DE1053947B

DE1053947B - Gleichlauf- und Gangschaltkupplung fuer ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe,insbesondere fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE1053947B
Application number: DED24701A
Authority: DE
Inventors: Werner Altmann
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1957-01-17
Filing date: 1957-01-17
Publication date: 1959-03-26

Description

Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem die losen Zahnräder von ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren durch einen axial verschiebbaren Nabenteil in ihrer Welle kuppelbar sind und am Zahnrad ein mit dem Nabenteil in Reibungsschluß tretender, axial aus einer Sperrstellung gegen Federwirkung in eine den Eingriff freigebende Stellung bewegbarer Gleichlaufring angeordnet ist, der mit einer konischen Reibfläche versehen ist und axial wirkende, geneigte Sperrflächen aufweist.
Bekannt ist eine Kupplung der vorstehend erwähnten Art mit einem geschlitzten, federnden Gleichlaufring und mit anschließendem formschlüssigem Eingriff. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Sperrflächen im Schlitz des Ringes angeordnet und wirken mit einem Nocken zusammen, der in den Schlitz eingreift. Nachteilig ist dabei das einseitige Angreifen der Kräfte am Gleichlaufring. Dieser kann sich dadurch schief stellen und verklemmen, so daß die Kupplung unbrauchbar wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung ohne vorstehende Nachteile zu schaffen.
Die Erfindung besteht darin, daß der Gleichlaufring als ein in sich geschlossener Ring ausgebildet ist und die Sperrflächen gleichmäßig an der dem Zahnrad zugewandten Stirnseite angeordnet sind, wobei am Zahnrad den Sperrflächen entsprechende Widerlager und eine Hubbegrenzung für den Gleichlaufring so angeordnet sind, daß der axiale Hub des Gleichlaufringes kleiner ist als der Hub der geneigten Sperrflächen.
Die Schaltkupplung nach der Erfindung arbeitet einwandfrei ohne Verklemmen des Gleichlaufringes. Letzterer kann gegenüber der bekannten Anordnung auch noch wesentlich stabiler ausgeführt werden. Dies wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn dieser Gleichlauf ring bei einer kraftschlüssigen Schaltkupplung angewendet wird. Dabei gibt dann der Gleichlaufring durch seine axiale Bewegung den Übergang in die Kraftschlußstellung frei, und zum Erzeugen des für den Gleichlauf und den Kraftschluß erforderlichen, axialen Schubes aus dem Drehmoment sind in der Verbindung des axial bewegbaren Nabenteiles mit seiner Welle radiale Zapfen mit Schrägflächen angeordnet. Solche Schrägflächen wurden bisher nur bei einer speziellen Ausführungsform einer formschlüssigen Schaltkupplung vorgeschlagen.
Durch diese Ausbildung nach der Erfindung können auch die in der Herstellung teuren Formschlußteile vermieden werden. Außerdem rückt die Schaltkupplung in jeder beliebigen Stellung ein, was bei den bekannten formschlüssigen Schaltkupplungen nicht der Fall ist. Eine weitere Vereinfachung kann noch dadurch erzielt werden, daß die konischen Reibflächen am Gleichlaufring und am Nabenteil zugleich als kraftschlüssige Eingriffsflächen zwischen beiden Teilen dienen.
Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist mindestens eine der die Sperrflächen bzw. die Widerlager bildenden Stirnseiten als eine in sich geschlossene, z. B. sinusförmige Kurvenbahn ausgebildet. Vorteilhaft werden also zwei einander entsprechende sinusförmige Flächen verwendet. Eine andere Möglichkeit liegt darin, daß die Widerlager und bzw. oder die Sperrflächen durch lösbar befestigte Nocken oder Zapfen gebildet sind.
Die Erfindung ergibt also eine baulich sehr einfache und leichte Gleichlauf- und Gangschaltkupplung. Der stabile Gleichlaufring ist verschleißfest, weil er am ganzen Umfang gleichmäßig beansprucht wird.
Ein Getriebe mit der Schaltkupplung nach der Erfindung läßt sich spielend leicht schalten, weil insbesondere bei der dargestellten Ausführungsform der Übergang vom Reibungsschluß zum Kraftschluß ohne Wechsel der Eingriffsflächen stattfindet.
Die Ansprüche 3, 6 und 7 gelten nur im Zusammenhang mit den Ansprüchen, auf die sie rückbezogen sind.
Wie die Erfindung im einzelnen ausgeführt werden kann, zeigt mit den für sie wesentlichen Teilen das Ausführungsbeispiel der Zeichnung an Hand einer kraftschlüssigen Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein Kraftfahrzeug-Gruppengetriebe. Es zeigt Fig. 1 einen Auszug aus einem Getriebe im Schnitt und Fig. 2 einen Gleichlaufring im Schnitt.
Nach Fig. 1 und 2 sind zwei Zahnräder 3 und 4 lose auf einer Welle 5 gelagert, die z. B. die Abtriebwelle des Getriebes sein kann. Sie stehen in ständigem Eingriff mit zwei weiteren, nicht dargestellten Zahnrädern, die fest auf einer Vorgelegewelle angeordnet sind. Diese beiden Zahnradpaare können Übersetzungen z. B. für den ersten und den zweiten Gang eines Kraftfahrzeug-Gruppengetriebes bilden. Das Einschalten eines Ganges erfolgt dadurch, daß eines der Zahnräder 3 und 4 mit der Welle 5 verbunden wird.
Zwischen den Zahnrädern 3 und 4 ist ein Nabenteil 6 axial verschiebbar angeordnet, in dessen Nut 7 einenicht dargestellte Schaltgabel oder ein anderes geeignetes Schaltorgan eingreift. Der Nabenteil 6 ist zur Drehmomentübertragung mit der Welle 5 über radiale, abwechselnd ineinandergreifende Zapfen 8 verbunden. Die Zapfen 8, die abwechselnd an der Welle 5 und am Nabenteil 6 gegebenenfalls lösbar angebracht sind, können symmetrisch zu ihrer gemeinsamen achsnormalen Mittelebene und/oder zu ihren eigenen achsparallelen Mittelebenen ausgebildet sein, damit der Nabenteil nach beiden axialen Richtungen schaltbar und in beiden Drehrichtungen wirksam ist. Sie haben achsparallele Flächen 9, die in der gezeichneten neutralen Stellung jeweils aneinander anliegen. Anschließend an diese Flächen 9 sind schwächer geneigte Flächen 10 und daran anschließend stärker geneigte Flächen 11 vorgesehen, deren Bedeutung und Wirkung noch später erläutert wird.
Der Nabenteil 6 ist nach beiden Seiten hülsenartig geformt und mit zwei innenliegenden Eingriffsflächen 12 versehen, die als kegelstumpfförmige Reibflächen ausgebildet sind. Diesen Eingriffsflächen ist am Zahnrad 3 und 4 je eine Eingriffsfläche 13 zugeordnet, die zweckmäßig an dem Gleichlaufring 14, und zwar an seinem äußeren Umfang, vorgesehen sind.
Der Gleichlaufring 14 ist als in sich geschlossener starrer Ring ausgebildet und auf einem seitlichen, zylinderartigen Ansatz 15 des Zahnrades 3 bzw. 4 gelagert. Eine Schraubenfeder 16 oder eine andere geeignete Feder drückt ihn ständig in Richtung auf den Nabenteil 6. Eine Sicherung 17, z. B. ein Sprengring, dient als Anschlag und verhindert ein Abgleiten des Ringes 14 vom Ansatz 15 bzw. einen Kontakt mit dem Nabenteil bereits in der neutralen Stellung.
Die Stirnseite 18 des Gleichlaufringes 14 ist für die Sperrflächen vorgesehen. Sie wirken in axialer Richtung und sind als geneigte Flächen ausgebildet, denen entsprechend geformte Gegenflächen an der Stirnseite 19 des Zahnradkörpers zugeordnet sind. Sperr- und Gegenflächen können gleich geformt sein. Die Gegenflächen können aber auch in Form von Nocken, Zapfen od. dgl. vorgesehen sein. Wie insbesondere Fig. 2 gut erkennen läßt, ist die Stirnseite 18 des Gleichlaufringes 14 zur Bildung der Sperrflächen als in sich geschlossene, vorzugsweise sinusförmige Kurvenbahn gestaltet. Die gleiche Ausbildung zeigen die Stirnflächen 19 an den Zahnrädern. Die Hubhöhe der sinusförmigen Kurvenbahnen ist größer als der durch den Sprengring 17 bedingte Hub des Gleichlaufringes 14, so daß in der gezeichneten Stellung der Gleichlaufring 14 sich gegenüber dem Zahnrad nicht frei drehen kann, sondern die Sinuserhebungen der Kurvenbahnen an den Stirnseiten 18 und 19 kurz vor Erreichen des höchsten Punktes mit den Flanken aneinander anliegen.
In den Eingriffsflächen 13 der Gleichlaufringe 14 befinden sich Quernuten 20, in denen Abstreifkeile 21 mit Hilfe von Stiften 22 axial unverschiebbar gelagert sind. Die Keile 21 können parallel oder geneigt zu einer Mantellinie der kegelstumpfförmigen Eingriffsfläche liegen und die Eingriffsflächen an den Rändern, insbesondere am äußeren Rand, überragen.
Im Wellenteil 5 sind zweckmäßig zwischen den Zapfen 8 eine oder mehrere radiale Bohrungen 23 vorgesehen, in denen über einer Feder 24 Rastkörper, z. B. Kugeln 25, gelagert sind. Diese greifen bei einer axialen Verschiebung am Nabenteil 6 ein und verhindern bei Wegfall des Drehmomentes, z. B. bei kurzzeitigem Gaswegnehmen, ein unbeabsichtigtes Zurückgleiten des Nabenteiles in die neutrale Stellung.
Die Wirkungsweise der Gleichlauf- und Schaltkupplung ist folgende: Das Zahnrad 4 bildet eine Untersetzungsstufe für den 1., das Zahnrad 3 für den 2. Gang und die Welle 5 die Abtriebwelle. In der gezeichneten Stellung steht der Nabenteil 6 neutral ohne Verbindung mit den Zahnrädern 3 und 4 zwischen ihnen, so daß keiner der genannten Gänge eingeschaltet ist. Das Kraftfahrzeug soll gerade im 1. Gang beschleunigt worden sein, so daß sich die Abtriebwelle 5 dreht. Das Zahnrad 3 des 2. Ganges dreht sich also schneller als die Welle 5.
Zum Einschalten des 2. Ganges wird jetzt der Nabenteil 6 durch die Schaltgabel nach links bewegt, bis die Eingriffsfläche 12 reibungsschlüssig zur Anlage an der Eingriffsfläche 13 des Gleichlaufringes 14 kommt. Dabei sind durch die axiale Verschiebung die radialen Zapfen 8 des Nabenteiles von den achsparallelen Flächen 9 der Wellenzapfen abgeglitten und liegen nunmehr mit den schwächer geneigten Flächen 10 an den entsprechenden Flächen der Zapfen am Wellenteil an. Infolge des Drehzahlunterschiedes zwischen dem Zahnrad 3 und der Welle 5 tritt an den Eingriffsflächen 12 und 13 ein Reibmoment auf, das den Nabenteil 6 gegenüber dem Wellenteil 5 und auch den Gleichlauf ring 14 gegenüber dem Zahnrad 3 zu verdrehen sucht.
Die zur Achse geneigten Schrägflächen 10 zwischen der Welle 5 und dem Nabenteil 6 erzeugen dabei eine axial gerichtete Kraftkomponente, die zusammen mit dem aufrechterhaltenen Druck am Schalthebel den Nabenteil 6 weiter nach links in Eingriffsrichtung zu bewegen sucht und die Anpressung an den Eingriffsflächen 12 und 13 erhöht. Da sich aber infolge der Verdrehung gegenüber dem Zahnrad 3 der Gleichlaufring 14 mit seinen Sperrflächen 18 fest auf die sinusförmigen Gegenflächen 19 preßt, und zwar beinahe in den höchsten Punkten, wird eine weitere axiale Bewegung des Gleichlaufringes 14 und damit auch des Nabenteiles 6 verhindert, solange diese Verdrehung durch das Reibmoment aufrechterhalten wird. Diese Stellung ist die Sperrstellung.
Durch die Reibung an den Eingriffsflächen werden sich die Drehzahlen des Zahnrades und der damit umlaufenden weiteren Teile sowie die der Welle 5 aneinander angleichen. Bei Drehzahlgleichheit besteht an den Eingriffsflächen kein Reibungsmoment mehr. Infolgedessen kann unter dem axial gerichteten Druck des Nabenteiles 6 der Gleichlaufring 14 mit seinen sinusförmigen Sperrflächen 18 so weit von den gleichen Gegenflächen 19 abgleiten, bis beide Sperrflächen 18 und 19 in der tiefsten Stellung ineinander eingreifen. Die Feder 16 wird dabei zusammengedrückt. Durch diese axiale Bewegung sind nun die radialen Zapfen 8 des Nabenteiles 6 auf die steiler geneigten Flächen 11 der Wellenzapfen abgeglitten. Dadurch wird aus dem Drehmoment eine axiale Kraftkomponente abgeleitet, die so groß ist, daß die Anpressung der Eingriffsflächen 12 und 13 nunmehr zum Kraftschluß zwischen ihnen und damit zwischen dem Zahnrad 3 und der Welle 5 ausreicht. Der 2. Gang ist jetzt eingeschaltet.
Die Abstreifkeile 21 werden durch die Fliehkraft an die Eingriffsfläche 12 des Nabenteiles 6 geschleudert und schälen dort gewissermaßen den Ölfilm ab. Das abgestreifte Ö1 wird von den überstehenden Keilen 21 nach außen abgeschleudert. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Reibungseingriff schnell erfolgt, da zwischen den Eingriffsflächen 12 und 13 kein Ölfilm mehr zerquetscht werden muß.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem die losen Zahnräder von ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren durch einen axial verschiebbaren Nabenteil mit ihrer Welle kuppelbar sind und am Zahnrad ein mit dem Nabenteil in Reibungsschluß tretender, axial aus einer Sperrstellung gegen Federwirkung in eine den Eingriff freigebende Stellung bewegbarer Gleichlaufring angeordnet ist, der mit einer konischen Reibfläche versehen ist und axial wirkende, geneigte Sperrflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichlaufring (14) als ein in sich geschlossener Ring ausgebildet ist und die Sperrflächen (18) gleichmäßig an der dem Zahnrad zugewandten Stirnseite angeordnet sind, wobei am Zahnrad den Sperrflächen entsprechende Widerlager (19) und eine Hubbegrenzung (17) für den Gleichlaufring (14) so angeordnet sind, daß der axiale Hub des Gleichlaufringes (14) kleiner ist als der Hub der geneigten Sperrflächen.
2. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach Anspruch 1 mit Kraftschluß in der Eingriffsstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichlaufring (14) durch seine axiale Bewegung den Übergang in die Kraftschlußstellung freigibt und zum Erzeugen des für den Gleichlauf und den Kraftschluß erforderlichen axialen Schubes aus dem Drehmoment in der Verbindung des axial bewegbaren Nabenteiles (6) mit seiner Welle (5) radiale Zapfen (8) mit Schrägflächen angeordnet sind.
3. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Reibflächen (12 und 13) am Gleichlaufring (14) und am Nabenteil (6) zugleich als kraftschlüssige Eingriffsflächen zwischen beiden Teilen dienen.
4. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der die Sperrflächen (18) bzw. die Widerlager (19) bildenden Stirnseiten als eine in sich geschlossene, z. B. sinusförmige Kurvenbahn gestaltet ist.
5. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlager und bzw. oder die Sperrflächen durch lösbar befestigte Nocken oder Zapfen gebildet sind.
6. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der den Gleichlaufring (14) aufnehmende Ansatz (15) zylindrisch ausgebildet ist und zur Aufnahme der Feder (16) am Gleichlaufring (14) und bzw. oder am Zahnrad seitliche Taschen angeordnet sind.
7. Gleichlauf- und Gangschaltkupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reibfläche des Gleichlaufringes (14) ein oder mehr an sich bekannte Ölabstreifkeile (21) gegebenenfalls geneigt angeordnet sind und deren Enden seitlich über den Rand der Reibflächen hinausragen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 438 761, 500 211, 738514 , 863 753; schweizerische Patentschrift Nr. 81949; französische Patentschrift Nr. 861459; französische Zusatzpatentschrift Nr. 51877/875 903; USA.-Patentschrift Nr. 1625 584.