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Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Schaltkupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In automatisiert geschalteten Getrieben werden üblicherweise Sperrsynchronisierungen zur Herstellung einer Gleichlaufdrehzahl von Losrädern und Getriebewellen, beispielsweise nach dem Borg-Warner-System verwendet. Grundsätzlich dient eine Synchronisierung dazu, dass eine Schaltmuffe während einer Drehzahlangleichung zwischen einem Losrad eines Getriebes und einer Getriebewelle nicht weiter bewegt wird. Hierzu sind an einem Synchronring Sperrzähne vorgesehen, welche die Schaltbewegung hemmen bzw. sperren, bis die Drehzahlangleichung erfolgt ist. Ein solcher Synchronring weist üblicherweise eine Reibfläche auf, welche mit der Reibfläche eines Kupplungskörpers in Kontakt kommt, bis ein Reibmoment aufgebaut wird. Durch das gebildete Reibmoment wird der Synchronring in eine Sperrstellung gebracht, so dass über die Sperrzähne am Synchronring eine Synchronkraft eingeleitet wird, die bis zum Erreichen der Drehzahlgleichheit aufrecht erhalten bleibt. Ist die Drehzahlgleichheit erreicht, fällt das Reibmoment zusammen, so dass der Synchronring aus seiner Sperrstellung gedrückt werden kann.
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Aus der
DE 10 2005 025 569 ist ein Synchronsystem bekannt, bei dem die Sperrflächen am Synchronring und an einem Druckstück aufgebracht sind, so dass am Synchronring keine Sperrzähne notwendig sind. Nachteilig bei einem solchen System ist, dass die Sperrstellung durch äußere Einflüsse, beispielsweise durch Schwingungen im Triebstrang, zeitweise aufgelöst wird und ein Durchschalten der Schaltmuffe bei einer nicht vollständig durchgeführten Drehzahlangleichung erfolgen kann. Das resultiert in ein Kratzen der Schaltung, welche mit störenden Geräuschen im Getriebe verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe mit einer Schaltkupplungsvorrichtung anzugeben, bei dem die Ausgestaltung der Schaltkupplungsvorrichtung vereinfacht ist, und mit der Schaltkupplungsvorrichtung eine verbesserte Funktion des Getriebes erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Getriebe zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verstelleinrichtung eine erste Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe auf bringt, welche kleiner ist als eine Hemmkraft der Federanordnung und mit der die Reibflächen von Synchronring und Kupplungskörper in Kontakt bringbar sind, sodass nach erfolgter Drehzahlsynchronisation zwischen dem Losrad und der Getriebewelle die Verstelleinrichtung eine zweite Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe aufbringt, welche größer ist als die Hemmkraft der Federanordnung und mit der die erste und die zweite Verzahnung in Eingriff bringbar sind. Vorzugsweise ist die Betätigung der Schaltmuffe zur Erzielung eines Schaltvorgangs durch eine Kraftregelung steuerbar.
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Mit einer solchen Schaltkupplungsvorrichtung wird der Schaltweg reduziert. Durch den Entfall einer Sperrverzahnung am Synchronring wird der erforderliche Bauraum im Getriebe durch die vereinfachte Ausgestaltung der Schaltkupplungsvorrichtung verringert. Dadurch dass die Sperrverzahnung am Synchronring entfällt, ist eine Verbreiterung einer Führungsmuffenaußenverzahnung bis an die Kupplungsverzahnung des Losrades heran möglich, was zu einem Reduzieren eines Taumelns der Schaltmuffe im geschalteten Zustand führt. Darüber hinaus können für Einfach- und Mehrfachkegelsynchronisierungen identische Synchronringe und Schaltmuffen verwendet werden. Durch den Entfall der Sperrverzahnung am Synchronring kann eine Verkürzung einer Hinterlegung an der Verzahnung der Schaltmuffe realisiert werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist mit der durch die Verstelleinrichtung auf die Schaltmuffe aufgebrachte erste Kraft eine erste Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung erzielbar. Erfindungsgemäß wird durch die Verstelleinrichtung eine erste Kraft auf die Schaltmuffe aufgebracht, welche kleiner ist als die Hemmkraft der Federanordnung beträgt. Hierdurch erfährt die Schaltmuffe eine erste Verschiebung, die aufgrund der vordefinierten ersten Kraft festgelegt ist. Bei dieser ersten Verschiebung werden die Reibflächen sowohl des Synchronrings als auch des Kupplungskörpers miteinander in Kontakt gebracht, so dass eine Drehzahlangleichung zwischen dem Losrad und der Getriebewelle bewirkt wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mit der durch die Verstelleinrichtung auf die Schaltmuffe aufgebrachte zweite Kraft eine zweite Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung erzielbar. Da diese zweite Kraft größer ist als die Hemmkraft der Federanordnung, wird die Schaltmuffe über den Kupplungskörper aufgeschoben, so dass die erste und die zweite Verzahnung in Eingriff gebracht werden. Folglich wird das Losrad mit der Getriebewelle drehfest verbunden und ein Schaltvorgang erzielt.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Synchronring an der Führungsmuffe drehfest angeordnet. Dabei ist der Synchronring auf der Führungsmuffe verschiebbar angeordnet. Hierdurch wird eine vereinfachte Ausgestaltung der Schaltkupplungsvorrichtung erreicht. Beispielsweise ist eine Kopplung zwischen einem Außenring und einem Innenring eines Mehrfachkegelsystems nicht mehr erforderlich und führt zu einer weiteren Reduzierung des Bauraums im Getriebe.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl die erste als auch die zweite Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung ohne Unterbrechung erzielbar, so dass die Drehzahlsynchronisation zwischen dem Losrad und der Getriebewelle übersprungen wird. Alternativ erfolgt die Betätigung der Schaltmuffe derart, dass durchgeschaltet wird, indem die Verstelleinrichtung von Beginn an die zweite Kraft in axialer Richtung auf die Schaltmuffe zur Erzielung der ersten und der zweiten Verschiebung der Schaltmuffe in axialer Richtung ohne Unterbrechung bewirkt. Dabei ist die Dauer der Verschiebung ausreichend, um eine Drehzahlangleichung zu erzielen. Folglich wird durchgeschaltet, beispielsweise bei hohen Schaltgängen, wenn zwischen Losrad und Getriebewelle eine geringe Drehzahldifferenz vorliegt. Dementsprechend wird eine sportliche sowie eine schnelle Schaltung ermöglicht.
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Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer Schaltkupplungsvorrichtung in einem Getriebe in Form eines Dreifachkegelsystems,
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2 eine weitere schematische Schnittdarstellung der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1, bei der die Schaltmuffe mit einer ersten Kraft in axialer Richtung bewegt ist,
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3 eine schematische Schnittdarstellung der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1, bei der nach einer Synchronisation ein Schaltvorgang abgeschlossen ist,
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4 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Schaltkupplungsvorrichtung,
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5 eine schematische Darstellung einer Verstelleinrichtung und
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6 eine schematische Darstellung der Schaltkräfte sowie der Drehzahlverlauf eines Losrades bei der Schaltkupplungsvorrichtung nach 1.
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In 1 ist eine Schaltkupplungsvorrichtung 1 in einer Neutralstellung in einem Getriebe schematisch dargestellt. Das Getriebe umfasst eine Getriebewelle 2, auf der ein Losrad 3 auf einer Seite der Schaltkupplungseinrichtung 1 gelagert ist. Ein weiteres Losrad 3’ ist auf der anderen Seite der Schaltkupplungsvorrichtung 1 angeordnet.
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Am Losrad 3 ist ein Kupplungskörper 6 angeordnet, wobei das Losrad 3 und der Kupplungskörper 6 mit mehreren Reibflächen 11, 11’ und 11’ versehen sind. Die Reibflächen 11, 11’ befinden sich an einem Zwischenring 6’, der mit dem Kupplungskörper 6 drehfest verbunden ist. Die Reibflächen 11’’ befindet sich an einer Fläche des Losrads 3. Zur Herstellung einer festen Verbindung zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 ist die Schaltkupplungsvorrichtung 1 vorgesehen. Die Schaltkupplungsvorrichtung 1 umfasst eine Schaltmuffe 4, welche auf einer Führungsmuffe 12 angeordnet ist. Die Schaltmuffe 4 ist mit einer ersten Verzahnung 7 in Form einer Innenverzahnung versehen, die mit einer Außenverzahnung 7’ der Führungsmuffe in Eingriff steht. Die Führungsmuffe 12 ist mit der Getriebewelle 2 fest verbunden. Zwischen der Führungsmuffe 12 und der Schaltmuffe 4 ist eine Federanordnung 5 positioniert, welche aus einer Kugel 13 und einer Blattfeder 14 gebildet ist. An der Schaltmuffe 4 ist oberhalb der Kugel 13 eine Rastiernut 15 vorgesehen.
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Durch axiales Verschieben der Schaltmuffe 4 tritt die Innenverzahnung der Schaltmuffe mit der Verzahnung des Kupplungskörpers 6 in Eingriff, um die Schaltkupplungsvorrichtung 1 zu schließen. Zum Öffnen der Schaltkupplungsvorrichtung 1 wird die Schaltmuffe 4 wieder in axialer Richtung zurückbewegt, bis in eine Neutralstellung hinein. In der Neutralstellung rastet die Kugel 13 der Federanordnung 5 in die Rastiernut 15 ein und wird in dieser Position gehalten.
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Weiterhin umfasst die Schaltkupplungsvorrichtung 1 einen Synchronring 9 als Außenring und einen Innensynchronring 9’, die mit der Führungsmuffe 12 fest verbunden und gleichzeitig an der Führungsmuffe 12 axial verschieblich angeordnet sind. Die Synchronringe 9 und 9’ sind mit mehreren Reibflächen 10, 10’ und 10’’ versehen. Am Kupplungskörper 6 ist eine zweite Verzahnung 8 vorgesehen, welche mit der ersten Verzahnung 7 der Schaltmuffe 4 korrespondiert, so dass durch die axiale Verschiebung der Schaltmuffe 4 auf den Kupplungskörper 6 eine feste Verbindung zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 hergestellt ist.
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Zur Verschiebung der Schaltmuffe 4 in axialer Richtung ist eine in 5 dargestellte Verstelleinrichtung 20 gezeigt, welche eine Schaltgabel 17, eine Schaltstange 18 und eine Hydraulikeinheit 19 umfasst. Das Ende der Schaltstange 18 ist als ein Hydraulikkolben ausgeführt und bewirkt eine axiale Verschiebung der Schaltstange 18. Durch die axiale Bewegung der Schaltstange 18 wird eine axiale Verschiebung der Schaltgabel 17 erzielt, mit der eine axiale Verschiebung der Schaltmuffe 4 erreicht werden kann. Hierzu greift die Schaltgabel 17 in die Schaltmuffe 4 in bekannter Weise ein. Alternativ kann die Schaltstange 18 rein hydraulisch, elektrohydraulisch oderelektromagnetisch betätigt werden.
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Mit der beschriebenen Schaltkupplungsvorrichtung 1, welche vorzugsweise in automatisiert geschalteten Getrieben verwendet wird, wird ein rasches Anfahren des Synchronringes 9 ermöglicht. Hierzu wird mit Hilfe der Verstelleinrichtung 20 eine vorbestimmte Verschiebung der Schaltgabel 17 definiert. Durch diese definierte Verschiebung der Schaltgabel 17 wird eine erste Kraft F1 auf die Schaltmuffe 4 in axialer Richtung aufgebracht. Dabei wird die erste Kraft F1 derart bemessen, dass eine durch die Federanordnung 5 erzeugte Hemmkraft FG zwischen der Schaltmuffe 4 und der Führungsmuffe 12 nicht überschritten wird. Dadurch erfährt die Schaltmuffe 4 eine erste axiale und vorbestimmte Verschiebung derart, dass die Reibflächen 10, 10’ und 10’’ der Synchronringe 9 und 9’ mit den Reibflächen 11 und 11’ und 11’’ in Kontakt kommen. Folglich wird ein Synchronvorgang durch diese erste Verschiebung der Schaltmuffe 4 eingeleitet. Vorzugsweise ist der Synchronring 9 ohne Sperrzähne ausgestaltet.
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Über die Rastiernut 15 am Innendurchmesser der Schaltmuffe 4 wird die Federanordnung 5 bzw. ein Druckstein, in dem die Federanordnung 5 angeordnet ist, mitgenommen und gegen den Synchronring 9 gedrückt. Die vorgespannte Federanordnung verhindert eine Fortführung der axialen Bewegung der Schaltmuffe 4, solange die Hemmkraft FG der Federanordnung 5 nicht überschritten wird. Diese Hemmkraft FG und der Winkel der Rastiernut 15 definieren somit die erste Kraft F1 bzw. die Synchronkraft, mit welcher auf den Synchronring gedrückt wird. Hierdurch wird das Reibmoment zwischen den Reibflächen der Synchronringe 9 und 9’ und des Kupplungskörpers 6 festgelegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Verdrehen des Synchronringes 9 in Umfangsrichtung, wie sonst üblich, nicht erforderlich.
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Beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl erfolgt ein Signal durch einen nicht dargestellten Sensor, so dass durch die Verstelleinrichtung 20 eine weitere Verschiebung der Schaltmuffe 4 erfolgt. Hierzu wird eine zweite Kraft F2 auf die Schaltmuffe 4 aufgebracht, welche die Hemmkraft FG der Federanordnung 5 übersteigt. Somit wird ein Durchschalten der Schaltmuffe 4 ermöglicht, so dass die erste Verzahnung 7 mit der zweiten Verzahnung 8 in Eingriff gebracht wird. Erfindungsgemäß wird der Schaltablauf über die Kraftregelung mit Hilfe der Verstelleinrichtung 20 gesteuert. Dementsprechend ist eine Kraftregelung verbunden mit einer Wegregelung, wie üblich, nicht erforderlich.
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Die Federanordnung 5 ist gemäß der 1, 2 und 3 aus einer Kugel und einer Blattfeder gebildet. Alternativ ist anstelle der Rastiernut 15 ein Vorsprung, z.B. in Form eines trapezförmigen Höckers, an der gleichen Stelle an der Schaltmuffe 4 ausgebildet, der in eine Vertiefung der Federanordnung 5 eingreift. Insbesondere ist die Vertiefung im Druckstein ausgebildet, unter dem eine Tellerfeder gemäß 4, eine Druckfeder oder eine Blattfeder positioniert ist.
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In den 1 bis 3 ist ein Synchronvorgang gemäß der Erfindung dargestellt. In 1 ist die Schaltmuffe 4 in einer Ausgangsstellung bzw. Neutralstellung gezeigt, bei der die Schaltmuffe 4 noch keine axiale Verschiebung erfährt. In 2 ist die Schaltmuffe 4 mit der ersten Kraft F1 durch die Verstelleinrichtung 20 beaufschlagt, welche einer Synchronkraft entspricht. Folglich ist ein Ansynchronisieren nicht erforderlich, so dass eine Reduzierung der Schaltzeit und des Schaltweges ermöglicht wird. Nach Aufbringung einer zweiten Kraft F2 durch die Verstelleinrichtung 20 auf die Schaltmuffe 4 erfolgt ein Durchschalten gemäß 3.
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In 6 ist eine graphische Darstellung gezeigt, in der durch die durchgezogene Linie 21 der Kraftverlauf der auf die Schaltmuffe 4 aufgebrachten Kräfte gezeigt ist. Die erste Kraft F1 wird zu einem Zeitpunkt t1 auf die Schaltmuffe 4 aufgebracht. Die erste Kraft F1 ist kleiner als die die Hemmkraft FG der Federanordnung 5. Gemäß 6 ist der Drehzahlverlauf des Losrades anhand der punktierten Linie 22 dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 herrscht die Ausgangsdrehzahldifferenz am zu synchronisierenden Losrad 3. Zum Zeitpunkt t2 ist eine Drehzahlangleichung zwischen dem Losrad 3 und der Getriebewelle 2 erreicht und das Losrad weist eine Zieldrehzahl auf, so dass eine zweite Kraft F2 zum Zeitpunkt t2 durch die Verstelleinrichtung 20 auf die Schaltmuffe 4 aufgebracht werden kann. Die zweite Kraft F2 ist größer als die die Hemmkraft FG der Federanordnung 5.
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In 6 ist als Vergleich die gestrichelte Linie 23 dargestellt, welche eine konventionelle Synchronisierung mit Sperrzähnen am Synchronring darstellt. Demnach ist ersichtlich, dass die Schaltzeiten verkürzt werden. Eine Vorsynchronkraft 24 sowie eine Synchronkraft 25 gemäß der konventionellen Synchronisierung sind in 6 abgebildet.
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Darüber hinaus kann die erste Kraft F1 bei gleicher Synchronisationszeit kleiner als die Synchronkraft 25 der konventionellen Synchronisierung sein; d.h., für die gleiche Synchrondauer wie üblich, wird eine geringere Kraft benötigt. Das ist darauf zurückzuführen, dass erfindungsgemäß der Schaltablauf über eine Kraftregelung gesteuert wird, und das übliche Anfahren der Schaltmuffe an die Sperrzähne eines üblichen Synchronringes durch eine Wegregelung entfällt. Folglich liegt die erste Kraft F1 sofort am Synchronring 9 an.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltkupplungsvorrichtung entfallen die Sperrzähne am Synchronring 9. Diese Art von Sperre wird durch die Federanordnung 5 ersetzt, welche die Hemmkraft FG erzeugt, welche erst überwunden wird, wenn die zweite Kraft F2 an der Schaltmuffe 4 anliegt. Infolgedessen wird der Schaltvorgang allein durch eine Kraftregelung gesteuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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