DE102014201251A1

DE102014201251A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102014201251A1
Application number: DE102014201251.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Meißner; Hendrik Schröder; Rainer Petersen; Jörg Möckel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (10) zur selektiven Anwahl drehfester Kopplungen zwischen drei Relativrotationselementen (12, 14, 16) eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend eine axial verschiebliche Schiebehülse (18), welche eine Innenverzahnung mit zwei um eine axiale Lücke (183) voneinander beabstandeten Axialbereichen (181, 182) aufweist und drei einander axial benachbart angeordnete Verzahnungskörper (121, 141, 161), die jeweils drehfest mit einem der Relativrotationselemente (12, 14, 16) verbunden sind und je eine zur Innenverzahnung der Schiebehülse (18) korrespondierende Außenverzahnung tragen, koaxial umgreift, wobei die Schiebehülse (18) in wenigstens drei Schiebestellungen (A, C, E) verschiebbar ist, nämlich in – eine erste Schiebestellung (A), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines ersten Paares der Verzahnungskörper (121, 141) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (12, 14) drehfest miteinander koppelt, – eine zweite Schiebestellung (C), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines zweiten Paares der Verzahnungskörper (141, 161) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (14, 16) drehfest miteinander koppelt, und – eine dritte Schiebestellung (E), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines dritten Paares der Verzahnungskörper (121, 161) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (12, 16) drehfest miteinander koppelt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schiebehülse (18) in eine vierte Schiebestellung (D) verschiebbar ist, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen der Verzahnungskörper (121, 141, 161) aller drei Relativrotationselemente (12, 14, 16) eingreift und diese dadurch drehfest miteinander koppelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung zur selektiven Anwahl drehfester Kopplungen zwischen drei Relativrotationselementen eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend eine axial verschiebliche Schiebehülse, welche eine Innenverzahnung mit zwei um eine axiale Lücke voneinander beabstandeten Axialbereichen aufweist und drei einander axial benachbart angeordnete Verzahnungskörper, die jeweils drehfest mit einem der Relativrotationselemente verbunden sind und je eine zur Innenverzahnung der Schiebehülse korrespondierende Außenverzahnung tragen, koaxial umgreift,
wobei die Schiebehülse in wenigstens drei Schiebestellungen verschiebbar ist, nämlich in

– eine erste Schiebestellung, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines ersten Paares der Verzahnungskörper eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente drehfest miteinander koppelt,
– eine zweite Schiebestellung, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines zweiten Paares der Verzahnungskörper eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente drehfest miteinander koppelt, und
– eine dritte Schiebestellung, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines dritten Paares der Verzahnungskörper eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente drehfest miteinander koppelt.

Derartige Schaltvorrichtungen sind bekannt aus der DE 101 34 994 A1 .
Moderne KFZ-Getriebe zeichnen sich durch eine Vielzahl von Gang- und/oder Betriebsmodus-Wahlmöglichkeiten bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise aus. Dies wird unter anderem durch koaxiale Verschachtelung von Wellen und enge Nachbarschaft von Relativrotationskörpern im Getriebe erreicht. Unter Relativrotationskörpern seien im vorliegenden Zusammenhang relativ zueinander drehbeweglich gelagerte Elemente eines Getriebes bezeichnet. Es können dies zum Beispiel Wellen sein, die relativ zueinander aber auch relativ zu einem Gehäuse drehbar sind. Andererseits seien hier auch gehäusefeste Elemente, die ja zu den Wellen eine Relativdrehung zeigen, als unter diesem Begriff subsumierbar verstanden.
Gang- bzw. Betriebsmodus-Wechsel werden in der Regel durch Änderung der Kopplung solcher Relativrotationskörper erzielt. Typische Schaltelemente sind dabei Bremsen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung eines Gehäuses mit einer Welle) und Kupplungen (beispielsweise zur drehfesten Kopplung zweier Wellen). Die enge Schachtelung der Elemente erlaubt dabei vielfach die Kombination mehrerer Schaltfunktionen in einem Schaltelement bzw. erfordert eine solche Integration sogar. Aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist ein solches Mehrfach-Schaltelement bekannt, welches unterschiedliche Kopplungen in einem drei Wellen umfassenden Getriebe-Knotenpunkt ermöglicht. Auf einer Innenwelle sind koaxial dazu zwei axial beabstandete Außenwellen gelagert. Im Beabstandungsbereich ragt ein drehfest auf die Innenwelle aufgestecktes Zahnrad radial nach außen. Die Enden der beiden Außenwellen sind ebenfalls mit Zahnrädern bewehrt. Die Zahnräder weisen eine gleichartige Außenverzahnung auf und sind gemeinsam von einer Schiebehülse umgriffen, die eine korrespondierende Innenverzahnung aufweist. Je nach Schiebestellung der axialverschieblichen Schiebehülse können unterschiedliche Paare der drei Wellen miteinander gekoppelt werden. Hierzu weist die Innenverzahnung der Schiebehülse zwei Axialbereiche auf, die durch eine unverzahnte Lücke voneinander getrennt sind. Die Breite der Lücke sowie die Breite der Verzahnungsbereiche sind so auf die Breite der Zahnräder und deren Anordnung abgestimmt, dass außer je einer Kopplung des mittigen Zahnrades mit einem benachbarten Zahnrad auch eine das mittlere Zahnrad überbrückende Kopplung der beiden äußeren Zahnräder möglich ist. Außerdem ist auch eine Schiebestellung vorgesehen, in der die Innenverzahnung der Schiebehülse ausschließlich mit der Außenverzahnung eines seitlichen Zahnrades wechselwirkt, sodass keine Kopplung mit einer anderen Welle erfolgt.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass die Schaltmöglichkeiten für hochkomplexe Getriebestrukturen nicht hinreichend sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine komplexere Schaltvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Schiebehülse in eine vierte Schiebestellung verschiebbar ist, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen der Verzahnungskörper aller drei Relativrotationselemente eingreift und diese dadurch drehfest miteinander koppelt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung löst sich von dem im Stand der Technik verbreiteten Grundgedanken, jeweils nur zwei Relativrotationskörper miteinander verbinden zu können. Vielmehr erweitert die Erfindung das mit der Schaltvorrichtung erreichbare Kopplungsspektrum um eine Schaltstellung in der sämtliche Relativrotationselemente miteinander drehfest gekoppelt sind. Dies erweitert die Gang- bzw. Betriebsmodus-Einstellmöglichkeiten in einem komplexen Getriebe dramatisch.
Günstigerweise ist die Schiebehülse zusätzlich in eine fünfte Schiebestellung, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnung höchstens eine der Verzahnungskörper eingreift, verschiebbar. Hierdurch wird die aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Neutralstellung realisiert, in der keine Kopplung zwischen irgend zwei Relativrotationselementen vorliegt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Kerngedanke konstruktiv dadurch realisiert, dass

– der zentral angeordnete, erste Verzahnungskörper eine vorgegebene Referenzbreite aufweist,
– der einerseits des ersten Verzahnungskörpers und unmittelbar benachbart zu diesem angeordnete, zweite Verzahnungskörper eine Breite von wenigstens einer Referenzbreite aufweist und
– der andererseits des ersten Verzahnungskörpers und um eine Referenzbreite zu diesem beabstandet angeordnete, dritte Verzahnungskörper eine Breite von wenigstens drei Referenzbreiten aufweist.

Der Fachmann wird verstehen, dass die Bezugnahme auf die Referenzbreite hier funktional erfolgt und entsprechend zu verstehen ist. Eine einer oder mehreren Referenzbreiten entsprechende Breite eines Bauteils oder einer Lücke hat stets die zur bestimmungsgemäßen Funktion erforderlichen Bauteil-Minimal- und/oder Maximalabstände und Toleranzen mit einzubeziehen. Durch die vorgenannte, besondere Breiten- und Abstands-Abstimmung ist es möglich, den erfindungsgemäßen, zusätzlichen Schaltzustand ohne Verluste bei der übrigen Funktionalität zu erreichen.
Bewährt hat sich die vorgenannte Anordnung und Ausgestaltung der Verzahnungskörper insbesondere in Verbindung mit einer Schiebehülse, die sich dadurch auszeichnet, dass

– die Lücke zwischen den Verzahnungsbereichen der Schiebehülse eine Breite von zwei Referenzbreiten aufweist,
– der einerseits der Lücke angeordnete, erste Verzahnungsbereich eine Breite von zwei Referenzbreiten aufweist und
– der andererseits der Lücke angeordnete, zweite Verzahnungsbereich eine Breite von einer Referenzbreite aufweist.

Wie weiter hinten im speziellen Teil der Beschreibung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels detailliert gezeigt, lassen sich mit einer solchen Abstimmung alle erfindungsgemäßen Schaltzustände mittels minimaler Verschiebung der Schiebehülse, nämlich jeweils um eine Referenzbreite, erreichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die insbesondere bei Varianten von Vorteil ist, die die oben erläuterte Neutralstellung aufweisen, ist vorgesehen, dass der zweite Verzahnungskörper eine Breite von mehr als einer Referenzbreite aufweist. Hierdurch ist nämlich die Schiebehülse auch in der Neutralstellung im Eingriff mit einem Verzahnungskörper, nämlich insbesondere dem zweiten Verzahnungskörper. Relativdrehungen werden hierdurch vermieden. Zudem ist es nicht erforderlich, bei einem Ausrücken der Schiebehülse aus der Neutralstellung die beiden Axialbereiche ihrer Innenverzahnung simultan zueinander in korrespondierende Außenverzahnungen von gegebenenfalls unterschiedlich schnell rotierenden Verzahnungskörpern einzufädeln.
Zur Betätigung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist es grundsätzlich möglich, die Schiebehülse mit einer Außennut zu versehen, in die eine mechanisch oder motorisch axial bewegbare Schaltgabel eingreift. Da sich die Schiebehülse jedoch bei Betrieb nahezu ständig in Rotation befindet, kann es hier zu Verlusten und Verschleiß zwischen Schaltgabel und Nut kommen. Zur Verringerung solcher Verluste wäre eine Wälzkörper-Lagerung der Schaltgabel in der Schiebemuffennut denkbar.
Als günstiger wird jedoch erachtet, wenn die Schiebehülse radial von einer koaxial angeordneten Betätigungshülse umgriffen ist, gegen die sie in Axialkräfte übertragender Weise drehentkoppelt gelagert ist. Da die bei Schaltvorgängen zu übertragenden Axialkräfte vergleichsweise klein sind, können hier beispielsweise herkömmliche Schrägkugellager oder Ähnliches verwendet werden. Bevorzugt ist die Schiebehülse gegen die Betätigungshülse mittels wenigstens zweier axial beabstandeter Lager gelagert.
Die Betätigungshülse selbst hat selbstverständlich axialverschieblich gelagert zu sein, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Betätigungshülse radial von einer koaxial angeordneten Führungshülse umgriffen ist, gegen die sie axial verschieblich gelagert ist. Die Führungshülse ihrerseits kann gehäusefest angeordnet sein.
Zur axialen Verschiebung der Betätigungshülse und damit der Schiebehülse ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass außerhalb der Führungshülse ein in Axialrichtung der Schiebehülse motorisch bewegbares Betätigungsorgan angeordnet ist, welches eine Wandung der Führungshülse durch einen axial erstreckten Schlitz durchgreift und in Axialkräfte übertragender Weise mit der Betätigungshülse gekoppelt ist. Das Betätigungsorgan, das beispielsweise als Linearführung oder, bevorzugt, als Schwenkhebel ausgebildet sein kann, kann grundsätzlich beliebig geformt und am Gehäuse gelagert sein. Insbesondere kann es sowohl motorisch als auch manuell betätigbar sein. Wesentlich ist, dass eine Bewegung mit axialer Komponente (bezogen auf die Führungshülse) realisierbar ist. Diese Axialkomponente muss durch den Axialschlitz in der Führungshülse hindurch auf die Betätigungshülse übertragbar sein. Deren resultierende Axialbewegung wird, wie zuvor erläutert, über die Drehentkopplungslager zur Schiebehülse übertragen.
Als günstiger Antrieb für das Betätigungsorgan hat sich ein motorischer Spindeltrieb bewährt.
Wie eingangs bereits angedeutet, ist bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Relativrotationselemente als drei koaxiale Wellen ausgebildet sind, von denen zwei als axial beabstandete, hohle Außenwellen und eine als radial innerhalb der Außenwellen gelagerte Innenwelle gestaltet sind. Der Fachmann wird verstehen, dass wenigstens eine der Außenwellen nicht vollständig hohl ausgebildet sein muss, sondern lediglich bereichsweise zur lagernden Aufnahme eines Zapfens der Innenwelle ausgestaltet sein sollte.
Bei dieser Ausführungsform ist der Verzahnungskörper der Innenwelle günstigerweise im Beabstandungsbereich der Außenwellen angeordnet. Mit anderen Worten bildet der Verzahnungskörper der Innenwelle den mittleren, zuvor als ersten Verzahnungskörper beschriebenen Verzahnungskörper. Die mit den Außenwellen verbundenen Verzahnungskörper bilden hingegen die äußeren, seitlichen, zuvor als zweite und dritte Verzahnungskörper beschriebenen Verzahnungskörper.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass die Relativrotationselemente als zwei koaxiale Wellen und ein Getriebegehäuseelement ausgebildet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die koaxialen Wellen axial beabstandet voneinander angeordnet sind, sodass ihre Verzahnungskörper einen zentralen, gehäusefesten Verzahnungskörper flankieren. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die beiden koaxialen Wellen als ein sich durchsetzendes Paar von Innen- und Außenwelle ausgebildet ist, wobei die Innenwelle über die Außenwelle hinausragt und ein gehäusefester Verzahnungskörper entweder einerseits oder andererseits des entsprechenden Paars von Wellen-Verzahnungskörpern angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,
2 eine Schaltstellung A der Schaltvorrichtung von 1,
3 eine Schaltstellung B der Schaltvorrichtung von 1,
4 eine Schaltstellung C der Schaltvorrichtung von 1,
5 eine Schaltstellung D der Schaltvorrichtung von 1,
6 eine Schaltstellung E der Schaltvorrichtung von 1.
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Bauteile hin.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung 10, die in der dargestellten Ausführungsform fünf Schaltstellungen A, B, C, D und E einnehmen kann, welche in den Ausschnittsdarstellungen von 2 bis 6 im Detail gezeigt sind.
Bei der gezeigten Ausführungsform dient die Schaltvorrichtung 10 der wahlweisen Kopplung dreier Wellen, nämlich einer Innenwelle 12, einer ersten Außenwelle 14 und einer zweiten Außenwelle 16. Die Innenwelle 12 trägt als ersten Verzahnungskörper 121 ein Stirnrad, welches mittels einer Steckverzahnung fest auf der Innenwelle 12 montiert ist. Die erste Außenwelle 14 trägt als zweiten Verzahnungskörper 141 ebenfalls ein mittels Steckverzahnung fest auf ihr montiertes Stirnrad. Der mit der zweiten Außenwelle 16 verbundene dritte Verzahnungskörper 161 ist ebenfalls als Stirnrad ausgebildet, jedoch einstückig mit der Außenwelle 16 verbunden.
Das erste Stirnrad 121 ist zentral angeordnet, d.h. es wird axial von den beiden anderen Stirnrädern 141, 161 flankiert. In der Darstellung von 1 ist das zweite Stirnrad 141 links und das dritte Stirnrad 161 rechts des ersten, zentralen Stirnrades 121 angeordnet. Die Außenverzahnungen der Stirnräder 121, 141, 161 sind gleichartig ausgebildet, d.h. sie weisen die gleiche Zahnhöhe und Zahnbreite auf, wobei die Zähne in axialer Richtung miteinander fluchten. Bevorzugt handelt es sich jeweils um Geradverzahnungen.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Stirnräder 121, 141, 161 außerdem in Bezug auf ihre axiale Breite und ihre Anordnung aufeinander abgestimmt. Definiert man den funktionalen, axialen Raumbedarf des ersten Stirnrades 121 als eine Referenzbreite, beträgt bei der gezeigten Ausführungsform die funktionale Breite des zweiten Stirnrades, welches in unmittelbarer Nachbarschaft zum ersten Stirnrad 121 angeordnet ist, drei Referenzbreiten. Andererseits des ersten Stirnrades 121 besteht eine Lücke von einer Referenzbreite. An diese schließt sich das dritte Stirnrad 161 an, welches ebenfalls eine funktionale Breite von drei Referenzbreiten aufweist. Die Bedeutung dieser speziellen Breiten- und Positionsanpassung wird weiter unten im Zusammenhang mit den 2 bis 6 näher erläutert.
Die Stirnräder 121, 141, 161 liegen radial innerhalb einer koaxial angeordneten Schiebehülse 18, welche eine zu ihrer Außenverzahnung korrespondierende Innenverzahnung aufweist. Die Innenverzahnung der Schiebehülse 18 ist in zwei Axialbereiche 181, 182 unterteilt, die durch eine axiale Verzahnungslücke 183 voneinander getrennt sind. Der Innendurchmesser der Verzahnungslücke 183 ist so bemessen, dass im Bereich der Lücke keine Wechselwirkung zwischen einem der Stirnräder 121, 141, 161 und der Schiebehülse 18 möglich ist.
Unter Bezugnahme auf die oben definierte Referenzbreite ist die Schiebehülse 18 so dimensioniert, dass ihr in 1 links dargestellter, erster Verzahnungsbereich 181 eine Breite von zwei Referenzbreiten aufweist. Die Verzahnungslücke 182 hat ebenfalls eine Breite von zwei Referenzbreiten. Der zweite Verzahnungsbereich 182, der in 1 rechts dargestellt ist, ist eine Referenzbreite breit. Auf die Bedeutung der Breiten- und Positionsabstimmung innerhalb der Schiebehülse 18 soll weiter unten in Verbindung mit den 2 bis 6 näher eingegangen werden.
Die Schiebehülse 18 liegt radial innerhalb einer Betätigungshülse 20, gegen die sie mittels zweier Lagerringe 22, die bevorzugt als Schrägkugellager ausgebildet sind, gelagert ist. Die Lager 22 gewährleisten eine Drehentkopplung zwischen der Schiebehülse 18 und der Betätigungshülse 20, wobei geringe Axialkräfte, vorzugsweise im Bereich von ca. 1 kN übertragbar sind.
Die Betätigungshülse 20 liegt radial innerhalb einer Führungshülse 24, gegen die sie axialverschieblich gleitgelagert ist. Die Führungshülse 24 kann fest mit einem im Übrigen nicht dargestellten Gehäuse verbunden sein. Sie bildet, soweit im Einzelfall nichts anderes gesagt wird, den festen Bezugspunkt zu sämtlichen hier beschriebenen Bewegungen.
Die Führungshülse 24 weist einen axial erstreckten Schlitz 241 auf, durch welches ein in 1 nicht erkennbarer Fortsatz eines Schwenkhebels 26 hindurchgreift. Dieser Fortsatz ist in Axialkräfte übertragender Weise mit der Betätigungshülse 20 gekoppelt. Der Schwenkhebel 26 ist an einem relativ zur Führungshülse 24 festen Schwenkpunkt 261 angelenkt. An seinem in 1 oberen Ende trägt er eine in Axialrichtung ausgerichtete Kugelumlaufmutter 28, welche auf einer axial ausgerichteten und an zur Führungshülse 24 festen Lagerpunkten drehbar gelagert ist. Einen rotatorischen Antrieb erfährt die Spindel 30 über ein Kronenradgetriebe 32 von einem Elektromotor 34, bei dem es sich vorzugsweise um einen präzise ansteuerbaren Stellmotor handelt.
Bei Betätigung des Stellmotors 34 wird somit die Spindel 30 über das Kronenradgetriebe 32 in Rotationsbewegung versetzt, was eine Axialbewegung der Kugelumlaufmutter 28 bewirkt. Diese Axialbewegung verursacht eine Verschwenkung des Schwenkhebels 26 um seinen Schwenkpunkt 261, was insbesondere eine Bewegung des den Schlitz 241 der Führungshülse 24 durchgreifenden Fortsatzes zur Folge hat. Die Axialkomponente dieser Bewegung wird auf die Betätigungshülse 20 übertragen, die sie über die zur Übertragung von Axialkräften fähigen Lager 22 an die Schiebehülse 18 weiterleitet. Eine typischerweise vorliegende Relativdrehung zwischen Schiebehülse 18 und Betätigungshülse 20 wird durch die Lager 22 entkoppelt. Durch Verschiebung der Schiebehülse 18 ändert sich die Zahneingriffskonfiguration zwischen der Innenverzahnung der Schiebehülse 18 und den Außenverzahnungen der Stirnräder 121, 141 und 161, wodurch unterschiedliche, drehfeste Kopplungen zwischen den Wellen 12, 14 und 16 zustande kommen. Die unterschiedlichen Zahneingriffskonfigurationen und die daraus resultierenden Kopplungen sollen nachfolgend anhand der 2 bis 6 beschrieben werden.
2 zeigt die Schiebehülse 18 in ihrer linken Endstellung, d.h. in einer Schiebestellung A, in der sie axial maximal in Richtung des zweiten Stirnrades 141 verschoben ist. In dieser Position greift ihr erster Verzahnungsbereich 181 mit seinem axial inneren Teilabschnitt, der etwa die Hälfte der Gesamtbreite des ersten Verzahnungsabschnittes 181 ausmacht, in den axial äußeren Teilabschnitt der Außenverzahnung des zweiten Stirnrades 141 ein, dessen Breite in etwa ein Drittel der Gesamtbreite der Außenverzahnung des zweiten Stirnrades 141 ausmacht. Der zweite Verzahnungsabschnitt 182 der Schiebehülse 18 greift in dieser Stellung in die Außenverzahnung des zentralen, ersten Stirnrades 121 ein. Eine Wechselwirkung zwischen der Schiebehülse 18 und dem dritten Stirnrad 161 existiert in dieser Stellung nicht. Daher bildet die Schiebehülse 18 eine drehfeste Kopplung des ersten und des zweiten Stirnrades 121, 141 und somit der Innenwelle 12 mit der ersten Außenwelle 14.
In 3 ist die Schiebehülse 18 um eine Referenzbreite nach rechts verschoben (Schiebestellung B). Hierdurch greift nun der erste Verzahnungsabschnitt 181 der Schiebehülse 18 in seiner gesamten Breite in die Außenverzahnung des zweiten Stirnrades 141 ein. Der zweite Verzahnungsbereich 182 der Schiebehülse 18, der dieselbe funktionale Breite wie das erste Stirnrad 121, nämlich eine Referenzbreite aufweist, gerät durch diese Verschiebung jedoch außer Eingriff mit der Außenverzahnung des ersten Stirnrades 121. Vielmehr befindet sich der zweite Verzahnungsabschnitt 182 in dieser Stellung B in der eine Referenzbreite Breiten-Lücke zwischen dem ersten und dem dritten Stirnrad 121, 161. Keines dieser beiden Stirnräder 121, 161 ist daher in dieser Stellung B mit der Schiebehülse 18 bzw. über diese mit dem zweiten Stirnrad 141 gekoppelt. Die Wellen 12, 14, 16 sind in diesem Zustand daher völlig ungekoppelt.
In 4 ist die Schiebehülse 18 um eine weitere Referenzbreite nach rechts verschoben (Schiebestellung C). Der erste Verzahnungsbereich 181 der Schiebehülse 18 greift nach wie vor mit voller Breite in die Außenverzahnung des zweiten Stirnrades 141 ein, wobei er nun jedoch im Vergleich zur zuvor beschriebenen Stellung in der er linksbündig positioniert war, nun rechtsbündig positioniert ist. Der zweite Verzahnungsbereich 182 hat nun den Bereich der Lücke zwischen dem ersten und dem dritten Stirnrad 121, 161 verlassen und greift in linksbündiger Positionierung in die Außenverzahnung des dritten Stirnrades 161 ein, von deren axialer Breite er etwa ein Drittel einnimmt. Somit sind in dieser Stellung C das zweite und dritte Stirnrad 141, 161 über die Schiebehülse 18 miteinander gekoppelt, während sich das im Bereich der Verzahnungslücke 183 befindende erste Stirnrad 121 keine Wechselwirkung mit der Schiebehülse 18 hat. Diese Stellung C repräsentiert somit eine Kopplung der beiden Außenwellen 14, 16.
In 5 ist die Schiebehülse 18 um eine weitere Referenzbreite nach rechts verschoben (Schiebestellung D). Der erste Verzahnungsbereich 181 der Schiebehülse 18 steht nach wie vor in Zahneingriff mit der Außenverzahnung des zweiten Stirnrades 141, jedoch nicht mehr mit seiner vollen Breite, sondern lediglich noch mit seiner linken Hälfte. Seine rechte Hälfte greift in dieser Stellung in die Außenverzahnung des ersten Stirnrades 121 ein. Der zweite Verzahnungsbereich 182 der Schiebehülse 18 erfährt innerhalb der Außenverzahnung des dritten Stirnrades 161 eine Verschiebung nach rechts, was jedoch der Wechselwirkung zwischen dem dritten Stirnrad 161 und der Schiebehülse 18 keinen Abbruch tut. In dieser Schiebestellung sind somit sämtliche Stirnräder 121, 141, 161 über die Schiebehülse 18 miteinander gekoppelt, sodass die gezeigte Schiebestellung D eine drehfeste Kopplung sämtlicher Wellen 12, 14, 16 repräsentiert.
In 6 schließlich ist die Schiebehülse 18 um eine weitere Referenzbreite in ihre maximal rechte Endstellung E verschoben. Der erste Verzahnungsbereich 181 greift mit seinem linken Teilbereich linksbündig in die Außenverzahnung des ersten Stirnrades 121 ein. Sein rechter Teilbereich ragt in die Lücke zwischen dem ersten und dritten Stirnrad 121, 161 hinein. Der zweite Verzahnungsbereich 182 der Schiebehülse 18 steht in dieser Schiebestellung rechtsbündig mit der Außenverzahnung des dritten Stirnrades 161 in Eingriff. Somit besteht eine drehfeste Kopplung der ersten und dritten Zahnräder 121, 161 über die Schiebehülse 18, während das zweite Stirnrad 141 keine Wechselwirkung mit der Schiebehülse 18 zeigt. Diese Schiebestellung E repräsentiert somit eine Kopplung der Innenwelle 12 mit der zweiten Außenwelle 16.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere wird der Fachmann erkennen, dass die Definition der Referenzbreite nicht rein räumlich, sondern funktional zur Ermöglichung der obigen Funktionalität zu verstehen ist. Auch ist es selbstverständlich möglich, mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung Kopplungen zwischen zwei Wellen und einem gehäusefesten Bauteil zu ermöglichen. Hierbei ist lediglich eine der Wellen, vorzugsweise die Innenwelle 12, durch das gehäusefeste Bauteil zu ersetzen.
Bezugszeichenliste

10: Schaltvorrichtung
12: Innenwelle
121: erster Verzahnungskörper
14: erste Außenwelle
141: zweiter Verzahnungskörper
16: zweite Außenwelle
161: dritter Verzahnungskörper
18: Schiebehülse
181: erster Verzahnungsbereich von 18
182: zweiter Verzahnungsbereich von 18´
183: Verzahnungslücke von 18
20: Betätigungshülse
22: Lager
24: Führungshülse
241: Axialschlitz in 24
26: Schwenkhebel
261: Schwenkpunkt von 26
28: Kugelumlaufmutter
30: Spindel
32: Kronenradgetriebe
34: Stellmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10134994 A1 [0002]

Claims

Schaltvorrichtung (10) zur selektiven Anwahl drehfester Kopplungen zwischen drei Relativrotationselementen (12, 14, 16) eines Kraftfahrzeuggetriebes, umfassend eine axial verschiebliche Schiebehülse (18), welche eine Innenverzahnung mit zwei um eine axiale Lücke (183) voneinander beabstandeten Axialbereichen (181, 182) aufweist und drei einander axial benachbart angeordnete Verzahnungskörper (121, 141, 161), die jeweils drehfest mit einem der Relativrotationselemente (12, 14, 16) verbunden sind und je eine zur Innenverzahnung der Schiebehülse (18) korrespondierende Außenverzahnung tragen, koaxial umgreift, wobei die Schiebehülse (18) in wenigstens drei Schiebestellungen (A, C, E) verschiebbar ist, nämlich in – eine erste Schiebestellung (A), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines ersten Paares der Verzahnungskörper (121, 141) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (12, 14) drehfest miteinander koppelt, – eine zweite Schiebestellung (C), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines zweiten Paares der Verzahnungskörper (141, 161) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (14, 16) drehfest miteinander koppelt, und – eine dritte Schiebestellung (E), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen eines dritten Paares der Verzahnungskörper (121, 161) eingreift und dadurch die zugeordneten Relativrotationselemente (12, 16) drehfest miteinander koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebehülse (18) in eine vierte Schiebestellung (D) verschiebbar ist, in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnungen der Verzahnungskörper (121, 141, 161) aller drei Relativrotationselemente (12, 14, 16) eingreift und diese dadurch drehfest miteinander koppelt.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schiebehülse (18) in eine fünfte Schiebestellung (B), in der ihre Innenverzahnung in die Außenverzahnung höchstens eines der Verzahnungskörper (141) eingreift, verschiebbar ist.
Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der zentral angeordnete, erste Verzahnungskörper (121) eine vorgegebene Referenzbreite aufweist, – der einerseits des ersten Verzahnungskörpers (121) und unmittelbar benachbart zu diesem angeordnete, zweite Verzahnungskörper (141) eine Breite von wenigstens einer Referenzbreite aufweist und – der andererseits des ersten Verzahnungskörpers (121) und um eine Referenzbreite zu diesem beabstandet angeordnete, dritte Verzahnungskörper (161) eine Breite von wenigstens drei Referenzbreiten aufweist.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Lücke zwischen den Verzahnungsbereichen (181, 182) der Schiebehülse (18) eine Breite von zwei Referenzbreiten aufweist, – der einerseits der Lücke (183) angeordnete, erste Verzahnungsbereich (181) eine Breite von zwei Referenzbreiten aufweist und – der andererseits der Lücke (183) angeordnete, zweite Verzahnungsbereich (182) eine Breite von einer Referenzbreite aufweist.
Schaltvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 2 und 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verzahnungskörper (141) eine Breite von mehr als einer Referenzbreite aufweist.
Schaltvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebehülse (18) radial von einer koaxial angeordneten Betätigungshülse (20) umgriffen ist, gegen die sie in Axialkräfte übertragender Weise drehentkoppelt gelagert ist.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungshülse (20) radial von einer koaxial angeordneten Führungshülse (24) umgriffen ist, gegen die sie axial verschieblich gelagert ist.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Führungshülse (24) ein in Axialrichtung der Schiebehülse (18) motorisch bewegbares Betätigungsorgan (26) angeordnet ist, welches eine Wandung der Führungshülse (24) durch einen axial erstreckten Schlitz (241) durchgreift und in Axialkräfte übertragender Weise mit der Betätigungshülse (20) gekoppelt ist.
Schaltvorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan ein als ein Schwenkhebel (26) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (26) über einen Spindeltrieb (30) motorisch bewegbar ist.