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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Fahrzeuge üblicher Bauart weisen Schaltgetriebe zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Traktionsmotor und den angetriebenen Rädern auf. Ein wichtiger Abschnitt der Schaltgetriebe bildet die Synchronisationseinrichtung, welche beim Umschalten der Übersetzungen die Kopplung zwischen Welle und Losrad übernimmt. In vielen Fahrsituationen sind die Drehzahlen zwischen der Getriebewelle und dem Losrad unterschiedlich. Um diesen Drehzahlunterschied auszugleichen, synchronisieren die Synchronisationseinrichtungen Getriebewelle und Losrad hinsichtlich der Drehzahl zueinander. Nach dem Synchronisieren koppelt die Synchronisationseinrichtung die Welle mit dem Losrad drehfest.
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Die Synchronisationseinrichtungen weisen in vielen Ausgestaltungen ein Synchronringpaket sowie eine axial verschiebbare Schiebemuffe auf. Bei der Synchronisation erfolgt zunächst ein Ansynchronisieren, wobei die Schiebemuffe über Druckstücke oder dergleichen einen inneren Synchronring gegen einen äußeren Synchronring drückt, wobei der äußere Synchronring drehgekoppelt mit dem Losrad ist. Der innere und der äußere Synchronring gehen eine reibschlüssige Verbindung ein, sodass die Drehzahldifferenz zwischen der Schaltmuffe und dem Losrad reduziert wird.
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Ein Durchschalten der Schiebemuffe ist allerdings noch nicht möglich, da eine Sperrverzahnung des äußeren Synchronrings gegen ein Durchschalten der Schiebemuffe sperrt. Jedoch weisen die Sperrverzahnung und die Verzahnung der Schiebemuffe jeweils eine Dachverzahnung auf, sodass bei einem weiteren axialen Verschieben der Schiebemuffe der äußere Synchronring verdreht und dadurch entsperrt wird. Nach dem Entsperren können die Zähne der Schiebemuffe durch die Sperrverzahnung durchgeschoben werden und schließlich in Eingriff mit einer Kopplungsverzahnung des Losrads kommen.
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Die Druckschrift
DE 10 347 266 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, beschreibt beispielsweise eine Synchronisationseinrichtung mit der zuvor beschriebenen Funktionsweise. Das Besondere an der Synchronisationseinrichtung in der genannten Druckschrift ist jedoch, dass die Schiebemuffe nicht wie üblich auf einem Tragkörper sitzt, sondern unmittelbar auf der Getriebewelle angeordnet ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeanordnung vorzuschlagen, welche besonders kompakt aufgebaut ist. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein Personenkraftfahrzeug, Bus, Lastkraftwagen, etc. ausgebildet. Die Getriebeanordnung ist bevorzugt als ein Schaltgetriebe, Automatikgetriebe, Gangräderwechselgetriebe oder Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet.
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Die Getriebeanordnung weist eine Getriebewelle auf, welche zur Übertragung eines Traktionsdrehmoments ausgebildet ist. Insbesondere dient diese zur Übertragung des Traktionsmoments von einem Traktionsmotor des Fahrzeugs zu angetriebenen Rädern des Fahrzeugs.
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Die Getriebewelle weist ein Losrad auf, wobei das Losrad auf der Getriebewelle zum Beispiel über eine Lagereinrichtung drehbar angeordnet ist. Das Losrad ist insbesondere als ein Gangrad ausgebildet. Vorzugsweise ist das Losrad als ein Stirnzahnrad mit Geradverzahnung oder Schrägverzahnung ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass das Losrad und/oder die Getriebewelle, insbesondere mit deren Rotationsachse, eine Hauptachse in der Getriebeanordnung definiert.
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Die Getriebeanordnung weist eine Schaltmuffe – auch Schiebemuffe zu nennen – auf, welche zur Kopplung der Getriebewelle mit dem Losrad ausgebildet ist. Die Schaltmuffe ist vorzugsweise in axialer Richtung zu der Hauptachse auf der Getriebewelle verschiebbar angeordnet. Die Kopplung ist bevorzugt als eine formschlüssige Kopplung ausgebildet, wobei die Schaltmuffe mit der Getriebewelle formschlüssig verbunden ist und zugleich formschlüssig mit dem Losrad verbunden ist. Die formschlüssige Verbindung bezieht sich insbesondere auf eine Verbindung in Bezug auf eine Umlaufrichtung um die Hauptachse.
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Die Getriebeanordnung weist eine Reibringeinrichtung zur reibschlüssigen Kopplung von Losrad und Getriebewelle auf. Die Reibringeinrichtung ist insbesondere als eine Synchronringeinrichtung und/oder als ein Synchronringpaket ausgebildet. Insbesondere weist die Reibringeinrichtung einen inneren Synchronring und einen äußeren Synchronring auf, wobei der innere Synchronring und der äußere Synchronring miteinander in eine reibschlüssige Verbindung treten können. Besonders bevorzugt ist mindestens einer der Synchronringe als ein Konusring ausgebildet.
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Die Reibringeinrichtung und besonders bevorzugt der innere Synchronring weist mindestens einen Sperrzahn, optional auch mehrere derartige Sperrzähne, auf. Die Schaltmuffe weist dagegen mindestens eine Gegenkontur zur Aufnahme des Sperrzahns bzw. mehrere derartige Gegenkonturen zur Aufnahme der Sperrzähne auf. Der Sperrzahn und die Gegenkontur bilden gemeinsam einen Sperrmechanismus.
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Funktional betrachtet bilden die Getriebewelle, das Losrad, die Schaltmuffe und die Reibringeinrichtung eine Synchronisationseinrichtung innerhalb der Getriebeanordnung. Die Synchronisationseinrichtung hat bei einem Schaltvorgang zum einen die Aufgabe, die Drehzahlen von Getriebewelle und Losrad aneinander anzugleichen, um die beiden Komponenten hinsichtlich der Drehzahl zu synchronisieren. Der Sperrmechanismus hat dagegen die Aufgabe, eine formschlüssige Kopplung zwischen der Schaltmuffe und dem Losrad und/oder die Schaltmuffe abzuweisen, solange die Drehzahldifferenz zwischen dem Losrad und der Getriebewelle zu groß ist beziehungsweise überhaupt noch besteht.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Reibringeinrichtung und die Schaltmuffe zumindest abschnittsweise oder vollständig konzentrisch zueinander angeordnet sind. Insbesondere wird die Reibringeinrichtung von der Schaltmuffe getragen und/oder ist die Schaltmuffe radial innerhalb der Reibringeinrichtung angeordnet. Es ist vorgesehen, dass sich der Sperrzahn in radialer Richtung erstreckt.
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Erfindungsgemäß wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Sperrzahn in einem konzentrisch überlappenden Bereich von Reibringeinrichtung und Schaltmuffe sich in radialer Richtung in die Schaltmuffe hinein erstreckt. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, dass der Sperrzahn und damit der Sperrmechanismus besonders platzsparend in einen konzentrisch überlappenden Bereich von Reibringeinrichtung und Schaltmuffe untergebracht werden können.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gegenkontur zur Aufnahme des Sperrzahns als eine Ausnehmung in einem Mantelflächenabschnitt der Schaltmuffe ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Gegenkontur als eine Nut oder als ein Nutenbereich in der Schaltmuffe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Gegenkontur umlaufend geschlossen und/oder nicht randseitig geöffnet ausgebildet. Dagegen ist es bevorzugt, dass der Sperrzahn als eine Auskragung in einem Mantelflächenabschnitt der Reibringeinrichtung ausgebildet ist. Diese konstruktiven Konkretisierungen der Getriebeanordnung unterstreichen nochmals die erfinderische Idee, eine besonders kompakte Getriebeanordnung zu schaffen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sperrzahn und die Gegenkontur eine Rampeneinrichtung mit einer Rampe bilden. Die Rampe kann ausschließlich durch den Sperrzahn, ausschließlich durch die Gegenkontur oder gemeinsam durch Sperrzahn und Gegenkontur gebildet sein. Bei einer axialen Bewegung des Sperrzahns in der Gegenkontur stützt sich und/oder gleitet der Sperrzahn an der Gegenkontur ab, und zwar während der Sperrzahn die Rampe abfährt, wobei das Abstützen oder Entlanggleiten in Umlaufrichtung, insbesondere zu einer tangentialen Richtung zu einem Kreis um die Hauptachse, erfolgt.
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Für den Fall, dass die Gegenkontur als eine Nut ausgebildet ist, stützt beziehungsweise gleitet der Sperrzahn an einer Nutwand ab. Besonders bevorzugt ist die Stützfläche beziehungsweise Gleitfläche gewinkelt, insbesondere senkrecht zu einer Mantelfläche der Schaltmuffe ausgerichtet. Somit wird der Sperrzahn beim Abfahren der Rampe maßgeblich in axialer Richtung bewegt, wobei dieser durch die Rampe in Umlaufrichtung und/oder in tangentialer Richtung und/oder senkrecht zu der axialen Bewegung verschoben wird.
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Bevorzugt weist die Gegenkontur einen Eingangsnutabschnitt, einen Rampennutabschnitt und einen Ausgangsnutabschnitt auf. Der Eingangsnutabschnitt und der Ausgangsnutabschnitt sind gleichgerichtet und verlaufen vorzugsweise in axialer Richtung zu der Hauptachse. Sie sind jedoch in Umlaufrichtung zueinander versetzt angeordnet. Der Rampennutabschnitt verbindet den Eingangsnutabschnitt mit dem Ausgangsnutabschnitt, sodass eine gemeinsame Nut gebildet wird, welche der Sperrzahn ablaufen kann. In Bezug auf die Hauptachse ist der Rampennutabschnitt schrägverlaufend ausgerichtet. Beispielsweise nimmt dieser einen Winkel zwischen 10 und 45 Grad in Bezug auf die Hauptachse ein, wenn in radialer Richtung auf die Schaltmuffe geblickt wird beziehungsweise bei einer Abwicklung der Mantelfläche der Schaltmuffe. Die Nutabschnitte weisen jeweils seitliche Wände, insbesondere Nutwände, auf.
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Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass der Sperrzahn eine Schiebeflanke und eine Sperrflanke aufweist. Die beiden Flanken sind Flächen, welche sich senkrecht oder gewinkelt zu einer Mantelfläche der Schaltmuffe erstrecken. Insbesondere sind die Flanken parallel zu den Nutwänden ausgerichtet. Die Schiebeflanke ist parallel zu der Nutwand des Eingangsabschnitts und/oder Ausgangsabschnitts ausgerichtet. Die Sperrflanke ist parallel zu der Nutwand des Rampennutabschnitts ausgerichtet. Die Schiebeflanke verläuft in axialer Richtung, die Sperrflanke ist in radialer Draufsicht auf den Sperrzahn gewinkelt oder geneigt zu der Schiebeflanke ausgerichtet. Insbesondere weist der Sperrzahn eine Pfeilform auf und/oder ist in der radialen Draufsicht die Sperrflanke als eine Dachschräge relativ zu der Schiebeflanke ausgebildet.
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Im Betrieb kann die Getriebeanordnung verschiedene Zustände einnehmen.
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Ansynchronisationszustand:
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In dem Ansynchronisationszustand liegt der Sperrzahn mit der Schiebeflanke an einer Nutwand des Eingangsnutabschnitts an. Vorzugsweise ist die Sperrflanke anlagefrei.
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Sperrzustand:
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In diesem Zustand liegt die Schiebeflanke insbesondere noch an der Nutwand des Eingangsnutabschnitts an, die Sperrflanke liegt jedoch an der Nutwand des Rampennutabschnitts an.
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Entsperrzustand:
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In diesem Zustand ist die Schiebeflanke frei und die Sperrflanke liegt an der Nutwand des Rampennutabschnitts an. Der Sperrzahn läuft die Rampe entlang.
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Freiflugzustand:
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Der Sperrzahn liegt mit der Schiebeflanke an der Nutwand des Ausgangsnutabschnitts an, die Sperrflanke ist anlagefrei.
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Optional ergänzend weist die Schaltmuffe Rastaufnahmen sowie Rastorgane auf, welche in den Rastaufnahmen in radialer Richtung nachgiebig oder federnd angeordnet sind. In der Reibringeinrichtung sind Rastkonturen zur Aufnahme der Rastorgane angeordnet. Auch bei der dadurch gebildeten Rasteinrichtung ändert sich in Abhängigkeit des Zustandes der Getriebeanordnung die Relativposition der Komponenten. Beispielsweise sind die Rastaufnahmen als radial verlaufende Kanäle oder Sacklöcher ausgebildet. Die Rastorgane sind als Kugeln ausgebildet, die durch Federn nachgiebig in den Rastaufnahmen angeordnet sind. Die Rastkonturen sind als Halbkugelaufnahmen ausgebildet und vorzugsweise so dimensioniert, dass die Kugeln zu weniger als die Hälfte aufgenommen werden, um ein Herausrutschen oder -wandern der Kugeln bei dem Übergang in dem Entsperrzustand zu ermöglichen.
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Ansynchronisationszustand:
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Die Rastorgane sind in der Rastkontur angeordnet, sodass die Schaltmuffe mit der Reibringeinrichtung verrastet ist.
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Sperrzustand:
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Die Rastorgane sind immer noch in der Rastkontur angeordnet, sodass die Schaltmuffe mit der Reibringeinrichtung verrastet ist.
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Entsperrzustand:
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Die Rastorgane laufen aus den Rastaufkonturen heraus, sodass diese nur noch teilweise in den Rastkonturen angeordnet sind und teilweise außerhalb der Rastaufkonturen angeordnet sind. Die Schaltmuffe entrastet die Reibringeinrichtung.
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Freiflugzustand:
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Die Rastorgane sind außerhalb der Rastkonturen angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Reibringeinrichtung einen Innensynchronring und einen Außensynchronring auf. Der Innensynchronring und der Außensynchronring sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der Innensynchronring weist den Sperrzahn und optional ergänzend die Rastkonturen auf. Der Innensynchronring weist einen Außenkonus, der Außensynchronring weist einen Innenkonus auf, welche jeweils einen Reibbelag tragen, sodass der Außensynchronring mit dem Innensynchronring in Reibschluss treten kann. Dadurch kann auch die mit dem Innensynchronring drehfest verbundene Schaltmuffe mit dem mit dem Außensynchronring drehgekoppelt verbundenen Losrad in Reibschluss treten.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist das Losrad eine Innenverzahnung als eine erste Schaltverzahnung und die Schaltmuffe eine Außenverzahnung als zweite Schaltverzahnung auf, wobei die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung in formschlüssigen Eingriff treten kann, um die Schaltmuffe mit dem Losrad und dadurch das Losrad mit der Getriebewelle zu koppeln.
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Die Schaltmuffe weist eine als Innenverzahnung ausgebildete Kopplungsverzahnung auf, welche in eine auf der Getriebewelle angeordnete als Außenverzahnung ausgebildete Gegenkopplungsverzahnung eingreift. Der Eingriff ist so gestaltet, dass die Schaltmuffe in axialer Richtung verschiebbar, jedoch in Umlaufrichtung drehfest angeordnet ist. Insbesondere weist die Kopplungsverzahnung und die Gegenkopplungsverzahnung jeweils Zähne auf, deren Längserstreckung in axialer Richtung ausgerichtet sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine geschnittene, dreidimensionale Darstellung einer Synchronisationsvorrichtung als Teil einer Getriebeanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a, b, c die Synchronisationsvorrichtung der 1 in einem Ansynchronisationszustand;
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3a, b, c die Synchronisationsvorrichtung der 1 in einem Sperrzustand;
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4a, b, c, d die Synchronisationsvorrichtung der 1 in einem Entsperrzustand;
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5a, b die Synchronisationsvorrichtung der 1 in einem Freiflugzustand;
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6a, b die Synchronisationsvorrichtung der 1 in einem gekoppelten Zustand.
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Die 1 zeigt ein einem Schnitt entlang einer Hauptachse H einen Teil einer Getriebeanordnung als Synchronisationsvorrichtung 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Synchronisationsvorrichtung 1 weist eine Getriebewelle 2 auf, auf der ein Losrad 3 aufgesetzt ist. Die Getriebewelle 2 ist als eine Hohlwelle ausgebildet. Die Synchronisationsvorrichtung 1 dient dazu, eine Drehgeschwindigkeit des Losrads 3 mit einer Drehgeschwindigkeit der Getriebewelle 2 zu synchronisieren und nachfolgend die Getriebewelle 2 und das Losrad 3 formschlüssig drehfest zu koppeln. In gleicher Weise dient die Synchronisationsvorrichtung 1 dazu, diese Kopplung wieder zu lösen.
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Das Losrad 2 ist über eine Lagereinrichtung 4 auf der Getriebewelle 2 drehbar gelagert. Die Lagereinrichtung 4 bildet damit ein Losradlager und ist als ein Kugellager, insbesondere als ein Rillenkugellager, ausgebildet, welches Druckkräfte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung übertragen kann. Insbesondere ist die Lagereinrichtung 4 als ein Vierpunktlager ausgebildet.
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Ferner weist die Synchronisationsvorrichtung 1 eine Schaltwelle 5 auf, welche koaxial zu der Getriebewelle 2 und in der Getriebewelle 2 angeordnet ist. Die Schaltwelle 5 ist in der Getriebewelle 2 in axialer Richtung zu der Hauptachse H verschiebbar angeordnet.
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An einem freien Ende trägt die Schaltwelle 5 ein Organ 6 zur Schaltungsanbindung. An dem in der Getriebewelle 2 befindlichen Ende ist ein Verbindungselement 7 angeordnet, welches als ein Anbindungsbolzen ausgebildet ist und welches sich mit seiner Längserstreckung in radialer Richtung zu der Hauptachse H erstreckt und/oder die Hauptachse H kreuzt. Das Verbindungselement 7 ist durch Schaltwellenöffnungen 8 geführt, sodass dieses in formschlüssiger Weise bei einer axialen Bewegung der Schaltwelle 5 ebenfalls in axialer Richtung mitgeführt wird. Optional ist das Verbindungselement 7 mit der Schaltwelle 5 verpresst und dadurch form- und/oder kraftschlüssig gekoppelt.
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Auf der Getriebewelle 2 ist eine Schaltmuffe 9 angeordnet, welche über das Verbindungselement 7 mit der Schaltwelle 5 in axialer Richtung zu der Hauptachse H verschiebefest gekoppelt ist. Beispielsweise ist die Schaltmuffe 9 mit dem Verbindungselement verpresst. Die Schaltmuffe 9 weist eine Innenverzahnung auf, welche in einer Außenverzahnung der Getriebewelle 2 eingreift, sodass Getriebewelle 2 und Schaltmuffe 9 in Umlaufrichtung um die Hauptachse H formschlüssig zueinander angeordnet sind, die Schaltmuffe 9 jedoch in axialer Richtung zu der Hauptachse H verschiebbar ist. Über die Verzahnungen wird das Drehmoment von der Getriebewelle 2 zum Losrad 3 beziehungsweise in Gegenrichtung übertragen.
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Auf einer Außenzylindermantelfläche der Schaltmuffe 9 sitzt eine Reibringeinrichtung 10, welche zur Synchronisation der Drehzahlen der Getriebewelle 2 und des Losrads 3 dient. In der 1 ist mit einer gestrichelten Linie die Position der Reibringeinrichtung 10 angedeutet. Die Reibringeinrichtung 10 ist konzentrisch zu der Schaltmuffe 9 angeordnet. Insbesondere wird die Reibringeinrichtung 10 ausschließlich von der Schaltmuffe 9 getragen. Die Reibringeinrichtung 10 weist eine Innenzylindermantelfläche auf, welche auf der Außenzylindermantelfläche der Schaltmuffe 9 aufliegt. Die Reibringeinrichtung 10 kann als ein Ringpaket ausgebildet sein, welches eine oder mehrere Reibkonen aufweist.
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Das Losrad 3 kann in axialer Richtung in einen Zahnradabschnitt 11, einen Zwischenabschnitt 12 und einen Lagerabschnitt 13 unterteilt werden. Der Zwischenabschnitt 12 verbindet den Zahnradabschnitt 11 mit dem Lagerabschnitt 13. Der Zahnradabschnitt 11 trägt an dem radialen Außenumfang eine Losradverzahnung 14, welche zum Eingriff in ein weiteres Zahnrad dient. An seiner radialen Innenseite oder an seinem radialen Umfang trägt der Zahnradabschnitt eine erste Schaltverzahnung 15, welche als eine Innenverzahnung ausgebildet ist und welche mit einer zweiten Schaltverzahnung 16 auf der Schaltmuffe 9 in Eingriff tritt, wenn die Schaltmuffe 9 und das Losrad 3 formschlüssig miteinander gekoppelt sind.
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Die Lagereinrichtung 4 weist einen Innenring 17, welcher auf der Getriebewelle 2 aufgesetzt ist und einen Außenring 18 auf, welcher relativ zu dem Innenring 17 über eine Reihe Kugeln 19 verdrehbar angeordnet ist. Auf dem Außenring 18 ist der Lagerabschnitt 13 aufgesetzt und vorzugsweise aufgepresst, um einen dauerhaften Halt sicherzustellen. Statt einer kraftschlüssigen Verbindung ist auch eine stoffschlüssige, formschlüssige oder sonstige Verbindung denkbar.
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Zwischen dem Zahnradabschnitt 11 und der Lagereinrichtung 4 und der Getriebewelle 2 wird durch das Losrad 3 ein Bauraum 20 gebildet, welcher einerseits durch die erste Kopplungsverzahnung 16 des Zahnradabschnitts 11 und andererseits durch die Lagereinrichtung 4 begrenzt ist. In diesem Bauraum 20 ist zum einen die Schaltmuffe 9 und zum anderen die Reibeinrichtung 10 angeordnet. Damit sind Schaltmuffe 9 und Reibeinrichtung 10 in dem Bauraum 20 unverlierbar gehalten oder gefangen.
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In der 2a ist die Reibringeinrichtung 10, die Schaltmuffe 9 mit der zweiten Schaltverzahnung 16 nochmals dargestellt. Aus der 2a ergibt sich, dass die Reibringeinrichtung 10 einen inneren Synchronring 22 und einen äußeren Synchronring 23 aufweist. Der äußere Synchronring 23 ist mit dem Losrad 3 drehgekoppelt. Der innere Synchronring 22 weist einen Innenkonus 24 auf, welcher an einem Außenkonus 25 des äußeren Synchronrings 23 anliegt. Der Innenkonus 24 ist koaxial zu der Hauptachse H und ist in Richtung der Schaltverzahnung 16 im Durchmesser kleiner werdend ausgebildet. Dagegen ist der Außenkonus 25 in Bezug auf den freien Durchmesser in die Gegenrichtung größer werdend ausgebildet, sodass der innere Synchronring 22 und der äußere Synchronring 23 zusammen in dem gezeigten Längsschnitt einen rechteckigen Aufbau haben, welcher jedoch durch den Innenkonus 24 und den Außenkonus 25 diagonal getrennt ist. Der Innenkonus 24 und der Außenkonus 25 sind jeweils mit einer Reibbeschichtung oder Reiboberfläche versehen, sodass diese reibschlüssig ineinandergreifen können. Auf der der zweiten Schaltverzahnung 16 abgewandten Seite stößt der innere Synchronring 22 an einen Anschlag 26, welcher durch das Losrad 3 oder die Lagereinrichtung 4 gebildet sein kann.
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Die Schiebemuffe 9 weist eine Rastaufnahme 27 auf, in der ein Rastorgan 28, ausgebildet als Kugel, über eine Feder 29, insbesondere Druckfeder, elastisch nachgiebig angeordnet ist. Die Reibringeinrichtung 10 und insbesondere der innere Synchronring 22 weist dagegen eine Rastkontur 30 auf, in der das Rastorgan 28 zumindest abschnittsweise anordenbar ist.
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Die 2b zeigt einen Längsschnitt durch die Getriebeanordnung 1 an einer anderen Position in Umlaufrichtung, wobei statt der Rasteinrichtung, gebildet aus der Rastaufnahme 27, dem Rastelement 28 und der Rastkontur 30, eine Sperrmechanismus 31 dargestellt ist. Der Sperrmechanismus 31 weist einen Sperrzahn 32 sowie eine Gegenkontur 33, in die der Sperrzahn 32 eingreift. Die Gegenkontur 33 ist als eine Nut oder Nutkontur in der Schaltmuffe 9 ausgebildet. Der Sperrzahn 32 ist gegenüber einer inneren Mantelfläche des inneren Synchronrings 22 auskragend oder in radialer Richtung nach innen herausstehend ausgebildet. Insbesondere taucht der Sperrzahn 32 im Bereich der Gegenkontur 33 in die Gegenkontur 33 ein.
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In der 2c ist der Sperrmechanismus 31 in einer radialen Draufsicht gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Sperrzahn 32 eine Schiebeflanke 35 sowie eine Sperrflanke 36 aufweist. Die Schiebeflanke 35 verläuft in radial-axialer Richtung. Die Sperrflanke 36 erstreckt sich ausgehend von einer Mantelfläche der Schaltmuffe 9 in die Tiefe. Sie ist jedoch in Bezug auf die Längserstreckung gewinkelt zu der Schiebefläche 35 ausgebildet. Gemeinsam bilden Sperrflanke 36 und Schiebeflanke 35 eine Pfeilform aus.
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Die Gegenkontur 33 kann in drei Abschnitte unterteilt werden, und zwar einen Eingangsnutabschnitt 37, einen Rampennutabschnitt 38 und einen Ausgangsnutabschnitt 39. Für die Funktion der Sperreinrichtung 31 ist in Umlaufrichtung um die Hauptachse H betrachtet nur eine Seite der Gegenkontur 33 relevant, da der Sperrzahn 32 nur an der einen Seite – in der 2c im oberen Bereich – anliegt. Die andere Seite der Gegenkontur 33 kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass diese nicht – wie in der 2c dargestellt – gerade ausgebildet ist, sondern kann symmetrisch zu der anderen Nutseite realisiert sein. Betrachtet man den tatsächlich verwendeten Weg des Sperrzahns 32, so ist der Eingangsnutabschnitt 37 parallel oder gleichgerichtet zu der Hauptachse H ausgerichtet. Der Ausgangsnutabschnitt 39 ist in gleicher Weise parallel oder gleichgerichtet zu der Hauptachse H ausgerichtet, jedoch in Umlaufrichtung verschwenkt zu dem Nuteingangsabschnitt 37 angeordnet. Der Rampennutabschnitt 38 verbindet den Eingangsnutabschnitt 37 mit dem Ausgangsnutabschnitt 39, sodass der Rampennutabschnitt 38 schräg oder diagonal über die Hauptachse H in der gezeigten Abwicklung oder radialen Draufsicht verläuft.
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Nach der Erläuterung der konstruktiven Ausgestaltung werden im Nachfolgenden verschiedene Betriebszustände der Getriebeanordnung 1 diskutiert:
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Ansynchronisationszustand:
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Die 2a, b, c zeigen den Ansynchronisationszustand, wobei die Schiebeflanke 35 an einer seitlichen Wand, insbesondere Nutwand, des Eingangsnutabschnitts 37 anliegt. Die Sperrflanke 36 ist dagegen von der Nutwand des Rampennutabschnitts 38 beabstandet. Durch ein Verschieben der Schiebemuffe 9 in Richtung der ersten Schaltverzahnung 16 des Losrads 3 treten der innere Synchronring 22 und der äußere Synchronring 23 über den Innenkonus 24 und den Außenkonus 25 in Reibschluss. Die Verschiebung des inneren Synchronrings 22 erfolgt dadurch, dass das Rastelement, nämlich die Kugel 28, sowohl in der Rastaufnahme 27 als auch in der Rastkontur 30 angeordnet ist, sodass bei einer axialen Verschiebung der Schaltmuffe 9 der innere Synchronring 22 mitgenommen wird. In diesem Zustand treten die Schiebemuffe 9 und das Losrad 3 über die Reibringeinrichtung 10 in eine reibschlüssige Verbindung, sodass die beiden Drehzahlen von Getriebewelle 2 und Losrad 3 gleichgesetzt werden.
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Sperrzustand:
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Aus den 3a–b ergibt sich in gleicher Darstellung wie in den vorhergehenden Figuren die Getriebeanordnung 1 im Sperrzustand. In dem Sperrzustand ist ein Reibschluss zwischen dem inneren Synchronring 22 und dem äußeren Synchronring 23 erfolgt, sodass diese mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren. Damit rotiert auch die Schaltmuffe 9 und das Losrad 3 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit. Das Rastelement, ausgebildet als die Kugel 28, ist immer noch in der Rastaufnahme 27 beziehungsweise in der Rastkontur 30 angeordnet. Die Sperrflanke 36 liegt an der Nutwand des Rampennutabschnitts 38 an, die Schiebeflanke 35 liegt noch an der Wand, insbesondere Nutwand, des Eingangsnutabschnitts 37 an. Durch ein Verschieben der Schaltmuffe 9 in axialer Richtung wird über den Sperrzahn 32 eine axial und eine radial wirkende Kraft auf die Reibringeinrichtung 10 aufgebracht. Diese entsteht dadurch, dass die Nutwand des Rampennutabschnitts 38 als eine Rampe ausgebildet ist, welche in Umlaufrichtung ansteigt. Durch diese Rampeneinrichtung wird sichergestellt, dass die Schaltmuffe 9 nicht mit Gewalt durchgeschaltet werden kann, sondern über das Abfahren der Rampe eine axiale sowie eine radiale Kraft aufgebracht wird, um die Reibringeinrichtung 10 in einen Reibschluss zu bringen.
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Entsperrzustand:
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In den 4a, b, c ist der Entsperrzustand gezeigt. In dem Entsperrzustand ist der Sperrzahn 32 die Rampe, welche durch den Rampennutabschnitt 38 gebildet ist, zum größten Teil abgelaufen. In dem Entsperrzustand ist die Schiebeflanke 35 entkoppelt von etwaigen Nutwänden. Die Sperrflanke 36 liegt dagegen an der Nutwand des Rampennutabschnitts 38 an. Betrachtet man die Rastringeinrichtung, so erkennt man, dass der innere Synchronring 22 nicht weiter in axialer Richtung verfahren werden kann, sondern dass eine maximale Reibschlusskraft aufgebracht wurde, um die Reibringeinrichtung 10 zu schließen. Dabei fährt die Schaltmuffe 9 mit dem Rastelement, ausgebildet als Kugel 28, aus der Rastkontur 30 langsam aus, wie dies in der 4d dargestellt ist. Im weiteren Verlauf bleibt die Kugel 28 versenkt in der Rastaufnahme 27.
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Freiflugzustand:
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In dem Freiflugzustand wie dieser in den 5a, b dargestellt ist, liegt der Sperrzahn 32 mit der Schiebeflanke 36 an der Nutwand des Ausgangsnutabschnitts 39. Die Sperrflanke 36 ist dagegen ohne Kontakt. Das Verbindungselement, ausgebildet als die Kugel 28, ist in der Rastaufnahme 27 angeordnet und aus der Rastkontur 30 herausgeführt. In diesem Zustand kann die Schaltmuffe 9 nun weiter in axialer Richtung verschoben werden.
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Koppelzustand:
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In dem Koppelzustand, wie dieser in den 6a, b dargestellt ist, greift die erste Schaltverzahnung 15 in die zweite Schaltverzahnung 16 des Losrads 3 ein, sodass eine formschlüssige Kopplung zwischen der Schaltmuffe 9 und dem Losrad 3 hergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Synchronisationsvorrichtung
- 2
- Getriebewelle
- 3
- Losrad
- 4
- Lagereinrichtung
- 5
- Schaltwelle
- 6
- Organ
- 7
- Verbindungselement
- 8
- Schaltwellenöffnungen
- 9
- Schaltmuffe
- 10
- Reibringeinrichtung
- 11
- Zahnradabschnitt
- 12
- Zwischenabschnitt
- 13
- Lagerabschnitt
- 14
- Losradverzahnung
- 15
- erste Schaltverzahnung des Losrads
- 16
- zweite Schaltverzahnung der Schaltmuffe
- 17
- Innenring
- 18
- Außenring
- 19
- Kugeln
- 20
- Bauraum
- 22
- innerer Synchronring
- 23
- äußerer Synchronring
- 24
- Innenkonus
- 25
- Außenkonus
- 26
- Anschlag
- 27
- Rastaufnahme
- 28
- Rastorgan
- 29
- Feder (Druckfeder)
- 30
- Rastkontur
- 31
- Sperrmechanismus
- 32
- Sperrzahn
- 33
- Gegenkontur
- 35
- Schiebeflanke
- 36
- Sperrflanke
- 37
- Eingangsnutabschnitt
- 38
- Rampennutabschnitt
- 39
- Ausgangsnutabschnitt
- H
- Hauptachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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