DE102007037516A1

DE102007037516A1 - Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007037516A1
Application number: DE200710037516
Authority: DE
Inventors: Carsten Rheinsberg; Markus Schleef; Harald Schreiber; Bernard Stasch
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (2), einem Zahnräderwechselgetriebe (3) und einem abtriebsseitigen Strangbereich (4), wobei das Zahnräderwechselgetriebe (3) eine Synchronisiereinrichtung (5) aufweist, mit der mindestens ein Losrad (6, 7) relativ zu einer Welle (8) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, und wobei die Synchronisiereinrichtung (5) zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad (6, 7) und Welle (8) eine auf der Welle (8) axial verschiebliche, jedoch drehfest gelegte Schiebemuffe (9) umfasst. Um einen einfachen Aufbau des Antriebsstranges und insbesondere des Zahnräderwechselgetriebes zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass an der Schiebemuffe (9) und an dem Losrad (6, 7) jeweils zusammenwirkende kegelförmig ausgebildete Abschnitte (10, 11, 12, 13) angeordnet sind, wobei der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (10, 12) der Schiebemuffe (9) und/oder der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (11, 13) des Losrads (6, 7) mit einem Reibbelag versehen ist und wobei die durch das Zusammenwirken der kegelförmig ausgebildeten Abschnitte (10, 11, 12, 13) hergestellte reibschlüssige Verbindung zwischen einem Losrad (6, 7) und der Schiebemuffe (9) frei von formschlüssigen Elementen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor, einem Zahnräderwechselgetriebe und einem abtriebsseitigen Strangbereich, wobei das Zahnräderwechselgetriebe eine Synchronisiereinrichtung aufweist, mit der mindestens ein Losrad relativ zu einer Welle wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, und wobei die Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad und Welle eine auf der Welle axial verschiebliche, jedoch drehfest gelegte Schiebemuffe umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Antriebsstränge der genannten Art sind bekannt. Zum Schalten des Zahnräderwechselgetriebes sind dort Synchronisiereinrichtungen vorhanden, die zum Schalten von Gangrädern dienen. Dabei wird bei einer weit verbreiteten Art der Einrichtung eine Anordnung von Synchronringen einem Gangrad zugeordnet. Die Anordnung hat mindestens zwei und häufig drei Synchronringe, nämlich einen Synchron-Innenring, einen Synchron-Außenring und einen dazwischen angeordneten Synchron-Zwischenring.
Die Synchronringe sind längs der Drehachse der Getriebewelle bzw. längs der Drehachse der Synchronringe so ineinander geschoben, dass der Synchron-Außenring den Synchron-Innenring in Umfangsrichtung umfasst. Jeder Synchronring weist mindestens eine Ringfläche auf, mit der während der Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle mit den Drehzahlen der zu schaltenden Gangräder ein reibschlüssiger Kontakt zu einer weiteren Ringfläche hergestellt wird. Jede der Reibflächen liegt an einem der Synchronringe einer Reibfläche eines anderen Synchronringes gegenüber. Ist durch den reibschlüssigen Kontakt eine Angleichung der Drehzahlen von Getriebewelle und Gangrad erreicht, greifen zahnradartig ausgebildete Abschnitte am Gangrad, an den Synchronringen und an der Getriebewelle ineinander und stellen einen formschlüssigen Verbund her.
Beispiele für eine solche Synchronisiereinrichtung sind in der EP 0 897 068 B1 , in der EP 0 907 838 B1 , in der DE 4324815 A1 , in der DE 4324814 A1 und in der DE 195 06 988 A1 beschrieben.
Nachteilig ist bei diesen vorbekannten Vorrichtungen, dass sie relativ viele Bauteile aufweisen, die zum Teil relativ aufwändig gefertigt werden müssen. Dies gilt insbesondere für die mit Verzahnungen ausgestatteten Bauteile. Die Fertigung der präzisen Form der Verzahnungen ist aufwändig und damit teuer. Weiterhin haben vorbekannte Lösungen häufig ein relativ hohes Gewicht. Schließlich ist oft auch ein hoher Abstimmungsaufwand erforderlich, um die Synchronisiereinrichtung präzise betreiben zu können. Das Vorhandensein einer Schalt- bzw. Anfahrkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor des Antriebsstranges und dem Schaltgetriebe ist zwingend, um während des Synchronisiervorgangs die Drehmomentübertragung unterbrechen zu können.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine Vereinfachung des Antriebskonzepts erreicht werden kann, wobei insbesondere die Synchronisiereinrichtung mit weniger Bauteilen auskommt und der Synchronisiervorgang mit einer vereinfachten Funktion bewerkstelligen werden kann. Dies soll insbesondere in automatisierten Schaltgetrieben von Fahrzeugen nutzbar sein. Dabei sollen die benötigten Bauteile möglichst einfach ausgestaltet sein, um sie preiswert herstellen zu können. Dennoch soll reproduzierbar eine Drehzahldifferenz zwischen zwei Bauteilen ausgeglichen und die drehmomentübertragende Verbindung zwischen einem Losrad und einer Welle geschaltet werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Schiebemuffe und an dem Losrad jeweils zusammenwirkende kegelförmig ausgebildete Abschnitte angeordnet sind, wobei der kegelförmig ausgebildete Abschnitt der Schiebemuffe und/oder der kegelförmig ausgebildete Abschnitt des Losrads mit einem Reibbelag versehen ist und wobei die durch das Zusammenwirken der kegelförmig ausgebildeten Abschnitte hergestellte reibschlüssige Verbindung zwischen einem Losrad und der Schiebemuffe frei von formschlüssigen Elementen ist.
Dabei ist bevorzugt die Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und Schaltgetriebe frei von einer Schaltkupplung.
Der kegelförmig ausgebildete Abschnitt des Losrads hat vorzugsweise eine radial nach außen gerichtete Oberfläche. Der kegelförmig ausgebildete Abschnitt der Schiebemuffe hat dann eine radial nach innen gerichtete Oberfläche.
Der Kegelwinkel der kegelförmig ausgebildeten Abschnitte ist mit besonderem Vorteil kleiner oder gleich dem Reibwinkel der Reibpaarung zwischen Losrad und Schiebemuffe.
Die Schiebemuffe hat vorzugsweise eine Innenverzahnung, die auf einer Außenverzahnung der Welle angeordnet ist. Ferner kann die Schiebemuffe an ihrem Außenumfang eine Schaltgabelnut aufweisen.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Antriebsstranges kann insbesondere bei der Nutzung in einem Kraftfahrzeug ein vereinfachter Aufbau verwirklicht werden. Es wird möglich, hinsichtlich des Zahnräderwechselgetriebes und dessen Synchronisiereinrichtung auf den Einsatz komplexer verzahnter Bauteile verzichten zu können. Die vorgeschlagene Anordnung baut relativ klein (Entfall von Synchronringen und Kupplungskörpern), so dass insgesamt eine kompakte Bauweise ermöglicht wird, die auch relativ leicht ist.
Sehr vorteilhaft ist eine Auslegung der Konuswinkel kleiner als der Selbsthemmungswinkel der Reibpaarung.
Es wird also eine Vereinfachung und Reduzierung der Bauteile erreicht, was zu einer vorteilhaften Kostenreduzierung führt.
Besonders vorteilhaft ist, dass grundsätzlich auf den Einsatz einer Anfahrkupplung (Schaltkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Zahnräderwechselgetriebe) verzichtet werden kann.
Bei entsprechender Anordnung der Gangräder des Zahnräderwechselgetriebes ist eine Schaltung ohne Zugkraftunterbrechung möglich. Hierfür ist ein Doppelkupplungskonzept erforderlich. Hierzu werden die Gangräder des ersten und dritten Ganges bzw. des zweiten und vierten Ganges usw. entsprechend gegenübergestellt.
Die Toleranzkette ist im Vergleich mit vorbekannten Lösungen kürzer. Die Montage ist in einfacher Weise möglich. Auch ist eine asymmetrische Auslegung möglich.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch den Aufbau eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs und
2 eine geschnittene perspektivische Ansicht einer Synchronisiereinrichtung mit zwei Losrädern auf einer Welle.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist – sehr schematisch dargestellt – ein Antriebsstrang 1 eines Personenkraftfahrzeugs zu sehen. Er hat einen Verbrennungsmotor 2, der über einen Wellenabschnitt 17 mit einem Zahnräderwechselgetriebe 3 verbunden ist. Die Verbindung zwischen Verbrennungsmotor 2 und Zahnräderwechselgetriebe 3 ist frei von einer Schalt- bzw. Anfahrkupplung. Hinter dem Zahnräderwechselgetriebe 3 schließt sich ein abtriebsseitiger Strangbereich 4 in bekannter Weise an, wobei nur schematisch eine Gelenkwelle 18, ein Hinterachsgetriebe 19 und zwei Hinterräder 20 dargestellt sind.
In 2 ist eine Synchronisiereinrichtung 5 zu sehen, die Bestandteil des Zahnräderwechselgetriebes 3 ist. Auf einer Welle 8 (Getriebewelle) sind hier zwei Losräder 6 und 7 angeordnet, die relativ zur Welle 8 drehbar angeordnet sind. Hierfür sind Nadellager 21 vorgesehen, die das Losrad 6, 7 auf der Welle 8 lagern. Zur Schaltung eines der beiden Losräder 6, 7 mit der Welle 8, d. h. zur Herstellung eines drehfesten Verbunds zwischen einem der Lösräder 6, 7 und der Welle 8, wird eine Schiebemuffe 9 betätigt. Die Schiebemuffe 9 sitzt drehfest, jedoch axial verschieblich auf der Welle 8, wozu die Welle 8 eine Außenprofilierung in Form einer Außenverzahnung 15 aufweist und die Schiebemuffe 9 an ihrem Sitz auf der Welle 8 eine kongruente Innenverzahnung 14. Zur axialen Bewegung der Schiebemuffe 9 greift eine nicht dargestellte Schaltgabel in eine Schaltgabelnut 16 am Außenumfang der Schiebemuffe 9 in bekannter Weise ein.
Zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen Welle 8 und Losrad 6, 7 müssen die beiden Bauteile zunächst in Gleichlauf gebracht werden, d. h. ein Synchronisiervorgang muss stattfinden. Hierfür ist folgende Ausgestaltung der Einrichtung 5 vorgesehen:
An der Schiebemuffe 9 sind sich in axiale Richtung erstreckende kegelförmig ausgebildete Abschnitte 10 und 12 angeformt. Diese Abschnitte werden durch einen hülsenförmigen Teil der Schiebemuffe 9 gebildet, wobei die Kegelform eine radial nach innen gerichtete Oberfläche aufweist.
Jedes Losrad 6, 7 hat indes einen ebenfalls sich axial erstreckenden kegelförmigen Abschnitt 11, 13, wobei hier die Kegelfläche radial nach außen gerichtet ist. Zumindest eine der kegeligen Oberflächen der Abschnitte 10, 11, 12, 13 ist mit einem Reibbelag versehen. Bevorzugt ist der Reibbelag an den kegelförmigen Abschnitten 10, 12 der Schiebemuffe 9 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind jedoch alle kegelförmigen Abschnitte 10. 11. 12. 13 mit jeweils einem Reibbelag versehen.
Die Kegelwinkel der zusammenwirkenden kegelförmigen Abschnitte 10 und 11 bzw. 12 und 13 sind dabei gleich groß. Der Kegelwinkel ist im übrigen kleiner gewählt, als es dem Reibungswinkel des Reibbelags entspricht. D. h. es liegt Selbsthemmung zwischen den kegeligen Abschnitten 10 und 11 bzw. 12 und 13 vor.
Der Synchronisiervorgang wird wie folgt durchgeführt:
Zum Synchronisieren der Drehbewegungen zwischen der Welle 8 und dem Losrad 6 oder 7 und zur Herstellung einer reibschlüssigen (kraftschlüssigen) Verbindung zwischen diesen beiden Bauteilen wird die Schiebemuffe 9 mittels einer Schaltgabel axial verschoben. Hierdurch werden die kegelförmig ausgebildeten Abschnitte 10 und 11 oder 12 und 13 in Reibkontakt gebracht.
Durch Beaufschlagung der Schiebemuffe 9 mit einer axialen Kraft wird ein Reibschluss zwischen den kegelförmigen Abschnitten hergestellt, der zur Übertragung des Drehmoments vom Verbrennungsmotor 2 zum abtriebsseitigen Strangbereich 4 dient. Durch die Wahl des Kegelwinkels kann dabei sichergestellt werden, dass mit geringer Betätigungskraft der Schaltmuffe 9 dennoch ein sicherer Reibschluss erzielt wird. Hierfür wird – wie erwähnt – ein Kegelwinkel vorgesehen, der kleiner als der Reibwinkel des Reibbelags ist.
Zum Gangwechsel wird also durch das axiale Verschieben der Schiebemuffe 9 auf der Außenverzahnung 15 der Welle 8 die Schiebemuffen-Reibfläche am kegelförmig ausgebildeten Abschnitt 10, 12 mit Wellendrehzahl gegen die Losrad-Reibfläche gedrückt. Die Angleichung der Drehzahldifferenz zwischen Welle 8 und Losrad 6, 7 wird durch das Abstimmen der Reibbeläge erreicht. Bei weiterem axialen Druck der Schiebemuffe 9 auf den kegelförmig ausgebildeten Abschnitt 11, 13 des Losrads 6, 7 entsteht der gewünschte kraftschlüssige Reibschluss, der das Drehmoment überträgt.
Da die Drehmomentübertragung nicht durch Formschluss realisiert wird, kann auf eine Schaltkupplung (Anfahrkupplung) zwischen Verbrennungsmotor und Zahnräderwechselgetriebe verzichtet werden. Ein ruckfreier Gangwechsel wird durch die Gegenüberstellung 1./3. Gang, 2./4. Gang etc., das Abstimmen der Reibflächen und der Verschiebeaktuatorik der Schiebemuffe 9 erreicht. Bei optimaler Systemauslegung, d. h. der Reibflächen, der Verschiebeaktuatorik, des Verschiebewegs und der Motorsteuerung, kann auf eine Anfahrkupplung verzichtet und eine Schaltcharakteristik ähnlich eines Doppelkupplungs-Getriebes annähernd ohne Zugkraftunterbrechung erreicht werden.

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Zahnräderwechselgetriebe
4: abtriebsseitiger Strangbereich
5: Synchronisiereinrichtung
6: Losrad
7: Losrad
8: Welle
9: Schiebemuffe
10: kegelförmig ausgebildeter Abschnitt
11: kegelförmig ausgebildeter Abschnitt
12: kegelförmig ausgebildeter Abschnitt
13: kegelförmig ausgebildeter Abschnitt
14: Innenverzahnung
15: Außenverzahnung
16: Schaltgabelnut
17: Wellenabschnitt
18: Gelenkwelle
19: Hinterachsgetriebe
20: Hinterrad
21: Nadellager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0897068 B1 [0004]
- EP 0907838 B1 [0004]
- DE 4324815 A1 [0004]
- DE 4324814 A1 [0004]
- DE 19506988 A1 [0004]

Claims

Antriebsstrang (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (2), einem Zahnräderwechselgetriebe (3) und einem abtriebsseitigen Strangbereich (4), wobei das Zahnräderwechselgetriebe (3) eine Synchronisiereinrichtung (5) aufweist, mit der mindestens ein Losrad (6, 7) relativ zu einer Welle (8) wahlweise drehbar gehalten oder drehfest gelegt werden kann, und wobei die Synchronisiereinrichtung (5) zur Drehzahlangleichung zwischen Losrad (6, 7) und Welle (8) eine auf der Welle (8) axial verschiebliche, jedoch drehfest gelegte Schiebemuffe (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schiebemuffe (9) und an dem Losrad (6, 7) jeweils zusammenwirkende kegelförmig ausgebildete Abschnitte (10, 11, 12, 13) angeordnet sind, wobei der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (10, 12) der Schiebemuffe (9) und/oder der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (11, 13) des Losrads (6, 7) mit einem Reibbelag versehen ist und wobei die durch das Zusammenwirken der kegelförmig ausgebildeten Abschnitte (10, 11, 12, 13) hergestellte reibschlüssige Verbindung zwischen einem Losrad (6, 7) und der Schiebemuffe (9) frei von formschlüssigen Elementen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Verbrennungsmotor (2) und Schaltgetriebe (3) frei von einer Schaltkupplung ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (11, 13) des Losrads (6, 7) eine radial nach außen gerichtete Oberfläche aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmig ausgebildete Abschnitt (10, 12) der Schiebemuffe (9) eine radial nach innen gerichtete Oberfläche aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel der kegelförmig ausgebildeten Abschnitte (10, 11, 12, 13) kleiner oder gleich dem Reibwinkel der Reibpaarung zwischen Losrad (6, 7) und Schiebemuffe (9) ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (9) eine Innenverzahnung (14) aufweist, die auf einer Außenverzahnung (15) der Welle (8) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffe (9) an ihrem Außenumfang eine Schaltgabelnut (16) aufweist.