WO2010063279A1 - Wellenschalter und getriebe mit zumindest einem wellenschalter - Google Patents

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WO2010063279A1
WO2010063279A1 PCT/DE2009/001715 DE2009001715W WO2010063279A1 WO 2010063279 A1 WO2010063279 A1 WO 2010063279A1 DE 2009001715 W DE2009001715 W DE 2009001715W WO 2010063279 A1 WO2010063279 A1 WO 2010063279A1
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WO
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shaft
switch
cone
particular according
axially
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Application number
PCT/DE2009/001715
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Albrecht
Tillmann Koerner
Steffen Schwarzer
Original Assignee
Neumayer Tekfor Holding Gmbh
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Publication date
Application filed by Neumayer Tekfor Holding Gmbh filed Critical Neumayer Tekfor Holding Gmbh
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D15/00Clutches with wedging balls or rollers or with other wedgeable separate clutching members

Definitions

  • the invention relates to a shaft switch for non-rotatable coupling of two coaxially arranged shaft parts and a transmission with such a shaft switch.
  • Shaft switches for connecting two shaft parts arranged coaxially with each other have long been known, for example, from DE 1 303437 A.
  • a shaft part in the form of a fixed wheel connected to a shaft is formed and a shaft part in the form of a loose wheel rotatably mounted on the shaft.
  • the idler gear is rotationally connected to form a toothing to the sliding sleeve with the fixed gear and thus with the shaft.
  • a synchronization device is provided to synchronize the teeth of the sliding sleeve and idler gear.
  • Such a structure requires in particular because of the sweeping synchronization device a large axial space.
  • a shaft switch for the rotationally locking connection of two shaft parts arranged coaxially to one another in which cylindrical rollers are distributed over the circumference on a conical projection of a shaft part, wherein the other shaft part has an inner cone which is complementary to the conical projection , so that at an axial spacing of the two shaft parts due to the decreasing distance from the conical shoulder and inner cone, the two shaft parts are clamped by means of the rollers.
  • the rollers are positioned by a polygonal configuration of the inner cone over the circumference. The roles position themselves when switching the shaft switch from the freewheel in the rotational, substantially rigid connection of the shaft parts at the corners of the polygon.
  • the production of an inner cone is relative consuming and can not be done on typical machines for the production of shaft parts with gears.
  • the object of the invention is therefore to propose a shaft switch, which builds axially narrow and simple, preferably with machines for the production of shaft parts can be produced. Furthermore, a transmission with at least one such shaft switch to be proposed.
  • the invention is achieved by a shaft switch for non-rotatable connection of two mutually about a common axis of rotation arranged and mutually rotatable shaft parts, wherein a first shaft part has an external toothing and a second shaft part axially displaceable, the external toothing radially and coaxially cross clamping cone and in tooth spaces of the external toothing Rolls are added to form a cone profile of the clamping cone opposite cone profile.
  • the external teeth may be conical, wherein in the tooth spaces cylindrical rollers, such as needles, are inserted to achieve the cone profile.
  • the external toothing may be a cylindrical toothing formed, for example, as a straight-line or helical toothing, with tapered rollers being inserted into their tooth spaces in order to obtain the conical profile.
  • the rollers are accurately positioned circumferentially. It can be inserted depending on the desired clamping torque in each tooth gap a role. For reasons of cost and weight savings and less, preferably evenly distributed over the tooth gaps rollers can be provided.
  • the production of the clamping cone with the circular cone profile, which is viewed essentially over the circumference, can be carried out advantageously by means of a metal forming method.
  • an axial displacement of external teeth or clamping cone is formed by the opposing cone profiles of clamping cone and rollers first with exhaustion of the radial clearance between the clamping cone and rollers frictional engagement in the sense of a freewheel that leads to further axial displacement to a clamping of external teeth and clamping cone with the interposition of the rollers, wherein housed in the tooth spaces roles in the circumferential direction on the tooth flanks Support external teeth, so that a torque to be transmitted over both shaft parts only needs to be supported between the rollers and the clamping cone by means of a frictional engagement.
  • the circuit of the shaft switch for rotationally-locking separating and connecting the two shaft parts takes place by forming and canceling a frictional engagement between the clamping cone and the rollers by relative axial displacement of clamping cone or external toothing.
  • the axial displacement of the clamping cone relative to the external toothing can be done in different ways.
  • the clamping cone can be accommodated in a rotationally fixed and axially limited displaceable manner on the second shaft part, wherein both shaft parts are arranged axially fixed relative to one another.
  • the clamping cone by means of a radial flange with an external profile such as external teeth with the shaft member rotatably and axially displaceable connected.
  • the shaft part may be a shaft, a loose wheel received on a shaft or a shaft provided with a corresponding outer profile.
  • the clamping cone preferably has an engagement profile, for example an annular groove or the like, into which an actuating mechanism for axial displacement of the clamping cone can engage, for example, a driver or automatically operated shift fork.
  • the two shaft parts are axially fixed to each other, for example, against each other axially fixed and rotatably mounted against each other.
  • thrust washers or thrust bearings such as needle roller bearings can be provided to reduce drilling friction.
  • the external toothing for example a toothed wheel which can be axially displaced on the shaft part
  • the external toothing can be provided with external toothing, which can be provided by - as previously described means - axially displaced to actuate the shaft switch.
  • the proposed embodiment is particularly suitable for arrangements in gear change transmissions for shifting gears, parking positions, the connection of additional gears, electric machines in hybrid drives, for switching the number of driven axles and the like, by means of the shaft switch a loose wheel rotatably mounted with a arranged on a shaft Fixed wheel or connected to a shaft rotatably connected component is connected.
  • one shaft part can be rotationally fixed and the other shaft part can be received rotatably on a common shaft and rotationally connected to each other by means of the shaft switch.
  • both shaft parts can also be arranged axially displaceable relative to one another and displaced from one another for switching the shaft switch, for example uniformly by means of a cam.
  • the circuit of the shaft switch in the frictional switching state in which the two shaft parts are rotationally connected to each other, can by a ge pulled or axial movement carried axial, wherein in a drawn axial movement of the clamping cone and the external teeth are axially spaced apart and are approximated in a depressed movement to each other to achieve a rotational closure of the shaft parts. Since the clamping cone is narrowed in each case in the direction of movement to achieve the frictional engagement, the clamping cone widens in the depressed version towards its axial free end into which the external teeth is introduced with the rollers, while the clamping cone in the pulled version to its free axial Narrowed towards the end. An assembly of the drawn version is carried out by subsequently connecting the conical clamping flange with the radially extending flange, which is rotatably connected to the shaft part.
  • an embodiment of a shaft switch can be provided as so-called clutch for mutual switching of two axially adjacent Gangradcrustation each with a connectable to a shaft by means of the shaft switch idler gear and a combing with this, arranged on a shaft parallel to this shaft arranged as a fixed gear of a gearbox ,
  • two axiomatic al spaced first shaft parts as provided on a first shaft rotatably mounted idler gears each provided a Gangradcruung, which are rotatably received on the second shaft part, each of the first shaft parts having external teeth with sprags and on the second shaft part, for example, arranged on the first shaft flange in each case a clamping cone is provided for the two external teeth.
  • the two clamping cones are connected to each other in an advantageous manner, for example, welded or manufactured in one piece, and axially limited relative to the second shaft portion and have a conventional means for forming a positive connection with a means, such as a shift fork, for axial displacement of the clamping cone according to a Sliding sleeve on.
  • a particularly slim-fitting change-speed gearbox can be proposed.
  • a transmission which has at least one idler gear which can be rotated on a shaft and which is connectable to the shaft by a shaft switch according to the inventive idea.
  • a transmission may, for example, have a plurality of gear pairings arranged on two shafts arranged parallel to one another, one of the two gear wheels forming the gear wheel pair being a loose wheel which, according to the inventive concept, can be connected to the shaft by the shaft switch, so that different transmission ratios can be set each one idler gear of a Gangradpocung connected by the corresponding shaft switch, that is, is connected to the shaft.
  • a shaft switch with two clamping cones by corresponding axial displacement alternately switch two idler gears two Gangradbin.
  • a shaft switch according to the invention additional components of the transmission, such as a parking brake, a multi-axis drive, a PTO, retarder or the like switch.
  • a parking brake such as a parking brake, a multi-axis drive, a PTO, retarder or the like switch.
  • Figure 1 shows the shaft switch 1, which connects the two shaft parts 2, 3 together, in partial section about the rotation axis D.
  • the shaft part 2 is formed in the embodiment shown from a loose wheel 4, by means of a storage, for example in the form of needle bearings shown 5 rotatably mounted on the shaft 6, which is axially fixedly received between the disc 7 and a thrust bearing, not shown, in a housing, such as a transmission housing, rotatably.
  • the two needle bearings 5 are respectively positioned by the discs 8, 9, wherein the disc 9 in conjunction with the lubrication groove 10 of the shaft 6 ensures the lubrication of the needle roller bearings 5.
  • the idler gear 4 has a trained example as involute external teeth 11, which meshes to form a Gangradploung with a toothing of a not shown, mounted parallel to the shaft gear.
  • the external toothing 11 is axially extended relative to the installation space necessary to form the gear wheel pairing, so that in the tooth gaps 12 tapered rollers 13 are accommodated, which are axially secured by means of the securing ring 14.
  • the external toothing 11 is designed as a longitudinal toothing, in other embodiments, the external toothing 11 can also be designed as helical toothing.
  • the clamping cone 15 engages over the tapered rollers 13.
  • the clamping cone 15 has a cone profile 17 complementary to the cone profile 16 of the tapered rollers 17 on its inner circumference.
  • the illustrated cone profiles 16, 17 are not shown to scale to illustrate the function and may have other, for example, smaller gradients in a structural design.
  • a radial gap 18 is provided between the cone profiles 16, 17.
  • the clamping cone 15 is pulled to form a frictional engagement with the tapered rollers 13 against its slope by this is axially spaced from the shaft part 2, that is from the idler gear 4.
  • the clamping cone 15 may be provided with an engagement profile 19, for example an annular groove, in which an actuating means, not shown, for example, a shift fork, engages.
  • the idler gear 4 is axially fixedly received between the disc 7 and the second shaft part 3.
  • undercutting clamping cone 15 of this is in two parts from the attachment 20 and the flange 21 is formed.
  • the radially extending flange 21 is axially displaceable and rotatably received by means of a toothing 22 or splines on the shaft part 3 and centered. Attachment 20 and flange 21 are firmly connected to each other, for example, welded, shrunk or pressed together.
  • the shaft part 3 is formed in the embodiment shown from the inner ring 23 which is rotatably connected to the shaft 6, for example in the form of a toothing or splined connection.
  • the toothing 22 to the flange 21 forming inner ring may also be firmly connected to the shaft 6.
  • the inner ring 23 forms as a shaft part 3 so far the rotationally locking connection of the shaft part 3 to the shaft 6, so that the shaft switch 1, the idler gear 4 formed as a shaft part 4 couples to the shaft 6.
  • the shaft parts 2, 3 of the shaft switch 1 may be formed in other ways, the inventive feature of a shaft part associated with external teeth with inserted rollers and the other shaft part associated clamping cone, which form an axially switching freewheel, all embodiments is common.
  • gear wheels On the shaft 6 further rotatably or rotatably arranged gear wheels can be arranged, wherein the rotatably arranged gear wheels such as idler gears can be configured by corresponding shaft switch connected to the shaft 6 and the gear wheel 24, for example, with the outer teeth 25 by means of internal teeth or splined connection rotatably with the Wave 6 connected that is.
  • the axial fixing of the shaft part 3 as inner ring 23 takes place between the already axially fixed gear 24 and the disc 26th
  • the shaft switch 1 is axially narrower compared to a clutch with synchronization device. To compare the axial space savings of the proposed shaft switch 1 is displayed in the space required for a clutch mounting space. The distance A is this the axial space savings of the shaft switch 1 over a conventional clutch again. It is understood that in space-optimized waveguides, the distance A can be eliminated accordingly.
  • FIG. 2 shows a shaft switch 1a modified with respect to the shaft switch 1 of FIG.
  • cone sections 16a of the tapered rollers 13a and the corresponding inverted cone profile 17a of the clamping cone 15a of the shaft switch 1a is closed by shortening the distance between the outer teeth 11 and the clamping cone 15a, that is, the shaft part 2 in the form of the idler gear 4 with the shaft part 3 and thus the shaft 6 rotatably connected.
  • the clamping cone 15a Due to the non-undercut arrangement of clamping cone 15a and tapered rollers 13a, the clamping cone 15a can be integrally formed.
  • the clamping cone 15a is displaced axially on the inner ring 23 via the engagement profile 19 in accordance with the clamping cone 15 of FIG.
  • Relationships used in subclaims indicate the further development of the subject of the main claim by the features of the respective subclaim; they are not considered a waiver of the achievement of a self-reliant to understand substantive protection for the feature combination of the dependent claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wellenschalter zur drehfesten Koppelung zweier koaxial zueinander angeordneter Wellenteile sowie ein Getriebe mit zumindest einem derartigen Wellenschalter. Zur Verminderung des Fertigungsaufwands wird vorgeschlagen, in einem Wellenteil eine Außenverzahnung vorzusehen, in deren Zahnlücken Rollen eingelegt werden, die von einem die Außenverzahnung radial übergreifenden Klemmkegel mit zu den Kegelrollen komplementären Kegelprofilen radial beaufschlagt werden, wenn der Klemmkegel axial gegenüber der Außenverzahnung verlagert wird. Durch derartige Wellenschalter kann weiterhin der axiale Bauraum gegenüber synchronisierten Klauenkupplungen verringert werden.

Description

Wellenschalter und Getriebe mit zumindest einem Wellenschalter
Die Erfindung betrifft einen Wellenschalter zur drehschlüssigen Koppelung zweier koaxial zueinander angeordneter Wellenteile und ein Getriebe mit einem derartigen Wellenschalter.
Wellenschalter zur Verbindung zweier koaxial zueinander angeordneter Wellenteile sind seit langem beispielsweise aus der DE 1 303437 A bekannt. In derartigen vorzugsweise zur Schaltung von einzelnen Gängen eines Schaltgetriebes verwendeten Vorrichtungen ist ein Wellenteil in Form eines mit einer Welle verbundenen Festrades ausgebildet und ein Wellenteil in Form eines Losrades verdrehbar auf der Welle angeordnet. Durch axiales Verschieben einer drehfest mit dem Festrad verbundenen Schiebehülse wird das Losrad drehschlüssig unter Ausbildung einer Verzahnung zur Schiebehülse mit dem Festrad und damit mit der Welle verbunden. Zur Synchronisierung der Verzahnungen von Schiebehülse und Losrad wird eine Synchronisationseinrichtung vorgesehen. Ein derartiger Aufbau erfordert insbesondere wegen der ausladenden Synchronisationseinrichtung einen großen axialen Bauraum.
Weiterhin ist aus der DE 101 58 608 A1 ein Wellenschalter zur drehschlüssigen Verbindung von zwei koaxial zueinander angeordneten Wellenteilen bekannt, in dem auf einem konischen Ansatz eines Wellenteils zylindrische Rollen über den Umfang verteilt sind, wobei das andere Wellenteil einen zu dem konischen Ansatz komplementären Innenkonus aufweist, so dass bei einer axialen Beabstandung der beiden Wellenteile infolge des sich verringernden Abstandes von konischem Ansatz und Innenkonus die beiden Wellenteile mittels der Rollen verklemmt werden. Die Rollen werden dabei durch eine polygonale Ausgestaltung des Innenkonus über den Umfang positioniert. Die Rollen positionieren sich dabei beim Umschalten des Wellenschalters vom Freilauf in die drehschlüssige, im Wesentlichen starre Verbindung der Wellenteile an den Ecken des Polygons. Die Herstellung eines Innenkonus ist relativ aufwendig und kann nicht auf typischen Maschinen zur Herstellung von Wellenteilen mit Verzahnungen erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Wellenschalter vorzuschlagen, der axial schmal baut und einfach, vorzugsweise mit Maschinen zur Herstellung von Wellenteilen herstellbar ist. Weiterhin soll ein Getriebe mit zumindest einem derartigen Wellenschalter vorgeschlagen werden.
Die Erfindung wird durch einen Wellenschalter zur drehschlüssigen Verbindung zweier zueinander um eine gemeinsame Drehachse angeordneter und gegeneinander verdrehbarer Wellenteile gelöst, wobei ein erstes Wellenteil eine Außenverzahnung aufweist und ein zweites Wellenteil einen axial verlagerbaren, die Außenverzahnung radial und koaxial übergreifenden Klemmkegel aufweist und in Zahnlücken der Außenverzahnung Rollen unter Bildung eines zu einem Kegelprofil des Klemmkegels entgegengesetzten Kegelprofils aufgenommen sind. Dabei kann die Außenverzahnung kegelförmig sein, wobei in deren Zahnlücken zylinderförmige Rollen, beispielsweise Nadeln, zur Erzielung des Kegelprofils eingelegt werden. Alternativ kann die Außenverzahnung eine beispielsweise als geradlinig oder schrägverzahnt ausgebildete zylindrische Verzahnung sein, wobei zur Erzielung des Kegelprofils Kegelrollen in deren Zahnlücken eingelegt werden. Durch die Aufnahme der Rollen in einer mittels herkömmlicher Maschinen hergestellten Außenverzahnung werden die Rollen über den Umfang exakt positioniert. Dabei kann abhängig vom erwünschten Klemmmoment in jeder Zahnlücke eine Rolle eingelegt sein. Aus Gründen der Kosten- und Gewichtsersparnis können auch weniger, vorzugsweise gleichmäßig über die Zahnlücken verteilte Rollen vorgesehen werden. Die Herstellung des Klemmkegels mit dem im Wesentlichen über den Umfang betrachtet kreisrunden Kegelprofil kann in vorteilhafter weise mittels eines Metallumformverfahrens erfolgen.
Bei einer axialen Verlagerung von Außenverzahnung oder Klemmkegel entsteht durch die einander entgegen gerichteten Kegelprofile von Klemmkegel und Rollen zuerst unter Aufbrauch des Radialspiels zwischen Klemmkegel und Rollen ein Reib- schluss im Sinne eines Freilaufs, der bei weiterer axialer Verlagerung zu einem Klemmen von Außenverzahnung und Klemmkegel unter Zwischenlegung der Rollen führt, wobei sich die in den Zahnlücken untergebrachten Rollen in Umfangsrichtung an den Zahnflanken der Außenverzahnung abstützen, so dass ein über beide Wellenteile zu übertragendes Moment lediglich zwischen den Rollen und dem Klemmkegel mittels eines Reibschlusses abgestützt werden muss. Die Schaltung des Wellenschalters zum drehschlüssigen Trennen und Verbinden der beiden Wellenteile erfolgt durch Bildung und Aufhebung eines Reibschlusses zwischen dem Klemmkegel und den Rollen durch relative axiale Verlagerung von Klemmkegel oder Außenverzahnung.
Je nach Ausführungsform kann die axiale Verlagerung des Klemmkegels gegenüber der Außenverzahnung auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Klemmkegel drehfest und axial begrenzt verlagerbar auf dem zweiten Wellenteil aufgenommen sein, wobei beide Wellenteile axial fest zueinander angeordnet sind. Hierzu kann der Klemmkegel mittels eines radialen Flanschteils mit einem Außenprofil wie Außenverzahnung mit dem Wellenteil drehfest und axial verlagerbar verbunden sein. Das Wellenteil kann eine Welle, ein auf einer Welle aufgenommenes Losrad oder eine mit einem entsprechenden Außenprofil versehene Welle direkt sein. Dabei weist der Klemmkegel bevorzugt ein Eingriffsprofil, beispielsweise eine Ringnut oder dergleichen auf, in die ein Betätigungsmechanismus zur axialen Verlagerung des Klemmkegels eingreifen kann, beispielsweise eine vom Fahrer oder automatisiert betätigte Schaltgabel. Die beiden Wellenteile sind dabei axial aufeinander fixiert, beispielsweise gegeneinander axial fest und verdrehbar gegeneinander gelagert. An den Lagerstellen der Wellenteile zueinander oder zu einem Gehäuse können zur Verminderung von Bohrreibung Anlaufscheiben oder Axiallager wie Nadellager vorgesehen sein. Alternativ kann bei fest auf dem Wellenteil angeordnetem Klemmkegel die Außenverzahnung, beispielsweise ein auf dem Wellenteil axial verschiebbares Zahnrad mit Außenverzahnung vorgesehen sein, das durch entspre- chende - wie zuvor beschriebene Mittel - axial verlagert wird, um den Wellenschalter zu betätigen. Die vorgeschlagene Ausführungsform eignet sich insbesondere für Anordnungen in Zahnräderwechselgetrieben zur Schaltung von Gängen, Parkpositionen, zur Zuschaltung von Zusatzgetrieben, Elektromaschinen in hybridischen Antrieben, zur Umschaltung der Anzahl der angetriebenen Achsen und dergleichen, indem mittels des Wellenschalters ein Losrad drehfest mit einem auf einer Welle angeordneten Festrad oder einer mit einer Welle drehfest verbundenen Komponente verbunden wird. Insbesondere können ein Wellenteil drehfest und das andere Wellenteil verdrehbar auf einer gemeinsamen Welle aufgenommen sein und mittels des Wellenschalters miteinander drehschlüssig verbunden werden.
In einer weiteren Alternative kann vorgesehen sein, den Klemmkegel und/oder die Außenverzahnung jeweils fest auf einem Wellenteil aufzunehmen und zur Schaltung des Wellenschalters die Wellenteile gegeneinander zu beabstanden, wobei in vorteilhafter Weise eines der Wellenteile axial fest positioniert und das andere zu diesem axial verlagert wird, beispielsweise mittels einer vom Fahrer oder automatisiert betätigten Schaltgabel. Unter Wellenteilen können in dieser Alternative beispielsweise Wellen, Los- und Festräder und dergleichen verstanden werden. In besonders gelagerten Fällen können auch beide Wellenteile axial verlagerbar zueinander angeordnet sein und zur Schaltung des Wellenschalters gegeneinander, beispielsweise gleichförmig mittels eines Nockens, verlagert werden. Es versteht sich, dass alle Verlagerungen des Klemmkegels gegenüber der Außenverzahnung entgegen der Wirkung eines axial wirksamen Energiespeichers erfolgen können, so dass die Bildung oder bevorzugt die Trennung des Reibschlusses der beiden Wellenteile selbstständig erfolgt und der Wellenschalter nur in eine Richtung geschaltet werden muss. Diese vorgeschlagene Alternative eignet sich insbesondere zur endseitigen Verbindung von koaxialen Wellen, beispielsweise zur Zuschaltung eines Retarders.
Die Schaltung des Wellenschalters in den reibschlüssigen Schaltzustand, in dem die beiden Wellenteile drehschlüssig miteinander verbunden sind, kann durch eine ge- zogene oder gedrückte Axialbewegung erfolgen, wobei bei einer gezogenen Axialbewegung der Klemmkegel und die Außenverzahnung axial zueinander beabstandet werden und bei einer gedrückten Bewegung einander angenähert werden, um einen Drehschluss der Wellenteile zu erzielen. Da der Klemmkegel jeweils in Bewegungsrichtung zur Erzielung des Reibschlusses verengt ist, erweitert sich der Klemmkegel bei der gedrückten Version zu seinem axialen freien Ende hin, in die die Außenverzahnung mit den Rollen eingeführt wird, während sich der Klemmkegel bei der gezogenen Version zu seinem freien axialen Ende hin verengt. Eine Montage der gezogenen Version erfolgt dabei durch nachträgliches Verbinden des konischen Klemmflansches mit dem sich radial erstreckenden Flanschteil, das mit dem Wellenteil drehfest verbunden ist.
Es hat sich insbesondere aus Gründen einer Verringerung des Fertigungsaufwandes als vorteilhaft gezeigt, wenn die Außenverzahnung als Teil einer axial verlängerten Laufverzahnung einer Gangradpaarung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann eine separate Herstellung der Außenverzahnung entfallen und diese direkt mit der Laufverzahnung in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Verglichen mit herkömmlichen Schaltkupplungen mit Synchronisationseinrichtung, wie sie beispielsweise in der im Stand der Technik zitierten Auslegeschrift offenbart werden, kann dabei der gesamte Schaltmechanismus in Form des vorgeschlagenen Wellenschalters auf dem axialen Bauraum der Synchronisationseinrichtung untergebracht werden, so dass erheblich weniger axialer Bauraum beansprucht wird und das Getriebe axial kürzer bauen kann.
Hierzu kann ein Ausführungsbeispiel eines Wellenschalters als sogenannte Schaltkupplung zur wechselseitigen Schaltung von zwei axial benachbarten Gangradpaarungen mit jeweils einem mit einer Welle mittels des Wellenschalters verbindbaren Losrads und einem mit diesem kämmenenden, auf einer zu dieser Welle parallel angeordneten Welle als Festrad angeordneten Zahnrads eines Schaltgetriebes vorgesehen werden. Hierzu sind nach dem erfinderischen Gedanken zwei zueinander axi- al beabstandete erste Wellenteile wie auf einer ersten Welle verdrehbar angeordnete Losräder jeweils einer Gangradpaarung vorgesehen, die verdrehbar auf dem zweiten Wellenteil aufgenommen sind, wobei jedes der ersten Wellenteile eine Außenverzahnung mit Klemmkörpern aufweist und an dem zweiten Wellenteil, beispielsweise einem auf der ersten Welle angeordneten Flanschteil jeweils ein Klemmkegel für die beiden Außenverzahnungen vorgesehen ist. Die beiden Klemmkegel sind dabei in vorteilhafter Weise miteinander fest verbunden, beispielsweise verschweißt oder einteilig hergestellt, und gegenüber dem zweiten Wellenteil axial begrenzt verlagerbar und weisen ein übliches Mittel zur Bildung eines Formschlusses mit einem Mittel, beispielsweise einer Schaltgabel, zur axialen Verlagerung des Klemmkegels entsprechend einer Schiebhülse auf. Bei Verwendung derartiger axial schmal bauender Wellenschalter wie Schaltkupplungen kann ein besonders schmal bauendes Zahnräderwechselgetriebe vorgeschlagen werden.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Getriebe gelöst, das zumindest ein auf einer Welle verdrehbares Losrad aufweist, das von einem Wellenschalter nach dem erfinderischen Gedanken verbindbar mit der Welle ist. Ein derartiges Getriebe kann beispielsweise mehrere auf zwei parallel zueinander angeordneten Wellen angeordnete Gangradpaarungen aufweisen, wobei eines der beiden die Gangradpaarung bildenden Gangräder ein Losrad ist, das nach dem erfinderischen Gedanken durch den Wellenschalter mit der Welle verbindbar ist, so dass zur Einstellung unterschiedlicher Übersetzungen des Getriebes jeweils ein Losrad einer Gangradpaarung von dem entsprechenden Wellenschalter geschaltet, das heißt, mit der Welle verbunden wird. Dabei kann ein Wellenschalter mit jeweils zwei Klemmkegeln durch entsprechende axiale Verlagerung wechselweise zwei Losräder zweier Gangradpaarungen schalten. Weiterhin können durch einen erfindungsgemäßen Wellenschalter zusätzliche Komponenten des Getriebes, beispielsweise eine Parksperre, einen Mehrachsantrieb, einen Nebenabtrieb, Retarder oder dergleichen schalten. Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Diese zeigen jeweils einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Wellenschalter.
Figur 1 zeigt den Wellenschalter 1 , der die beiden Wellenteile 2, 3 miteinander verbindet, in Teilschnitt um die Drehachse D. Dabei ist das Wellenteil 2 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Losrad 4 gebildet, das mittels einer Lagerung, beispielsweise in Form der dargestellten Nadellager 5 verdrehbar auf der Welle 6, die axial fest zwischen der Scheibe 7 und einem nicht dargestellten Axiallager in einem Gehäuse, beispielsweise einem Getriebegehäuse, verdrehbar aufgenommen ist. Die beiden Nadellager 5 sind jeweils durch die Scheiben 8, 9 positioniert, wobei die Scheibe 9 in Verbindung mit der Schmiernut 10 der Welle 6 die Schmierung der Nadellager 5 gewährleistet. Das Losrad 4 weist eine beispielsweise als Evolventenverzahnung ausgebildete Außenverzahnung 11 auf, die zur Bildung einer Gangradpaarung mit einer Verzahnung eines nicht dargestellten, parallel zur Welle gelagerten Gangrads kämmt. Die Außenverzahnung 11 ist gegenüber dem zur Bildung der Gangradpaarung notwendigen Bauraums axial verlängert, so dass in deren Zahnlücken 12 Kegelrollen 13 aufgenommen sind, die mittels des Sicherungsrings 14 axial gesichert sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Außenverzahnung 11 als Längsverzahnung ausgestaltet, in weiteren Ausführungsbeispielen kann die Außenverzahnung 11 auch als Schrägverzahnung ausgeführt sein.
Radial außerhalb der Außenverzahnung 11 übergreift der Klemmkegel 15 die Kegelrollen 13. Der Klemmkegel 15 weist ein zu dem Kegelprofil 16 der Kegelrollen 13 komplementäres Kegelprofil 17 an dessen Innenumfang auf. Die dargestellten Kegelprofile 16, 17 sind zur Verdeutlichung der Funktion nicht maßstabsgetreu dargestellt und können in einer konstruktiven Ausführung andere, beispielsweise kleinere Steigungen aufweisen. Im nicht geschalteten Zustand des Wellenschalters 1 ist dabei zwischen den Kegelprofilen 16, 17 ein Radialspalt 18 vorgesehen. Der Klemmkegel 15 wird zur Bildung eines Reibeingriffs mit den Kegelrollen 13 entgegen deren Steigung gezogen, indem dieser von dem Wellenteil 2, also vom Losrad 4, axial beabstandet wird. Hierzu kann der Klemmkegel 15 mit einem Eingriffsprofil 19, beispielsweise einer Ringnut, versehen sein, in die ein nicht dargestelltes Betätigungsmittel, beispielsweise eine Schaltgabel, eingreift. Das Losrad 4 ist dabei axial fest zwischen der Scheibe 7 und dem zweiten Wellenteil 3 aufgenommen. Zur Montage des die Kegelrollen 13 hinterschneidenden Klemmkegels 15 ist dieser zweiteilig aus dem Aufsatz 20 und dem Flanschteil 21 gebildet. Das sich radial erstreckende Flanschteil 21 ist axial verlagerbar und drehfest mittels einer Verzahnung 22 oder einer Keilverzahnung auf dem Wellenteil 3 aufgenommen und zentriert. Aufsatz 20 und Flanschteil 21 sind miteinander fest verbunden, beispielsweise verschweißt, aufeinander aufgeschrumpft oder verpresst.
Das Wellenteil 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus dem Innenring 23 gebildet, der mit der Welle 6 drehfest verbunden ist, beispielsweise in Form einer Verzahnung oder Keilwellenverbindung. Der die Verzahnung 22 zum Flanschteil 21 bildende Innenring kann auch fest mit der Welle 6 verbunden sein. Der Innenring 23 bildet als Wellenteil 3 insoweit die drehschlüssige Anbindung des Wellenteils 3 an die Welle 6, so dass der Wellenschalter 1 das als Wellenteil 2 ausgebildete Losrad 4 an die Welle 6 koppelt. Es versteht sich, dass die Wellenteile 2, 3 des Wellenschalters 1 auch in anderer Weise ausgebildet sein können, wobei das erfinderische Merkmal einer einem Wellenteil zugeordneten Außenverzahnung mit eingelegten Rollen und der dem anderen Wellenteil zugeordnete Klemmkegel, die einen axial schaltenden Freilauf bilden, allen Ausführungsformen gemeinsam ist.
Auf der Welle 6 können weitere drehfest oder verdrehbar angeordnete Gangräder angeordnet sein, wobei die verdrehbar angeordneten Gangräder wie Losräder durch entsprechende Wellenschalter mit der Welle 6 verbindbar ausgestaltet sein können und das beispielsweise gezeigte Gangrad 24 mit der Außenverzahnung 25 mittels einer Innenverzahnung oder Keilwellenverbindung drehfest mit der Welle 6 verbun- den ist. Die axiale Fixierung des Wellenteils 3 wie Innenring 23 erfolgt zwischen dem bereits axial fest aufgenommenen Gangrad 24 und der Scheibe 26.
Der Wellenschalter 1 baut gegenüber einer Schaltkupplung mit Synchronisationseinrichtung axial schmaler. Zum Vergleich der axialen Bauraumersparnis ist der vorgeschlagene Wellenschalter 1 in den für eine Schaltkupplung erforderlichen Bauraum eingeblendet. Der Abstand A gibt hierzu die axiale Bauraumersparnis des Wellenschalters 1 gegenüber einer herkömmlichen Schaltkupplung wieder. Es versteht sich, dass in bauraumoptimierten Wellenschaltern der Abstand A entsprechend eliminiert werden kann.
Figur 2 zeigt einen gegenüber dem Wellenschalter 1 der Figur 1 abgeänderten Wellenschalter 1a. Durch die in axialer Richtung umgekehrt angeordneten Kegelprofile 16a der Kegelrollen 13a und dem entsprechend umgekehrten Kegelprofil 17a des Klemmkegels 15a wird der Wellenschalter 1a durch eine Verkürzung des Abstands zwischen der Außenverzahnung 11 und dem Klemmkegel 15a geschlossen, das heißt, das Wellenteil 2 in Form des Losrads 4 mit dem Wellenteil 3 und damit der Welle 6 drehschlüssig verbunden. Infolge der nicht hinterschneidenden Anordnung von Klemmkegel 15a und Kegelrollen 13a kann der Klemmkegel 15a einteilig ausgebildet werden. Der Klemmkegel 15a wird entsprechend dem Klemmkegel 15 der Figur 1 über das Eingriffsprofil 19 axial auf dem Innenring 23 verlagert.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbstän- digen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombination der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält sich die Anmelderin vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Patentansprüche
1. Wellenschalter zur drehschlüssigen Verbindung zweier zueinander um eine gemeinsame Drehachse angeordneter und gegeneinander verdrehbarer Wellenteile, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Wellenteil eine Außenverzahnung aufweist und ein zweites Wellenteil einen axial verlagerbaren, die Außenverzahnung radial und koaxial übergreifenden Klemmkegel aufweist und in Zahnlücken der Außenverzahnung Rollen unter Bildung eines zu einem Kegelprofil des Klemmkegels komplementären Kegelprofils aufgenommen sind.
2. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung eine Kegelverzahnung ist und die Rollen zylindrisch ausgebildet sind.
3. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung eine zylindrische Verzahnung ist und die Rollen als Kegelrollen ausgebildet sind.
4. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung eine Schrägverzahnung ist.
5. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkegel drehfest und axial begrenzt verlagerbar auf dem zweiten Wellenteil aufgenommen ist und beide Wellenteile axial fest zueinander angeordnet sind.
6. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Klemmkegel fest auf dem zweiten Wellenteil aufgenommen ist und eines der beiden Wellenteile gegenüber dem anderen Wellenteil axial begrenzt verlagerbar ist.
7. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kegelprofil des Klemmkegels zu dessen axial freiem Ende öffnet.
8. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kegelprofil des Klemmkegels zu dessen axial freiem Ende erweitert.
9. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kegelprofil des Klemmkegels zu dessen axial freiem Ende verengt.
10. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung als Teil einer axial verlängerten Laufverzahnung einer Zahnradpaarung vorgesehen ist.
11. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenteil drehfest und das andere Wellenteil verdrehbar auf einer Welle aufgenommen sind.
12. Wellenschalter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei zueinander axial beabstandete erste Wellenteile vorgesehen sind, die verdrehbar auf dem zweiten Wellenteil aufgenommen sind, wobei jedes der ersten Wellenteile eine Außenverzahnung mit Rollen aufweist und an dem zweiten Wellenteil jeweils ein Klemmkegel für die beiden Außenverzahnungen vorgesehen ist.
13. Wellenschalter insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Klemmkegel miteinander fest verbunden und gegenüber dem zweiten Wellenteil axial begrenzt verlagerbar sind.
14. Getriebe mit zumindest einem auf einer Welle verdrehbar angeordneten und von einem Wellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13 fest mit der Welle verbindbaren Losrad.
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