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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung mit einer Welle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Getriebevorrichtungen mit einer Welle und einem sogenannten Sonderschaltelement sind soweit aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
DE 21 57 153 A und der
EP 2 302 245 B1 , bekannt. So beschreibt insbesondere die gattungsgemäße Patentschrift
DE 10 2004 049 274 B4 der Anmelderin eine solche spezielle Schaltvorrichtung, welche dort zweiteilig ausgeführt ist. Die Teile sind in axialer Richtung der Welle miteinander verbunden und eines der Teile ist über einen Gleichlaufkörper mit der Welle drehfest verbunden. Damit ergeben sich bei der Schaltvorrichtung aus der Patentschrift alle Merkmale aus dem Oberbegriff des geltenden Hauptanspruchs.
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In der Praxis ist es nun häufig so, dass nicht bei allen Getrieben alle Gangstufen konstruktiv verbaut werden. Wird ein Getriebe modifiziert, indem lediglich eine der Gangstufen, beispielsweise die schnellste Übersetzung, als der höchste Gang, weggelassen wird, dann kann sich häufig das Problem ergeben, dass die bisher eingesetzten Schaltelemente zwar weiterhin genutzt werden können, jedoch vergleichsweise viel Bauraum benötigen, da diese nunmehr nur noch einen Teil ihrer Funktionalität erfüllen müssen. So können beispielsweise zwei Schaltelemente mit zwei Schaltgabeln vorhanden sein, welche beide lediglich in eine axiale Richtung bewegt werden. Dies ist hinsichtlich der benötigten Bauteile, des Platzbedarfs und des Gewichts nachteilig. Außerdem ist es ein entscheidender Nachteil, dass bei derartigen Aufbauten mehr Aktuatoren zur Realisierung der gewünschten Schaltungen benötigt werden, als eigentlich notwendig.
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Aus diesem Grund ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Getriebevorrichtung mit einem derartigen Sonderschaltelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches eine hohe Flexibilität bei guter Ausnutzung des verfügbaren Bauraums gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Getriebevorrichtung mit einer Welle gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Getriebevorrichtung nutzt das in Axialrichtung der Welle verschiebbliche Schaltelement nun ähnlich wie im gattungsgemäßen Stand der Technik in der Art, dass das Schaltelement durch eine Durchführung im ersten Losrad hindurchgreift und auf beiden Seiten des Losrades, durch welches es hindurchgreift, eine Schaltverzahnung aufweist. Die Getriebevorrichtung gemäß der Erfindung nutzt das durch eines der Losräder hindurchgreifende Schaltelement dabei in der Art, dass dieses zwei drehfeste Schaltverzahnungen aufweist, welche bei Bedarf die beiden Losräder miteinander oder eines der Losräder mit der Welle drehfest koppeln können.
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Unter einer Schaltverzahnung im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist eine Verzahnung zu verstehen, welche als Verzahnung eines Losrads mit einer korrespondierenden Schaltverzahnung eines Schaltelements in Eingriff gebracht werden kann. Das Schaltelement selbst kann dabei axial verschiebbar angeordnet sein. Die schaltelementseitige Schaltverzahnung und die zahnradseitige Schaltverzahnung sind koaxial zueinander angeordnet.
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Unter einer drehfesten Verbindung ist dabei eine Verbindung zwischen zwei drehbar gelagerten und koaxial zueinander angeordneten Elemente zu verstehen, welche so miteinander verbunden bzw. drehfest zueinander angeordnet sind, dass sie aufgrund ihrer Verbindung mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit umlaufen bzw. drehen.
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Sowohl die axiale Richtung als auch die radiale Richtung bezieht sich dabei immer auf die Drehachse der Getriebevorrichtung, hier also insbesondere die Drehachse der Welle. Axial benachbart zueinander angeordnete Elemente bedeutet dabei, dass kein weiteres gleichartiges Element zwischen diesen beiden angeordnet ist. Die beiden axial benachbart zueinander angeordneten Losräder haben also kein weiteres Zahnrad, insbesondere kein weiteres Losrad zwischen sich.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist es dabei so, dass die mindestens eine Durchführung durch das erste Losrad radial innerhalb der ersten Gangverzahnung angeordnet ist. Dies gewährleistet einen kompakten Aufbau, welcher es ermöglicht, dass das Schaltelement radial innerhalb der Gangverzahnung des ersten Losrades durch dieses hindurchgreifen kann. Radial innerhalb ist dabei im Sinne der Erfindung immer so zu verstehen, dass ein Referenzpunkt, auf welchen sich das radial innerhalb bezieht, in einem Bereich mit größerem Radius bezüglich einer Drehachse angeordnet ist, als das radial innerhalb liegende Element. Es liegt also in einem Bereich kleineren Radius und damit umfangsseitig innen zu dem die Gangverzahnung tragenden Element.
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Unter einer Gangverzahnung ist dabei diejenige Verzahnung eines Losrades zu verstehen, welche zur Bildung eines Getriebegangs im Eingriff steht oder in Eingriff bringbar mit der Verzahnung eines weiteren Zahnrades, beispielsweise eines Festrades, ist, dessen Drehachse parallel und achsversetzt zu dem Zahnrad, hier dem Losrad, mit der Gangverzahnung angeordnet ist.
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Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sieht es dabei vor, dass das Schaltelement eine schaltelementseitige Keilwellenverzahnung aufweist, mittels welcher das Schaltelement permanent drehfest jedoch axial verschiebbar mit dem ersten Losrad gekoppelt ist, wobei die schaltelementseitige Keilwellenverzahnung separat von der schaltelementseitigen zweiten Schaltverzahnung ausgebildet ist. Über die Keilwellenverzahnung wird also eine drehfeste Anordnung des Schaltelements gegenüber dem ersten Losrad gewährleistet. Die schaltelementseitige Keilwellenverzahnung kann vorteilhaft die schaltelementseitige erste Schaltverzahnung mit ausbilden. Die schaltelementseitige Keilwellenverzahnung kann aber auch separat von der schaltelementseitigen ersten Schaltverzahnung ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung der Getriebevorrichtung gemäß der Erfindung ist dann das erste Losrad der Gleichlaufkörper.
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Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sieht es außerdem vor, dass das Schaltelement eine axial zwischen den Losrädern angeordnete Nut aufweist, in welche eine Schaltgabel eingreifen kann. Diese Nut, welche zum Eingriff einer Schaltgabel eingerichtet ist, ermöglicht es so, über eine Schaltgabel in prinzipiell bekannter Art und Weise das Schaltelement in axialer Richtung zu bewegen und dieses so in verschiedene axiale Positionen zu bewegen, in welchen verschiedene Elemente im Eingriff sind und somit verschiedene Schaltzustände realisiert werden können.
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Die Getriebevorrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß der Erfindung sieht es dabei vor, dass das erste Losrad mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Durchführungen für das Schaltelement aufweist. Über eine solche Mehrzahl von Durchführungen, welche gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte über den Umfang sowohl bezogen auf das Schaltelement als auch bezogen auf das erste Losrad, was hinsichtlich der Belastung und gleichmäßiger Wandstärken von Vorteil ist und darüber hinaus eine bei der Drehbewegung der Bauelemente ansonsten zu befürchtende Unwucht verhindert bzw. das Auswuchten entsprechend einfach macht.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sieht es ferner vor, dass die erste Schaltverzahnung und die zweite Schaltverzahnung, jeweils schaltelementseitig, hinsichtlich der Drehachse der Welle radial nach innen gerichtet sind. Dies bedeutet also, dass die Zahnspitzen der schaltelementseitigen Schaltverzahnung auf einem geringeren Radus liegen als die Zahntäler. Dies ermöglicht einen sehr kompakten Aufbau, bei welchem der entsprechende Teil des Schaltelements radial außen sehr leicht überbaut werden kann, sodass durch die vorteilhafte Ausgestaltung mit den radial nach innen gerichteten Schaltverzahnungen ein sehr kompakter Aufbau realisiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist die schaltelementseitige Keilwellenverzahnung hinsichtlich der Drehachse der Welle radial nach innen gerichtet. Auch diese Keilwellenverzahnung kann also nach innen gerichtet sein, sodass das gesamte Schaltelement bei dieser besonders günstigen Konstruktion der beiden letztgenannten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung keinerlei nach außen gerichtete Verzahnungen aufweist, sondern sowohl seine beiden Schaltverzahnungen als auch die Keilwellenverzahnung in einer besonders günstigen Ausgestaltung nach innen gerichtet sind. Dies erleichtert die Anordnung weiterer Elemente radial außerhalb des Schaltelements ungemein, sodass dieses mit Ausnahme einer Möglichkeit des Zugriffs zu der zum Eingriff der Schaltgabel ausgerichteten Nut idealerweise radial außen überbaut werden kann.
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Wie bereits angedeutet kann die erste Schaltverzahnung dazu ausgebildet sein, in einer ersten axialen Stellung des Schaltelements das erste Losrad, welches drehfest mit dem ersten Schaltelement gekoppelt ist, drehfest mit dem zweiten Losrad zu koppeln. Die erste Schaltverzahnung greift dann also in eine losradseitige Schaltverzahnung des zweiten Losrads ein, um so das Schaltelement selbst und das zweite Losrad drehfest zu koppeln. Durch das ohnehin drehfest, gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Weiterbildung über die Keilwellenverzahnung, mit dem ersten Losrad gekoppelte Schaltelement verbindet so also die beiden Losräder drehfest miteinander. In einer anderen axialen Stellung des Schaltelements kann es dahingegen auch vorgesehen sein, dass die zweite Schaltverzahnung dazu ausgebildet ist, das Schaltelement und das drehfest mit ihm verbundene erste Losrad drehfest mit der Welle zu koppeln. In der ersten axialen Stellung lässt sich also das erste Losrad mit dem zweiten drehfest koppeln, in der zweiten axialen Stellung lässt sich eine Koppelung des ersten Losrads mit der Welle erreichen. Darüber hinaus kann eine Art Neutralstellung vorgesehen sein, bei welcher beide Losräder frei umlaufen, indem das Schaltelement dazu eingerichtet ist, in dieser dritten axialen Stellung bezüglich der Welle frei mit dem ersten Losrad, mit dem es ohnehin drehfest gekoppelt ist, umzulaufen, ohne das zweite Losrad mit dem Schaltelement zu koppeln, sodass also auch dieses frei umlaufen kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ergeben sich auch anhand des Ausführungsbeispiels, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines möglichen Schaltelements einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung;
- 2 eine stark schematisierte Seitenansicht eines ersten Losrads in einer möglichen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung; und
- 3 eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausgestaltung der Getriebevorrichtung in einer sehr schematisierten Ansicht.
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In der Darstellung der 1 ist ein mit 1 bezeichnetes Schaltelement in einer möglichen Ausgestaltung für eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung 10, welche in der Darstellung der 3 zu erkennen ist, dargestellt. Das Schaltelement 1 ist dabei rotationssymmetrisch ausgebildet und umfasst auf seiner in der Darstellung der 1 rechten Seite ein mit 2 bezeichnetes Teilelement mit einer radial nach innen gerichteten zweiten Schaltverzahnung 3. Dem schließt sich dann ein rotationssymmetrischer Körper mit mehreren Speichen 4 und abwechselnd mit den Speichen 4 angeordneten Durchbrüchen 5 an. Auf der dem Teilelement 2 gegenüberliegenden Seite des Schaltelements 1 in axialer Richtung a ist durch die strichpunktierten Linien eine mit 6 bezeichnete erste Schaltverzahnung des Schaltelements 1 angedeutet. Auch diese ist nach innen gerichtet. Im Bereich der Speichen 4 ist außerdem eine Keilwellenverzahnung 7 angeordnet und in der Darstellung der 1 in dem oben dargestellten Durchbruch 5 über strichpunktierte Linien angedeutet.
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Das Schaltelement 1 wirkt nun mit einem ersten Losrad 8, welches in der Darstellung der 2 in einer Seitenansicht in axialer Richtung a zu erkennen ist, zusammen. Das Losrad 8 weist am äußeren Umfang eine erste Gangverzahnung 9 auf. Radial innerhalb dieser ersten Gangverzahnung 9 sind einzelne Durchführungen 11 zu erkennen. Durch diese Durchführungen 11 ragen im späteren zusammengebauten Zustand die Speichen 4 des Schaltelements 1, welches bei der Montage aus der in 2 dargestellten Blickrichtung auf das erste Losrad 8 montiert wird, indem der Aufbau des Schaltelements 1, noch ohne das Teilelement 2, aufgeschoben wird, sodass die Speichen 4 durch die Durchführungen 11 des ersten Losrades 8 hindurchführen und der mit der ersten Schaltverzahnung 6 versehene Teil auf der Seite des Betrachters zu liegen kommt. Auf der Rückseite des ersten Losrads 8 aus Sicht des Betrachters wird dann das Teilelement 2 angeordnet und mit den Speichen 4 verbunden, beispielsweise verschweißt. Die Keilwellenverzahnung 7 des Schaltelements 1 kommt dabei mit einer losradseitigen Keilwellenverzahnung 12 des ersten Losrads 8 in Kontakt, welche hier dreiteilig um den Umfang herum ausgebildet ist. Das Schaltelement 1 kann so in axialer Richtung a, bezogen auf die 2 als auf den Betrachter zu oder von diesem weg, gegenüber dem ersten Losrad 8 verschoben werden, steht aufgrund der Keilwellenverzahnung 7 schaltelementseitig und der korrespondierenden Keilwellenverzahnung 12 auf der Seite des ersten Losrades 8 mit diesem ersten Losrad 8 jedoch in drehfester Verbindung. Der axiale Verschiebeweg wird durch die Größe der Durchbrüche 5 und die Dicke des Losrads 8 im Bereich zwischen den Durchführungen 11 begrenzt.
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In der Darstellung der 3 ist die Getriebevorrichtung 10, wie oben bereits erwähnt, in einer schematischen Schnittdarstellung erkennbar. Der Schnitt verläuft dabei analog der Linie III-III in 2. Das erste Losrad 8 mit der ersten Gangverzahnung 9 dient dabei also als über die Keilwellenverzahnung 7, 12 drehfest mit dem Schaltelement 1 verbundener Gleichlaufkörper, wobei das erste Losrad 8 auf einer um ihre Rotationsachse R rotierende Welle 13 umläuft. Das erste Losrad 8 ist koaxial auf dieser Welle 13 angeordnet. Benachbart zu dem ersten Losrad 8 ist dabei koaxial auf der Welle 13 außerdem ein zweites Losrad 14 angeordnet. Auch dieses weist eine Gangverzahnung 15, die zweite Gangverzahnung, auf. Die Lagerung der Losräder 8, 14 auf der Welle 13 ist nicht dargestellt.
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Das Schaltelement 1 hat eine Nut 16, welche so auch in der Darstellung der 1 zu erkennen ist. In diese Nut 16, welche zwischen den beiden Losrädern 8 und 14 liegt, kann eine in der Darstellung der 3 angedeutete Schaltgabel 17 in an sich bekannter Art und Weise eingreifen. Über diese Schaltgabel 17 kann das Schalelement 1 nun aus der hier gezeigten Stellung, welche eine quasi Neutralstellung ist und nachfolgend als dritte axiale Stellung bezeichnet wird, entweder nach rechts in eine zweite axiale Stellung oder nach links in eine erste axiale Stellung verschoben werden. Ein Verschieben in die erste axiale Stellung würde dabei bewirken, dass die erste Schaltverzahnung 6 auf der Seite des Schaltelements 1 mit einer ersten Schaltverzahnung 18 im Bereich des zweiten Losrades 14 in Eingriff kommt. Dies führt dazu, dass das Schaltelement 1 drehfest mit dem zweiten Losrad 14 gekoppelt ist, indem die beiden Schaltverzahnungen 6, 18 ineinander eingreifen. Das Schaltelement 1 ist ferner über die Keilwellenverzahnung 7, 12 drehfest mit dem als Gleichlaufkörper dienenden ersten Losrad 8 verbunden, sodass in dieser ersten axialen Stellung des Schaltelements 1, also der gegenüber der Darstellung in der 3 nach links verschobenen axialen Position des Schaltelements 1, die beiden Losräder 8, 14 drehfest miteinander gekoppelt sind und bezüglich der Welle 13 gemeinsam umlaufen können.
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Zur Realisierung der zweiten axialen Stellung wird das Schaltelement 1 nun über die in 3 gezeigte dritte axiale Stellung hinaus in der Darstellung der 3 in axialer Richtung a nach rechts verschoben. Bei weiter im Eingriff befindlicher Keilwellenverzahnung 7, 12 und damit der drehfesten Verbindung des ersten Losrads 8 mit dem Schaltelement 1 greift nun die zweite Schaltverzahnung 3 auf dem Teilelement 2 des Schaltelements 1 in eine wellenseitige Schaltverzahnung 19 ein, welche hier über ein Zwischenrad 20 drehfest mit der Welle 13 verbunden ist.
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Das Schaltelement 1 wird durch diesen Eingriff seiner zweiten Schaltverzahnung 3 mit der wellenseitigen Schaltverzahnung 19 also drehfest mit der Welle 13 gekoppelt und läuft dementsprechend mit der Welle 13 um. Durch die weiter im Eingriff befindliche Keilwellenverzahnung 7, 12 ist das Schaltelement 1 nach wie vor drehfest mit dem ersten Losrad 8 gekoppelt, sodass auch dieses drehfest mit der Welle 13 umläuft. Das Schaltelement 1 selbst, welches sich in axialer Richtung a von einem Bereich zwischen den beiden Losrädern 8, 14 bis hin zu einen dem zweiten Losrad 14 abgewandten Bereich des ersten Losrads 8 erstreckt, ist dabei außerordentlich kompakt und effizient und kann in den Bereichen, in denen kein Zugriff für die Schaltgabel 17 notwendig ist, also insbesondere in der Darstellung der 3 rechts der Nut 16, entsprechend überbaut werden, was hier durch das erste Losrad 8 realisiert worden ist, und was auch im Bereich rechts benachbart zu dem ersten Losrad durch weitere Elemente problemlos möglich wäre.
