WO2011088856A1 - Formschlusskupplungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer ersten Kupplungshälfte (10a; 10b; 10c; 10d), die zumindest eine erste Formschlusseinheit (11a; 11b; 11c; 11d) aufweist, mit einer zweiten Kupplungshälfte (12a; 12b; 12c; 11d), die zumindest eine zweite Formschlusseinheit (13a; 13b; 13c; 13d) aufweist, und wobei die zumindest zwei Formschlusseinheiten (11a, 13a; 11b, 13b; 11c, 13c; 11d, 13d) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung entlang einer Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c; 14d) relativ zueinander verschiebbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Formschlusseinheiten (11a; 11b, 13b; 11c; 11d) zumindest zwei drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c; 15d, 16d) aufweist, die entlang der Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c; 14d) gegeneinander verschiebbar sind.

Description

Daimler AG

Formschlusskupplungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 102 42 759 A1 ist bereits eine Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer ersten Kupplungshälfte, die eine erste Formschlusseinheit aufweist, mit einer zweiten Kupplungshälfte, die eine zweite Formschlusseinheit aufweist, und wobei die zwei Formschlusseinheiten zur Herstellung einer drehfesten Verbindung entlang einer Betätigungsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, bekannt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Formschlusskupplungsvor- richtung bereitzustellen, bei der ein sicheres und schnelles Einlegen gewährleistet werden kann. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer ersten Kupplungshälfte, die zumindest eine erste Formschlusseinheit aufweist, mit einer zweiten Kupplungshälfte, die zumindest eine zweite Formschlusseinheit aufweist, und wobei die zumindest zwei Formschlusseinheiten zur Herstellung einer drehfesten Verbindung entlang einer Betätigungsrichtung relativ zueinander verschiebbar sind.

Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Formschlusseinheiten zumindest zwei drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente aufweist, die entlang der Betätigungsrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Formschlusseinheiten können die beiden Formschlusseingriffselemente der einen Formschlusseinheit gegeneinander verschoben werden, wodurch zunächst ein teilweiser Eingriff der Formschlusseinheiten ineinander erreicht werden kann. Dadurch kann die Zahn-auf-Zahn-Stellung der Formschlusseinheiten sicher und einfach aufgelöst werden, wodurch ein sicheres und schnelles Einlegen der Formschlusskupplungsvorrichtung gewährleistet werden kann. Insbesondere können die Zahn-auf-Zahn-Stellungen dadurch auch bei einer Differenzdrehzahl der Kupplungshälften nahe Null aufgelöst werden, wodurch eine schnelle Schaltbarkeit auch bei niedrigen Differenzdrehzahlen erreicht werden kann. Unter einer„Formschlusskupplungsvorrichtung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung zur Ausbildung einer Kraftfahrzeugklauenkupplung verstanden werden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Kupplungshälften eine Federeinheit aufweist, die wenigstens zwei Formschlusseingriffselemente elastisch koppelt. Dadurch kann in der Zahn-auf-Zahn-Stellung eine von einem Betätigungsaktuator bereitgestellte Betätigungskraft einfach zwischengespeichert und nach dem Auflösen der Zahn-auf- Zahn-Stellung vorteilhaft zum vollständigen Schließen der Formschlusskupplungsvorrich- tung verwendet werden. Zudem kann dadurch eine bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung wirkende Reibkraft einfach begrenzt werden, da dadurch eine auf das Formschlusseingriffs- element wirkende Betätigungskraft begrenzt werden kann. Unter einer„elastischen Kopplung" soll dabei eine Kopplung der Formschlusseingriffselemente für eine Bewegung entlang der Betätigungsrichtung verstanden werden, wobei die Formschlusseingriffselemente durch eine auf eines der Formschlusseingriffselemente wirkende Kraft elastisch gegeneinander verschoben werden können.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungshälfte ein Abstützelement aufweist, gegen das die Federeinheit zumindest eines der Formschlusseingriffselemente elastisch abstützt. Dadurch kann eine einfache Abstützung der Formschlusseingriffselemente realisiert werden. Zudem kann dadurch eine Einleitung von Axialkräften, die insbesondere durch ein Rutschen der Formschlusseingriffselemente in einer teilweise geschlossenen Stellung auftreten können, in den Kraftfahrzeugantriebsstrang, insbesondere in ein die Formschlusskupplungsvorrichtung umfassendes Getriebe, vorteilhaft gedämpft werden.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kupplungshälfte ein Abstützelement aufweist, gegen das die Federeinheit zumindest eines der Formschlusseingriffselemente elastisch abstützt. Dadurch kann eine besonders einfache Betätigungseinheit der Formschlusskupplungsvorrichtung realisiert werden. Unter„vorgesehen" soll dabei insbesondere speziell ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden. Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn die Federeinheit wenigstens zwei Federelemente aufweist, die die zumindest zwei Formschlusseingriffselemente der einen Formschlusseinheit jeweils gegen das Abstützelement abstützen. Dadurch kann die Zahn-auf- Zahn-Stellung unabhängig davon, welches der Formschlusseingriffselemente in Wirkkontakt mit der anderen Formschlusseinheit ist, vorteilhaft aufgelöst werden.

In einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine der Formschlusseinheiten lediglich ein Formschlusseingriffselement aufweist. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Formschlusskupplungsvorrichtung gefunden werden, wodurch insbesondere Kosten der Formschlusskupplungsvorrichtung niedrig gehalten werden können. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Formschlusseinheiten beider Kupplungshälften zumindest zwei entlang der Betätigungsrichtung gegeneinander verschiebbare Formschlusseingriffselemente aufweisen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Formschlusseingriffselemente jeweils eine gleiche Zahnzahl aufweisen. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Verzahnungsgeometrie gefunden werden, die insbesondere ein geringes Umschlagspiel in einem eingespurten Zustand gewährleistet und zudem ein schnelles Trennen der Formschlusseinheiten ermöglicht, da kurze Zahnhöhen realisierbar sind.

Zudem ist es vorteilhaft, wenn sämtliche Formschlusseingriffselemente eine im Wesentlichen gleiche Verzahnungsgeometrie aufweisen. Dadurch kann die Ausgestaltung der Formschlusseingriffselemente konstruktiv besonders einfach realisiert werden. Unter einer„im Wesentlichen gleichen Verzahnungsgeometrie" soll dabei insbesondere verstanden werden, dass Verzahnungen der Formschlusseingriffselemente zumindest eine gleiche Zahnhöhe, eine gleiche Zahnbreite und einen gleichen Zahnabstand aufweisen.

Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Kupplungshälften eine Reibeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die beiden Kupplungshälften zu synchronisieren. Dadurch können die beiden Kupplungshälften vorteilhaft synchronisiert werden, wodurch insbesondere auch eine Schaltung der Formschlusskupplungsvorrichtung verbessert werden kann. Unter„synchronisieren" soll dabei insbesondere ein Anpassen von Drehzahlen bei einem Schaltvorgang verstanden werden. Vorzugsweise umfassen beide Kupplungshälften jeweils eine Reibeinheit, die gemeinsam eine Synchronisierungsvorrich- tung ausbilden, die zur Synchronisierung der beiden Kupplungshälften vorgesehen ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der Reibeinheiten eine Federeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, wenigstens einen Teil der Reibeinheit axial abzustützen. Dadurch kann die Reibeinheit einfach federnd gelagert werden, wodurch eine vorteilhafte Betätigung erreicht werden kann.

Weiter wird vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Kupplungshälften ein Anschlagelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine axiale Verschiebung der Formschlusselemente und/oder der Reibeinheit zumindest in einer axialen Richtung zu begrenzen. Dadurch kann eine axiale Verschiebbarkeit der Formschlusselemente und der Reibeinheit besonders einfach begrenzt werden. Unter einem "Anschlagelement" soll dabei insbesondere ein Element verstanden werden dass eine Verschiebung lediglich in eine axiale Richtung begrenzen kann. Dabei ist das Anschlagelement vorzugsweise als ein Sprengring ausgebildet. Grundsätzlich kann das Anschlagelement auch als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Anschlagelement ausgebildet sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Reibeinheit einen Synchronring umfasst, der axial verschiebbar zu dem wenigstens einen Form- schlusseingriffselement der entsprechenden Kupplungshälfte angeordnet ist. Dadurch kann eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung bereitgestellt werden. Unter der "entsprechenden Kupplungshälfte" soll dabei insbesondere verstanden werden, dass der Synchronring und das Formschlusseingriffselement der gleichen Kupplungshälfte zugeordnet sind. Grundsätzlich kann der Synchronring dabei entweder axial verschiebbar zu den zwei Formschlusseingriffselementen der einen Kupplungshälfte oder axial verschiebbar zu dem lediglich einen Formschlusseingriffselement der anderen Kupplungshälfte sein.

Ferner ist besonders vorteilhaft, wenn die Reibeinheit wenigstens teilweise einstückig mit den Formschlusseingriffselementen ausgebildet ist. Dadurch kann eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung erreicht werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Formschlusskupplungsvorrichtung, deren eine Kupplungshälfte eine Formschlusseinheit mit zwei Formschlussein- griffselementen aufweist,

Fig. 2 die Formschlusskupplungsvorrichtung in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Formschlusskupplungsvorrichtung in einem geschlossenen Zustand,

Fig. 4 die Formschlusseingriffselemente der Formschlusskupplungsvorrichtung in einem geschlossenen Zustand,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Formschlusskupplungsvorrichtung, deren beide Kupplungshälften eine Formschlusseinheit mit zwei Formschluss- eingriffselementen aufweisen,

Fig. 6 die Formschlusskupplungsvorrichtung aus Fig. 5 in einer Zahn-auf-Zahn-

Stellung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Formschlusskupplungsvorrichtung, deren beide Kupplungshälften eine Reibeinheit aufweisen,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Formschlusskupplungsvorrichtung, die eine teilweise einstückig mit der Formschlusseinheit ausgeführte Reibeinheit aufweist und

Fig. 9 die Formschlusskupplungsvorrichtung aus Fig. 8 in einer Aufsicht.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Formschlusskupplungsvorrichtung. Die Formschlusskupplungsvorrichtung bildet eine Kraftfahrzeugklauenkupplung aus. Die Kraftfahrzeugklauenkupplung ist zur Verwendung in einem Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen. Die Formschlusskupplungsvorrichtung umfasst eine erste Kupplungshälfte 10a mit einer ersten Formschlusseinheit 11a und eine zweite Kupplungshälfte 12a mit einer zweiten Formschlusseinheit 13a. Die beiden Kupplungshälften 10a, 12a sind mittels der beiden Formschlusseinheiten drehfest miteinander verbindbar.

Weiter umfasst die Formschlusskupplungsvorrichtung eine Betätigungseinheit 26a, mittels der die gesamte Formschlusseinheit 1a der ersten Kupplungshälfte 10a axial verschoben werden kann. Die Betätigungseinheit 26a umfasst einen Betätigungskolben 23a und einen nicht näher dargestellten Betätigungsaktuator, mittels dem der Betätigungskolben 23a mit einer Kupplungskraft beaufschlagbar ist. Der Betätigungskolben 23a ist drehfest mit der Formschlusseinheit 11a verbunden. Der Betätigungsaktuator ist hydraulisch ausgebildet. Die zweite Formschlusseinheit 13a umfasst genau ein Formschlusseingriffelement 17a. Zur axial festen Anordnung des Formschlusseingriffselements 17a umfasst die Kupplungshälfte 12a ein Abstützelement 22a, gegen das das Formschlusseingriffselement 17a axial abgestützt ist. In Bezug auf ein Kupplungsgehäuse 27a ist das erste Formschlusseingriffselement 17a der zweiten Formschlusseinheit 12a axial fixiert. Zur Kopplung mit der ersten Formschlusseinheit 11a weist das Formschlusseingriffselement 17a eine Klauenverzahnung auf. Die Klauenverzahnung weist eine einzige Eingriffstiefe auf. Sämtliche Zähne des Formschlusseingriffselements 17a enden in einer einzigen Querschnittsebene (vgl. Figur 1 ).

Die Formschlusseinheit 11a umfasst zwei Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, die drehfest, aber axial verschiebbar zueinander angeordnet sind. Zur Kopplung der beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a umfasst die Formschlusseinheit 11a eine erste Längsverzahnung 28a, die mittels der beiden Formschlusseingriffselemente 5a, 16a ausgebildet ist. Die Längsverzahnung 28a ist als eine entlang einer Betätigungsrichtung 14a orientierte Geradverzahnung ausgebildet. Die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a sind dadurch entlang der Betätigungsrichtung 14a gegeneinander verschiebbar. Das Formschlusseingriffselement 15a ist als ein Hohlzylinder ausgebildet, in dem das zweite Formschlusseingriffselement 16a geführt ist (vgl. Figur 3). Die Längsverzahnung 28a zur drehfesten Kopplung der Formschlusseingriffselemente 5a, 16a ist an einer Innenseite des Formschlusseingriffselements 15a und einer Außenseite des Formschlusseingriffselements 16a angeordnet.

Weiter umfasst die Kupplungshälfte 10a eine Federeinheit 19a, mittels der die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a elastisch miteinander gekoppelt sind. Zur AbStützung der beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a mittels der Federeinheit 19a umfasst die Kupplungshälfte 10a ein Abstützelement 21a, das drehfest mit den Form- schlusseingriffselementen 15a, 16a verbunden ist. Die Federeinheit 19a umfasst zwei Federelemente 24a, 25a, die die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a voneinander unabhängig gegen das Abstützelement 21a abstützen. Die beiden Federelemente 24a, 25a sind jeweils wirkungsmäßig zwischen einem der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a und dem gemeinsamen Abstützelement 21a angeordnet. Die beiden Federelemente 24a, 25a koppeln die Formschlusseingriffselemente 15a, 16a mit dem Abstützelement 21a, wobei die Formschlusseingriffselemente 15a, 16a entlang der Betätigungsrichtung voneinander unabhängig gegen das Abstützelement 21a verschiebbar sind. Die Federelemente 24a, 25a sind als Druckfedern ausgebildet. In dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel sind sie mittels Tellerfedern ausgebildet. Grundsätzlich sind aber auch andere Ausgestaltungen der Federelemente 24a, 25a denkbar.

Die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a umfassen jeweils eine Klauenverzahnung, die korrespondierend zu der Klauenverzahnung des Formschlusseingriffselements 7a ausgebildet ist. Die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a der Formschlusseinheit 11a und das Formschlusseingriffselement 17a der Formschlusseinheit 13a weisen jeweils eine gleiche Zahnanzahl auf. Zudem weisen sämtliche Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a eine im Wesentlichen gleiche Verzahnungsgeometrie auf. So weisen Zähne sämtlicher Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a eine gleiche Zahnbreite auf. Zudem weisen Zahnzwischenräume sämtlicher Formschlusseingriffselemente einen gleichen Zahnabstand auf. Zahnzwischenräumen zwischen den Zähnen der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a weisen dabei in etwa den dreifachen Wert der Zahnbreite auf (vgl. Figur 4).

Die drei Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a weisen einen gleichen mittlerer Wirkdurchmesser auf. Der mittlere Wirkdurchmesser der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a sowie des Formschlusseingriffselements 17a beträgt ca. 124 Millimeter. Zur Anordnung der Zähne der Formschlusseingriffselemente 16a auf diesem Wirkdurchmesser weist das äußere Formschlusseingriffselement 15a in Umfangsrichtung verteilte Ausnehmungen auf, in die ein radial äußerer Bereich der Zähne des inneren Formschlusseingriffselements 16a eingreift. Über die Ausnehmungen sind die beiden Formschlusselemente 15a, 16a zusätzlich drehfest miteinander verbunden.

Die Zähne der Formschlusselemente 15a, 16a, 17a sind alle analog ausgebildet. Dabei weisen sämtliche Zähne von einem der Formschlusselemente 15a, 16a, 17a eine gleiche Flankenhöhe auf. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Flankenhöhe sämtlicher Zähne ca. 1 ,5 Millimeter. Eine Einspurhöhe der Zähne, die jeweils einem der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a zugeordnet sind, ist ebenfalls gleich. Zudem weisen die Zähne sämtlicher Formschlusseingriffselemente 15a, 6a, 16a in diesem Ausführungsbeispiels am Zahnfuß eine Breite von ca. 5,3 Millimeter auf. Außerdem umfassen sämtliche Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a Zahnzwischenräume mit einer gleichen Breite, die in diesem Ausführungsbeispiels ca. 16,4 Millimeter beträgt.

Die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a sind dabei symmetrisch angeordnet. Die Zähne des Formschlusseingriffselements 16a sind genau mittig zwischen den Zähnen des Formschlusseingriffselements 15a angeordnet. Die beiden Formschlusseingriffsele- mente 15a, 16a sind um einen halben Zahnabstand gegeneinander verdreht angeordnet. Die Formschlusseinheit 11a weist somit eine Verzahnungsgesamtgeometrie auf, bei der die Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente wechselweise und jeweils äquidistant angeordnet sind.

In einem Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung, in dem die beiden Formschlusseinheiten 11a, 13a gegeneinander bewegt werden, kann es zu einer Zahn-auf- Zahn-Stellung der beiden Formschlusseinheiten 11 a, 13a kommen. Aufgrund der gleichen Verzahnungsgeometrie der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a, 17a sowie der symmetrischen Anordnung der Formschlusseingriffselemente 15a, 16a kann lediglich eines der beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a der Formschlusseinheit 11a in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung mit dem Formschlusseingriffselement 17a der Formschlusseinheit 13a stehen.

Das Abstützelement 21a der Kupplungshälfte 10a und der Betätigungskolben 23a der Betätigungseinheit 26a sind einstückig ausgebildet. Zum Schließen der Formschlusskupp- lungsvorrichtung wird der Betätigungskolben 23a mit einer Kraft beaufschlagt, durch die die Formschlusseinheit 11a mit den Formschlusseingriffselementen 15a, 16a in Richtung der Formschlusseinheit 13a mit dem Formschlusseingriffselement 17a bewegt wird. Steht dabei beispielsweise das Formschlusseingriffselement 15a in einer Zahn-auf-Zahn- Stellung (vgl. Figur 2), wird das Federelement 24a bei einer weiteren Betätigung des Betätigungskolbens 23a komprimiert.

Die Zähne des Formschlusseingriffselements 16a greifen dadurch in die Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17a ein. Durch ein zwischen den Kupplungshälften 10a, 12a wirkendes Drehmoment werden die beiden Formschlusseinheiten 11a, 13a anschließend gegeneinander verdreht. Zahnflanken der Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente 16a, 17a werden dadurch in formschlüssigen Kontakt miteinander gebracht. Sobald die Zahnflanken in formschlüssigen Kontakt stehen, stehen die Zähne des dritten Formschlusselements 15a den Zahnzwischenräumen des Formschlusseingriffselements 17a gegenüber. Das Federelement 24a bringt daraufhin das Formschlusseingriffselement 15a ebenfalls in eine Eingriffsstellung mit dem Formschlusseingriffselement 17a.

Sobald die beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a in die Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17a eingegriffen haben, ist die Formschlusskupplungsvor- richtung geschlossen. In geschlossenem Zustand greifen jeweils einer der Zähne des Formschlusseingriffselements 15a und einer der Zähne des Formschlusseingriffsele- ments 16a gemeinsam in einen der Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17a ein. In Abhängigkeit von einer Orientierung eines übertragenen Moments ist daher nur eines der beiden Formschlusseingriffselemente 15a, 16a der Formschlusseinheit 11a an einer Kraftübertragung beteiligt.

Die Formschlusskupplungsvorrichtung ist zur Ausbildung einer Formschlusskupplung für ein Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen. In der dargestellten Ausführung wird die Form- schlusskupplungsvorrichtung als eine Klauenbremse verwendet, mittels der in dem Kraftfahrzeuggetriebe ein Getriebeelement formschlüssig und drehfest mit einem Getriebegehäuse 29a verbunden werden kann. Zur Anbindung der Kupplungshälfte 10a an das Getriebegehäuse 29a weist das Formschlusseingriffselement 15a an seiner Außenseite eine Längsverzahnung 30a auf, mittels der es drehfest, aber axial verschiebbar mit dem Getriebegehäuse 29a verbunden ist. Die Kupplungshälfte 10a ist somit fixiert. Die Kupplungshälfte 12a ist mit einer nicht näher dargestellten Getriebewelle verbunden, die in einem Getriebegang des Kraftfahrzeuggetriebes fixiert werden soll. Grundsätzlich ist auch denkbar, die Kupplungshälfte 0a ebenfalls mit einem rotierenden Getriebeelement zu verbinden, wodurch die Formschlusskupplungsvorrichtung als eine Kupplung drehbarer Bauteile wirkt.

In den Figuren 5 bis 9 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 bis 4, verwiesen werden kann. Gleich bleibende Bauteile sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 bis 4 durch den Buchstaben b, c und d in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der Figuren 5 bis 9 ersetzt. Bezüglich gleich bleibender Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der Figuren 1 bis 4, verwiesen werden.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Form- schlusskupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplungshälfte 10b, die eine erste Formschlusseinheit 11 b aufweist, und mit einer zweiten Kupplungshälfte 12b, die eine zweite, drehfest mit der ersten Formschlusseinheit 11 b verbindbare Formschlusseinheit 13b auf- weist. Die Formschlusskupplungsvorrichtung umfasst eine Betätigungseinheit 26b, mittels der die Formschlusseinheit 12b entlang einer Betätigungsrichtung 14b axial verschiebbar ist. Die Betätigungseinheit umfasst dazu einen Betätigungskolben 23b und einen nicht näher dargestellten Betätigungsaktuator, mittels dem der Betätigungskolben 23b mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist.

Die Formschlusseinheit 11 b der Kupplungshälfte 10b umfasst zwei mittels einer Längsverzahnung 28b drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, die entlang der Betätigungsrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Weiter umfasst die Kupplungshälfte 10b eine Federeinheit 19b mit zwei Federelementen 24b, 25b und ein Abstützelement 21b, gegen das die Federelemente 24b, 25b der Federeinheit 19b jeweils eines der Formschlusseingriffselemente 15, 16b abstützen. Die Formschlusseingriffselemente 15b, 16b umfassen jeweils eine Klauenverzahnung. Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente 15b, 16b sind jeweils versetzt zueinander auf einem gleichen Wirkkreisdurchmesser angeordnet.

Die Formschlusseinheit 13b der zweiten Kupplungshälfte 12b umfasst zwei drehfest miteinander gekoppelte Formschlusselemente 17b, 18b, die entlang der Betätigungsrichtung 14b gegeneinander verschiebbar sind. Das Formschlusseingriffselement 17b ist teilweise als ein Hohlzylinder ausgeführt, in dem das Formschlusseingriffselement 16b geführt ist. Zur drehfesten Verbindung umfassen die beiden Formschlusseingriffselemente 17b, 18b eine Längsverzahnung 28b, die in einem Innenumfang des Formschlusseingriffselements 17b und einem Außenumfang des Formschlusseingriffselements 18b eingebracht ist.

Die Kupplungshälfte 10b umfasst eine Federeinheit 20b, über die die beiden Formschlusselemente 17b, 18b für Bewegungen entlang der Betätigungsrichtung 14b elastisch miteinander gekoppelt sind. Die Federeinheit 19b weist dabei lediglich ein einziges Federelement 31b auf, das dem Formschlusselement 18b zugeordnet ist. Das Federelement 31 b ist als eine Druckfeder ausgebildet, die zwischen dem Formschlusselement 18b und einem Abstützelement 22b angeordnet ist. Das andere Formschlusseingriffselement 17b der Formschlusseinheit 13b ist fest mit dem Abstützelement 22b verbunden.

Die vier Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b weisen jeweils eine gleiche Zahnzahl auf. Zudem ist eine Verzahnungsgeometrie der Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b im Wesentlichen gleich. Bei jedem der Formschlusseingriffselemente sind Zahnzwischenräume in etwa dreimal so groß wie Zahnbreiten. Die jeweils drehfest miteinander verbundenen Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b der Form- Schlusseinheiten 11 b, 13b sind dabei jeweils versetzt zueinander angeordnet, wodurch die Formschlusseinheiten 11 b, 13b eine Verzahnungsgeometrie aufweisen, bei der Zahnbreiten und Zahnabstände in etwa gleich groß sind.

Tritt in einem Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung eine Zahn-auf-Zahn- Stellung auf, werden die beiden Federeinheiten 19b, 20b komprimiert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel stehen sich die Zähne der Formschlusseingriffselemente 16b, 18b und die Zähne der Formschlusseingriffselemente 15, 17b jeweils gegenüber. Das Formschlusseingriffselement 17b ist starr mit dem Betätigungskolben 23b verbunden.

Die Bewegung des Formschlusseingriffselements 17b komprimiert durch die Zahn-auf- Zahn-Stellung mit dem Formschlusseingriffselement 15b zunächst das Federelement 24b, das dem Formschlusseingriffselement 15b zugeordnet ist. Das Formschlusseingriffselement 18b ist über die Federeinheit 20b bewegungstechnisch an das Formschlusseingriffselement 17b und somit auch an den Betätigungskolben 23 gekoppelt. Bei einer weiteren Bewegung des Betätigungskolbens 23b wird das Formschlusseingriffselement 17b in Richtung des Formschlusseingriffselements 16b bewegt und das Federelement 25b komprimiert. Das Federelement 31b weist eine Federsteifigkeit auf, die kleiner ist als Federsteifigkeiten der Federelemente 24b, 25b. Das Formschlusseingriffselement 18b bleibt daher bezüglich des Formschlusseingriffselements 17b stehen (vgl. Figur 6).

Durch die unterschiedlichen Wege der Federelemente 24b, 25b weisen die Zähne des Formschlusseingriffselements 16b in Bezug auf die Zähne des Formschlusseingriffselements 15b einen Überstand auf. Durch ein zwischen den Kupplungshälften 10b, 12b wirkendes Moment werden die beiden Formschlusseinheiten 11 b, 13b gegeneinander verdreht. In Drehrichtung gerichtete Zahnflanken der Zähne der Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b werden dadurch in formschlüssigen Kontakt miteinander gebracht.

Sobald die Zahnflanken formschlüssig aneinander stehen, stehen sich sämtliche Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b in einer Zahn-auf-Lücke-Stellung gegenüber. Sobald die beiden Formschlusseingriffselemente 15b, 16b in die Zahnzwischenräume der Formschlusseingriffselemente 17, 18b eingegriffen haben, ist die Formschlusskupplungs- vorrichtung geschlossen. In geschlossenem Zustand greifen jeweils einer der Zähne der Formschlusseingriffselemente 15b, 16b in einen der Zahnzwischenräume zwischen den Zähnen der beiden Formschlusseingriffselemente 17b, 18b ein. Unabhängigkeit von einer Orientierung eines übertragenen Moments sind daher stets sämtliche Formschlussein- griffselemente 15b, 16b, 17b, 18b an einer Kraftübertragung beteiligt. Sämtliche Zähne der Formschlusseingriffselemente 15b, 16b, 17b, 18b übertragen dabei das zwischen den Kupplungshälften 10b, 12b wirkende Moment.

Die dargestellte Formschlusskupplungsvorrichtung wird ebenfalls als eine Klauenbremse verwendet, mittels der in einem Kraftfahrzeuggetriebe ein Getriebeelement formschlüssig drehfest mit einem Getriebegehäuse 29b verbunden werden kann. Die Formschlusseinheit 13b ist dabei drehfest, aber axial verschiebbar mit dem Getriebegehäuse 29b verbunden. Die Kupplungshälfte 12b ist somit fixiert. Zur Anbindung an das Getriebegehäuse 29b umfasst das Formschlusseingriffselement 7b eine Längsverzahnung 30b, mittels der es über ein Kupplungsgehäuse 27b fest mit dem Getriebegehäuse 29b verbunden ist. Die Kupplungshälfte 10b ist mit einer nicht näher dargestellten Getriebewelle verbunden, die in einem Getriebegang des Kraftfahrzeuggetriebes fixiert werden soll. Grundsätzlich ist auch denkbar, die Kupplungshälfte 12b ebenfalls mit einem rotierenden Getriebeelement zu verbinden, wodurch die Formschlusskupplungsvorrichtung als eine Kupplung drehbarer Bauteile wirkt.

Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Formschlusskupp- lungsvorrichtung mit einer ersten Kupplungshälfte 10c, die eine erste Formschlusseinheit 11c aufweist, und mit einer zweiten Kupplungshälfte 12c, die eine zweite, drehfest mit der ersten Formschlusseinheit 11c verbindbare Formschlusseinheit 3c aufweist. Die zweite Formschlusseinheit 13c umfasst genau ein Formschlusseingriffselement 17c. Die Form- schlusskupplungsvorrichtung umfasst eine Betätigungseinheit 26c, mittels der die Formschlusseinheit 11c entlang einer Betätigungsrichtung 14c axial verschiebbar ist. Die Betätigungseinheit umfasst dazu einen Betätigungskolben 23c und einen teilweise dargestellten Betätigungsaktuator 54c, mittels dem der Betätigungskolben 23c mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Der Betätigungsaktuator 54c weist ein nicht näher dargestelltes Volumen auf, das zwischen dem Betätigungskolben 23c und einem Gehäuse 37 der Formschlusskupplungsvorrichtung angeordnet ist. Die Betätigungskraft wird durch füllen des Volumens mit einem Betriebsmittel erzeugt. Das Betriebsmittel verdrängt den Betätigungskolben 23c und verschiebt ihn dadurch axial in die Betätigungsrichtung 14c.

Der Betätigungskolben 23c ist in einem Gehäuseelement 38c der Formschlusskupp- lungsvorrichtung drehfest und in der Betätigungsrichtung 14c verschiebbar angeordnet. Dazu weist der Betätigungskolben 23c an seinem Außendurchmesser eine Axialverzahnung 39c auf. Das Gehäuseelement weist eine korrespondierende Axialverzahnung auf, in die die Axialverzahnung 39c des Betätigungskolbens 23c eingreift. Zur Erzeugung ei- ner Rückstellkraft für den Betätigungskolben 23c umfasst die Formschlusskupplungsvor- richtung eine Rückstellfeder 40c. Die Rückstellfeder 40c ist zwischen dem Gehäuse 37c und dem Betätigungskolben 23c angeordnet. Die Rückstellfeder 40c wird durch ein axiales Verschieben des Betätigungskolbens 23c in die Betätigungsrichtung komprimiert. Dadurch erzeugt die Rückstellfeder 40c eine der durch den Betätigungsaktuator 54c erzeugbaren Betätigungskraft entgegenwirkende Rückstellkraft. Die Rückstellkraft bewirkt in einem unbetätigten Zustand des Betätigungsaktuators 54c eine Rückstellung des Betätigungskolbens 23c in eine Grundstellung.

Zur Kopplung mit der ersten Formschlusseinheit 11c weist das Formschlusseingriffsele- ment 17c eine Klauenverzahnung auf. Die Klauenverzahnung weist eine einzige Eingriffstiefe auf. Sämtliche Zähne des Formschlusseingriffselements 17c enden in einer einzigen Querschnittsebene. Das Formschlusseingriffselement 17c weist drei Zähne auf. Die Zähne des Formschlusseingriffselements 17c weisen eine zu einer radialen Richtung geneigte Stirnseite auf, die der ersten Kupplungshälfte 0c zugewandt ist. In Umfangsrichtung sind dabei Zahnzwischenräume zwischen den einzelnen Zähnen der Klauenverzahnung wesentlich größer als eine in Umfangsrichtung gerichtete Erstreckung der Zähne. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Formschlusseingriffselement 7c eine andere Anzahl an Zähnen aufweist.

Die Formschlusseinheit 11c der Kupplungshälfte 10c umfasst zwei Formschlusseingriffs- elemente15c, 16c, die entlang der Betätigungsrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Die Formschlusseingriffselemente 15c, 16c umfassen jeweils eine Klauenverzahnung. Die Klauenverzahnung der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c umfassen jeweils drei Zähne. Sämtliche Zähne der Klauenverzahnung der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c weisen eine in radialer Richtung geneigte Stirnflächen auf, die korrespondierend zu den geneigten Stirnflächen des Formschlusseingriffselements 17c ausgebildet sind. Die Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente 15c, 16c sind jeweils versetzt zueinander auf einem gleichen Wirkkreisdurchmesser angeordnet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Formschlusseingriffselemente 15c, 16c analog zu dem Formschlusseingriffselement 17c ebenfalls eine andere Anzahl an Zähnen aufweist.

Zur drehfesten Kopplung der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c umfasst die Formschlusseinheit 11c einen Haltering 41c. Der Haltering 41c weist an seinem Außendurchmesser eine Axialverzahnung 42c auf, mittels der der Haltering 41 c drehfest mit dem Betätigungskolben 23c verbunden ist. Dazu weist der Betätigungskolben 23c eine korrespondierende Axialverzahnung an einem Innendurchmesser auf. Die Formschlussein- griffselemente 15c, 16c sind in dem Haltering 41c angeordnet. Zur drehfesten Anbindung der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c weist der Haltering 41c sechs nicht näher dargestellte Führungselemente auf. Die Führungselemente weisen in Umfangsrichtung orientierte Geleitflächen auf, gegen die die Formschlusseingriffselemente 15c, 16c in Umfangsrichtung gelagert sind. Dabei ist ein Führungselement jeweils zwischen einem Zahn des Formschlusseingriffselements 15c und einem Zahn des Formschlusseingriffsele- ments 16c angeordnet. Dadurch sind die Formschlusseingriffselemente 15c, 16c drehfest und axial verschiebbar in dem Haltering 41c angeordnet.

Zur Abstützung umfasst die Kupplungshälfte 10c eine Federeinheit 19c mit zwei Federelementen 24c, 25c und ein Abstützelement 21c, gegen das die Federelemente 24c, 25c der Federeinheit 19c jeweils eines der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c abstützen. Die Federelemente 24c, 25c sind als Blattfedern ausgebildet.

Zur Synchronisation der beiden Kupplungshälften 10c, 12c in einem Schaltvorgang umfasst die zweite Kupplungshälfte 12c eine Reibeinheit 34c. Die Reibeinheit 34c ist drehfest zu dem Formschlusseingriffselement 17c angeordnet. Die Reibeinheit 34c umfasst einen Synchronring 43c. Der Synchronring 43c weist eine in radialer Richtung geneigte Stirnfläche auf, auf der ein Reibbelagsträger 44c angeordnet ist. Der Reibbelagsträger 44c ist einstückig mit dem Synchronring 43c ausgebildet. Auf dem Reibbelagsträger 44c ist ein Reibbelag 45c aufgebracht.

Der Synchronring 43c weist an seiner radialen Innenseite eine Axialverzahnung 46c auf. Das Formschlusseingriffselement 17c bildet einen axialen Vorsprung 47c aus. Der axiale Vorsprung 47c weist eine Erstreckung in Richtung der ersten Kupplungshälfte 10c auf. Der Vorsprung 47c bildet eine, zu der Axialverzahnung 46c des Synchronrings 43c korrespondierende Axialverzahnung 46c aus. Mittels der Axialverzahnung 46c ist der Synchronring drehfest auf dem Vorsprung 47c des Formschlusseingriffselements 17c verbunden. Der Synchronring 43c ist axial verschiebbar auf dem Formschlusseingriffselement 17c gelagert.

Zur Begrenzung der axialen Verschiebung des Synchronrings 43c umfasst die Reibeinheit 34c ein Anschlagelement 36c. Das Anschlagelement 36c ist als ein Sprengring ausgebildet. Das Anschlagelement 36c ist auf dem Vorsprung 47c des Formschlusseingriffselements 17c in einer Nut angeordnet und begrenzt die axiale Verschiebung des Synchronrings 43c axial in Richtung der ersten Kupplungshälfte 10c. Zur Abstützung des Synchronrings 43c umfasst die Reibeinheit 34c eine Federeinheit 35c. Die Federeinheit 35c umfasst eine Spiralfeder. Die Federeinheit 35c ist zwischen dem Formschlussein- griffselement 17c und dem Synchronring 43c angeordnet.

Zur Synchronisation der beiden Kupplungshälften 10c, 12c umfasst die erste Kupplungshälfte 10c eine Reibeinheit 33c. Die Reibeinheit 33c ist drehfest zu den Formschlussein- griffselementen 15c, 16c ausgebildet. Die Reibeinheit 33c ist zumindest teilweise einstückig mit dem Betätigungskolben 23c angeordnet. Der Betätigungskolben 23c weist eine in radialer Richtung geneigte Stirnfläche auf, auf der ein Reibbelagsträger 50c angeordnet ist. Die geneigte Stirnfläche des Betätigungskolbens 23c ist korrespondierend zu der geneigten Stirnfläche des Synchronrings 43c ausgebildet. Auf dem Reibbelagsträger 50c ist ein Reibbelag 51c aufgebracht. Die Reibeinheiten 33c, 34c bilden eine Synchronisie- rungsvorrichtung aus.

Die Reibbeläge 45c, 51 c der beiden Reibeinheiten 33c, 34c sind dazu vorgesehen, in einem Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung durch einen Reibschluss eine Drehzahl der ersten Kupplungshälfte 10c und eine Drehzahl der zweiten Kupplungshälfte 12c anzugleichen. In der Grundstellung weisen die Reibbeläge 45c, 51c der Reibeinheiten 33c, 34c einen Abstand von zumindest 0,5 mm, vorzugsweise zumindest 0,75 mm auf.

Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Reibeinheit 33c der Kupplungshälfte 10c einen gefederten Synchronring aufweist, d.h. analog zu der dargestellten Reibeinheit 34c ausgebildet ist. Die axiale Federung des Synchronrings wäre hierbei mittels der Formschlusseinheit 11c ausgebildet. Eine Funktionalität ist analog zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Für einen Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung wird der Betätigungskolben 23c durch die von dem Betätigungsaktuator 54c bereitgestellte Betätigungskraft axial in die Betätigungsrichtung 14c verschoben. Die Formschlusseinheit 11c mit den Formschlusseingriffselementen 15c, 16c wird in Richtung der Formschlusseinheit 13c mit dem Formschlusseingriffselement 17c bewegt. Zunächst gelangen die Reibbeläge 45c, 51c der Reibeinheiten 33c, 34c in Kontakt. Durch die Betätigungskraft und eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Kupplungshälften 10c, 12c wird eine Reibkraft zwischen den beiden Kupplungshälften 10c, 12c aufgebaut. Steht beispielsweise in einem geöffneten Zustand der Formschlusskupplungsvorrichtung die erste Kupplungshälfte 0c still und die zweite Kupplungshälfte 12c rotiert, wird während dem Schließvorgang die erste Kupplungshälfte 10c mittels der Reibeinheiten 33c, 34c von der zweiten Kupplungshälfte 12c beschleunigt, bis Drehzahlen der Kupplungshälften 10c, 12c im Wesentlichen gleich sind. Die Reibkraft zwischen den Reibeinheiten 33c, 34c ist dabei umso höher, je höher die Differenzdrehzahl zwischen beiden Kupplungshälften 10c, 12c ist.

Im weiteren Verlauf des Schließvorgangs wird der Betätigungskolben weiter in die Betätigungsrichtung verschoben und die Federeinheit 35c dadurch komprimiert. Die Drehzahlen der beiden Kupplungshälften 10c, 12c werden weiter angeglichen. In dem Schließvorgang kann es zu einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der beiden Formschlusseinheiten 11 c, 13c kommen. Aufgrund der gleichen Verzahnungsgeometrie der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c, 17c sowie der symmetrischen Anordnung der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c kann lediglich eines der beiden Formschlusseingriffselemente 15c, 16c der Formschlusseinheit 11c in einer Zahn-auf-Zahn-Stellung mit dem Formschlusseingriffselement 17c der Formschlusseinheit 13c stehen. Eines der Formschlusseingriffselemente 15c, 16c spurt somit immer direkt ein.

Steht dabei beispielsweise das Formschlusseingriffselement 15c in einer Zahn-auf-Zahn- Stellung, wird das Federelement 24c bei einer weiteren Betätigung des Betätigungskolbens 23c komprimiert. Die Zähne des Formschlusseingriffselements 16c greifen dadurch in die Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17c ein. Durch ein zwischen den Kupplungshälften 10c, 12c wirkendes Drehmoment werden die beiden Formschlusseinheiten 11c, 13c anschließend gegeneinander verdreht. Zahnflanken der Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente 16c, 17c werden dadurch in formschlüssigen Kontakt miteinander gebracht. Sobald die Zahnflanken in formschlüssigen Kontakt stehen, stehen die Zähne des dritten Formschlusseingriffselements 15c den Zahnzwischenräumen des Formschlusseingriffselements 17c gegenüber. Das Federelement 24c bringt daraufhin das Formschlusseingriffselement 15c ebenfalls in eine Eingriffsstellung mit dem Formschlusseingriffselement 17c. Die Drehzahldifferenz der beiden Kupplungshälften 10c, 12c ist aufgrund der Synchronisierung sehr gering. Dadurch kann das eingespurte Formschlusseingriffselement 15c, 16c mittels des Formschlusseingriffselements 17c die erste Kupplungshälfte 10c schnell auf die gleiche Drehzahl bringen wie die erste Kupplungshälfte 12c.

Sobald die beiden Formschlusseingriffselemente 15c, 16c in die Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 7c eingegriffen haben, ist die Formschlusskupplungsvor- richtung geschlossen. In geschlossenem Zustand greifen jeweils einer der Zähne des Formschlusseingriffselements 15c und einer der Zähne des Formschlusseingriffsele- ments 16c gemeinsam in einen der Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17c ein. In Abhängigkeit von einer Orientierung eines übertragenen Moments ist daher nur eines der beiden Formschlusseingriffselemente 15c, 6c der Formschlusseinheit 11c an einer Kraftübertragung beteiligt.

Die Figuren 8 und 9 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Form- schlusskupplungsvorrichtung mit einer ersten Kupplungshälfte 10d, die eine erste Formschlusseinheit 1d aufweist, und mit einer zweiten Kupplungshälfte 12d, die eine zweite, drehfest mit der ersten Formschlusseinheit 11d verbindbare Formschlusseinheit 13d aufweist. Die zweite Formschlusseinheit 13d umfasst genau ein Formschlusseingriffselement 17d. Die Formschlusskupplungsvorrichtung umfasst eine Betätigungseinheit, mittels der die Formschlusseinheit 11d entlang einer Betätigungsrichtung 14d axial verschiebbar ist. Die Betätigungseinheit umfasst dazu einen Betätigungskolben 23d und einen nicht näher dargestellten Betätigungsaktuator, mittels dem der Betätigungskolben 23d mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Zur Kopplung mit der ersten Formschlusseinheit 11d weist das Formschlusseingriffselement 17d eine Klauenverzahnung auf. Die Klauenverzahnung weist eine einzige Eingriffstiefe auf. Sämtliche Zähne des Formschlusseingriffselements 17d enden in einer einzigen Querschnittsebene. Die Zähne des Formschlusseingriffselements 17d weisen eine in radialer Richtung geneigte Stirnseiten auf, die der ersten Kupplungshälfte 10d zugewandt ist. Die Klauenverzahnung des Formschlusseingriffselements 17d weist genau drei Zähne auf. Zahnzwischenräume 49d zwischen den einzelnen Zähnen des Formschlusseingriffselements 17d sind dabei gleich groß wie die Zähne selbst. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Formschlusseingriffselement 17d eine andere Anzahl an Zähnen aufweist.

Die Formschlusseinheit 11 d der Kupplungshälfte 10d umfasst zwei mittels einer Längsverzahnung drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente 15d, 16d, die entlang der Betätigungsrichtung 14d gegeneinander verschiebbar sind. Die Formschlusseingriffselemente 15d, 16d sind in dem Betätigungskolben 23d angeordnet. Weiter umfasst die Kupplungshälfte 10d eine Federeinheit 19d mit zwei Federelementen 24d, 25d und ein Abstützelement 21 d, gegen das die Federelemente 24d, 25d der Federeinheit 19d jeweils eines der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d abstützen.

Die beiden Formschlusseingriffselemente 15d, 16d umfassen jeweils eine Klauenverzahnung, die korrespondierend zu der Klauenverzahnung des Formschlusseingriffselements 17d ausgebildet ist. Zähne der beiden Formschlusseingriffselemente 15d, 16d sind je- weils versetzt zueinander auf einem gleichen Wirkkreisdurchmesser angeordnet. Sämtliche Zähne der Klauenverzahnung der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d weisen jeweils eine in radialer Richtung geneigte Stirnseite auf, die korrespondierend zu den Stirnseiten des Formschlusseingriffselements 17d ausgebildet sind. Die beiden Formschlusseingriffselemente 15d, 16d der Formschlusseinheit 11d und das Formschlusseingriffs- element 17d der Formschlusseinheit 13d weisen jeweils eine gleiche Zahnanzahl auf. Die Formschlusseingriffselemente 15d, 16d weisen jeweils drei Zähne auf. Zahnzwischenräume zwischen den einzelnen Zähnen der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d sind dabei gleich groß wie die Zähne selbst. Aufgrund der Geometrie der Zähne der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d, 17d kann nur einer der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d mit seinen Zähnen in die Zahnzwischenräume des Formschlusseingriffselements 17d eingreifen.

Die Kupplungshälfte 10d weist zur Synchronisierung der Kupplungshälften 10d, 12d eine Reibeinheit 33d auf. Die Reibeinheit 33d ist zumindest teilweise einstückig mit den Form- schlusseingriffselementen 15d, 16d ausgebildet. Die Zähne der Klauenverzahnungen der Formschlusseingriffselementen 15d, 16d bilden jeweils einen Reibbelagsträger 50d, 52d aus. Die Reibbelagsträger 50d, 52d sind mittels der Stirnseiten der Formschlusseingriffselemente 15d, 16d ausgebildet. Auf den Reibbelagsträgern 50d, 52d ist jeweils ein Reibbelag 51 d, 53d aufgebracht.

Die Kupplungshälfte 12d weist zur Synchronisierung der Kupplungshälften 10d, 12d eine Reibeinheit 34d auf. Die Reibeinheit 34d ist zumindest teilweise einstückig mit dem Form- schlusseingriffselement 17d ausgebildet. Dazu weisen die Zähne der Klauenverzahnungen des Formschlusseingriffselements 17d einen Reibbelagsträger 44d auf. Der Reibbelagsträger 44d ist mittels der Stirnseiten des Formschlusseingriffselements 17d ausgebildet. Auf dem Reibbelagsträger 44d ist ein Reibbelag 45d aufgebracht. Die Reibbeläge 45d, 51 d der beiden Reibeinheiten 33d, 34d sind dazu vorgesehen, in einem Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung durch einen Reibschluss eine Drehzahl der ersten Kupplungshälfte 10d und eine Drehzahl der zweiten Kupplungshälfte 12d anzugleichen.

In einem Schließvorgang der Formschlusskupplungsvorrichtung, in dem die beiden Formschlusseinheiten 11d, 13d gegeneinander bewegt werden, kommt es aufgrund der Geometrie der Zähne zu einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der beiden Formschlusseinheiten 11d, 13d. Mittels der auf den Zähnen der Formschlusseingriffseinheiten 15d, 16d, 17d angeordneten Reibbeläge 45d, 51 d wird die erste Kupplungshälfte 10d von der zweiten, rotie- renden Kupplungshälfte 12d beschleunigt. Ist eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Kupplungshälften 10d, 12d klein genug kann eine der beiden Formschlusseingriffs- einheiten 15d, 16d mit ihren Zähnen in die Zahnzwischenräume des Formschlussein- griffselements 17d einspuren. An einer Übertragung eines Moments zwischen den beiden Kupplungshälften 10d, 12d ist nur das eingespurte der beiden Formschlusseingriffsele- mente 15d, 16d der Formschlusseinheit 11 d beteiligt.

Claims

Daimler AG Patentansprüche

1. Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einer ersten Kupplungshälfte (10a; 10b; 10c; 10d), die zumindest eine erste Formschlusseinheit (11a; 11b; 11c; 11 d) aufweist, mit einer zweiten Kupplungshälfte (12a; 12b; 12c; 1 d), die zumindest eine zweite Formschlusseinheit (13a; 3b; 13c; 13d) aufweist, und wobei die zumindest zwei Formschlusseinheiten (11a, 13a; 11 b, 13b; 11c, 13c; 11 d, 13d) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung entlang einer Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c; 14d) relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens eine der Formschlusseinheiten (11a; 11 b, 13b; 11c; 11d) zumindest zwei drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c; 15d, 16d) aufweist, die entlang der Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c; 14d) gegeneinander verschiebbar sind.

2. Formschlusskupplungsvorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest eine der Kupplungshälften (10a; 10b, 12b; 10c; 10d) eine Federeinheit (19a; 19b, 20b; 19c; 19d) aufweist, die wenigstens zwei Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c; 15d, 16d) elastisch koppelt.

3. Formschlusskupplungsvorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kupplungshälfte (10a; 10b, 12b; 10c; 10d) ein Abstützelement (21a; 21 b, 22b; 21c; 21d) aufweist, gegen das die Federeinheit (19a; 19b, 20b; 19c; 19d) zumindest eines der Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b, 17b, 8b; 15c, 16c; 15d, 16d) elastisch abstützt.

4. Formschlusskupplungsvorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Abstützelement (21a; 22b; 21c; 21 d) als ein axial verschiebbarer Betätigungskolben (23a; 23b; 23c; 23d) ausgebildet ist, der dazu vorgesehen ist, eine Betätigungskraft auf die Formschlusseinheit (11a; 13b; 11c; 11 d) zu übertragen.

5. Formschlusskupplungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Federeinheit (19a; 19b; 19c; 19d) wenigstens zwei Federelemente (24a, 25a; 24b, 25b; 24c, 25c; 24d, 25d) aufweist, die jeweils eines der zumindest zwei Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b; 15c, 16c; 15d, 16d) der einen Formschlusseinheit (1 1a; 11 b; 11 c; 1 1d) gegen das Abstützelement (21a; 21b; 21c; 21d) abstützen.

6. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

eine der Formschlusseinheiten (13a; 13c; 13d) lediglich ein Formschlusseingriffs- element (17a; 17c; 17d) aufweist.

7. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Formschlusseingriffselemente (15a, 16a, 17a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c, 17c; 15d, 16d, 17d) jeweils eine gleiche Zahnzahl aufweisen.

8. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

sämtliche Formschlusseingriffselemente (15a, 16a, 17a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c, 17c; 15d, 16d, 17d) eine im Wesentlichen gleiche Verzahnungsgeometrie aufweisen.

9. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest eine der Kupplungshälften (10c, 12c; 10d, 12d) eine Reibeinheit (33c, 34c; 33d; 34d) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die beiden Kupplungshälften (10c, 12c; 10d, 12d) zu synchronisieren.

10. Formschlusskupplungsvorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest eine der Reibeinheiten (33c, 34c) eine Federeinheit (35c) umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Reibeinheit (33c, 34c) axial abzustützen.

11. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens eine der Kupplungshälften (10c; 10d) ein Anschlagelement (36c; 36d) aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine axiale Verschiebung der Formschlusselemente (15c, 16c; 15d, 16d) und/oder der Reibeinheit (33c, 34c) zumindest in einer axialen Richtung zu begrenzen.

12. Formschlusskupplungsvorrichtung zumindest nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Reibeinheit (34c) einen Synchronring (43c) umfasst, der axial verschiebbar zu dem wenigstens einen Formschlusseingriffselement (17c) der entsprechenden Kupplungshälfte (12c) angeordnet ist.

13. Formschlusskupplungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

die Reibeinheit (34d) wenigstens teilweise einstückig mit den Formschlusseingriffs- elementen (15d, 16d) ausgebildet ist.

14. Verfahren mit einer Formschlusskupplungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, bei der einer ersten Kupplungshälfte (10a; 10b; 10c; 10d), die zumindest eine erste Formschlusseinheit (11a; 11b; 11d; 11d) aufweist, mit einer zweiten Kupplungshälfte (12a; 12b; 12c; 12d), die zumindest eine zweite Formschlusseinheit (13a; 13b; 13c; 13d) aufweist, bei dem die zumindest zwei Formschlusseinheiten (1 1a, 13a; 11b, 13b; 11c, 13c; 11d, 13d) zur Herstellung einer drehfesten Verbindung entlang einer Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c; 14d) relativ zueinander verschoben werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

zumindest zwei drehfest miteinander gekoppelte Formschlusseingriffselemente (15a, 16a; 15b, 16b, 17b, 18b; 15c, 16c, 17c; 15d, 16d, 7d) von wenigstens einer der Formschlusseinheiten (11a; 11 b, 13b; 11c; 11 d) entlang der Betätigungsrichtung (14a; 14b; 14c, 14d) gegeneinander verschoben werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

die erste Kupplungshälfte (10c; 10d) und die zweite Kupplungshälfte (12c; 12d) reibschlüssig synchronisiert werden.