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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Kupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kupplungsanordnung mit der Betätigungsvorrichtung.
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Mechanische Betätigungen von Gangschaltungen sind vom Menschen abhängig und unterliegen damit einer hohen Fehlerwahrscheinlichkeit. Es sind elektrische steuerbare und betätigbare Gangschaltungen bekannt, wobei das Schalten beispielsweise durch Verschieben einer Schiebemuffen mittels eines Schaltaktuators realisiert wird. Hierzu ist beispielsweise die Verwendung von hydraulischen, pneumatischen oder elektromagnetischen Schaltaktuatoren bekannt.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 206 493 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt eine Schaltvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe, wobei die Schaltvorrichtung Schiebemuffen umfasst, welche verdrehfest und axial verschiebbar auf zumindest einer Getriebewelle angeordnet sind, wobei zumindest auf einer Seite jeder Schiebemuffe benachbart zu der jeweiligen Schiebemuffe ein Losrad platziert ist, welches rotierbar auf der Getriebewelle angeordnet ist. Jede Schiebemuffe ist axial in Richtung des jeweiligen Losrades in eine Schaltstellung verschiebbar, wodurch bei Erreichen der Schaltstellung eine verdrehfeste Kopplung des Losrades mit der Getriebewelle bewirkt wird. Die Schaltvorrichtung weist jeweils einen elektrischen Stellmotor zum Verschieben jeder Schiebemuffe auf, wobei eine Schaltkraft von einer Abtriebswelle des elektrischen Stellmotors über zumindest ein Schaltelement auf die Schiebemuffe übertragbar ist.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch ein verbessertes Betriebsverhalten auszeichnet. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Kupplungsanordnung mit der Betätigungsvorrichtung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung.
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Es wird eine Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen, welche für eine Kupplung ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Kupplung ist vorzugsweise als eine mechanische Kupplung ausgebildet, wobei die Kupplung vorzugsweise zur formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung mindestens zweier Wellen, insbesondere einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle, dient. Besonders bevorzugt ist die Kupplung als eine Klauenkupplung und/oder eine Synchronkupplung ausgebildet. Insbesondere dient die Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Kupplung. Besonders bevorzugt kann durch die Betätigung der Kupplung ein Kraftfluss zwischen den beiden Wellen unterbrochen oder übertragen werden.
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Die Betätigungsvorrichtung weist einen elektromechanischen Kupplungsaktuator auf, welcher zur Erzeugung einer Stellbewegung ausgebildet und/oder geeignet ist. Besonders bevorzugt weist der Kupplungsaktuator einen Elektromotor zur Erzeugung eines Drehmoments auf. Bevorzugt treibt der Elektromotor eine Motorwelle um eine Motorachse an. Im Speziellen verdreht der Elektromotor zur Umsetzung der Schaltbewegung die Motorwelle in einem festgelegten Drehwinkel um die Motorachse.
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Die Betätigungsvorrichtung weist eine Schaltwelle auf. Insbesondere überträgt die Schaltwelle die Schaltbewegung auf die Kupplung, insbesondere ein Kupplungsbauteil, sodass die beiden Wellen miteinander gekoppelt bzw. voneinander entkoppelt werden. Vorzugsweise definiert die Schaltwelle mit ihrer Längsachse eine Hauptachse.
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Die Schaltwelle ist über einen Getriebeabschnitt mit dem Kupplungsaktuator getriebetechnisch verbunden, sodass die Schaltbewegung auf die Schaltwelle übertragbar ist. Besonders bevorzugt dient der Getriebeabschnitt zur Übersetzung des Drehmoments auf die Schaltwelle. Der Getriebeabschnitt ist vorzugsweise als ein Zahnradgetriebe ausgebildet. Im Speziellen weist der Getriebeabschnitt ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf. Im Speziellen wird das übertragene Drehmoment der Motorwelle über den Getriebeabschnitt auf die Schaltwelle vergrößert.
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Die Betätigungsvorrichtung weist ein Schaltelement auf, welches zur Übertragung der Schaltbewegung auf die Kupplung ausgebildet und/oder geeignet ist. Vorzugsweise ist das Schaltelement als eine Schaltgabel oder eine Schaltschwinge ausgebildet. Das Schaltelement ist mit der Schaltwelle verbunden. Insbesondere ist das Schaltelement mit der Schaltwelle formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden.
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Das Schaltelement ist mittels der Schaltbewegung zwischen einer Grundposition und einer ersten Schaltposition bewegbar. Die beiden Wellen sind in der Grundposition des Schaltelements vorzugsweise voneinander getrennt bzw. entkoppelt. In der ersten Schaltposition des Schaltelements sind die beiden Wellen vorzugsweise drehfest miteinander gekoppelt. Besonders bevorzugt wird die Schaltbewegung direkt von der Schaltwelle auf das Schaltelement übertragen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Betätigungsvorrichtung mindestens oder genau eine erste Federeinrichtung aufweist, welche zur Rückführung des Schaltelements von der ersten Schaltposition in die Grundposition ausgebildet und/oder geeignet ist. Die erste Federeinrichtung ist vorzugsweise als eine Druckfeder, insbesondere eine Schraubenfeder, ausgebildet. Die erste Federeinrichtung ist vorzugsweise bei einer Umsetzung der Schaltbewegung elastisch verformbar. Besonders bevorzugt ist die erste Federeinrichtung koaxial zu der Hauptachse anageordnet und/oder entlang der Hauptachse elastisch verformbar. Im Speziellen liegt die erste Federeinrichtung an einem axialen Ende der Schaltwelle an. Alternativ kann die erste Federeinrichtung unmittelbar an dem Schaltelement anliegen.
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Insbesondere wird die erste Federeinrichtung bei einer Überführung des Schaltelements von der Grundposition in die erste Schaltposition zusammengedrückt. Die erste Federeinrichtung beaufschlagt somit das Schaltelement in der ersten Schaltposition in Richtung der Grundposition mit einer ersten Federkraft. Vorzugsweise ist die erste Federkraft in axialer Richtung in Bezug auf die Drehachse in Richtung des Schaltelements und/oder der Schaltwelle gerichtet. Bei einer Unterbrechung des Drehmoments und/oder einer Entkopplung des Kupplungsaktuators von der Schaltwelle, wird das Schaltelement aufgrund der Federkraft der ersten Federeinrichtung stets von der ersten Schaltposition in die Grundposition zurückgeführt.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die erste Federeinrichtung eine Rückführung des Schaltelements, beispielsweise bei einem Systemausfall, in die Grundposition gewährleistet ist. Somit können die Wellen der Kupplungsanordnung zuverlässig mechanisch voneinander getrennt werden. Durch die mechanische Rückführung ist zudem sichergestellt, dass die Rückführung in die Grundposition bei einem Stromausfall des Kupplungsaktuators dauerhaft gewährleistet ist, wodurch die Betriebssicherheit deutlich erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine besonders robuste Betätigungsvorrichtung umgesetzt ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung eine zweite Federeinrichtung zur Rückführung des Schaltelements von einer zweiten Schaltposition in die Grundposition aufweist. Insbesondere ist das Schaltelement mittels der Schaltbewegung wahlweise zwischen der Grundposition, der ersten und der zweiten Schaltposition bewegbar. Besonders bevorzugt ist das Schaltelement zwischen der Grundposition und der ersten und/oder der zweiten Schaltposition verschiebbar und/oder verschwenkbar und/oder verdrehbar. Insbesondere ist die Antriebswelle in der zweiten Schaltposition mit einer weiteren Abtriebswelle gekoppelt. Bevorzugt ist die Schaltwelle zwischen den beiden Federeinrichtungen angeordnet. Vorzugsweise ist die zweite Federeinrichtung koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Im Speziellen liegt die zweite Federeinrichtung an dem anderen axialen Ende der Schaltwelle an. Die erste und zweite Federeinrichtung sind vorzugsweise baugleich ausgebildet.
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Insbesondere wird die zweite Federeinrichtung bei einer Überführung des Schaltelements von der Grundposition in die zweite Schaltposition zusammengedrückt. Die zweite Federeinrichtung beaufschlagt somit das Schaltelement in der zweiten Schaltposition in Richtung der Grundposition mit einer zweiten Federkraft. Insbesondere ist die zweite Federeinrichtung in der ersten Schaltposition des Schaltelements in einem entspannten Zustand und/oder die zweite Federkraft kleiner als die erste Federkraft. Insbesondere ist die erste Federeinrichtung in der zweiten Schaltposition des Schaltelements in einem entspannten Zustand und/oder die erste Federkraft kleiner als die zweite Federkraft. Im Speziellen sind die erste und die zweite Federkraft in der Grundposition des Schaltelements gleich groß. Besonders bevorzugt ist das Schaltelement in der Grundposition durch die beiden Federeinrichtung zentriert.
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In einer weiteren Konkretisierung weist der Kupplungsaktuator eine Bremse auf. Insbesondere ist die Bremse als eine elektromagnetisch betätigbare Bremse ausgebildet. Das Schaltelement ist in der ersten und/oder der zweiten Schaltposition durch eine Betätigung der Bremse gehalten. Insbesondere ist das Schaltelement entgegen der ersten Federkraft in der ersten Schaltposition durch die Bremseinrichtung gehalten. Insbesondere ist das Schaltelement entgegen der zweiten Federkraft in der zweiten Schaltposition durch die Bremseinrichtung gehalten.
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Das Schaltelement wird vorzugsweise bei einem Schaltvorgang durch den Kupplungsaktuator in eine der beiden Schaltpositionen überführt, wobei nach Erreichen der entsprechenden Schaltposition die Bremse betätig wird. Bei einem Umschaltvorgang von der einen Schaltposition in die Grundposition oder die andere Schaltposition wird die Bremse gelöst, wobei das Schaltelement durch den Kupplungsaktuator und/oder eine der Federeinrichtungen in die gewünschte Position überführt wird.
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Durch die elektromagnetisch betätigbare Bremse wird somit eine Feststellbremse vorgeschlagen, welche eine deutlich reduzierte Stromaufnahme zur Betätigung bzw. zum Halten des Schaltelements in der ersten oder zweiten Schaltposition aufweist. Somit kann der Kupplungsaktuator deutlich energieeffizienter Betrieben werden. Zudem ist die Wärmeentstehung des Kupplungsaktuators in den Schaltpositionen deutlich reduziert, wobei bei hohen Einschaltdauern eine sichere Wärmeableitung an die Umgebung gewährleistet ist.
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In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das Schaltelement bei einer Deaktivierung des Kupplungsaktuators durch die erste Federkraft von der ersten Schaltposition in die Grundposition und/oder durch die zweite Federkraft von der zweiten Schaltposition in die Grundposition überführbar ist. Unter Deaktivierung ist dabei eine Kraftlosschaltung des Kupplungsaktuators zu verstehen, sodass insbesondere die Motorwelle um die Motorachse frei drehbar ist. Insbesondere wirken somit bei der Deaktivierung des Kupplungsaktuators keine Gegenkräfte, beispielsweise Schalt- oder Haltkräfte, auf das Schaltelement. Bevorzugt sind die erste und die zweite Federeinrichtung so ausgebildet oder eingerichtet, dass das Schaltelement bei Deaktivierung von der jeweiligen Schaltposition in die Grundposition überführt wird. Besonders bevorzugt nimmt das Schaltelement bei der Deaktivierung des Kupplungsaktuators die Grundposition automatisch aufgrund der wirkenden Federkräfte ein. Beispielsweise erfolgt die Deaktivierung bei einer Unterbrechung der Spannungsversorgung.
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In einer weiteren Konkretisierung ist eine erste Getriebestufe des Getriebeabschnitts als ein Stirnradgetriebe ausgebildet. Der Kupplungsaktuator weist ein Motorritzel und die Schaltwelle einen Verzahnungsabschnitt auf. Das Motorritzel ist vorzugsweise drehfest mit der Motorwelle verbunden, wobei das Motorritzel in Umlaufrichtung um die Motorachse antreibbar ist. Der Verzahnungsabschnitt kann prinzipiell als eine umlaufende Verzahnung ausgebildet. Bevorzugt jedoch ist der Verzahnungsabschnitt als eine geradlinige Verzahnung ausgebildet.
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Das Motorritzel überträgt das Drehmoment auf die erste Getriebestufe, insbesondere das Stirnradgetriebe, des Getriebeabschnitts. Prinzipiell kann das Motorritzel unmittelbar mit dem Verzahnungsabschnitt in Eingriff stehen. Bevorzugt jedoch ist das Motorritzel über mindestens eine weitere Getriebestufe mit dem Verzahnungsabschnitt getriebetechnisch verbunden, sodass insbesondere ein mehrstufiges Stirnradgetriebe gebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine zweite Getriebestufe, als die weitere Getriebestufe, des Getriebeabschnitts als ein Zahnstangengetriebe ausgebildet ist, wobei die zweite Getriebestufe das Drehmoment auf den Verzahnungsabschnitt überträgt. Besonders bevorzugt ist die Schaltwelle als eine Zahnstange ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich der Verzahnungsabschnitt in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse an einer Oberseite der Schaltwelle.
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Durch die zweite Getriebestufe ist bzw. wird somit eine rotatorische Schaltbewegung des Kupplungsaktuators in eine lineare Schaltbewegung der Schaltwelle umsetzbar bzw. umgesetzt. Bevorzugt ist die Schaltwelle somit über den Kupplungsaktuator in axialer Richtung entlang der Hauptachse verschiebbar. Insbesondere ist das Schaltelement zwischen der Grundposition und der ersten und/oder der zweiten Schaltposition linear, vorzugsweise geradlinig, bewegbar.
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In einer konkreten konstruktiven Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Getriebeabschnitt ein erstes und ein zweites Stirnrad aufweist. Insbesondere sind die beiden Stirnräder als Zahnräder ausgebildet. Im Speziellen weisen das erste und/oder das zweite Stirnrad eine Geradverzahnung oder eine Schrägverzahnung auf. Das erste und das zweite Stirnrad sind drehfest miteinander verbunden. Insbesondere sind die beiden Stirnräder koaxial auf einer gemeinsamen Getriebewelle angeordnet. Die Getriebewelle kann als eine Zahnradwelle ausgebildet sein.
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Das erste Stirnrad steht mit dem Motorritzel in Eingriff, sodass die erste Getriebestufe zwischen dem Motorritzel und dem ersten Stirnrad gebildet ist. Das zweite Stirnrad steht mit dem Verzahnungsabschnitt in Eingriff, sodass die zweite Getriebestufe zwischen dem zweiten Stirnrad und dem Verzahnungsabschnitt gebildet ist. Das erste und das zweite Stirnrad können einen unterschiedlichen Wälzkreisdurchmesser aufweisen. Im Speziellen weist das erste Stirnrad einen größeren Wälzkreisdurchmesser als das zweite Stirnrad auf.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung einen Führungsbolzen aufweist. Insbesondere ist der Führungsbolzen koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Die Schaltwelle ist auf dem Führungsbolzen in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse geradgeführt. Insbesondere ist die Schaltwelle mittels des Führungsbolzens linear zwischen den Schaltpositionen und der Grundpositionen bewegbar. Die Schaltwelle kann über ein Gleitlager auf dem Führungsbolzen gelagert sein. Im Speziellen erstreckt sich der Führungsbolzen zumindest abschnittsweise innerhalb der ersten und/oder der zweiten Federeinrichtung. Besonders bevorzugt verbleibt der Führungsbolzen während der Verschiebung der Schaltwelle stationär.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung mit der Betätigungsvorrichtung. Vorzugsweise ist die Betätigungsvorrichtung wie bereits zuvor beschrieben ausgestaltet. Die Kupplungsanordnung weist die Kupplung auf, wobei die Kupplung eine verschiebbare Schaltmuffe und einen ersten Kupplungspartner aufweist. Die Kupplung kann als eine 1-Gangschaltung ausgebildet sein. Die Schaltmuffe ist über das Schaltelement zwischen einer Leerlaufposition und einer ersten Gangposition verschiebbar. Insbesondere ist die Grundposition des Schaltelements identisch mit der Leerlaufposition der Schaltmuffe und/oder die erste Schaltposition des Schaltelements identisch mit der ersten Gangposition der Schaltmuffe. Bevorzugt ist das Schaltelement als die Schaltgabel ausgebildet, wobei zwei Schaltgabelarme die Schiebemuffe gabelförmig umfassen.
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In einem ersten Gang ist die Schaltmuffe in die erste Gangposition verschoben und mit dem ersten Kupplungspartner gekoppelt. Insbesondere ist der erste Kupplungspartner drehfest mit der Abtriebswelle verbunden, wobei in der ersten Schalt- bzw. Gangposition ein Antriebsmoment der Antriebswelle über die Schaltmuffe auf den ersten Kupplungspartner und somit die Abtriebswelle übertragen wird.
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In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kupplung als eine 2-GangSchaltung ausgebildet ist. Die Kupplung weist einen zweiten Kupplungspartner auf, wobei die Schaltmuffe über das Schaltelement zusätzlich in eine zweite Gangposition verschiebbar ist. Insbesondere ist die zweite Schaltposition des Schaltelements identisch mit der zweiten Gangposition der Schaltmuffe.
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Der erste Kupplungspartner kann als ein erstes Gangrad und/oder der zweite Kupplungspartner als ein zweites Gangrad ausgebildet sein. Das erste bzw. das zweite Gangrad tragen vorzugsweise eine Schaltverzahnung zur Kopplung mit der Schaltmuffe. Alternativ können der erste und/oder der zweite Kupplungspartner als Kupplungsbacke ausgebildet sein. Das erste bzw. das zweite Gangrad weisen hierzu vorzugsweise Klauen zur Kopplung mit der Schaltmuffe auf.
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In einem zweiten Gang ist die Schaltmuffe in die zweite Gangposition verschoben und mit dem zweiten Gangrad gekoppelt. Insbesondere ist der zweite Kupplungspartner drehfest mit der weiteren Abtriebswelle verbunden, wobei in der zweiten Schalt- bzw. Gangposition das Antriebsmoment der Antriebswelle über die Schaltmuffe auf den zweiten Kupplungspartner und somit die weitere Abtriebswelle übertragen wird.
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In einem Leerlauf ist die Schaltmuffe in der Leerlaufposition angeordnet. Dabei ist die Schaltmuffe von dem ersten und dem zweiten Kupplungspartner entkoppelt. Insbesondere erfolgt bei einer Rückführung des Schaltelements durch eine der beiden Federeinrichtungen zugleich eine Rückführung der Schaltmuffe, wobei bevorzugt die Antriebswelle von den Abtriebswellen entkoppelt bzw. getrennt wird.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert, wobei weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Figurenbeschreibung zu entnehmen sind. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Darstellung eine Kupplungsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Kupplungsanordnung 1, welche beispielsweise für ein Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Kupplungsanordnung 1 weist eine Betätigungsvorrichtung 2 und eine Kupplung 3 auf, wobei die Betätigungsvorrichtung 2 zur Betätigung der Kupplung 3 dient. Beispielsweise ist die Kupplung 3 als eine elektrisch betätigbare Synchronkupplung ausgebildet.
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Die Betätigungsvorrichtung 2 weist einen elektromechanischen Kupplungsaktuator 4 auf, wobei der Kupplungsaktuator 4 eine Schaltbewegung generiert. Der Kupplungsaktuator 4 ist über einen Getriebeabschnitt 5 mit einer Schaltwelle 6 getriebetechnisch verbunden, wobei die Schaltbewegung über den Getriebeabschnitt 5 auf die Schaltwelle 6 übertragen wird. Der Kupplungsaktuator 4 weist ein Motorritzel 7 auf, wobei der Kupplungsaktuator 4 das Motorritzel 7 zur Erzeugung der Schaltbewegung um eine Motorachse M antreibt.
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Der Getriebeabschnitt 5 weist ein erstes und ein zweites Stirnrad 8, 9 auf, wobei die beiden Stirnräder 8, 9 auf einer gemeinsamen Getriebewelle 10 angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind. Die Schaltwelle 6 ist als eine Zahnstange ausgebildet, wobei die Schaltwelle 6 hierzu einen Verzahnungsabschnitt 11 aufweist.
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Das erste Stirnrad 8 steht mit dem Motorritzel 7 in Eingriff, sodass eine erste Getriebestufe G1 als ein Stirnradgetriebe ausgebildet ist. Das zweite Stirnrad 9 steht mit dem Verzahnungsabschnitt 11 in Eingriff, sodass eine zweite Getriebestufe G2 als ein Zahnstangengetriebe ausgebildet ist. Somit kann eine rotatorische Schaltbewegung des Kupplungsaktuators 4 über den Getriebeabschnitt 5 in eine lineare Schaltbewegung umgewandelt werden.
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Der Getriebeabschnitt 5 dient zur Übersetzung eines Drehmoments des Kupplungsaktuators 4 auf die Schaltwelle 6. Dabei weist das erste Stirnrad 8 einen größeren Wälzkreisdurchmesser als das Motorritzel 7 und das zweite Stirnrad 11 einen kleineren Wälzkreisdurchmesser als das erste Stirnrad 8 auf. Somit wird das Drehmoment mithilfe der kämmenden Übersetzungsstufe der Stirnräder 8, 9 vergrößert und mittels des Verzahnungsabschnitt 11 auf die Schaltwelle 6 aufgebracht. Die Schaltwelle 6 definiert mit ihrer Längsachse eine Hauptachse H, wobei der Kupplungsaktuator 4 mit seiner Motorachse M normal zu einer Ebene durch die Hauptachse H ausgerichtet ist. Bei einer Ausführung der Schaltbewegung durch den Kupplungsaktuator, wird die Schaltwelle 6 entlang der Hauptachse H in axialer Richtung verschoben. Dabei kann die Schaltwelle 6 wahlweise entlang der Hauptachse H in zwei Richtungen verschoben werden.
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Die Betätigungsvorrichtung 2 weist einen feststehenden Führungsbolzen 12 auf, wobei die Schaltwelle 6 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H auf dem Führungsbolzen 12 geradgeführt ist. Die Schaltwelle 6 kann gleitend, zum Beispiel über ein Gleitlager, auf dem Führungsbolzen 12 gelagert sein. Der Führungsbolzen 12 ist koaxial zu der Hauptachse H angeordnet, wobei eine axiale Erstreckung des Führungsbolzens 12 größer als eine axiale Erstreckung der Schaltwelle 6 ist.
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Die Betätigungsvorrichtung 2 weist ein Schaltelement 13 auf, wobei das Schaltelement 13 fest mit der Schaltwelle 6 verbunden ist. Das Schaltelement 13 ist als eine Schaltgabel ausgebildet, wobei das Schaltelement 13 über die Schaltwelle 6 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen einer Grundposition sowie einer ersten und einer zweiten Schaltposition verschiebbar ist. Das Schaltelement 13 ist an einem axialen Ende der Schaltwelle 6 angeordnet und kann beispielsweise formschlüssig und/oder kraftschlüssig an der Schaltwelle 6 montiert sein.
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Die Kupplung 3 weist eine Schaltmuffe 14 sowie einen ersten und einen zweiten Kupplungspartner 15, 16 auf. Das als Schaltgabel ausgebildete Schaltelement 13 weist zwei Schaltgabelarme auf, welche die Schaltmuffe 14 beidseitig umgreifen. Bei einer axialen Verschiebung des Schaltelements 13, verschiebt das Schaltelement 13 zugleich die Schaltmuffe 14 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungspartner 15, 16.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 3 als eine 2-Gangschaltung ausgebildet, wobei die Schaltmuffe 14 in einem ersten Gang mit dem ersten Kupplungspartner 15 und in einem zweiten Gang mit dem zweiten Kupplungspartner 15 drehfest gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Schaltmuffe 14 über eine Antriebswelle angetrieben werden. Beispielsweise können der erste Kupplungspartner 15 mit einer Abtriebswelle und der zweite Kupplungspartner 16 mit einer weiteren Abtriebswelle drehfest verbunden sein.
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In dem ersten Gang ist die Schaltmuffe 14 in einer ersten Gangposition angeordnet, wobei somit ein Antriebsdrehmoment von der Antriebswelle über die Schaltmuffe 14 auf den ersten Kupplungspartner 15 übertragen wird. In dem zweiten Gang ist die Schaltmuffe 14 in einer zweiten Gangposition angeordnet, wobei somit ein Antriebsdrehmoment von der weiteren Antriebswelle über die Schaltmuffe 14 auf den zweiten Kupplungspartner 16 übertragen wird. In einem Leerlauf ist die Schaltmuffe 14 in einer Leerlaufposition zwischen den beiden Kupplungspartner 15, 16 angeordnet und steht mit diesen außer Eingriff, sodass die Antriebswelle von den beiden Abtriebswelten ausgekuppelt ist. Die Leerlaufposition der Schaltmuffe 14 entspricht dabei der Grundposition des Schaltelements 13.
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Um einen ersten Gang zu schalten, führt der Kupplungsaktuator 4 die Schaltbewegung aus, wobei die Schaltwelle 6 in axialer Richtung entlang der Hauptachse H verschoben wird. Dabei wird das Schaltelement 13 in die erste Schaltposition verschoben, wobei zugleich die Schaltmuffe 14 in Richtung des ersten Kupplungspartners 15 in die erste Gangposition verschoben wird. Um einen zweiten Gang zu schalten führt der Kupplungsaktuator 4 eine gegengerichtete Schaltbewegung aus, wobei die Schaltwelle 6 in einer axialen Gegenrichtung verschoben wird. Dabei wird das Schaltelement 13 in die zweite Schaltposition verschoben, wobei zugleich die Schaltmuffe 14 in Richtung des zweiten Kupplungspartners 16 in die zweite Gangposition verschoben wird.
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Zur Schaltung der Gänge wird beispielweise elektronisch ein Drehwinkel vorgegeben, welcher der jeweiligen Schaltposition des Schaltelements 13 entspricht. Der Kupplungsaktuator 4 fährt diesen Drehwinkel an und legt anschließend eine integrierte Bremse ein, sodass das Schaltelement 13 in der ersten oder der zweiten Schaltposition und somit die Schaltmuffe 14 in der entsprechenden Gangposition gehalten ist. Dadurch wird vermieden, dass der Kupplungsaktuator 4 durch ständige große Stromaufnahme hohe Temperaturen entwickelt. Die Bremse kann beispielsweise als eine elektromagnetisch betätigbare Bremse ausgebildet sein.
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Die Betätigungsvorrichtung 2 weist eine erste und eine zweite Federeinrichtung 17, 18 zur Rückführung des Schaltelements 13 auf. Die beiden Federeinrichtungen 17, 18 sind koaxial zu der Hauptachse H angeordnet, wobei sich der Führungsbolzen 12 innerhalb der ersten und der zweiten Federeinrichtung 17, 18 erstreckt. Die Schaltwelle 6 ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zwischen den beiden Federeinrichtungen 17, 18 angeordnet, wobei die erste Federeinrichtung 17 einerseits und die zweite Federeinrichtung 18 andererseits an der Schaltwelle 6 anliegen. Die beiden Federeinrichtungen 17, 18 sind jeweils als eine Schraubenfeder ausgebildet, wobei die beiden Federeinrichtungen 17, 18 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H elastisch verformbar sind.
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Bei einer Überführung des Schaltelements 13 von der Grundposition in die erste Schaltposition wird die erste Federeinrichtung 17 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zusammengedrückt, wobei eine auf die Schaltwelle 6 wirkende erste Federkraft F1 der ersten Federeinrichtung 17 erhöht wird. Bei einer Überführung des Schaltelements 13 von der Grundposition in die zweite Schaltposition wird die zweite Federeinrichtung 18 in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse H zusammengedrückt, wobei eine auf die Schaltwelle 6 wirkende zweite Federkraft F2 der zweiten Federeinrichtung 18 erhöht wird. Durch die in den Kupplungsaktuator 4 integrierte Bremse wird das Schaltelement 13 in der ersten oder zweiten Schaltposition entgegen der jeweiligen wirkenden Federkraft F1, F2 gehalten. In der Grundposition ist das Schaltelement 13 durch die beiden Federeinrichtungen 17, 18 zentriert, wobei die erste und die zweite Federkraft F1, F2 gleich groß sind.
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Die Rückführung des Schaltelements 6 in die Grundposition durch die Federeinrichtungen 17, 18 wird immer dann eingeleitet, wenn weder der Kupplungsaktuator 4 noch dessen Bremse betätigt ist. Dadurch wird im Falle einer Systemstörung oder bei einem Stromausfall des Kupplungsaktuators 4, die Rückführung des Schaltelements 13 und somit der Schaltmuffe 14 von der ersten oder der zweiten Gangposition in die Leerlaufposition jederzeit sichergestellt. Somit kann gewährleistet werden, dass in dem ersten oder dem zweiten Gang die beiden eingekuppelten Wellen zuverlässig voneinander getrennt bzw. aus gekoppelt werden bzw. die Schaltmuffe 14 in die Leerlaufposition überführt wird. Dabei ist der Getriebeabschnitt 5 so ausgeführt, dass bei der Rückführung des Schaltelements 6 keine Selbsthemmung entstehen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsanordnung
- 2
- Betätigungsvorrichtung
- 3
- Kupplung
- 4
- Kupplungsaktuator
- 5
- Getriebeabschnitt
- 6
- Schaltwelle
- 7
- Motorritzel
- 8
- erstes Stirnrad
- 9
- zweite Stirnrad
- 10
- Getriebewelle
- 11
- Verzahnungsabschnitt
- 12
- Führungsbolzen
- 13
- Schaltelement
- 14
- Schaltmuffe
- 15
- erster Kupplungspartner
- 16
- zweiter Kupplungspartner
- 17
- erste Federeinrichtung
- 18
- zweite Federeinrichtung
- G1
- erste Getriebestufe
- G2
- zweite Getriebestufe
- H
- Hauptachse
- M
- Motorachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206493 A1 [0003]
