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Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welches wahlweise eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen einstellen kann.
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Als ein Getriebe für ein Fahrzeug ist entweder ein automatisches Getriebe zum Schalten des eingerückten/ausgerückten Zustands von Eingriffseinrichtungen, wie Kupplungen oder Bremsen, durch Entscheiden des Übersetzungsverhältnisses auf der Basis des Fahrzustandes des Fahrzeugs, so dass ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis erreicht werden kann, oder ein manuelles Getriebe bekannt, zum Einstellen einer vorbestimmten Gangstufe durch Auswählen einer Vielzahl von Zahnradpaaren, die stets im Kämmeingriff miteinander sind, auf der Basis eines manuellen Vorgangs, um das ausgewählte Zahnradpaar oder die Zahnradpaare mit einer Eingangswelle oder einer Ausgangswelle zu verbinden. In seinem allgemeinsten Aufbau des vorgenannten automatischen Getriebes ist ein Zahnradmechanismus aus einer Vielzahl von Planetenzahnradmechanismen zusammengesetzt, so dass der Kraftübertragungsweg der Zahnradmechanismen verändert werden kann, um einen Gangwechsel auszuführen, indem ein Öldruck auf eine vorbestimmte Eingriffseinrichtung aufgebracht wird, um sie einzurücken, und indem der Öldruck von einer anderen Eingriffseinrichtung abgelassen wird, um diese auszurücken. Gemäß einem allgemeinen Aufbau des letztgenannten manuellen Getriebes wird andererseits das an der Drehmomentübertragung beteiligte Zahnradpaar durch Einrücken/Ausrücken eines Synchronkupplungsmechanismus (oder eines Synchronisierers) mit einer Schaltgabel ausgewählt, die einem Schalthebel zugeordnet ist. Im Stand der Technik ist ferner das sogenannte halbautomatische Getriebe bekannt, welches einen Gangwechsel durch Aktivierung eines Aktuators ausführt, der den Synchronisierer in dem manuellen Getriebe elektrisch steuern kann.
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In dem bisher beschriebenen bekannten Automatikgetriebe nehmen die Eingriffseinrichtungen wie Kupplungen oder Bremsen, die hydraulisch eingerückt werden, unmittelbar an der Drehmomentübertragung teil, so dass sie zuverlässig eingerückt sein müssen, um ein vorbestimmten Übersetzungsverhältnis zu halten. Um das Übersetzungsverhältnis zu halten, ist es folglich erforderlich, einen erforderlichen und ausreichenden Ödruck zu jeder Zeit aufrechtzuerhalten, um die Eingriffseinrichtungen in den eingerückten Zuständen zu halten. Folglich stellt die Pumpenleistung, die zur Bereitstellung des Öldrucks erforderlich ist, einen Leistungsverlust des Fahrzeugs insgesamt dar und bildet einen Grund, der die Kraftstoffwirtschaftlichkeit beeinträchtigt.
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In dem manuellen Getriebe, in welchem die Zahnradpaare, die an der Drehmomentübertragung teilnehmen, durch den manuellen Vorgang ausgewählt werden, oder in dem halbautomatischen Getriebe, in welchem die Auswahl durch Aktuatoren ausgeführt wird, ist im Gegensatz dazu keine Betätigungskraft erforderlich, nachdem der Synchronisierer geschaltet wurde, wodurch der Nachteil des Leistungsverlustes in dem vorgenannten automatischen Getriebe eliminiert ist. In dem Getriebe dieser Art muss der Gangwechsel jedoch ausgeführt werden, wenn der Leistungseingang in das Getriebe unterbrochen ist. Folglich werden die Unterbrechung der Leistung (Zugkraftunterbrechung) und die nachfolgende Leistungseingabe aufeinanderfolgend bei jedem Gangwechsel erzeugt. Im Ergebnis können Schaltstoße auftreten, die den Fahrkomfort und die Fahrbarkeit beinträchtigen.
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Ein gattungsgemäßes Getriebe ist aus der
US 5 131 285 bekannt. Dieses Getriebe hat eine erste Welle, auf die eine Leistung von einer Antriebsmaschine übertragen wird, eine zweite Welle zur Ausgabe der Leistung auf Antriebsräder und eine Vielzahl von Übertragungsmechanismen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen zur Übertragung der Leistung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle. Eine Zweiwegekupplung ermöglicht eine Drehmomentübertragungsrichtung in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung und ist zwischen einem Übertragungsmechanismus und der zweiten Welle angeordnet. Eine Auswahleinrichtung ist vorgesehen, um eine Drehmomentübertragung der Zweiwegekupplung auszuwählen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, dass Schaltvorgänge auch ohne Zugkraftunterbrechnung möglichst einfach erfolgen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß ist folglich die Zweiwegekupplung für einen vorbestimmten Übertragungsmechanismus in einen Zustand gesetzt, um das Drehmoment vorwärts zu übertragen. Wenn ein Hochschalten ausgehend von diesem Zustand ausgeführt ist, d. h. wenn das Drehmoment zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle durch einen Übertragungsmechanismus mit einem kleinen Übersetzungsverhältnis übertragen wird, wird die eingerückte Zweiwegekupplung im Ansprechen auf eine Änderung im Drehmoment ausgerückt, um den Gangwechsel auszuführen. Genauer gesagt, der Gangwechsel wird durch die Änderung im Drehmoment erreicht, so dass keine Zugkraftunterbrechung auftritt. Ferner behält die Zweiwegekupplung den eingerückten Zustand entsprechend der Wirkrichtung des Drehmoments, so dass keine Leistung verbraucht wird, um das Übersetzungsverhältnis zu halten.
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In der Erfindung kann andererseits als die Zweiwegekupplung eine Zweiwegekupplung verwendet werden, die ausgelegt ist, ein Übertragungselement durch einen Halter zu halten, welches zwischen einem inneren Ring und einem äußeren Ring angeordnet ist, um die Drehmomentübertragung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring zu vermitteln, und um den Halter relativ zu dem inneren Ring oder dem äußeren Ring zu drehen, um dadurch die Drehmomentübertragungsrichtung zu schalten, wobei der Auswahlmechanismus einen Umschaltmechanismus zur axialen Bewegung umfassen kann, um den Halter relativ zu dem inneren Ring oder dem äußeren Ring zu drehen.
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Mit diesem Aufbau bewegt sich der Umschaltmechanismus vorwärts oder Rückwärts, um den Halter um einen vorbestimmten Winkel zu drehen. Im Ergebnis wird die Drehmomentübertragungsrichtung in der Zweiwegekupplung gewechselt, um den Gangwechsel zu erreichen. Diese Bewegung in den axialen Richtungen ist gleich jener zum Umschalten des Synchronisierers in dem manuellen Getriebe oder dem halbautomatischen Getriebe gemäß dem Stand der Technik, so dass die Mechanismen aus dem Stand der Technik zum Schalten des Synchronisierers als die Mechanismen zur Ausführung des Gangswechsels umgewandelt werden können. Im Ergebnis ist es möglich, die Kosten für die Herstellung des Getriebes zu vermindern.
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Gemäß der Erfindung kann der Umschaltmechanismus ferner aufweisen: ein bewegbares Element zur Bewegung des Halters in eine Position zur Übertragung des Drehmoments vorwärts und in eine Position zur Übertragung des Drehmoments rückwärts; und einen Arretiermechanismus zum Halten des bewegbaren Elements wahlweise in einer ersten Position, um den Halter in der Position zu Übertragung des Drehmoments vorwärts zu halten, und in einer zweiten Position zum Halten des Halters in der Position für die Übertragung des Drehmoments rückwärts zu halten.
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Gemäß diesen Aufbau dreht sich folglich der Halter in der das Drehmoment übertragenden Kupplung zusammen mit dem inneren Ring und dem äußeren Ring, jedoch ist das Element zum Aufbringen einer Betätigungskraft in den axialen Richtungen zur Drehung des Halters bezüglich des inneren Rings oder des äußeren Rings in der Drehrichtung gehalten. Im Ergebnis treten Relativdrehungen zwischen der Zweiwegekupplung und diesem Element auf. Jedoch ist das bewegbare Element, das mit dem Halter gekoppelt ist, in der ersten Position und in der zweiten Position durch den Arretiermechanismus gehalten. Folglich wird der Halter in der Position zum Übertragen des Drehmoments vorwärts und in der Position zum Übertragen des Drehmoments rückwärts gehalten. Im Ergebnis muss keine kontinuierliche Betätigungskraft aufgebracht werden, nachdem der Halter in eine dieser Positionen gebracht wurde, so dass der Reibungskontakt zwischen dem bewegbaren Element und dem Element zur Bewegung des letzteren axial vermieden werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann das Getriebe ferner aufweisen: einen selektiven Kopplungsmechanismus zur selektiven Kopplung/Entkopplung der Zweiwegekupplung und der Übertragungsmechanismen.
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Mit diesem Aufbau wird folglich eine bestimmten Zweiwegekupplung wahlweise durch den selektiven Kopplungsmechanismus mit den Übertragungsmechanismen gekoppelt, so dass sie an der Drehmomentübertragung durch die Übertragungsmechanismen teilnimmt. Folglich können sich die Übertragungsmechanismen eine Zweiwegekupplung teilen, so dass die Anzahl erforderlicher Zweiwegekupplungen bezüglich der Anzahl von Übertragungsmechanismen, d. h. der Anzahl einstellbarer Übersetzungsverhältnisse, reduziert werden kann.
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In der Erfindung kann ferner der Umschaltmechanismus ein Element aufweisen, das in Axialrichtungen bewegbar ist, um den Halter in die Position zur Ubertragung des Drehmoments vorwärts und die Position zur Ubertragung des Drehmoments rückwärts zu bewegen, und das bewegbare Element kann eine Haltefläche haben, auf der die von dem Halter aufzunehmende Last parallel mit der Tangentialrichtung des Halters ist, wenn der Halter in der bezeichneten Positionen gehalten ist.
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Wenn sich folglich in der Erfindung das bewegbare Element rückwärts und vorwärts in den Axialrichtungen bewegt, dreht der Halter um einen vorbestimmten Winkel bezüglich des inneren Rings oder des äußeren Rings, um dadurch die Drehmomentübertragungsrichtung durch die Zweiwegekupplung zu wechseln. In dem Halter, der eingestellt ist, die Drehmomentübertragungsrichtung in der vorbestimmten Richtung zu haben, wird eine Last in der Richtung zum Drehen des Halters relativ zu dem inneren Ring oder dem äußeren Ring aufgebracht und wird auf das bewegbare Element übertragen. Jedoch ist die Haltefläche des bewegbaren Elements zur Aufnahme der Last von dem Halter eine Fläche, die der Richtung parallel zu der Tangentialrichtung des Halters gegenüberliegt, d. h. eine Fläche entlang einer Richtung parallel zu den Axialrichtungen. Folglich wird die Last zur Bewegung des bewegbaren Elements in Axialrichtung nicht erzeugt. Ohne jegliches kontinuierliches Aufbringen der Betätigungskraft auf das bewegbare Element kann es, genauer gesagt der Halter, in einer vorbestimmten Position der Drehmomentübertragungsrichtung gehalten werden.
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Die Aufgabe und weitere Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es ist jedoch ausdrücklich anzumerken, dass die Zeichnungen dem Zwecke der Erläuterung dienen und nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung verstanden werden sollen.
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1 ist ein Prinzipschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes gemäß der Erfindung zeigt;
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2 ist eine Teilvorderansicht, die einen Abschnitt einer Zweiwegekupplung zur Verwendung in dem Getriebe zeigt;
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3 ist eine Schnittdarstellung, die schematisch ein Beispiel eines Auswahlmechanismus zum Schalten einer Drehmomentübertragungsrichtung in der Zweiwegekupplung zeigt;
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4A ist ein Diagram, das die Positionen von Haltern und Walzen zum Einstellen der einzelnen Gangstufen in einem Antriebszustand (angetriebener Fahrzustand) tabellenartig zusammenstellt;
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4B ist ein Diagram, das die Positionen von Haltern und Walzen zum Einstellen der einzelnen Gangstufen in einem Abtriebszustand (geschobener Fahrzustand oder Schiebebetrieb) tabellenartig wiedergibt;
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5A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines Arretiermechanismus zeigt;
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5B ist eine schematische Darstellung, die den Arretiermechanismus in einem anderen aktiven Zustand zeigt;
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6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines selektiven Kopplungsmechanismus für den Fall zeigt, in welchem sich zwei Übertragungsmechanismen eine Zweiwegekupplung teilen;
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7 ist ein Prinzipschaltbild, das ein anderes Ausführungsbeispiel des Getriebes mit sechs Vorwärtsstufen zeigt, das den selektiven Kopplungsmechanismus verwendet;
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8 ist ein Diagram, das die Positionen von Haltern und Walzen zum Einstellen der einzelnen Gangstufen in dem Getriebe von 7 und die Positionen eines selektiven Kopplungsmechanismus tabellenartig zusammenstellt;
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9A ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel eines bewegbaren Elements zum Bewegen und Fixieren eines Halters und einer Walze zu und in vorbestimmten Positionen zeigt; und
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9B ist eine schematische Darstellung, die das bewegbare Element in einem anderen aktiven Zustand zeigt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand besonderer Ausführungsbeispiele beschrieben. Ein in 1 gezeigtes Ausführungsbeispiel kann vier Vorwärtsgangstufen einstellen. Ein Aufbau zum Einstellen eines Ruckwärtsgangs ist aus 1 weggelassen. Auf einer gemeinsamen Achse mit einer Brennkraftmaschine 1 als ein Beispiel einer Antriebsmaschine ist, wie in 1 gezeigt ist, eine Eingangswelle 2 angeordnet. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und einer Eingangswelle 2 ist eine Anfahr- oder Startkupplung 4 mit einem Dämpfer 3 angeordnet. Diese Startkupplung 4 ist beispielsweise eine Trockenkupplung zum Ausführen eines sanften Anfahrens, indem eine Reibkraft allmählich angehoben wird, um das von der Brennkraftmaschine 1 auf die Eingangswelle 2 aufgebrachte Drehmoment allmählich zu erhöhen.
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Auf der Eingangswelle 2 sind ein Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a, ein Antriebszahnrad des zweiten Gangs 6a und ein Antriebszahnrad des dritten Gangs 7a relativ zueinander drehbar moniert. Ein Antriebszahnrad des vierten Gangs 8a ist ferner so angebracht, dass es zusammen mit der Eingangswelle 2 dreht. Parallel zu dieser Eingangswelle 2 ist drehbar eine Ausgangswelle 9 angeordnet. Auf diese Ausgangswelle 9 sind drehbar mit der Ausgangswelle 9 ein Abtriebszahnrad des ersten Gangs 5b, das mit dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a kämmt, ein Abtriebszahnrad des zweiten Gangs 6b, das mit dem Antriebszahnrad des zweiten Gangs 6a kämmt, und ein Abtriebszahnrad des dritten Gangs 7b, das mit dem Antriebszahnrad des dritten Gangs 7a kämmt, angebracht. An der Ausgangswelle 9 ist andererseits ein Abtriebszahnrad des vierten Gangs 8b drehbar angebracht, welches mit dem Antriebszahnrad des vierten Gangs 8a kämmt.
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Die Antriebszahnräder des ersten bis vierten Gangs 5a, 6a, 7a und 8a und die Abtriebszahnräder 5b, 6b, 7b und 8b, die miteinander kämmen, bilden Übertragungsmechanismen zum Einstellen der einzelnen Gangstufen. Die Übersetzungsverhältnisse dieser Übertragungsmechanismen, d. h. der Zahnradpaare, sind voneinander verschieden. Genauer gesagt ist das Übersetzungsverhältnis des Antriebszahnrads des ersten Gangs 5a und des Abtriebszahnrads 5b das größte und die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Antriebszahnrädern 6a, 7a und 8a und den Abtriebszahnrädern 6b, 7b und 8b sind schrittweise für den zweiten Gang, den dritten Gang und den vierten Gang reduziert.
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Um diese Übertragungsmechanismen einzeln mit der Eingangswelle 2 oder der Ausgangswelle 9 zu koppeln, sind Zweiwegekupplungen vorgesehen. Zwischen dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a und der Eingangswelle 2, zwischen dem Antriebszahnrad des zweiten Gangs 6a und der Eingangswelle 2, zwischen dem Antriebszahnrad des dritten Gangs 7a und der Eingangswelle 2 sowie zwischen dem Abtriebszahnrad 8b des vierten Gangs und der Ausgangswelle 9 sind jeweils Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 zwischengeordnet. Diese Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 sind die Drehmomentübertragungsmechanismen, welche in der Lage sind, die Drehmomentübertragungsrichtungen vorwarts und rückwärts umzuschalten und sie sind so aufgebaut, dass sie in der Gegenrichtung der gewählten Drehmomentübertragungsrichtung frei oder leer laufen, wie schematisch in 2 gezeigt ist.
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Gemäß 2 sind ein innerer Ring und ein äußerer Ring 15 auf konzentrischen Kreisen angeordnet und eine Vielzahl von Walzen 16 sind als Übertragungselemente zwischen dem Außenumfang des inneren Rings 14 und dem Innenumfang des äußeren Rings 15 angeordnet. Ferner sind diese Walzen 16 so durch einen Halter 17 oder ein ringförmiges Element gehalten, dass sie eine vorbestimmte Teilung oder Beabstandung halten. An dem Innenumfang des äußeren Rings 15 sind die die einzelnen Walzen 16 umgebenden Abschnitte von zwei Ebenen gebildet, welche in der Umfangsrichtung winklig angestellt sind. Folglich begrenzen die beiden Seitenabschnitte, die jede Walze 16 zwischen sich aufnehmen, in der Umfangsrichtung solche Abstände, deren radiale Größe allmählich kleiner wird, je weiter sie sich von der Walze 16 entfernen. Mit anderen Worten, jede Zweiwegekupplung 10, 11, 12 oder 13 bewirkt die Drehmomentübertragung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring in der Richtung, in welcher sie die Walzen sicher in dem Spalt einklemmt.
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Genauer gesagt, in 2 wird der Halter 17 im Uhrzeigersinn und relativ zu dem äußeren Ring 15 gedreht, um die Walze 16 in den Spalt auf der rechten Seite von 2 zu bringen. Wenn der innere Ring 14 im Uhrzeigersinn dreht, wird die Walze 16 zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 sicher eingeklemmt, so dass das Drehmoment zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 übertragen wird. Wenn im Gegensatz dazu der Halter 17 in 2 bezüglich des äußeren Rings 15 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das Drehmoment zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 übertragen, wenn der innere Ring 14 im Gegenuhrzeigersinn von 2 bezüglich des äußeren Rings 15 dreht. Wenn die Walze 16 an einer Zwischenposition zwischen den Positionen zur Übertragung des Drehmoments in jede der Richtungen gehalten ist, kann die Drehmomentübertragung zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 unterbrochen werden.
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In 3 ist ein Beispiel eines Mechanismus zur Relativdrehung jedes Halters 17 in jeder der Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 bezüglich des äußeren Rings 15 gezeigt. Der innere Ring 14 ist so auf der Eingangswelle 2 oder der Ausgangswelle 9 angebracht, dass er einstückig damit dreht, und der äußere Ring 15 ist mit dem Zahnrad 5a (oder 6a, 7a oder 8b) zusammengefugt, welches drehbar auf dieser Welle 2 (oder 9) angebracht ist. An dem Außenumfang des äußeren Rings 15 ist eine Hülse 18 über einen in Axialrichtung ausgebildeten Keil montiert. Diese Hülse 18 springt bezüglich des äußeren Rings 15 entgegengesetzt zu dem Zahnrad 5a (oder 6a, 7a oder 8b) vor. Eine Schrägverzahnung 19 ist in dem Innenumfang des vorspringenden Endabschnitts der Hülse 18 ausgebildet. Der Halter 17 hat einen Abschnitt, der sich axial und radial erstreckt, und dieser erstreckte Führungsendabschnitt kämmt relativ bewegbar mit der Schrägverzahnung 19. Ferner ist die Hülse 18 an ihrem Außenumfang mit einem Eingriffabschnitt 20 versehen, mit dem das Betätigungselement (nicht gezeigt) wie eine Schaltgabel in Eingriff ist.
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In dem in 3 gezeigten Mechanismus wird folglich der Halter 17 durch den Neigungswinkel der Schrägverzahnung 19 und um den dem Hub der Hülse 18 entsprechenden Winkel bezüglich des äußeren Rings 15 durch die Wirkung der Schrägverzahnung 19 relativ gedreht, wenn die Hülse 18 in den axialen Richtungen bewegt wird. In 3 bezeichnet Bezugszeichen 21 einen Anschlagmechanismus, durch den die Axialbewegungen des Halters 17 begrenzt werden.
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An dem Endabschnitt der Ausgangswelle 9, der dem die Zweiwegekupplung 13 tragenden Endabschnitt gegenüberliegt, d. h. der Endabschnitt näher an der Brennkraftmaschine 1, ist ein Ausgangszahnrad 22 angebracht, welches mit einem Ringzahnrad 24 eines Differentials 23 kammt.
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Nun wird die Funktion des in 1 gezeigten Getriebes beschrieben. In 4A und 4B sind die Positionen des Halters 17 in den einzelnen Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 zum Einstellen der einzelnen Gangstufen aufgeführt. In 4A und 4B bezeichnet das Symbol ”+” die Position des Halters 17 zur Übertragung des Drehmoments in der Drehrichtung für den Vorwärtslauf von einem Element auf der Antriebsseite (d. h. der innere Ring 14 in den Zweiwegekupplungen 10, 11 und 12 des ersten bis dritten Gangs und des äußeren Rings 15 in der Zweiwegekupplung 13 des vierten Gangs) auf ein Element auf der angetriebenen Seite (d. h. der äußere Ring 15 in den Zweiwegekupplungen 10, 11 und 12 im ersten bis dritten Gang und den inneren Ring 14 in der Zweiwegekupplung 13 des vierten Gangs). Im Gegensatz dazu bezeichnet das Symbol ”–” die Position des Halters 17 zur Übertragung des Drehmoments in der Drehrichtung für den Vorwärtslauf von einem Element auf der angetriebenen Seite (d. h. der äußere Ring 15 in den Zweiwegekupplungen 101, 11 und 12 des ersten bis dritten Gangs und der innere Ring 14 in der Zweiwegekupplung 13 des vierten Gangs) auf ein Element auf der Antriebsseite (i. e. der innere Ring 14 in den Zweiwegekupplungen 10, 11 und 12 des ersten bis dritten Gangs und der äußere Ring 15 in der Zweiwegekupplung 13 des vierten Gangs). Beispielsweise ist die Position des Halters 17 zur Verlagerung der Walzen 16 nach rechts von der in 2 gezeigten Position mit ”+” bezeichnet, und die Position des Halters 17 zur Verlagerung der Walzen 16 nach links von der in 2 gezeigten Position mit ”–” bezeichnet. Andererseits bezeichnet das Symbol ”•”, dass das Drehmoment übertragen wird, und das Symbol ”O” zeigt, dass das Drehmoment nicht übertragen wird, so dass eine Leerlaufrelativdrehung zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring eingerichtet ist. 4A zeigt den Zustand zum Antriebszeitpunkt, wenn das Fahrzeug mit der Antriebskraft der Brennkraftmaschine 1 fährt und 4B zeigt den Zustand in einem Schiebezeitpunkt, wenn die Brennkraftmaschine 1 durch das Fahrzeug drehend geschleppt wird (Schiebebetrieb).
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Zunächst wird die Startkupplung 4 ausgerückt, wenn die Brennkraftmaschine 1 angelassen wird. Wenn das Fahrzeug im ersten Gang nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine 1 losfährt, sind der Halter 17 und die Walzen 16 der Zweiwegekupplung des ersten Gangs 10 in die ”+”-Position gesetzt, um das Drehmoment in der Vorwärtsrichtung zu übertragen und die Halter 17 und die Walzen 16 der verbleibenden Zweiwegekupplungen 11, 12 und 13 sind in die Positionen eingestellt, in denen kein Drehmoment in der Vorwärtsrichtung übertragen wird. Genauer gesagt, die Halter 17 und die Walzen 16 sind in der ”–”-Position für die Zweiwegekupplung des zweiten Gangs 11 und die Zweiwegekupplung des dritten Gangs 12 und in der ”+”-Position für die Zweiwegekupplung für den vierten Gang 13. Diese Einstellungen werden ausgeführt, indem die Hülse 18 in den axialen Richtungen bewegt wird.
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Nachdem die einzelnen Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 somit eingestellt wurden, wird die Anfahrkupplung oder Startkupplung 4 allmahlich eingerückt, um ihr übertragenes Drehmoment allmahlich zu erhöhen. Kurz gesagt, es wird der sogenannte Reibungsanfahrvorgang ausgefuhrt.
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In diesem Fall wird das Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a durch eine von der Ausgangswelle 9 aufgebrachte Last angehalten bzw. gebremst, doch die Eingangswelle 2 und der innere Ring 14, der damit einstückig ist, drehen vorwärts. Folglich dreht der innere Ring 14 bezüglich des äußeren Rings 15 einstuckig mit dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a vorwärts, so dass die Walzen 16, die als die Übertragungselemente wirken, eingeklemmt werden, um das Drehmoment zu übertragen. Im Ergebnis wird das Drehmoment über das Antriebszahnrad des ersten Gangs 5a und das Abtriebszahnrad des ersten Gangs 5b von der Eingangswelle 2 auf die Ausgangswelle 9 übertragen, wodurch der erste Gang entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen diesen Zahnrädern 5a und 5b eingestellt ist.
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In diesem Zustand des ersten Gangs sind auch die Antriebszahnräder 6a, 7a und 8a und die Abtriebszahnräder 6b, 7b und 8b der verbleibenden Paare in Eingriff, so dass diese Zahnräder drehen. Jedoch sind die Übersetzungsverhältnisse der Zahnradpaare für den zweiten Gang und den dritten Gang kleiner als das für den ersten Gang, so dass die inneren Ringe 14 in den einzelnen Zweiwegekupplungen 11 und 12 relativ zu den äußeren Ringen 15 vorwärts drehen. Weil die Halter 17 und die Walzen in die Position ”–” eingestellt sind, wo das Drehmoment nicht in der Vorwärtsdrehung übertragen wird, wird das Drehmoment nicht zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 übertragen. Andererseits dient in der Zweiwegekupplung des vierten Gangs 13 der äußere Ring 15 als das antriebsseitige Element und der innere Ring 14 dient als das abtriebsseitige Element, so dass der äußere Ring 15 relativ zu dem inneren Ring 14 vorwärts dreht. Jedoch sind der Halter 17 und die Walzen 16 in die Position ”+” eingestellt, wo das Drehmoment nicht in der Vorwärtsrichtung übertragen wird, so dass der äußere Ring 15 relativ zu dem inneren Ring 14 im Leerlauf dreht.
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In dem Zustand des ersten Gangs werden der Halter 17 und die Walzen 16 in der Zweiwegekupplung des zweiten Gangs 11 von der Position ”–” in die Position ”+” bewegt. Der innere Ring 14 dreht relativ zu dem äußeren Ring 15 vorwärts, so dass die Walzen 16 zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 eingeklemmt werden. Im Ergebnis wird das Drehmoment allmählich von dem inneren Ring 14 auf den äußeren Ring 15 übertragen. Wenn das durch die Zweiwegekupplung des zweiten Gangs 11 zu übertragende Drehmoment zunimmt, nimmt die Drehzahl der Eingangswelle 2 allmählich ab. Im Ergebnis nimmt das in der Zweiwegekupplung für den ersten Gang 10 zu übertragende Drehmoment von dem inneren Ring auf den äußeren Ring 15 allmählich auf Null ab. Danach beginnt der innere Ring 14 relativ zu dem äußeren Ring 15 rückwärts zu drehen. Genauer gesagt, die Zweiwegekupplung des ersten Gangs 10 wird automatisch entsprechend der Änderung in der Wirkrichtung des Drehmoments ausgerückt, wodurch der zweite Gang entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebszahnrad des zweiten Gangs 6a und dem Abtriebszahnrad des zweiten Gangs 6b eingestellt wird. Diese Einstellung wird als ein Ergebnis davon bewirkt, dass das Drehmoment in der Zweiwegekupplung fur den zweiten Gang 11 übertragen wird. Folglich wird ein Gangwechsel von dem ersten Gang in den zweiten Gang ohne jede Zugkraftunterbrechung bewirkt.
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Im Fall eines Gangswechsels vom zweiten Gang zum dritten Gang werden andererseits die Positionen des Schalters 17 und der Walzen 16 in der Zweiwegekupplung für den dritten Gang 12 im Zustand des zweiten Gangs von der Position ”–” in die Position ”+” geschaltet. Dann wird das Drehmoment durch die Zweiwegekupplung des dritten Gangs 12 übertragen, so dass die Zweiwegekupplung des zweiten Gangs 11 allmählich ausgeruckt wird. Im Fall des Gangswechsels vom dritten Gang zu dem vierten Gang werden ferner die Positionen des Halters 17 und der Walzen 16 in der Zweiwegekupplung des vierten Gangs 13 im Zustand des dritten Gangs von der Position ”–” zu der Position ”+” geschaltet. Dann wird das Drehmoment durch die Zweiwegekupplung des vierten Gangs 13 übertragen, so dass die Zweiwegekupplung des dritten Gangs 12 allmahlich ausgeruckt wird. Folglich kann jedweder dieser Gangwechsel ohne jegliche Zugkraftunterbrechung bewirkt werden.
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Wenn die sogenannte ”Motorbremse” im Schiebebetrieb ausgeführt wird, wo das Drehmoment von der Ausgangswelle 22 eingegeben wird, werden andererseits Positionen des Halters 17 und der Walzen 16 in der Zweiwegekupplung, die zu diesem Zeitpunkt das Drehmoment überträgt, umgekehrt. Genauer gesagt werden im Zustand des vierten Gangs die Halter 17 und die Walzen 16 in der Zweiwegekupplung des vierten Gangs 13 von der Position ”–” in die Position ”+” geschaltet. Im Fall des dritten Gangs, des zweiten Gangs oder des ersten Gangs werden die Halter 17 und die Walzen 16 der Zweiwegekupplungen 12, 11 und 10, die an der Drehmomentübertragung teilnehmen, von der Position ”+” in die Position ”–” geschaltet. Dieser Zustand ist in 4B aufgelistet.
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Angenommen, der Schiebebetrieb oder angetriebene Zustand tritt im vierten Gang auf. Wenn der Halter 17 und die Walzen 16 der Zweiwegekupplung des vierten Gangs 13 in die Position ”+” geschaltet werden, um die Motorbremse auszuführen, drehen die Ausgangswelle 9 und der mit dieser einstückige innere Ring 14 bezüglich des äußeren Rings 15 vorwärts, der einstückig mit dem Abtriebszahnrad des vierten Gangs 8b ausgebildet ist. Folglich werden der Halter 17 und die davon gehaltenen Walzen 16 in die Position ”+” eingestellt. Im Ergebnis werden die Walzen 16 zwischen dem inneren Ring 14 und dem äußeren Ring 15 eingeklemmt, um das Drehmoment zu übertragen, so dass das Abtriebszahnrad des vierten Gangs 8b, das Antriebszahnrad des vierten Gangs 8a und die Eingangswelle 2 schleppend gedreht werden. In den verbleibenden Zweiwegekupplungen 10, 11 und 12 drehen die mit den Antriebszahnrädern 5a, 6a und 7a einstückigen äußeren Ringe 15 mit hoher Geschwindigkeit bezuglich der inneren Ringe 14 vorwärts, d. h. die inneren Ringe 14 drehen relativ und rückwärts bezüglich der äußeren Ringe 15. Folglich wird das Drehmoment nicht übertragen, auch wenn die Halter 17 und die Walzen 16 in die Positionen ”+” eingestellt sind.
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Diese Situation ist die gleiche in jedem der Fälle, in welchem die Motorbremse im dritten Gang ausgeführt wird, die Motorbremse im zweiten Gang ausgeführt wird und die Motorbremse im ersten Gang ausgeführt wird. Indem die Positionen der Halter 17 der Zweiwegekupplungen, die in den einzelnen Gangsstufen im Antriebszustand das Drehmoment übertragen haben, umgekehrt werden, überträgt eine Zweiwegekupplung das Drehmoment im Schiebebetrieb, doch die verbleibenden Zweiwegekupplungen sind ausgerückt.
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Hierbei sind, wie in 4B zusammengestellt ist, die Positionen des Halters 17 und der Walzen 16 jeder der Zweiwegekupplungen zum Ausführen der Motorbremse im Schiebebetrieb gleich denen zum Einstellen einer um eine Gangstufe niedrigeren Gangsstufe im Antriebszustand. Wenn der Schiebebetrieb durch Zurückführen des Beschleunigerpedals (nicht gezeigt) eingerichtet wird während das Fahrzeug im Antriebszustand mit einer eingestellten vorbestimmten Gangstufe fährt, wird folglich die Motorbremse nach einem Hochschalten wirksam. Im Ergebnis ist es möglich, eine plötzliche Aktivierung der Motorbremse unmittelbar nach dem Freigeben des Beschleunigerpedals zu vermeiden und somit das sogenannte ”Ruckeln” zu vermeiden.
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In dem in 1 gezeigten Getriebe wird das Drehmoment in jeder Gangstufe durch die Zweiwegekupplung übertragen, es ist jedoch kein Öldruck erforderlich, um den Drehmomentübertragungszustand zu halten. Abweichend von dem Automatikgetriebe gemäß dem Stand der Technik ist es somit möglich, den Leistungsverlust zu vermeiden, der andernfalls durch den Antrieb der Hydraulikpumpe bedingt ist. Ferner kann der Gangwechsel ohne jedwede Zugkraftunterbrechung ausgeführt werden. Es ist folglich möglich, die Gangwechseleigenschaften ähnlich denen des bekannten Automatikgetriebes zu erhalten, während der Leistungsverlust wie bei einem manuellen Getriebe gemäß dem Stand der Technik vermindert wird.
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Das bisher beschriebene Getriebe ist so aufgebaut, dass es die Gangwechsel durch Bewegung der Hülse 18 in den axialen Richtungen ausführt. Folglich dreht die Hülse 18 zusammen mit der entsprechenden Zweiwegekupplung, jedoch dreht eine Schaltgabel oder ein ahnliches Element für die axiale Bewegung der Hulse 18 nicht. Wenn die Hülse 18 in der Vorwärtsposition oder der Rückwärtsposition gehalten wird, entsteht folglich ein Gleiten zwischen der Hülse 18 und dem Element zu ihrer Bewegung vorwarts und rückwärts. Ein Mechanismus zur Vermeidung dieses Gleitens ist in 5A und 5B gezeigt. In dem in 5A und 5B gezeigten Beispiel ist ein Arretierungsmechanismus 25 zwischen der Hülse 18 und dem äußeren Ring 15 angeordnet. In dem Außenumfang des äußeren Rings 15 öffnet eine Aussparung 26, in die ein elastisches Element 27 wie eine Feder und ein Eingriffselement 28 wie ein kugelförmiges Element eingesetzt sind. Dieses Eingriffselement 28 ist durch das elastisch Element 27 radial auswärts vorgespannt. An zwei axialen Positionen in dem Innenumfang der Hülse 18 sind andererseits Aussparungen 29 ausgebildet, in die das Eingriffselement 28 einsetzbar ist. Diese Aussparungen 29 haben zwei Schrägen an den beiden Seiten in Axialrichtungen und sind so positioniert, dass das Eingriffselement 28 in einer Aussparung 29 angeordnet ist, wenn sich die Hülse 18 bewegt, um den Halter 17 in die Position ”+” einzustellen, und dass das Eingriffselement 28 in die andere Aussparung 29 eingesetzt ist, wenn sich die Hülse 18 bewegt, um den Halter 17 in die Position ”–” einzustellen.
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Wenn die Hülse 18 in die in 5A gezeigte Position nach links bewegt wird, wird folglich das Eingriffselement 28 gegen die Schräge der Aussparung 29 auf der Seite der Hülse 18 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 27 gedrückt oder beaufschlagt. Im Ergebnis wird die Hülse 18 weiter nach links gedrückt, so dass sie an der Position gehalten ist, wo das Eingriffselement vollständig in die Aussparung 29 eingreift. Bis das Eingriffselement 28 von dem in 5A gezeigten Zustand vollständig mit der Aussparung 29 in Eingriff ist, wird folglich die Hülse 18 durch die elastische Kraft des elastischen Elements 27 bewegt, so dass die Hülse 18 von dem Betätigungselement, wie der Schaltgabel, zur axialen Bewegung der Hülse 18 freikommt.
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Die analoge Überlegung gilt für den Fall, in welchem die Hülse 18 in der entgegengesetzten Richtung bewegt wird. Wenn die Hülse 18 durch das Betätigungselement (nicht gezeigt) in die in 5B gezeigte Position bewegt wird, wird das durch das elastische Element 27 vorgespannte Eingriffselement 28 gegen die Schräge der anderen Aussparung 29 gedrückt. Von da an wird die Hülse 18 folglich durch die elastische Kraft des elastischen Elements 27 in 5B nach rechts bewegt. Im Ergebnis kommt die Hülse 18 in dem Moment von dem Betätigungselement frei, wenn das Eingriffselement 28 vollständig in die Aussparung 29 eingreift.
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Wenn das Eingriffselement 28 somit vollständig in eine der Aussparungen 29 eingesetzt ist, wird die Hülse 18 in der Position gehalten. Ohne die Hülse 18 durch das Betätigungselement, wie die Schaltgabel, in der vorbestimmten Position zu halten, kann die Hülse 18 so festgelegt werden, dass der Halter 17 und die Walzen 16 in der Position ”+” und der Position ”–” positioniert werden können, wodurch die Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13 zuverlässig daran gehindert werden, durch Störungen ausgerückt zu werden. Es ist zudem möglich, das Gleiten zwischen den Betätigungselement und der Hülse 18 und folglich die Reibung oder den Abrieb zu verhindern, der andernfalls durch das Gleiten hervorgerufen werden könnte.
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In dem bisher unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedes der Zahnradpaare mit der Zweiwegekupplung versehen. Andererseits kann die Erfindung konstruktiv modifiziert werden, so dass sich zwei Zahnradpaare eine Zweiwegekupplung teilen, wie in 6 gezeigt ist. Diese Modifikation ist durch einen Mechanismus beispielhaft verwirklicht, in welchem eine Zweiwegekupplung von zwei Zahnradpaaren geteilt bzw. genutzt wird. Zwischen zwei Zahnrädern 31 und 32, die drehbar auf einer Welle 30 angebracht sind, ist eine Zweiwegekupplung 33 angeordnet, in welcher der innere Ring 34 so auf der Welle angebracht ist, dass er zusammen mit ihr dreht. Ein außerer Ring 35 ist auf einem konzentrischen Kreis zu dem inneren Ring 34 angeordnet. Zwischen dem Innenumfang des äußeren Rings 35 und dem Außenumfang des inneren Rings 34 sind eine Vielzahl von Walzen 36 angeordnet, die als Übertragungselemente dienen, die mit vorbestimmten Intervallen oder Abständen durch einen Halter 37 gehalten sind und die in dem gehaltenen Zustand relativ zu dem äußeren Ring 35 drehen können. Hierbei ist der Aufbau, der aus dem inneren Ring 34, dem äußeren Ring 35, den Walzen 36 und dem Halter 37 besteht, gleich dem der vorgenannten Zweiwegekupplungen 10, 11, 12 und 13.
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Andererseits ist der außere Ring 35 der in 6 gezeigten Zweiwegekupplung 33 in den axialen Richtungen bewegbar gemacht und seine beiden axialen Endabschnitte sind nahe an den Seitenflachen (Stirnflächen) des rechten und linken Zahnrads 31 und 32. Eingriffskupplungen 38 und 39 zum Kämmen miteinander zur Übertragung des Drehmoments sind an den Endabschnitten des äußeren Rings 35 und den zugewandten Seitenflächen der Zahnräder 31 und 32 angebracht. Ferner ist ein Flanschabschnitt 40, der als ein Betätigungsabschnitt zur Bewegung des äußeren Rings 35 vorwärts und rückwärts in den Axialrichtungen dient, so ausgebildet, dass er sich von dem äußeren Ring 35 in den axialen Richtungen auswarts erstreckt. Hierbei sind die Eingriffkupplungen 38 und 39 an den beiden Endabschnitten des äußeren Rings 35 ausgebildet. Alternativ kann ein anderen zylindrisches Element vorgesehen werden, welches einstückig mit dem äußeren Ring 35 drehen und sich in den axialen Richtungen bewegen kann, wobei die Eingriffkupplungen 38 und 39 an den beiden axialen Endabschnitten des zylindrischen Elements angebracht sein können. In dieser Modifikation ist der Flanschabschnitt einstückig mit dem zylindrischen Element ausgebildet.
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Um den Außenumfang des äußeren Rings ist eine Hülse 41 montiert. Diese Hülse 41 ist, wie die Hülse 18 des vorhergehenden spezifischen Ausführungsbeispiels so mit dem äußeren Ring 35 verkeilt, dass sie sich in den axialen Richtungen vorwärts und rückwärts bewegt. Die Hülse 41 ist mit einer Schrägverzahnung 42 an dem Innenumfang eines Endabschnitts versehen, der in den Axialrichtung vorsteht. Ein Armabschnitt 43 erstreckt sich so von dem Halter 37 durch den äußeren Ring 35 zum Innenumfang des Vorsprungs der Hülse 41, dass er mit der Schrägverzahnung 42 kämmt. In dem äußeren Ring 35 ist ferner eine Nut 44 ausgebildet, welche eine vorbestimmte Breite in Umgangsrichtung hat. Der Armabschnitt 43 erstreckt sich durch die Nut 44 und der Halter 37 kann innerhalb eines vorbestimmten Winkels zusammen mit dem Armabschnitt 43 im Bereich der Nut 44 drehen oder schwenken. An dem Außenumfang der Hülse 41 ist ferner ein Eingriffabschnitt 45 ausgebildet, welcher als ein Betätigungsabschnitt zur Bewegung der Hülse 41 vorwärts und rückwärts in den Axialrichtungen dient.
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In der in 6 gezeigten Konstruktion ist folglich die Zweiwegekupplung 33 mit dem Zahnrad 31 auf der rechten Seite in 6 verbunden, wenn der äußere Ring 35 in 6 nach rechts bewegt wird, um seine Eingriffskupplung 38 einzurücken. In diesem Zustand wird die Hülse 41 axial bewegt, um den Halter 37 und die Walzen 36 entweder in die Position ”+” für die Übertragung des Drehmoments vorwärts oder in die Position ”–” für die Ubertragung des Drehmoments rückwärts einzustellen. Somit können das Zahnrad 31 auf der rechten Seite von 6 und die Welle 30 so vorwärts oder rückwärts verbunden werden, um das Drehmoment zu übertragen.
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Wenn der äußere Ring 35 in 6 nach links bewegt wird, um die Eingriffskupplung 39 einzurücken, wird er von dem Zahnrad 31 auf der rechten Seite von 6 getrennt aber mit dem Zahnrad 32 auf der linken Seite von 6 verbunden. In diesem Zustand wird die Hülse 41 axial bewegt, um den Halter 37 und die Walzen 36 entweder in die Position ”+” zur Übertragung des Drehmoments vorwärts oder in die Position ”–” zur Übertragung des Drehmoments rückwärts eingestellt. Somit können das Zahnrad 32 auf der linken Seite von 6 und die Welle 30 so vorwärts oder rückwärts verbunden werden, um das Drehmoment zu übertragen.
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Somit kann mit dem in 6 gezeigten Mechanismus eine Zweiwegekupplung 33 sowohl als Kupplung zur Verbindung des Zahnrads 31 auf der rechten Seite von 6 mit der Welle 30, als auch als eine Kupplung zur Verbindung des Zahnrads 32 auf der linken Seite von 6 mit der Welle 30 verwendet werden. Es ist folglich möglich, die Anzahl von Zweiwegekupplungen auf etwa die Hälfte der Anzahl der Zahnradpaare zum Einstellen der Gangstufen zu reduzieren, wodurch das Getriebe zu niedrigen Kosten klein und leicht gemacht wird.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Sechs-Gang-Getriebes, auf das der vorgenannte in 6 gezeigte Mechanismus angewandt ist. Zwischen einer Eingangswelle 50 und einer Ausgangswelle 51, die parallel zueinander angeordnet sind, ist ein Zahnradpaar für den ersten Gang 52a und 52b, ein Zahnradpaar für den zweiten Gang 53a und 53b, ein Zahnradpaar für den dritten Gang 54a und 54b, ein Zahnradpaar für den vierten Gang 55a und 55b, ein Zahnradpaar für den fünften Gang 56a und 56b sowie ein Zahnradpaar für den sechsten Gang 57a und 57b angeordnet, die verschiedene Übersetzungsverhältnisse haben. Diese Zahnradpaare sind aufeinanderfolgend für den ersten Gang, den vierten Gang, den sechsten Gang, den dritten Gang, den fünften Gang und den zweiten von rechts gesehen in 7 angeordnet. Kurz gesagt, jene Zahnradpaare, die voneinander um mehr als zwei Gangstufen entfernt sind (d. h. Zahnradpaare, die sich um drei Gangstufen unterscheiden) sind benachbart zueinander aufgereiht. Von den einzelnen Zahnradpaaren sind ferner die Antriebszahnräder 52a, 53a, 54a, 55a, 56a und 57a drehbar auf der Eingangswelle 50 angebracht und die Abtriebszahnräder 52b, 53b, 54b, 55b, 56b und 57b sind so auf der Ausgangswelle 51 angebracht, dass sie zusammen damit drehen. Ferner sind Zweiwegekupplungen 33A, 33B und 33C, die mit dem sogenannten Umschaltmechanismus gemäß 6 versehen sind, jeweils zwischen dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 52a und dem angrenzenden Antriebszahnrad des vierten Gangs 53a, zwischen dem Antriebszahnrad des sechsten Gangs 54a und dem angrenzenden Antriebszahnrad des dritten Gangs 55a sowie zwischen dem Antriebszahnrad des fünften Gangs 56a und dem angrenzenden Antriebszahnrad für den zweiten Gang 57a angeordnet.
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Das in 7 gezeigte Getriebe kann sechs Vorwärtsgänge einstellen, indem sechs Zahnradpaare (d. h. die Übertragungsmechanismen gemäß der Erfindung) von dem Zahnradpaar des ersten Gangs 52a und 52b bis zum Zahnradpaar des sechsten Gangs 54a und 54b vorgesehen sind. 8 ist ein Diagram, das die Positionen des äußeren Rings 35, des Halters 37 und der Walzen 36 in den einzelnen Zweiwegekupplungen 33A, 33B und 33C zum Einstellen dieser Gangstufen auflistet. In 8 bedeuten die numerischen Werte in den einzelnen Spalten für den äußeren Ring das Antriebszahnrad, mit dem der äußere Ring verbunden ist. Beispielsweise zeigt ”G1” an, dass der äußere Ring mit dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 52a in Eingriff ist. Andererseits zeigen die Buchstaben ”F” und ”B” in den Spalten für die Walzen die Positionen des Halters und der Walzen zur Bestimmung der Drehmomentübertragungsrichtung an. Die Position ”F” entspricht der vorgenannten Position ”+”, die die Position des Halters und der Walzen zur Übertragung des Drehmoments wiedergibt, wenn der innere Ring oder das antriebsseitige Element relativ zu dem äußeren Ring oder dem abtriebsseitigen Element vorwärts dreht. Andererseits entspricht die Position ”B” der vorgenannten Position ”–”, das die Positionen des Halters und der Walzen zur Übertragung des Drehmoments anzeigt, wenn der innere Ring oder das antriebsseitige Element relativ zu dem äußeren Ring oder dem abtriebsseitigen Element rückwärts dreht.
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Die einzelnen Gangstufen werden kurz beschrieben. Wenn der erste Gang eingestellt werden soll: der äußere Ring in der ersten Zweiwegekupplung 33A wird in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des ersten Gangs 52a gebracht und die Walzen werden zur Übertragung des Drehmoments vorwärts positioniert; der äußere Ring in der zweiten Zweiwegekupplung 33B wird in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des dritten Gangs 55a gebracht und die Walzen werden positioniert, um das Drehmoment rückwärts zu übertragen, und der äußere Ring in der dritten Zweiwegekupplung 33C wird in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des zweiten Gangs 57a gebracht und die Walzen werden positioniert, um das Drehmoment rückwärts zu übertragen. Im Ergebnis ist das Antriebszahnrad des ersten Gangs 52a durch die erste Zweiwegekupplung 33A mit der Eingangswelle 50 verbunden, so dass der erste Gang mit dem Übersetzungsverhältnis entsprechend dem des Zahnradpaares des ersten Gangs 52a und 52b eingestellt ist.
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Wenn die Positionen des Halters und der Walzen in der dritten Zweiwegekupplung 33C von diesem Zustand in jene in der Richtung geändert werden, um das Drehmoment vorwärts zu übertragen, wird das Drehmoment durch die dritte Zweiwegekupplung 33C übertragen und die erste Zweiwegekupplung 33A wird automatisch in Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt. Im Ergebnis wird das Drehmoment durch die dritte Zweiwegekupplung 33C und das Zahnradpaar des zweiten Gangs 57a und 57b von der Eingangswelle 50 zu der Ausgangswelle 51 übertragen, wodurch der zweite Gang mit dem Übersetzungsverhältnis eingestellt ist, das dem des Zahnradpaars für den zweiten Gang 57a und 57b entspricht.
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Wenn die Positionen des Halters und der Walzen in der zweiten Zweiwegekupplung 33B im eingestellten Zustand des zweiten Gangs auf jene in der Richtung zur Übertragung des Drehmoments vorwärts umgeschaltet werden, wird das Drehmoment über die zweite Zweiwegekupplung 33B übertragen und die dritte Zweiwegekupplung 33C wird automatisch in Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt. Im Ergebnis wird das Drehmoment durch die zweite Zweiwegekupplung 33B und das Zahnradpaar des dritten Gangs 55a und 55b von der Eingangswelle 50 auf die Ausgangswelle 51 übertragen, um dadurch den dritten Gang mit dem Übersetzungsverhältnis einzustellen, das dem des Zahnradpaars für den dritten Gang 55a und 55b entspricht. In diesem Zustand des dritten Gangs wird der äußere Ring in der ersten Zweiwegekupplung 33A in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des vierten Gangs 53a gebracht und die Positionen des Halters und der Walzen werden in die Position zur Übertragung des Drehmoments rückwärts eingestellt. Kurz gesagt, es werden Vorbereitungen zum Einstellen des vierten Gangs getroffen.
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Wenn die Positionen des Halters und der Walzen in der ersten Zweiwegekupplung 33A in diesem Zustand in die Richtung geschaltet werden, um das Drehmoment vorwärts zu übertragen, wird das Drehmoment durch die erste Zweiwegekupplung 33A übertragen und die zweite Zweiwegekupplung 33B wird automatisch in einem Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt. Im Ergebnis wird das Drehmoment durch die erste Zweiwegekupplung 33A und das Zahnradpaar des vierten Gangs 53a und 53b von der Eingangswelle 50 auf die Ausgangswelle 51 übertragen, um dadurch den vierten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis einzustellen, das jenem des Zahnradpaars für den vierten Gang 53a und 53b entspricht. In diesem Zustand des vierten Gangs wird der äußere Ring in der dritten Zweiwegekupplung 33C in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des fünften Gangs 56a gebracht und die Positionen des Halters und der Walzen werden in die Position zum Übertragen des Drehmoments rückwärts eingestellt. Kurz gesagt, es werden Vorbereitungen zum Einstellen des fünften Gangs getroffen.
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Wenn die Positionen des Halters und der Walzen in der dritten Zweiwegekupplung 33C in diesem Zustand des vierten Gangs auf jene in der Richtung zum Übertragen des Drehmoments vorwärts umgeschaltet werden, wird das Drehmoment durch die dritte Zweiwegekupplung 33C übertragen und die erste Zweiwegekupplung 33A wird automatisch in Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt. Im Ergebnis wird das Drehmoment durch die dritte Zweiwegekupplung 33C und das Zahnradpaar des fünften Gangs 56a und 56b von der Eingangswelle 50 auf die Ausgangswelle 51 übertragen, um dadurch den fünften Gang mit einem Übersetzungsverhältnis einzustellen, das dem des Zahnradpaars für den fünften Gang 56a und 56b entspricht. In diesem Zustand des fünften Gangs wird der äußere Ring in der zweiten Zweiwegekupplung 33B in Eingriff mit dem Antriebszahnrad des sechsten Gangs 54a gebracht und die Positionen des Halters und der Walzen werden in die Position zum Übertragen des Drehmoments rückwärts eingestellt. Kurz gesagt, es werden Vorbereitungen zum Einstellen des sechsten Gangs getroffen.
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Wenn die Positionen des Halters und der Walzen in der zweiten Zweiwegekupplung 33B in diesem Zustand des fünften Gangs, der für den sechsten Gang vorbereitet ist, in der Richtung zum Übertragen des Drehmoments vorwärts umgeschaltet werden, wird das Drehmoment durch die zweite Zweiwegekupplung 33B übertragen und die dritte Zweiwegekupplung 33C wird automatisch in Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt oder getrennt. Im Ergebnis wird das Drehmoment durch die zweite Zweiwegekupplung 33B und das Zahnradpaar des sechsten Gangs 54a und 54b von der Eingangswelle 50 auf die Ausgangswelle 51 übertragen, um dadurch den sechsten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis einzustellen, das dem des Zahnradpaars für den sechsten Gang 54a und 54b entspricht.
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Hierbei können im Fall des Herunterschaltens die Vorgänge ausgeführt werden, die gegenüber den vorgenannten Schaltvorgängen umgekehrt sind. Wenn die Motorbremse in jeder Gangstufe ausgeführt werden soll, werden die Positionen des Halters und der Walzen der Zweiwegekupplung, welche das Drehmoment in dem Antriebszustand übertragen, von der Position ”F” in die Position ”B” umgekehrt, um dadurch ein Schalten in den Zustand zum Einstellen einer um einen Gang niedrigeren Gangstufe auszuführen.
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Folglich kann auch das Getriebe mit der in 7 gezeigten Konstruktion die Gangwechsel ohne jegliche Zugkraftunterbrechung ausführen, ohne eine Leistung wie einen hydraulischen Druck zum Einstellen/Halten der Gangstufe zu erfordern, wodurch der Leistungsverlust verhindert ist. Zudem sind sechs Zahnradpaare oder Übertragungsmechanismen entsprechend der Anzahl von Gangstufen vorgesehen, jedoch reicht die halbe Anzahl oder drei Sätze vorzusehender Zweiwegekupplungen aus. Folglich kann die erforderliche Anzahl von Zweiwegekupplungen reduziert werden, um zu geringen Kosten ein kleines und leichtes Getriebe zu schaffen.
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In dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zweiwegekupplungen zwischen der Eingangswelle und den Antriebszahnrädern vorgesehen. Alternativ kann die Konstruktion so modifiziert werden, dass die Zweiwegekupplungen zwischen den Abtriebszahnrädern und der Ausgangswelle angeordnet sind.
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In der Zweiwegekupplung 33, die den in 6 gezeigten Aufbau hat, bewegt sich der äußere Ring 35 in den Axialrichtungen vorwärts und rückwarts, so dass der Arretiermechanismus zum Halten der Hülse 41 in der vorbestimmten Position nicht zwischen der Hülse 41 und dem äußeren Ring 35 angeordnet werden kann. In diesem Fall kann folglich ein bewegbares Element 60 vorgesehen werden, welches den in 9A und 9B gezeigten Aufbau hat. Dieses bewegbare Element 60 ist ein platten- oder blockförmiges Element, welches sich durch den Halter 37 in den Axialrichtungen vorwärts und rückwärts bewegen kann. Dieses bewegbare Element 60 ist an einer Seitenfläche an seiner Führungsseite mit einer flachen Fläche ausgebildet, welche in einer Umfangsrichtung bezüglich der Mittellinie entlang der Achse versetzt ist und sich in der Axialrichtung erstreckt. Der Abschnitt, der sich von der flachen Fläche erstreckt, ist mit einer Schräge ausgebildet, die allmählich in Umfangsrichtung zur hinteren Endseite verläuft. Die andere Seitenfläche auf der hinteren Endseite ist als eine flache Fläche ausgebildet, die in der anderen Umfangsrichtung bezüglich in der Mittellinie entlang der Achse versetzt ist und sich der Axialrichtung erstreckt. Der Abschnitt, der sich von dieser flachen Fläche erstreckt, ist als eine Schräge ausgebildet, die von dem hinteren Ende allmählich gegen diese Umfangsrichtung verläuft. Dieses bewegbare Element 60 hat eine punktsymmetrische Form, wie in einer Draufsicht in 9A und 9B zu sehen ist.
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Ferner hat eine Öffnung 37A, durch die das bewegbare Element 60 den Halter 37 passieren kann, eine Breite, die im Wesentlichen gleich der des bewegbaren Elements 60 gewählt ist. An der hinteren Endseite des bewegbaren Elements 60 ist ein Druckelement 61 angeordnet, welches sich in den Axialrichtungen vorwärts und rückwarts bewegen kann. Ein elastisches Element 62 ist zwischen dem Druckelement 61 und dem bewegbaren Element 60 angeordnet. Mit anderen Worten, die Druckkraft und die Zugkraft durch das Druckelement 61 werden durch das elastische Element 62 auf das bewegbare Element 60 übertragen.
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9A zeigt den Zustand, in welchem das bewegbare Element 60 zum vorderen Ende bewegt ist, und 9B zeigt den Zustand, in welchem das bewegbare Element 60 zum hinteren Ende bewegt ist. In jedem dieser Fälle ist die Kante der Öffnung 37A des Halters 37 in Anlage mit dem flachen Flächenabschnitt der Führungs- oder Folgeseite des bewegbaren Elements 60. Dieses bewegbare Element 60 kann sich nur in den Axialrichtungen des Halters 37 bewegen, und sein flacher Flächenabschnitt liegt ihm in Umfangsrichtung gegenüber. Auch wenn eine Druckkraft von dem Halter 37 auf das bewegbare Element 60 wirkt, ist das bewegbare Element 60 folglich keiner Last zu seiner Axialbewegung unterworfen, so dass das bewegbare Element 60 und der Halter 37 in vorbestimmten Positionen fixiert sind, die in 9A und 9B gezeigt sind. Kurz gesagt, die jeweiligen flachen Flächenabschnitte bilden eine Haltefläche 60A in der Erfindung.
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Wenn das Druckelement 61 von dem in 9A gezeigten Zustand vorwärts bewegt wird, um das bewegbare Element 60 in 9A bspw. nach links zu bewegen, kommt die bezüglich der Haltefläche 60A gegenüberliegende, gegen die Kante der Öffnung 37A des Halters 37 anliegende Schräge in Anlage mit der anderen Kante der Öffnung 37A, so dass die Schräge den Halter 37 in Umfangsrichtung durch die berührende Kante schiebt, wenn sich das bewegbare Element 60 weiter fortbewegt. Im Ergebnis bewegen sich der Halter 37 und die durch letzteren gehaltenen Walzen in Umfangsrichtung bezüglich des äußeren Rings 35 in Übereinstimmung mit dem Vorschub des bewegbaren Elements 60, wodurch die Drehmomentübertragungsrichtung in der Zweiwegekupplung 33 umgekehrt wird.
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Wenn der in 9A und 9B gezeigte Mechanismus verwendet wird, können folglich der Halter und die Walzen in den Positionen zum Einstellen der vorbestimmten Drehmomentübertragungsrichtung gehalten werden, ohne dass irgendein spezieller Arretiermechanismus verwendet wird. Im Ergebnis ist es möglich, den Gesamtaufbau des Getriebes zu vereinfachen. Zudem müssen das bewegbare Element zum Drehen mit dem Halter, das Druckelement und das Betätigungselement zum Bewegen der vorgenannten Elemente vorwärts und rückwärts nicht stets in Kontakt gehalten werden, so dass jedwede überflüssige Reibung oder Abrieb vermieden werden können.
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Nun wird die Beziehung zwischen der Erfindung und den vorgenannten spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Die einzelnen Zahnradpaare, die zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet sind, entsprechen dem Übertragungsmechanismus gemäß der Erfindung. Die Hülsen 18 und 41 zum Drehen der Halter der Zweiwegekupplungen in der Umfangsrichtung und das bewegbare Element 60 entsprechen dem Auswahlmechanismus gemäß der Erfindung. Insbesondere entspricht die in 5A und 5B gezeigte Hülse 18 dem bewegbaren Element gemäß der Erfindung. Ferner entsprechen die Eingriffskupplungen 38 und 39, die auf den Seitenflächen des äußeren Rings 35 und der Zahnräder 31 und 32 ausgebildet sind, wie in 6 gezeigt ist, dem selektiven Kopplungsmechanismus. Ferner entspricht das in 9A und 9B gezeigte bewegbare Element 60 dem bewegbaren Element gemäß der Erfindung.
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In den vorhergehenden spezifischen Ausführungsbeispielen sind die Übertragungsmechanismen, die die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse haben, als Zahnradpaare aufgebaut. Jedoch sollte die Erfindung nicht auf jene spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Die Übertragungsmechanismen mit den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen können aus Reibrädern, Riemenübertragungsmechanismen, Fluidübertragungsmechanismen oder Übertragungsmechanismen unter Verwendung eines viskosen Fluids aufgebaut sein. Andererseits ist die Anwendung der Erfindung nicht auf ein Fahrzeug beschränkt, das eine Brennkraftmaschine als Antriebsmaschine verwendet, sondern sie kann auch auf ein Getriebe eines Elektrofahrzeugs angewandt werden, das einen Elektromotor als die Antriebsmaschine verwendet, oder auch auf ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor als die Antriebsmaschine verwendet.
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Nun werden die Vorteile beschrieben, die durch die Erfindung erreicht werden konnen. Gemäß der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben wurde, wird die Zweiwegekupplung für den vorbestimmten Übertragungsmechanismus in dem Zustand zur Übertragung des Drehmoments vorwärts eingestellt. Wenn ein Hochschalten ausgehend von diesem Zustand ausgeführt wird, d. h. wenn das Drehmoment zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle durch den Übertragungsmechanismus mit einem kleinen Übersetzungsverhältnis übertragen wird, wird die bisher eingerückte Zweiwegekupplung dann in Antwort auf die Änderung des Drehmoments ausgerückt oder getrennt, so dass ein Gangwechsel erreicht werden kann. Insbesondere wird der Gangwechsel durch die Änderung des Drehmoments ohne jedwede Zugkraftunterbrechung erreicht. Im Ergebnis ist es möglich, den Fahrkomfort und die Fahrbarkeit des Fahrzeugs zu verbessern. Andererseits behält die Zweiwegekupplung ihren eingerückten Zustand in Übereinstimung mit der Wirkrichtung des Drehmoments, wodurch ein Leistungsverbrauch zum Halten des Übersetzungsverhältnisses verhindert ist.
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Ferner wird gemäß der Erfindung zusätzlich zu den vorhergehenden Vorteilen der vorgenannte Umschaltmechanismus vorwärts oder rückwarts in die Axialrichtungen bewegt, so dass der Halter oder die Übertragungselemente um den vorbestimmten Winkel verdreht werden. Im Ergebnis wird die Drehmomentübertragungsrichtung in der Zweiwegekupplung verändert, um einen Gangwechsel zu erreichen. Ferner sind diese Bewegungen in der Axialrichtung ähnlich oder gleich jenen der Vorgänge in dem herkömmlichen manuellen Getriebe oder dem halbautomatischen Getriebe zum Schalten des Synchronisierers. Folglich kann der aus dem Stand der Technik bekannte Mechanismus zum Schalten des Synchronisierers in einen Mechanismus für die Schaltvorgänge umgewandelt werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Herstellungskosten für das Getriebe zu senken.
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Ferner ist gemäß der Erfindung das bewegbare Element, das mit dem Halter gekoppelt ist, in der ersten Position und in der zweiten Position durch den Arretiermechanismus gehalten, so dass der Halter in der Position zur Übertragung des Drehmoments vorwärts und in der Position zur Übertragung des Drehmoments rückwärts gehalten ist. Nachdem der Halter in eine der Positionen eingestellt ist, ist es folglich unnötig, die Betätigungskraft kontinuierlich aufzubringen. Im Ergebnis ist es möglich, den Reibkontakt zwischen dem bewegbaren Element und dem Element zur axialen Bewegung des letzteren zu vermeiden, wodurch ein Leistungsverlust oder ein Verschleiß von vorne herein verhindert ist.
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Gemäß der Erfindung ist eine vorbestimmte Zweiwegekupplung wahlweise mit den Übertragungsmechanismen durch den selektiven Kopplungsmechanismus gekoppelt, so dass sie an der Drehmomentübertragung durch diese Übertragungsmechanismen teilnimmt. Folglich kann eine Zweiwegekupplung gemeinsam von den Übertragungsmechanismen genutzt werden. Folglich ist es möglich, die Anzahl erforderlicher Zweiwegekupplungen kleiner zu machen als die Anzahl der Übertragungsmechanismen, d. h. die Anzahl einzustellender Übersetzungsverhältnisse, wodurch das Getriebe zu niedrigeren Kosten kleiner und leichter gemacht werden kann.
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Gemäß der Erfindung ist ferner die Haltefläche in dem bewegbaren Element zum Empfangen der Last von dem Halter eine Fläche, die einer Richtung gegenüberliegt, die parallel zur tangentialen Richtung des Halters ist, d. h. eine Fläche entlang der Richtungen parallel mit den axialen Richtungen. Folglich wird eine Last oder Kraft zur axialen Bewegung des bewegbaren Elements nicht von dem Halter auf das bewegbare Element aufgebracht. Ohne jedwede kontinuierliche Anwendung der Betätigungskraft auf das bewegbare Element kann folglich der Halter in einer vorbestimmten Position der Drehmomentübertragungsrichtung gehalten werden. Somit kann der Reibkontakt zwischen dem bewegbaren Element und dem Element zur axialen Bewegung des letzteren vermieden werden, um einen Leistungsverlust und Abrieb von vorne herein zu vermeiden.
