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Die Anmeldung betrifft eine Schaltvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2014 217 066 A1 ist eine Kupplung für einen zuschaltbaren Allradantrieb bekannt, bei welchem zwei fluchtende Antriebswellen durch ein Kupplungsteil, welches eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen ermöglicht, miteinander verbunden werden. Die Kupplung weist ein Schaltelement in Form einer Schaltgabel auf, mit welchem ein in axialer Richtung verschiebbares Kupplungsteil derart verschoben wird, dass die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Antriebswellen hergestellt wird.
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Aus der WO 2011/ 098 595 A1 ist eine Kopplungsanordnung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche mindestens eine Kupplung umfasst, die an einer rotierenden Welle angeordnet ist, um die rotierende Welle wahlweise mit einem Antriebselement des Antriebsstrangs zu koppeln. Die Kopplungsanordnung umfasst ferner wenigstens eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung der Kupplung. Die Betätigungseinrichtung ist dazu ausgebildet, wahlweise einen Eingriffsabschnitt mit einem mit der Welle rotierenden Gewindeabschnitt in Eingriff zu bringen, um eine Relativbewegung des Eingriffsabschnitts und des Gewindeabschnitts in Richtung der Achse der rotierenden Welle zu bewirken und die Kupplung hierdurch in axialer Richtung zu betätigen.
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Die
GB 1 145 950 A zeigt eine elektromechanisch betreibbare Kopplungseinrichtung.
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Die
DE 10 2014 226 578 A1 zeigt eine Kopplungsvorrichtung zum Koppeln/Entkoppeln einer Drehbewegung einer ersten Welle und einer zweiten Welle eines Kraftfahrzeugs, welche ein Schaltelement, das drehfest und axial zwischen einer Koppel-Position und einer Entkoppel-Position verschiebbar auf der ersten Welle angeordnet ist, und eine Stelleinrichtung, welche ein um eine Drehachse zumindest zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung drehbar gelagertes Stellelement mit einem Exzenterabschnitt, und ein elastisches Rückstellelement zum Verschieben des Schaltelements zwischen der Koppel-Position und der Entkoppel-Position aufweist, umfasst. Das Schaltelement ist zwischen dem elastischen Rückstellelement und dem Exzenterabschnitt angeordnet, wobei das elastische Rückstellelement dazu eingerichtet ist, das Schaltelement in Richtung des Exzenterabschnitts zu drücken, um das Schaltelement in eine Position ausgewählt aus der Koppel- und der Entkoppel-Position zu verschieben. In der ersten Stellung des Stellelements wird das Schaltelement mittels des elastischen Rückstellelements in der einen Position gehalten, und in der zweiten Stellung des Stellelements wird das Schaltelement durch einen Abschnitt einer Betätigungsfläche des Exzenterabschnitts gegen eine von dem elastischen Rückstellelement ausgeübte Kraft in der anderen Position gehalten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine verbesserte Schaltvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Entsprechend wird die Aufgabe gelöst durch eine Schaltvorrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Gehäuse, in dem eine erste und eine zweite Antriebswelle drehbar gelagert sind, wobei die erste und zweite Antriebswelle koaxial zueinander angeordnet sind, so dass sie eine gemeinsame Rotationsachse aufweisen, und eine schaltbare Kupplungseinrichtung, die zwischen der ersten und der zweiten Antriebswelle angeordnet ist, wobei die Kupplungseinrichtung eine geöffnete Schaltstellung aufweist, in der die erste Antriebswelle gegenüber der zweiten Antriebswelle frei drehbar ist, und die Kupplungseinrichtung eine geschlossene Schaltstellung aufweist, in der die erste Antriebswelle drehfest über die Kupplungseinrichtung mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist, wobei die Kupplungseinrichtung ein in Richtung der Rotationsachse unverschiebbares Kupplungselement und ein in Richtung der Rotationsachse mittels eines Steuerelements verschiebbares Kupplungselement umfasst, wobei das verschiebbare Kupplungselement durch eine Stellkraft eines ersten Federelements von der geöffneten in die geschlossene Schaltstellung bewegbar ist, wobei das verschiebbare Kupplungselement durch eine Steuerkraftkraft des Steuerelements entgegen der Federkraft des ersten Federelements in eine Verstellposition verschiebbar ist, wobei das Steuerelement dazu eingerichtet ist, während der Übertragung der Steuerkraft von dem Steuerelement auf das verschiebbare Kupplungselement eine genau einseitige Lagerung in Richtung der Rotationsachse für das verschiebbare Kupplungselement zu bilden, so dass das verschiebbare Kupplungselement während der Übertragung der Steuerkraft derart verschiebbar gelagert ist, dass eine Verschiebebewegung von der Verstellposition bis in die Position der geöffneten Schaltstellung möglich ist.
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Durch das erste Federelement kann die zwischen den beiden Kupplungselementen wirkende Kraft vereinfacht eingestellt werden, ohne dass eine aufwendige Sensorik benötigt wird. Ferner kann damit ein ggf. durch Bauteiltoleranzen vorhandenes Spiel zwischen diversen Komponenten der Schaltvorrichtung, beispielsweise zwischen dem Steuerelement und dem verschiebbaren Kupplungselement, oder auch ein Spiel eines die Steuereinrichtung antreibenden Aktuators ausgeglichen werden. Durch die Anordnung des ersten Federelements gemäß dieser Anmeldung auf der Seite des verschiebbaren Kupplungselements kann auf weitere federnde und/oder dämpfende Lagerungsmittel für Komponenten der Kupplungseinrichtung verzichtet werden, wodurch ein vereinfachter Aufbau ermöglicht wird.
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Dadurch, dass die Stellkraft für eine Verschiebung des verschiebbaren Kraftübertragungselements von der geöffneten in die geschlossene Schaltstellung vollständig von dem ersten Federelement bereitgestellt werden kann, kann auf zusätzliche Antriebseinheiten verzichtet werden.
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Die Steuerkraft des Steuerelements wirkt der Federkraft entgegen, so dass nur eine einseitige Lagerung des verschiebbaren Kupplungselements in Richtung der Rotationsachse durch das Steuerelement erforderlich ist. Die Steuereinrichtung kann damit auf einfache Weise derart gegen die Stellkraft des Federelements wirken, dass das verschiebbare Kraftübertragungselement von der geschlossenen in die geöffnete Schaltstellung bewegt werden kann. Durch die lediglich einseitige Lagerung des verschiebbaren Kupplungselements ist eine freie Bewegung unter Wirkung des ersten Federelements zwischen der durch das Steuerelement eingestellt Verstellposition und der geöffneten Schaltstellung möglich. Dadurch kann unabhängig von der Verstellposition eine federnde Lagerung des verschiebbaren Kupplungselements 8 erreicht werden, die nicht nur beim Einkuppelvorgang, also bei der Verstellbewegung von der geöffneten in die geschlossene Schaltstellung, sondern auch beim Auskuppelvorgang aufrechterhalten wird.
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Das erste Federelement im Sinne dieser Anmeldung muss dabei nicht zwangsläufig unmittelbar an dem verschiebbaren Kupplungselement anliegen; zwischen diesen Komponenten und dem ersten Federelement können noch weitere Bauteile, beispielsweise ein Lager oder ein Kraftübertragungselement, zwischengeschaltet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungseinrichtung durch eine Klauenkupplung gebildet. Das erste Federelement kann in besonders vorteilhafter Art und Weise mit einer Klauenkupplung zusammenwirken. Bei dieser Kupplungsart werden die Kupplungselemente durch Klauenkupplungselemente gebildet. Um die Klauenkupplung von der geöffneten Schaltstellung in die geschlossene Schaltstellung zu schalten, müssen die Klauen des einen Kupplungselements in einen Zwischenraum, der durch die Klauen des jeweils anderen Kupplungselements gebildet ist, eingreifen. Durch das Federelement wird während des Schaltvorgangs eine abfedernde Wirkung erzielt, die sich vorteilhaft auf die Betriebsdauer und Betriebsfestigkeit der Schaltvorrichtung auswirkt.
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Beim Bewegen des verschiebbaren Kupplungselements in Richtung der Rotationsachse zu dem unverschiebbaren Kupplungselement kann es vorkommen, dass die Klauen nicht synchronisiert sind, also ein formschlüssiger Eingriff noch nicht möglich ist. Durch das erste Federelement kann in einem noch nicht synchronisierten Zustand oder auch bei einer zu hohen Relativgeschwindigkeit der beiden Kupplungselemente zueinander in vorteilhafter Weise eine Abweisfunktion realisiert werden. Durch das erste Federelement kann in solche einem Zustand die durch das Steuerelement auf das verschiebbare Kupplungselement wirkende Energie aufgenommen werden, bis ein geeigneter Zustand zum Koppeln des unverschiebbaren mit dem verschiebbaren Kupplungselement erreicht ist. Sobald die beiden Kupplungselemente synchronisiert sind, wird die in dem ersten Federelement gespeicherte Energie wieder abgegeben und das verschiebbare Kupplungselement vollständig in die geschlossene Schaltstellung gebracht. Somit kann auf eine Steuerung bzw. Regelung eines den Antrieb antreibenden Aktuators verzichtet werden, was beispielsweise eine zusätzliche Sensoreinrichtung erfordern würde. Das erste Federelement ermöglicht in dieser Konfiguration also einen konstruktiv einfachen Aufbau mit dem ein zuverlässiges Schalten in die geschlossene Schaltstellung ermöglicht wird. Auch Schläge oder Vibrationen, die während des Einkuppelvorgangs auf das verschiebbare Kupplungselement einwirken, können durch das erste Federelement aufgenommen werden und wirken nicht auf weitere Elemente wie beispielsweise den Aktuator, so dass die Funktionssicherheit dadurch ebenfalls erhöht wird.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Verstellposition des verschiebbaren Kupplungselements eine beliebige Position von der Position in der geschlossenen bis in die geöffnete Schaltstellung sein kann. Damit kann das verschiebbare Kupplungselement auch in Zwischenstellungen zwischen der geöffneten und der geschlossenen Schaltstellung unter Wirkung der Federkraft positioniert werden. Es ist so beispielsweise ein Einkuppeln mit einer kontrollierten Verschiebegeschwindigkeit des verschiebbaren Kupplungselements möglich, wobei etwaige Schläge, Vibrationen oder eine noch nicht vorherrschende Synchronisation der Kupplungselemente durch das erste Federelement kompensiert werden können. Dies führt zu einer Verbesserung der Systemzuverlässigkeitseigenschaften der Schaltvorrichtung, insbesondere der Lebensdauer.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Steuerelement und das verschiebbare Kupplungselement in der geschlossenen Schaltstellung nicht miteinander in Wirkverbindung stehen. Wenn zwischen dem Steuerelement und dem verschiebbaren Kupplungselement keine Wirkverbindung besteht, bedeutet das im Sinne der vorliegenden Anmeldung, dass weder mittelbar noch unmittelbar eine Steuerkraft von dem Steuerelement auf das verschiebbare Kupplungselement übertragen wird. Durch die Entkopplung des Steuerelements von dem verschiebbaren Kupplungselement kann erstens erreicht werden, dass das verschiebbare Kupplungselement ungehindert durch die Federkraft des Federelements in der geschlossenen Schaltstellung gesichert ist. Zweitens können etwaige Vibrationen der Kupplungseinrichtung nicht oder nur im geringen Maße auf das Steuerelement übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein separater Aktuator vorgesehen, über den das Steuerelement zur Erzeugung der Steuerkraft antreibbar ist. Die Verstellposition des verschiebbaren Kupplungselements kann so unabhängig von dem Betriebszustand, beispielsweise von der Drehzahl der ersten und/oder zweiten Antriebswelle, exakt eingestellt werden.
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Es wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, dass das verschiebbare Kupplungselement eine in Bezug auf die Rotationsachse rotationssymmetrische Steuerkontur aufweist, über die die Steuerkraft des Steuerelements ohne einen Kraftfluss über das erste Federelement auf das verschiebbare Kupplungselement übertragbar ist. Es kann so ein besonders einfacher Aufbau der Schaltvorrichtung erreicht werden.
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Alternativ zu der erfindungsgemäßen Steuerkontur an dem verschiebbaren Kupplungselements kann ein erfindungsgemäßes Kraftübertragungselement vorgesehen sein, das gegenüber dem verschiebbaren Kupplungselement über ein Wälzlager gelagert ist, wobei das Kraftübertragungselement eine Steuerkontur aufweist, über die die Steuerkraft des Steuerelements ohne einen Kraftfluss über das erste Federelement auf das verschiebbare Kupplungselement übertragbar ist. Die Steuerkontur kann durch das Wälzlager von der Rotationsbewegung des verschiebbaren Kupplungselements entkoppelt werden, so dass die Steuerkontur nicht umlaufend und rotationssymmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse ausgeführt sein muss.
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Durch die Anordnung der Steuerkontur an dem verschiebbaren Kupplungselement oder an der Kraftübertragungseinrichtung kann die Steuerkraft des Steuerelements beim Schalten von der geschlossenen Schaltstellung in die geöffnete Schaltstellung ohne einen Kraftfluss über das erste Federelement auf das verschiebbare Kupplungselement übertragen werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Steuerkräfte des Antriebs auf das verschiebbare Kupplungselement beim Schalten in die geöffnete Schaltstellung ohne die Zwischenschaltung von Feder- und/oder Dämpfungselementen vorzunehmen, da so ein verzögerungsfreies Entkuppeln möglich ist.
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Vorzugsweise ist eine Sicherungseinrichtung zum Sichern des verschiebbaren Kraftübertragungselements in der geöffneten Schaltposition vorgesehen. Das verschiebbare Kupplungselement kann so in der geöffneten Schaltstellung gehalten werden, ohne dass das Steuerelement eine Steuerkraft auf das verschiebbare Kupplungselement ausüben muss.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Sicherungseinrichtung ein Sicherungselement und ein zweites Federelement umfasst, wobei durch eine Federkraft des zweiten Federelements das Sicherungselement in eine Sicherungsstellung bewegbar ist, in der das verschiebbare Kupplungselement in der geöffneten Schaltstellung gesichert ist. Das zweite Federelement bietet den Vorteil, dass das Sicherungselement durch dessen Federkraft in eine Sicherungsstellung verbracht werden kann, in der das verschiebbare Kupplungselement vorzugsweise durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Steuerelement in der geöffneten Schaltstellung gehalten wird. Ferner wird durch die Federkraft des zweiten Federelements das Sicherungselement in der Sicherungsposition gesichert, so dass ein unbeabsichtigtes Deaktivieren der Sicherungseinrichtung verhindert werden kann.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Steuerelement dazu eingerichtet ist, die Sicherungseinrichtung zu steuern. Auf weitere Komponenten zur Steuerung der Sicherungseinrichtung kann damit verzichtet werden. Vorzugsweise wird das dadurch realisiert, dass das Steuerelement dazu eingerichtet ist, das Sicherungselement entgegen der Federkraft des zweiten Federelements mitzunehmen. Weiter vorzugsweise erfolgt dies durch einen Mitnehmer bei einer ohnehin zur Steuerung des verschiebbaren Kupplungselements vorzunehmenden Steuerbewegung.
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Die Anmeldung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Schaltvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Schnittansicht einer Schaltvorrichtung gemäß einem zweiten Ausfü h ru ngsbeispiel;
- 3 eine Schnittansicht einer Schaltvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 4 eine schematische Schnittansicht einer Schaltvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und
- 5 eine Schnittansicht einer Schaltvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
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In 1 ist eine Schaltvorrichtung 1 mit einer ersten Antriebswelle 3 und einer zweiten Antriebswelle 4 dargestellt, die über eine Kupplungseinrichtung 6 drehfest miteinander verbindbar sind.
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Die zweite Antriebswelle 4 umfasst zwei Teilwellen, die über eine Verzahnung 18 (siehe 2) drehfest miteinander verbunden sind. Die zweite Antriebswelle 4 ist an einem Ende in einer Aufnahme 19 der ersten Antriebswelle 3 gelagert und über ein Kugellager 20 gegenüber einem Gehäuse 2. Die erste Antriebswelle 3 ist innerhalb des Gehäuses 2 durch ein Kugellager 21 gelagert und durch einen Fortsatz der zweiten Antriebswelle 4, der in die Aufnahme 19 der ersten Antriebswelle 3 hineinragt. Die erste und die zweite Antriebswellen 3 und 4 sind koaxial zueinander ausgerichtet und rotieren daher um eine gemeinsame Rotationsachse 5.
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Jeweils ein Ende der ersten und zweiten Antriebswelle 3 und 4 ragt aus dem Gehäuse 2 heraus. Im montierten Zustand kann die erste Antriebswelle 3 dann beispielsweise mit einem Differentialgetriebe drehfest verbunden sein und die zweite Antriebswelle 4 beispielsweise mit einem Antriebsrad, oder umgekehrt. An den einander zugewandten Enden der ersten und zweiten Antriebswelle 3 und 4 ist die Kupplungseinrichtung 6 vorgesehen, die ein der ersten Antriebswelle 3 zugeordnetes unverschiebbares Kupplungselement 7 sowie ein der zweiten Antriebswelle 4 zugeordnetes verschiebbares Kupplungselement 8 umfasst. Die Kupplungseinrichtung 6 kann in eine geöffnete Schaltstellung geschaltet werden, in der die erste Antriebswelle 3 und die zweite Antriebswelle 4 nicht drehfest miteinander verbunden sind. Ferner kann die Kupplungseinrichtung 6 in eine geschlossene Schaltstellung geschaltet werden, in der die erste Antriebswelle 3 drehfest mit der zweiten Antriebswelle 4 verbunden ist.
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Die Steuerung der Kupplungseinrichtung 6 erfolgt mittels eines Steuerelements 9, das eine Steuerfläche 25 aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit einer Steuerkontur 17 eines Kraftübertragungselements 13 zusammenzuwirken.
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Das Kraftübertragungselement 13 ist gegenüber dem Gehäuse 2 in Richtung der Rotationsachse 5 verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebebewegung unter der Wirkung eines ersten Federelements 11 erfolgt. Das erste Federelement 11 ist derart ausgerichtet, dass dessen Stellkraft das Kraftübertragungselement 13 in Richtung des unverschiebbaren Kupplungselements 7 bewegt.
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Das Kraftübertragungselement 13 ist über ein Wälzlager 10 mit dem verschiebbaren Kupplungselement 8 in Richtung der Rotationsachse 5 verbunden, so dass eine Verschiebung des Kraftübertragungselements 13 auch eine Verschiebung des verschiebbaren Kupplungselements 8 bewirkt. Mittels der Stellkraft des ersten Federelements 11 kann das verschiebbare Kupplungselement 8 über das Kraftübertragungselement 13 vollständig von der geöffneten in die geschlossene Schaltstellung bewegt werden.
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Die Steuerkraft des Steuerelements 9 kann der Stellkraft des ersten Federelements 11 entgegenwirken, so dass das verschiebbare Kupplungselement 8 durch das Kraftübertragungselement 13 von der geschlossenen in die geöffnete Schaltstellung bewegbar ist.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 befindet sich die als Klauenkupplung ausgeführte Kupplungseinrichtung 6 in der geschlossenen Schaltstellung, so dass die Klauen 24 der beiden Kupplungselemente 7 und 8 miteinander in Eingriff stehen. In dieser Schaltstellung wirkt keine Steuerkraft des Steuerelements 9 auf das Kraftübertragungselement 13, so dass das verschiebbare Kupplungselement 8 von dem Steuerelement 9 entkoppelt ist. Wie in 1 dargestellt stehen die Steuerfläche 25 und die Steuerkontur 17 in dieser Schaltstellung nicht miteinander in Kontakt. Alternativ kann die Steuerfläche 25 auch an der Steuerkontur 17 anliegen, ohne dass eine Steuerkraft übertragen wird.
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Das Steuerelement 9 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel als Nockenwelle ausgeführt, die um eine Rotationsachse 26 rotiert. Weiterhin ist ein separater Aktuator 16 vorgesehen, über den die Nockenwelle antreibbar ist.
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Alternativ kann das Steuerelement 9 auch durch ein linear verschiebbares Steuerelement 9a gebildet sind, das beispielhaft in 1 dargestellt ist. Auch das verschiebbare Steuerelement 9a ist durch einen separaten Aktuator 16 antriebbar, wobei dieser dann vorzugsweise durch einen Linearantrieb gebildet ist.
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Das Wälzlager 10 ist gegenüber dem Kraftübertragungselement 13 und dem verschiebbaren Kupplungselement 8 in Richtung der Rotationsachse 5 unbeweglich belagert. Zur verschiebbaren Lagerung des Kraftübertragungselements 13 gegenüber dem Gehäuse 2 ist ein Lagerelement 22 vorgesehen, das parallel zu der Rotationsachse 5 ausgerichtet ist. Das Lagerelement 22 ist vorzugsweise durch einen Stift gebildet, der unbeweglich in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Das Kraftübertragungselement 13 weist eine Aufnahme 23 für das Lagerelement 22 auf, sodass eine verschiebbare Bewegung des Steuerelements 9 in Richtung der Rotationsachse 5 gegenüber dem Kraftübertragungselement 13 ermöglicht wird. Die Aufnahme 23 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass das Kraftübertragungselement 13 in tangentialer Richtung in Bezug auf die Rotationsachse 5 gesichert ist, also nicht verdreht werden kann. Dies ist vorteilhaft, weil trotz des Wälzlagers 10 bei einer Rotation des verschiebbaren Kupplungselements 8 ein Drehmoment um die Rotationsachse 5 auf das Kraftübertragungselement 13 wirken kann.
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Das erste Federelement 11 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel als Spiralfeder ausgeführt, die das Lagerelement 22 umgibt. Eine erste Stirnseite des ersten Federelements 11 ist in Richtung der Rotationsachse 5 an dem Kraftübertragungselement 13 abgestützt, während eine zweite Stirnseite an dem Gehäuse 2 abgestützt ist.
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Bei einer Verstellbewegung des Steuerelements 9 durch den Aktuator 16 bewirkt die Steuerfläche 25 eine derartige Steuerkraft entgegen der Stellkraft des ersten Federelements 11, dass das Kraftübertragungselement 13 von dem unverschiebbaren Kupplungselement 7 wegbewegt wird. Durch diese Bewegung wird das verstellbare Kupplungselement 8 ebenfalls weg von dem unverschiebbaren Kupplungselement 7 bis in die geöffnete Schaltstellung bewegt. Die Übertragung der Steuerkraft von dem Steuerelement 9 erfolgt über das Kraftübertragungselement 13 und das Wälzlager 10 auf das verschiebbare Kupplungselement 8.
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Das Steuerelement 9 lagert das verschiebbare Kupplungselement 8 über das Kraftübertragungselement 13 genau einseitig in Richtung der Rotationsachse 5, so dass die Steuerkraft entgegen der Stellkraft des ersten Federelements 11 auf das verschiebbare Kraftübertragungselement 8 wirken kann. Ferner bewirkt die genau einseitige Lagerung, dass das Kraftübertragungselement 13 durch die Stellkraft des ersten Federelements 11 an der Steuerfläche 25 anliegt, so dass durch das Steuerelement 9 eine beliebige Verstellposition des verschiebbaren Kraftübertragungselements 8 eingestellt werden kann. Weiterhin wird durch die lediglich einseitige Lagerung bewirkt, dass das Kraftübertragungselement 13 in die durch das Steuerelement 9 eingestellte Verstellposition, die eine Sollposition für das verschiebbare Kupplungselement 8 definiert, verschiebbar ist. Die Verstellposition kann auch eine Endposition in der geöffneten Schaltstellung sein.
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In der geöffneten Schaltstellung gelangt das verschiebbare Steuerelement 8 an einem Anschlag 28 zur Anlage, der vorzugsweise auch ein elastisches Element, beispielsweise einen Gummipuffer, umfassen kann.
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Eine Verschiebebewegung entgegen der Stellkraft des ersten Federelements 11 in einem Bewegungsumfang von der Verstellposition bis maximal in die geöffnete Schaltstellung ist aber nur dann möglich, wenn eine entgegen der Stellkraft des ersten Federelements 11 wirkende Störkraft, betragsmäßig die Stellkraft übersteigt. Auf diese Weise können im Betrieb auftretende Störkräfte, beispielsweise hervorgerufen durch Vibrationen oder durch den Vorgang des Ein- oder Entkuppelns, durch das erste Federelement 11 kompensiert werden.
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Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen gemäß den 2 bis 5 wird nur noch auf die sich in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel ergebenden Abweichungen bzw. zusätzlichen Merkmale eingegangen.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist das Kraftübertragungselement 13 im Detail dargestellt. Das Kraftübertragungselement 13 weist eine Steuerkontur 17 auf, die von dem verschiebbaren Kupplungselement 8 in Richtung der Rotationsachse 5 beabstandet ist. Ferner ist in 2 das Lagerelement 22 in Richtung der Rotationsachse 5 gegenüber dem Kraftübertragungselement 13 unverschiebbar gelagert. Die Aufnahme 23 zur verschiebbaren Lagerung des Lagerelements 22 ist daher dem Gehäuse 2 zugeordnet.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem verschiebbaren Kupplungselement 8 in der geschlossen Schaltstellung. Ein Außenring des Wälzlagers wird dabei durch einen Abschnitt des Kraftübertragungselements 13 gebildet. In der geöffneten Schaltstellung gelangt das verschiebbare Kupplungselement 8 an einem durch einen Vorsprung der zweiten Antriebswelle 4 gebildeten Anschlag 28 zur Anlage, so dass es durch das Steuerelement 9 in einer vordefinierten Endposition gehalten werden kann.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung 1 ohne ein Kraftübertragungselement 13. Die Steuerkraft des Steuerelements 9 wird bei dieser Ausführungsform von der Steuerfläche 25 auf die Steuerkontur 17 des verschiebbaren Kupplungselements 8 übertragen. Die Steuerkontur 17 ist dann in Bezug auf die Rotationsachse 5 rotationssymmetrisch und vollständig umlaufend ausgeführt. Das Steuerelement 9 ist in diesem Fall in eine Linearrichtung verstellbar, die vorzugsweise orthogonal zur Rotationsachse 5 ausgerichtet ist, wobei als Antrieb ein Aktuator 16 in Form eines Linearantriebs vorgesehen ist. Selbstverständlich kann das Steuerelement 9 alternativ auch durch die aus den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 3 bekannten Nockenwellen gebildet sein.
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Das erste Federelement 11 liegt bei der Ausführungsform gemäß 4 mit dem ersten Ende an einer Stirnseite des verschiebbare Kupplungselements 8 an und ist an dem zweiten Ende in Richtung der Rotationsachse 5 gegenüber der zweiten Antriebswelle 4 abgestützt.
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Ferner weist das verschiebbare Kupplungselement 8 zusätzlich eine Sicherungseinrichtung 14 auf umfassend ein Sicherungselement 16 und ein zweites Federelement 12. Das verschiebbare Kupplungselement 8 umfasst eine Einrastkontur 27 zur Aufnahme des Sicherungselements 15, wenn sich das verschiebbare Kupplungselement 8 in der geöffneten Schaltstellung befindet. Das zweite Federelement 12 bewirkt eine Verstellbewegung des Sicherungselements 15 in Richtung des verschiebbare Kupplungselements 8. Wie in 4 dargestellt greift das Sicherungselement 15 in der geschlossenen Schaltstellung nicht in die Einrastkontur 27 ein; die Sicherungseinrichtung 14 ist also noch deaktiviert.
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Das Sicherungselement 15 gleitet bei einer Verstellbewegung von der geschlossenen in die geöffnete Schaltstellung über eine Oberfläche des verschiebbaren Kupplungselements 8 bis es in der geöffneten Schaltposition durch die Federkraft des zweiten Federelements 12 in die Einrastkontur 27 einrastet.
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Das in die Einrastkontur 27 eingreifende Sicherungselement 15 mit der Kupplungseinrichtung 6 in der geöffneten Schaltstellung ist in 5 dargestellt. Wenn das Sicherungselement 15 in die Einrastkontur 27 hineinragt, ist das verschiebbare Kupplungselement 8 in Richtung der Rotationsachse 5 gesichert, so dass durch die Stellkraft des ersten Federelements 11 keine Verschiebebewegung mehr bewirkt werden kann. Des Weiteren muss auch das Steuerelement 9 keine Steuerkraft mehr auf das verschiebbare Kupplungselement 8 ausüben, um es in der geöffneten Schaltstellung zu halten.
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Zum Lösen des Sicherungselements 15 ist das Steuerelement 9 dazu eingerichtet, das Sicherungselement 15 entgegen der Federkraft des zweiten Federelements 12 zu bewegen; es wird so durch das Steuerelement 9 aus der Einrastkontur 27 bewegt. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine ohnehin von dem Steuerelement 9 zu vollziehenden Steuerbewegung zur Steuerung des verschiebbaren Kupplungselements 8, beispielsweise durch eine Bewegung weg von dem verschiebbaren Kupplungselement 8 in eine Richtung orthogonal zu der Rotationsachse 5.
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Selbstverständlich kann die Sicherungseinrichtung 14 aus den 4 und 5 auch bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 mit dem Kraftübertragungselement 13 zur Anwendung kommen. Die Einrastkontur ist dann vorzugsweise an dem Kraftübertragungselement 13 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- erste Antriebswelle
- 4
- zweite Antriebswelle
- 5
- Rotationsachse
- 6
- Kupplungseinrichtung
- 7
- unverschiebbares Kupplungselement
- 8
- verschiebbares Kupplungselement
- 9
- Steuerelement
- 9a
- Steuerelement
- 10
- Wälzlager
- 11
- erstes Federelement
- 12
- zweites Federelement
- 13
- Kraftübertragungselement
- 14
- Sicherungseinrichtung
- 15
- Sicherungselement
- 16
- Aktuator
- 17
- Steuerkontur
- 18
- Verzahnung
- 19
- Aufnahme
- 20
- Kugellager
- 21
- Kugellager
- 22
- Lagerelement
- 23
- Aufnahme (für Lagerelement)
- 24
- Klauen
- 25
- Steuerfläche
- 26
- Rotationsachse (der Nockenwelle)
- 27
- Einrastkontur
- 28
- Anschlag
