DE10333948A1

DE10333948A1 - Gangschaltkupplung

Info

Publication number: DE10333948A1
Application number: DE10333948A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl.-Ing. Gitt; Reiner Dipl.-Ing. Pätzold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine koaxiale Gangschaltkupplung, die auf Schaltschwingen oder Schaltgabeln verzichtet und damit Bauraum einspart. Um den notwendigen Bauraum weiter zu verringern, sind Druckkammern der Gangschaltkupplung umfangsmäßig oder radial zueinander versetzt, so dass auch eine axial kurze Bauweise erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gangschaltkupplung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE 38 15 638 A1 ist bereits eine Gangschaltkupplung mit zwei Druckkammern bekannt. Diese beiden ringförmigen Druckkammern sind mit einem Hydraulikdruck beaufschlagbar, so daß eine Schiebemuffe auf eines von zwei Zahnrädern verschoben wird und eine formschlüssig drehfeste Verbindung zwischen einer koaxial angeordneten Getriebewelle und dem einen Zahnrad hergestellt wird. Diese Gangschaltkupplung benötige demzufolge weder Schaltgabeln noch Schaltschwingen, sondern weist vorwiegend koaxiale Bauteile auf.

Ferner ist aus der DE 101 03 664 A1 eine Gangschaltkupplung mit Synchronisiereinrichtung bekannt, welche weder Schaltgabeln noch Schaltschwingen benötigt und vorwiegend koaxiale Bauteile aufweist. Diese Gangschaltkupplung wird elektromagnetisch betätigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gangschalteinrichtung mit geringem Bauraumbedarf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die beiden Druckkammern sind erfindungsgemäß umfangsmäßig oder radial voneinander getrennt, so dass diese nicht vorrangig axialen Bauraum beanspruchen, sondern vorrangig umfangsmäßigen oder radialen Bauraum beanspruchen. Dies ermöglicht es, das Getriebe, in dem die erfindungsgemäße Gangschalteinrichtung eingebaut wird, axial besonders kurz zu bauen.

Der radiale Bauraum wird bei Getrieben durch die Getriebekomponente – insbesondere das Zahnrad – mit dem größten Durchmesser bestimmt. Sämtliche axial neben dieser Getriebekomponente angeordneten Gangschaltkupplungen müssen bei üblichen Getrieben zwangsläufig diesen radialen Bauraum mittels Schaltschwingen/Schaltgabeln überbrücken, was mit den entsprechenden Nachteilen hinsichtlich des Gewichtes/Bauraums einhergeht.

Zur Herstellung der umfangsmäßigen Trennung können Trennwände vorgesehen sein. Diese Trennwände können in besonders vorteilhafter Weise auch die drehfeste und axialverschiebliche Verbindung zwischen der Schaltmuffe und dem Gleichlaufring herstellten, d.h. das Drehmoment übertragen. Ferner haben die Trennwände die Funktion der Axialführung. Damit übernehmen die Trennwände in besonders vorteilhafter Weise eine Dreifachfunktion.

Da die koaxiale Bauweise der Gangschaltkupplung den Verzicht auf Schaltgabeln und Schaltschwingen ermöglicht, nimmt das Getriebe auch Quer zur Axialrichtung wenig Bauraum ein.

In besonders vorteilhafter Weise können einer Bewegungsrichtung umfangsmäßig mehrere Druckräume zugeordnet sein, so dass die Axialführung der Schaltmuffe gegenüber dem Gleichlaufring kaum mit einem Kippmoment belastet wird. Besonders vorteilhaft ist die diametrale – bzw. 180° versetzte – Anordnung der in die gleiche Richtung wirkenden Druckkammern. Da deren resultierende Kraft deckungsgleich zur Rotationsachse der Getriebewelle verläuft, treten überhaupt keine Kippmomente auf, was die Gangschalteinrichtung besonders leichtgängig und verschleißarm macht. Ein Optimum zwischen Schaltkraftaufteilung, Bauraum und Fertigungsaufwand stellt dabei die Aufteilung in vier Druckkammern dar, von denen jeweils zwei Druckkammern diametral zueinander angeordnet sind und die Schaltmuffe gemeinsam in eine Richtung ausrücken. Je nach Funktion der beiden zu koppelnden Getriebekomponenten können die Druckräume unterschiedliche Größen aufweisen. Insbesondere können die beiden einander zugeordneten diametralen Druckräume einen anderen Winkel einnehmen, als die beiden anderen einander zugeordneten diametralen Druckräume. Dies kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn die eine Getriebekomponente ein Gangrad ist, während die andere Getriebekomponente eine Parksperre gemäß DE 101 11 258 A1 ist. Wenn die Parksperre verklemmt ist, weil beispielsweise das Fahrzeug am Hang steht, sind die zum Lösen der Parksperre notwendigen Kräfte erheblich höher als die üblichen Schaltkräfte, um einen Gang einzulegen. In diesem Fall ist es von Vorteil, dass die beiden diametralen Druckkammern zum Lösen der Parksperre einen großen Winkel von zusammen mehr als 180° als Bauraum beanspruchen, während die beiden Druckräume zum Lösen des Getriebeganges einen kleinen Winkel von zusammen weniger als 180° als Bauraum beanspruchen.

Durch den Verzicht auf Schaltgabeln bzw. Schaltschwingen können die Gangräder axial über die Gangschaltkupplung ragen. Damit lässt sich weitere axialer Bauraum einsparen. Ferner wird damit eine hohe Zahnbreite erreicht, die den Verschleiß minimiert und bei einer Schrägverzahnung die Laufgeräusche der Verzahnung minimiert.

Patentanspruch 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher der Fluidkreislauf zum Ein- und Ausrücken der Gangschaltkupplung ein offener Fluidkreislauf ist, so dass gegenüber dem Schmiermittelkreislauf des Getriebes keine aufwändigen Dichtmaßnahmen notwendig sind.

Patentanspruch 9 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher Synchronringe gegenüber der Getriebewelle gehalten werden und beispielsweise in einem Gleichlaufring aufgenommen sind.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine ausschließlich formschlüssige Gangschaltkupplung in einer perspektivischen Ansicht mit einem 90°-Ausbruch,
2 die Gangschaltkupplung aus 1 in einer geschnittenen Darstellung, wobei die Schnittebene durch eine Rotationsachse der Gangschaltkupplung verläuft,
3 eine entlang der Linie III-III gemäß 2 geschnittene Darstellung der Schaltmuffe,
4 eine Abwicklung des Gleichlaufringes aus 2,
5 eine weitere ausschließlich formschlüssige Gangschalteinrichtung in einem Halbschnitt,
6 in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Gangschalteinrichtung, die von einem Zahnrad axial überragt wird und
7 eine Gangschalteinrichtung mit einer Synchronisiereinrichtung in einem Halbschnitt.
Die im folgenden verwendeten Richtungsangaben „rechts" und „links" beziehen sich auf die Zeichnungsebene gemäß 2, 4 bis 7 und sind sinnvoll angepasst auf 1 und 3 zu übertragen.
Im folgenden wird auf die 1 und 2 bezug genommen.
Die Gangschaltkupplung ist in einer Neutralstellung dargestellt. D.h., eine Schaltmuffe 1 ist axial genau mittig zwischen zwei Getriebekomponenten angeordnet, wobei eine koaxial zu diesen angeordnete Getriebewelle 2 mit keiner der beiden Getriebekoponenten gekoppelt ist. Die Gangschaltkupplung und die Getriebewelle 2 weisen eine gemeinsame Rotationsachse 23 auf. Die beiden Getriebekomponenten sind als Zahnräder 3, 4 ausgeführt. Bei den Zahnrädern 3, 4 handelt es sich um Gangräder eines Vorgelegegetriebes, welches beispielsweise auch als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltet sein kann.
Die beiden Zahnräder 3, 4 sind als Losräder mittels Nadelrollen drehbar koaxial auf der Getriebewelle 2 gelagert. An den einander zugewandten Seiten weisen die beiden Zahnräder 3, 4 radial innen ringförmige Ansätze 17a, 17b auf, auf welchen außenverzahnte gehärtete Schaltverzahnungsringe 12, 13 drehfest aufgeschrumpft sind. Benachbart zu den beiden Schaltverzahnungsringen 12, 13 sind geringfügig beabstandet außenverzahnten Formschlussringe 6, 7 angeordnet. Die beiden Formschlussringe 6, 7 sind in deren radial innerem Bereich in die axial aufeinander weisende Richtung gebogen. Die Innenkanten der beiden Formschlussringe 6, 7 sind jeweils bewegungsfest in einer Aufnahmenut eines Gleichlaufkörpers 5 aufgenommen. Der Gleichlaufkörper 5 hat im wesentlichen ein Doppel-T-förmiges Profil, wobei an dessen Innenseite eine Innenverzahnung angeordnet ist, die mit einer Außenverzahnung der Getriebewelle 2 eine Steckverzahnung 19 bildet, die den Gleichlaufkörper 5 drehfest gegenüber der Getriebewelle 2 festlegt. Der Gleichlaufkörper 5 ist an dessen axialen Stirnflächen radial innen mittels Axialsicherungsringen 16a, 16b gemäß DIN 471 gegenüber der Getriebewelle 2 gegen Axialverschiebung gesichert. Zur Aufnahme der Axialsicherungsringe 16a, 16b sind zwei Ringnuten vorgesehen, welche in Freistiche 20a, 20b für die Außenverzahnung übergehen.
Die beiden besagten Aufnahmenuten für die Formschlussringe 6, 7 sind an den Enden des radial inneren waagerechten Balkens des Doppel-T-förmigen Gleichlaufringes 5 angeordnet, wobei sich die beiden Formschlussringe 6, 7 von diesen Aufnahmenuten radial nach außen zu den beiden Stirnflächen des radial äußeren waagerechten Balkens des Doppel-T-förmigen Profils erstrecken.
Der Gleichlaufring 5 führt an dessen Außenseite – d.h. an dem radial äußeren waagerechten Balken des Doppel-T – die Schaltmuffe 1 axial. Zwischen dieser Schaltmuffe 1 und dem Gleichlaufring 5 bilden sich vier umfangsmäßig jeweils um 90° versetzte Druckkammern 21a, 21b, 21c, 21d, von denen zwei gleichwirkende jeweils diametral zueinander angeordnet bzw. umfangsmäßig um 180° versetzt sind. Demzufolge sind in 1 zwei Druckkammern 21a, 21b ersichtlich, die axial in die entgegengerichteten Richtungen wirksam sind, wohingegen in 2 zwei gleichgerichtete Druckkammern 21b, 21d ersichtlich sind. Die beiden diametral zueinander angeordneten Druckkammern 21b, 21d gemäß 2 werden axial links von Anschlagwänden 22b, 22d des Gleichlaufringes 5 begrenzt, welche in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegen. Axial rechts werden diese beiden Druckkammern 21b, 21d durch eine Anschlagwand 15b bzw. 15d der Schaltmuffe 1 begrenzt, welche ebenfalls in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse 23 liegt. Diese Anschlagwand 15b bzw. 15d liegt axial von links gesehen näherungsweise auf einer zwei-Drittel-Position der Gesamtaxiallänge der Schaltmuffe 1, wobei sich im verbleibenden rechten Drittel eine Schaltklauenverzahnung 24b bzw. 24d von einem Mantelrohr 25 radial nach innen erstreckt. Die beiden Druckräume 21b, 21d sind mittels einer Querbohrung 26, die quer durch die gesamte Getriebewelle 2 verläuft und in eines fluchtende Bohrung im Gleichlaufring 5 mündet, miteinander verbunden. Innerhalb der Getriebewelle 2 verläuft eine Zufuhrbohrung 27, welche in diese Querbohrung 26 mündet und parallel versetzt zur Rotationsachse 23 angeordnet ist. Parallel zur ersten Zufuhrbohrung 27 ist eine zweite Zufuhrbohrung 28 vorgesehen, welche in eine weitere Querbohrung 29 mündet. Diese weitere Querbohrung 29 stellt eine Hydraulikverbindung zu den diametral zueinander angeordneten Druckkammern 21a, 21c her. Wird hingegen die Zufuhrbohrung 27 für die beiden Druckkammern 21b, 21d mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so rückt die Schaltmuffe 1 nach rechts aus, so dass die Schaltklauenverzahnung 24b eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen dem Formschlussring 7 und dem Schaltverzahnungsring 13 herstellt. Bei diesem Kupplungsvorgang stützen werden die Reaktionskräfte am linken Axialsicherungsring 16a abgestützt.
Die Kupplung der linken Getriebekomponente – d.h. des linken Zahnrades 4 – mit der Getriebewelle 2 erfolgt in analoger Weise, wobei die Zufuhrbohrung 28 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird und die Reaktionskräfte an dem rechten Axialsicherungsring 16b abgestützt werden. Dabei wird der Hydraulikdruck in den Druckkammern 21a, 21c aufgebaut.
Das Lösen der gekuppelten Verbindung zwischen der Getriebewelle 2 und dem rechten Zahnrad 3 erfolgt durch Druckbeaufschlagung der dem anderen Zahnrad 4 zugeordneten Druckkammern 21a, 21c. Umgekehrtes gilt für das Lösen des anderen Zahnrades 4 analog.
3 zeigt eine entlang der Linie III-III aus 2 geschnittene Darstellung der Schaltmuffe 1. Dabei sind die Trennwände 14a, 14b, 14c, 14d ersichtlich, welche die vier umfangsmäßig jeweils um 90° versetzte Druckkammern 21a, 21b, 21c, 21d seitens der Schaltmuffe 1 begrenzen. Diese Trennwände 14a, 14b, 14c, 14d erstrecken sich parallel zur Rotationsachse 23 und radial von dem zylindrischen Mantelrohr 25 nach innen. Deutlich sind die beiden diametral zueinander angeordneten Anschlagwände 15a, 15c ersichtlich, welche sich jeweils zwischen zwei Trennwänden 14a, 14d bzw. 14b, 14c erstrecken und in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Rotationsachse 23 liegt. Diese beiden Anschlagwände 15a, 15c sind der Bewegung der Schaltmuffe 1 nach links zugehörig. Demzufolge kann durch Druckbeaufschlagung der Druckkammern 21a, 21c welche diesen Anschlagwänden 15a, 15c zugehörig sind, die Schaltmuffe 1 auf das linke Zahnrad 4 verschoben werden bzw. letzteres mit der Getriebewelle 2 verbunden werden. Dabei bilden die Anschlagwände 15a, 15c die wirksamen Kolbenflächen. Ferner kann durch Druckbeaufschlagung der Druckkammern 21b, 21d, welche den in 2 ersichtlichen Anschlagwänden 15b, 15d zugehörig sind, die Schaltmuffe 1 aus der mit dem linken Zahnrad 4 gekuppelten Stellung in die Neutralstellung und sogar direkt darüber hinaus verschoben werden.
Die Trennwände 14a, 14b, 14c, 14d ragen um ein Maß d radial weiter nach innen, als die Anschlagwände 15a, 15b, 15c, 15d, so dass sich Axialführungsschienen parallel zur Rotationsachse 23 bilden.
Diese Axialführungsschienen 31a, 31b, 31c, 31d greifen in Führungsnuten 32a, 32b, 32c, 32d des Gleichlaufringes 5, welche in der Abwicklung gemäß 4 ersichtlich sind. Dabei sind die vier Druckräume 21a, 21b, 21c, 21d mit deren gleichlaufringseitigen Anschlagwänden 22a, 22b, 22c, 22d ersichtlich. Die in 3 ersichtlichen Trennwände 14a, 14b, 14c, 14d der Schaltmuffe 1 sind umfangsmäßig in beiden Drehrichtungen an Ringsegmenten 33a, 33b, 33c, 33d des Gleichlaufringes 5 und an den Nutinnenwänden Führungsnuten 32a, 32b, 32c, 32d abstützbar, so dass eine formschlüssig drehfeste, aber axialverschiebliche Verbindung zwischen dem Gleichlaufring 5 und der Schaltmuffe 1 geschaffen ist. Damit stellen die Schaltklauenverzahnungen 24b, 24d bei der Kupplung des Zahnrades 3 mit der Getriebewelle 2 neben der drehfesten Verbindung zwischen dem Formschlussring 7 und dem Schaltverzahnungsring 13 zusätzlich eine drehfeste formschlüssige Verbindung zwischen letzterem und dem Gleichlaufring 5 her.
5 zeigt eine weitere Gangschalteinrichtung in einem Halbschnitt. Im wesentlichen unterscheidet sich diese ausschließlich formschlüssige Gangschalteinrichtung von der des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass auf die Formschlussringe und deren Aufnahme verzichtet wird.
Es ist ein Sensor 100 eingezeichnet, der die jeweilige Position der Schaltmuffe 101 erkennt. Dieser Sensor 100 und ein Signalgeber an der Schaltmuffe kann in verschiedenster Weise ausgestaltet sein. Je nach Anwendungsfall kann es ausreichend sein, dass der Sensor nur die Stellungen

– „linke Getriebekomponente gekuppelt" oder
– „rechte Getriebekomponente gekuppelt"

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Sensor auch die Neutralstellung der Schaltmuffe sensiert. Um bei einer Gangschalteinrichtung mit Synchronisiereinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 7 die Schaltkraft und/oder den Schaltweg zu steuern/regeln, kann auch eine stufenlose oder eine fein abgestufte Sensierung des Schaltweges vorgesehen sein. Dazu können die verschiedensten ölnebelunempfindlichen Sensoren vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor. Als Signalgeber kann die Schaltmuffe Ausformungen oder Einformungen, wie beispielsweise eine Verzahnung aufweisen. Ferner können Ferromagneten in die Schaltmuffe eingeklebt sein, die die Stellung der Schaltmuffe angeben.
6 zeigt eine Gangschalteinrichtung in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die beiden Zahnräder 203 und 204 sind mit einer Schrägverzahnung ausgeführt. Das linke Zahnrad 204 weist im wesentlichen ein Doppel-T-förmiges Profil auf, wobei der radial äußere T-Balken-Ring die Gangschalteinrichtung axial überragt. Ebenso könnte das zweite Zahnrad 203 die Gangschalteinrichtung axial überragen.
Die in 4 ersichtlichen Führungsnuten 32a, 32b, 32c, 32d im Gleichlaufring 5 sind nicht notwendig, wobei bei einem Verzicht auf diese ausschließlich die Ringsegmente 33a, 33b, 33c, 33d das Drehmoment vom Gleichlaufring 5 auf die Schaltmuffe 1 übertragen. Bei der Schaltmuffe 1 ragen in diesem Fall die Trennwände 14a, 14b, 14c, 14d nicht um ein Maß d radial weiter nach innen, als die Anschlagwände 15a, 15b, 15c, 15d. Die Anschlagwände 15a, 15b, 15c, 15d schließen in diesem Fall mit den Trennwänden 14a, 14b, 14c, 14d bündig ab.
7 zeigt eine Ausgestaltung der Schaltmuffe mit Synchronringen.
Die Gangschaltkupplung ist in einer Neutralstellung dargestellt. D.h., eine Schaltmuffe 301 ist axial genau mittig zwischen zwei Getriebekomponenten angeordnet, wobei eine koaxial zu diesen angeordnete Getriebewelle 302 mit keiner der beiden Getriebekoponenten gekoppelt ist. Die Gangschaltkupplung und die Getriebewelle 302 weisen eine gemeinsame Rotationsachse 323 auf. Die beiden Getriebekomponenten sind als Zahnräder 303, 304 ausgeführt. Bei den Zahnrädern 303, 304 handelt es sich um Gangräder eines Vorgelegegetriebes, welches auch als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltet sein kann.
Die beiden Zahnräder 303, 304 sind als Losräder mittels Nadelrollen drehbar koaxial auf der Getriebewelle 302 gelagert. An den einander zugewandten Seiten weisen die beiden Zahnräder 303, 304 radial innenringförmige Ansätze auf, auf welchen außenverzahnte gehärtete Schaltverzahnungsringe 312, 313 drehfest aufgeschrumpft sind. Die beiden Schaltverzahnungsringe 312, 313 weisen auf den einander zugewandten Seiten Außenreibkonen mit Reibflächen auf, welche geringfügig beabstandet zu korrespondierenden konischen Innenreibflächen von außenverzahnten Synchronringen 306, 307 angeordnet sind. Die Innenkanten der beiden Synchronringe 306, 307 sind jeweils begrenzt axialbeweglich und mittels eines nicht näher ersichtlichen Anschlages begrenzt drehbeweglich in einer Aufnahmenut eines Gleichlaufkörpers 305 aufgenommen. Der Gleichlaufkörper 305 hat im wesentlichen ein Doppel-T-förmiges Profil, wobei an dessen Innenseite eine Innenverzahnung angeordnet ist, die mit einer Außenverzahnung der Getriebewelle 302 eine Steckverzahnung 319 bildet, die den Gleichlaufkörper 305 drehfest gegenüber der Getriebewelle 302 festlegt. Der Gleichlaufkörper 305 ist an dessen axialen Stirnflächen radial innen mittels Axialsicherungsringen 316a, 316b gemäß DIN 471 gegenüber der Getriebewelle 302 gegen Axialverschiebung gesichert. Zur Aufnahme der Axialsicherungsringe 316a, 316b sind zwei Ringnuten vorgesehen, welche in Freistiche 320a, 320b für die Außenverzahnung übergehen.
Die beiden besagten Aufnahmenuten für die Synchronringe 306, 307 sind an den Enden des radial inneren waagerechten Balkens des Doppel-T-förmigen Gleichlaufringes 305 angeordnet, wobei sich die beiden Synchronringe 306, 307 von diesen Aufnahmenuten radial nach außen zu den beiden Stirnflächen des radial äußeren waagerechten Balkens des Doppel-T-förmigen Profils erstrecken. Eine Außenverzahnung der beiden Synchronringe 306, 307 ist als Sperrverzahnung 308, 309 einer Sperrsynchronisiereinrichtung nach dem System Borg-Warner ausgeführt. Die Außenverzahnung des Schaltverzahnungsringes 312, 313 ist als Schaltverzahnung 310, 311 nach dem System Borg-Warner ausgeführt.
Die Schaltmuffe 301 und der Gleichlaufkörper 304 sind aufgrund der zusätzlichen Funktionalität für den Synchronisiervorgang axial länger ausgebildet, als die entsprechenden Bauteile gemäß vorhergehendem Ausführungsbeispiel. Ansonsten werden die zu den vorhergehendem Ausführungsbeispiel baugleichen Bauteile nicht näher beschrieben. Wird eine Zufuhrbohrung für die beiden Druckkammern 321b, 321d mit einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so rückt die Schaltmuffe 1 nach rechts aus, so dass sich der Ablauf eines Synchronisiervorganges ergibt.
Im folgenden wird der Synchronisiervorgang bei drehender Getriebewelle 302 beschrieben, wie er in abgewandelter Weise von Synchronisierungen nach dem System „Borg-Warner" bekannt ist. Der Hydraulikdruck, welcher sich einerseits über den linken Axialsicherungsring 316a an der Getriebewelle 302 abstützt, bewirkt eine Schaltkraft, die den rechten Synchronring 307 gegen den rechten Schaltverzahnungsrings 313 drückt. Infolge der vorhandenen Drehzahldifferenz von der Schaltmuffe 301 und dem rechten Synchronring 307 gegenüber dem rechten Zahnrad 303 wird der Synchronring 307 bis zum Anschlagen des nicht näher dargestellten Anschlages zwischen dem Synchronring 307 und dem Gleichlaufring 305 verdreht. Diese erste Phase des Synchronisiervorganges nennt man „Ansynchronisieren". Die Schaltmuffe 301 wird axial weiterverschoben. Dadurch berühren sich Dachschrägen von den rechten Schaltklauenverzahnungen und der Sperrverzahnung 309 des Synchronringes 307. Damit wird die Innenreibkonusfläche des axialverschieblichen Synchronringes 307 gegen die Außenreibkonusfläche des Schaltverzahnungsringes 313 gedrückt und es kommt in einer zweiten Phase zur maßgeblichen Drehzahlangleichung zwischen der Getriebewelle 302 und dem Zahnrad 303. An den Dachschrägen entsteht ein die Sperrung öffnendes Verzahnungsmoment. Dieses Verzahnungsmoment ist kleiner als ein schließendes Reibmoment. Die Schaltmuffe 301 lässt sich demzufolge in dieser Rutschphase nicht schalten. Mit Erreichen des Gleichlaufs strebt das Reibmoment gegen Null. Der Entsperrvorgang beginnt. Das Verzahnungsmoment wird größer als das Reibmoment und bewirkt über die Dachschrägen ein Rückdrehen des Synchronringes 307. Beim Durchschalten kommen die Schaltklauenverzahnungen 324b, 324d in Kontakt mit der Schaltverzahnung 311 des Schaltverzahnungsringes 313. Die Schaltklauenverzahnungen 324b, 324d verdrehen den Schaltverzahnungsring 313 relativ zum Synchronring 307. Der Schaltweg wird frei. Die Schaltmuffe 301 stellt eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebewelle 302 und dem Zahnrad 303 her.
Bei diesem gesamten Kupplungsvorgang mit dem rechten Zahnrad 3 stellt eine genaue Toleranz der Ringnut, welche den linken Axialsicherungsring 16a aufnimmt, sicher, dass es infolge von Reaktionskräften nicht zur Reibmomentübertragung zwischen dem linken Synchronring 306 und dem linken Schaltverzahnungsring 312 kommt.
Die synchronisierte Kupplung der linken Getriebekomponente – d.h. des linken Zahnrades 304 – mit der Getriebewelle 302 erfolgt in analoger Weise, indem eine andere Zufuhrbohrung mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird und die Reaktionskräfte an dem rechten Axialsicherungsring 316b abgestützt werden. Das Lösen der gekuppelten Verbindung zwischen der Getriebewelle 302 und dem rechten Zahnrad 303 erfolgt durch Druckbeaufschlagung der dem anderen Zahnrad 304 zugeordneten Druckkammern 321a, 321c. Umgekehrtes gilt für das Lösen des anderen Zahnrades 304 analog.
Die Verwendung eines Gleichlaufringes hat vorrangig einen fertigungstechnischen Hintergrund. Funktionell könnten die Synchronringe und/oder die Schaltmuffe auch unmittelbar an der Getriebewelle befestigt bzw. gegenüber dieser gelagert sein. Somit könnte auf einen Gleichlaufring verzichtet werden.
Anstelle des Systemes Borg-Warner kann jede andere Typ von Sperrsynchronisierung Anwendung finden.
Die Trennwände, welche sich von der Schaltmuffe radial nach innen erstrecken, können auch an den Gleichlaufring angeformt sein und sich radial nach außen erstrecken. Radial außen greifen die Trennwände in diesem Fall in Führungsnuten des Gleichlaufringes.
Die beiden Getriebekomponenten müssen kein Gangräder bzw. Zahnräder sein. Eine Getriebekomponente kann auch als Parksperre ausgeführt sein. Ein detailliertes Beispiel für eine Parksperre, bei welcher die Getriebewelle gegen das Getriebegehäuse festgesetzt wird, ist in der DE 100 59 417 A1 beschrieben. Anstelle eine Parksperre kann natürlich auch ein Hillholder vorgesehen sein.
Ferner kann eine der Getriebekomponenten auch als Getriebebremse ausgeführt sein, wie diese bereits in der DE 199 01 067 A1 beschrieben ist. Im Fall einer Getriebebremse findet ausschließlich eine Reibmomentübertragung statt. D.h. anstelle der im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 dargestellten Schaltklauenverzahnung drückt einringförmiger Klotz der Schaltmuffe den Synchronring direkt gegen eine Reibfläche des gegenüberliegenden Zahnrades oder der gegenüberliegenden Getriebegehäusewandung, so dass sich die Dreh zahl der Getriebewelle der Drehzahl des gegenüberliegenden Zahnrades oder der „Drehzahl" Null des gegenüberliegenden Getriebegehäuses anpasst.
Eine oder beide Getriebekomponenten können auch als Zentralsynchronisierung ausgeführt sein. Wenn beide Getriebekomponenten als Zentralsynchronisierung ausgeführt sind, kann die eine den Hochschaltungen zugeordnet sein, wohingegen die andere den Rückschaltungen zugeordnet ist.
Gangräder müssen keine Zahnräder sein, sondern können auch Riemenscheiben sein, die ein Umschlingungsband oder eine Umschlingungskette tragen. Ebenso können Reibräder vorgesehen sein.
Dabei sind die verschiedensten Paarungen

– Zahnrad/Getriebebremse
– Zahnrad/Parksperre
– Parksperre/Getriebebremse
– Zahnrad/Zentralsynchronisierung

Der Fluiddruck ist vorzugsweise ein Hydraulikdruck. Jedoch kann insbesondere im Nutzfahrzeugbereich auch ein Pneumatikdruck vorgesehen sein.
Bei der radialen Bauweise der Gangschaltkupplung umfasst diese zwei teleskopartig radial zueinander angeordnete Ringkolben. Die Ringkolben weisen dabei Führungnuten auf, durch die Rippen des anderen Ringkolbens und eines Führungswiderlagers greifen, so dass die Ringkolben eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebewelle und der jeweiligen Getriebekomponente herstellen können und auch gegenüber der Getriebewelle abgestützt sind.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.

Claims

Gangschaltkupplung mit zumindest zwei Druckkammern (21a, 21b, 21c, 21d), welche mit einem Druck beaufschlagbar sind, so daß eine Schiebemuffe (1) auf eine von zwei Getriebekomponenten (3, 4) verschoben, wird und eine Verbindung zwischen einer koaxial angeordneten Welle (2) und der einen Getriebekomponente (3 bzw. 4) hergestellt wird dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Druckkammern (21a, 21b, 21c, 21d) umfangsmäßig oder radial voneinander getrennt sind.
Gangschaltkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gangschalteinrichtung in die beiden axial entgegengesetzten Richtungen ausrückbar ist.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck ein Fluiddruck ist.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Welle (2) eine Fluidleitung verläuft, welche zumindest eine den Druckkammern (21a bzw. 21b bzw. 21c bzw. 21d) mit dem besagten Druck versorgt und das Fluid beim Zusammenschieben dieser Druckkammer (21a bzw. 21b bzw. 21c bzw. 21d) wieder aus der Druckkammer (21a bzw. 21b bzw. 21c bzw. 21d) entläst.
Gangschaltkupplung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Schmierstoff innerhalb eines Getriebes ist, innerhalb dessen die Gangschaltkupplung angeordnet ist.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest vier Druckkammern (21a, 21b, 21c, 21d) vorgesehen sind, von denen zwei einer Ausrückrichtung zugehörige Druckkammern (21a und 21c bzw. 21b und 21d) jeweils diametral zueinander angeordnet sind.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Gangschaltkupplung eine reibschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle (302) und einer Getriebekomponente (303, 304) herstellbar ist.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Gangschaltkupplung eine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle (2, 302) und einer Getriebekomponente (3, 303 bzw. 4, 304) herstellbar ist.
Gangschaltkupplung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das die reibschlüssige Verbindung mit Synchronringen (306, 307) hergestellt wird, welche – mit Axialspiel in einem Gleichlaufring (305) aufgenommen sind, der drehfest mit der Getriebewelle (302) verbunden ist und – mittels der Kraft infolge der Druckbeaufschlagung in Kontakt mit einer Reibfläche der Getriebekomponente (303 oder 304) bringbar sind.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebekomponente ein Gangrad ist, wohingegen die andere Getriebekomponente eine Getriebebremse oder eine Parksperre oder eine Zentralynchronisiereinrichtung ist.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur besagten umfangsmäßigen Trennung Trennwände (14a, 14b, 14c, 14d) vorgesehen sind, die eine Axialführung zur Getriebewelle (2) bilden.
Gangschaltkupplung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Getriebekomponente (204) die Gangschaltkupplung axial überragt.