DE102017123962A1

DE102017123962A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern

Info

Publication number: DE102017123962A1
Application number: DE102017123962.6A
Authority: DE
Inventors: Oswald Friedmann; Dominik Hans
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-04-26
Also published as: WO2018072786A2; DE112017005290A5; WO2018072786A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern (75,76), die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung (85).Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Betätigungseinrichtung (85) zwei relativ zueinander verdrehbare und den Losrädern (75,76) zugeordnete Betätigungselemente (95) mit einem Blockiermechanismus (207) umfasst, der ein gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Getriebe mit Radpaaren, die zur Darstellung von Gängen in dem Getriebe jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassen.
Aus der deutschen Patentschrift DE 199 82 494 C1 ist eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe mit einem auf einer Getriebewelle in Umfangsrichtung der Getriebewelle verdrehfest angeordneten Synchronkörper bekannt, mit einer auf dem Synchronkörper entlang der Längsmittelachse der Getriebewelle verschiebbar angeordneten Schiebemuffe, mit mindestens einem auf der Getriebewelle drehbar gelagerten und an den Synchronkörper anschließenden Gangrad, das mit einem Kupplungskörper verbunden oder mit einer Kupplungsverzahnung versehen ist und über den Kupplungskörper oder die Kupplungsverzahnung mittels der Schiebemuffe mit dem Synchronkörper kuppelbar ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 027 438 A1 ist eine Synchronisiervorrichtung für ein Schaltgetriebe mit einem Synchronkörper und wenigstens einem Synchronring bekannt, welche mittels einer Indexierung in Umfangsrichtung gegeneinander festlegbar sind, wobei die Indexierung aus mindestens einem an dem Synchronring angeordneten und sich im Wesentlichen in axiale Richtung erstreckenden Vorsprung gebildet ist, welcher in mindestens eine Ausnehmung des Synchronkörpers eingreift, wobei die Ausnehmung wenigstens einen schrägen Flächenabschnitt aufweist, auf dem der Vorsprung bei einer Verdrehung des Synchronrings relativ zum Synchronkörper gleitend aufliegt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 002 932 A1 ist eine Synchronisierung für ein Fahrzeuggetriebe bekannt, die eine Schiebemuffe, einen Synchronring, einen Kupplungskörper und einen Synchronkörper umfasst, wobei an dem Synchronkörper und an dem Synchronring jeweils wenigstens eine geneigte Fläche vorgesehen ist, an denen sich der Synchronkörper und der Synchronring flächig berühren, und wenigstens ein zwischen dem Synchronkörper und dem Synchronring wirkendes elastisches Element vorgesehen ist, das eine in Umfangsrichtung wirkende Kraft erzeugt, die die geneigten Flächen von Synchronkörper und Synchronring so aufeinander drücken, dass auf den Synchronring eine in Richtung des Synchronkörpers wirkende Kraftkomponente entsteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Schaltperformance im Betrieb eines Getriebes mit Radpaaren, die zur Darstellung von Gängen in dem Getriebe jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassen, und mit einer Vorrichtung zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung, zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung, dadurch gelöst, dass die Betätigungseinrichtung zwei relativ zueinander verdrehbare und den Losrädern zugeordnete Betätigungselemente mit einem Blockiermechanismus umfasst, der ein gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen verhindert. Die Vorrichtung zum Synchronisieren umfasst vorteilhaft ein Planetengetriebe innerhalb der Losräder des Getriebes. Das Planetengetriebe ist vorzugsweise axial zwischen den beiden Losrädern angeordnet. Eine Relativverdrehung eines Betätigungselements des Planetengetriebes, also zum Beispiel ein Sonnenrad oder ein Planetenträger des Planetengetriebes, erzeugt eine Synchronisierung des entsprechenden Losrads. Die Betätigungselemente sind zum Beispiel über Anschläge mit dem zugeordneten Losrad koppelbar, wobei nur bei jeweils einer vorgegebenen Drehrichtung das eine oder das andere Losrad von dem Anschlag beziehungsweise den Anschlägen freigestellt wird. Der beanspruchte Blockiermechanismus stellt auf einfache Art und Weise sicher, dass nur jeweils eine Drehrichtung ermöglicht wird. Dadurch wird ein unerwünschtes gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen sicher verhindert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den Betätigungselementen rampenförmige Anschläge vorgesehen sind, die ein Verdrehen der Betätigungselemente relativ zu dem zugeordneten Losrad nur in einer Drehrichtung zulassen. Die rampenförmigen Anschläge wirken mit Gegenanschlägen zusammen, die an dem jeweils zugeordneten Losrad vorgesehen sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein Verdrehen in den anderen Drehrichtungen blockiert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass über einen Umfang der Betätigungselemente mehrere rampenförmige Anschläge ungleichmäßig verteilt sind. Dadurch können nach einem Anschlagen des Betätigungselements an dem zugehörigen Losrad auf einfache Art und Weise größere Verdrehwinkel bis zu einem erneuten Anschlagen dargestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente relativ zueinander axial so verlagerbar sind, dass ein Betätigungselement eines mit der Getriebewelle gekoppelten Losrads das gleichzeitige Einlegen eines zweiten Gangs verhindert. Durch die axiale Verlagerung des einen Betätigungselements wird das andere Betätigungselement so gegen das zugeordnete Losrad gedrückt, dass die rampenförmigen Anschläge in Ausnehmungen des zugeordneten Losrads mit den Gegenanschlägen eingreifen.
Bei einer Vorrichtung zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einer vorab beschriebenen Vorrichtung, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Betätigungseinrichtung zwei relativ zueinander verdrehbare und den Losrädern zugeordnete Betätigungselemente mit einer Antirasseleinrichtung umfasst. Die Betätigungselemente werden, zum Beispiel über eine geeignete Aktorik, mit einem Vorlastmoment beaufschlagt. Dadurch wird eine unerwünschte Geräuschentwicklung im Betrieb eines Getriebes mit der Vorrichtung zum Synchronisieren sicher verhindert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung eine Vorspanneinrichtung umfasst, durch die mindestens eines der Betätigungselemente in einer axialen Richtung vorgespannt wird. Die Vorspanneinrichtung umfasst zum Beispiel eine Federeinrichtung. Die Federeinrichtung umfasst zum Beispiel mindestens eine Feder, die, vorzugweise in einer axialen Richtung, zwischen dem Betätigungselement dem zugeordneten Losrad eingespannt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Federeinrichtung mindestens eine Feder umfassen, die zwischen der Betätigungseinrichtung, insbesondere einem der Betätigungselemente, und einem feststehenden Gehäuse, zum Beispiel einem Getriebegehäuse, vorgespannt ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung eine Rasteinrichtung umfasst, die zwischen mindestens einem der Betätigungselemente und einem feststehenden Gehäusekörper angeordnet ist. Über die Rasteinrichtung kann ein gewünschtes Vorlastmoment auf das Betätigungselement beziehungsweise die Betätigungselemente erzeugt werden. Eine Rastierung an dem Losrad und eine Rastierung an dem Betätigungselement wirken vorteilhaft gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem kleinen Winkelversatz zur Erzielung eines Vorlastmomentes über eine Rampe einer der beiden Rastierungen zusammen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung eine Vorspanneinrichtung umfasst, die zwischen mindestens einem der Betätigungselemente und dem zugeordneten Losrad wirksam ist. Die Vorspanneinrichtung umfasst vorteilhaft mindestens eine Feder.
Eine Synchronisiereinrichtung und eine Kupplungseinrichtung sind in axialer Richtung überlappend angeordnet. Durch die überlappende Anordnung der Synchronisiereinrichtung und der Kupplungseinrichtung kann auf einfache Art und Weise axialer Bauraum eingespart werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung und die Kupplungseinrichtung über eine Kulissenführung durch eine Betätigungseinrichtung betätigbar sind. Die Kulissenführung dient vorteilhaft dazu, Relativverdrehungen in axiale Bewegungen umzuwandeln, die wiederum zum Synchronisieren zwischen der Getriebewelle und dem Losrad verwendet werden. Die Kulissenführung umfasst vorteilhaft mindestens einen Kulissenstein, insbesondere einen Kulissenstift, der in einer Kulisse, insbesondere einer Kulissenbahn beziehungsweise einer Nut, geführt ist. Die Betätigungseinrichtung umfasst vorteilhaft ein Planetengetriebeelement, das definiert verdreht beziehungsweise verschwenkt wird, um die Relativverdrehung zu erzeugen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung eine Kupplungsmuffe umfasst, die mit einer Kupplungskulisse zusammenwirkt. Die Kupplungskulisse umfasst vorteilhaft mindestens eine Führungsnut, mindestens ein Gewinde und/oder mindestens eine Rampe. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Kupplungskulisse ein Gewinde und eine Führungsnut. Durch das Gewinde wird auf einfache Art und Weise eine bessere Kraftverteilung erreicht. Eine ähnlich gute Kraftverteilung kann aber auch mit einer Rampe beziehungsweise mit mehreren in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Rampen erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinrichtung eine Synchronisierhülse umfasst, die mit einer Synchronisierkulisse zusammenwirkt. Die Synchronisierkulisse umfasst vorteilhaft mindestens eine Führungsnut, mindestens ein Gewinde und/oder eine Rampe. Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Synchronisierkulisse ein Gewinde und eine Führungsnut oder Kulissenbahn. In die Führungsnut oder Kulissenbahn greift ein Kulissenstein, insbesondere ein Kulissenstift ein. Durch den Kulissenstein, insbesondere den Kulissenstift, wird ein Wiedereinfädeln des Gewindes erheblich vereinfacht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierhülse und die Synchronisierkulisse radial mit der Kupplungsmuffe und der Kupplungskulisse verschachtelt sind. Dadurch kann auf einfache Art und Weise axialer Bauraum eingespart werden. Die Kupplungsmuffe ist vorteilhaft radial innen angeordnet. Die Synchronisierhülse ist vorteilhaft radial außen angeordnet. Die der Kupplungsmuffe zugeordnete Kupplungskulisse ist zusammen mit der der Synchronisierkulisse zugeordneten Synchronisierhülse vorteilhaft radial dazwischen angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierkulisse so mit der Kupplungskulisse gekoppelt ist, dass die Synchronisierhülse unabhängig von der Kupplungsmuffe in axialer Richtung begrenzt verlagerbar ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein stabiler Betrieb der Synchronisiervorrichtung in einem Getriebe ermöglicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe drehfest mit dem Losrad verbunden ist. Die drehfeste Verbindung wird zum Beispiel mit mindestens einer Schiebeverzahnung dargestellt. Durch die Schiebeverzahnung wird auf einfache Art und Weise eine axiale Bewegung der Kupplungsmuffe relativ zu dem Losrad ermöglicht.
Bei einem Getriebe mit Radpaaren, die zur Darstellung von Gängen in dem Getriebe jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassen, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass zwei vorab beschriebene Vorrichtungen zum Synchronisieren zwischen zwei auf einer Getriebewelle benachbarten Losrädern des Getriebes angeordnet sind. Dadurch kann das Getriebe besonders kompakt ausgeführt werden. Bei dem Getriebe handelt es sich vorzugsweise um ein Doppelkupplungsgetriebe. Das Doppelkupplungsgetriebe ist vorzugsweise in einer Front-Quer-Anordnung in ein Kraftfahrzeug eingebaut, insbesondere in ein Kraftfahrzeug, das einen Hybridantrieb aufweist.
Bei einem Verfahren zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und zwei Losrädern, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind, mit einer vorab beschriebenen Vorrichtung, insbesondere in einem vorab beschriebenen Getriebe, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Synchronisiereinrichtung und die Kupplungseinrichtung durch eine Relativbewegung der Betätigungseinrichtung zum Losrad nacheinander so verlagert werden, dass das Losrad mit der Getriebewelle gekoppelt wird. Dabei werden die Synchronisierbewegung und die Kupplungsbewegung besonders vorteilhaft in demselben axialen Bauraum durchgeführt. Die Kopplung des Losrads mit der Getriebewelle erfolgt vorteilhaft über ein Drehübertragungselement, das auch als Kupplungskörper bezeichnet wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung der Synchronisierkulisse und der Kupplungskulisse durch eine Relativverdrehung gegenüber dem Losrad erfolgt. Die Relativverdrehung wird vorteilhaft durch ein Planetengetriebeelement eines Planetengetriebes bereitgestellt, das den zwei auf der Getriebewelle benachbarten Losrädern des Getriebes zugeordnet ist. Die Planetengetriebeelemente sind vorteilhaft platzsparend radial innerhalb von Verzahnungen der Losräder platziert. Darüber hinaus sind die Planetengetriebeelemente vorteilhaft zwischen den beiden benachbarten Losrädern radial verschachtelt. Ein zentral angeordnetes Sonnenrad des Planetengetriebes ist vorteilhaft hohl ausgeführt. In dem Hohlraum ist vorteilhaft mindestens eine vorab beschriebene Vorrichtung untergebracht. Vorteilhaft sind in dem Hohlraum radial innerhalb des Sonnenrads und zwischen den Losrädern besonders platzsparend zwei vorab beschriebene Vorrichtungen zum Synchronisieren untergebracht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird ein Vorspannmoment oder Vorlastmoment auf die Losräder aufgebracht, um einer unerwünschten Geräuschentwicklung im Betrieb entgegenzuwirken. Das Vorlastmoment oder Vorspannmoment wird zum Beispiel durch eine Aktorik oder durch eine vorab beschriebene Antirasseleinrichtung und/oder Vorspanneinrichtung aufgebracht.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch eine Betätigungseinrichtung, ein Betätigungselement, einen Blockiermechanismus, eine Antirasseleinrichtung, eine Vorspanneinrichtung, eine Rasteinrichtung, eine Synchronisiereinrichtung, insbesondere eine Synchronisierhülse und/oder eine Synchronisierkulisse, und/oder eine Kupplungseinrichtung, insbesondere eine Kupplungsmuffe und/oder eine Kupplungskulisse, für eine vorab beschriebene Vorrichtung zum Synchronisieren. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine herkömmliche Vorrichtung zum Synchronisieren;
2 eine Prinzipdarstellung einer axial kurz bauenden Vorrichtung zum Synchronisieren;
3 eine etwas ausführlichere, aber immer noch vereinfachte Darstellung einer axial kurz bauenden Vorrichtung zum Synchronisieren mit einer Kulissenführung;
4 eine Ansicht der Vorrichtung aus 3 mit Blick auf die Kulissenführung;
5 und 6 ähnliche Darstellungen wie in den 3 und 4 mit einem zusätzlichen Federring und angedeuteten Dachschrägen oder Führungsschrägen;
7 ein Getriebe mit zwei Getriebeeingangswellen, auf denen zwei Paar Festräder angeordnet sind, und eine Getriebeausgangswelle mit zwei Paar Losrädern, die mit den Festrädern kämmen, teilweise im Schnitt;
8 einen vergrößerten Ausschnitt auf 7;
9 eine Explosionsdarstellung eines Ausschnitts aus 8;
10 eine Explosionsdarstellung einer Synchronisiereinrichtung und einer Kupplungseinrichtung, und
11 eine Explosionsdarstellung der Getriebeausgangswelle mit zwei Losrädern und zwei Vorrichtungen zum Synchronisieren;
12 eine ähnliche Darstellung wie in 8 mit einem Blockiermechanismus, der ein gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen verhindert;
13 die Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie 200 in 12, wobei eine Blickrichtung durch zwei Pfeile 201, 202 angedeutet ist, mit dem Blockiermechanismus; die
14 bis 17 den Blockiermechanismus oder Verriegelungsmechanismus aus den 12 und 13 in verschiedenen Schaltzuständen;
18 eine perspektivische Darstellung eines Betätigungselements aus 12;
19 ein dem Betätigungselement aus 18 zugeordnetes Losrad in perspektivischer Darstellung;
20 eine Explosionsdarstellung zweier Losräder mit einer Betätigungseinrichtung und dem Blockiermechanismus beziehungsweise Verriegelungsmechanismus;
21 eine ähnliche Explosionsdarstellung wie in 20 zusätzlich mit einer Getriebeausgangswelle;
22 eine ähnliche Darstellung wie in 12 mit einer zusätzlichen Antirasseleinrichtung und einer zusätzlichen Rasteinrichtung und
23 ein Losrad mit einer Betätigungseinrichtung und einer zusätzlichen Federeinrichtung im Halbschnitt.

In 2 ist eine Vorrichtung 10 zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle und einem Losrad, das drehbar auf der Getriebewelle angeordnet ist, stark vereinfacht dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst zwei Teilvorrichtungen 11, 12, die radial verschachtelt und in axialer Richtung überlappend angeordnet sind. Die axiale Richtung entspricht in 2 einer horizontalen Linie.
Die Teilvorrichtung 11 ist mit einer Synchronisiereinrichtung 15 kombiniert. Die Teilvorrichtung 12 ist mit einer Kupplungseinrichtung 16 kombiniert. Die Synchronisiereinrichtung 15 und die Kupplungseinrichtung 16 sind ebenfalls radial verschachtelt und in axialer Richtung überlappend angeordnet.
Durch einen Pfeil 17 ist in 2 ein Betätigungsweg beim Synchronisieren angedeutet. Durch einen Pfeil 18 ist in 2 ein Betätigungsweg beim Kuppeln angedeutet. Die entsprechenden Verschiebungen der Teilvorrichtungen 11, 12 beim Synchronisieren und Kuppeln sind in 2 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Durch einen Doppelpfeil 19 ist der axiale Platzbedarf für die Vorrichtung 10 in 2 angedeutet. Um den axialen Platzbedarf zu verkleinern, sind die Funktionen einer Synchronisierungsbetätigung und eines Verkoppelns oder Kuppelns voneinander getrennt und radial übereinander angeordnet.
In 1 ist eine herkömmliche Vorrichtung 20 zum Synchronisieren zum Vergleich mit 2 ebenfalls prinzipiell dargestellt. Die Vorrichtung 20 umfasst eine Synchronisiereinrichtung 25 und eine Kupplungseinrichtung 26. Die Synchronisiereinrichtung 25 ist in axialer Richtung von der Kupplungseinrichtung 26 beabstandet. Durch einen Pfeil 27 ist ein Betätigungsweg beim Synchronisieren angedeutet. Durch einen Pfeil 28 ist ein Betätigungsweg beim Kuppeln angedeutet.
Durch einen Doppelpfeil 29 ist eine axiale Baulänge der Vorrichtung 20 mit der Synchronisiereinrichtung 25 und der Kupplungseinrichtung 26 angedeutet. Die entsprechenden Verschiebewege der Vorrichtung 20 beim Synchronisieren und Kuppeln sind in 1 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Bei der Vorrichtung 20 wird zunächst eine Schiebemuffe axial verschoben, wobei die Schiebemuffe zuerst auf einen Synchronring drückt. Sobald ein Gleichlauf von einem Losrad und einer Getriebewelle erreicht ist, kann die Schiebemuffe über den Synchronring auf einen Kupplungskörper geschoben werden.
In 3 ist eine Vorrichtung 30 zum Synchronisieren ausführlicher als in 2, aber noch immer vereinfacht dargestellt. Die Vorrichtung 30 dient zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle 31 und einem Losrad 32. Das Losrad 32 ist mit Hilfe einer Lagereinrichtung 33 drehbar auf der Getriebewelle 31 gelagert.
Eine Betätigungseinrichtung 35 zum Betätigen der Vorrichtung 30 umfasst vorteilhaft ein Planetengetriebeelement eines (in 3 nicht dargestellten) Planetengetriebes.
Die Vorrichtung 30 umfasst ein Synchronringpaket 40, eine Synchronisiereinrichtung 41 und eine Kupplungseinrichtung 42. Die Synchronisiereinrichtung 41 und die Kupplungseinrichtung 42 sind axial überlappend und radial verschachtelt angeordnet. Ein Kulissenstein 43 ist radial innen an der Synchronisiereinrichtung 41 vorgesehen. Ein Kulissenstein 44 ist radial außen an der Kupplungseinrichtung 42 vorgesehen.
In 4 sieht man, dass die Kulissensteine 43, 44 in Führungsnuten 46, 47 oder Kulissenbahnen einer Kulissenführung 45 geführt sind. Durch einen Pfeil 48 ist in 4 eine Bewegung der Kulissenführung 45 beim Betätigen durch die Betätigungseinrichtung (35 in 3) angedeutet.
Durch gestrichelte Linien sind in 3 die axialen Verschiebewege der Synchronisiereinrichtung 41 und der Kupplungseinrichtung 42 beim Betätigen durch die Betätigungseinrichtung 35 angedeutet. Beim Betätigen durch die Betätigungseinrichtung 35 werden Relativverdrehungen in axiale Bewegungen der Synchronisiereinrichtung 41 und der Kupplungseinrichtung 42 umgewandelt.
Der Begriff axial bezieht sich im Rahmen der beanspruchten Vorrichtung 10, 30 auf eine Drehachse 49 der Getriebewelle 31. Bei der Getriebewelle 31 handelt es sich um eine Getriebeausgangswelle eines mit dem Losrad 32 ausgestatteten Getriebes.
In den 5 und 6 ist eine Vorrichtung 50 zum Synchronisieren dargestellt, die der in den 3 und 4 dargestellten Vorrichtung 30 zum Synchronisieren ähnelt. Zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile werden die gleichen Bezugszeichen wie in den 3 und 4 verwendet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorangegangene Beschreibung der 3 und 4 verwiesen. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zwischen den Vorrichtungen 30 und 50 eingegangen.
In 5 sind an der Synchronisiereinrichtung 41 und an dem Synchronringpaket 40 Dachschrägen oder Führungsschrägen 51, 52 angedeutet. Darüber hinaus sind an der Kupplungseinrichtung 42 und der Getriebewelle 31 Dachschrägen oder Führungsschrägen 53, 54 angedeutet. Schließlich ist durch einen Kreis 55 ein Federring zwischen der Synchronisiereinrichtung 41 und dem Synchronringpaket 40 angedeutet.
Bei einer Betätigung der Vorrichtung 50 durch die Betätigungseinrichtung 35 erfolgt eine Kraftübertragung von der Synchronisiereinrichtung 41 auf das Synchronringpaket 40 über die Dachschrägen oder Führungsschrägen 51, 52. Beim Synchronisieren kann sich ein Synchronring des Synchronringpakets 40 gegenüber der Synchronisiereinrichtung 41 um die Breite einer Dachschräge oder Führungsschräge 51, 52 verdrehen und somit ein weiteres Verschieben der Synchronisiereinrichtung 41 verhindern. Bei erreichtem Gleichlauf von Losrad 32 und Getriebewelle 31 dreht die Synchronisiereinrichtung 41 einen Synchronring des Synchronringpakets 40 zurück und verschiebt sich weiter in axialer Richtung, jedoch lediglich um den Betrag einer Verschleißreserve.
Nach dem Entsperren kann die Kupplungseinrichtung 42 auf ein Drehübertragungselement 58 übergeschoben werden, das auch als Kupplungskörper bezeichnet wird. Das Drehübertragungselement 58 ist in 5 einstückig mit der Getriebewelle beziehungsweise Getriebeausgangswelle 31 verbunden. Die axialen Bewegungen der Synchronisiereinrichtung 41 und der Kupplungseinrichtung 42 werden von der Kulissenführung (45 in 6) gesteuert.
Zur Darstellung der Kulissensteine 43, 44 sind an der Synchronisiereinrichtung 41 und der Kupplungseinrichtung 42 zum Beispiel Stifte angebracht, die in die Führungsnuten oder Kulissenbahnen 46, 47 der Kulissenführung 45 eingreifen. Bei einer Betätigung/Verdrehung der Kulissenführung 45 wird zunächst die Synchronisiereinrichtung 41 über einen schrägen Abschnitt der Kulissenbahn 46 axial verschoben. Der Stift 44 der Kupplungseinrichtung 42 läuft dabei in einer tangentialen Bahn und wird daher nicht axial verschoben. Die Kulissenbahn 47 ist in 6 gestrichelt angedeutet.
Sobald der Stift 43 der Synchronisiereinrichtung 41 von seinem schrägen Abschnitt in einen tangentialen Abschnitt der Kulissenbahn 46 wechselt, kommt der Stift 44 der Kupplungseinrichtung 42 in einen schrägen Abschnitt der Kulissenbahn 47 und verschiebt die Kupplungseinrichtung 42 axial.
In 7 ist eine Getriebe 60 mit einer inneren Getriebeeingangswelle 61 und einer äußeren Getriebeeingangswelle 62 teilweise geschnitten dargestellt. An einem Getriebeausgang 64 ist eine Endstufe 65 zu einem (nicht dargestellten) Differential angeordnet. Die Endstufe 65 wird auf als Final Drive bezeichnet.
Auf seiner in 7 rechten Seite weist das Getriebe 60 zwei Lagerstellen 66, 67 auf. Am Getriebeausgang 64 weist das Getriebe 60 einen Lagerzapfen 68 auf. Auf der inneren Getriebeeingangswelle 61 sind zwei Festräder 73, 74 angeordnet. Auf der äußeren Getriebeeingangswelle 62 sind zwei Festräder 71, 72 angeordnet.
Das Festrad 71 kämmt, zum Beispiel zur Darstellung eines ersten Gangs, mit einem Losrad 75. Das Festrad 72 kämmt, zum Beispiel zur Darstellung eines dritten Gangs, mit einem Losrad 76. Das Festrad 73 kämmt, zum Beispiel zur Darstellung eines zweiten Gangs, mit einem Losrad 77. Das Festrad 74 kämmt, zum Beispiel zur Darstellung eines vierten Gangs, mit einem Losrad 78.
Die Losräder 75 bis 78 sind mit Hilfe von geeigneten Lagereinrichtungen drehbar auf einer Getriebeausgangswelle 80 angeordnet, die verkürzt auch als Getriebewelle 80 bezeichnet wird. Die Losräder 75, 76 stellen ein erstes Losradpaar dar. Die Losräder 77, 78 stellen ein zweites Losradpaar dar.
Dem ersten Losradpaar 75, 76 sind zwei Vorrichtungen 81, 82 zum Synchronisieren zugeordnet. Zur Betätigung der Vorrichtungen 81, 82 zum Synchronisieren dient eine Betätigungseinrichtung 85. Dem Losradpaar 77, 78 sind entsprechende Vorrichtungen zugeordnet, die über eine Betätigungseinrichtung 86 betätigt werden.
Die Betätigungseinrichtung 85 umfasst ein Planetengetriebe 84. Das Planetengetriebe 84 ist in einem Hohlraum radial innerhalb und axial zwischen den benachbarten Losrädern 75, 76 angeordnet. Durch das Planetengetriebe 84 kann der axiale Bauraum über die Betätigungseinrichtung 85 in dem Getriebe reduziert werden.
In 8 sieht man, dass das Planetengetriebe 84 ein Hohlrad 87, ein Sonnenrad 90 sowie Planetenräder 91, 92 (siehe 11) umfasst. Die Planetenräder 91, 92 sind auf einem Planetenträger 93 mit einem Steg drehbar gelagert. Das Sonnenrad 90 kämmt mit den Planetenrädern 91, 92, die wiederum mit dem Hohlrad 87 kämmen.
Der Planetenträger 93 mit dem Steg dreht sich im unbetätigten Zustand der Vorrichtungen 81, 82 im Wesentlichen synchron mit dem Losrad 75. Das Sonnenrad 90 dreht sich im unbetätigten Zustand der Vorrichtungen 81, 82 im Wesentlichen synchron mit dem Losrad 76.
Der Begriff im Wesentlichen synchron bedeutet in diesem Zusammenhang auch, dass sich das Sonnenrad 90 und der Planetenträger 93 mit dem Steg nach einer Betätigung durch die Betätigungseinrichtung 85 in einem begrenzten Umfang relativ zu den Losrädern 75, 76 verdrehen können, um einen Kupplungs-, Schalt- und/oder Synchronisiervorgang auszulösen.
Beim Betätigen der Betätigungseinrichtung 85 wird das Hohlrad 87 verdreht. Im unbetätigten Zustand der Betätigungseinrichtung 85 steht das Hohlrad 87 fest. Dann hat das Hohlrad 87 die gleiche Drehzahl wie das Getriebe 60, das feststeht. Somit hat das Hohlrad 87 im unbetätigten Zustand der Betätigungseinrichtung 85 eine Drehzahl von null.
Wenn das Hohlrad 87 verdreht wird, dann verdreht sich entweder der Planetenträger 93 mit dem Steg oder die Sonne beziehungsweise das Sonnenrad 90 gegenüber dem zugeordneten Losrad 75, 76. Diese Relativverdrehung wird dann zu einer Betätigung einer der Vorrichtungen 81, 82 zum Synchronisieren genutzt.
Das Losrad 75 ist durch eine Lagereinrichtung 88 drehbar auf der Getriebeausgangswelle 80 gelagert. Das Losrad 76 ist durch eine Lagereinrichtung 89 drehbar auf der Getriebeausgangswelle 80 gelagert. Der Planetenträger 93 mit dem Steg ist durch ein Kopplungselement 94 mit der Vorrichtung 81 gekoppelt. Das Kopplungselement 94 ist Teil des Planetenträgers 93, der auch als Steg bezeichnet wird. Das Sonnenrad 90 ist über ein Kopplungselement 95 mit der Vorrichtung 82 gekoppelt.
Ein Drehübertragungselement 98 ist über eine Steckverzahnung 101 drehfest mit der Getriebewelle 80 verbunden. Die Steckverzahnung 101, die verkürzt auch als Verzahnung 101 bezeichnet wird, ermöglicht eine Drehmomentübertragung zwischen der Getriebewelle 80 und dem Drehübertragungselement 98, und umgekehrt.
Das Drehübertragungselement 98 ist radial außen an seinen Enden mit Führungsschrägen 99, 100 ausgestattet. Die Führungsschrägen 99, 100 wirken mit komplementär ausgebildeten Führungsschrägen zusammen, die im Folgenden noch erläutert werden. Die Führungsschräge 99 ist der in 8 linken Vorrichtung 81 zugeordnet. Die Führungsschräge 100 ist der in 8 rechts angeordneten Vorrichtung 82 zugeordnet.
Das Drehübertragungselement 98, das auch als Kupplungskörper bezeichnet werden kann, erstreckt sich radial nach außen in einen Hohlraum, der zwischen den beiden Losrädern 75, 76 ausgespart ist. Radial außen weist das Drehübertragungselement 98 zwischen den Führungsschrägen 99, 100 eine Verzahnung 102 auf, die ebenfalls als Schiebeverzahnung ausgeführt ist.
In die Schiebeverzahnung 102 sind radial außen angeordnete Synchronringe 121, 131 von Synchronringpaketen 120, 130 eingehängt. Durch die Schiebeverzahnung 102 wird eine Drehmomentübertragung zwischen dem Drehübertragungselement 98 und den äußeren Synchronringen 121, 131 ermöglicht, und umgekehrt. Eine axiale Verschiebung der äußeren Synchronringe 121, 131 relativ zu dem Drehübertragungselement 98 wird durch einen Sicherungsring, insbesondere einen Federring oder Sprengring, und axiale Anlageflächen an dem Drehübertragungselement beziehungsweise Kupplungskörper 98 verhindert.
Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse 103 der Getriebewelle 80 beziehungsweise der Losräder 75, 76. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 103. Analog bedeutet der Begriff radial quer zur Drehachse 103.
Die Vorrichtungen 81, 82 sind besonders platzsparend in dem Hohlraum zwischen den Losrädern 75, 76 untergebracht. Nur die Betätigungseinrichtung 85 für die beiden Vorrichtungen 81, 82 ragt radial nach außen aus dem Hohlraum zwischen den Losrädern 75, 76 heraus. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein Zusammenwirken der Betätigungseinrichtung 85, insbesondere des Hohlrads 87 des Planetengetriebes 84, mit einer entsprechenden Aktorvorrichtung, zum Beispiel einem Zahnrad, das von einem Elektromotor angetrieben wird, ermöglicht.
Die Vorrichtungen 81, 82 umfassen jeweils eine Synchronisiereinrichtung 104, 106 und eine Kupplungseinrichtung 105, 107. Die in 8 links angeordnete Vorrichtung 81 mit der Synchronisiereinrichtung 104 und der Kupplungseinrichtung 105 ist dem in 8 ebenfalls links angeordneten Losrad 75 zugeordnet. Die in 8 rechts angeordnete Vorrichtung 82 mit der Synchronisiereinrichtung 106 und der Kupplungseinrichtung 107 ist dem in 8 ebenfalls rechts angeordneten Losrad 76 zugeordnet.
Die Synchronisiereinrichtungen 104, 106 und die Kupplungseinrichtungen 105, 107 sind mit Kulissenführungen 108, 109 kombiniert. Die Kulissenführungen 108, 109 dienen dazu, Relativverdrehungen definiert in axiale Bewegungen umzuwandeln, die zum Synchronisieren und Kuppeln beziehungsweise Koppeln des jeweiligen Losrads 75, 76 mit der Getriebewelle 80 verwendet werden.
Die Kupplungseinrichtungen 105, 107 umfassen jeweils eine Kupplungsmuffe 110, 112 und eine Kupplungskulisse 111, 113. Die Synchronisiereinrichtungen 104, 106 umfassen jeweils eine Synchronisierhülse 114, 116 und eine Synchronisierkulisse 115, 117.
Die Kupplungsmuffe 110, die Kupplungskulisse 111, die Synchronisierhülse 114 und die Synchronisierkulisse 115 der in 8 links angeordneten Vorrichtung 81 sind radial verschachtelt und in axialer Richtung überlappend angeordnet.
Die Kupplungsmuffe 112, die Kupplungskulisse 113, die Synchronisierhülse 116 und die Synchronisierkulisse 117 der in 8 rechts angeordneten Vorrichtung 82 sind ebenfalls radial verschachtelt und in axialer Richtung überlappend angeordnet.
Die Synchronringpakete 120, 130 umfassen jeweils insgesamt vier Synchronringe 121 bis 124, 131 bis 134. Die Synchronringe 121 bis 124 der in 8 links angeordneten Vorrichtung 81 sind radial außerhalb der Synchronisiereinrichtung 104 und der Kupplungseinrichtung 105 angeordnet. Allerdings sind die Synchronringe 121 bis 124 in axialer Richtung überlappend zu der Kupplungseinrichtung 105 und der Synchronisiereinrichtung 104 angeordnet.
Analog sind die Synchronringe 131 bis 134 der in 8 rechts angeordneten Vorrichtung 82 radial außerhalb der Synchronisiereinrichtung 106 und der Kupplungseinrichtung 107 angeordnet. Allerdings sind die Synchronringe 131 bis 134 axial überlappend zu der Synchronisiereinrichtung 106 und der Kupplungseinrichtung 107 angeordnet.
Die radial äußeren Synchronringe 121, 131 liegen in der Mitte zwischen den Vorrichtungen 81, 82 aneinander an und greifen gemeinsam in die Verzahnung 102 des Drehübertragungselements 98 ein. Die radial innen angeordneten Synchronringe 124, 134 der Synchronringpakete 120, 130 sind, wie im Folgenden noch erläutert wird, mit den Synchronisierhülsen 114, 116 koppelbar.
Zwischen den Synchronisierhülsen 114, 116 und den radial inneren Synchronringen 124, 134 ist jeweils eine Federeinrichtung in Form eines Federrings 118, 119 angeordnet. Die Federeinrichtungen mit den Federringen 118, 119 dienen zum Ansynchronisieren, wie im Folgenden noch erläutert wird.
In 9 sind Teile der Vorrichtungen 81, 82 perspektivisch dargestellt. Die Teile der Vorrichtung 82, die in 8 rechts angeordnet und dem Losrad 76 zugeordnet ist, sind in 9 zusätzlich in Explosionsdarstellung gezeigt. In 10 sind die Teile der Vorrichtung 82, die in 9 teilweise zusammen dargestellt sind, in Explosionsdarstellung gezeigt.
In 9 sieht man, dass an dem radial inneren Synchronring 134 des Synchronringpakets 130 radial innen Führungselemente 140 vorgesehen sind. Die Führungselemente 140 weisen jeweils zwei Führungsschrägen 141, 142 auf. An der Synchronisierhülse 116 sind komplementär ausgebildete Führungselemente 145 mit jeweils zwei Führungsschrägen 146, 147 vorgesehen.
Die Führungselemente 140 an dem radial inneren Synchronring 134 sind als Vorsprünge ausgeführt, die radial nach innen vorstehen. Die Führungselemente 145 an der Synchronisierhülse 116 sind als Ausnehmungen in der Synchronisierhülse 116 ausgeführt, die in 9 auf ihrer linken Seite offen sind.
Durch das Eingreifen der Führungselemente 140 in die Führungselemente 145 wird eine Kopplung der Synchronisierhülse 116 mit dem radial inneren Synchronring 132 ermöglicht. Durch den Federring 119 wird eine gewisse Vorspannung zum Ansynchronisieren zwischen der Synchronisierhülse 116 und dem radial inneren Synchronring 134 erzeugt.
Auf der in den 9 und 10 rechten Seite weist die Synchronisierhülse 116 insgesamt vier Verdrehsicherungselemente 151 bis 154 auf. Die Verdrehsicherungselemente 151 bis 154 erstrecken sich in axialer Richtung. Die Kupplungsmuffe 112 weist auf ihrer in den 9 und 10 rechten Seite insgesamt vier Umgriffe 155 bis 158 auf.
Die Umgriffe 155 bis 158 an der Kupplungsmuffe 112 stellen in axialer Richtung Anschläge für die Synchronisierkulisse 117 dar. Darüber hinaus wirken die Umgriffe 155 bis 158 an der Kupplungsmuffe 112 in Umfangsrichtung mit den Verdrehsicherungselementen 151 bis 154 an der Synchronisierhülse 116 zusammen.
An der Synchronisierkulisse 117 sind auf der in den 9 und 10 rechten Seite insgesamt vier Mitnehmerelemente 161 bis 164 vorgesehen, die sich in axialer Richtung erstrecken. In 9 sieht man, dass die Umgriffe 155 bis 158 der Kupplungsmuffe 112 in Umfangsrichtung jeweils zwischen einem der Verdrehsicherungselemente 151 bis 154 der Synchronisierhülse 116 und einem der Mitnehmerelemente 161 bis 164 der Synchronisierkulisse 117 angeordnet sind.
An der Synchronisierkulisse 117 ist des Weiteren ein Kulissenstift 166 angebracht. Der Kulissenstift 166 steht radial innen so von der Synchronisierkulisse 117 ab, dass er in eine Kulissenbahn eingreift, die, wie man in 10 sieht, außen an der Synchronisierhülse 116 mit einem Außengewinde 171 kombiniert ist. Ein komplementär dazu ausgebildetes Innengewinde 172 ist radial innen an der Synchronisierkulisse 117 ausgebildet.
Das Außengewinde 171 wird an der Synchronisierhülse 116 auf der in 10 rechten Seite von einer Kulissenbahn 173 begrenzt, die im Unterschied zu dem Außengewinde 171 keine Steigung aufweist. Über den in die Kulissenbahn 173 eingreifenden Kulissenstift 166 wird ein Einfädeln der Gewinde 171, 172 vereinfacht.
Die Gewinde 171, 172 stellen zusammen mit der Kulissenbahn 173 und dem Kulissenstift 166 einen Teil der Kulissenführung 109 dar. Die Kulissenführung 109 kann alternativ oder zusätzlich auch Rampen umfassen.
An der Kupplungsmuffe 112 ist ein Außengewinde 175 vorgesehen, das mit einem komplementären Innengewinde 176 zusammenwirkt, das an der Kupplungskulisse 113 vorgesehen ist. Anstelle der Gewinde 175, 176 können zur Darstellung der Kulissenführung 109 auch Rampen angebracht werden.
In 11 ist die Getriebewelle 80 mit den beiden Losrädern 75, 76, mit dem Final Drive 65 und mit den beiden zwischen den Losrädern 75, 76 untergebrachten Vorrichtungen 81, 82 zum Synchronisieren in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Vorrichtungen 81, 82 werden über das Hohlrad 87 des Planetengetriebes betätigt. Zu diesem Zweck weist das Hohlrad 87 außen eine Verzahnung auf.
Eine Dreheinführung erfolgt über das Planetengetriebe 84. Die linke Vorrichtung 81 zum Synchronisieren wird durch den Planetenträger 93 betätigt. Die rechte Vorrichtung 82 zum Synchronisieren wird von dem Sonnenrad 90 des Planetengetriebes 84 betätigt.
Die Kupplungsmuffe 110, 112 und die jeweilige Synchronisierhülse 114, 116 sind auf dem zugehörigen Losrad 75, 76 gegen Verdrehen gesichert. Wird zur Betätigung der Planetenträger 93 beziehungsweise das Sonnenrad 90 relativ zum Losrad 75, 76 verdreht, so wird über die Kulissenführungen 108, 109 und die Gewinderampen die Synchronisierhülse 114, 116 axial in Richtung des radial inneren Synchronrings 124, 134 bewegt.
Dabei sorgt der Federring 118, 119 anfänglich für eine axiale Anpressung des radial inneren Synchronrings 124, 134, so dass sich der radial innere Synchronring 124, 134 im Rahmen eines begrenzten Umfangsspiels verdrehen kann. Das wird auch als Ansynchronisieren bezeichnet.
Die Führungsschrägen 141, 142 an dem radial inneren Synchronring 124 kommen beim Ansynchronisieren vor den Führungsschrägen 146, 147 der Synchronisierhülse 116 zu liegen. Bei weiterer Betätigung presst die Synchronisierhülse 116 über die Führungsschrägen 146, 147 und 141, 142 den radial inneren Synchronring 124 an.
Bei Synchrondrehzahl von Losrad 75 und Getriebewelle 80 kann der Synchronring 124 zurückgedreht werden. Bei weiterer Betätigung kommt der Kulissenstift 166 an der Synchronisierkulisse 117 in die Kulissenbahn 173 ohne Steigung und das Gewinde 171, 172 ist auseinandergefahren.
In dieser Stellung kommen die Mitnehmerelemente 161 bis 164 der Synchronisierkulisse 117 an den Umgriffen 155 bis 158 der Kupplungskulisse 113 zur Anlage, wie man in 9 sieht. Bei weiterer Betätigung wird dann nur noch die Kupplungsmuffe 112 durch Verdrehen der Kupplungskulisse 113 axial bis in ihre Endlage verlagert.
In 9 ist durch einen Pfeil 181 angedeutet, wie die Mitnehmerelemente 161 bis 164 der Synchronisierkulisse 117 an den Umgriffen 155 bis 158 der Kupplungskulisse 113 anschlagen. Danach werden dann die inneren Teile, also die Kupplungskulisse 113 und die Kupplungsmuffe 112, in Drehung versetzt.
Durch einen Pfeil 182 ist in 9 angedeutet, dass die Verdrehsicherungselemente 151 bis 154 an der Synchronisierhülse 116 verhindern, dass die Synchronisierhülse 116 beim Verdrehen mitverdreht wird. Durch die Verdrehsicherungselemente 151 bis 154 wird die Synchronisierhülse 116 praktisch festgehalten.
In 12 ist ein ähnlicher Ausschnitt wie in 8 mit einem Blockiermechanismus 207 dargestellt. Das Kopplungselement 94 stellt ein in 12 linkes Betätigungselement der Betätigungseinrichtung 85 dar. Das Kopplungselement 95 stellt ein in 12 rechtes Betätigungselement der Betätigungseinrichtung 85 dar. Dem Betätigungselement 94 ist das in 12 linke Losrad 75 zugeordnet. Dem Betätigungselement 95 ist das in 12 rechte Losrad 76 zugeordnet.
In 13 ist die Ansicht eines Schnitts entlang einer Linie 200 in 12 vergrößert dargestellt, wobei Pfeile 201, 202 die Blickrichtung angeben. In der Schnittansicht sieht man, dass die Betätigungseinrichtung 85 als Betätigungsrad 205 mit einer Außenverzahnung ausgeführt ist. Ein Innenbereich 206 des Losrads 76 ist in der dargestellten Schnittansicht aufgebrochen dargestellt, um den Blockiermechanismus 207 sichtbar zu machen, der auch als Verriegelungsmechanismus bezeichnet wird.
Der Blockiermechanismus oder Verriegelungsmechanismus 207 umfasst, wie man in 13 sieht, an dem Betätigungselement 95 einen rampenförmigen Anschlag 208 mit einer Rampe 210. Der rampenförmige Anschlag 208 des Betätigungselements 95 wirkt mit einem Gegenanschlag 209 in Form einer Ausnehmung im Innenbereich 206 des Losrads 76 zusammen. Das Zusammenwirken zwischen Anschlag 208 und Gegenanschlag 209 ist in den 14 bis 17 veranschaulicht.
In einem stationären Zustand, wenn nicht gerade geschaltet wird, drehen die Betätigungselemente 94, 95 der Synchronisierungen, hier Planetenträger beziehungsweise Sonnen, mit derselben Drehdrehzahl wie die jeweiligen Losräder 75, 76. Zwischen den Betätigungselementen 94, 95 und den Losrädern 75, 76 befinden sich Anschläge für beide Drehrichtungen.
In 13 sieht man, dass der Anschlag 208 an dem Betätigungselement 95 in eine der beiden Drehrichtungen, in 13 nach unten, als Rampe 210 ausgebildet und dadurch überfahrbar ist. Wird nun über das Betätigungsrad 205 eine Schaltung eingeleitet, verdreht sich eines der beiden Betätigungselemente 94, 95 relativ zu dem zugehörigen Losrad 75, 76.
In den 14 bis 16 sind die Bewegungen der Betätigungselemente 94, 95 gegenüber den zugeordneten Losrädern 75, 76 schematisch dargestellt. In 15 ist die Neutralstellung gezeigt. Die Betätigungselemente 94, 95 stehen in einer Grundstellung zu den Losrädern 75, 76, in welcher alle Anschläge 208, 209 zusammenfallen.
Beim Verdrehen des Betätigungsrads 205 wird über das Planetengetriebe ein Verdrehmoment in die beiden Betätigungselemente 94, 95 eingeleitet. Die Drehmomente in den Betätigungselementen 95, 95 sind jeweils entgegengesetzt, so dass zum Beispiel das in den 14 bis 16 linke Betätigungselement 94 relativ zu dem Losrad 75 nach unten ausweichen will, und das in den 14 bis 16 rechte Betätigungselement 95 relativ zu dem Losrad 76 nach oben.
Da zwischen dem rechten Betätigungselement 95 und dem rechten Losrad 76 aber nicht überfahrbarer Anschlag 208 beziehungsweise Gegenanschlag 209 wirkt, kann das rechte Betätigungselement 95 nicht ausweichen. Das linke Betätigungselement 94 muss also über den rampenförmigen Anschlag fahren. Dabei verlagert sich das linke Betätigungselement 94 in axialer Richtung um die Breite der Anschlagüberdeckung, wie in 14 durch Pfeile 211, 212 angedeutet ist.
Die einander zugewandten Stirnflächen der Betätigungselemente 94, 95 nähern sich aneinander an. Die Relativverdrehung zwischen dem Betätigungselement 94 und dem Losrad 75 wird genutzt, um die Synchronisierung zu betätigen und den Gang einzulegen.
In 16 ist das rechte Losrad 76 geschaltet. Das linke Losrad 75 befindet sich in Eingriff mit dem linken Betätigungselement 94.
Zum Auslegen des Gangs wird das Betätigungsrad 205 in die entgegengesetzte Richtung verdreht. Entsprechend wirken nun auch die Verdrehmomente in den Betätigungselementen 94, 95 in die andere Richtung. Nun muss erreicht werden, dass zuerst der eingelegte Gang ausgelegt wird, und nicht der andere Gang zusätzlich eingelegt wird.
In 17 symbolisieren Pfeile 124, 215 die Umfangskraft beziehungsweise das Drehmoment in den Betätigungselementen 94, 95. In dem in 17 rechten Betätigungselement 95 stützt sich das Drehmoment an dem rampenförmigen Anschlag 208 beziehungsweise Gegenanschlag 209 ab. Das axial verlagerte linke Betätigungselement 94 verhindert, dass das rechte Betätigungselement 95 den rampenförmigen Anschlag 210 überfahren kann, da sich die beiden zugewandten Stirnflächen der Betätigungselemente 94, 95 berühren.
In den 18 und 19 sind das Betätigungselement 95 und das Losrad 76 perspektivisch dargestellt. In 18 ist durch Doppelpfeile 218 bis 220 angedeutet, dass Anschläge 221, 222, 223 und 208 ungleichmäßig über einen Umfang des Betätigungselements 95 verteilt sind. Dadurch kann auf vorteilhafte Art und Weise ein möglichst großer Verdrehwinkel an dem Betätigungselement 95 erreicht werden, zum Beispiel einhundertachtzig Grad, was zu geringeren Zahnkräften an den Planeten führt.
Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Anschläge würden die Anschläge nach der Verdrehung um den Teilungswinkel wieder übereinander zum Liegen kommen und die axiale Verschiebung wäre nicht mehr sichergestellt. Durch die ungleichmäßige Verteilung ist es möglich, dass erst nach einer vollen Umdrehung alle Anschläge beziehungsweise Gegenanschläge wieder übereinander liegen.
Die 20 und 21 zeigen die Konstruktion in Explosionsdarstellungen. In 20 sieht man, dass ein Innengbereich 226 des Losrads 75 in der gleichen Art und Weise wie der Innenbereich 206 des Losrads 76 mit Gegenanschlägen 229 ausgestattet ist. In 21 sieht man die zugeordneten rampenförmigen Anschläge 228 mit den Rampen 230 an dem Betätigungselement 94, das dem Losrad 75 zugeordnet ist.
In 22 ist ein ähnlicher Ausschnitt wie in 12 mit einer Rasteinrichtung 238 und einer Antirasseleinrichtung 244 dargestellt. Die Antirasseleinrichtung 244 umfasst eine Vorspanneinrichtung 233, durch welche das Betätigungselement 95 gegen das zugeordnete Losrad 76 in axialer Richtung vorgespannt wird.
Die Vorspanneinrichtung 233 umfasst eine tellerfederartige Feder 234. Die Feder 234 ist radial außen an einem Stützring 235 abgestützt, der wiederum in eine Ringnut des Losrads 76 eingreift. Die Feder 234 stützt sich radial innen an einer Stützstruktur 236 ab, die an dem Betätigungselement 95 vorgesehen ist.
Um ein unerwünschtes Getrieberasseln zu eliminieren, muss sichergestellt werden, dass die lastfreien Verzahnungen sauber abwälzen und nicht innerhalb des Flankenspiels von einer zur anderen Flanke hin und her schlagen. Zu diesem Zweck werden die Zahnräder eines Losradpaares 75, 76 durch ein Vorlastmoment leicht vorgespannt. Das Vorlastmoment wird, zum Beispiel durch einen nicht dargestellten Aktormotor, auf das Betätigungselement 205 aufgebracht. Das Vorlastmoment stützt sich über das Betätigungselement 205 und die Antirasseleinrichtung 244 am Losrad 76 beziehungsweise über einen geeigneten Anschlag am Losrad 75 ab.
Alternativ kann das Vorlastmoment von einem Rastmechanismus 238 erzeugt werden, der auch als Rasteinrichtung 238 bezeichnet wird.
Die Rasteinrichtung 238 umfasst einen Rastkörper 239, der im Wesentlichen die Gestalt eines Kugelabschnitts aufweist. Der Rastkörper 239 greift in eine komplementär gestaltete Ausnehmung in dem Betätigungsrad 205 der Betätigungseinrichtung 85 ein. Durch eine Feder 240 ist der Rastkörper 239 gegen das Betätigungsrad 205 vorgespannt. Die Feder 240 stützt sich an einem (in 22 nicht dargestellten) feststehenden Gehäuse ab. Durch ein Symbol links von dem Betätigungsrad 205 ist in 22 angedeutet, dass sich das Betätigungsrad 205 nicht in axialer Richtung nach links bewegen kann.
Die Rasteinrichtung umfasst mindestens eine nicht dargestellte Rastierungsrampe und/oder schräge Fläche. Die Position der Rastierungsrampe und/oder der schrägen Fläche ist so gewählt, dass der Rastkörper 239 in Umfangsrichtung an der Rastierungsrampe beziehungsweise der schrägen Fläche anliegt, wenn die Antirasseleinrichtung 244 beziehungsweise die Vorspanneinrichtung 233 den rampenförmigen Anschlag 208 und den Gegenanschlag 209 zusammen drückt.
In 23 ist eine Vorspanneinrichtung 245 dargestellt. Die Vorspanneinrichtung 245 umfasst eine Feder 246, die mit ihren freien Enden am Losrad 76 befestigt ist. Die Feder 246 weist mittig eine in 23 nach unten abstehende Nase 247 auf. Die Nase 247 greift in einer Ausnehmung 248 ein, die in dem Betätigungselement 95 ausgespart ist.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zum Synchronisieren
11: Teilvorrichtung
12: Teilvorrichtung
15: Synchronisiereinrichtung
16: Kupplungseinrichtung
17: Pfeil
18: Pfeil
19: Doppelpfeil
20: Vorrichtung zum Synchronisieren
25: Synchronisiereinrichtung
26: Kupplungseinrichtung
27: Pfeil
28: Pfeil
29: Doppelpfeil
30: Vorrichtung zum Synchronisieren
31: Getriebewelle
32: Losrad
33: Lagereinrichtung
35: Betätigungseinrichtung
40: Synchronringpaket
41: Synchronisiereinrichtung
42: Kupplungseinrichtung
43: Kulissenstein
44: Kulissenführung
45: Kulissenführung
46: Führungsnut (Kulissenbahn)
47: Führungsnut (Kulissenbahn)
48: Pfeil
49: Drehachse
50: Vorrichtung zum Synchronisieren
51: Führungsschräge
52: Führungsschräge
53: Führungsschräge
54: Führungsschräge
55: Kreis
58: Drehübertragungselement
60: Getriebe
61: innere Getriebeeingangswelle
62: äußere Getriebeeingangswelle
64: Getriebeausgang
65: Endstufe
66: Lagerstelle
67: Lagerstelle
68: Lagerzapfen
71: Festrad
72: Festrad
73: Festrad
74: Festrad
75: Losrad
76: Losrad
77: Losrad
78: Losrad
80: Getriebeausgangswelle
81: Vorrichtung zum Synchronisieren
82: Vorrichtung zum Synchronisieren
84: Planetengetriebe
85: Betätigungseinrichtung
86: Betätigungseinrichtung
87: Hohlrad
88: Lagereinrichtung
89: Lagereinrichtung
90: Sonnenrad
91: Planetenrad
92: Planetenrad
93: Planetenträger
94: Kopplungselement -> Betätigungselement (li)
95: Kopplungselement -> Betätigungselement (re)
98: Drehübertragungselement
99: Führungsschräge
100: Führungsschräge
101: Verzahnung
102: Verzahnung
103: Drehachse
104: Synchronisiereinrichtung
105: Kupplungseinrichtung
106: Synchronisiereinrichtung
107: Kupplungseinrichtung
108: Kulissenführung
109: Kulissenführung
110: Kupplungsmuffe
111: Kupplungskulisse
112: Kupplungsmuffe
113: Kupplungskulisse
114: Synchronisierhülse
115: Synchronisierkulisse
116: Synchronisierhülse
117: Synchronisierkulisse
118: Federring
119: Federring
120: Synchronringpaket
121: Synchronring
122: Synchronring
123: Synchronring
124: Synchronring
130: Synchronringpaket
131: Synchronring
132: Synchronring
133: Synchronring
134: Synchronring
140: Führungselement
141: Führungsschräge
142: Führungsschräge
145: Führungselement
146: Führungsschräge
147: Führungsschräge
151: Verdrehsicherungselement
152: Verdrehsicherungselement
153: Verdrehsicherungselement
154: Verdrehsicherungselement
155: Umgriff
156: Umgriff
157: Umgriff
158: Umgriff
161: Mitnehmerelement
162: Mitnehmerelement
163: Mitnehmerelement
164: Mitnehmerelement
166: Kulissenstift
171: Außengewinde
172: Innengewinde
173: Kulissenbahn
175: Außengewinde
176: Innengewinde
181: Pfeil
182: Pfeil
201: Pfeil
202: Pfeil
205: Betätigungsrad
206: Innenbereich
207: Blockiermechanismus
208: rampenförmiger Anschlag
209: Gegenanschlag
210: Rampe
211: Pfeil
212: Pfeil
214: Pfeil
215: Pfeil
218: Doppelpfeil
219: Doppelpfeil
220: Doppelpfeil
221: Anschlag
222: Anschlag
223: Anschlag
226: Innenbereich
228: rampenförmiger Anschlag
229: Gegenanschlag
230: Rampe
233: Vorspanneinrichtung
234: Feder
235: Stützring
236: Stützstruktur
238: Rasteinrichtung
239: Rastkörper
240: Feder
244: Antirasseleinrichtung
245: Vorspanneinrichtung
246: Feder
247: Nase
248: Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19982494 C1 [0002]
DE 102009027438 A1 [0002]
DE 102010002932 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10;50;81,82) zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle (31;80) und zwei Losrädern (75, 76), die drehbar auf der Getriebewelle (31;80) angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung (85), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (85) zwei relativ zueinander verdrehbare und den Losrädern zugeordnete Betätigungselemente (94,95) mit einem Blockiermechanismus (207) umfasst, der ein gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an den Betätigungselementen (94,95) rampenförmige Anschläge (208,228) vorgesehen sind, die ein Verdrehen der Betätigungselemente (94,95) relativ zu dem zugeordneten Losrad (75,76) nur in einer Drehrichtung zulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über einen Umfang der Betätigungselemente (94,95) mehrere rampenförmige Anschläge (208,221-223) ungleichmäßig verteilt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (94,95) relativ zueinander axial so verlagerbar sind, dass ein Betätigungselement (94,95) eines mit der Getriebewelle (31;80) gekoppelten Losrads (75,75) das gleichzeitige Einlegen eines zweiten Gangs verhindert.
Vorrichtung (10;50;81,82) zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle (31;80) und zwei Losrädern (75,76), die drehbar auf der Getriebewelle (31;80) angeordnet sind, mit einer Betätigungseinrichtung (94,95), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (94,95) zwei relativ zueinander verdrehbare und den Losrädern (75,76) zugeordnete Betätigungselemente (94,95) mit einer Antirasseleinrichtung (244) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung (244) eine Vorspanneinrichtung (233;245) umfasst, durch die mindestens eines der Betätigungselemente (94,95) in einer insbesondere axialen oder radialen Richtung vorgespannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung (244) eine Rasteinrichtung (238) umfasst, die zwischen mindestens einem der Betätigungselemente (94,95) und einem feststehenden Gehäusekörper angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antirasseleinrichtung eine Vorspanneinrichtung (245) umfasst, die zwischen mindestens einem der Betätigungselemente (95) und dem zugeordneten Losrad (76) wirksam ist.
Getriebe (60) mit Radpaaren, die zur Darstellung von Gängen in dem Getriebe (60) jeweils ein Festrad (71-74) und ein Losrad (75,76) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10;50;81,82) zum Synchronisieren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zwei auf einer Getriebewelle (31;80) benachbarten Losrädern (75,76) des Getriebes (60) angeordnet ist.
Verfahren zum Synchronisieren zwischen einer Getriebewelle (31;80) und zwei Losrädern (75,76), die drehbar auf der Getriebewelle (31;80) angeordnet sind, mit einer Vorrichtung (10;50;81,82) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere in einem Getriebe (60) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisiereinrichtung und eine Kupplungseinrichtung durch eine Relativbewegung der Betätigungseinrichtung (94,95) zum Losrad (75,76) nacheinander so verlagert werden, dass das Losrad (75,76) mit einem entsprechenden Festrad (71-74) gekoppelt wird, wobei insbesondere ein Vorspannmoment auf die Losräder (75,76) aufgebracht wird, um einer unerwünschten Geräuschentwicklung in Betrieb entgegenzuwirken.