Beschreibungseinleitung

Die Erfindung betrifft eine Formschlußkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

In DE 10 2016 222 539 A1 ist eine Formschlußkupplung mit zwei stirnverzahnten scheibenförmigen Kupplungskörpern mit einer Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung der Kupplungskörper vor dem Einkuppeln beschrieben. Die Kupplungskörper sind axial voneinander beabstandet und der eine Kupplungskörper ist zur Erwirkung eines Eingriffes der Stirnverzahnungen axial gegen den anderen Kupplungskörper bewegbar angeordnet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Formschlußkupplung energiesparender und zuverlässiger zu betreiben. Die Kupplungsfunktion soll verbessert werden und die Formschlußkupplung kostengünstiger ausgeführt werden.

Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Formschlußkupplung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann die Formschlußkupplung kostengünstiger ausgeführt werden und der jeweilige Kupplungsbetätigungszustand zuverlässiger und energiesparender beibehalten werden.

Die Formschlußkupplung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Die Formschlußkupplung kann in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Formschlußkupplung kann ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs übertragen. Die Formschlußkupplung kann in einer elektrischen Antriebsachse des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Formschlußkupplung kann bistabil ausgeführt sein. Der erste und zweite Kupplungsbetätigungszustand können jeweils gesichert sein.

Das erste Drehbauteil kann eine Welle oder Nabe sein. Das zweite Drehbauteil kann eine Welle oder Nabe sein. Die Formschlußkupplung kann als Klauenkupplung ausgeführt sein. Die Verzahnung kann als Klauenverzahnung ausgeführt sein.

Die Formschlußkupplung kann bei dem ersten Kupplungsbetätigungszustand zur Drehmomentübertragung geschlossen und bei dem zweiten Kupplungsbetätigungszustand zur Unterbrechung der Drehmomentübertragung geöffnet sein.

Das Betätigungselement kann elektromechanisch verschiebbar sein. Das Betätigungselement kann formschlüssig mit einer Schaltgabel und/oder Schaltschwinge verbunden sein. Das Betätigungselement kann hydraulisch verschiebbar sein. Das Betätigungselement kann durch einen Betätigungskolben verschiebbar sein.

Das Betätigungselement ist ein von dem ersten und zweiten Drehbauteil getrennt ausgeführtes Bauteil. Das Betätigungselement kann ebenfalls zur Einnahme des zweiten Kupplungsbetätigungszustands gegenüber dem ersten und zweiten Drehbauteil axial verschiebbar sein. Zur Einnahme des ersten Kupplungsbetätigungszustands kann das Betätigungselement in eine axiale Richtung und zur Einnahme des zweiten Kupplungsbetätigungszustands in entgegengesetzte axiale Richtung verschiebbar sein.

Das Betätigungselement kann die Betätigungskraft zumindest teilweise zur Einnahme des ersten Kupplungsbetätigungszustands über das Rastelement auf das erste Drehbauteil übertragen. Das Rastelement kann wenigstens teilweise kraftübertragend zwischen dem Betätigungselement und dem ersten Drehbauteil wirksam angeordnet sein.

Die Rastvorrichtung kann eine Übersetzung der Betätigungskraft zwischen dem Betätigungselement und dem ersten Drehbauteil bewirken. Dadurch kann die über das Betätigungselement aufzubringende Betätigungskraft zur Einstellung einer gewünschten Betätigungskraft an dem ersten Drehbauteil angepasst werden. Bei Einnahme des ersten Kupplungsbetätigungszustands kann die an dem ersten Drehbauteil anliegende Betätigungskraft von der diese bewirkenden Betätigungskraft an dem Betätigungselement abhängen. Diese Abhängigkeit kann linear und/oder nichtlinear sein. Diese Abhängigkeit kann stetig und/oder unstetig sein. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Rastelement abhängig von der Verschiebung des Betätigungselements radial verschiebbar ist. Das Rastelement kann zusätzlich oder alternativ abhängig von der Verschiebung des Betätigungselements axial verschiebbar sein.

Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rastelement bei dem ersten Kupplungsbetätigungszustand radial weiter innen als bei dem zweiten Kupplungsbetätigungszustand ist. Das Betätigungselement kann zumindest in dem ersten Kupplungsbetätigungszustand radial oberhalb von dem Rastelement angeordnet sein. Das Betätigungselement kann das Rastelement wenigstens in dem ersten Kupplungsbetätigungszustand radial sichern. Das Aufnahmeelement kann radial innerhalb von dem Rastelement angeordnet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Aufnahmeelement eine in radialer Richtung offene Vertiefung aufweist, in die das Rastelement in der Raststellung formschlüssig eingreift. Die Vertiefung kann der Form der Kugel bevorzugt angepasst sein. Die Vertiefung kann schalenförmig ausgeführt sein.

Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Rastelement wenigstens ein drehsymmetrisches Rastbauteil umfasst, das in der Raststellung formschlüssig mit dem Aufnahmeelement verbunden ist. Das Rastbauteil kann eine Kugel oder Rolle sein.

Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn wenigstens die erste und/oder zweite Verzahnung abhängig von dem Kupplungsbetätigungszustand axial verschiebbar ist. Die erste Verzahnung und/oder zweite Verzahnung kann eine Stirnverzahnung oder Radialverzahnung sein. Die erste Verzahnung kann eine Innenverzahnung oder Aussenverzahnung sein. Die zweite Verzahnung kann eine Innenverzahnung oder Aussenverzahnung sein. Die erste Verzahnung kann mittelbar oder unmittelbar an dem ersten Drehbauteil ausgeführt sein. Die zweite Verzahnung kann mittelbar oder unmittelbar an dem zweiten Drehbauteil ausgeführt sein.

Die erste Verzahnung kann als Kupplungskörper ausgeführt sein. Die zweite Verzahnung kann als Schiebemuffe ausgeführt sein. Die zweite Verzahnung kann auf einem Muffenträger axial verschiebbar sein. Der Muffenträger kann mit dem zweiten Drehbauteil formschlüssig verbunden sein. Der Muffenträger kann mit der zweiten Verzahnung formschlüssig verbunden sein. Der Muffenträger kann mit einer Innenverzahnung mit dem zweiten Drehbauteil formschlüssig verbunden sein. Der Muffenträger kann mit einer Aussenverzahnung mit der zweiten Verzahnung formschlüssig verbunden sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die zweite Verzahnung axial verschiebbar ist und in dem ersten und/oder zweiten Kupplungsbetätigungszustand durch die Rastvorrichtung axial gesichert ist. Die Rastvorrichtung kann der zweiten Verzahnung zugeordnet sein. Das Rastelement kann die zweite Verzahnung in der Raststellung axial sichern.

Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn das Betätigungselement über einen Rampenbereich eine radiale Bewegung des Rastelements bewirkt. Der Rampenbereich kann an dem Betätigungselement ausgeführt sein. Der Rampenbereich kann eine Übertragung der Betätigungskraft bewirken. Das Betätigungselement und das Rastelement können in der Freigabestellung radial überlappend angeordnet sein. Das Betätigungselement und das Rastelement können in der Raststellung radial übereinander und axial überlappend angeordnet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Betätigungselement in der Raststellung das Rastelement in radialer Richtung sichert. Das Betätigungselement kann radial außerhalb von dem Rastelement angeordnet sein. Das Rastelement kann in der Raststellung radial zwischen dem Aufnahmeelement und dem Betätigungselement angeordnet sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Rastelement über wenigstens ein Federelement beaufschlagt ist. Das Federelement kann in axialer und/oder radialer Richtung auf das Rastelement wirken. Das Federelement kann das Rastelement mittelbar oder unmittelbar beaufschlagen. Das Federelement kann mit dem Rastelement bei der Raststellung beaufschlagt sein. Bei der Freigabestellung kann das Federelement durch das Rastelement unbelastet sein Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.

Figurenbeschreibung

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:

Figur 1 : Einen Querschnitt einer Formschlußkupplung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Kupplungsbetätigungszustand.

Figur 2: Die Formschlußkupplung aus Figur 1 in einem zweiten Kupplungsbetätigungszustand.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer Formschlußkupplung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Kupplungsbetätigungszustand. Die Formschlußkupplung 10 ist in einem Fahrzeug zur Drehmomentübertragung angeordnet. Die Formschlußkupplung 10 umfasst ein um eine Drehachse 12 drehbares erstes Drehbauteil 14, das als Welle ausgeführt ist und weiterhin ein um die Drehachse 12 drehbares zweites Drehbauteil 16, das als Welle ausgeführt ist. Das erste Drehbauteil 14 kann eine Antriebswelle 18 und das zweite Drehbauteil 16 kann eine Abtriebswelle 20 sein. Die Antriebswelle 18 ist über wenigstens ein Lagerelement 22 gegenüber der Abtriebswelle 20 gelagert. Das Lagerelement 22 kann ein Radialnadellager sein. Das zweite Drehbauteil 16 ist über ein weiteres Lagerelement 24 gegenüber einem Gehäuse 26 gelagert.

Die Formschlußkupplung 10 weist eine Verzahnung 28 auf, die bei einem ersten Kupplungsbetätigungszustand der Formschlußkupplung 10 die Drehmomentübertragung einrichtet und bei einem zweiten Kupplungsbetätigungszustand der Formschlußkupplung 10 die Drehmomentübertragung unterbricht. Die Verzahnung 28 ist aus einer ersten Verzahnung 30 des ersten Drehbauteils 14 und einer zweiten Verzahnung 32 des zweiten Drehbauteils 16 gebildet. Die Verzahnung 28 ist als Klauenverzahnung 34 ausgeführt, mit einer die erste Verzahnung 30 bildenden Stirnverzahnung und einer die zweite Verzahnung 32 bildenden Stirnverzahnung. Die erste und zweite Verzahnung 30, 32 sind bei dem hier abgebildeten ersten Kupplungsbetätigungszustand formschlüssig zur Drehmomentübertragung miteinander verbunden.

Die zweite Verzahnung 32 ist axial verschiebbar auf einem Muffenträger 36 aufgenommen. Der Muffenträger 36 ist radial außerhalb von der Abtriebswelle 20 angeordnet und mit einer Innenverzahnung 38 formschlüssig mit der Abtriebswelle 20 und über eine Außenverzahnung 40 mit der zweiten Verzahnung 32 verbunden. Der Kupplungsbetätigungszustand ist durch ein gegenüber dem ersten und zweiten Drehbauteil 14, 15 axial verschiebbares und eine Betätigungskraft zur Veränderung des Kupplungsbetätigungszustands einleitendes Betätigungselement 42 umschaltbar. Das Betätigungselement 42 umfasst einen Rastierring 44.

Die Formschlußkupplung 10 umfasst eine zumindest den ersten

Kupplungsbetätigungszustand sichernde Rastvorrichtung 46 mit einem Rastelement 48, das zwischen einer Freigabestellung und einer den ersten Kupplungsbetätigungszustand sichernden Raststellung radial verschiebbar ist und bei der Raststellung formschlüssig mit einem Aufnahmeelement 50 verbunden ist. Das Aufnahmeelement 50 ist einteilig mit dem Muffenträger 36 ausgeführt.

Das Rastelement 48 umfasst wenigstens ein drehsymmetrisches Rastbauteil 52, bevorzugt eine Kugel und das Aufnahmeelement 50 umfasst wenigstens eine in radialer Richtung offene Vertiefung 54, in die das Rastelement 48 in der Raststellung formschlüssig eingreift. Die Vertiefung 54 ist der Form der Kugel 52 bevorzugt angepasst. Die Vertiefung 54 ist beispielsweise schalenförmig ausgeführt.

Das Rastelement 48 ist durch ein in radialer Richtung wirkendes Federelement 56 in der Raststellung belastet. Wird das Betätigungselement 42 zur Einnahme des zweiten Kupplungsbetätigungszustands, mit dem die Drehmomentübertragung über die Verzahnung 28 unterbrochen wird, axial verschoben, dann drückt das Federelement 56 das Rastelement 48 aus der Vertiefung 54 und das Rastelement 48 kann über die axiale Verschiebung der zweiten Verzahnung 32 axial bewegt werden. Das Rastelement 48 ist bei dem ersten Kupplungsbetätigungszustand radial weiter innen als bei dem zweiten Kupplungsbetätigungszustand.

Das Betätigungselement 42 wird zur Einnahme des hier dargestellten ersten Kupplungsbetätigungszustands 57 in eine erste Richtung 58 verschoben und zur Einnahme des zweiten Kupplungsbetätigungszustands in eine entgegengesetzte zweite Richtung 60 verschoben. Wird das Betätigungselement 42 in die erste Richtung 58 bewegt, dann wird die axiale Verschiebung des Betätigungselements 42 über einen Rampenbereich 62 an dem Betätigungselement 42 in eine radiale Bewegung des Rastelements 48 entgegen der Federkraft des Federelements 56 umgesetzt. Dadurch nimmt das Rastelement 48 die Raststellung 59 ein, bei der das Betätigungselement 42 das Rastelement 48 in radialer Richtung sichert und das Rastelement 48 die zweite Verzahnung 32 axial sichert. Das Betätigungselement 42 ist radial außerhalb von dem Rastelement 48 angeordnet.

Figur 2 zeigt die Formschlußkupplung aus Figur 1 in einem zweiten Kupplungsbetätigungszustand. Die Formschlußkupplung 10 ist in dem zweiten Kupplungsbetätigungszustand 63 abgebildet, bei dem die Drehmomentübertragung über die Verzahnung 28 unterbrochen ist. Die zweite Verzahnung 32 ist gegenüber dem ersten Kupplungsbetätigungszustand in die zweite Richtung 60 verschoben.

Wird das Betätigungselement 42 ausgehend von dem ersten Kupplungsbetätigungszustand zur Einnahme des zweiten Kupplungsbetätigungszustands 63 in die zweite Richtung 60 bewegt, dann wird das Rastelement 48 durch das Federelement 56 nach radial außen bewegt. Das Betätigungselement 42 verschiebt die zweite Verzahnung 32 über einen Sicherungsring 64 an der zweiten Verzahnung 32 in die zweite Richtung 60. Das Rastelement 48 kann sich nach radial außen bewegen, da das Betätigungselement 42 in die zweite Richtung 60 verschoben ist und ist damit in einer Freigabestellung 65.

Bei Einnahme des ersten Kupplungsbetätigungszustands ist das Betätigungselement 42 mit dem Rastelement 48 zur Übertragung der Betätigungskraft hin zu dem ersten Drehbauteil 14 kraftübertragend gekoppelt. Dabei bewirkt die axiale Bewegung des Betätigungselements 42 eine axiale und entgegen der Federkraft des Federelements 56 radiale Verschiebung des Rastelements 48. Das Rastelement 48 überträgt die von dem Betätigungselement 42 ausgehende Betätigungskraft auf die zweite Verzahnung 32.

Bezugszeichenliste

Formschlußkupplung

Drehachse erstes Drehbauteil zweites Drehbauteil

Antriebswelle

Abtriebswelle

Lagerelement

Lagerelement

Gehäuse

Verzahnung erste Verzahnung zweite Verzahnung

Klauenverzahnung

Muffenträger

Innenverzahnung

Außenverzahnung

Betätigungselement

Rastierring

Rastvorrichtung

Rastelement

Aufnahmeelement

Rastbauteil

Vertiefung

Federelement erster Kupplungsbetätigungszustand erste Richtung -IQ- Raststellung zweite Richtung Rampenbereich zweiter Kupplungsbetätigungszustand Sicherungsring Freigabestellung