EP3574236A1 - Schaltaktuatorik, differentialsperre, verteilergetriebe, schaltgetriebe und achszuschaltung - Google Patents

Schaltaktuatorik, differentialsperre, verteilergetriebe, schaltgetriebe und achszuschaltung

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Publication number
EP3574236A1
EP3574236A1 EP18700521.0A EP18700521A EP3574236A1 EP 3574236 A1 EP3574236 A1 EP 3574236A1 EP 18700521 A EP18700521 A EP 18700521A EP 3574236 A1 EP3574236 A1 EP 3574236A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching module
piston
switching
shift
differential lock
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18700521.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Pfeffer
Franz Reitinger
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3574236A1 publication Critical patent/EP3574236A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H48/00—Differential gearings
    • F16H48/20—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices
    • F16H48/30—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using externally-actuatable means
    • F16H48/32—Arrangements for suppressing or influencing the differential action, e.g. locking devices using externally-actuatable means using fluid pressure actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/08—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • F16D11/10—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/08—Fluid-actuated clutches with fluid-actuated member not rotating with a clutching member
    • F16D25/082—Fluid-actuated clutches with fluid-actuated member not rotating with a clutching member the line of action of the fluid-actuated members co-inciding with the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/26—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/28—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
    • F16H61/30—Hydraulic or pneumatic motors or related fluid control means therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/3023—Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by fluid pressure

Definitions

  • the invention relates to a Wegaktuatorik for a differential lock, for a
  • Claim 1 and a corresponding differential lock, a corresponding transfer case, a corresponding manual transmission and a corresponding Achsscnies.
  • differential locks enable uniform distribution of the differential
  • Vehicle wheels which can facilitate locomotion especially in rough terrain.
  • axle connections are also known, which make it possible to selectively drive or to tow a vehicle axle.
  • the driven state of the vehicle axle the off-road capability and the traction capability of the vehicle increase, whereas in the entrained state of the vehicle axle, the fuel consumption is reduced.
  • the most varied forms of training of manual transmissions are known, wherein such transmissions usually have a plurality of different gear ratios. Each of these grades defines a specific one
  • Coupling for a transfer case of a motor vehicle and a method for its operation Trained as a dog clutch clutch assembly consists on the one hand of a driving coupling part, which is in communication with the drive train and a Radantriebsstrang, and on the other hand from a
  • the driven coupling part which is connected to a wheel drive train to be activated and is designed as a sliding sleeve to be moved via an engaging member by means of a shift fork.
  • the engagement member comprises a piston with a piston rod and a fluid cylinder. At the front end of the piston rod, the shift fork is attached. The piston is acted upon by fluid on one side while a compression spring is supported on another side. In the rest position, the shift fork is pressed by the compression spring in a first direction and brings the clutch in a disengaged state. The engaged state of the clutch is achieved by the piston rod is moved in a second direction by a corresponding pressurization until the coupling parts
  • the invention relates to a Wegaktuatorik for a differential lock, for a
  • the Heidelbergaktuatorik invention is characterized in that the switching piston is designed as an annular piston.
  • control piston As an annular piston this can advantageously be arranged directly on a gear shaft on which the shift sleeve itself is arranged. Particularly preferably, the control piston is arranged coaxially on the transmission shaft.
  • Shift sleeve are arranged together on the shaft can be advantageously dispensed with a shift rod, which is usually arranged parallel to the transmission shaft with the shift sleeve and on which usually the shift piston is arranged together with the shift fork. This saves installation space, weight and costs.
  • the switching module according to the invention is equally suitable for switching a differential lock as well as for switching a gearbox of a motor vehicle or for actuating an axle connection of a vehicle transmission.
  • the differential lock or the gear stage to be shifted of the gearbox or the Achszuscnies are disengaged in the unpressurized state.
  • the engagement takes place in this case by a
  • the switching piston divides a switching cylinder of
  • Release space receives the release pressure and the engagement chamber receives the engagement pressure. In this case, it is a double-acting
  • the switching piston Upon actuation of the switching module, the switching piston is axially displaced on the transmission shaft.
  • the shift sleeve and the control piston are preferably made of metal, in particular steel. This ensures a comparatively high robustness and thus longevity of the components even under regular and high
  • the shift sleeve is rotatably mounted axially in the control piston. From this arrangement of the shift sleeve in the control piston there is the advantage that the control piston at a pressurization, which leads to an axial displacement of the control piston on the shift rod, take the shift sleeve and can also move. By the shift sleeve is still rotatably mounted in the control piston, so a rotatability of the shift sleeve is ensured against the control piston.
  • the shift sleeve is mounted coaxially in the control piston.
  • the shift sleeve is mounted by means of a sliding bearing in the control piston. This represents a cost-effective and technically reliable way to ensure the rotatability of the shift sleeve against the control piston.
  • the shift sleeve is mounted by means of a roller bearing in the control piston.
  • the roller bearing is more complex compared to the plain bearing, but allows the achievement of comparatively lower friction and thus a better efficiency.
  • Another advantage is that the exact position of the control piston is specified for the shift sleeve on the roller bearing, so that time-consuming work to adjust the tooth head-tooth space distance and the tooth top tooth space distance can be omitted.
  • a necessary for the rolling bearing preload is preferably generated by an elastic return element, which urges the control piston in the non-pressurized state in the idle state.
  • the rolling bearing is designed as angular contact ball bearings, deep groove ball bearings or axial bearings.
  • the switching module further comprises a switching cylinder, which is designed to pressurize the switching piston with a pressure.
  • Cylinder for pressurizing and thus for the operation of control pistons are widely used and technically mature. They represent e.g. across from
  • Servo motors also a cost-effective solution. be designed for actuating the control piston by means of oil or by air.
  • the shift cylinder may also be simple or double acting.
  • the switching module further comprises an elastic return element, which is designed to act on the switching piston with a pressure-counteracting force.
  • the switching piston is at
  • the restoring element is designed as a helical spring or as a plate spring.
  • Coil springs and disc springs are inexpensive in almost any form of training available.
  • the coil spring or diaphragm spring is biased to pressure.
  • the return element is supported on the shift sleeve. Because the
  • Shift sleeve is disposed radially within the control piston
  • the switching module further comprises a front piston stop and a rear piston stop.
  • the front piston stop thereby limits the displaceability of the control piston in a first axial direction and the rear piston stop limits the displaceability of the control piston in a second axial direction.
  • Adjustment of the tooth-head-tooth-space-distance as well as the tooth-head-tooth-space distance can be omitted.
  • Control piston defined to the shift sleeve.
  • the switching piston two different, stepped radial
  • the actuating piston can be introduced into an opening provided for receiving it until it strikes against another component with the larger of its two outer radial peripheries, which indicates that it has reached its setpoint position.
  • a sealing element in particular an O-ring is arranged. Since the switching piston is preferably fluid-actuated, can thus be accomplished in a simple manner sealing against the fluid.
  • the invention also relates to a transfer case with a differential lock for blocking a distributor function of the transfer case, wherein the differential lock is engageable and disengageable by means of a switching module.
  • the transfer case according to the invention is characterized in that the at least one switching module is a switching module according to the invention.
  • the invention further relates to a manual transmission with shiftable gear ratios, wherein the gear ratios are switchable by means of at least one switching module.
  • the transmission according to the invention is characterized in that the at least one switching module is an inventive switching module.
  • the invention also relates to an axle connection, wherein the axle connection can be engaged and disengaged by means of a switching module.
  • the axle connection according to the invention is characterized in that the
  • At least one switching module is an inventive switching module.
  • FIG. 3 shows an example and schematically a possible embodiment of a
  • FIG. 5 shows an example and schematically another possible embodiment of a switching module according to the invention.
  • Fig. 6 by way of example and schematically another possible embodiment of a switching module according to the invention in a differential lock.
  • Fig. 1 shows an example and schematically a known switching module 1, consisting of a shift sleeve 2, a shift fork 3, a control piston 4, a
  • the switching piston 4 is arranged in a shift cylinder, not shown, the means of pneumatic pressure actuation of the control piston 4, that is, an axial displacement of the control piston. 4 on the shift rod 5, allows.
  • the pressurization takes place against a restoring force of the return element 6, which according to the example as
  • Coil spring 6 is formed. Since the shift piston 4 and the shift fork 3 are mechanically firmly connected, the shift fork 3 follows the axial displacement of the shift piston 4. Because also the shift fork 3 axially fixed, but rotatable, is connected to the shift sleeve 2, the shift fork 3 transmits the axial displacement of the control piston 4 the shift sleeve 2. Thus, the shift sleeve 2 can be switched on and disengaged via an actuation of the control piston 4. However, the structure of the known switching module 3 is disadvantageous in that
  • FIG. 2 shows by way of example and schematically a known, as shown in Fig. 1 switching module 1 in a differential lock 7.
  • Fig. 1 switching module 1 in a differential lock 7.
  • claims the switching module 1 due to its known training comparatively much space in the transfer case 7.
  • This is essentially on the Parallel arrangement of the shift fork 5 to a transmission shaft 8, on which the shift sleeve 2 is arranged.
  • it is in the case of the known transfer case 7 shown in FIG. 2
  • Fig. 3 shows an example and schematically a possible embodiment of a switching module 1 according to the invention, which is equally suitable for use in a differential lock, a manual transmission or a Achsveraltung.
  • the switching module 1 comprises a shift sleeve 2, a return element 6 and a control piston 4, wherein the control piston 4 is formed as an annular piston 4.
  • the control piston 4 is formed as an annular piston 4.
  • Transmission shaft 10 are arranged.
  • the use of a shift rod 6 and a shift fork 3 is thus advantageously not necessary, which can save material, manufacturing costs and weight.
  • the shift sleeve 2 is
  • control piston 4 by means of a sliding bearing rotatably mounted in the control piston 4.
  • a slide bearing is relatively inexpensive to produce.
  • the return element 6 is designed as a helical spring 6 and acts on the switching piston 4 permanently with a force which counteracts a force applied to actuate the switching piston 4 pressure.
  • the control piston 4 has two different, stepped radial outer peripheries 4 ', 4 ", which enable a simple arrangement or assembly of the control piston 4 in a differential lock, a gearshift or an axle connection each outer circumference 4 ', 4 "one each as an O-ring 11th
  • FIG. 4 shows, by way of example and schematically, the switching module 1 described in FIG. 3 in a differential lock 7.
  • the switching module 1 is arranged in a space-saving manner on the transmission shaft 10.
  • a front piston stop 12 and a rear piston stop 13 are provided, which shift the operating piston 4 or Mechanically limit the sliding sleeve 2.
  • Fig. 5 shows by way of example and schematically another possible embodiment of a switching module 1 according to the invention, which differs from the switching module 1 of Fig. 3 only in that instead of a sliding bearing has a roller bearing 14, which is designed as a deep groove ball bearing 14, for example.
  • the return element 6 biases the deep groove ball bearing 14 in both the engaged and in the disengaged state of the switching module 1.
  • FIG. 6 shows by way of example and schematically the switching module 1 described in FIG. 5 in a differential lock 7. Since the switching module 1 in this case has a roller bearing 14 instead of having a sliding bearing, the front piston stop 12 provided in FIG. 4 and the rear piston stop 13 can advantageously be dispensed with. Instead, the necessary calibration by the rolling bearing 14 results.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltmodul (1) für eine Differentialsperre (7), für ein Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung, umfassend eine Schaltmuffe (2) und einen Schaltkolben (4). Das erfindungsgemäße Schaltmodul (20) zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaltkolben (4) als Ringkolben (4) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Differentialsperre, ein entsprechendes Verteilergetriebe, ein entsprechendes Schaltgetriebe und eine entsprechende Achszuschaltung.

Description

Schaltaktuatorik, Differentialsperre, Verteilergetriebe, Schaltgetriebe und
Achszuschaltung
Die Erfindung betrifft eine Schaltaktuatorik für eine Differentialsperre, für ein
Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 sowie eine entsprechende Differentialsperre, ein entsprechendes Verteilergetriebe, ein entsprechendes Schaltgetriebe und eine entsprechende Achszuschaltung.
Im Stand der Technik sind Differentialsperren bekannt, welche insbesondere auch in den Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Diese
Differentialsperren ermöglichen durch ein Blockieren einer Verteilerfunktion der entsprechenden Differentialgetriebe eine gleichmäßige Verteilung des
Antriebsmoments auf die angetriebenen Achsen bzw. die angetriebenen
Fahrzeugräder, was insbesondere in unwegsamem Gelände eine Fortbewegung erleichtern kann. Ebenso sind auch Achszuschaltungen bekannt, welche es ermöglichen, eine Fahrzeugachse wahlweise anzutreiben oder mitzuschleppen. Im angetriebenen Zustand der Fahrzeugachse erhöhen sich die Geländegängigkeit sowie die Traktionsfähigkeit des Fahrzeugs, wohingegen im mitgeschleppten Zustand der Fahrzeugachse der Treibstoffverbrauch reduziert wird. Weiterhin sind im Stand der Technik die unterschiedlichsten Ausbildungsformen von Schaltgetrieben bekannt, wobei derartige Schaltgetriebe in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Gangstufen aufweisen. Jede dieser Gangstufen definiert ein bestimmtes
Übersetzungsverhältnis von Getriebeeingangsdrehzahl zu
Getriebeausgangsdrehzahl. Somit kann je nach gewünschter Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs die passende Gangstufe gewählt werden. Das Einrücken bzw.
Ausrücken der Differentialsperren bzw. das Ein- oder Ausrücken der
Achszuschaltung ebenso wie das Schalten der Gangstufen erfolgt dabei über eine hierfür geeignete Schaltaktuatorik, welche in der Regel eine Schaltgabel, eine Schaltmuffe, eine Schaltstange sowie einen Schaltkolben und einen Schaltzylinder umfassen. In diesem Zusammenhang beschreibt EP 0 510 457 B1 eine formschlüssige
Kupplung für ein Verteilergetriebe eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zu deren Betätigung. Die als Klauenkupplung ausgebildete Kupplungsanordnung besteht einerseits aus einem treibenden Kupplungsteil, welcher mit dem Antriebsstrang und einem Radantriebsstrang in Verbindung steht, und andererseits aus einem
getriebenen Kupplungsteil, welcher mit einem zu aktivierenden Radantriebsstrang verbunden ist und als Schiebemuffe ausgebildet ist, um über ein Einrückglied mittels einer Schaltgabel bewegt zu werden. Das Einrückglied umfasst einen Kolben mit einer Kolbenstange und einen Fluidzylinder. Am vorderen Ende der Kolbenstange ist die Schaltgabel befestigt. Der Kolben wird auf einer Seite mit Fluid beaufschlagt während sich auf einer anderen Seite eine Druckfeder abstützt. In der Ruhestellung wird die Schaltgabel durch die Druckfeder in eine erste Richtung gedrückt und bringt die Kupplung in einen ausgerückten Zustand. Der eingerückte Zustand der Kupplung wird dadurch erreicht, dass durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung die Kolbenstange in eine zweite Richtung bewegt wird, bis die Kupplungsteile
formschlüssig miteinander verbunden sind.
Die bekannten Schaltaktuatoriken sind jedoch aus verschiedenen Gründen
nachteilbehaftet. Sie bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von Einzelteilen, was vergleichsweise aufwändig in der Herstellung wie auch in der Montage ist. Zudem ergeben sich hieraus vergleichsweise hohe Gewichte bzw. Massen für die
Schaltaktuatoriken, welche bei jedem Schaltvorgang beschleunigt und gebremst werden müssen. Schließlich ist es bei den bekannten Schaltaktuatoriken notwendig, diese hinsichtlich des Zahnkopf-Zahnkopf-Abstands im deaktivierten Zustand sowie hinsichtlich des Zahnkopf-Zahngrund-Abstands im aktivierten Zustand aufwändig zu kalibrieren. Andernfalls kann im aktivierten Zustand eine unerwünscht hohe Reibung zwischen dem Schaltkolben und der Schaltgabel auftreten, wohingegen im
deaktivierten Zustand Ratschgeräusche oder zu lange Schaltzeiten auftreten können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltaktuatorik für eine Differentialsperre, für ein Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaltaktuatorik für eine Differentialsperre, für ein Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung betrifft eine Schaltaktuatorik für eine Differentialsperre, für ein
Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung, umfassend eine Schaltmuffe und einen Schaltkolben. Die erfindungsgemäße Schaltaktuatorik zeichnet sich dadurch aus, dass der Schaltkolben als Ringkolben ausgebildet ist.
Durch die Ausbildung des Schaltkolbens als Ringkolben kann dieser vorteilhaft unmittelbar auf einer Getriebewelle angeordnet werden, auf welcher auch die Schaltmuffe selbst angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Schaltkolben dabei koaxial auf der Getriebewelle angeordnet. Indem der Schaltkolben und die
Schaltmuffe gemeinsam auf der Welle angeordnet sind, kann auf eine Schaltstange, welche üblicherweise parallel zur Getriebewelle mit der Schaltmuffe angeordnet ist und auf welcher üblicherweise der Schaltkolben zusammen mit der Schaltgabel angeordnet ist, vorteilhaft verzichtet werden. Dies spart Bauraum, Gewicht und Kosten.
Durch die solcherart ermöglichte Anordnung des Kolbens auf der Getriebewelle, insbesondere die koaxiale Anordnung auf der Getriebewelle, ergibt sich zudem der weitere Vorteil, dass auch auf eine Schaltgabel vollständig verzichtet werden kann. Dies führt in Folge dazu, dass sowohl Gewicht als auch Herstellungskosten des Schaltmoduls eingespart sowie Schaltzeiten minimiert und die Teilevielfalt des Schaltmoduls reduziert werden können.
Das erfindungsgemäße Schaltmodul eignet sich gleichermaßen zum Schalten einer Differentialsperre wie auch zum Schalten eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs oder zum Betätigen einer Achszuschaltung eines Fahrzeuggetriebes.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Schaltkolben einseitig mit Druck
beaufschlagbar ist. Bei Erreichen eines Ausrückdrucks erfolgt eine Betätigung des Schaltmoduls dahingehend, dass die Differentialsperre ausgerückt, eine zu schaltende Gangstufe eines Schaltgetriebes ausgerückt oder eine Achszuschaltung ausgerückt wird. Im drucklosen Zustand hingegen ist die Differentialsperre bzw. die zu schaltende Gangstufe des Schaltgetriebes bzw. die Achszuschaltung bevorzugt eingerückt.
Alternativ bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Differentialsperre bzw. die zu schaltende Gangstufe des Schaltgetriebes bzw. die Achszuschaltung im drucklosen Zustand ausgerückt sind. Das Einrücken erfolgt in diesem Fall durch eine
Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens mit dem Einrückdruck.
Weiterhin alternativ bevorzugt teilt der Schaltkolben einen Schaltzylinder der
Schaltaktuatorik in einen Ausrückraum und einen Einrückraum, wobei der
Ausrückraum den Ausrückdruck aufnimmt und der Einrückraum den Einrückdruck aufnimmt. In diesem Fall handelt es sich also um einen doppelwirkenden
Schaltzylinder.
Bei einer Betätigung des Schaltmoduls wird der Schaltkolben auf der Getriebewelle axial verschoben.
Die Schaltmuffe und der Schaltkolben bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Dies gewährleistet eine vergleichsweise große Robustheit und damit Langlebigkeit der Bauteile auch unter regelmäßigen und hohen
Belastungen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schaltmuffe axial im Schaltkolben drehbar gelagert ist. Aus der dieser Anordnung der Schaltmuffe im Schaltkolben ergibt sich der Vorteil, dass der Schaltkolben bei einer Druckbeaufschlagung, die zu einer axialen Verschiebung des Schaltkolbens auf der Schaltstange führt, die Schaltmuffe mitnehmen und ebenfalls verschieben kann. Indem die Schaltmuffe weiterhin drehbar im Schaltkolben gelagert ist, wird also eine Verdrehbarkeit der Schaltmuffe gegen den Schaltkolben gewährleistet. Da die Schaltmuffe im eingerückten Zustand einer Rotationsbewegung des mit der Schaltmuffe in Eingriff stehenden Zahnrads bzw. der zugeordneten Welle folgt, kann der Schaltkolben aufgrund der Verdrehbarkeit jedoch in Ruhe bleiben. Dies vereinfacht u.a. das Herstellen einer zuverlässigen Druckdichtigkeit des
Schaltkolbens gegenüber dem Schaltzylinder, da der Schaltkolben nicht gegen den Schaltzylinder verdreht.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Schaltmuffe koaxial im Schaltkolben gelagert ist. Somit werden bei einer Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens bzw. bei einer Betätigung der Schaltmuffe keine Kippmomente zwischen Schaltkolben und
Schaltmuffe erzeugt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schaltmuffe mittels einer Gleitlagerung im Schaltkolben gelagert ist. Dies stellt eine kostengünstige und technisch zuverlässige Möglichkeit dar, die Verdrehbarkeit der Schaltmuffe gegen den Schaltkolben zu gewährleisten.
Gemäß einer alternativ besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schaltmuffe mittels einer Wälzlagerung im Schaltkolben gelagert ist. Die Wälzlagerung ist im Vergleich zur Gleitlagerung aufwändiger, ermöglicht jedoch das Erzielen vergleichsweise geringerer Reibwerte und damit einer besseren Effizienz. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die genaue Position des Schaltkolbens zur Schaltmuffe über die Wälzlagerung vorgegeben wird, so dass zeitaufwändige Arbeiten zur Einstellung des Zahnkopf-Zahnkopf-Abstands sowie des Zahnkopf-Zahngrund-Abstands entfallen können. Eine für die Wälzlagerung notwendige Vorspannung wird bevorzugt durch ein elastisches Rückstellelement erzeugt, welche den Schaltkolben im drucklosen Zustand in den Ruhezustand drängt.
Bevorzugt ist die Wälzlagerung als Schrägkugellagerung, als Rillenkugellagerung oder als Axiallagerung ausgeführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es
vorgesehen, dass das Schaltmodul weiterhin einen Schaltzylinder umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, den Schaltkolben mit einem Druck zu beaufschlagen.
Schaltzylinder zur Druckbeaufschlagung und damit zur Betätigung von Schaltkolben sind weit verbreitet und technisch ausgereift. Sie stellen z.B. gegenüber
Servomotoren zudem eine kostengünstige Lösung dar. Der Schaltzylinder kann z.B. zur Betätigung des Schaltkolbens mittels Öl oder mittels Luft ausgebildet sein. Der Schaltzylinder kann außerdem einfach- oder doppelwirkend ausgebildet sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Schaltmodul weiterhin ein elastisches Rückstellelement umfasst, welches dazu ausgebildet ist, den Schaltkolben mit einer dem Druck entgegenwirkenden Kraft zu beaufschlagen. Somit wird der Schaltkolben bei
Wegfallen der Druckbeaufschlagung ohne weiteres Zutun in eine definierte
Ruheposition verschoben.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das Rückstellelement als Schraubenfeder oder als Tellerfeder ausgebildet ist. Schraubenfedern und Tellerfedern sind kostengünstig in nahezu beliebigen Ausbildungsformen beschaffbar.
Besonders bevorzugt ist die Schraubenfeder bzw. Tellerfeder auf Druck vorgespannt.
Bevorzugt stützt sich das Rückstellelement an der Schaltmuffe ab. Da die
Schaltmuffe radial innerhalb des Schaltkolbens angeordnet ist, kann das
Rückstellelement, insbesondere bei einer Ausbildung als Schraubenfeder bzw.
Tellerfeder, gewichts- und materialsparend mit vergleichsweise geringem
Radialumfang ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es
vorgesehen, dass das Schaltmodul weiterhin einen vorderen Kolbenanschlag und einen hinteren Kolbenanschlag umfasst. Der vordere Kolbenanschlag begrenzt dabei die Verschiebbarkeit des Schaltkolbens in eine erste Axialrichtung und der hintere Kolbenanschlag begrenzt die Verschiebbarkeit des Schaltkolbens in eine zweite Axialrichtung. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die genaue Position des
Schaltkolbens zur Schaltmuffe über den vorderen und den hinteren Kolbenanschlag vorgegeben wird, so dass auch in diesem Fall zeitaufwändige Arbeiten zur
Einstellung des Zahnkopf-Zahnkopf-Abstands sowie des Zahnkopf-Zahngrund- Abstands entfallen können.
Bei einer Verwendung einer Wälzlagerung ist das Zurückgreifen auf den vorderen Kolbenanschlag bzw. den hinteren Kolbenanschlag vorteilhaft nicht notwendig, da die Wälzlagerung, wie bereits beschrieben, ohnehin die genaue Position des
Schaltkolbens zur Schaltmuffe definiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es
vorgesehen, dass der Schaltkolben zwei unterschiedliche, gestufte radiale
Außenumfänge aufweist. Dies vereinfacht eine Anordnung des Schaltkolbens im Verteilergetriebe, im Schaltgetriebe oder in der Achszuschaltung, da der
Schaltkolben bei der Montage soweit in eine zu seiner Aufnahme vorgesehene Öffnung eingeführt werden kann, bis er mit dem größeren seiner beiden radialen Außenumfänge an einem anderen Bauteil anschlägt, was das Erreichen seiner Sollposition anzeigt.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass an jedem der zwei unterschiedlichen
Außenumfänge des Schaltkolbens jeweils ein Dichtelement, insbesondere ein O- Ring, angeordnet ist. Da der Schaltkolben bevorzugt fluidbetätigbar ist, kann somit auf einfache Weise ein Abdichten gegen das Fluid bewerkstelligt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verteilergetriebe mit einer Differentialsperre zum Sperren einer Verteilerfunktion des Verteilergetriebes, wobei die Differentialsperre mittels eines Schaltmoduls einrückbar und ausrückbar ist. Das erfindungsgemäße Verteilergetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine Schaltmodul ein erfindungsgemäßes Schaltmodul ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schaltgetriebe mit schaltbaren Gangstufen, wobei die Gangstufen mittels mindestens eines Schaltmoduls schaltbar sind. Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine Schaltmodul ein erfindungsgemäßes Schaltmodul ist. Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Achszuschaltung, wobei die Achszuschaltung mittels eines Schaltmoduls zuschaltbar und abschaltbar ist. Die erfindungsgemäße Achszuschaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das
mindestens eine Schaltmodul ein erfindungsgemäßes Schaltmodul ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten
Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 beispielhaft und schematisch ein bekanntes Schaltmodul,
Fig. 2 beispielhaft und schematisch ein bekanntes Schaltmodul in einer
Differentialsperre,
Fig. 3 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines
erfindungsgemäßen Schaltmoduls,
Fig. 4 beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes Schaltmodul in einer Differentialsperre,
Fig. 5 beispielhaft und schematisch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmoduls und
Fig. 6 beispielhaft und schematisch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmoduls in einer Differentialsperre.
Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese
Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein bekanntes Schaltmodul 1 , bestehend aus einer Schaltmuffe 2, einer Schaltgabel 3, einem Schaltkolben 4, einer
Schaltstange 5 sowie einem Rückstellelement 6. Der Schaltkolben 4 ist in einem nicht dargestellten Schaltzylinder angeordnet, der mittels pneumatischen Drucks eine Betätigung des Schaltkolbens 4, also eine Axialverschiebung des Schaltkolbens 4 auf der Schaltstange 5, ermöglicht. Die Druckbeaufschlagung erfolgt dabei gegen eine Rückstellkraft des Rückstellelements 6, welches beispielsgemäß als
Schraubenfeder 6 ausgebildet ist. Da der Schaltkolben 4 und die Schaltgabel 3 mechanisch fest verbunden sind, folgt die Schaltgabel 3 der Axialverschiebung des Schaltkolbens 4. Weil außerdem die Schaltgabel 3 axialfest, aber drehbar, mit der Schaltmuffe 2 verbunden ist, überträgt die Schaltgabel 3 die Axialverschiebung des Schaltkolbens 4 auf die Schaltmuffe 2. Somit kann die Schaltmuffe 2 über eine Betätigung des Schaltkolbens 4 ein- bzw. ausgerückt werden. Der Aufbau des bekannten Schaltmoduls 3 ist jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass
vergleichsweise viele Einzelteile benötigt werden, was wiederum zu vergleichsweise hohen Herstellungskosten und zu vergleichswiese großen, zu bewegenden Massen führt.
Fig. 2 zeigt beispielhaft und schematisch ein bekanntes, wie in Fig. 1 dargestelltes Schaltmodul 1 in einer Differentialsperre 7. Wie zu sehen ist, beansprucht das Schaltmodul 1 aufgrund seiner bekannten Ausbildung vergleichsweise viel Bauraum im Verteilergetriebe 7. Dies liegt im Wesentlichen auch an der Parallelanordnung der Schaltgabel 5 zu einer Getriebewelle 8, auf welcher die Schaltmuffe 2 angeordnet ist. Weiterhin ist es bei dem in Fig. 2 gezeigten, bekannten Verteilergetriebe 7
notwendig, den Abstand der Zahnköpfe der Verzahnung der Schaltmuffe 2 zu den Zahnköpfen der Verzahnung eines Zahnrads 9 im deaktivierten Zustand zu kalibrieren sowie den Abstand der Zahnköpfe der Verzahnung der Schaltmuffe 2 zum Zahngrund der Verzahnung eines Zahnrads 9 im aktivierten Zustand zu kalibrieren. Andernfalls kann im aktivierten Zustand eine unerwünscht hohe Reibung zwischen dem Schaltkolben und der Schaltgabel auftreten, wohingegen im deaktivierten Zustand Ratschgeräusche oder zu lange Schaltzeiten auftreten können. Derartige Kalibriervorgänge sind zeitaufwändig und damit kostenintensiv.
Fig. 3 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmoduls 1 , welches gleichermaßen zur Verwendung in einer Differentialsperre, einem Schaltgetriebe oder einer Achszuschaltung geeignet ist. Das Schaltmodul 1 umfasst eine Schaltmuffe 2, ein Rückstellelement 6 und einen Schaltkolben 4, wobei der Schaltkolben 4 als Ringkolben 4 ausgebildet ist. Durch die Ausbildung als Ringkolben 4 kann der Schaltkolben 4 unmittelbar auf einer
Getriebewelle 10 angeordnet werden. Die Verwendung einer Schaltstange 6 und einer Schaltgabel 3 ist somit vorteilhaft nicht notwendig, wodurch sich Material, Herstellungskosten und Gewicht einsparen lassen. Die Schaltmuffe 2 ist
beispielsgemäß mittels einer Gleitlagerung drehbar im Schaltkolben 4 gelagert. Eine Gleitlagerung ist vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Das Rückstellelement 6 ist als Schraubenfeder 6 ausgebildet und beaufschlagt den Schaltkolben 4 dauerhaft mit einer Kraft, welche einem zur Betätigung des Schaltkolbens 4 aufgebrachten Druck entgegenwirkt. Wie weiterhin zu sehen ist, weist der Schaltkolben 4 zwei unterschiedliche, gestufte radiale Außenumfänge 4', 4" auf, welche eine einfache Anordnung bzw. Montage des Schaltkolbens 4 in einer Differentialsperre, einer Gangschaltung oder einer Achszuschaltung ermöglichen. Außerdem weist der Schaltkolben 4 an jedem Außenumfang 4', 4" jeweils ein als O-Ring 11
ausgebildetes Dichtelement 11 auf, um bei einer mittels Fluiddruck erfolgten
Betätigung des Schaltkolbens 4 keine Druckverluste durch Leckagen zu ermöglichen.
Fig. 4 zeigt beispielhaft und schematisch das in Fig. 3 beschriebene Schaltmodul 1 in einer Differentialsperre 7. Wie zu sehen ist, ist das Schaltmodul 1 raumsparend auf der Getriebewelle 10 angeordnet. Um die Kalibrierung des Zah n köpf -Zahn köpf - Abstands im deaktivierten Zustand sowie des Zahnkopf-Zahngrund-Abstands im aktivierten Zustand wesentlich zu vereinfachen, sind ein vorderer Kolbenanschlag 12 und ein hinterer Kolbenanschlag 13 vorgesehen, welche eine Verschiebung des Schaltkolbens 4 bzw. der Schaltmuffe 2 mechanisch begrenzen.
Fig. 5 zeigt beispielhaft und schematisch eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Schaltmoduls 1 , welches sich vom Schaltmodul 1 der Fig. 3 nur dadurch unterscheidet, dass es anstelle einer Gleitlagerung eine Wälzlagerung 14 aufweist, welche beispielsgemäß als Rillenkugellagerung 14 ausgebildet ist. Das Rückstellelement 6 spannt die Rillenkugellagerung 14 sowohl im eingerückten als auch im ausgerückten Zustand des Schaltmoduls 1 vor.
Fig. 6 zeigt beispielhaft und schematisch das in Fig. 5 beschriebene Schaltmodul 1 in einer Differentialsperre 7. Da das Schaltmodul 1 in diesem Fall eine Wälzlagerung 14 anstelle einer Gleitlagerung aufweist, können der in Fig. 4 vorgesehene vordere Kolbenanschlag 12 und der hintere Kolbenanschlag 13 vorteilhaft entfallen. Stattdessen ergibt sich die notwendige Kalibrierung durch die Wälzlagerung 14.
Bezuqszeichen
Schaltmodul
Schaltmuffe
Schaltgabel
Schaltkolben
Außenumfänge des Schaltkolbens
Schaltgabel
Rückstellelement, Schraubenfeder
Differentialsperre
Getriebewelle
Zahnrad
Getriebewelle
Dichtelement, O-Ring
vorderer Kolbenanschlag
hinterer Kolbenanschlag
Wälzlagerung, Rillenkugellagerung

Claims

Patentansprüche
1 . Schaltmodul (1 ) für eine Differentialsperre (7), für ein Schaltgetriebe oder für eine Achszuschaltung, umfassend eine Schaltmuffe (2) und einen Schaltkolben (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkolben (4) als Ringkolben (4) ausgebildet ist.
2. Schaltmodul (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (2) axial im Schaltkolben (4) drehbar gelagert ist.
3. Schaltmodul (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (2) mittels einer Gleitlagerung im Schaltkolben (4) gelagert ist.
4. Schaltmodul (1 ) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (2) mittels einer Wälzlagerung (14) im Schaltkolben (4) gelagert ist.
5. Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul (1 ) weiterhin einen Schaltzylinder umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, den Schaltkolben (4) mit einem Druck zu beaufschlagen.
6. Schaltmodul nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul weiterhin ein elastisches
Rückstellelement umfasst, welches dazu ausgebildet ist, den Schaltkolben mit einer dem Druck entgegenwirkenden Kraft zu beaufschlagen.
7. Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul (1 ) weiterhin einen vorderen Kolbenanschlag (12) und einen hinteren Kolbenanschlag (13) umfasst.
8. Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkolben (4) zwei unterschiedliche, gestufte radiale Au ßenumfänge (4', 4") aufweist.
9. Differentialsperre (7) zum Sperren einer Verteilerfunktion des Verteilergetriebes, wobei die Differentialsperre (7) mittels eines Schaltmoduls (1 ) einrückbar und ausrückbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul (1 ) ein Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
10. Verteilergetriebe mit einer Differentialsperre (7),
dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialsperre (7) eine Differentialsperre (7) nach Anspruch 9 ist.
1 1 . Schaltgetriebe mit schaltbaren Gangstufen, wobei die Gangstufen mittels mindestens eines Schaltmoduls (1 ) schaltbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltmodul (1 ) ein Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
12. Achszuschaltung, wobei die Achszuschaltung mittels eines Schaltmoduls (1 ) zuschaltbar und abschaltbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmodul (1 ) ein Schaltmodul (1 ) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
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