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Die Erfindung betrifft ein Klauengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Getriebe für Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Ein Getriebe ist ein Maschinenelement, mittels welchem Bewegungsgrößen geändert werden können. Beispielsweise werden mittels eines solchen Getriebes Drehmomente, welche von einem Antriebselement, insbesondere in Form einer Verbrennungskraftmaschine, bereitgestellt werden, betragsmäßig umgewandelt. Ferner kann alternativ oder zusätzlich eine Drehzahlwandlung stattfinden, so dass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb des Antriebselements realisieren lässt.
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Bei konventionellen Stufenschaltgetrieben für Fahrzeuge sind die Zahnräder aller Stufen, welche auch als Gänge bezeichnet werden, ständig in Eingriff. Dabei sind aber nur bei der drehmomentübertragenden und somit aktiven Stufe beide Zahnräder drehfest mit der Anbeziehungsweise Abtriebswelle verbunden. Bei den anderen, inaktiven Stufen dreht mindestens ein Rad frei auf der Welle. Ein solches Zahnrad, welches auch als Rad bezeichnet wird, auf einer Welle angeordnet ist und relativ zu der Welle drehbar ist, wird auch als Losrad oder Laufrad bezeichnet. Die Verbindung der Losräder mit der Welle erfolgt üblicherweise durch eine drehfest mit der Welle verbundene Muffe mit Klauen, wobei die Muffe auf der Welle axial verschiebbar ist und in Aussparungen oder Klauen im Losrad eingreift. Aus Komfortgründen wird bei Fahrzeug-Getrieben üblicherweise eine Synchronisierung verwendet, die den Gleichlauf von Muffe und Losrad bewirkt, wobei die formschlüssige Verbindung von Muffe und Zahnrad durch die Klauen erfolgt. Die Muffe wird auch als Schiebemuffe oder Schaltmuffe bezeichnet.
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Bei Motorrädern sind Getriebe aus Platzgründen und wegen höherer möglicher Schaltgeschwindigkeit üblicherweise unsynchronisiert, wobei der Komfortnachteil akzeptiert wird. Anstelle von Schaltmuffen können bei geradverzahnten Rädern auch die Zahnräder mit Klauen und axial verschiebbar ausgeführt werden, so dass ein Schieberadgetriebe gebildet ist.
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Zum Wechseln der Stufen beziehungsweise Gänge werden die Schaltmuffen beziehungsweise die Schieberäder durch Schaltgabeln, die in umlaufende Nuten in den Muffen eingreifen, axial verschoben und so die drehfeste Verbindung einer Gangstufe gelöst und eine andere betätigt. Die axiale Bewegung der Schaltgabeln wird in einem Personenkraftwagen durch ein entsprechendes Gestänge bewirkt. Bei Motorradgetrieben werden aus Platzgründen beziehungsweise wegen der Fußbetätigung die Schaltgabeln durch eine Schaltwalze bewegt. Die Schaltwalze weist entsprechende Führungsnuten für Zapfen an den Schaltgabeln auf. Bei Drehung der Schaltwalze verschieben sich die Schaltgabeln und Schaltmuffen. Die schrittweise Drehung der Schaltwalze wird durch eine aufwändige Schaltmechanik erreicht, die durch einen Fußschalthebel betätigt wird.
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Üblicherweise werden Stufenschaltgetriebe für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen automatisiert, indem das Schaltgestänge durch elektrische oder hydraulische Aktoren bewegt wird. Bei automatisierten Motorradgetrieben wird durch die Aktoren die Schaltwalze gedreht. Hydraulische Aktoren werden mit Motoröldruck oder einem separaten Hydroaggregat mit dem erforderlichen Betriebsdruck versorgt. Elektrische Aktoren sind meistens als Elektromotoren mit Vorgelegegetriebe ausgeführt. Beide Betätigungsarten sind relativ kostenaufwändig, beanspruchen viel Platz und lassen sich insbesondere bei einem Motorrad nur schwierig in den Antrieb integrieren. Automatikgetriebe mit Planetenradsätzen und hydraulischen Drehmomentwandlern führen aufgrund der ständig benötigten Ölpumpe und der damit verbundenen Verlustleistung zu einem höheren Kraftstoffverbrauch.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein besonders kostengünstiges und platzsparendes Klauengetriebe zu schaffen, welches ferner auf besonders einfache Weise automatisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Klauengetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Klauengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Motorrad oder ein Personenkraftfahrzeug, umfasst eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle sowie wenigstens ein Schaltelement. Das Schaltelement ist auf einer Welle des Klauengetriebes angeordnet und dabei relativ zu der einen Welle verschiebbar, das heißt translatorisch bewegbar. Ferner ist das Schaltelement mit der einen Welle mitdrehbar. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Schaltelement drehfest mit der Welle verbunden ist, so dass das Schaltelement von der Welle antreibbar ist und sich mit der Welle um eine gemeinsame Drehachse dreht. Darüber hinaus weist das Schaltelement wenigstens eine Schaltkulisse auf. Mittels des Schaltelements ist eine Kopplung der Abtriebswelle mit der Antriebswelle über wenigstens eine Zahnradstufe des Klauengetriebes bewirkbar, indem das Schaltelement entlang der einen Welle verschoben wird. Mit anderen Worten dient das Schaltelement dazu, eine Kopplung der Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu bewirken. In diesem gekoppelten Zustand ist die Abtriebswelle von der Antriebswelle über die Zahnradstufe antreibbar. Über die Antriebswelle werden beispielsweise Drehmomente, welche von einem Antriebsaggregat wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden, in das Klauengetriebe eingeleitet und zur Zahnradstufe geleitet. Die Drehmomente werden über die Zahnradstufe an die Abtriebswelle übertragen. Über die Abtriebswelle kann das Klauengetriebe beispielsweise Drehmomente bereitstellen, mittels welchen beispielsweise wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann.
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Das Klauengetriebe umfasst ferner wenigstens einen Aktor sowie wenigstens ein Stiftelement, welches mittels des Aktor in Eingriff mit der Schaltkulisse translatorisch bewegbar ist, wodurch ein Verschieben des Schaltelements relativ zu der einen Welle bewirkbar ist. Das Stiftelement wird auch als Pin oder Bolzen bezeichnet und ist mittels des Aktors in Eingriff mit der Schaltkulisse bewegbar. Die Schaltkulisse ist beispielsweise derart ausgebildet, dass, wenn das Schaltelement um die Drehachse gedreht wird und das Stiftelement mittels des Aktors in Eingriff mit der Schaltkulisse bewegt wird, durch das Eingreifen des Stiftelements in die Schaltkulisse und durch das Drehen des Schaltelements und somit der Schaltkulisse um die Drehachse das Schaltelement verschoben wird, und zwar entlang der Welle beziehungsweise relativ zu der einen Welle in deren axiale Richtung, wodurch das Koppeln der Antriebswelle mit der Abtriebswelle beziehungsweise umgekehrt bewirkt wird.
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Das Klauengetriebe kann hinsichtlich seines Aufbaus besonders einfach gehalten werden, so dass besonders geringe Kosten und ein besonders geringes Gewicht des Klauengetriebes realisierbar sind. Ferner kann der Bauraumbedarf des Klauengetriebes besonders gering gehalten werden. Außerdem kann die Abtriebswelle mit der Antriebswelle bedarfsgerecht und auf einfache Weise gekoppelt werden, so dass sich mittels des erfindungsgemäßen Klauengetriebes eine besonders kostengünstige Drehmoment- und/oder Drehzahlwandlung realisieren lässt. Mittels des Aktors kann darüber hinaus eine besonders einfache Automatisierbarkeit des Klauengetriebes realisiert werden, so dass das Klauengetriebe als automatisiertes Klauengetriebe, insbesondere Stufenklauengetriebe, ausgebildet werden kann.
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Um den Bauraumbedarf, insbesondere den axialen Bauraumbedarf, des Klauengetriebes besonders gering zu halten, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Schaltkulisse in einer außenumfangsseitigen Mantelfläche des Schaltelements ausgebildet ist, wobei das Stiftelement mittels des Aktors in radialer Richtung der einen Welle translatorisch in die Schaltkulisse bewegbar ist, wodurch das Schaltelement entlang der einen Welle infolge einer Drehung der einen Welle und des Schaltelements verschiebbar ist. Das Stiftelement wird somit mittels des Aktors nicht in axialer Richtung der einen Welle, sondern in radialer Richtung der einen Welle bewegt, um das Stiftelement in Eingriff mit der Schaltkulisse zu bewegen. Hierdurch kann der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltkulisse in Umfangsrichtung der einen Welle und des Schaltelements einen von einem kreisförmigen Verlauf unterschiedlichen Verlauf auf. Hierdurch kann eine besonders einfache, kostengünstige und platzsparende Verschiebung des Schaltelements entlang der einen Welle bewirkt werden, indem das Stiftelement mittels des Aktors in die Schaltkulisse bewegt wird und das Schaltelement über die Welle gedreht wird. Hierdurch kommen beispielsweise die Schaltkulisse begrenzende Wandungsbereiche des Schaltelements in Stützanlage mit dem in die Schaltkulisse eingreifenden Stiftelement, wodurch aufgrund des entsprechenden Verlaufs beziehungsweise der entsprechenden Geometrie der Schaltkulisse die Drehung des Schaltelements und somit der Schaltkulisse in eine Verschiebung, das heißt translatorische Bewegung des Schaltelements entlang der einen Welle umgewandelt wird. Dadurch kann eine besonders platzsparende Betätigung des Schaltelements realisiert werden.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Schaltkulisse zumindest in einem Teilbereich einen helixförmigen Verlauf aufweist. Unter einer Helix, welche auch als Schraube, Schraubenlinie, zylindrische Spirale oder Wendel bezeichnet wird, ist eine Kurve zu verstehen, die sich beispielsweise mit zumindest im Wesentlichen konstanter Steigung um eine zumindest im Wesentlichen zylindrische, außenumfangsseitige Mantelfläche des Schaltelements windet. Dabei ist zumindest ein Teilbereich der Schaltkulisse zumindest als Teil einer solchen Helix ausgebildet, so dass zumindest der Teilbereich der Schaltkulisse helixförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte und insbesondere leichtgängige sowie schnelle Verschiebung des Schaltelements bewirkt werden, indem das Schaltelement über die Welle gedreht wird und das Stiftelement in die Schaltkulisse eingreift.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Schaltkulisse zumindest in einem Teilbereich schräg zur axialen Richtung der einen Welle verläuft. Hierdurch können Drehbewegungen des Schaltelements und somit der Schaltkulisse besonders gut in eine translatorische Bewegung, das heißt Verschiebung des Schaltelements entlang der einen Welle umgewandelt werden, wenn das Stiftelement in die Schaltkulisse eingreift.
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Um unerwünschte und insbesondere unkontrollierte Bewegungen des Schaltelements auf kosten- und bauraumgünstige Weise zu vermeiden, ist wenigstens ein in zumindest einer Stellung des Schaltelements formschlüssig mit dem Schaltelement und der einen Welle zusammenwirkendes Rastelement vorgesehen, mittels welchem das Schaltelement infolge des jeweiligen formschlüssigen Zusammenwirkens gegen eine Relativverschiebung zu der einen Welle zu sichern beziehungsweise gesichert ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein auf der einen Welle oder auf einer anderen Welle des Klauengetriebes relativ zu der einen oder anderen Welle verschiebbar angeordnetes, mit der einen oder der anderen Welle mitdrehbares zweites Schaltelement vorgesehen, mittels welchem durch Verschieben des zweiten Schaltelements entlang der einen oder anderen Welle die Kopplung der Abtriebswelle mit der Antriebswelle über die Zahnradstufe bewirkbar ist, wobei das zweite Schaltelement durch Verschieben des ersten Schaltelements verschiebbar ist. Mit anderen Worten ist es bei dieser Ausführungsform vorgesehen, zum Verschieben des zweiten Schaltelements das erste Schaltelement zu verschieben. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Bedienbarkeit des Klauengetriebes realisiert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das zweite Schaltelement formschlüssig mit der einen oder anderen Welle verbindbar und dadurch gegen eine Relativverschiebung zu der einen oder anderen Welle zu sichern ist. Die Sperreinrichtung ermöglicht es, einen besonders vorteilhaften Betrieb und insbesondere eine besonders vorteilhafte Schaltbarkeit des Klauengetriebes zu gewährleisten. Ist die Abtriebswelle mit der Antriebswelle gekoppelt, so ist beispielsweise ein Gang des Klauengetriebes eingelegt. Mittels der Sperreinrichtung ist es möglich, ein unerwünschtes beziehungsweise unbeabsichtigtes Einlegen des Ganges, das heißt ein unbeabsichtigtes beziehungsweise unerwünschtes Koppeln der Abtriebswelle mit der Antriebswelle über die zu den Schaltelementen gehörende Zahnradstufe zu vermeiden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Klauengetriebe wenigstens einen weiteren Gang aufweist, welcher eingelegt ist. Mittels der Sperreinrichtung ist es dann möglich, ein Einlegen des anderen, ersten Gangs zu vermeiden, da das zweite Schaltelement nicht relativ zu der einen oder anderen Welle verschoben werden kann. Dies bedeutet, dass bei dem Klauengetriebe auf besonders einfache und kostengünstige Weise vermieden werden kann, dass mehrere Gänge des Klauengetriebes gleichzeitig eingelegt werden beziehungsweise sind. Hierdurch können Schäden an Getriebebauteilen vermieden werden.
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Beispielsweise umfasst die Sperreinrichtung wenigstens ein Sperrelement, welches in eine schräg oder senkrecht zur axialen Richtung der einen oder anderen Welle verlaufende Richtung zwischen wenigstens einer Sperrstellung und wenigstens einer Freigabestellung relativ zu der einen oder anderen Welle verschiebbar ist. In der Sperrstellung ist das zweite Schaltelement unter formschlüssigem Zusammenwirken des Sperrelements mit der einen oder anderen Welle und dem zweiten Schaltelement gegen eine Relativverschiebung zu der einen oder anderen Welle zu sichern beziehungsweise gesichert, wobei das Sperrelement die Relativverschiebung zwischen dem zweiten Schaltelement und der einen oder anderen Welle in der Freigabestellung freigibt. Hierdurch kann eine besonders einfache, kostengünstige und gleichzeitige effektive Sicherung des zweiten Schaltelements realisiert werden. Darüber hinaus kann der Bauraumbedarf des Klauengetriebes in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Sperrelement an der einen oder anderen Welle über wenigstens ein zumindest in der Freigabestellung gespanntes Federelement abgestützt ist, mittels welchem das Sperrelement zumindest in der Freigabestellung mit einer Federkraft beaufschlagbar ist, mittels welcher das Sperrelement aus der Freigabestellung in die Sperrstellung bewegbar ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Rückstellung des Sperrelements aus der Freigabestellung in die Sperrstellung realisiert werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Federelement das Sperrelement auch in der Sperrstellung mit einer Federkraft beaufschlagt, um das Sperrelement beispielsweise sicher in der Sperrstellung zu halten.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn in der einen oder anderen Welle, auf welcher das zweite Schaltelement angeordnet ist, ein Schieber aufgenommen ist, welcher zwischen wenigstens einer das Sperrelement gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung sichernden Sicherungsstellung und wenigstens eine die Verschiebung des Sperrelements aus der Sperrstellung in die Freigabestellung freigebenden Lösestellung relativ zu der einen oder anderen Welle verschiebbar ist. Hierdurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein bedarfsgerechtes Sichern und Lösen des Sperrelements und somit des zweiten Schaltelements realisiert werden. Gleichzeitig kann dadurch, dass der Schieber zumindest teilweise in der einen oder anderen Welle aufgenommen ist, der Bauraumbedarf des Klauengetriebes besonders gering gehalten werden. Unter der einen oder anderen Welle ist die Welle zu verstehen, auf welcher das zweite Schaltelement verschiebbar aufgenommen ist.
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Der Schieber weist beispielsweise wenigstens einen ersten Längenbereich sowie einen sich an den ersten Längenbereich anschließenden, zweiten Längenbereich auf. Mittels des ersten Längenbereichs ist das Sperrelement unter Abstützen dieses an dem ersten Längenbereich beispielsweise gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung zu sichern beziehungsweise gesichert. Der zweite Längenbereich weist eine in Überdeckung mit dem Sperrelement anordenbare Ausnehmung auf, in welcher das Sperrelement in der Freigabestellung aufnehmbar beziehungsweise aufgenommen ist. Mit anderen Worten, befindet sich der ersten Längenbereich und nicht etwa der zweite Längenbereich mit der Ausnehmung in Überdeckung mit dem Sperrelement, so kann das Sperrelement nicht aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden, da das Sperrelement an dem ersten Längenbereich beziehungsweise einer in dem ersten Längenbereich angeordneten, außenumfangsseitigen Mantelfläche des Schiebers abgestützt wird, insbesondere in radialer Richtung der einen oder anderen Welle.
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Wird der Schieber derart relativ zu der einen oder anderen Welle verschoben, insbesondere in axialer Richtung der einen oder anderen Welle, so dass die Ausnehmung in Überdeckung mit dem Sperrelement kommt, so kann das Sperrelement zumindest teilweise in die Ausnehmung des Schiebers geschoben und dadurch aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass sich der erste Längenbereich in der Sicherungsstellung in Überdeckung mit dem Sperrelement befindet, wobei die Ausnehmung in der Lösestellung in Überdeckung mit dem Sperrelement angeordnet ist.
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Ferner kann wenigstens ein weiteres, drittes Schaltelement vorgesehen sein, mittels welchem durch Verschieben des weiteren Schaltelements ein Koppeln der Abtriebswelle mit der Antriebswelle über eine weitere Zahnradstufe des Klauengetriebes bewirkbar ist, wobei der Schieber mit dem weiteren Schaltelement gekoppelt und über das weitere Schaltelement verschiebbar ist. Mit anderen Worten ist der Schieber beispielsweise mit dem weiteren Schaltelement mitverschiebbar, so dass keine zusätzlichen Betätigungselemente oder Aktoren zum Bewegen des Schiebers erforderlich und vorgesehen sind.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist wenigstens eine Federeinrichtung vorgesehen, über welche das zweite Schaltelement von dem ersten Schaltelement verschiebbar ist, wobei die Federeinrichtung durch Verschieben des ersten Schaltelements elastisch verformbar ist, wenn das zweite Schaltelement mittels der Sperreinrichtung gegen eine Relativverschiebung zu der einen oder anderen Welle gesichert ist. Mit anderen Worten lässt die Federeinrichtung eine Verschiebung des ersten Schaltelements zu, während das zweite Schaltelement mittels der Sperreinrichtung gesichert ist und somit nicht verschoben werden kann. Dadurch können Schäden an der Schaltkulisse und somit dem ersten Schaltelement sowie an dem Aktor vermieden werden, wobei gleichzeitig ein unerwünschtes Verschieben des zweiten Schaltelements und somit ein gleichzeitiges Einlegen von mehreren Gängen vermieden werden können.
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Um den Bauraumbedarf besonders gering zu halten, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement auf der gleichen Welle verschiebbar angeordnet sind. Die Welle, auf welcher das erste Schaltelement angeordnet ist, ist beispielsweise die Antriebswelle, die Abtriebswelle oder eine zusätzlich zur Antriebswelle und der Abtriebswelle vorgesehene Schaltwelle des Klauengetriebes. Ferner ist vorzugsweise die Welle, auf welcher das zweite Schaltelement angeordnet ist, die Antriebswelle, die Abtriebswelle oder eine zusätzlich zu der Abtriebswelle und der Antriebswelle vorgesehene Schaltwelle des Klauengetriebes. Um dabei den Aufbau des Klauengetriebes besonders einfach zu halten, ist die Schaltwelle vorzugsweise von der Antriebswelle oder der Abtriebswelle antreibbar.
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Um den Bauraumbedarf des Klauengetriebes besonders gering halten sowie eine besonders schnelle und effiziente Bewegung des Stiftelements realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass der Aktor als elektrischer Aktor ausgebildet ist.
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Zur Erfindung gehört auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Klauengetriebe, insbesondere Stufenklauengetriebe. Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Klauengetriebes sind als Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Klauengetriebes gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Kraftfahrzeug, mit einer Mehrzahl von einlegbaren Gängen, wobei Schaltkulissen und in die Schaltkulissen mittels jeweiliger Aktoren bewegbare Stiftelemente zum Ein- und Auslegen der Gänge vorgesehen sind;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Klauengetriebes gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Klauengetriebes gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht des Klauengetriebes gemäß der ersten Ausführungsform; und
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5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht des Klauengetriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer schematischen und teilweise geschnittenen Seitenansicht ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes Klauengetriebe, insbesondere Stufenklauengetriebe, gemäß einer ersten Ausführungsform für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gezeigt. Das Klauengetriebe 1 weist eine Antriebswelle 2 sowie eine Abtriebswelle 3 auf. Im fertig hergestellten Zustand des Fahrzeugs ist das Klauengetriebe 1 beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs zum Antreiben des Fahrzeugs. Der Antriebsstrang umfasst ferner wenigstens ein in 1 nicht erkennbares Antriebselement oder Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine oder Elektromotor ausgebildet ist. Das Antriebselement kann Drehmomente bereitstellen, welche auf die Antriebswelle 2 übertragbar und somit über die Antriebswelle 2 in das Klauengetriebe 1 einleitbar sind. Mittels des Klauengetriebes 1 können die von dem Antriebselement bereitgestellten Drehmomente und/oder Drehzahlen des Antriebselements, insbesondere einer Abtriebswelle des Antriebselements, in demgegenüber unterschiedliche Drehmomente beziehungsweise Drehzahlen umgewandelt werden. Hierzu umfasst das Klauengetriebe 1 eine Mehrzahl von Gängen G1–6, welche jeweils einlegbar beziehungsweise schaltbar sind. Der jeweilige Gang G1–6 umfasst jeweils eine Zahnradstufe Z1–6.
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Die jeweilige Zahnradstufe Z1–6 wiederum umfasst jeweils ein auf der Antriebswelle 2 angeordnetes, erstes Zahnrad 4a–f, sowie ein jeweiliges, auf der Abtriebswelle 3 angeordnetes, zweites Zahnrad 5a–f. Das jeweilige Zahnrad 4a–f ist vorliegend als Losrad ausgebildet und dabei auf der Antriebswelle 2 relativ zur Antriebswelle 2 um eine Drehachse 6 drehbar angeordnet Das jeweilige Losrad wird auch als Laufrad bezeichnet und ist in axialer Richtung der Antriebswelle 2 relativ zu dieser gesichert beziehungsweise festgelegt, so dass das jeweilige Losrad nicht relativ zur Antriebswelle 2 in deren axiale Richtung verschoben werden kann. Dabei ist die Antriebswelle 2 ebenfalls um die Drehachse 6 drehbar. Vorliegend ist das jeweilige erste Zahnrad 4a–f über ein Lagerelement 7 auf der Antriebswelle 2 gelagert. Das Lagerelement 7 ist vorliegend als Wälzlager, insbesondere als Kugellager, ausgebildet.
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Das jeweilige zweite Zahnrad 5a–f ist drehfest mit der Abtriebswelle 3 gekoppelt und dabei beispielsweise einstückig mit der Abtriebswelle 3 ausgebildet. Somit sind die Abtriebswelle 3 und die zweiten Zahnräder 5a–f um eine parallel zur Drehachse 6 verlaufende Drehachse 8 drehbar. Dabei ist die Drehachse 8 von der Drehachse 6 beabstandet.
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Aus 1 ist erkennbar, dass sich die ersten Zahnräder 4a–f und somit die zweiten Zahnräder 5a–f in ihren Durchmessern und Zähnezahlen voneinander unterscheiden, wobei die Zahnräder 4a–f in Eingriff mit den Zahnrädern 5a–f stehen. Somit kann es grundsätzlich zu unterschiedlichen Drehzahlen zwischen der Antriebswelle 2 und den ersten Zahnrädern 4a–f kommen. Da die ersten Zahnräder 4a–f jedoch als Losräder ausgebildet sind, können sich die Zahnräder 4a–f relativ zur Antriebswelle 2 drehen.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst ferner eine Schaltwelle 9, welche eine Weile des Klauengetriebes 1 ist. Auch die Antriebswelle 2 und die Abtriebswelle 3 sind Wellen des Klauengetriebes 1. Die Schaltwelle 9 ist dabei vorliegend eine zusätzlich zur Antriebswelle 2 und zusätzlich zur Abtriebswelle 3 vorgesehene Welle des Klauengetriebes 1, wobei die Schaltwelle 9 um eine Drehachse 10 drehbar ist. Die Schaltwelle 9 ist in 1 auch in einer Querschnittsansicht gezeigt, wobei anhand der Querschnittsansicht zu erkennen ist, dass die Schaltwelle 9 als Keilwelle ausgebildet ist.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst eine Mehrzahl von zweiten Schaltelementen in Form von zweiten Schaltmuffen 11a–c, welche auf der Schaltwelle 9 angeordnet und relativ zur Schaltwelle 9 in deren axiale Richtung verschiebbar sind. Beispielsweise sind die Schaltmuffen 11a–c drehfest mit der Schaltwelle 9 verbunden und somit mit der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 mitdrehbar. Dies bedeutet, dass die Schaltmuffen 11a–c von der Schaltwelle 9 antreibbar sind. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, ist die Abtriebswelle 3 mit der Antriebswelle 2 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 durch Verschieben der Schaltmuffen 11a–c koppelbar.
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Das Klauengetriebe 1 umfasst ferner um die Drehachse 10 drehbare, erste Schaltelemente 12a–f, welche entlang der Drehachse 10 verschiebbar, das heißt translatorisch bewegbar sind. Dabei sind die ersten Schaltelemente 12a–f auf der Schaltwelle 9 angeordnet und mit der Schaltwelle 9 drehfest verbunden, so dass die Schaltelemente 12a–f mit der Schaltwelle 9 mitdrehbar sowie von der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 antreibbar sind. Mit anderen Worten drehen sich die Schaltelement 12a–f zusammen mit der Schaltwelle 9 um die Drehachse 10. Jedoch sind die Schaltelemente 12a–f in axialer Richtung der Schaltwelle 9 relativ zu dieser verschiebbar. Dabei sind die Schaltelemente 12a–f ebenfalls Schaltmuffen oder Schiebemuffen.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass die Schaltelemente 12a–f jeweils zwei Schaltkulissen 13a und 13b aufweisen. Mittels der Schaltelemente 12a–f sind durch Verschieben der Schaltelemente 12a–f Verschiebungen der Schaltmuffen 11a–c (zweite Schaltelemente) bewirkbar. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, sind mittels der Schaltmuffen 11a–c jeweilige Kopplungen der Antriebswelle 2 mit der Abtriebswelle 3 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 bewirkbar. Ferner sind mittels der Schaltelemente 12a–f durch Verschieben der Schaltelemente 12a–f entlang der Schaltwelle 9 jeweilige Kopplungen der Abtriebswelle 3 mit der Antriebswelle 2 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 bewirkbar. Das Klauengetriebe 1 umfasst ferner Aktoren 14a–l sowie jeweilige, korrespondierende Stiftelemente 15a–l, welche auch als Pins, Bolzen oder Stifte bezeichnet werden.
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Die Stiftelemente 15a–l sind mittels der Aktoren 14a–l in Eingriff mit den jeweiligen Schaltkulissen 13a, b translatorisch bewegbar, wodurch jeweilige Verschiebungen der jeweiligen Schaltelemente 12a–f bewirkbar sind beziehungsweise bewirkt werden. Mit anderen Worten, wird beispielsweise das Stiftelement 15a mittels des Aktors 14a in Eingriff mit der Schaltkulisse 13a des Schaltelements 12a translatorisch bewegt, und wird dabei das Schaltelement 12a über die Schaltwelle 9 um die Drehachse 10 gedreht, so wird die rotatorische Bewegung des Schaltelements 12a um die Drehachse 10 mittels des Stiftelements 14a und der Schaltkulisse 13a des Schaltelements 12a in eine Verschiebung des Schaltelements 12a entlang der Drehachse 10 beziehungsweise entlang der Schaltwelle 9 relativ zu dieser umgewandelt, wobei vorliegend das Schaltelement 12a bezogen auf die Bildebene von 1 beispielsweise nach rechts geschoben wird.
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Dies liegt daran, dass die Schaltkulisse 13a beziehungsweise 13b nicht etwa einen geraden Verlauf beziehungsweise einen zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf aufweist beziehungsweise in genau einer Ebene angeordnet ist, sondern die jeweilige Schaltkulisse 13a, b weist in Umfangsrichtung der Schaltwelle 9 und des jeweiligen Schaltelements 12a–f einen von einem kreisförmigen Verlauf unterschiedlichen und vorliegend gekrümmten Verlauf auf. Ferner ist beispielsweise möglich, mittels des Stiftelements 15a und der korrespondierenden Schaltkulisse 13a und/oder mittels des Stiftelements 15b und der korrespondierenden Schaltkulisse 13b eine Bewegung des Schaltelements 12a nach links zu bewirken. Auf diese Weise können die jeweiligen Schaltelemente 12a–f mittels der zugehörigen Stiftelemente 15a–l und der dazugehörigen Aktoren 14a–l relativ zur Schaltwelle 9 beziehungsweise entlang der Drehachse 10 verschoben werden, Wie noch im Folgenden genauer erläutert wird, sind die ersten Schaltelemente 12a–f mit den zweiten Schaltelementen in Form der Schaltmuffen 11a–c koppelbar beziehungsweise gekoppelt, so dass durch Verschieben der Schaltelemente 12a–f Verschiebungen der Schaltmuffen 11a–c bewirkbar sind beziehungsweise bewirkt werden.
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Aus 1 ist besonders gut erkennbar, dass die jeweilige Schaltkulisse 13a, bin einer außenumfangsseitigen Mantelfläche 36 des jeweiligen Schaltelements 12a–f ausgebildet ist, wobei das jeweilige Stiftelement 15a–l mittels des jeweiligen Aktors 14a–l in radialer Richtung der Schaltwelle 9 translatorisch in die jeweilige Schaltkulisse 13a, b bewegbar ist, wodurch das jeweilige Schaltelement 12a–f entlang der Schaltwelle 9 infolge einer Drehung der Schaltwelle 9 und des Schaltelements 12a–f verschiebbar ist. Beispielsweise verläuft die Schaltkulisse 13a, b zumindest in einem Teilbereich schräg zur axialen Richtung der Schaltwelle 9, so dass die rotatorische Bewegung des jeweiligen Schaltelements 12a–f in eine translatorische Bewegung entlang der Schaltwelle 9 umgewandelt werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die jeweilige Schaltkulisse 13a, b zumindest in einem Teilbereich einen helixförmigen Verlauf aufweist. Mit anderen Worten ist die jeweilige Schaltkulisse 13a, b beispielsweise schraubenförmig beziehungsweise nach Art einer Schraubenlinie ausgebildet.
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Die jeweilige Schaltkulisse 13a, b ist beispielsweise eine Nut. Ferner weist die jeweilige Schaltkulisse 13a, b in axialer Richtung der Schaltwelle 9 und somit des jeweiligen Schaltelements 12a–f eine Steigung auf, welche beispielsweise einem erforderlichen axialen Verschiebeweg des jeweiligen Schaltelements 12a–f entspricht. Vorzugsweise weist die jeweilige Schaltkulisse 13a, b an ihrem Ende eine Auswerferrampe auf. In die jeweilige Schaltkulisse 13a, b kann der translatorisch bewegbare Pin (Stiftelement 15a–l) eingreifen, wobei das jeweilige Stiftelement 15a–1 im Betätigungsfall durch die Drehbewegung des jeweiligen Schaltelements 12a–f eine entsprechende axiale Bewegung des Schaltelements 12a–f verursacht. Beispielsweise nach einer Umdrehung des jeweiligen Schaltelements 12a–f wird das jeweilige Stiftelement 15a–l mittels der Auswerferrampe aus der jeweiligen Schaltkulisse 13a, b gedrückt und dabei vorliegend in radialer Richtung nach außen bewegt.
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Wird beispielsweise das Schaltelement 12a nach links geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11a nach links geschoben. Wird beispielsweise das Schaltchaltelement 12b nach rechts geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11a nach rechts geschoben. Wird beispielsweise das Schaltelement 12c nach links geschoben, so wird dadurch die Schaltmuffe 11b nach links geschoben. Wird das Schaltelement 12d nach rechts geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11b nach rechts geschoben. Wird hingegen das Schaltelement 12e nach links geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11c nach links geschoben. Wird hingegen das Schaltelement 12f nach rechts geschoben, so wird dadurch beispielsweise die Schaltmuffe 11c nach rechts geschoben.
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Die Schaltmuffen 11a–c sind vorliegend formschlüssig mit jeweiligen Schaltgabeln 16a–c gekoppelt. Hierzu weisen die Schaltmuffen 11a–c außenumfangsseitige Aufnahmen in Form von Nuten 17a–c auf, in die die Schaltgabeln 16a–c eingreifen. Die Schaltgabeln 16a–c sind dabei entlang eines Führungselements in Form einer Führungsstange 18 verschiebbar und dabei mit den Schaltmuffen 11a–c mitverschiebbar. Mit anderen Worten sind die Schaltgabeln 16a–c auf der Führungsstange 18 angeordnet und relativ zu der Führungsstange 18 relativ zu dieser verschiebbar. Dies bedeutet, dass die Schaltgabel 16a nach rechts verschoben wird, wenn die Schaltmuffe 11a nach rechts verschoben wird. Wird die Schaltmuffe 11a nach links verschoben, so wird die Schaltgabel 16a nach links verschoben. Wird die Schaltmuffe 11b nach rechts verschoben, so wird die Schaltgabel 16b nach rechts verschoben. Wird hingegen die Schaltmuffe 11b nach links verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16b nach links verschoben. Wird die Schaltmuffe 11c nach rechts verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16c nach rechts verschoben. Wird die Schaltmuffe 11c nach links verschoben, so wird dadurch die Schaltgabel 16c nach links verschoben.
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Jeweilige Längenbereiche der Führungsstange 18 sind dabei in korrespondierenden Aufnahmen der Schaltgabeln 16a–c aufgenommen, so dass die Schaltgabeln 16a–c mittels der Führungsstange 18 geführt werden. Da die Nuten 17a–c in Umfangsrichtung der Schaltmuffen 11a–c vollständig umlaufen, können sich die Schaltmuffen 11a–c mit der Schaltwelle 9 mitdrehen, während die Schaltgabeln 16a–c in die Nuten 17a–c eingreifen. Das Klauengetriebe 1 umfasst darüber hinaus weitere Schaltelemente in Form von weiteren Schaltmuffen 19a–c. Die Schaltmuffen 19a–c sind auf der Antriebswelle 2 angeordnet und mit der Antriebswelle 2, insbesondere formschlüssig, drehfest verbunden, so dass die Schaltmuffen 19a–c mit der Antriebswelle 2 mitdrehbar sind beziehungsweise so dass sich die Schaltmuffen 19a–c mit der Antriebswelle 2 um die Drehachse 6 mitdrehen. Auch die Schaltmuffen 19a–c weisen außenumfangsseitig Aufnahmen in Form von Nuten 20a–c auf, in die die Schaltgabeln 16a–c eingreifen. Die Nuten 20a–c sind in Umfangsrichtung der Schaltmuffen 19a–c vollständig umlaufenden ausgebildet, so dass sich die Schaltmuffen 19a–c relativ zu den Schaltgabeln 16a–c drehen können, während die Schaltgabeln 16a–c in die korrespondierenden Nuten 20a–c eingreifen. Da die Schaltmuffen 19a–c drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden sind, werden die von dem Antriebselement bereitgestellten Drehmomente von der Antriebswelle 2 auf die Schaltmuffen 19a–c übertragen.
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Die Schaltmuffen 19a–c werden auch als Schiebemuffen bezeichnet und sind in axialer Richtung der Antriebswelle 2 relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar. Dabei sind die Schaltmuffen 19a–c jeweils zwischen wenigstens zwei Koppelstellungen und wenigstens einer Entkoppelstellung verschiebbar. In einer ersten der Koppelstellungen ist die Schaltmuffe 19a, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4a verbunden, so dass die Drehmomente von der Antriebswelle 2 auf die Schaltmuffe 19a, das Zahnrad 4a, das Zahnrad 5a und schließlich die Abtriebswelle 3 übertragen werden. Dadurch ist der Gang G1 eingelegt. Dabei ist die Schaltmuffe 19a in ihrer ersten Koppelstellung von dem Zahnrad 4b entkoppelt. In der zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19a, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4b gekoppelt und von dem Zahnrad 4a entkoppelt, so dass die Abtriebswelle 3 von der Antriebswelle 2 über die Zahnradstufe Z2 angetrieben wird. Somit ist der Gang G2 eingelegt. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19a sowohl vom Zahnrad 4a als auch vom Zahnrad 4b entkoppelt, so dass keine Drehmomente vom Zahnrad 4a oder 4b auf die Schaltmuffe 19a übertragen werden können. Analoges trifft auf die Schaltmuffen 19b und 19c zu. in ihrer ersten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19b mit dem Zahnrad 4c formschlüssig gekoppelt und von dem Zahnrad 4d entkoppelt, so dass der Gang G3 eingelegt ist. in ihrer zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19b mit dem Zahnrad 4d formschlüssig gekoppelt und von dem Zahnrad 4c entkoppelt, so dass der Gang G4 eingelegt ist. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19b sowohl von dem Zahnrad 4c als auch von dem Zahnrad 4d entkoppelt. In ihrer ersten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19c mit dem Zahnrad 4e gekoppelt und von dem Zahnrad 4f gekoppelt, so dass der Gang G5 eingelegt ist. in ihrer zweiten Koppelstellung ist die Schaltmuffe 19c, insbesondere formschlüssig, mit dem Zahnrad 4f gekoppelt und von dem Zahnrad 4e entkoppelt, so dass der Gang G6 eingelegt ist. In ihrer Entkoppelstellung ist die Schaltmuffe 19c sowohl von dem Zahnrad 4e als auch von dem Zahnrad 4f entkoppelt. Befinden sich also die Schaltmuffen 19a–c in ihren Entkoppelstellungen, so ist kein Gang des Klauengetriebes 1 eingelegt. Das Klauengetriebe 1 befindet sich dann im Leerlauf.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass die Schaltwelle 9 über eine Koppeleinrichtung 21 mit der Antriebswelle 2 gekoppelt ist, so dass die Schaltwelle 9 über die Koppeleinrichtung 21 von der Antriebswelle 2 antreibbar ist. Dadurch werden die Schaltelemente 12a–f über die Koppeleinrichtung 21 von der Antriebswelle 2 um die Drehachse 10 angetrieben.
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Da die Schaltmuffen 19a–c formschlüssig mit den Schaltgabeln 16a–c gekoppelt sind, werden die Schaltmuffen 19a–c entlang der Antriebswelle 2 beziehungsweise relativ zu dieser verschoben, indem die Schaltgabeln 16a–c verschoben werden. Somit sind die Schaltmuffen 19a–c mittels der Schaltgabeln 16a–c zwischen den jeweiligen Koppelstellungen und der jeweiligen Entkoppelstellung relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar. Zum Verschieben der Schaltgabeln 16a–c wiederum werden die Schaltmuffen 11a–c mittels der Schaltelemente 12a–f verschoben.
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Insgesamt ist in 1 erkennbar, dass die Abtriebswelle 3 mit der Antriebswelle 2 über die jeweiligen Zahnradstufen Z1–6 koppelbar ist, indem die Schaltmuffen 19a–c in ihre jeweiligen Koppelstellungen bewegt beziehungsweise geschoben werden. Dies erfolgt wiederum dadurch, dass die Schaltmuffen 11a–c mithilfe der Schaltelemente 12a–f verschoben werden, wobei die Schaltelemente 12a–f verschoben werden, indem die Stiftelemente 15a–l in radialer Richtung der Schaltwelle 19 in die jeweiligen Schaltkulissen 13a, b bewegt werden.
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Um Schäden des Klauengetriebes 1 zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass alle Gänge ausgelegt sind, das heißt dass sich alle Schaltmuffen 19a–c in ihrer Entkoppelstellung befinden, oder – um das wenigstens eine Rad beziehungsweise das Fahrzeug anzutreiben – lediglich einer der Gänge G1–6 eingelegt ist, während die anderen Gänge ausgelegt sind. Mit anderen Worten sollte sich jeweils lediglich eine der Schaltmuffen 19a–c in einer ihrer Koppelstellungen befinden, während sich die anderen Schaltmuffen in ihren Entkoppelstellungen befinden. Mittels der Aktoren 14a–l ist ein automatisiertes Schalten des Klauengetriebes 1 realisierbar. Hierzu werden die Aktoren 14a–l beispielsweise von einem in 1 nicht erkennbaren Steuergerät angesteuert, so dass bedarfsweise die Stiftelemente 15a–l in Eingriff mit den korrespondierenden Schaltkulissen 13a, b bewegt werden, um dadurch das bedarfsgerechte Einlegen und Auslegen der Gänge G1–6 zu bewirken.
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Dabei ist das Klauengetriebe 1 als nicht-synchronisiertes Klauengetriebe 1, insbesondere Klauenschaltgetriebe, ausgebildet, welches üblicherweise in Motorrädern, aber auch im allgemeinen Maschinenbau eingesetzt. Zum Schalten der Gänge G1–6 werden die axial verschiebbaren Stiftelemente 15a–l in die nutartigen oder nutförmigen Schaltkulissen 13a, b bewegt, so dass dadurch die Schaltelemente 12a–f axial auf der Schaltwelle 9 verschoben werden. Die Schaltelemente 12a–f sind über die Schaltmuffen 11a–c und die Schaltgabeln 16a–c mit den Schaltmuffen 19a–c gekoppelt. Unter der axialen Verschiebbarkeit der Stiftelemente 15a–l ist zu verstehen, dass die Stiftelemente 15a–l entlang ihrer axialen Richtung mittels der Aktoren 14a–l verschoben werden können, wobei die jeweilige axiale Richtung der Stiftelemente 15a–l mit der radialen Richtung der Schaltwelle 9 zusammenfällt.
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Alternativ dazu ist es denkbar, dass die jeweiligen Schaltelemente 12a–f direkt mit den Schaltmuffen 19a–c gekoppelt sind. Dann können beispielsweise die Schaltmuffen 11a–c und die Schaltgabeln 16a–c ebenfalls entfallen wie die Schaltwelle 9. Dabei sind die Schaltelemente 12a–f beispielsweise auf der Antriebswelle 2 relativ zu dieser verschiebbar angeordnet. Ferner kann dabei vorgesehen sein, dass die Schaltelemente 12a–f einstückig mit den Schaltmuffen 19a–c ausgebildet sind. Ferner ist es denkbar, dass anstelle der Zahnräder 4a–f sogenannte Schieberäder vorgesehen sind, welche sowohl die Funktion der Zahnräder 4a–f als auch die Funktion der Schaltmuffen 19a–c übernehmen. Durch Verschieben der Schaltelemente 12a–f werden dann die Schieberäder auf der Antriebswelle 2 relativ zu dieser verschoben, so dass sie beispielsweise in Eingriff mit den korrespondierenden Zahnrädern 5a–f und außer Eingriff mit den Zahnrädern 5a–f verschoben werden können. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die zuvor genannten, ersten Schaltchaltelemente die Schaltmuffen 19a–c beziehungsweise auf der Antriebswelle 2 angeordnete Schieberäder sind.
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Im Gegensatz zu Schaltgetrieben mit Schaltwalze, bei denen durch den Verlauf von Nuten in der Schaltwalze immer nur genau ein Gang eingelegt sein kann, ist es bei dem beim Klauengetriebe 1 vorgesehenen und durch die einzelnen Aktoren 14a–l bewirkbaren Schalten grundsätzlich möglich, mehrere der Gänge G1–6 gleichzeitig einzulegen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass nicht nur genau einer der Aktoren 14a–l, sondern auch wenigstens ein weiterer der Aktoren 14a–l angesteuert wird, so dass beispielsweise nicht nur genau einer der Gänge G1–6, sondern auch ein zweiter der Gänge G1–6 eingelegt wird. Da sich die Gänge G1–6 in ihren Übersetzungen voneinander unterscheiden, kann es dann, wenn zwei Gänge gleichzeitig eingelegt beziehungsweise geschaltet sind, zu massiven Schäden am Klauengetriebe 1 kommen. Dieses gleichzeitige Schalten beziehungsweise Einlegen von zwei Gängen wird auch als Doppeleingriff bezeichnet.
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Um nun einen solchen Doppeleingriff auf einfache, kostengünstige Weise und effektiv zu vermeiden, umfasst das Klauengetriebe 1 – wie aus 2 und 3 erkennbar ist – eine im Ganzen mit 22 bezeichnete Sperreinrichtung, mittels welcher die jeweiligen Schaltmuffen 11a–c formschlüssig mit der Schaltwelle 9 verbindbar und dadurch gegen Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9 zu sichern sind. Die Funktion der Sperreinrichtung 22 wird im Folgenden am Beispiel der Schaltmuffe 11a beschrieben, kann jedoch ohne weiteres auch auf die anderen Schaltmuffen 11b und 11c beziehungsweise die ersten Schaltelemente 12a–f übertragen werden. Die Sperreinrichtung 22 umfasst ein jeweiliges Sperrelement in Form eines federbelasteten Rastelements 23, welches vorliegend senkrecht zur axialen Richtung der Schaltwelle 9 zwischen einer in 2 gezeigten Sperrstellung und wenigstens einer die Relativverschiebung der Schaltmuffe 11a zur Schaltwelle 9 freigebenden Freigabestellung relativ zur Schaltwelle 9 verschiebbar ist. Dabei ist das Rastelement 23 zumindest teilweise in der Schaltwelle 9 aufgenommen und an der Schaltwelle 9 verschiebbar gelagert. Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass das Restelement 23 schräg zur axialen Richtung der Schaltwelle 9 relativ zu dieser verschiebbar ist.
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In der Sperrstellung ist die Schaltmuffe 11a unter formschlüssigem Zusammenwirken des Rastelements 23 mit der Schaltwelle 9 und mit der Schaltmuffe 11a gegen Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9 gesichert. Hierzu weist die Schaltmuffe 11a eine Ausnehmung 24 auf, in die das Rastelement 23 in der Sperrstellung eingreift. Das Rastelement 23 ist zumindest in einem Teilbereich kugelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet, wobei die Ausnehmung 24 hinsichtlich ihrer Form an die Form des genannten Teilbereichs angepasst und somit ebenfalls kugelförmig oder kugelsegmentförmig ausgebildet ist. Das Rastelement 23 ist an der Schaltwelle 9 über ein in der Schaltwelle 9 angeordnetes Federelement 25 abgestützt, wobei das Federelement 25 in der Freigabestellung gespannt ist. Mit anderen Worten, wird das Rastelement 23 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt, so wird dadurch das Federelement 25 gespannt und vorliegend komprimiert. Dadurch wird das Rastelement 23 mittels es gespannten Federelements 25 mit einer Federkraft beaufschlagt, mittels welcher das Rastelement 23 aus der Freigabestellung in die Sperrstellung bewegt werden kann.
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Die Sperreinrichtung 22 umfasst darüber hinaus einen jeweiligen, in der Schaltwelle 9 aufgenommenen Schieber 26, welcher zwischen wenigstens einer das Rastelement 23 gegen eine Verschiebung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung sichernden Sicherungsstellung und wenigstens einer die Verschiebung des Rastelements 23 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung freigebenden Lösestellung relativ zur Schaltwelle 9 verschiebbar ist. Der Schieber 26 befindet sich gemäß 2 in der Lösestellung. Gemäß 3 befindet sich der Schieber 26 in der Sicherungsstellung.
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Der Schieber 26 weist dabei zwei erste Längenbereiche 27 sowie einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung des Schiebers 26 zwischen den Längenbereichen 27 angeordneten Längenbereich 28 mit einer Ausnehmung 29 auf. Ist die Ausnehmung 29 in Überdeckung mit dem Rastelement 23 angeordnet, wie es in der Lösestellung der Fall ist, so kann das Rastelement 23 zumindest teilweise in die Ausnehmung 29 geschoben und dadurch aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden. Diese Bewegung aus der Sperrstellung in die Freigabestellung ist in der Sicherungsstellung des Schiebers 26 verhindert, da wie aus 3 erkennbar ist – das Rastelement 23 an einem der Längenbereiche 27 abgestützt wird. Aus 2 und 3 sind weitere Schieber 30 und 31 erkennbar, wobei der Schieber 30 beispielsweise der Schaltmuffe 11b und der Schieber 31 der Schaltmuffe 11c zugeordnet ist.
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Über die Ausnehmung 24 kann die Schaltmuffe 11a beispielsweise in einer mit der Entkoppelstellung der Schaltmuffe 19a korrespondierenden ersten Stellung gesichert beziehungsweise gehalten werden.
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Aus 2 und 3 ist erkennbar, dass die Schaltmuffe 11a weitere Ausnehmungen 37 und 38 aufweist, welche in axialer Richtung der Schaltwelle 9 beziehungsweise der Schaltmuffe 11a beidseitig der Ausnehmung 24 angeordnet ist. Beispielsweise kann das Rastelement 23 in einer mit der ersten Koppelstellung der Schaltmuffe 19a korrespondierenden zweiten Stellung der Schaltmuffe 11a in die Ausnehmung 37 eingreifen, so dass dadurch die Schaltmuffe 11a mittels der Ausnehmung 37 und des Rastelements 23 formschlüssig in der mit der ersten Koppelstellung der Schaltmuffe 19a korrespondierenden zweiten Stellung relativ zur Schaltwelle 9 gesichert ist. Ferner ist es beispielsweise möglich, dass das Rastelement 23 in einer mit der zweiten Koppelstellung der Schaltmuffe 19a korrespondierenden dritten Stellung der Schaltmuffe 11a in die Ausnehmung 38 eingreift, so dass dadurch die Schaltmuffe 11a in ihrer mit der zweiten Koppelstellung der Schaltmuffe 19a korrespondierenden dritten Stellung formschlüssig gegen Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9 gesichert ist. Mittels der Aktoren 14a–d und der korrespondierenden Stiftelemente 15a–d kann die Schaltmuffe 11a zwischen diesen genannten Stellungen verschoben werden, wobei die Schaltmuffe 11a in ihren jeweiligen Stellungen durch eine durch die jeweilige Ausnehmung 24 beziehungsweise 37 beziehungsweise 28 und das korrespondierende Rastelement 23 bewirkte Rastierung gesichert werden kann. Diese Sicherung der Schaltmuffe 11a in ihren jeweiligen Stellungen beziehungsweise Positionen kann ohne weiteres auf die jeweiligen Schaltelemente 12a–f übertragen werden.
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Aus 2 und 3 ist ferner erkennbar, dass Federeinrichtungen vorgesehen sind, welche durch Federelemente 32 und 33 gebildet sind. Das Federelement 32 ist in axialer Richtung zwischen der Schaltmuffe 11a und dem Schaltelement 12b angeordnet und an diesem abgestützt, wobei das Federelement 33 in axialer Richtung der Schaltwelle 9 zwischen dem Schaltelement 12a und der Schaltmuffe 11 an angeordnet und an diesem abgestützt ist. Über das jeweilige Federelement 32 und 33 ist die Schaltmuffe 11a von den Schaltelementen 12a und 12b verschiebbar, wobei die Federelemente 32 und 33 durch Verschieben der Schaltelemente 12a und 12b in Richtung der Schaltmuffe 11a elastisch verformbar sind beziehungsweise verformt werden, wenn die Schaltmuffe 11a mittels der Sperreinrichtung 22 gegen eine Relativverschiebung zu der Schaltwelle 9 gesichert ist.
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Dies bedeutet, dass die Schaltelemente 12a und 12b zwar relativ zur Schaltwelle 9 verschoben werden können, jedoch die Schaltmuffe 11a mittels der Sperreinrichtung 22 gegen eine Relativverschiebung zur Schaltwelle 9 gesichert ist. Dadurch können Relativverschiebungen der Schaltelemente 12a und 12b zur Schaltwelle 9 und zur Schaltmuffe 11a zugelassen werden, während ein gleichzeitiges Einlegen von mehreren Gängen sicher vermieden werden kann. Somit führen Fehlfunktionen bei der Ansteuerung der Aktoren 14a–l nicht zum Doppeleingriff von Getriebezahnrädern und den damit verbundenen schweren Schäden an Getriebebauteilen. Folgeschäden, beispielsweise durch Blockieren des Antriebsstrangs und Sturz des Fahrers des Fahrzeugs werden vermieden. Gleichzeitig können Schäden an den Schaltkulissen 13a, b und an den Aktoren 14a–l vermieden werden, da die Federelemente 32 und 33 eine Relativverschiebung der Schaltelemente 12a und 12b zur Schaltwelle 9 und zur Schaltmuffe 11a zulassen. Hierdurch ist ein Überlastschutz geschaffen.
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Befindet sich der Schieber 26 in seiner Lösestellung und wird eines der Schaltelemente 12a und 12b relativ zur Schaltwelle 9 verschoben, indem beispielsweise eines der Stiftelemente 15a–d in Eingriff mit der Schaltkulisse 13a, b bewegt wird, so wird die Schaltmuffe 11a über das Federelement 32 beziehungsweise 33 von dem jeweiligen Schaltelement 12a beziehungsweise 12b mit einer in axialer Richtung der Schaltwelle 9 wirkenden Kraft beaufschlagt. Dabei greift das Rastelement 23 zunächst noch in die korrespondierende Ausnehmung 24 ein. Da die Ausnehmung 24 und der korrespondierende Teilbereich des Rastelements 23 zumindest m Wesentlichen kugelsegmentförmig ausgebildet sind, resultiert aus der in axialer Richtung wirkenden Kraft eine in radialer Richtung wirkende Kraftkomponente, welche von der Schaltmuffe 11a auf das Rastelement 23 wirkt. Mittels dieser Kraftkomponente wird das Rastelement 23 in radialer Richtung der Schaltwelle 9 aus der Ausnehmung 24 und in die Ausnehmung 29 geschoben, wodurch das Federelement 25 komprimiert wird.
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Dadurch kann die Schaltmuffe 11a verschoben werden, so dass durch dieses Verschieben der Schaltmuffe 11a die Schaltgabel 16a und dadurch wiederum die Schaltmuffe 19a verschoben werden können, so dass schließlich der gewünschte Gang G1 oder G2 eingelegt beziehungsweise ausgelegt werden kann. Wird daraufhin die Schaltmuffe 11a wieder derart bewegt, dass die Ausnehmung 24 in Überdeckung mit dem Rastelement 23 kommt, so kann das Rastelement 23 mittels der Federkraft, die von dem gespannten Federelement 25 auf das Rastelement 23 wirkt, wieder zurück in die Ausnehmung 24 bewegt werden.
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Befindet sich jedoch der Schieber 26 in seiner Sicherungsstellung, so kann auch dann, wenn das entsprechende Schaltelement 12a beziehungsweise 12b verschoben wird und dementsprechend die genannte Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe 11a wirkt, das Rastelement 23 nicht aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt werden, da das Rastelement 23 an einem der Längenbereiche 27 abgestützt wird. Somit bleibt das Rastelement 23 im Eingriff mit der korrespondierenden Ausnehmung 24, so dass das Rastelement 23 sowohl mit der Schaltwelle 9 als auch mit der Schaltmuffe 11a zusammenwirkt, insbesondere formschlüssig zusammenwirkt, wodurch die Schaltmuffe 11a gegen eine Relativverschiebung der Schaltwelle 9 gesichert ist. Mit anderen Worten kann die Schaltmuffe 11a nicht verschoben werden, so dass auch die Schaltgabel 16a und die zugehörige Schaltmuffe 19a nicht verschoben werden können. Hierdurch kann ein Doppeleingriff vermieden werden.
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Aus 4 ist erkennbar, dass der Schieber 26 beispielsweise mit der Schaltmuffe 11b gekoppelt und somit über die Schaltmuffe 11b zwischen der Sicherungsstellung und der Lösestellung verschiebbar ist. Wird somit der Gang G3 oder der Gang G4 mittels der Schaltmuffe 11b eingelegt, so befindet sich der Schieber 26 in einer Sicherungsstellung, so dass nicht auch die Gänge G1 und G2 eingelegt werden können.
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Um den Schieber 26 mit der Schaltmuffe 11b zu koppeln, ist ein weiteres Stiftelement 34 vorgesehen, welches teilweise in die Schaltmuffe 11b und teilweise in den Schieber 26 eingreift. Dadurch ist der Schieber 26 über das Stiftelement 34 mit der Schaltmuffe 11b gekoppelt und somit mit der Schaltmuffe 11b mitverschiebbar. Ferner ist in der Schaltwelle 9 eine beispielsweise als Langloch vorgesehene Öffnung 35 vorgesehen, in welcher das Stiftelement 34 mit der Schaltmuffe 11b mitverschiebbar ist. Dies bedeutet, dass der der Schaltmuffe 11a zugeordnete Schieber über eine andere der Schaltmuffen 11a–c, das heißt über die Schaltmuffe 11b und/oder die Schaltmuffe 11c verschiebbar ist.
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Insgesamt ist aus 1 bis 4 erkennbar, dass der Aufbau des Klauengetriebes 1 besonders einfach gehalten werden kann, so dass die Teileanzahl, die Kosten, das Gewicht und der Bauraumbedarf des Klauengetriebes 1 besonders gering gehalten werden können. Ferner kann das Klauengetriebe 1 besonders vorteilhaft betrieben, insbesondere geschaltet, werden, da sich mittels der Sperreinrichtung 22 ein Doppeleingriff sicher vermeiden lässt. Darüber hinaus ist eine Automatisierung des Klauengetriebes 1 auf besonders einfache Weise realisierbar, da die Schaltelemente 12a–f mittels der Aktoren 14a–l über die Stiftelemente 15a–l automatisiert verschoben werden können.
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Die Federelemente 32 und 33 stellen somit eine federnde Verbindung dar, mittels welcher Beschädigungen des Klauengetriebes 1, insbesondere durch Zwangsbetätigung, verhindert werden können. Kann eine sichere Bewegung der jeweiligen Schaltmuffe 19a–c erreicht werden, beispielsweise durch aktives Erkennen der Lücke, so kann auf das jeweilige Federelement 32 und 33 verzichtet werden.
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5 zeigt das Klauengetriebe 1 ausschnittsweise gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform sind – wie oben erwähnt – die Schaltmuffen 11a–c und somit die Schaltgabeln 16a–c wie auch die Führungsstange 18 nicht vorgesehen. Wie am Beispiel des Schaltelements 12a erkennbar ist, sind die Schaltelemente 12a–f beispielsweise auf der Antriebswelle 2 angeordnet und relativ zur Antriebswelle 2 in deren axiale Richtung verschiebbar. Die folgenden und vorigen Ausführungen zu den Schaltmuffen 11a–c und der Schaltwelle 9 können ohne weiteres auf die Schaltelemente 12a–f und die Antriebswelle 2 übertragen werden, insbesondere hinsichtlich der Sicherung der Schaltmuffen 11a–c gegen axiale Relativverschiebungen zur Schaltwelle 9. Ferner ist es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die Schaltmuffen 19a–c in die Schaltelemente 12a–f integriert sind. Dies bedeutet, dass die Schaltmuffe 19a in das Schaltelement 12a integriert ist, so dass die Schaltmuffe 19a und das Schaltelement 12a zwischen den zuvor beschriebenen Koppelstellungen und der zuvor beschriebenen Entkoppelstellung relativ zur Antriebswelle 2 verschiebbar sind.
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Falls die in 5 gezeigte Ausgestaltung des Klauengetriebes 1 aus Platzgründen nicht möglich ist, kann beispielsweise die erste Ausführungsform verwirklicht werden. Wie aus 5 erkennbar ist, weist das Schaltelement 12a vier Schaltkulissen 13a–d auf, in welche die jeweiligen Stiftelemente 15a–d mittels der jeweiligen Aktoren 14a–d in radialer Richtung der Antriebswelle 2 hineinbewegt werden können. Die Stiftelemente 15a–l der Aktoren 14a–l können auf unterschiedliche Weise betätigt werden. Um eine besonders platzsparende und schnelle Betätigung der Stiftelemente 15a–l zu realisieren, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Aktoren 14a–l als elektrische Aktoren beziehungsweise elektrische Antriebe ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klauengetriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4a–f
- Zahnrad
- 5a–f
- Zahnrad
- 6
- Drehachse
- 7
- Lagerelement
- 8
- Drehachse
- 9
- Schaltwelle
- 10
- Drehachse
- 11a–c
- Schaltmuffe
- 12a–f
- Schaltelement
- 13a–d
- Schaltkulisse
- 14a–l
- Aktor
- 15a–l
- Stiftelement
- 16a–c
- Schaltgabel
- 17a–c
- Nut
- 18
- Führungsstange
- 19a–c
- Schaltmuffe
- 20a–c
- Nut
- 21
- Koppeleinrichtung
- 22
- Sperreinrichtung
- 23
- Rastelement
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Federelement
- 26
- Schieber
- 27
- erster Längenbereich
- 28
- zweiter Längenbereich
- 29
- Ausnehmung
- 30
- Schieber
- 31
- Schieber
- 32
- Federelement
- 33
- Federelement
- 34
- Stiftelement
- 35
- Öffnung
- 36
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- 37
- Ausnehmung
- 38
- Ausnehmung
- G1–6
- Gang
- Z1–6
- Zahnradstufe
