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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Rückwärtsgang-Sperrmechanismen für Handschaltgetriebe und insbesondere auf eine Synchronkupplung für ein Handschaltgetriebe mit einem Rückwärtsgang-Verhinderungsmerkmal.
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HINTERGRUND
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Obwohl Kraftfahrzeug- und insbesondere Sportwagenliebhaber im Allgemeinen immer noch die erweiterte Fahrzeugsteuerung bevorzugen, die durch ein Handschaltgetriebe bereitgestellt wird, bezieht sich ein kleines, aber signifikantes Problem solcher Handschaltgetriebe auf die Möglichkeit des irrtümlichen oder versehentlichen Einlegens des Rückwärtsgangs, während sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, insbesondere während einer schnellen Sequenz von Hochschaltvorgängen oder Herunterschaltvorgängen. Eine solche Handlung kann einen vorzeitigen Rückwärtsgangzahnrad-Synchroneinrichtungsausfall verursachen.
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Zahlreiche Vorrichtungen und Mechanismen wurden entwickelt, um dieses Problem anzugehen und zu beseitigen. Viele umfassen relativ unkomplizierte Vorrichtungen, die beispielsweise erfordern, dass der Fahrer eine zusätzliche Bewegung ausführt, um den Rückwärtsgang einzulegen, wie z. B. Schieben des Schalthebels nach unten, oder Einschluss eines Rings oder eines anderen Merkmals am Schalthebel, der bzw. das angehoben oder anderweitig aus einer Ruheposition bewegt werden muss, um den Rückwärtsgang einzulegen.
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Ferner werden in den Druckschriften
DE 41 35 215 A1 ,
DE 42 41 594 C1 und
GB 525 683 A verschiedene Schalteinrichtungen beschrieben, welche Fliehkraftbasierte Mechanismen zur Beeinflussung des Schaltvorgangs umfassen.
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Andere, raffiniertere, komplexe und kostspielige Vorrichtungen wurden auch verwendet, um ein versehentliches Einlegen des Rückwärtsgangs zu vermeiden. Da die Fahrzeuggeschwindigkeit leicht durch die elektronischen Systeme und Schaltungen des Fahrzeugs erhältlich ist, kann sie in Verbindung mit einer elektronischen Schwellenwert- oder Komparatorschaltung und einem Solenoid verwendet werden und wurde damit verwendet, um das Einlegen des Rückwärtsgangs über einer bestimmten vorbestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit mechanisch zu verhindern und zu sperren. Solche Vorrichtungen sind gewöhnlich kostspielig und können Probleme der Getriebeunterbringung aufgrund des Zusatzes des Solenoids nahe dem Schaltmechanismus verursachen.
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Aus dem vorangehenden Überblick ist ersichtlich, dass die weniger komplexen aktuellen Vorrichtungen und Mechanismen zum Verhindern eines versehentlichen Einlegens des Rückwärtsgangs eine Störung für den Fahrer darstellen können und dass die raffinierteren Vorrichtungen und Mechanismen zusätzliche Komponenten, Gewicht und Kosten umfassen und Unterbringungsprobleme erzeugen können. Folglich besteht auf dem Fachgebiet ein Bedarf an einem Rückwärtsgang-Verhinderungsmechanismus, der ohne Fahrerbeteiligung funktioniert, sich nicht auf die Unterbringung des Getriebes und seiner Komponenten auswirkt und relativ kostengünstig ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft daher eine Synchronkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für ein Kraftfahrzeug-Handschaltgetriebe.
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Die Schwellengeschwindigkeit, bei der sich die Gewichte nach außen bewegen und ein Schalten in den Rückwärtsgang verhindern, kann eingestellt werden, um sie an spezielle Fahrzeuge und Anwendungen anzupassen, beispielsweise durch Einstellen der Festigkeit (Federkonstante) der Federn. Auf der Basis einer Tätigkeit, die bisher unternommen wurde, und einer Bewertung der Routinefahrpraxis wurde festgestellt, dass ein Rückwärtsgang-Schaltverhinderungsschwellenwert von 5 Meilen pro Stunde (8,3 km/h) sowohl geeignet als auch zufriedenstellend ist.
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Folglich ist zu erkennen, dass ein Rückwärtsgang-Sperr- oder -Schaltverhinderungsmechanismus für ein Kraftfahrzeug-Handschaltgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung automatisch arbeitet, das heißt ohne irgendeinen Fahrereingriff oder irgendeine Fahreraufmerksamkeit, unkompliziert ist, mit einer Einzel- oder Doppelsynchronkupplung funktioniert und mit zusätzlichen Komponenten einer Synchronkupplung erreicht wird, die keine Änderungen an der Konstruktion und Unterbringung eines typischen Handschaltgetriebes erfordern.
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Weitere Aspekte, Vorteile und Anwendungsgebiete werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Selbstverständlich sind die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur für Erläuterungszwecke vorgesehen.
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ZEICHNUNGEN
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur für Erläuterungszwecke.
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1 ist eine bruchstückhafte perspektivische Ansicht eines Handschaltgetriebes, das die vorliegende Erfindung beinhaltet;
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2 ist eine vergrößerte, perspektivische Schnittansicht einer Rückwärtsgang-Handschaltgetriebe-Synchronkupplung, die die vorliegende Erfindung beinhaltet;
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3 ist eine volle Schnittansicht einer Rückwärtsgang-Handschaltgetriebe-Synchronkupplung, die die vorliegende Erfindung beinhaltet, entlang der Linie 3-3 von 2;
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4 ist eine volle Schnittansicht einer Rückwärtsgang-Handschaltgetriebe-Synchronkupplung, die die vorliegende Erfindung beinhaltet; und
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5 ist eine vergrößerte, bruchstückhafte Ansicht einer Handschaltgetriebe-Doppelsynchronkupplung, die einen Vorwärts- und einen Rückwärtsgang vorsieht, die die vorliegende Erfindung beinhaltet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft.
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Mit Bezug auf 1 ist ein hinterer Abschnitt eines Kraftfahrzeug-Handschaltgetriebes dargestellt und im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Handschaltgetriebe 10 umfasst ein Gussgehäuse 12 mit verschiedenen Oberflächen, Öffnungen und Merkmalen, die die verschiedenen Komponenten des Getriebes 10 abstützen, anordnen und schützen. Unter diesen Komponenten befindet sich eine Vorgelegewelle oder Vorgelegeachse 14, die an Gleitvorrichtungen wie z. B. Kugellageranordnungen gelagert ist, von denen eines in 1 dargestellt ist. Die Vorgelegewelle 14 stützt mehrere Zahnräder ab, von denen eines 18 in 1 dargestellt ist, das dem Rückwärtsgang zugeordnet ist. Andere Zahnräder (nicht dargestellt) sind den Vorwärtsgängen des Getriebes 10 zugeordnet. Parallel zu und in diesem Getriebe 10 ist über der Vorgelegewelle oder Vorgelegeachse 14 ist eine Ausgangswelle 20 angeordnet, die auch an Gleitvorrichtungen wie z. B. einer Kugellageranordnung 22 gelagert ist. Die Ausgangswelle 20 schließt ein Joch oder Flansch 24 ab, der mit der Ausgangswelle 20 durch einen Eingriffskeilsatz 26 gekoppelt ist und daran durch eine Gewindebefestigungsvorrichtung 28 oder eine andere Komponente festgehalten ist. Das Joch oder der Flansch 24 ist wiederum mit einer Antriebswelle gekoppelt, die ein Teil einer Endantriebsanordnung (nicht dargestellt) ist.
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Mit Bezug auf 1 und 2 ist eine Rückwärtsgang-Synchronkupplungsanordnung 40 gemäß der vorliegenden Erfindung an der Ausgangswelle 20 im Allgemeinen benachbart zur hinteren Kugellageranordnung 22 angeordnet. Die Rückwärtsgang-Synchronanordnung 40 umfasst einen Klauenkupplungskörper oder ein Klauenkupplungsrad 42 mit schraubenlinienförmigen Umfangsaußenkeilen, Zahnrad- oder Kupplungszähnen 44. Der Klauenkupplungskörper 42 ist drehbar mit der Ausgangswelle 20 durch einen Eingriffskeilsatz 46 gekoppelt und dreht sich folglich damit. Ein Abstandhalter 48 hält den Klauenkupplungskörper 42 an seiner korrekten axialen Stelle an der Ausgangswelle 20. Um die Komponenten der Anordnung 40 in einer nahen, bekannten und arbeitenden Beziehung zu halten, umfasst der Klauenkupplungskörper 42 einen Absatz 52 und eine radiale Fläche 54, mit der ein ringförmiger Flansch 58 eines angetriebenen Rückwärtsgangzahnrades 60 in Eingriff steht. Das Rückwärtsgangzahnrad 60 ist frei drehbar an der Ausgangswelle 20 an einem Zapfenlager 61 angeordnet und umfasst schraubenlinienförmige Zähne 62, die mit komplementären Zähnen an einem Rückwärtsgang-Zwischenrad (nicht dargestellt) in Eingriff stehen, das wiederum durch das Rückwärtsganggang-Antriebszahnrad 18 angetrieben wird.
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Eine Kupplungsnabe 64, die vorzugsweise am Rückwärtsgangzahnrad 60 durch Schweißen befestigt ist und folglich sich zwangsläufig mit diesem dreht, umfasst mehrere schraubenlinienförmige Außenkeile oder Zahnradzähne 66 um ihren Umfang, die zu mehreren schraubenlinienförmigen Innenkeilen oder Zahnradzähnen 68 an einer inneren Oberfläche einer Kupplungsschaltmuffe oder -manschette 70 komplementär sind und damit in Eingriff stehen. Die mehreren schraubenlinienförmigen Innenkeile oder Zahnradzähne 68 an der Kupplungsmuffe oder -manschette 70 sind auch zu den schraubenlinienförmigen Außenkeilen, Zahnrad- oder Kupplungszähnen 44 am Klauenkupplungskörper 42 komplementär, darauf ausgerichtet und können damit in Eingriff gebracht werden. Die Kupplungsmuffe oder -manschette 70 umfasst einen äußeren Umfangskanal oder eine äußere Umfangsnut 72, der bzw. die eine Schaltgabel 74 aufnimmt. Gemäß der herkömmlichen Praxis ist die Schaltgabel 74 mit einem axial verschiebbaren Schaltgestänge 76 gekoppelt, das durch den Fahrzeugfahrer zwischen einer ersten, vorderen, ausgerückten Position oder einem ersten, vorderen, ausgerückten Zustand und einer zweiten, hinteren, eingerückten Position oder einem zweiten, hinteren, eingerückten Zustand verschoben werden kann.
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Zwischen dem Klauenkupplungskörper 42 und der Kupplungsnabe 66 ist ein Blockierring 80 angeordnet, der auch komplementäre schraubenlinienförmige Außenkeile oder Zahnradzähne 82 aufweist, die auf die schraubenlinienförmigen Innenkeile oder Zahnradzähne 68 an der Muffe oder Manschette 70 ausgerichtet sind und damit in Eingriff gebracht werden können. Die Innenfläche des Blockierrings 80 umfasst ein Reibungsmaterial 84 gemäß der herkömmlichen Praxis, das eine kraftempfindliche Reibungsverbindung zwischen dem Blockierring 80 und dem Klauenkupplungskörper 40 schafft.
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Mit Bezug auf 2, 3 und 4 ist der Rückwärtsgang-Sperrmechanismus 90 dargestellt. Der Rückwärtsgang-Sperrmechanismus 90 ist im Allgemeinen in der Kupplungsnabe 64 angeordnet und umfasst drei sich auf dem Umfang erstreckende, gekrümmte Gewichte 92, die in der Nabe 64 durch und an sich axial erstreckenden unverlierbaren Drehzapfen 94 festgehalten sind. Es ist zu erkennen, dass die Anordnung der Gewichte ausgeglichen sein muss und folglich dass ein Minimum von zwei diametral gegenüberliegenden gekrümmten Gewichten 92 verwendet werden kann und dass mehr als drei Gewichte 92, das heißt vier, fünf, sechs oder mehr beispielsweise um die Kupplungsnabe 64 gleich beabstandet sein können, falls erwünscht. Die Masse der gekrümmten Gewichte 92 ist an einem ersten, radial dickeren Ende 96 größer und sie umfassen jeweils ein zweites, dünneres Ende 98, das an seiner inneren Oberfläche mit einer Druckfeder 100 in Eingriff steht.
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Die Druckfeder 100 belastet folglich das dickere Ende 96 (auf der entgegengesetzten Seite des Drehzapfens 94) in einer Richtung radial nach innen gegen die Zentrifugalkraft vor, wenn sich die Synchronanordnung 40 dreht. Es ist zu erkennen, dass der wichtige Aspekt dieses Teils der Erfindung darin besteht, dass das erste, dickere Ende 96 der gekrümmten Gewichte 92 radial nach innen vorbelastet ist. Eine Zugfeder, die auf die Außenfläche des zweiten, dünneren Endes 98 wirkt, um das dickere Ende 96 ebenso radial nach innen vorzubelasten, sowie andere Federkonfigurationen und Anordnungen wie z. B. Blattfedern, die auf die Innenflächen der dünneren Enden 98 der Gewichte 92 wirken, oder beispielsweise Zugfedern, die auf die Innenflächen der dickeren Enden 96 wirken, liegen folglich alle innerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung.
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Wie in 2 und 4 am besten dargestellt, umfasst die Muffe oder Manschette 70 einen internen oder inneren sich radial nach außen erstreckenden Schlitz, einen internen oder inneren sich radial nach außen erstreckenden Kanal oder eine interne oder innere sich radial nach außen erstreckende Nut 106, der bzw. die auf die Gewichte 92 ausrichtet, die schwenkbar in der Kupplungsnabe 64 angeordnet sind, wenn sich die Muffe oder Manschette 70 in ihrer ersten, ausgerückten (neutralen) Position befindet. Der Schlitz, der Kanal oder die Nut 106 kann um die Muffe oder Manschette 70 kontinuierlich sein oder er bzw. sie kann diskontinuierlich sein und nur in Bereichen ausgebildet sein, die auf die dickeren Enden 96 der gekrümmten Gewichte 92 ausgerichtet sind, um die Installation von Arretierungen oder anderen Komponenten (nicht dargestellt) in Zwischenstellen um die Kupplungsnabe 64 zu ermöglichen.
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Wenn sich die Kupplungsnabe mit einer Drehzahl unter einer Schwellendrehzahl dreht, ist die durch die dickeren Enden 96 der gekrümmten Gewichte 92 erzeugte Zentrifugalkraft unzureichend, um die Kraft (Vorbelastung) zu überwinden, die durch die Druckfedern 100 erzeugt wird, und die gekrümmten Gewichte 92 bleiben in den in 3 dargestellten Positionen. Sollte der Fahrzeugfahrer den Rückwärtsgang einlegen wollen, kann die Muffe oder Manschette 70 in die zweite Position mit eingelegtem Rückwärtsgang bewegt werden.
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Diese Handlung beinhaltet die Translation der Muffe oder Manschette 70 nach rechts in 2 und 4, den Kontakt der schraubenlinienförmigen Innenkeile oder Zahnradzähne 68 an der Muffe oder Manschette 70 mit den schraubenlinienförmigen Außenkeilen oder Zahnradzähnen 82 am Blockierring 80, so dass das Reibungsmaterial 84 am Blockierring 80 gegen den Klauenkupplungskörper 42 gedrängt wird und diesen kontaktiert und dessen Synchronisation beginnt. Wenn der Synchronismus des Klauenkupplungskörpers 42 mit der Muffe oder Manschette 70 (und dem Rückwärtsgangzahnrad 60) beginnt, verzahnen die schraubenlinienförmigen Innenkeile oder Zahnradzähne 68 mit den schraubenlinienförmigen Außenkeilen oder Zahnradzähnen 82, eine Handlung, die durch die schraubenlinienförmige Zahnkonfiguration unterstützt wird, und die schraubenlinienförmigen Innenkeile oder Zahnradzähne 68 der Muffe oder Manschette 70 verschieben sich weiter nach rechts zum Eingriff mit den schraubenlinienförmigen Außenkeilen oder Zahnradzähnen 44 am Klauenkupplungskörper 40, wodurch ein Schaltvorgang in den Rückwärtsgang erreicht wird. Die anfängliche Bedingung oder der anfängliche Zustand, die bzw. der einen Schaltvorgang in den Rückwärtsgang ermöglicht, ist in der oberen Hälfte von 4 dargestellt.
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Wenn andererseits die Kupplungsnabe 64 sich mit einer Drehzahl dreht, die über der Schwellendrehzahl liegt, reicht die durch die Gewichte 92 erzeugte Zentrifugalkraft aus, um die entgegengesetzte Vorbelastungskraft der Druckfedern 100 zu überwinden, und die dickeren Enden 96 der gekrümmten Gewichte 92 bewegen sich radial nach außen, treten in den Kanal oder die Nut 106 ein und verhindern die Verschiebung der Muffe oder Manschette 70 und verhindern das Einlegen des Rückwärtsgangs. Diese Bedingung oder dieser Zustand ist in der unteren Hälfte von 4 dargestellt.
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Mit Bezug auf 5 ist ein Abschnitt einer anderen Ausführungsform einer Synchronkupplungsanordnung dargestellt und mit dem Bezugszeichen 120 bezeichnet. Die Synchronkupplungsanordnung 120 ist zur Verwendung in einem Handschaltgetriebe, in dem die Rückwärtsgang-Synchronkupplung eine Dual- oder Doppelsynchronkupplung ist, konstruiert und vorgesehen, das heißt, sie ist einem Vorwärtsgang und Rückwärtsgang zugeordnet und synchronisiert damit. In dieser Anwendung muss eine Dual- oder Doppelsynchronkupplungsanordnung sowohl einen herkömmlichen, uneingeschränkten oder unbehinderten Fahrerzugang zum Vorwärtsgang als auch eine geschwindigkeitsempfindliche Verhinderung des Rückwärtsgangs vorsehen, wie vorstehend beschrieben.
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Die Synchronkupplungsanordnung 120 umfasst einen ersten Klauenkupplungskörper 122, der einem Vorwärtsgang zugeordnet ist, beispielsweise dem sechsten Gang, und einen zweiten Klauenkupplungskörper 132, der dem Rückwärtsgang zugeordnet ist. Ein erster Blockierring 124 ist benachbart zum ersten Klauenkupplungskörper 122 angeordnet und ein Reibungs- oder Kupplungsbelagmaterial 126 ist dazwischen angeordnet. Ein zweiter Blockierring 134 ist benachbart zum zweiten Klauenkupplungskörper 132 angeordnet und ein Reibungs- oder Kupplungsbelagmaterial 136 ist dazwischen angeordnet. Zwischen den Klauenkupplungskörpern 122 und 132 und den Blockierringen 124 und 134 ist eine Kupplungsnabe 140 zentriert. Die Kupplungsnabe 140 umfasst eine Mehrzahl von gekrümmten und schwenkbar gelagerten Gewichte 142 (von denen eines in 5 dargestellt ist), die in jeder Hinsicht dieselben wie die Gewichte 92 sind, die in 3 dargestellt sind, und folglich gegen die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Synchronkupplungsanordnung 120 erzeugt wird, durch eine gleiche Mehrzahl von Federn 144, von denen eine in 5 dargestellt ist, nach innen radial vorbelastet sind.
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Eine Kupplungsschaltmuffe oder -manschette 150 umgibt die Kupplungsnabe 140 und ist damit durch einen schraubenlinienförmigen Eingriffssatz von Keilen oder Zahnradzähnen 152 gekoppelt. Die Schaltmuffe oder -manschette 150 umfasst einen äußeren Umfangskanal oder eine äußere Umfangsnut 156, die eine Schaltgabel 74 aufnimmt, die in 1 dargestellt ist. An der Innenfläche oder inneren Oberfläche der Kupplungsmuffe oder -manschette 150 befindet sich ein hinterschnittener Kanal oder eine hinterschnittene Nut 160, die zur Seite des zweiten Klauenkupplungskörpers 132 und zweiten Blockierrings 134, der dem Rückwärtsgang zugeordnet ist, offen ist. Ein sich auf dem Umfang erstreckender Absatz 162 schneidet den Kanal oder die Nut 160 und definiert das Ende des Kanals oder der Nut 160, das linke Ende, wie in 5 gesehen.
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Die gekrümmten und schwenkbar gelagerten Gewichte 142 funktionieren, wie vorstehend beschrieben. In 5 wird angenommen, dass die Nabe 140 sich mit einer Drehzahl dreht, die über einer Schwellendrehzahl liegt. Folglich reicht die durch die Gewichte 142 erzeugte Zentrifugalkraft aus, um die entgegengesetzte Vorbelastungskraft der Druckfedern 144 zu überwinden, und die Gewichte 142 haben sich radial nach außen in ihre Rückwärtsgang-Verhinderungspositionen bewegt.
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Folglich ist zu erkennen, dass die Schaltmuffe oder -manschette 150 nicht nach rechts in 5 bewegt werden kann, um den Rückwärtsgang einzulegen, da eine solche Handlung durch die Störung zwischen den Gewichten 142 und dem Absatz 162 der Schaltmuffe oder -manschette 150 verhindert wird. Da jedoch der Kanal oder die Nut 160 nach rechts offen ist, stören die zentrifugal, radial verlagerten Gewichte 142 die axiale Verschiebung der Schaltmuffe oder -manschette 150 nach links nicht und der Vorwärtsgang, beispielsweise der sechste Gang, kann durch den Fahrzeugfahrer leicht eingelegt werden. Wenn die Drehzahl der Nabe 140 unter die Schwellendrehzahl fällt, ziehen sich die Gewichte 142 natürlich zurück, das heißt bewegen sich radial nach innen, und ein vom Fahrer eingeleiteter Schaltvorgang in den Rückwärtsgang kann durchgeführt werden.
