WO2012076282A1 - Klauenschaltelement - Google Patents

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WO2012076282A1
WO2012076282A1 PCT/EP2011/069801 EP2011069801W WO2012076282A1 WO 2012076282 A1 WO2012076282 A1 WO 2012076282A1 EP 2011069801 W EP2011069801 W EP 2011069801W WO 2012076282 A1 WO2012076282 A1 WO 2012076282A1
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WO
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claw
jaw
switching element
counter
toothing
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PCT/EP2011/069801
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English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Serebrennikov
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/04—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch
    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00—Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/14—Clutches in which the members have interengaging parts with clutching members movable only axially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D25/00—Fluid-actuated clutches
    • F16D25/06—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch
    • F16D25/061—Fluid-actuated clutches in which the fluid actuates a piston incorporated in, i.e. rotating with the clutch the clutch having interengaging clutch members

Definitions

  • the invention relates to a claw switching element according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention relates to a hydraulically, pneumatically or electromechanically operable claw switching element for a powershift automatic transmission, preferably for an automatic transmission in planetary construction, countershaft design or mixed construction or for a continuously variable transmission with several areas, such as a hydrostatic, mechanical or electrical range transmission.
  • Such switching elements have a claw with a claw toothing and a counter-claw, in which engages the claw toothing in the engaged state.
  • the degree of penetration of a tooth into a tooth gap at a certain rotational speed difference between the claw and counter-jaw depends on the play in the gearing and the operating speed of the claw, the operating speed of the claw depending on the volume flow and piston diameter of the piston of the hydraulic actuation of the jaw switching element is.
  • the game can be increased in the claw, which, however, means that the speed difference between the claw and counter-claw when snapping can be large, which in turn has a negative impact on the shifting comfort and on the strength of the claw.
  • increases by the increase of the game in the claw which can be achieved for example by increasing the tooth gaps, the Umzzispiel at load change on the switching element, which may adversely affect the ride comfort and noise unfavorable.
  • the predetermined time is required to build up the required hydraulic pressure and to move the claw to the position of impact.
  • an impact of the claw is to be achieved shortly before the synchronous speed.
  • the value of the speed gradient may change in the short term due to the response of the engine to an engine intervention request issued in the prior art for the purpose of reducing the speed gradient during the shift to effect a secure engagement. If the engine intervention is too strong, the speed gradient will take on a smaller value than the drive's underlying value, causing the claw-to-claw clutch gap to be significantly higher than expected, resulting in long ratcheting the claw until it finally engages and therefore leads to increased wear.
  • Another way to increase the switchability of a jaw switching element is to increase the speed of operation of the jaw switching element, i.
  • To increase the switching speed which can be made possible in the event of a hydraulic actuation either by a higher volume flow or by reducing the piston area.
  • an additional volume flow is not always available;
  • an increase in the volume flow results in an undesirable additional consumption.
  • a hydraulically or pneumatically actuated form-fitting switching element comprising a hydraulically or pneumatically actuated piston having a piston chamber in which the hydraulic medium or pressure medium is located, a claw with a dog teeth and a counter-jaw, which engages the dog teeth in the engaged state. It is provided that the meshing speed of the claw by decoupling the claw from the hydraulic or pneumatic flow in a tooth-on-tooth position of the claw and the counter-jaw each other and by biasing the claw by a standing with the piston in operative connection mechanical device increases becomes.
  • the mechanical means for biasing the claw is designed as a spring which is arranged between the hydraulically or pneumatically actuated piston whose pressure is controlled by a hydraulic or pneumatic control device and the claw of the switching element is such that it presses apart the claw and the piston
  • the switching element additionally comprises a retaining device which captures the claw between itself and the spring, in order to prevent the claw from being axially moved in the direction of the counter-claw when the piston is not actuated.
  • the present invention has for its object to provide a claw switching element in which the switchability of the claw is increased.
  • a secure and fast engagement should be ensured.
  • a claw switching element with an axially displaceable claw and an axially non-displaceable counter-claw comprising a locking device, is prevented by the introduction of a circuit in the closing direction, a meeting of the teeth of the claw and the teeth of the counter-jaw of the claw switching element, as long as the speed difference between the claw and the counter-claw having the same sign, whereby the jaw switching element is locked, and an operatively connected to the operation of the claw switching element energy storage, which is stored during the blocking phase of the jaw switching element in the energy storage energy, the biasing of the jaw and thus the quick engagement of the teeth the claw in the teeth of the counter-jaw is used when the locking device releases the claw immediately after reaching the synchronous speed.
  • energy is stored in the energy store, which is generated by the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation of the dog clutch, wherein the energy store is in operative connection with the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation.
  • the axially non-displaceable counter-jaw has on its front side a friction surface
  • the axially displaceable claw comprises a blocking device designed as a locking ring
  • the locking ring on the side facing the counter-claw has a friction surface corresponding to the counter-claw friction surface and which is arranged by means of a projection in an annular groove of the claw and is rotatable in both directions to a stop.
  • the part of the jaw which has the groove for receiving the projection of the locking ring, axially fixed and by means of a driving teeth with the component which comprises the teeth of the jaw, rotatably connected, wherein the component comprising the toothing of the claw is axially displaceable.
  • the locking ring is connected by means of a spring element for transmitting a limited axial force with the component which encompasses the toothing of the claw.
  • the groove for receiving the projection of the locking ring in the end face of the operatively connected to the claw switching element and be provided by the claw switching element with another component shaft the shaft is rotatably connected by means of a driving teeth with the claw ,
  • the claw comprises a spring piston operatively connected to the claw via a spring or via a spring and a driver and storing the energy generated by the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation of the claw coupling during the blocking phase of the claw switching element can.
  • the energy storage as a pneumatic energy storage Be executed, especially when the operation of the jaw switching element is pneumatic or hydropneumatic.
  • the unlocking of the jaw switching element is effected in that, when the speed difference between the jaw and the counter jaw assumes the value zero and / or the sign changes, the locking ring with the friction surface of the counter jaw twisted together, whereby the teeth of the locking ring of the driving teeth out of the way goes.
  • the claw After unlocking the claw is moved by the energy stored in the spring piston, so that the dog teeth engages in the first tooth gap after synchronous, which takes place either immediately or after a short end contact of the two dog teeth.
  • the speed of the dog teeth when snapping into the corresponding tooth gaps is no longer determined by the volume flow but by the energy stored in the energy storage, whereby the hydraulics can be designed in an advantageous manner to a sufficiently large force at a smaller volume flow; the goal conflict speed - force is hereby solved.
  • Another advantage of the invention is that a ratchet is largely avoided before the engagement of the dog teeth; Moreover, there is no need to initiate a shift within a narrow time window since, as a result of the conception according to the invention, the shift element is closed when the speed difference assumes the value zero.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a switching element designed according to the invention.
  • 1 denotes the claw switching element
  • 2 the axially displaceable claw
  • 3 the counter-claw.
  • the toothing of the claw 2 is provided with the reference numeral 4, wherein the corresponding toothing of the counter-claw is provided with the reference numeral 5.
  • the axially non-displaceable counter-jaw 3 on its front side a friction surface 6, wherein the axially displaceable claw 2 comprises a locking ring 7, which on the counter-jaw 3 side facing with the friction surface 6 of the counter-jaw 3 has corresponding friction surface 8.
  • the locking ring 7 is arranged by means of a projection 9 in an annular groove 10 of the claw 2 and there rotatable in both directions to a stop. As indicated in the attached figure, the locking ring 7 is connected by means of a spring element 1 1 schematically indicated in the figure for transmitting a limited axial force with the component 14 of the jaw 2, which includes the teeth 4 of the jaw 2, axially sprung.
  • the part 12 of the claw 2, which has the groove 10 for receiving the projection 9 of the locking ring 7 is axially fixed and rotatably connected by means of a driving teeth 13 with the component 14, which includes the teeth 4 of the claw 2, wherein the component 14, comprising the teeth 4 of the claw 2 is axially displaceable.
  • the component 12, which comprises the groove 10 can be integrated into the shaft to be connected by means of the claw switching element 1 to a further component.
  • the jaw switching element 1 has an energy store 15 for storing energy generated by the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation of the dog clutch, the energy store 15 being in operative connection with the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation of the dog switching element.
  • the energy store 15 is embodied as a spring piston 18 which is operatively connected to the component 14, which includes the toothing 4 of the claw 2, via a spring 16 or via the spring 16 and a driver 17.
  • the energy storage 15 is shown only schematically.
  • the operation of the claw switching element 1 according to the invention is as follows:
  • the energy generated by the operation of the jaw switching element 1 is stored according to the invention in the energy storage 15; in the present case, the spring piston 18 moves axially viewed against the force of the spring 16 in the direction of the counter-jaw 3, comes with the driver 17 to the plant and stops.
  • the unlocking of the jaw switching element 1 is effected in that when the speed difference between the jaw 2 and the counter jaw 3 assumes the value zero and / or the sign changes, the locking ring 7 with the friction surface 6 of the counter jaw 3 is rotated together and in the groove 10th leaves the rotation stop, causing the teeth 19 of the locking ring 7 is rotated and the driving teeth 18 and thus the claw 2 releases.
  • the energy store 15 can be configured such that energy stored in the energy store also assists the disengaging operation of the claw 2 when the claw switching element 1 is actuated in the opening direction.
  • the axially movable claw 2 is not immediately displaced axially in the opening direction of the jaw switching element; the energy generated by the operation of the switching element is stored in the energy storage 15 and used to accelerate the disengagement process.
  • the energy of the actuation of the claw switching element 1 is stored in another connected to the hydraulic, pneumatic or hydropneumatic actuation of the jaw switching element 1 spring piston 20 after the initiation of the disengagement, said energy opening the claw switching element. 1 under- supported when the transmitted torque assumes a value that allows the disengagement of the claw 2.
  • the stored energy of the spring piston 20 via a spring 22 or via the spring 22 and a driver 21 to the component 14 operatively connected.
  • the energy storage 15 may be designed as a pneumatic energy storage, which is particularly advantageous when the operation of the jaw switching element 1 is pneumatic or hydropneumatic.

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Abstract

Es wird ein Klauenschaltelement (1), umfassend eine axial verschiebbare Klaue (2) und eine axial nicht verschiebbare Gegenklaue (3) vorgeschlagen, welches eine Sperrvorrichtung (7) umfasst, durch die nach dem Einleiten einer Schaltung im Schließsinne ein Aufeinandertreffen der Verzahnung (4) der Klaue (2) und der Verzahnung (5) der Gegenklaue (3) des Klauenschaltelementes (1) verhindert wird, solange die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue (2) und der Gegenklaue (3) das selbe Vorzeichen aufweist, wodurch das Klauenschaltelement (1) gesperrt ist, ferner umfassend einen mit der Betätigung des Klauenschaltelementes wirkverbundenen Energiespeicher (15), wobei während der Sperrphase des Klauenschaltelementes (1) im Energiespeicher (15) Energie gespeichert wird, die dem Vorspannen der Klaue (2) und somit dem schnellen Einrasten der Verzahnung (4) der Klaue (2) in die Verzahnung (5) der Gegenklaue (3) dient, wenn die Sperrvorrichtung (7) sofort nach Erreichen der Synchrondrehzahl die Klaue (2) freigibt.

Description

Klauenschaltelement
Die Erfindung betrifft ein Klauenschaltelement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein hydraulisch, pneumatisch o- der elektromechanisch betätigbares Klauenschaltelement für ein lastschaltbares Automatgetriebe, vorzugsweise für ein Automatgetriebe in Planetenbauweise, Vorgelegebauweise oder in gemischter Bauweise oder für ein stufenloses Getriebe mit mehreren Bereichen, beispielsweise für ein hydrostatisches, mechanisches oder elektrisches Mehrbereichsgetriebe. Derartige Schaltelemente weisen eine Klaue mit einer Klauenverzahnung und eine Gegenklaue auf, in die die Klauenverzahnung im eingerückten Zustand eingreift.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine Schaltung eines Klauenschaltelementes beim Nulldurchgang der Drehzahldifferenz durchzuführen. Hierbei wird, wenn sich die Drehzahldifferenz der Klaue und der Gegenklaue dem Wert Null nähert, die Betätigung des Klauenschaltelementes aktiviert und die axial bewegliche Klaue in Richtung der Gegenklaue verschoben, so dass ein sicherer Formschluss entsteht.
Bei einer gegebenen Verzahnungsgeometrie der Klauen und einem vorgegebenen Volumenstrom der hydraulischen Betätigung des Klauenschaltelementes gibt es eine bestimmte obere Grenze für den Drehzahldifferenzgradienten beim Nulldurchgang der Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue, bei der die Klaue noch immer sicher in die Gegenklaue einrastet. Wenn der Drehzahldifferenzgradient beim Nulldurchgang höher als die obere Grenze ist, kann die Klaue in nachteiliger Weise nicht in die Gegenklaue einrasten und wird abgewiesen. Ein sicheres Einrasten erfolgt, wenn beim Einfallen eines Zahnes in eine Zahnlücke, eine dafür ausreichend große Hinterlegung erreicht wird. Wenn die Hinterlegung nicht ausreichend groß ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn sie kleiner ist als der Radius einer durch Verschleiß entstandenen Abrundung an der Stelle der Zahnkante, wird die Klaue mit hoher Wahrscheinlichkeit abgewiesen. Der Grad des Eindringens eines Zahnes in eine Zahnlücke bei einer bestimmten Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue hängt von dem Spiel in der Verzahnung und von der Betätigungsgeschwindigkeit der Klaue ab, wobei die Betätigungsgeschwindigkeit der Klaue vom Volumenstrom und vom Kolbendurchmesser des Kolbens der hydraulischen Betätigung des Klauenschaltelementes abhängig ist.
Um die Schaltbarkeit eines Klauenschaltelementes zu erhöhen, d.h. um bei höheren Drehzahldifferenzgradienten beim Nulldurchgang der Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue ein sicheres Einrasten dauerhaft und robust gewährleisten zu können, kann das Spiel in der Klaue erhöht werden, was jedoch dazu führt, dass die Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue beim Einrasten groß sein kann, was sich wiederum auf den Schaltkomfort und auf die Festigkeit der Klaue negativ auswirkt. Zudem wächst durch die Vergrößerung des Spiels in der Klaue, was beispielsweise durch Vergrößerung der Zahnlücken erreicht werden kann, das Umschlagspiel bei Lastwechsel am Schaltelement, was sich in nachteiliger Weise auf den Fahrkomfort und die Geräuschentwicklung ungünstig auswirken kann.
Des Weiteren kann durch die Ansteuerung der Klaue nach dem Stand der Technik nicht immer gewährleistet werden, dass die Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue beim Auftreffen der Klaue in einem gewünschten Intervall liegt. Bei der Ansteuerung des Klauenschaltelementes wird der Schaltbefehl eine vorgegebene Zeit vor einem aus dem Drehzahldifferenzgradienten errechneten Zeitpunkt ausgegeben, zu dem die Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue den Wert Null annehmen soll.
Hierbei wird die vorgegebene Zeit benötigt, um den erforderlichen hydraulischen Druck aufzubauen und die Klaue bis zur Position des Auftreffens zu bewegen. Durch diese Vorgehensweise, die auf dem aktuellen Wert des Drehzahlgradienten basiert, soll ein Auftreffen der Klaue kurz vor der Synchrondrehzahl erreicht werden. Der Wert des Drehzahlgradienten kann sich jedoch kurzfristig durch die Reaktion des Motors auf eine Motoreingriffaufforderung ändern, die nach dem Stand der Technik zum Zweck der Reduzierung des Drehzahlgradienten während der Schaltung ausgegeben wird, um ein sicheres Einrasten zu bewirken. Wenn der Motoreingriff zu stark ist, nimmt der Drehzahlgradient einen kleineren Wert an, als der der Ansteuerung zugrunde liegende Wert, was dazu führt, dass die Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue beim Auftreffen der Klaue wesentlich höher sein kann als erwartet, was zu einem langen Ratschen der Klaue bis diese endgültig einrastet und daher zu einem erhöhten Verschleiß führt. Hierbei ist ein Ratschen beim Einrasten bei einer Drehzahldifferenz nahe Null in eine kleinere Zahnlücke besser als ein früheres Einrasten in eine größere Zahnlücke bei einer großen Drehzahldifferenz. Da zudem die Stabilität und Reproduzierbarkeit des Motoreingriffs nicht immer gewährleistet sein kann, ist in der Regel ein höheres Spiel in der Klaue zwangsläufig mit einer höheren Drehzahldifferenz beim Einrasten verbunden.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Schaltbarkeit eines Klauenschaltelementes besteht darin, die Geschwindigkeit der Betätigung des Klauenschaltelementes, d.h. die Schaltgeschwindigkeit zu erhöhen, was für den Fall einer hydraulischen Betätigung entweder durch einen höheren Volumenstrom oder durch eine Verringerung der Kolbenfläche ermöglicht werden kann. In nachteiliger Weise steht zum Einen ein zusätzlicher Volumenstrom nicht immer zu Verfügung; zudem resultiert eine Erhöhung des Volumenstromes in einem unerwünschten Mehrverbrauch. Zum Anderen führt eine Verringerung der Kolbenfläche bei gleichem Druck zu einer kleineren Betätigungskraft, wodurch die Gefahr entsteht, dass sich die Klaue im Falle eines Notfalls zum Öffnen des Klauenschaltelementes nicht ausschieben lässt, was sicherheitskritisch ist.
Des Weiteren stellt die gleichzeitige Anforderung nach einer hohen Schaltgeschwindigkeit und nach einer höheren Schaltkraft bei dem aktuellem Stand der Technik einen Zielkonflikt dar, da eine hohe Schaltgeschwindigkeit mit der Gefahr verbunden ist, dass eine hohe Drehzahldifferenz beim Einrasten mit hoher Geschwindigkeit zu Komforteinbußen sowie zu einer Festigkeitsgefährdung führen kann, insbesondere dann, wenn der Drehzahlgradient aufgrund eines Motoreingriffs während der Schaltung stark abflacht. Zur Erhöhung der Schaltbarkeit eines Klauenschaltelementes könnte ferner die Zähnezahl bei konstantem Klauenspiel erhöht werden, was jedoch durch Festigkeitsanforderungen nur begrenzt möglich ist, da bei konstantem Radius des Klauenschaltelementes die Zähne dünner ausgestaltet sein müssen. Andererseits ist der zur Verfügung stehende Bauraum in der Regel sehr gering so dass eine Radiuserhöhung der Klauen nicht realisierbar ist.
Aus der DE 10 2008 001 197 A1 der Anmelderin geht ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbares formschlüssiges Schaltelement hervor, umfassend einen hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Kolben, welcher einen Kolbenraum aufweist, in dem sich das hydraulische Medium bzw. Druckmedium befindet, eine Klaue mit einer Klauenverzahnung und eine Gegenklaue, in die die Klauenverzahnung im eingerückten Zustand eingreift. Hierbei ist vorgesehen, dass die Einspurgeschwindigkeit der Klaue durch Entkopplung der Klaue vom hydraulischen bzw. pneumatischen Volumenstrom bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung der Klaue und der Gegenklaue zueinander und durch Vorspannen der Klaue durch eine mit dem Kolben in Wirkverbindung stehende mechanische Einrichtung erhöht wird.
Vorzugsweise ist die mechanische Einrichtung zum Vorspannen der Klaue als Feder ausgeführt, welche zwischen dem hydraulisch oder pneumatisch betätigten Kolben, dessen Druck durch ein hydraulisches bzw. pneumatisches Steuergerät gesteuert wird und der Klaue des Schaltelementes derart angeordnet ist, dass sie die Klaue und den Kolben auseinanderdrückt. Ferner weist das Schaltelement zusätzlich eine Rückhalteeinrichtung auf, welche die Klaue zwischen sich und der Feder fängt, um zu verhindern, dass die Klaue axial betrachtet in Richtung auf die Gegenklaue bewegt wird, wenn der Kolben nicht betätigt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Klauenschaltelement anzugeben, bei dem die Schaltbarkeit der Klaue erhöht wird. Insbesondere soll auch bei höheren Drehzahldifferenzgradienten beim Nulldurchgang der Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue ein sicheres und schnelles Einrasten gewährleistet werden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Klauenschaltelement mit einer axial verschiebbaren Klaue und einer axial nicht verschiebbaren Gegenklaue vorgeschlagen, umfassend eine Sperrvorrichtung, durch die nach dem Einleiten einer Schaltung im Schließsinne ein Aufeinandertreffen der Verzahnung der Klaue und der Verzahnung der Gegenklaue des Klauenschaltelementes verhindert wird, solange die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue und der Gegenklaue das selbe Vorzeichen aufweist, wodurch das Klauenschaltelement gesperrt ist, und einen mit der Betätigung des Klauenschaltelementes wirkverbundenen Energiespeicher, wobei während der Sperrphase des Klauenschaltelementes im Energiespeicher Energie gespeichert wird, die dem Vorspannen der Klaue und somit dem schnellen Einrasten der Verzahnung der Klaue in die Verzahnung der Gegenklaue dient, wenn die Sperrvorrichtung sofort nach Erreichen der Synchrondrehzahl die Klaue freigibt.
In vorteilhafter Weise wird im Energiespeicher Energie gespeichert, die durch die hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Betätigung der Klauenkupplung erzeugt wird, wobei der Energiespeicher mit der hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Betätigung in Wirkverbindung steht.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die axial nicht verschiebbare Gegenklaue an ihrer Stirnseite eine Reibfläche auf, wobei die axial verschiebbare Klaue eine als Sperrring ausgeführte Sperrvorrichtung umfasst, wobei der Sperrring an der der Gegenklaue zugewandten Seite eine mit der Reibfläche der Gegenklaue korrespondierende Reibfläche aufweist und der mittels eines Vorsprungs in einer ringförmigen Nut der Klaue angeordnet ist und in beiden Richtungen bis zu einem Anschlag drehbar ist.
Gemäß der Erfindung ist der Teil der Klaue, der die Nut zur Aufnahme des Vorsprungs des Sperrrings aufweist, axial fest angeordnet und mittels einer Mitnahmeverzahnung mit dem Bauteil, welches die Verzahnung der Klaue umfasst, drehfest verbunden, wobei das Bauteil umfassend die Verzahnung der Klaue axial verschiebbar ist.
Ferner ist der Sperrring mittels eines Federelementes zur Übertragung einer begrenzten axialen Kraft mit dem Bauteil, welches die Verzahnung der Klaue um- fasst, verbunden.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Nut zur Aufnahme des Vorsprungs des Sperrrings in der Stirnseite der mit dem Klauenschaltelement wirkverbundenen und mittels des Klauenschaltelementes mit einem weiteren Bauteil zu verbindenden Welle vorgesehen sein, wobei die Welle mittels einer Mitnahmeverzahnung mit der Klaue drehfest verbunden ist.
Wenn der Sperrring bis zum Anschlag gedreht ist, nimmt erfindungsgemäß eine Verzahnung des Sperrrings eine derartige Winkelposition ein, dass eine Zahn - auf - Zahn Stellung der Verzahnung des Sperrrings und der Mitnahmeverzahnung des die Verzahnung der Klaue umfassenden Bauteils zueinander entsteht, durch die ein Aufeinandertreffen der Klaue und der Gegenklaue des Klauenschaltelementes verhindert wird, wodurch das Klauenschaltelement gesperrt ist.
Beim Schließen des Klauenschaltelementes kommen die Reibflächen des Sperrrings und der Gegenklaue zur Anlage, wobei bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen Klaue und Gegenklaue der Sperrring abgebremst oder beschleunigt wird und sich bis zum Anschlag in der Nut der Klaue dreht, wodurch das Klauenschaltelement gesperrt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klaue einen mit der Klaue über eine Feder oder über eine Feder und einen Mitnehmer wirkverbundenen als Energiespeicher dienenden Federkolben auf, der während der Sperrphase des Klauenschaltelementes die von der hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Betätigung der Klauenkupplung erzeugte Energie speichern kann. Alternativ kann der Energiespeicher als pneumatischer Energiespeicher ausgeführt sein, insbesondere dann, wenn die Betätigung des Klauenschaltelementes pneumatisch oder hydropneumatisch erfolgt.
Die Entsperrung des Klauenschaltelementes erfolgt dadurch, dass, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue und der Gegenklaue den Wert Null annimmt und/oder das Vorzeichen wechselt, sich der Sperrring mit der Reibfläche der Gegenklaue zusammen verdreht, wodurch die Verzahnung des Sperrrings der Mitnahmeverzahnung aus dem Weg geht.
Nach erfolgter Entsperrung wird die Klaue durch die im Federkolben gespeicherte Energie bewegt, so dass die Klauenverzahnung in die erste Zahnlücke nach Synchron einrastet, was entweder sofort oder nach einem kurzen Stirnkontakt der beiden Klauenverzahnungen erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die Geschwindigkeit der Klauenverzahnung beim Einrasten in die entsprechenden Zahnlücken nicht mehr durch den Volumenstrom sondern durch die im Energiespeicher gespeicherte Energie bestimmt, wodurch die Hydraulik in vorteilhafter Weise auf eine ausreichend große Kraft bei einem kleineren Volumenstrom ausgelegt werden kann; der Zielkonflikt Geschwindigkeit - Kraft ist hiermit gelöst.
Ferner kann durch die Erhöhung der Geschwindigkeit der Klauenverzahnung beim Einrasten eine erhöhte Schaltbarkeit erzielt werden, ohne die Komforteinbußen, die durch ein Einrasten bei hoher Drehzahldifferenz verursacht werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Ratschen vor dem Einrasten der Klauenverzahnung weitgehend vermieden wird; zudem entfällt die Notwendigkeit, eine Schaltung innerhalb eines engen Zeitfensters einzuleiten, da durch die erfindungsgemäße Konzeption das Schaltelement dann geschlossen wird, wenn die Drehzahl- different den Wert Null annimmt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine schematische Schnittansicht eines gemäß der Erfindung ausgeführten Schaltelementes darstellt, beispielhaft näher erläutert. In der beigefügten Figur sind mit 1 das Klauenschaltelement, mit 2 die axial verschiebbare Klaue und mit 3 die Gegenklaue bezeichnet. Ferner ist die Verzahnung der Klaue 2 mit dem Bezugszeichen 4 versehen, wobei die korrespondierende Verzahnung der Gegenklaue mit dem Bezugszeichen 5 versehen ist.
Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf die beigefügte Figur weist die axial nicht verschiebbare Gegenklaue 3 an ihrer Stirnseite eine Reibfläche 6 auf, wobei die axial verschiebbare Klaue 2 einen Sperrring 7 umfasst, der an der der Gegenklaue 3 zugewandten Seite eine mit der Reibfläche 6 der Gegenklaue 3 korrespondierende Reibfläche 8 aufweist.
Hierbei ist der Sperrring 7 mittels eines Vorsprungs 9 in einer ringförmigen Nut 10 der Klaue 2 angeordnet und dort in beiden Richtungen bis zu einem Anschlag drehbar. Wie in der beigefügten Figur angedeutet, ist der Sperrring 7 mittels eines in der Figur schematisch angedeuteten Federelementes 1 1 zur Übertragung einer begrenzten axialen Kraft mit dem Bauteil 14 der Klaue 2, welches die Verzahnung 4 der Klaue 2 umfasst, axial gefedert verbunden.
Der Teil 12 der Klaue 2, der die Nut 10 zur Aufnahme des Vorsprungs 9 des Sperrrings 7 aufweist, ist axial fest angeordnet und mittels einer Mitnahmeverzahnung 13 mit dem Bauteil 14, welches die Verzahnung 4 der Klaue 2 umfasst, drehfest verbunden, wobei das Bauteil 14, umfassend die Verzahnung 4 der Klaue 2 axial verschiebbar ist.
Wie bereits erläutert, kann das Bauteil 12, welches die Nut 10 umfasst, in die mittels des Klauenschaltelementes 1 mit einem weiteren Bauteil zu verbindende Welle integriert sein.
Wenn der Sperrring 7 in der Nut 10 bis zum Anschlag gedreht ist, nimmt erfindungsgemäß eine Verzahnung 19 des Sperrrings 7 eine derartige Winkelposition ein, dass eine Zahn - auf - Zahn Stellung der Verzahnung 19 des Sperrrings 7 und der Mitnahmeverzahnung 13 des die Verzahnung 4 der Klaue 2 umfassenden Bau- teils 14 zueinander entsteht, durch die eine weitere axiale Verschiebung des Bauteils 14 verhindert wird, wodurch das Klauenschaltelement 1 gesperrt ist.
Gemäß der Erfindung weist das Klauenschaltelement 1 einen Energiespeicher 15 zum Speichern von durch die hydraulische, pneumatische oder hydropneu- matische Betätigung der Klauenkupplung erzeugter Energie auf, wobei der Energiespeicher 15 mit der hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Betätigung des Klauenschaltelementes in Wirkverbindung steht.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Energiespeicher 15 als ein mit dem Bauteil 14, welches die Verzahnung 4 der Klaue 2 umfasst, über eine Feder 16 oder über die Feder 16 und einen Mitnehmer 17 wirkverbundener Federkolben 18 ausgeführt. In der beigefügten Figur ist der Energiespeicher 15 lediglich schematisch dargestellt.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Klauenschaltelementes 1 ist wie folgt:
Wenn eine Schaltung eingeleitet wird, wird durch die Betätigung des Klauenschaltelementes 1 im Schließsinne das Bauteil 14 der Klaue 2, welches die Verzahnung 4 umfasst, axial in Richtung auf die Gegenklaue 3 bewegt, wodurch die Reibflächen 6, 8 des Sperrrings 7 und der Gegenklaue 3 zur Anlage kommen, da der Sperring 7 mittels des Federelementes 1 1 mit dem Bauteil 4 axial angefedert verbunden ist, so dass bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen Klaue 2 und Gegenklaue 3 der Sperrring 7 abgebremst oder beschleunigt wird und sich bis zum Anschlag in der Nut 10 der Klaue 2 dreht, wodurch das Klauenschaltelement 1 gesperrt wird, wie bereits erläutert. Diese Situation ist Gegenstand der beigefügten Figur.
Durch die Sperrung der Mitnahmeverzahnung 18 und nicht der Klauenverzahnung 4 selbst entsteht in vorteilhafter Weise kein Wegverlust bei der Betätigung des Klauenschaltelementes 1 . Während der Sperrphase des Klauenschaltelementes 1 wird die durch die Betätigung des Klauenschaltelementes 1 erzeugte Energie erfindungsgemäß im Energiespeicher 15 gespeichert; im vorliegenden Fall bewegt sich der Federkolben 18 axial betrachtet gegen die Kraft der Feder 16 in Richtung auf die Gegenklaue 3, kommt mit dem Mitnehmer 17 zur Anlage und bleibt stehen.
Die Entsperrung des Klauenschaltelementes 1 erfolgt dadurch, dass, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue 2 und der Gegenklaue 3 den Wert Null annimmt und/oder das Vorzeichen wechselt, sich der Sperrring 7 mit der Reibfläche 6 der Gegenklaue 3 zusammen verdreht und in der Nut 10 den Drehanschlag verlässt, wodurch die Verzahnung 19 des Sperrrings 7 gedreht wird und die Mitnahmeverzahnung 18 und somit die Klaue 2 freigibt.
Nach erfolgter Entsperrung wird das Bauteil 14 der Klaue 2 durch die im Federkolben 18 gespeicherte Energie in Richtung auf die Gegenklaue 3 bewegt, so dass die Klauenverzahnung 4 in die erste Zahnlücke nach Synchron einrastet, was entweder sofort oder nach einem kurzen Stirnkontakt der beiden Klauenverzahnungen 4, 5 erfolgt.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann der Energiespeicher 15 derart ausgeführt sein, dass im Energiespeicher gespeicherte Energie auch den Ausrückvorgang der Klaue 2 bei Betätigung des Klauenschaltelementes 1 im Öffnungssinne unterstützt. Hierbei wird nach dem Einleiten des Ausrückvorgangs aufgrund des noch übertragenden Drehmomentes die axial verschiebbare Klaue 2 nicht sofort axial im Öffnungssinne des Klauenschaltelementes verschoben; die von der Betätigung des Schaltelementes erzeugte Energie wird im Energiespeicher 15 gespeichert und zur Beschleunigung des Ausrückvorgangs eingesetzt.
Bei dem in der beigefügten Figur gezeigten Beispiel wird nach dem Einleiten des Ausrückvorgangs die Energie der Betätigung des Klauenschaltelementes 1 in einem weiteren mit der hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Betätigung des Klauenschaltelementes 1 in Wirkverbindung stehenden Federkolben 20 gespeichert, wobei diese Energie das Öffnen des Klauenschaltelementes 1 unter- stützt, wenn das übertragene Drehmoment einen Wert annimmt, der das Ausrücken der Klaue 2 ermöglicht. Hierbei ist in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie der Federkolben 20 über eine Feder 22 oder über die Feder 22 und einen Mitnehmer 21 mit dem Bauteil 14 wirkverbunden.
Wie bereits erläutert, kann der Energiespeicher 15 als pneumatischer Energiespeicher ausgeführt sein, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Betätigung des Klauenschaltelementes 1 pneumatisch oder hydropneumatisch erfolgt.
Bezuqszeichen Klauenschaltelement
axial verschiebbare Klaue
Gegenklaue
Verzahnung der Klaue 2
Verzahnung der Gegenklaue
Reibfläche
Sperrring
Reibfläche
Vorsprung
Nut
Federelement
Teil der Klaue 2, umfassend die Nut 10 Mitnahmeverzahnung
Teil der Klaue 2, umfassend die Verzahnung 4 Energiespeicher
Feder
Mitnehmer
Federkolben
Verzahnung des Sperrrings 7
Federkolben
Mitnehmer
Feder

Claims

Patentansprüche
1 . Klauenschaltelement (1 ), umfassend eine axial verschiebbare Klaue (2) und eine axial nicht verschiebbare Gegenklaue (3), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sperrvorrichtung (7) umfasst, durch die nach dem Einleiten einer Schaltung im Schließsinne ein Aufeinandertreffen der Verzahnung (4) der Klaue (2) und der Verzahnung (5) der Gegenklaue (3) des Klauenschaltelementes (1 ) verhindert wird, solange die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue (2) und der Gegenklaue (3) das selbe Vorzeichen aufweist, wodurch das Klauenschaltelement (1 ) gesperrt ist, und einen mit der Betätigung des Klauenschaltelementes wirkverbundenen Energiespeicher (15), wobei während der Sperrphase des Klauenschaltelementes (1 ) im Energiespeicher (15) Energie gespeichert wird, die dem Vorspannen der Klaue (2) und somit dem schnellen Einrasten der Verzahnung (4) der Klaue (2) in die Verzahnung (5) der Gegenklaue (3) dient, wenn die Sperrvorrichtung (7) sofort nach Erreichen der Synchrondrehzahl die Klaue (2) freigibt.
2. Klauenschaltelement (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die axial nicht verschiebbare Gegenklaue (3) an ihrer Stirnseite eine Reibfläche (6) aufweist, wobei die axial verschiebbare Klaue (2) einen Sperrring (7) umfasst, der an der der Gegenklaue (3) zugewandten Seite eine mit der Reibfläche (6) der Gegenklaue (3) korrespondierende Reibfläche (8) aufweist, wobei der Sperrring (7) mittels eines Vorsprungs (9) in einer ringförmigen Nut (10) eines axial fest angeordneten Bauteils (12) der Klaue (2) angeordnet und dort in beiden Richtungen bis zu einem Anschlag drehbar ist, wobei der Sperrring (7) mittels eines Federelementes (1 1 ) zur Übertragung einer begrenzten axialen Kraft mit dem Bauteil (14) der Klaue (2), welches die Verzahnung (4) der Klaue (2) umfasst, axial gefedert verbunden ist, wobei das Bauteil (12), umfassend die Nut (10), mittels einer Mitnahmeverzahnung (13) mit dem Bauteil (14), welches die Verzahnung (4) der Klaue (2) umfasst, drehfest verbunden ist und wobei, wenn der Sperrring (7) in der Nut (10) bis zum Anschlag gedreht ist, eine Verzahnung (19) des Sperrrings (7) eine derartige Winkelposition einnimmt, dass eine Zahn - auf - Zahn Stellung der Verzahnung (19) des Sperrrings (7) und der Mitnahmeverzahnung (13) des die Verzahnung (4) der Klaue (2) umfassen- den Bauteils (14) zueinander entsteht, durch die eine weitere axiale Verschiebung des Bauteils (14) verhindert wird, wodurch das Klauenschaltelement (1 ) gesperrt ist.
3. Klauenschaltelement (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Betätigung des Klauenschaltelementes (1 ) im Schließsinne das Bauteil (14) der Klaue (2), welches die Verzahnung (4) umfasst, axial in Richtung auf die Gegenklaue (3) bewegt wird, wodurch die Reibflächen (6, 8) des Sperrrings (7) und der Gegenklaue (3) zur Anlage kommen, wobei bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz zwischen Klaue (2) und Gegenklaue (3) der Sperrring (7) abgebremst oder beschleunigt wird und sich bis zum Anschlag in der Nut (10) dreht, wodurch das Klauenschaltelement (1 ) gesperrt wird, wobei die Entsperrung des Klauenschaltelementes (1 ) dadurch, dass, wenn die Drehzahldifferenz zwischen der Klaue (2) und der Gegenklaue (3) den Wert Null annimmt und/oder das Vorzeichen wechselt, sich der Sperrring (7) mit der Reibfläche (6) der Gegenklaue (3) zusammen verdreht, wodurch die Verzahnung (19) des Sperrrings (7) gedreht wird und die Mitnahmeverzahnung (18) und somit die Klaue (2) freigibt und wobei nach erfolgter Entsperrung das Bauteil (14) der Klaue (2), welches die Verzahnung (4) umfasst, durch die im Energiespeicher (15) gespeicherte Energie in Richtung auf die Gegenklaue (3) bewegt wird, so dass die Verzahnung (4) in die erste Zahnlücke nach Synchron einrastet, was entweder sofort oder nach einem kurzen Stirnkontakt der beiden Klauenverzahnungen (4, 5) erfolgt.
4. Klauenschaltelement (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12), welches die Nut (10) umfasst, in die mit dem Klauenschaltelement (1 ) wirkverbundene und mittels des Klauenschaltelementes (1 ) mit einem weiteren Bauteil zu verbindende Welle integriert ist.
5. Klauenschaltelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (15) als ein mit dem Bauteil (14), welches die Verzahnung (4) der Klaue (2) umfasst, über eine Feder (16) oder über die Feder (16) und einen Mitnehmer (17) wirkverbundener Federkolben (18) ausgeführt ist.
6. Klauenschaltelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (15) als pneumatischer Energiespeicher ausgeführt ist.
7. Klauenschaltelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (15) derart ausgeführt ist, dass im Energiespeicher (15) gespeicherte Energie auch den Ausrückvorgang der Klaue (2) bei Betätigung des Klauenschaltelementes (1 ) im Öffnungssinne unterstützt, wobei nach dem Einleiten des Ausrückvorgangs aufgrund des noch übertragenden Drehmomentes die axial verschiebbare Klaue (2) nicht sofort axial im Öffnungssinne des Klauenschaltelementes (1 ) verschoben wird und die von der Betätigung des Schaltelementes erzeugte Energie im Energiespeicher (15) gespeichert und zur Beschleunigung des Ausrückvorgangs eingesetzt wird, wenn das übertragene Drehmoment einen Wert annimmt, der das Ausrücken der Klaue (2) ermöglicht.
8. Klauenschaltelement (1 ), nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Ausrückvorgangs der Klaue (2) bei Betätigung des Klauenschaltelementes (1 ) im Öffnungssinne ein weiterer mit der Betätigung des Klauenschaltelementes (1 ) in Wirkverbindung stehender Federkolben (20) vorgesehen ist, wobei in Abhängigkeit von der gespeicherten Energie der Federkolben (20) über eine Feder (22) oder über die Feder (22) und einen Mitnehmer (21 ) mit dem Bauteil (14), welches die Verzahnung (4) der Klaue (2) umfasst, wirkverbunden ist.
9. Klauenschaltelement (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Klauenschaltelementes (1 ) hydraulisch, pneumatisch oder hydropneumatisch erfolgt.
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