DE102004054723A1

DE102004054723A1 - Gangwechselkupplung mit Wälzkugeln

Info

Publication number: DE102004054723A1
Application number: DE200410054723
Authority: DE
Inventors: Andreas MÜLLER
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gangwechselkupplung. Um Gangspringer zu verhindern, ist eine Führung der Schiebemuffe gegenüber dem Gleichlaufkörper mittels Wälzkugeln vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem einteiligen Patentanspruch 1 eine Gangwechselkupplung mit Wälzkugeln.

Aus der DE 100 59 417.4 A1 ist eine gangsprungsichere Formschlusskupplung bekannt, die zur Verwirklichung der Gangsprungsicherheit eine Verriegelung mit Wälzkugeln vorsieht.

Aus der gattungsfremden DE 37 01 989 A1 ist bereits Kupplung mit einer Schaltmuffe bekannt, mit welcher eine Differentialsperre schaltbar ist. Diese Kupplung weist bereits Wälzkugeln auf.

Ferner zeigt die DE-OS 28 42 701 bereits eine Reibungskupplung für Bootsgetriebe. Diese Reibungskupplung weist Wälzkörper auf.

Aus der DE 201 18 907 U1 ist bereits eine Parksperre mit Schiebemuffe und Gleichlaufkörper bekannt, bei welcher Wälzkugeln zwischen Schiebemuffe und Gleichlaufkörper Anwendung finden.

In G. Lechner, Fahrzeuggetriebe, Springer-Verlag 1994, Seite 233 bis 241 sind Gangwechselkupplungen nach dem System Borg-Warner beschreiben. Bei diesen Gangwechselkupplungen läuft die Schiebemuffe zahnflankenzentriert auf dem Gleichlaufkörper. In der Schaltstellung kommt es beim Lastwechsel im Rückwärtsgang zur Schub- und Zuglastigkeit. Dabei wird die Schiebemuffe durch die Schrägverzahnung des Losrades und der Kraftwechselumkehrrichtung von der Schubflanken- auf die Zugflankenseite der Hinterlegung bewegt. Die Oberfläche und die Formgenauigkeit der Schiebeverzahnung wirkt dabei erheblich auf den Schaltvorgang ein. Formfehler und Rauhigkeit der Zahnoberfläche sind maßgebliche Größen für eine schnelle und sichere Führung der Schiebemuffe beim Lastwechsel. Je nach Ausführungsqualität innerhalb des Toleranzspektrums beeinflussen die besagten Größen den vorgenannten Ablauf erheblich, was im Extremfall zum Gangspringen im Schubbetrieb führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gangwechselkupplung zu schaffen, die insbesondere im Schubbetrieb das Herausspringen eines Ganges – insbesondere des Rückwärtsganges – verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind dazu Wälzkugeln vorgesehen. Die Wälzkugeln liegen in den Zahnzwischenräumen von Axialverzahnungen von Gleichlaufkörper und Schiebemuffe an den Zahnflanken an und führen die Schiebemuffe wälzgelagert linear. Dabei können die Wälzkugeln sowohl in Ausnehmungen der Zähne des Gleichlaufkörpers als auch in Ausnehmungen der Zähne der Schiebemuffe angeordnet sein. Somit erfolgt eine sehr genaue Position im Zentrum der Bewegungsabläufe. Gangspringer werden in vorteilhafter Weise sicher ausgeschlossen, da die Schiebemuffe im Gegensatz zu üblichen Gangschaltkupplungen nicht unmittelbar zahnflankenzentriert, sondern über die Wälzkugeln auf dem Gleichlaufkörper läuft.

Ferner weist die wälzgelagerte Führung nur wenig Reibung auf.

Da zumindest drei Wälzkugeln vorgesehen sind, kann mit einer zumindest einigermaßen gleichmäßigen Verteilung dieser drei drei Wälzkugeln sichergestellt werden, dass die Schiebemuffe auf dem Gleichlaufkörper nicht kippen oder verkanten kann.

Eine zusätzliche Kippsicherheit bringt die axial versetzte Anordnung der Wälzkugelposition in der Schiebemuffe oder umgekehrt im Gleichlaufkörper mit sich. D.h. die Position der Wälzkugeln auf dem Durchmesser bezogen in Axialrichtung erfolgt in zumindest zwei Ebenen. Somit ist sichergestellt, dass zumindest zwei Kugelbahnlinien mit größtmöglichen Abstand unter maximaler Bahnlänge entstehen, in welcher die Wälzkugeln laufen. Die Schiebemuffe wird dadurch reibungsoptimiert und zentriert sicher auf dem Gleichlaufkörper geführt.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind in den Zahnflanken eine oder mehrere Vertiefungen vorgesehen, mit denen die Schiebmuffe gegenüber dem Gleichlaufkörper in bestimmten Positionen rastiert werden kann. Damit übernehmen dann die Wälzkugeln eine Doppelfunktion. D.h. einerseits wird zentriert und andererseits wird rastiert.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine funktionell schematisierte Ansicht auf eine Gangwechselkupplung mit einem Detail im Bereich von Wälzkugeln und
2 eine Schiebemuffe der Gangwechselkupplung aus 1 in einer Schnittebene, die entlang Linie II-II aus 1 verläuft, wobei in einem Detailausschnitt ein Funktionsbereich einer Wälzkugel dargestellt ist.
1 zeigt eine funktionell schematisierte Ansicht auf eine Gangwechselkupplung mit einem ausgebrochenem Detail im Bereich von Wälzkugeln 1, 2. Die Gangwechselkupplung ist nach dem System Borg-Warner aufgebaut, welches unter anderem G. Lechner, Fahrzeuggetriebe, Springer-Verlag 1994, Seite 233 bis 241 entnommen werden kann. Die Gangwechselkupplung weist einen Synchronkörper bzw. Gleichlaufkörper 3 auf, der drehfest mit der zu koppelnden Welle verbunden ist, welche nicht näher dargestellt ist und radial innen liegt. Der Gleichlaufkörper 3 weist eine äußere Axialverzahnung mit Zahnzwischenräumen 4 auf, die durch benachbarte Zahnflanken 5, 6 begrenzt sind. Die beiden einem Zahn 7 zugehörigen Zahnflanken 5, 6 verjüngen sich in die auf den Zahnkopf 8 weisenden Richtung.
In die Zahnzwischenräume 4 greifen Zähne 9 einer Axialverzahnung einer Schiebemuffe 10 ein, die in 2 in einer Schnittebene ersichtlich ist, welche entlang einer Linie II-II aus 1 verläuft.
In einem Winkel von 120° sind drei Paarungen der Wälzkugeln 1, 2 angeordnet, die in Ausnehmungen der Zähne 9 der äußeren Axialverzahnung eingesetzt sind. Radial außen stützt sich jeweils eine Druckfeder 11, 12 an den Wälzkugeln 1, 2 ab. Diese Druckfedern 11, 12 sind in zylindrische Bohrungen 13, 14 eingesetzt, die sich in der radial von den Wälzkugeln 1,2 weg weisenden Richtung durch die Schiebemuffe 10 erstrecken. Diese Druckfedern 11, 12 sind vorgespannt und stützen sich radial außen an einem Ring 15 ab, der über die Schiebemuffe 10 geschoben ist und fest mit dieser verbunden ist. Zur Herstellung der festen Verbindung zwischen dem Ring 15 und der Schiebemuffe 10 kann eine Schraubverbindung, eine geklebte Schraubverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Pressverbindung vorgesehen sein. Die zylindrische Bohrung 13 bzw. 14 kann in einem Bearbeitungsschritt mit der Ausnehmung gebohrt werden. Jedoch ist es ebenso möglich, die Bohrung 13 bzw. 14 und/oder die Ausnehmung zu fräsen.
Wie in 2 ersichtlich, sind die Bohrung 13 bzw. 14, die Ausnehmung und die Wälzkugel 1 bzw. 2 mit voneinander abweichenden Maßen 16, 17 von der einen Stirnkante 18 der Schiebemuffe 10 axial entfernt. Dadurch sind die drei Paarungen von Wälzkugeln 1, 2 auf zwei Ebenen 19, 20 verteilt, die bezüglich einer Zentralachse 21 der Gangwechselkupplung axial versetzt zueinander liegen. Bei der Verteilung der Wälzkugeln 1, 2 auf Ebenen 19, 20 der Schiebemuffe 10 können alternativ auch mehr als zwei Ebenen konstruktiv vorgesehen sein. Ferner können in einer alternativen Ausgestaltung auch mehr als sechs Wälzkugeln und mehr als drei Paarungen vorgesehen sein. Die Verteilung der Paarungen muss nicht unbedingt umfangsmäßig gleichmäßig erfolgen.
Die Ebene, in welcher die Zentralachse 21 der Gangwechselkupplung und das Wälzkugelzentrum 22 liegt, wird im Folgenden als Wälzkugelebene bezeichnet. Die Wälzkugelebenen 23, 24 der beiden einer Paarung zugehörigen Wälzkugeln 1, 2 weisen im wesentlichen den gleichen Winkel α = β zu einer Druckstücklängsebene 25 auf. D.h. die Druckstücklängsebene 25 liegt mittig zwischen den beiden Wälzkugelebenen 23, 24 einer Paarung. Die Druckstücklängsebene 25 verläuft mittig entlang der Zentralachse 21 durch ein nicht näher dargestelltes Druckstück. Ein solches Druckstück generell ist in dem eingangs genannten G. Lechner, Fahrzeuggetriebe, Springer-Verlag 1994, Seite 233 bis 241 erläutert.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Gangwechselkupplung mit einem Gleichlaufkörper (3) mit einer äußeren Axialverzahnung, in die eine innere Axialverzahnung einer koaxial angeordneten Schiebemuffe (10) eingreift, so dass der Gleichlaufkörper (3) und die Schiebemuffe (10) axialverschieblich zueinander sind, wobei zur Reduktion des Drehspieles der Schiebemuffe (10) gegenüber dem Gleichlaufkörper (3) druckfederbelastete Wälzkugeln (1, 2) vorgesehen sind, die in Ausnehmungen von zumindest drei Zähnen (7) der einen Axialverzahnungen (innere bzw. äußere) angeordnet sind wobei jede der Wälzkugeln (1, 2) beidseitig an Zahnflanken (5, 6) der anderen Axialverzahnungen (äußere bzw. innere) anliegt.
Gangwechselkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Wälzkugeln auf zumindest zwei Ebenen (19, 20) verteilt sind, die bezüglich einer Zentralachse (21) der Gangwechselkupplung axial versetzt zueinander liegen.
Gangwechselkupplung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralachse (21) senkrecht auf den beiden Ebenen (23, 24) steht.
Gangwechselkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt sechs Wälzkugeln (1, 2) vorgesehen sind, von denen zwei Wälzkugeln (1, 2) jeweils eine Paarung bilden, wobei diese beiden Wälzkugeln (1, 2) einer Paarung in zwei axial bezügliche der Zentralachse (21) beabstandeten Ebenen (23, 24) liegen.
Gangwechselkupplung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzkugeln (1, 2) einer Paarung beidseitig einer Mittelebene (25) liegen und in einem Winkel von mindestens 1° – insbesondere mindestens 3° – beabstandet zu dieser Mittelebene (25) liegen, wobei die Zentralachse (21) der Gangwechselkupplung in der Mittelebene (25) liegt.
Gangwechselkupplung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mittelebene (25) ferner die Zentralachse eines Druckstückes liegt, so dass die Mittelebene (25) gemeinsam von der Zentralachse des Druckstückes und der Zentralachse (21) der Gangwechselkupplung aufgespannt wird.
Gangwechselkupplung nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass drei Mittelebenen (25) in einem gleichmäßigen Winkel (120°) zueinander aufgespannt sind.
Gangwechselkupplung nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wälzkugeln (1, 2) zumindest einer Paarung bezüglich des Winkels (α = β) den gleichen Abstand zur Mittelebene (25) aufweisen.
Gangwechselkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbelastung der Wälzkugeln (1, 2) radial nach innen gerichtet ist und mittels Schraubendruckfedern (11, 12) erfolgt, die in Ausnehmungen der Schiebemuffe (10) angeordnet sind.
Gangwechselkupplung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubendruckfedern (11, 12) radial außen an einem Ring (15) abstützt sind, der koaxial auf die Schiebemuffe (10) aufgeschoben ist.