement nach Durchlaufen des Freigabepfads in den Wählabschnitt des Schließpfads gelenkt wird.
Der Führungsabschnitt kann zur reibungsreduzierten Führung an der Schaltkontur einen Lagerring aufweisen. Der Lagerring kann mithilfe eines Lagers drehbar gelagert sein. Das Lager kann ein Gleitlager oder ein Wälzlager sein. Das Wälzlager kann ein Nadellager sein. Alternativ kann zur Nutzung der Rastweiche auch der Führungsabschnitt relativ zu dem Basisabschnitt fest angeordnet und nur der Lagerring radial verlagerbar sein, beispielsweise mithilfe des Lagers.
Das Schaltrad kann drehwinkelabhängig in eine Schließrichtung drehbar sein. Das Schaltrad kann drehwinkelabhängig in eine Freigaberichtung drehbar sein. Die Schließrichtung und die Freigaberichtung können einander entgegen gerichtet sein. Eine drehwinkelabhängige Drehbarkeit kann sich durch einen Anschlag ergeben, der eine Drehbarkeit nur in die Schließrichtung oder in die Freigaberichtung ermöglicht.
Wenn das Schaltrad ausgehend von eine Stellung, in der sich die Schiebemuffe in der Schließposition befindet, in die Freigaberichtung gedreht wird, kann das wenigstens eine Abstützelement den Freigabepfad bis zum Freigabeanschlag durchlaufen.
Dabei kann das wenigstens eine Abstützelement die Rastweiche überfahren. Wenn das Schaltrad ausgehend von eine Stellung, in der sich die Schiebemuffe in der Freigabeposition befindet, in die Schließrichtung gedreht wird, kann das wenigstens eine Abstützelement den Wählabschnitt der Schließpfads bis zum Schließwählanschlag durchlaufen. Vor Erreichen des Schließwählanschlags kann eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe durch Führung des wenigstens einen Abstützelements in dem Wählabschnitt des Schließpfads gesperrt sein. Nach Erreichen des Schließwählanschlags kann das wenigstens eine Abstützelement den Schaltabschnitt des Schließpfads durchlaufen und eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe kann damit freigegeben sein.
Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Anschlagen des wenigstens einen Anschlagabschnitts an dem Freigabeanschlag zu erkennen. Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Anschlagen des wenigstens einen Anschlagabschnitts an dem Schließwählanschlag zu erkennen. Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Einrasten des wenigstens einen Anschlagabschnitts in einem Rastabschnitt der Schaltkontur zu erkennen. Ein Motorstrom kann detektiert werden, um ein Verlassen eines Rastabschnitts der Schaltkontur 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 mechanische Rastfunktion zur Erkennung der Endlagen einer Klauenschaltung mittels Schraubrad. Die Endlagen können der Schließposition und der Freigabeposition zugeordnet sein. Die Schiebemuffe kann Teil der Klauenschaltung sein. Das Schraubrad kann auch als Schaltrad bezeichnet werden. Das System kann derart ausgelegt sein, dass die der Schließposition zugeordnete Endlage sicher erreicht wird, die richtige Position zum „Einschießen“ der Klaue angefahren werden kann und dazu ein Positionssensor entfallen kann. Dies kann durch mechanische Anschläge erreicht sein. Dabei können gehäusefeste Stößel derart ausgeführt sein, dass sie axial beweglich sind und über einen Energiespeicher, wie Feder, immer in eine ausgefahrene Position gedrückt werden. Eine Kulisse des Schaltrads kann dabei derart ausgeführt sein, dass sie während eines Disconnect-Vorgangs die Stößel axial nach außen drückt. Der Disconnect-Vorgang kann auch als Freigabevorgang bezeichnet werden. Ist die Position „Disengaged“ erreicht, können die Stößel durch den Energiespeicher wieder nach innen gedrückt werden. Die Disengaged-Position kann auch als Freigabeposition bezeichnet werden. Ein Motor kann nun das Schaltrad gegen einen festen mechanischen Endanschlag weiterdrehen. Das Erreichen dieser Position kann dann im Motorstrom erkannt werden. Drehzahl=0 -> hoher Strom. Zum Zuschalten kann eine Drehrichtung des Motors umgekehrt und das Schaltrad zurück gedreht werden. Durch einen Absatz kann die Kulisse beim Zurückdrehen einen anderen Weg nehmen. Eine Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klauenkupplung kann mit dieser Konstruktion geführt über eine „Connected“-Position aufgelöst werden, indem mit dem Motor ein gegenüberliegender mechanischer Anschlag angefahren wird. Die „Connected“-Position kann auch als Schließposition bezeichnet werden. Ein Schlag auf die Kulissenbahn kann somit verhindert werden. Ein Positionssensor kann somit entfallen, die Positionen sicher angefahren und gehalten werden und die Gefahr, beim Zuschalten nicht an der richtigen Stelle zu stehen, existiert auch nicht mehr.
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.
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, Abstützelementen und einem Aktuator,
2 eine Schaltkontur mit einem Schließpfad und einem Freigabepfad in abgewickelter Draufsicht,
3 einen Freigabepfad einer Schaltkontur mit einer Rastweiche in Schnittansicht und
4 ein Abstützelement mit einem Basisabschnitt und einem Führungsabschnitt.

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 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 4 auf. Die vorliegende Beschreibung nimmt, soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, auf die Drehachse 4 Bezug. „Axial“ entspricht somit einer Erstreckungsrichtung der Drehachse 4. „Radial“ ist eine zur Erstreckungsrichtung der Drehachse 4 senkrechte und sich mit der Drehachse 4 schneidende Richtung. „In Umfangsrichtung“ entspricht dann einer Kreisbogenrichtung um die Drehachse 4.
Die Wellenverbindungseinrichtung 1 weist eine Schiebemuffe 5, ein Schaltrad 6, Abstützelemente 7, 8 und einen Aktuator 9 auf.
Die Schiebemuffe 5 ist an der Abtriebswelle 3 drehfest und zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbar angeordnet. Die Schiebemuffe 5 weist eine Klauenverzahnung auf. Die Antriebswelle 2 weist eine mit der Klauenverzahnung der Schiebemuffe 5 korrespondierende Klauenverzahnung auf. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 5 in die Schließposition können die Klauenverzahnungen der Schiebemuffe 5 und der Antriebswelle 2 miteinander in Eingriff gebracht werden, um die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 miteinander drehfest zu verbinden. Durch axiales Verschieben der Schiebemuffe 5 in die Freigabeposition können die Klauenverzahnungen der Schiebemuffe 5 und der Antriebswelle 2 voneinander gelöst werden, um die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 voneinander zu trennen.
Das Schaltrad 6 ist radial außenseitig an der Schiebemuffe 5 mit der Schiebemuffe 5 axial fest und relativ zu der Schiebemuffe 5 drehbar angeordnet. Das Schaltrad 6 weist eine Verzahnung 10 auf. Der Aktuator 9 dient zum Drehen des Schaltrads 6 und weist ein mit der Verzahnung 10 des Schaltrads 6 in Eingriff stehendes Zahnrad sowie einen elektronisch kontrollierbaren Elektromotor auf, dessen Motorstrom erfassbar ist.
Das Schaltrad 6 weist eine Schaltkontur 11 auf. Die Schaltkontur 11 ist axial seitlich der Verzahnung 10 angeordnet. Die Schaltkontur 11 wirkt mit den Abstützelementen 7, 8 zusammen. Die Schaltkontur 11 ist nutartig ausgeführt und bildet für jedes der Abstützelemente 7, 8 eine geschlossene Schaltbahn. Die Abstützelemente 7, 8 weisen jeweils eine bolzenartige Form mit einer Längsachse auf und sind mit ihren Längsachsen radial ausgerichtet zu dem Gehäuse des Achsgetriebes fest angeordnet. Die Abstützelemente 7, 8 weisen jeweils einen Basisabschnitt, wie 12, und einen Führungsabschnitt, wie 13, auf. Die Führungsabschnitte 13 der Abstützelemente 7, 8 sind in der Schaltkontur 11 geführt, sodass die Schiebemuffe 5 bei einem Drehen des Schaltrads 6 axial verschoben wird.
2 zeigt die Schaltkontur 11 in abgewickelter Draufsicht. Die Schaltkontur 11 weist einen Freigabeanschlag 14, einen Schließwählanschlag 15 und einen Schließschaltanschlag 16 auf. Die Schaltkontur 11 weist einen zwischen dem Freigabeanschlag 14 und dem Schließschaltanschlag 16 verlaufenden Schließpfad 17 und einen zwischen dem Schließschaltanschlag 16 und dem Freigabeanschlag 14 verlaufenden Freigabepfad 18 auf. Der Schließpfad 17 weist einen in Umfangsrichtung verlaufenden Wählabschnitt 19 und einen axial verlaufenden Schaltabschnitt 20 auf. Der Freigabeanschlag 14 ist in Umfangsrichtung und in axialer Richtung wirksam. Der Schließwählanschlag 15 ist in Umfangsrichtung wirksam. Der Schließschaltanschlag 16 ist in axialer Richtung wirksam. Das Schaltrad 6 ist in Richtung des Schließschaltanschlags 16 axial federkraftbeaufschlagt.
Die Schaltkontur 11 weist an dem Freigabeanschlag 14 einen Rastabschnitt 21, vor dem Schließwählanschlag 15 einen Rastabschnitt 22 und an dem Schließschaltanschlag 16 einen Rastabschnitt 23 auf. Die Rastabschnitte wirken mit dem Abstützelement 7, 8 zusammen, um bei einem Drehen des Schaltrads 6 einen Rastwiderstand zu bewirken.
Die Schaltkontur 11 weist eine Rastweiche 24 auf, die dazu dient, das wenigstens eine Abstützelement nach Durchlaufen des Freigabepfads 18 in den Wählabschnitt 19 des Schließpfads 17 zu lenken. Zur Bildung der Rastweiche 24 weist ein Boden der Schaltkontur 11 an dem Freigabepfad 18 einen Rampenabschnitt auf, der in Richtung des Freigabeanschlags 14 ansteigt und zu dem Freigabeanschlags 14 hin stufig abfällt. 3 zeigt den Freigabepfad 18 der Schaltkontur 11 mit der Rastweiche 24 in Schnittansicht entlang der in 2 mit A-A bezeichneten Linie.
4 zeigt ein Abstützelement 7, 8. Der Basisabschnitt 12 des Abstützelements 7, 8 weist eine hülsenartige Form auf. Der Führungsabschnitt 13 des Abstützelements 7, 8 weist eine bolzenartige Form auf. Der Führungsabschnitt 13 ist in dem Basisabschnitt 12 relativ zu dem Basisabschnitt verlagerbar angeordnet. Zwischen dem Basisabschnitt 12 und dem Führungsabschnitt 13 ist eine Feder 25 wirksam, die den Führungsabschnitt 13 derart beaufschlagt, dass der Führungsabschnitt 13 vorgespannt in der Schaltkontur 11 geführt ist.
Der Führungsabschnitt 13 wirkt aufgrund seiner Verlagerbarkeit mit der Rastweiche 24 zusammen, sodass das Abstützelement 7, 8 nach Durchlaufen des Freigabepfads 18 in den Wählabschnitt 19 des Schließpfads 17 gelenkt wird.
Der Führungsabschnitt 13 weist zur reibungsreduzierten Führung an der Schaltkontur einen Lagerring 26 auf, der mithilfe eines Gleitlagers 27 drehbar gelagert ist. Gegebenenfalls kann zur Nutzung der Rastweiche 24 auch der Führungsabschnitt 13 relativ zu dem Basisabschnitt 12 fest angeordnet und nur der Lagerring 26 mithilfe des Gleitlagers 27 radial verlagerbar sein.
Das Schaltrad 11 drehwinkelabhängig in eine Schließrichtung und drehwinkelabhängig in eine der Schließrichtung entgegen gerichtete Freigaberichtung drehbar. Wenn das Schaltrad 11 ausgehend von eine Stellung, in der sich die Schiebemuffe 5 in der Schließposition befindet, in die Freigaberichtung gedreht wird, durchläuft das Abstützelement 7, 8 den Freigabepfad 18 bis zum Freigabeanschlag 14. Dabei überfährt das Abstützelement 7, 8 die Rastweiche 24 überfahren. Wenn das Schaltrad 11 ausgehend von eine Stellung, in der sich die Schiebemuffe 5 in der Freigabeposition befindet, in die Schließrichtung gedreht wird, durchläuft das Abstützelement 7, 8 den Wählabschnitt 19 der Schließpfads 17 bis zum Schließwählanschlag 15. Vor Erreichen des Schließwählanschlags 15 ist eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe 5 durch Führung des Abstützelements 7, 8 in dem Wählabschnitt 19 des Schließpfads 17 gesperrt. Nach Erreichen des Schließwählanschlags 15 kann das Abstützelement 7, 8 den Schaltabschnitt des Schließpfads 17 durchlaufen. Eine axiale Verschiebbarkeit der Schiebemuffe 5 ist damit freigegeben und die Klauenverzahnung kann einspuren, wenn eine Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgelöst ist.
Bei einer Betätigung der Wellenverbindungseinrichtung 1 wird ein Strom des Motors des Aktuators 9 detektiert, um ein Anschlagen des Anschlagabschnitts 7, 8 an dem Freigabeanschlag 14 und an dem Schließwählanschlag 15 zu erkennen.
Außerdem kann ein Strom des Motors des Aktuators 9 detektiert werden, um ein Einrasten des Anschlagabschnitts 7, 8 in einem Rastabschnitt 21, 22, 23 der Schaltkontur 11 oder um ein Verlassen eines Rastabschnitts 21, 22, 23 der Schaltkontur 11 zu erkennen. Damit kann beispielsweise der Freigabeanschlag 14 schnell angefahren werden, während der Wählabschnitt 19 des Schließpfads 17 bis zu dem vor dem Schließwählanschlag 15 angeordneten Rastabschnitt 22 langsam durchfahren wird.
Bezugszeichenliste

1: Wellenverbindungseinrichtung
2: Antriebswelle
3: Abtriebswelle
4: Drehachse
5: Schiebemuffe
6: Schaltrad
7: Abstützelement
8: Abstützelement
9: Aktuator
10: Verzahnung
11: Schaltkontur
12: Basisabschnitt
13: Führungsabschnitt
14: Freigabeanschlag
15: Schließwählanschlag
16: Schließschaltanschlag
17: Schließpfad
18: Freigabepfad
19: Wählabschnitt
20: Schaltabschnitt
21: Rastabschnitt
22: Rastabschnitt
23: Rastabschnitt
24: Rastweiche
25: Feder
26: Lagerring
27: Gleitlager

Claims

Schaltbare Wellenverbindungseinrichtung (1) aufweisend eine zwischen einer Schließposition und einer Freigabeposition axial verschiebbare Schiebemuffe (5), ein mit der Schiebemuffe (5) axial fest verbundenes und relativ zu der Schiebemuffe (5) drehbares Schaltrad (6) mit einer Schaltkontur (11), wenigstens ein mit der Schaltkontur (11) korrespondierendes festes Abstützelement (7, 8) und einen Aktuator (9) zum Drehen des Schaltrads (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (11) der Freigabeposition zugeordnet einen Freigabeanschlag (14) und der Schließposition zugeordnet einen Schließwählanschlag (15) und einen Schließschaltanschlag (16) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freigabeanschlag (14) in Umfangsrichtung und in axialer Richtung, der Schließwählanschlag (15) in Umfangsrichtung und der Schließschaltanschlag (16) in axialer Richtung wirksam ist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (11) zwischen dem Freigabeanschlag (14) und dem Schließschaltanschlag (16) einen Schließpfad (17) und/oder zwischen dem Schließschaltanschlag (16) und dem Freigabeanschlag (14) einen Freigabepfad (18) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließpfad (17) zwischen dem Freigabeanschlag (14) und dem Schließwählanschlag (15) einen in Umfangsrichtung verlaufenden Wählabschnitt (19) und zwischen dem Schließwählanschlag (15) und dem Schließschaltanschlag (16) einen axial verlaufenden Schaltabschnitt (20) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (6) in Richtung des Schließschaltanschlags (16) axial federkraftbeaufschlagt ist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (11) wenigstens einen Rastabschnitt (21, 22, 23) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (11) eine Rastweiche (24) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstützelement (7, 8) einen Basisabschnitt (12) und einen in der Schaltkontur (11) geführten Führungsabschnitt (13) aufweist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (13) relativ zu dem Basisabschnitt (12) verlagerbar ist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (13) federkraftbeaufschlagt ist.
Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (6) drehwinkelabhängig in eine Schließrichtung und drehwinkelabhängig in eine Freigaberichtung drehbar ist, wobei die Schließrichtung und die Freigaberichtung einander entgegen gerichtet sind.
Verfahren zum Schalten einer Wellenverbindungseinrichtung (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben der Schiebemuffe (5) in die Freigabeposition das Schaltrad (6) in eine Freigaberichtung gedreht wird, bis das wenigstens eine Abstützelement (7, 8) an dem Freigabeanschlag (14) der Schaltkontur (11) anschlägt und zum Verschieben der Schiebemuffe (5) in die Schließposition das Schaltrad (6) in eine Schließrichtung gedreht wird, bis das wenigstens eine Abstützelement (7, 8) an dem Schließwählanschlag (15) der Schaltkontur (11) anschlägt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) einen Elektromotor aufweist und ein Motorstrom detektiert wird, um ein Anschlagen das wenigstens einen Abstützelements (7, 8) an dem Freigabeanschlag (14) und/oder ein Anschlagen des wenigstens einen Abstützelements (7, 8) an dem Schließwählanschlag (15) zu erkennen.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (9) einen Elektromotor aufweist und ein Motorstrom detektiert wird, um ein Einrasten des wenigstens einen Abstützelements (7, 8) in einem Rastabschnitt der Schaltkontur (11) und/oder ein Verlassen eines Rastabschnitts (21, 22, 23) der Schaltkontur (11) 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 11 aufweist.