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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schaltung eines Getriebes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung, wie sie unter dem Begriff Klauenschaltung bekannt ist. Dabei wird ein erstes Getriebeteil über eine axial bewegliche Schalt- oder Schiebemuffe mit einem zweiten Getriebeteil verbunden. Die Schaltmuffe und das zu verbindende Getriebeteil weisen Mitnahme- oder Schaltverzahnungen, eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung, auf, welche durch axiales Ineinanderschieben eine drehfeste Verbindung herstellen, sodass ein Drehmoment übertragen oder abgestützt werden kann. Das Einrücken der Schaltmuffe soll bei minimaler Differenzdrehzahl, möglichst bei der Differenzdrehzahl Null erfolgen. Infolge des starken Drehzahlgradienten steht hierfür nur eine kurze Zeitspanne zur Verfügung. Bei herkömmlichen Mitnahme- oder Klauenverzahnungen muss daher ein relativ großes Flankenspiel vorgesehen werden, um ein Einrücken der Klauen innerhalb des vorgegebenen Zeitfensters zu ermöglichen. Ein zu großes Flankenspiel ist jedoch nicht erwünscht.
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Mitnahmeverzahnungen, wie sie bei bekannten Klauenschaltungen verwendet werden, weisen ein relativ einfaches Zahnprofil auf, z. B. ein Trapez- oder Dreiecksprofil. Bei Laufverzahnungen, bei welchen die Zahnräder durch Abwälzen ineinander eingreifen, kommen andere Zahnprofile, z. B. Evolventenprofile zum Einsatz. Zu den bekannten Laufverzahnungen gehören auch so genannte Beveloidverzahnungen, d. h. Verzahnungen für kegelige Stirnräder, deren Drehachsen sich schneiden, kreuzen oder auch parallel zueinander angeordnet sein können.
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Durch die
DE 103 06 935 A1 der Anmelderin wurde eine Stirnradstufe mit Beveloidzahnrädern bekannt, welche gleich große, jedoch entgegengesetzt ausgerichtete Konuswinkel aufweisen. Zur Reduzierung des Verdrehflankenspiels werden die Beveloidzahnräder in axialer Richtung durch ein temperaturabhängiges Element verstellt. Bei dem bekannten Zahnradgetriebe handelt es sich somit um eine Beveloidlaufverzahnung für kegelige Stirnräder mit parallel angeordneten Achsen.
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Bekannt sind Beveloidlaufverzahnungen auch für den Antrieb von so genannten Seitenwellen bei Kraftfahrzeuggetrieben für einen Allradantrieb. Durch die
DE 10 2008 042 038 A1 der Anmelderin wurde ein Beveloidtrieb mit sich schneidenden bzw. kreuzenden Drehachsen für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art einen Schaltvorgang auch bei größeren Differenzdrehzahlen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist die Mitnahmeverzahnung als Beveloidverzahnung ausgebildet, die auch als Schaltverzahnung bezeichnet wird. Die bisher nur als Laufverzahnung bekannte gewordene Beveloidverzahnung wird erfindungsgemäß als Schaltverzahnung verwendet. Die Beveloidverzahnung ist eine Evolventenverzahnung, bei der sich die Profilverschiebung über die Zahnbreite ändert. Man erreicht damit, dass die Zähne der Schaltverzahnung in Zahnbreitenrichtung dicker und damit das Flankenspiel kleiner werden. Am Anfang des Schaltweges, d. h. beim Einrücken der Schiebemuffe in die Schaltverzahnung sind die Zähne – in Umfangsrichtung gesehen – relativ schmal, sodass sich ein relativ großes Flankenspiel ergibt. Am Ende des Schaltweges dagegen sind die Zähne relativ dick mit der Folge eines geringen Flankenspiels. Das Flankenspiel nimmt also in Richtung des Schaltweges ab. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Zu- und Abschalten auch über größere Drehzahldifferenzen möglich ist. Die Beveloidverzahnung bietet den Vorteil einer kontinuierlichen Bearbeitung und damit auch Kostenvorteile gegenüber bekannten Mitnahmeverzahnungen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Beveloidverzahnung als Geradverzahnung ausgebildet, d. h. sie weist keinen Schrägungswinkel auf. Die Geradverzahnung bietet die Möglichkeit einer symmetrischen Schaltverzahnung, d. h. das Zahnprofil ist symmetrisch.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Beveloidverzahnung als Schrägverzahnung ausgebildet und weist einen Schrägungswinkel β auf, der in einem bevorzugten Bereich von größer als 0° und kleiner als 3° und besonders bevorzugt bei 2° liegt. Aufgrund der Schrägverzahnung ergibt sich die Möglichkeit einer asymmetrischen Schaltverzahnung, d. h. das Zahnprofil ist asymmetrisch.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Zahnflanken der Beveloidverzahnung einen Flankenschrägungswinkel βL und βR auf, der bei einer Geradverzahnung für beide Zahnflanken gleich ist. Die Dicke des Zahnprofils – in Umfangsrichtung gesehen – wächst somit symmetrisch in Zahnbreitenrichtung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist nur eine Zahnflanke eines Zahnprofils einen Flankenschrägungswinkel > 0 auf – daraus ergibt sich ein asymmetrisches Zahnprofil. Bevorzugt weist die eine Zahnflanke einen Flankenschrägungswinkel von etwa 4° und die andere Zahnflanke einen Flankenschrägungswinkel von 0° auf.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltmuffe eine Innenschaltverzahnung, auch als Klaue bezeichnet, auf, während das zweite Getriebeteil eine Außenschaltverzahnung aufweist. Somit kann die Klaue durch Axialverschiebung über die Schaltverzahnung des zweiten Getriebeteils geschoben und somit der Schaltvorgang bewirkt werden. Dabei besteht zu Beginn des Schaltweges ein maximales und am Ende des Schaltweges ein minimales Flankenspiel.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Getriebeteil als Glied eines Planetenradsatzes ausgebildet. Bevorzugt kann das Glied als Sonnenrad, aber auch als Steg oder Hohlrad des Radsatzes ausgebildet sein. Das betreffende Glied des Planetenradsatzes kann somit über die Schaltmuffe mit dem ersten Getriebeteil drehfest verbunden werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltmuffe drehfest abgestützt, z. B. an einem Getriebegehäuse. Damit kann ein Glied des Planetenradsatzes abgebremst werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Getriebe als Stufenautomatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Dies bedeutet gegenüber herkömmlichen Automatikgetrieben, dass die bekannten Schaltelemente in Form von Lamellenkupplungen und/oder -bremsen zu Gunsten von Schaltelementen mit Beveloidschaltverzahnungen entfallen können. Damit werden Bauraum, Gewicht und Kosten eingespart.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 ein kegeliges Stirnrad mit Beveloidverzahnung,
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1a einen einzelnen Zahn in perspektivischer Darstellung,
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2a, 2b Radialschnitte einer erfindungsgemäßen Schaltverzahnung bei unterschiedlichen Schaltwegen,
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3a, 3b eine symmetrische Schaltverzahnung als Geradverzahnung mit gleichen Flankenschrägungswinkeln,
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4a, 4b eine asymmetrische Schaltverzahnung als Schrägverzahnung mit unterschiedlichen Flankenschrägungswinkeln und
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5, 6 ein Schaltelement mit erfindungsgemäßer Schaltverzahnung für einen Planetenradsatz in unterschiedlichen Schaltpositionen.
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1 zeigt ein kegeliges Stirnrad 1 mit Beveloidverzahnung 1a und einer Zahnbreite b in einem Halbschnitt. Die Beveloidverzahnung 1a weist eine Profilverschiebung auf, welche sich über die Zahnbreite b ändert. Dies ist durch unterschiedliche Zahnprofile 2, 3, 4 angedeutet, welche den Radialschnittebenen an den durch Pfeile A, B, C gekennzeichneten Stellen der Beveloidverzahnung 1a entsprechen. Man erkennt aus dieser Darstellung, dass das Zahnprofil von der vorderen Stirnseite (Pfeil A) bis zur Rückseite (Pfeil C) dicker wird, wobei die Zahndicke in Umfangsrichtung gemessen ist.
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In 1a ist ein einzelner Zahn 5 der Beveloidverzahnung 1a perspektivisch dargestellt. Das vordere Ende des Zahns 5 wird Zehe 5a und das hintere Ende des Zahns 5 wird Ferse 5b genannt. Man erkennt, dass die Zehe 5a wesentlich schmaler als die Ferse 5b ist. Aus dieser Dickenänderung ergibt sich ein Flankenschrägungswinkel, welcher unten näher erläutert wird.
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Die 2a, 2b zeigen eine erfindungsgemäße Schaltverzahnung für ein Getriebeteil 6 und eine Schiebe- oder Schaltmuffe 7. Das Getriebeteil 6, welches beispielsweise als Sonnenrad eines Planetenradsatzes ausgebildet sein kann (vgl. 5, 6) weist eine Außenverzahnung 6a auf, während die Schaltmuffe 7 eine Innenverzahnung 7a aufweist, welche miteinander in Zahneingriff stehen und axial, d. h. in Schaltrichtung gegeneinander verschiebbar sind. Beide Verzahnungen 6a, 7a sind als Beveloidverzahnungen mit einem Flankenschrägungswinkel ausgebildet, welcher bei der Innenverzahnung und der Außenverzahnung gegenläufig verläuft. 2a zeigt die Schaltverzahnung 6a, 7a bei einem Schaltweg, welcher der Mitte des gesamten Schaltweges entspricht. Das Flankenspiel zwischen beiden Verzahnungen 6a, 7a ist durch das Maß j1 dargestellt.
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2b zeigt dieselbe Schaltverzahnung 6a, 7b bei einem geänderten Schaltweg, welcher zwei Millimeter vor der Position gemäß 2a liegt. Das Flankenspiel ist hier mit j2 bezeichnet, wobei erkennbar ist, dass j2 größer als j1 ist. Aufgrund des gewählten Flankenschrägungswinkels der Beveloidverzahnung ergibt sich ein in Abhängigkeit vom Schaltweg (vgl. auch 5, 6) veränderliches Flankenspiel, welches zu Beginn des Schaltweges relativ groß und am Ende des Schaltweges relativ klein ist. Damit ist das Zu- und Abschalten auch über größere Drehzahldifferenzen zwischen dem Getriebeteil 6 und der Schaltmuffe 7 möglich. Zusätzlich unterstützt ein größerer Flankenschrägungswinkel auch das Abschalten, d. h. das Ausrücken der Schaltmuffe 7.
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3a und 3b zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine erfindungsgemäße Schaltverzahnung 8a, 9a, welche als Geradverzahnung ausgebildet ist und ein symmetrisches Zahnprofil aufweist. Die Außenverzahnung 8a des Getriebeteils 8 weist Flankenschrägungswinkel auf, welche mit βL und βR bezeichnet sind. Insbesondere 3b lässt erkennen, dass die Flankenschrägungswinkel βL und βR für beide Zahnflanken gleich sind. Sie betragen bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 2°. Die Flankenschrägungswinkel βL und βR sind für die Außenverzahnung 8a des Getriebeteils 8 und die Innenverzahnung 9a der Schaltmuffe 9 gegenläufig.
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4a und 4b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine asymmetrische Schaltverzahnung 10a, 11a des Getriebeteils 10 und der Schaltmuffe 11. Die Schaltverzahnung 10a weist einen Schrägungswinkel β auf, welcher vorzugsweise 2° beträgt. Die Zahnflanken weisen einerseits einen Flankenschrägungswinkel βR von 0° und andererseits einen Flankenschrägungswinkel βL von vorzugsweise 4° auf. Dabei befindet sich der Flankenschrägungswinkel βR von 0° auf der Schubflanke, während sich der Flankenschrägungswinkel βL von 4° auf der Zugflanke der Schaltverzahnung befindet.
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5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Stufenautomatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Planetenradsatz 12 und ein gehäusefester Lagerträger 13 dargestellt sind. Der Planetenradsatz 12 umfasst ein Sonnenrad 14, welches mit einem Planetenrad 15 kämmt, welches sich an einem Hohlrad 16 abwälzt. An dem Sonnenrad 14 ist eine Schaltverzahnung 14a angeordnet. Im Lagerträger 13 ist eine Schiebemuffe 17, auch Schaltmuffe 17 genannt, angeordnet, welche über eine Mitnahmeverzahnung 18 drehfest mit dem Lagerträger 13, d. h. mit einem nicht dargestellten Getriebegehäuse verbunden ist. Die Schaltmuffe 17 wird hydraulisch oder pneumatisch betätigt und weist eine als Innenverzahnung ausgebildete Beveloidschaltverzahnung 17a auf. Die Schaltverzahnung 17a wird generell auch als Klauenverzahnung oder Klaue bezeichnet und kann durch Axialverschiebung der Schaltmuffe 17 in oder außer Eingriff mit der Schaltverzahnung 14a des Sonnenrades 14 gebracht werden. In der in 5 dargestellten Position befindet sich die Schaltverzahnung 17a in ihrer offenen, d. h. ausgerückten Position – zwischen Sonnenrad 14 und Schaltmuffe 17 besteht somit keine Drehverbindung.
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6 zeigt die Schaltmuffe 17 in ihrer eingerückten Position, d. h. die Schaltverzahnung 17a befindet sich voll in Eingriff mit der Schaltverzahnung 14a des Sonnenrades 14. Damit ist über die Schaltmuffe 17 eine drehfeste Verbindung zwischen Sonnenrad 14 und gehäusefestem Lagerträger 13 hergestellt, d. h. das Sonnenrad 14 ist abgebremst und gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt. Die Schaltverzahnung 14a, 17a entspricht der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Beveloidverzahnung mit einem Flankenschrägungswinkel βL, βR und weist eine Konizität von etwa 2° auf. Durch die Wahl des Flankenschrägungswinkels βL, βR kann das Flankenspiel über dem Schaltweg der Schaltmuffe 17 optimal eingestellt werden, wobei gleichzeitig das Trennen der Schaltverzahnung unterstützt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- kegeliges Stirnrad
- 1a
- Beveloidverzahnung
- 2
- Zahnprofil
- 3
- Zahnprofil
- 4
- Zahnprofil
- 5
- Zahn
- 5a
- Zehe
- 5b
- Ferse
- 6
- Getriebeteil
- 6a
- Außenverzahnung
- 7
- Schaltmuffe
- 7a
- Innenverzahnung
- 8
- Getriebeteil
- 8a
- Außenverzahnung
- 9
- Schaltmuffe
- 9a
- Innenverzahnung
- 10
- Getriebeteil
- 10a
- Außenverzahnung
- 11
- Schaltmuffe
- 11a
- Innenverzahnung
- 12
- Planetenradsatz
- 13
- Lagerträger
- 14
- Sonnenrad
- 14a
- Schaltverzahnung
- 15
- Planetenrad
- 16
- Hohlrad
- 17
- Schaltmuffe
- 17a
- Schaltverzahnung
- 18
- Mitnahmeverzahnung
- b
- Zahnbreite
- β
- Schrägungswinkel
- βL
- Flankenschrägungswinkel der Linksflanke
- βR
- Flankenschrägungswinkel der Rechtsflanke
- j1
- Zahnflankenspiel
- j2
- Zahnflankenspiel
- A
- Pfeil (Vorderseite)
- B
- Pfeil (Mitte)
- C
- Pfeil (Rückseite)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10306935 A1 [0004]
- DE 102008042038 A1 [0005]
