DE102009024329A1

DE102009024329A1 - Differenzial in einem Kurbelgetriebe

Info

Publication number: DE102009024329A1
Application number: DE102009024329A
Authority: DE
Inventors: Norbert Radinger; Tomas Dr. Smetana; Philip Wurzberger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Differenzial in einem Kurbelgetriebe.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Differenzial in einem Kurbelgetriebe und ein Kurbelgetriebe mit einem Differenzial.
Hintergrund der Erfindung
DE 102 43 535 A1 zeigt eine Antriebseinheit aus einem Kurbelgetriebe und einem Hybridantrieb. Die Antriebseinheit ist durch einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und durch das Kurbelgetriebe gebildet.
Das Kurbelgetriebe weist eine antreibende Welle auf, die in der Regel die Getriebeeingangswelle ist. Weiterhin weist das Getriebe eine angetriebene Welle (auch als Abtriebswelle bezeichnet) auf, die in der Regel eine Getriebeausgangswelle ist. Die beiden Wellen sind parallel zueinander ausgerichtet und drehbar in einem Getriebegehäuse gelagert. Außerdem sind die Wellen getrieblich miteinander verbunden. Die getriebliche Verbindung ist durch min destens einen Exzenterantrieb auf der Antriebswelle und mindestens eine Freilaufeinrichtung auf der angetriebenen Welle sowie eine pleuelartige Verbindung zwischen dem Exzenterantrieb und der Freilaufeinrichtung hergestellt.
Die betrachtete Ausführung des Exzenterantriebs weist mehrere nebeneinander auf der Antriebswelle angeordnete Exzentereinheiten auf, von denen jeweils eine mit einer Freilaufeinrichtung verbunden ist. Deshalb weist die Freilaufeinrichtung mehrere auf der angetriebenen Welle nebeneinander angeordnete Freilaufeinheiten auf.
Eine Exzentereinheit ist aus einem Führungsabschnitt und aus einem Exzenterbauteil gebildet. Der Führungsabschnitt ist entweder einteiliger Bestandteil der Antriebswelle oder auf diese aufgesetzt. Der Führungsabschnitt ist außen zylindrisch gestaltet. Die Mittelachse des Führungsabschnitts ist gegenüber der Rotationsachse der Antriebswelle exzentrisch angeordnet, so dass die Antriebswelle einer Kurbelwelle ähnelt, wobei jedoch in diesem Fall der Zapfen der ”Kurbelwelle” angetrieben wird.
Auf der außenzylindrischen Mantelfläche des Führungsabschnitts sitzt dreh- oder schwenkbar das Exzenterbauteil. Das anfangs erwähnte Verbindungselement zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ist verdrehbar bzw. verschwenkbar auf dem Exzenterbauteil aufgenommen. Das Verbindungselement bzw. die Pleuelstange ist mittels eines Wälzlagers auf dem Exzenterbauteil gelagert.
Das jeweilige Exzenterbauteil ist ringartig gestaltet. Auf jedem Exzenterbauteil sind zwei der Pleuelstangen nebeneinander gelagert. Radial innen ist an dem hohlen Exzenterbauteil eine Innenverzahnung ausgebildet. Der Kopfkreis der Innenverzahnung ist ein Hüllkreis, der im wesentlichen dem Außendurchmesser der außenzylindrischen Mantelfläche des Führungsabschnitts entspricht, so dass das Exzenterbauteil mittels der Zahnköpfe radial auf der Mantelfläche des Führungsabschnittes abgestützt und zentriert ist.
Das Führungsbauteil weist eine zur Rotationsachse der Antriebswelle parallel verlaufende radiale Vertiefung auf, in die teilweise radial eine Verstellwelle eingelegt und in der Vertiefung drehbar gelagert ist. Die Verstellwelle ist mit einer Außenverzahnung versehenen, von der Zähne mit der Innenverzahnung am Exzenterbauteil im Eingriff stehen. Die Verstellwelle ist in die Vertiefung so eingelegt, dass ein radialer Anteil dieser radial aus der Vertiefung herausragt. Dieser radiale Anteil entspricht in etwa dem radialen Anteil der Zähne der Außenverzahnung, der radial zwischen die Innenverzahnung eingreift.
Die Rotationsachse der Verstellwelle und die Rotationsachse der Antriebswelle sind konzentrisch zueinander angeordnet, so dass Verstellwelle und Antriebswelle um eine gemeinsame Rotationsachse rotieren können.
Wie anfangs schon erwähnt, ist die Mittelachse der außenzylindrischen Mantelfläche des Führungsabschnitts mit einem ersten radialen Abstand exzentrisch zur Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet. Außerdem ist die Drehachse der äußeren zylindrischen Mantelfläche des Exzenterbauteils, auf der das Wälzlager abläuft, mit einem zweiten radialen Abstand exzentrisch zur Mittelachse der Mantelfläche des Führungsabschnittes angeordnet. Der erste und der zweite Abstand sind gleich groß, so dass der Abstand der Drehachse der äußeren zylindrischen Mantelfläche des Exzenterbauteils zur Rotationsachse doppelt so groß ist wie der Abstand der Mittelachse der außenzylindrischen Mantelfläche des Führungsbauteils zur Rotationsachse. Durch diese Anordnung kann an der Pleuelstange pro Umdrehung der Antriebswelle ein maximaler Hub, der dem Doppelten aus der Summe des ersten und des zweiten Abstands entspricht, erzeugt werden.
Auf die Verstellwelle wirkt ein Verstellmechanismus, der die Verstellwelle um die Rotationsachse verdreht. Durch das Verdrehen der Verstellwelle um die Rotationsachse gegenüber der Antriebswelle wird das Exzenterbauteil durch die ineinander greifenden Verzahnungen der Verstellwelle und des Exzenterbauteils auf dem Führungsabschnitt um den Führungsabschnitt verschwenkt. Durch diese Schwenkbewegung wandert die Drehachse der äußeren zylindri schen Mantelfläche des Exzenterbauteils auf einer Kreisbahn um die Mittelachse des Führungsabschnitts. Der Radius der Kreisbahn entspricht dem ersten bzw. dem zweiten Abstand. Dadurch verringert sich der Abstand der Drehachse zur Rotationsachse, d. h. die Exzentrizität der äußeren zylindrischen Mantelfläche des Exzenterbauteils verringert sich und somit der durch die Pleuelstange übertragbare Hub. Ausgehend vom größten Abstand kann so durch Verdrehung entsprechend einem Winkel von 180° die Drehachse in eine koaxiale Stellung zur Rotationsachse der Antriebswelle gebracht werden. Das bedeutet, dass die äußere zylindrische Mantelfläche des Exzenterbauteils in dieser Stellung als Mittelachse die Rotationsachse besitzt. Die Exzentrizität ist aufgehoben und es kann keine Hubbewegung auf die Pleuelstange übertragen werden. Das bedeutet, dass, obwohl die Antriebswelle angetrieben wird, die angetriebene Welle stillstehen kann.
Die drehbar gelagerte Abtriebswelle, ist außen mit einem Polygonprofil versehen. Auf diesem Polygonprofil sitzen die Freilaufeinheiten. Die jeweiligen Freilaufeinheiten besitzen Klemmkörper, die zum Beispiel als Rollen ausgebildet sind. Das Polygonprofil ist an einem Innenring ausgebildet, der auf der Abtriebswelle sitzt. Die Klemmkörper sitzen zwischen dem Innenring und einem Außenring. Eine Relativverdrehung in die eine Drehrichtung zwischen Innen- und Außenring ist mit den Klemmkörpern blockierbar. In die andere Drehrichtung wird keine Sperrwirkung erzielt. Die Klemmkörper werden durch Federelemente in Entsperrrichtung beaufschlagt und sind in einem Käfig geführt. Denkbar ist, dass dieser Freilauf hinsichtlich der sperrbaren bzw. nicht sperrbaren Drehrichtung umschaltbar ist. Durch Verwendung derartiger Freilaufeinheiten kann in dem Getriebe die Drehrichtung der Abtriebswelle geändert und beispielsweise ein Rückwärtsgang realisiert werden.
Der Außenring einer jeweiligen Freilaufeinheit besitzt einen Anlenkbereich. Der Anlenkbereich ist mit einem radial hervorstehenden Nocken versehen. Der Anlenkbereich weist eine Schwenkachse auf, um die verschwenkbar ein Ende der Pleuelstange an dem Anlenkbereich befestigt ist. Die einem Exzenterbauteil zugeordneten zwei Pleuelstangen sind gegenüber einer Geraden symmet risch angeordnet. Die Gerade verläuft durch die Rotationsachse der Abtriebswelle und durch die Drehachse der äußeren Mantelfläche des Exzenterbauteils (schneidet diese). Damit haben auch die an dem Außenring des Freilaufes eingreifenden Enden zweier einander zugeordneter Pleuelstangen stets eine symmetrische Anordnung in Bezug auf diese Gerade.
DE 102 43 535 A1 beschreibt ein Kurbelgetriebe mit einem Differenzial der klassischen Bauart, das relativ viel Bauraum benötigt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es Anordnungen zu schaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar sind, die wenig Bauraum beanspruchen und die den Anforderungen an moderne regelbare Getriebe entsprechen.
Beschreibung der Erfindung
Das Differenzial des Kurbelgetriebes ist ein Planetendifferenzial. Ein Planetendifferenzial ist ein Planetengetriebe mit mindestens zwei um die Rotationsachse des Planetendifferenziales auf einer Umlaufbahn umlaufenden Planetenrädern. Die Planetenräder stehen entweder mit wenigstens einem weiteren Planetenrad oder mit der Innenverzahnung an mindestens einem Hohlrad oder mit der Außenverzahnung mindestens eines Sonnenrades im Eingriff. Und/Oder-Kombinationen der zuvor genannten Eingriffe sind in die Definition mit einbezogen. Das Differenzial ist wahlweise nur einer An- oder Abtriebswelle zugeordnet, kann jedoch auch mit zwei An- oder Abtriebswellen gekoppelt sein.
Unabhängig davon sieht die Erfindung vor, dass mindestens eine ein- und ausrückbare Kupplung zwischen zumindest einem beliebig ausgebildeten Differenzial und einer An- oder Abtriebswellen angeordnet ist. Das Differenzial ist wahlweise nur einer An- oder Abtriebswelle zugeordnet, kann jedoch auch mit zwei An- oder Abtriebswellen gekoppelt sein. Im zuletzt genannten Fall ist es denkbar, dass zwischen dem Differenzial und jeder der Wellen jeweils eine der Kupplungen angeordnet ist. Die An- bzw. Abtriebe (Leistungseingang bzw. Leistungsausgang) des Kurbelgetriebes sind im zuletzt genannten Fall mittels der Kupplungen wahlweise drehzahlregelbar.
Unabhängig davon sieht die Erfindung werter vor, dass das Kurbelgetriebe mindestens eine Verstelleinheit aufweist, mit der sowohl ein schaltbarer Freilauf als auch eine ein- und ausrückbare Kupplung zwischen der Abtriebswelle und einem Differenzial betätigbar sind. Es ist auch denkbar, dass dem Differenzial zwei An- oder Abtriebswellen zugeordnet sind, wobei jeder der Wellen eine derartige Verstelleinheit zugeordnet ist. Im Falle der Verwendung der Verstelleinheit an einer Antriebswelle ist die Verstelleinheit auch beispielsweise zur Regelung/Verstellung der Exzenterantriebe und zur Regelung des Freilaufs einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebs einsetzbar.
Die Verstelleinheit (der Aktuator) ist alternativ einseitig oder doppeltwirkend und hat deshalb mindestens eine oder zwei Funktionen. Auf der einen Seite wird eine Schwenkbewegung erzeugt, beispielsweise der Käfig des Freilaufs umgeschaltet. Auf der anderen Seite wird ein Axialhub erzeugt und beispielsweise eine Kupplung über die Stirnseite der Verstelleinheit angesteuert. Die Vorspanneinheit gibt zumindest einen mechanischen Impuls mit dem die Kupplung ausgerückt wird.
Unabhängig davon weist die Verstelleinheit ein topfartig ausgebildetes Gehäuse auf. In oder an dem Gehäuse ist mindestens eine Kulisse ausgebildet. Eine Kulisse ist mindestens aus einer ersten Führungsbahn gebildet. Die erste Führungsbahn ist zum Beispiel durchgängig in den Mantel des aus Blech gefertigten Gehäuses eingebracht. Weiterhin ist die Verstelleinheit mit einer Schiebemuffe versehen.
Die Schiebemuffe sitzt axial, also gleichgerichtet mit der Mittelachse der Abtriebswelle, verschiebbar auf einer Umfangsverzahnung einer Grundplatte der Verstelleinheit. Die Umfangsverzahnung ist an der Grundplatte fest. Demnach ist die Schiebemuffe zwar axial in Richtung der Mittelwelle der Verstelleinheit verschiebbar aber in Umfangsrichtung verdrehfest zur Grundplatte angeordnet. Auf der Schiebemuffe ist eine Führungshülse um die Mittelachse der Verstelleinheit zumindest schwenkbeweglich gelagert. Zur Lagerung der Führungshülse auf der Schiebemuffe dient beispielsweise eine Gleitlagerung. Die Grundplatte ist zum Beispiel hülsenförmig ausgebildet und umgreift den Zapfen einer Welle, sitzt auf diesem fest- oder verdrehbar bzw. verschiebbar.
Aus der Führungshülse steht radial mindestens ein erster Führungsstift hervor. Der erste Führungsstift ist entweder einteilig mit der Führungshülse aus Blech ausgebildet oder an dieser befestigt. Der erste Führungsstift greift radial in die an dem Gehäuse ausgebildete erste Führungsbahn (Kulisse) ein. Die erste Führungsbahn ist an einem ersten Führungsabschnitt im wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse der Abtriebswelle ausgerichtet lenkt jedoch zumindest an einem zweiten Führungsabschnitt schräg, in axiale Richtung und Umfangsrichtung gleichzeitig verlaufend, aus. Den zweiten Führungsabschnitt schließt sich dann wieder ein in Umfangsrichtung ausgerichteter dritter Führungsabschnitt an.
Das Gehäuse ist mittels wenigstens eines Wälzlagers axial fest aber radial um die Mittelachse der Verstelleinheit drehbar auf der Grundplatte gelagert. Außerdem ist das Gehäuse mit einer geeigneten getrieblichen Angriffseinrichtung zumindest um die Mittelachse schwenkbeweglich antreibbar. Die Angriffseinrichtung ist beispielsweise eine Außenverzahnung für den verzahnten Eingriff mit einer Antriebsverzahnung. Alternativ kann die Angriffseinrichtung auch ein Sitz für einen Riemen, eine Kette oder für jedes beliebige andere antreibende Element sein.
Das Gehäuse ist topfartig ausgebildet und ein Umformteil aus Blech. Der Boden des Topfes ist gelocht. Durch den Boden des Topfes greifen die Grundplatte und ein Zapfen der Abtriebswelle hindurch. Die Mantelfläche des Topfes ist bezüglich der Durchmesser abgestuft. An einem hohlzylindrischen Abschnitt mit kleinem Durchmesser ist der Lagersitz für den Außenring des Wälzlagers ausgebildet, mit dem der Topf auf der Grundplatte gelagert ist.
In einen hohlzylindrischen Abschnitt mit größerem Durchmesser ist die erste Führungsbahn eingebracht. Dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser schließt sich ein Rand des Topfes an, so dass das Gehäuse einem Hut mit Krempe ähnelt. An dem Rand der Krempe ist außen die Außenverzahnung ausgebildet.
Im Inneren des hohlzylindrischen Abschnittes mit dem größeren Durchmesser sind die Umfangsverzahnung, die Schiebemuffe und die Führungshülse angeordnet. Dabei sitzt die Schiebemuffe konzentrisch auf der Umfangsverzahnung und die Führungshülse konzentrisch auf der Schiebemuffe. Der erste Führungsstift steht zumindest teilweise radial in die erste Führungsbahn hinein.
An der Schiebemuffe ist mindestens ein Führungselement befestigt, das in eine zweite Führungsbahn eines verstellbaren Maschinenteils eingreift. Die zweite Führungsbahn ist zur ersten Führungsbahn unabhängig an dem Maschinenteil und demnach nicht an dem Gehäuse ausgebildet. Das Maschinenteil ist mittels des Führungselements um die Mittelachse der Abtriebswelle schwenkbar betätigt. Dazu greift das Führungselement radial in die zweite Führungsbahn des Maschinenteils ein. Die zweite Führungsbahn an dem Maschinenteil verläuft an einem ersten Führungsbahnabschnitt im wesentlichen axial mit der Mittelachse der Verstelleinheit gleichgerichtet, lenkt an einem zweiten Führungsbahnabschnitt jedoch in axiale Richtung und in Umfangsrichtung schräg verlaufend, aus. Im zweiten Führungsbahnabschnitt schließt sich dann ein dritter Führungsbahnabschnitt an, der wieder gleichgerichtet axial mit der Mittelachse verläuft.
In der Verstelleinheit ist weiterhin eine Arretiervorrichtung angeordnet. Die Arretiervorrichtung weist zumindest ein federbelastetes Arretierelement auf, das in eine radiale Richtung gegen die Schiebemuffe vorgespannt ist. Dazu stützt sich das Arretierelement in die andere radiale Richtung an der Grundplatte ab. Die Schiebemuffe weist pro Arretierelement mindestens eine erste Rastvertiefung auf, in der das Arretierelement zumindest in einer Ausgangsstellung der Schiebemuffe verrastet ist. In dieser Stellung wird die Schiebemuffe durch die Vorspannung mindestens einer Feder auf das Arretierelement gehalten und kann dementsprechend nur gegen den Widerstand der Feder aus dieser Stellung bewegt werden. In der Ausgangsstellung sitzt die Schiebemuffe auf der Umfangsverzahnung in einer Position, aus der heraus die Schiebemuffe zum Schwenken des Maschinenteile auf der Umfangsverzahnung axial verschoben werden muss. Die Ausgangsstellung entspricht z. B. dem Betriebszustand Vorwärtsfahrt in den Kurbelgetriebe.
Zum Verstellen des Maschinenteils, das heißt beispielsweise zum Schwenken des Maschinenteils um eine mit der Verstelleinheit gemeinsame Mittelachse, wird das Gehäuse über die Angriffseinrichtung angetrieben und schwenkt dabei um die Mittelachse in eine erste Umfangsrichtung. Die erste Führungsbahn bewegt sich dabei relativ zur Führungshülse in Umfangsrichtung um die Mittelachse. Der erste Führungsstift durchläuft dabei die erste Führungsbahn ohne axial beaufschlagt zu sein, weil dieser sich in mit dem nur in Umfangsrichtung ausgerichteten ersten Führungsabschnitt bewegt.
Sobald der von der Umfangsrichtung in axiale Richtung schräg auslenkende zweite Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn auf den ersten Führungsstift trifft, wird auf den ersten Führungsstift eine Axialkraft ausgeübt, über die die Führungshülse axial, also gleichgerichtet mit der Mittelachse, mitgenommen wird. Über die Führungshülse wird die Schiebemuffe aus der Ausgangsstellung bewegt und axial auf der Umfangsverzahnung verschoben. Dabei federt das Rastelement ein und aus der ersten Rastvertiefung heraus und gibt die Schiebemuffe frei. Der maximale axiale Weg, um den die Führungshülse verschoben werden kann, ist durch den Anteil der axialen Auslenkung von der Umfangsrichtung des schräg verlaufenden zweiten Führungsabschnitts bestimmt. Nach dem der erste Führungsstift den zweiten Führungsabschnitt durchlaufen hat, bewegt sich die Führungsbahn mit dem dritten Führungsabschnitt gegenüber dem ersten Führungsstift. Da der dritte Führungsabschnitt wieder in Umfangsrichtung ausgerichtet ist, ist die axiale Verstellbewegung der Führungshülse und damit der Schiebemuffe beendet und dieses, obwohl das Gehäuse noch über die gesamte Länge des dritten Führungsabschnitts weiter in die erste Umfangsrichtung schwenkbar ist.
Das federvorgespannte Rastelement ist auch im Zusammenwirken mit einer oder mehreren Rampen an der Schiebemuffe geeignet, um gezielt Verstellkräfte zu erzeugen. Dabei muss die Schiebemuffe gegen die Federkraft des an der jeweiligen Rampe auf oder absteigenden Rastelements verschoben werden. Die Verstellkraft erhöht oder verringert sich je nach Anstieg der Rampe.
Mit der Schiebemuffe bewegt sich das Führungselement in axiale Richtung. Das Führungselement ist beispielsweise ein zweiter Führungsstift, der in die zweite Führungsbahn an dem Maschinenteile eingreift. Der zweite Führungsstift durchläuft die zweite Führungsbahn so lange ohne eine Verstellkraft auf die Führungsbahn auszuüben, bis der zweite Führungsstift aus einem axial verlaufenden ersten Führungsbahnabschnitt der Führungsbahn auf den in Umfangsrichtung schräg ausgelenkten zweiten Führungsbahnabschnitt der zweiten Führungsbahn trifft. Wenn der zweite Führungsstift den schräg verlaufenden zweiten Führungsbahnabschnitt durchfährt, wird eine in Umfangsrichtung bzw. in tangentiale Richtung gerichtete Kraft auf das Maschinenelement ausgeübt, so dass das Maschinenelement um die Mittelachse geschwenkt wird. Das Maschinenelement kann maximal um den Betrag verschwenkt werden, um den der schräg verlaufende zweite Führungsbahnabschnitt insgesamt in Umfangsrichtung ausgelenkt ist.
In dieser Stellung wird die Schiebemuffe z. B. durch die Vorspannung der Feder auf das Arretierelement und durch Verrasten des Arretierelementes in einer axial zu der ersten Rastvertiefung entfernten zweiten Rastvertiefung in einem zweiten Betriebszustand solange gehalten, bis das Gehäuse über die Angriffseinrichtung in eine zur ersten Umfangsrichtung entgegengesetzte zweite Umfangsrichtung angetrieben und um die Mittelachse zumindest solange geschwenkt wird, bis der erste Führungsstift wieder auf den zweiten Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn im Gehäuse trifft und die Schiebemuffe da durch in die Ausgangsstellung zurück bewegt wird. Der zweite Betriebszustand ist in dem Kurbelgetriebe beispielsweise die Rückwärtsfahrt.
Es ist weiterhin noch eine dritte Stellung der Schiebemuffe vorgesehenen, die einer Neutralstellung entspricht und die deshalb auf dem Weg zwischen Ausgangsstellung und geschalteten Stellung an der Schiebemuffe ausgeführt ist.
Wie anfangs erwähnt, ist die Verstelleinheit doppelt wirkend. Es wurde dabei schon erwähnt, dass zum Umschalten der Freiläufe der Kraftfluss zwischen der Abtriebswelle und dem Differential getrennt werden muss. Erst dann lassen sich die Freiläufe umschalten. Das Gehäuse weist dazu am nicht gelochten Teil des Bodens umlaufend eine Rampenkontur auf, die aus mindestens einer vorzugsweise jedoch aus drei sich axial aus dem Boden erhebenden und wieder abfallend verlaufenden Rampen gebildet ist. An dem Boden liegen auf einer gedachten kreisförmigen Umfangsbahn, die über die Rampen verläuft, mindestens ein vorzugsweise jedoch drei Axialverstellelemente an. Die Axialverstellelemente sind mittels axialem Hub betätigt. Der axiale Hub wird wie nachfolgend beschrieben über die Rampenkontur auf die Axialverstellelemente aufgebracht.
Wenn das Gehäuse zum Verstellen des Maschinenteils über die Angriffseinrichtung angetrieben wird und dabei schwenkt, fährt die Rampenkontur relativ zu dem Axialverstellelement an dem Axialverstellelement entlang. Das Axialverstellelement steigt auf einer Rampe auf und verändert damit axial seine Lage, das heißt, es erzeugt einen Hub, mit dem beispielsweise eine Kupplung getrennt werden kann. Diese Kupplung ist zum Beispiel eine Lamellenkupplung zwischen der Abtriebswelle des Kurbelgetriebes und einem Differenzial. Diese Bewegung ist von der Bewegung des Führungsstiftes in der ersten Führungsbahn unabhängig, da der axiale Hub ausschließlich über die in axialer Richtung ansteigende Rampenkontur des axial unbeweglich gelagerten Gehäuses erzeugt wird. Der Beginn dieser Bewegung ist jedoch so ausgerichtet, das der Hub, das heißt das Trennen der Kupplung, solange und nur dann ausgeführt wird, wenn der erste Führungsstift den ersten Führungsabschnitt durchläuft. In diesem Betriebszustand wird die Schiebemuffe noch nicht axial betätigt und somit der Freilauf noch nicht geschaltet.
Wenn der erste Führungsstift in den zweiten Führungsabschnitt eintritt, muss das Ausrücken der Kupplung beendet sein, dann beginnt das Schwenken des Maschinenelements. Die Rampenkontur steigt deshalb axial nicht weiter an, sondern bleibt über einen Umfangsbogenabschnitt, der mit dem Schwenkweg des ersten Führungsstiftes in dem zweiten Führungsabschnitt korrespondiert, konstant gleich hoch und bewegt sich gegenüber dem nunmehr nicht axialhubbeweglichen Axialverstellelement.
Wenn das Schwenken des Maschinenteils beendet ist, d. h. wenn der erste Führungsstift den zweiten Führungsabschnitt verlassen hat, ist das Schwenken des Maschinenteils beendet und die Kupplung muss wieder eingerückt werden. Der erste Führungsstift tritt in den dritten Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn ein. Das Gehäuse wird weiter in die erste Umfangsrichtung verdreht, ohne dass die Verstellbewegung die Lage des Maschinenteils beeinflusst. Mit dem Verlauf des dritten Führungsabschnitts korrespondiert eine in Richtung Boden abfallende Rampenkontur, auf der sich das Axialverstellelement um den Hub wieder axial zurück bewegt und damit die Kupplung wieder eingerückt wird.
Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele:
1 zeigt teilweise eine Baugruppe 85 eines Kurbelgetriebes. Die Baugruppe 85 ist durch drei Lagerplatten 86, 87 und 88, 6 Stück der Pleuelstangen 71 und 6 Stück der Freilaufeinheiten 1 sowie durch eine Verstelleinheit 35 gebildet. Auf die Darstellung der Abtriebswelle und der Antriebswelle wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser Darstellung verzichtet. Die Antriebswelle ist lediglich durch die Mittelachse 89 und die Abtriebswelle durch die Mittelachse 37 symbolisiert.
2 zeigt eine Freilaufeinrichtung 34 auf einer Abtriebswelle 14 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Kurbelgetriebes. Die Freilaufeinrichtung 34 ist aus mehreren Freilaufeinheiten 1 gebildet. Im Bild sind insgesamt 6 Stück der Freilaufeinheiten 1 abgebildet. Der jeweilige Freilaufstern 3 einer jeden Freilaufeinheit 1 ist direkt an der Abtriebswelle 14 ausgebildet. Der jeweilige Freilaufring 2 ist jeweils ein Außenring 15. Die einzelnen Klemmkörper 4 der Freilaufeinheiten 1 sind in einem gemeinsamen Käfig 5 geführt. Der Käfig 5 der Freilaufeinrichtung 34 mit der Verstelleinheit 35 gekoppelt.
Der Verstelleinheit 35 schließt sich axial die Kupplung 36 an. Die Schnittstelle zwischen Kupplung 36 und der Verstelleinheit 35 ist durch Axialverstellelemente 67 in Form von Rollen gebildet. Die Axialverstellelemente 67 sind axial zwischen der am Verstelleinheit 35 und einer Axiallagerscheibe 118 eines Axiallagers 68 eingespannt. Das Axiallager 68 liegt an einer Druckplatte 119 der Kupplung 36 an.
Die Kupplung 36 ist eine Lamellenkupplung mit einem Lamellenpaket 120. Das Lamellenpaket ist in einem Hohlrad 121 verschiebbar gelagert. Die Seitenwand 128 des Hohlrades 121 ist mit einem Planetendifferenzial 122 verbunden. Die Schnittstelle zwischen Abtriebswelle 14 und der Kupplung 36 ist eine Verbindung zwischen einer Kerbverzahnung 129 auf der Abtriebswelle 14 und Lamellen des Lamellenpakets 120. Die Schnittstelle zwischen Kupplung 36 und Planetendifferenzial 122 ist die Seitenwand 128 des Hohlrades 121, an der die ein- und ausrückbare drehfeste Verbindung mittels des Lamellenpakets 120 zwischen Abtriebswelle 14 und dem Planetendifferenzial 122 herstellbar ist.
Das Planetendifferenzial 122 weist mehrere mit radialem Abstand zur Mittelachse 37 drehbar gelagerte und auf wenigstens einer Planetenbahn um die Mittelachse 37 bewegliche Planetenräder 123 auf. Die Planetenräder 123 sind Stirnräder mit einer Schrägverzahnung und in der Darstellung linksseitig beispielsweise an der Seitenwand 128 und in der Darstellung rechtsseitig an einem Planetenträger 124 gelagert. Das das Planetendifferenzial 122 weist einen nicht näher dargestellten stirnverzahnten Eingang 125 und zwei innen mit Kerbverzahnung versehene Ausgänge 126 und 127 auf. Einer der Ausgänge 126 sitzt greift konzentrisch zu Mittelachse 37 in die hohl ausgebildete Abtriebswelle 14 ein und sitzt innen konzentrisch zu einem Bund 130 des Hohlrades 121. Das Hohlrad 121 ist mittels des Bundes 130 über ein Lager 131 innen in der Abtriebswelle 14 drehbar gelagert. Der Planetenträger 124 ist an dem Bund 132 radial an einem nicht dargestellten Gehäuse des Kurbelgetriebes gelagert.
4 zeigt die Verstelleinheit 35 in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse 37 der Abtriebswelle 14. 3 zeigt eine Gesamtansicht der Verstelleinheit 35 und deren Verbindung mit den Käfig 5. 6 zeigt auch eine Gesamtansicht der Verstelleinheit 35, jedoch von der anderen Seite.
Der Freilaufeinrichtung 34 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstelleinheit 35 zugeordnet. Der Verstelleinheit 35 schließt sich axial die Kupplung 36 an. 4 zeigt die Verstelleinheit 35 in einem Längsschnitt entlang der Mittelachse 37 der Abtriebswelle 14. 3 zeigt eine Gesamtansicht der Verstelleinheit 35 und deren Verbindung mit den Käfig 5. 6 zeigt auch eine Gesamtansicht der Verstelleinheit 35, jedoch von der anderen Seite.
Die Verstelleinheit 35 weist ein topfartig ausgebildetes Gehäuse 38 auf. In oder an dem Gehäuse 38 ist mindestens eine Kulisse ausgebildet. Eine Kulisse ist mindestens aus einer ersten Führungsbahn 39 gebildet. Weiterhin ist die Verstelleinheit mit einer Schiebemuffe 40 versehen.
Die Schiebemuffe 40 sitzt axial, also gleichgerichtet mit der Mittelachse 37 der Abtriebswelle 14, verschiebbar auf einer Umfangsverzahnung 41 einer Grundplatte 42 der Verstelleinheit. Die Umfangsverzahnung 41 ist an der Grundplatte 42 fest. Auf der Schiebemuffe 40 sitzt eine Führungshülse 43 und ist um die Mittelachse 37 der Verstelleinheit 35 zumindest schwenkbeweglich gelagert. Zur Lagerung der Führungshülse 43 auf der Schiebemuffe 40 dient eine Gleitlagerung 45. Die Grundplatte 42 ist zum Beispiel hülsenförmig ausgebildet, umgreift den Zapfen 52 der Abtriebswelle 14 und sitzt auf diesem fest- oder verdrehbar bzw. verschiebbar.
Aus der Führungshülse 43 steht radial ein erster Führungsstift 44 hervor. Der erste Führungsstift 44 ist einteilig mit der Führungshülse 43 aus Blech ausgebildet und greift radial in die an dem Gehäuse 38 ausgebildete erste Führungsbahn 39 (Kulisse) ein. Die erste Führungsbahn 39 ist an einem ersten Führungsabschnitt 46 im wesentlichen in Umfangsrichtung um die Mittelachse 37 der Abtriebswelle 14 ausgerichtet, lenkt jedoch zumindest an einem zweiten Führungsabschnitt 47 schräg, in axiale Richtung und Umfangsrichtung gleichzeitig verlaufend, aus. Dem zweiten Führungsabschnitt 47 schließt sich dann ein wieder in Umfangsrichtung ausgerichteter dritter Führungsabschnitt 48 an.
Das Gehäuse 38 ist mittels wenigstens eines Wälzlagers 49 axial fest aber radial um die Mittelachse 37 der der Verstelleinheit 35 drehbar auf der Grundplatte 42 gelagert. Außerdem ist das Gehäuse 38 mit einer geeigneten getrieblichen Angriffseinrichtung zumindest um die Mittelachse 37 schwenkbeweglich antreibbar. Die Angriffseinrichtung ist eine Außenverzahnung 50 für den verzahnten Eingriff eines nicht dargestellten Antriebs.
Das Gehäuse ist in 5 als Einzelteil dargestellt und topfartig ausgebildet. Der Boden 51 des Topfes ist gelocht. Durch den Boden 51 des Topfes greifen die Grundplatte 42 und der Zapfen 52 der Abtriebswelle 14 hindurch. Der Mantel des Topfes ist bezüglich der Durchmesser abgestuft. An einem hohlzylindrischen Abschnitt 53 mit kleinem Durchmesser ist der Lagersitz für den Außenring 55 des Wälzlagers 49 ausgebildet, mit dem der Topf auf der Grundplatte 42 gelagert ist.
In einen hohlzylindrischen Abschnitt 54 mit größerem Durchmesser ist die erste Führungsbahn 39 eingebracht. Dem Abschnitt mit dem größeren Durchmesser schließt sich ein Rand 56 des Topfes an. An dem Rand 56 ist außen die Außenverzahnung 50 ausgebildet.
Im Inneren des hohlzylindrischen Abschnittes 54 mit dem größeren Durchmesser sind die Umfangsverzahnung 41, die Schiebemuffe 40 und die Führungshülse 43 angeordnet.
An der Schiebemuffe 40 sind drei Führungselemente 57 befestigt, von denen jedes jeweils in eine zweite Führungsbahn 58 des verstellbaren Käfigs 5 eingreift. Der Käfig 5 ist mittels des Führungselements 57 um die Mittelachse 37 der Abtriebswelle 14 schwenkbar betätigt. Dazu greift das Führungselement 57 radial in die zweite Führungsbahn 58 ein. Der Käfig 5 ist in 6 dargestellt und weist an drei axialen Verlängerungen 59 jeweils eine der Führungsbahnen 58 auf.
Die zweite Führungsbahn 58 verläuft an einem kurzen ersten Führungsbahnabschnitt 60 im wesentlichen axial mit der Mittelachse der Verstelleinheit gleichgerichtet, lenkt an einem zweiten Führungsbahnabschnitt 61 jedoch in axiale Richtung und in Umfangsrichtung schräg verlaufend aus. Dem zweiten Führungsbahnabschnitt 61 schließt sich dann ein dritter Führungsbahnabschnitt 62 an, der wieder gleichgerichtet axial mit der Mittelachse 37 verläuft.
In der Verstelleinheit 35 ist weiterhin eine Arretiervorrichtung 63 angeordnet. Die Arretiervorrichtung 63 weist zumindest ein federbelastetes Arretierelement 64 in Form einer Kugel auf, das in eine radiale Richtung gegen die Schiebemuffe 40 vorgespannt ist. Die Schiebemuffe 40 weist pro Arretierelement 64 mindestens eine Rastvertiefung 65 auf, in der das Arretierelement 64 zumindest in einer Ausgangsstellung der Schiebemuffe 40 verrastet ist.
Das Gehäuse 38 weist am nicht gelochten Teil des Bodens 51 umlaufend eine Rampenkontur 65 auf, die aus mindestens einer vorzugsweise jedoch aus drei sich axial aus dem Boden 51 erhebenden und wieder abfallend verlaufenden Rampen 66 gebildet ist. An dem Boden 51 liegt auf einer gedachten kreisförmigen Umfangslinie, die über die Rampen 66 verläuft, liegen mindestens ein, vorzugsweise jedoch drei Axialverstellelemente 67 in Form von Rollen an. Die Wirkverbindung zwischen der Verstelleinheit 35 und der Kupplung 36 geht aus 2 hervor.

Die Axialverstellelemente 67 laufen in die eine Richtung an der Rampenkontur ab. In die andere axiale Richtung liegen die Axialverstellelemente gegen die Kupplung 36 an. Relativbewegungen der Verstelleinheit 35 bzw. der Axialverstellelemente 67 gegenüber der Kupplung 36 in Umfangsrichtung sind durch ein Axiallager 68 mit geringer Reibung möglich. Bezugszeichen

1	Freilaufeinheit	60	erster Führungsbahnabschnitt
2	Freilaufring	61	zweiter Führungsbahnabschnitt
3	Freilaufstern	62	dritter Führungsbahnabschnitt
4	Klemmkörper	63	Arretiervorrichtung
5	Käfig	64	Arretierelement
6	Dämpfungselement	65	Rastvertiefung
14	Abtriebswelle	66	Rampe
15	Außenring	67	Axialverstellelement
34	Freilaufeinrichtung	68	Axiallager
35	Verstelleinheit	71	Pleuelstange
36	Kupplung	84	Außenmantelfläche des Außenrings
37	Mittelachse	85	Baugruppe
38	Gehäuse	86	Lagerplatte
39	erste Führungsbahn	87	Lagerplatte
40	Schiebemuffe	88	Lagerplatte
41	Umfangsverzahnung	89	Mittelachse
42	Grundplatte	118	Axiallagerscheibe
43	Führungshülse	119	Druckplatte
44	Führungsstift	120	Lamellenpaket
45	Gleitlager	121	Hohlrad
46	erster Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn	122	Planetendifferenzial
47	zweiter Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn	123	Planetenrad
48	dritter Führungsabschnitt der ersten Führungsbahn	124	Planetenträger
49	Wälzlager	125	Eingang des Planetendifferenzials
50	Außenverzahnung	126	Ausgang des Planetendifferenzials
51	Boden des Gehäuses	127	Ausgang des Planetendifferenzials
52	Zapfen der Abtriebswelle	128	Seitenwand des Hohlrads
53	hohlzylindrischer Abschnitt kleineren Durchmessers	129	Kerbverzahnung
54	hohlzylindrischer Abschnitt größeren Durchmessers	130	Bund des Hohlrades
55	Außenring des Wälzlagers	131	Lager
56	Rand des Gehäuses	132	Bund des Planetenträgers
57	Führungselement
58	zweite Führungsbahn
59	axiale Verlängerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10243535 A1 [0002, 0014]

Claims

Differenzial in einem Kurbelgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial ein Planetendifferenzial ist.
Differenzial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial ist einer An- oder Abtriebswelle zugeordnet ist.
Differenzial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial mit zwei An- oder Abtriebswellen gekoppelt ist.
Kurbelgetriebe mit einem Differenzial, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Differenzial und mindestens einer An- oder Abtriebswelle eine Kupplung angeordnet ist, mit der eine Leistungs- bzw. Drehzahlverbindung zwischen dem Differenzial und der mindestens einen An- oder Abtriebswelle herstellbar ist.
Kurbelgetriebe mit mindestens einer Antriebswelle und zumindest einer Abtriebswelle sowie eine getrieblichen Verbindung zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, wobei wenigstens einer der Wellen eine schaltbare Freilaufeinrichtung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe mindestens eine Verstelleinheit aufweist, mit der sowohl der schaltbaren Freilauf als auch ein weiterer Mechanismus schaltbar bzw. regelbar ist.