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Kraftschlüssige Schaltkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe
Die Erfindung betrifft eine kraftschlüssige Schaltkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe,
mit einem achsfesten und einem axial bewegbaren Kupplungsteil sowie mit Reibflächen
zum Herstellen des Gleichlaufes vor dem Kraftschluß, deren eine an einem besonderen,
mit seinem Kupplungsteil beweglich verbundenen Reibkörper angeordnet ist.
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Bei einer bekannten Schaltkupplung der vorstehenden Art werden zunächst
durch Federn vorgespannte Reibscheiben beider Kupplungsteile zur Anlage gebracht
und anschließend die Kraftschluß-Konusflächen eingerückt. Nachteilig ist dabei,
daß der Zeitpunkt des Einrückens der Kraftschlußflächen nicht in Bezug steht zum
Gleichlauf, d. h., es ist ein Einrücken auch vor erzieltem Gleichlauf gegen den
Widerstand der die Reibscheiben spannenden Federn möglich. Außerdem müssen die Einrückkraft
sowie die zum Halten des Kraftschlusses erforderliche Kraft von außen in die Kupplung
eingeleitet werden.
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Die Erfindung hat ein kraftschlüssiges Schaltkuppeln zur Aufgabe,
bei dem die obigen Nachteile grundsätzlich nicht mehr auftreten können. Ausschlaggebend
für die Erfindung ist der Gedanke, den kraftschlüssigen Eingriff so lange zu sperren,
bis Gleichlauf zwischen den beiden Kupplungsteilen herrscht.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß der als an sich
bekannter, geschlitzter, in radialer Richtung federnder Gleichlaufring ausgebildete
Reibkörper gegenüber dem ihn tragenden Kupplungsteil in Abhängigkeit vom Reibmoment
in eine erste, die weitere axiale Bewegung des anderen Kupplungsteils sperrende
Stellung und erst beim Gleichlauf in eine zweite, die axiale Bewegung des anderen
Kupplungsteils bis in die Kraftschlußstellung freigebende Stellung bewegbar ist
und zum Erzeugen des für den Gleichlauf und den Kraftschluß erforderlichen axialen
Schubes aus dem Drehmoment in der Verbindung des axial bewegbaren Kupplungsteils
mit seiner Welle entsprechende Schrägflächen angeordnet sind.
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Es ist zwar ein geschlitzter Gleichlaufring an sich bekannt, doch
ist dieser bisher nur bei formschlüssigen Schaltkupplungen verwendet worden. Durch
die Formschlußteile wird aber die Herstellung teuer, und außerdem kann es dabei
vorkommen, daß Zahn auf Zahn steht und ein Einrücken nicht möglich ist. Die Verwendung
von Schrägflächen zum Erzeugen eines axialen Schubes wurde bereits vorgeschlagen,
jedoch nur bei einer speziellen Ausführung formschlüssiger Schaltkupplungen.
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Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung sind als Verbindung des
bewegbaren Kupplungsteils mit der ihn tragenden Welle radiale Stifte vorgesehen,
welche in der entkuppelten Stellung mit achsparallelen Flächen in der den Gleichlauf
herstellenden Stellung sowohl mit einer zur Achse geneigten Fläche als auch mit
einer Kante bzw. einer Gegenfläche und in der Kraftschlußstellung mit weiteren Neigungsflächen
aneinander liegen. Dabei können zweckmäßig nur die Stifte des bewegbaren Kupplungsteils
oder die der Welle verschieden geneigte Flächen aufweisen, derart, daß die der Kraftschlußstellung
entsprechenden Flächen stärker geneigt sind als die dem Gleichlauf entsprechenden
Flächen. Die Stifte des anderen Kupplungsteils weisen in diesem Fall Flächen mit
nur einer Neigung auf, welche den stärker geneigten Flächen des anderen Teils entsprechen.
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Die Erfindung vereinigt alle Vorteile des Kraftschlusses mit denjenigen
einer Sperrsynchronisierung. Daraus ergibt sich als vielleicht bedeutendster Vorteil
eine außerordentliche Verbilligung der Herstellung durch den Wegfall der Formschlußteile.
Eine Reihe anderer, nicht minder bedeutungsvoller Vorteile wird bei der Beschreibung
des Ausführungsbeispiels erwähnt. Es sei darauf hingewiesen, daß mit der kraftschlüssigen
Kupplung eine Schaltung nicht nur in jeder nur denkbaren Stellung, sondern auch
beim Ausfall der Gleichlaufmittel möglich ist.
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Wie die Erfindung im einzelnen ausgeführt werden kann, läßt mit den
für sie wesentlichen Teilen das Ausführungsbeispiel der Zeichnung erkennen. Es zeigt
Fig.
1 einen auszugsweisen Längsschnitt durch ein Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe und Fig.
2 bis 4 den Gleichlaufring und die Kraftschlußflächen sowie die Verbindung zwischen
der Nabe und der Welle in den drei schematisch dargestellten korrespondierenden
Stellungen: Neutral -Gleichlauf - Kraftschluß.
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Nach Fig. 1 sind auf der Welle 5 eines Kraftfahrzeug-Wechselgetriebes
zwei Zahnräder 6 und 7 lose drehbar gelagert. Beide Zahnräder stehen je mit einem
weiteren, nicht dargestellten Zahnrad auf einer Vorgelegewelle in ständigem Eingriff.
Jedes Zahnradpaar bildet eine Untersetzung für einen Getriebegang.
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Zum Einschalten eines Ganges muß wahlweise eines der Zahnräder, z.
B. das Zahnrad 6, mit der Welle 5 verdrehungsstreif verbunden werden. Zu- diesem
Zweck liegt zwischen den Zahnrädern 6 und 7 die Schaltnabe 8, die der Welle 5 gegenüber
axial beweglich ist. Vor dem Schalten müssen jedoch beide Teile auf gleiche Drehzahl
gebracht werden. Dazu dient ein Gleichlaufring 10, der auf einem seitlichen Ansatz
9 des Zahnrades 6 lagert und durch den Dorn 11 so abgestützt ist, daß er sich dem
Zahnrad 6 gegenüber nur um einen bestimmten geringen Betrag verdrehen kann. Gegen
axiales Verschieben ist der Gleichlaufring 10 durch die Scheibe 12 gesichert. Der
Gleichlaufring 10 kann, wie bekannt, mit einem Ansatz 13 unter einem entsprechenden
Ansatz 14 am Zahnrad 6 unter Vorspannung eingesetzt sein.
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Die äußere Fläche 15 des Gleichlaufringes 10 ist kegelstumpfförmig
ausgebildet. Sie dient als Reibungsfläche während der Gleichlaufphase im Zusammenwirken
mit einer entsprechenden Gegenfläche an der Nabe B. Unmittelbar neben dem Gleichlaufring
ist am Zahnrad 6 eine weitere Kegelstumpffläche 17 von gleicher Neigung für den
kraftschlüssigen Eingriff vorgesehen. Diese wirkt mit einer Gegenfläche an der Nabe
8 zusammen. Die Anordnung ist so getroffen, daß beide Flächen 15 und 17 in der neutralen
Stellung etwa den gleichen mittleren Durchmesser aufweisen.
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Die Ausbildung am Zahnrad 7 ist entsprechend. Die Nabe 8 kann durch
die Schaltgabel 18 nach beiden Richtungen hin axial bewegt werden und damit wahlweise
mit dem Zahnrad 6 oder mit dem Zahnrad 7 in wirksame Verbindung gebracht werden.
Sie ist hülsenartig ausgebildet und mit einer innenliegenden Kegelstumpffläche 16
versehen. Diese dient als Gegenfläche für beide Flächen 15 und 17 am Zahnrad 6 bzw.
7, d. h., sie dient sowohl zum Erzielen des Gleichlaufes als auch für den anschließenden
Kraftschluß. Selbstverständlich können hierfür auch zwei getrennte Flächen an der
Nabe 8 vorgesehen sein.
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Die Verbindung der Nabe 8 mit der Welle 5 erfolgt über Flächen, die
in der Gleichlaufstellung des Gleichlaufringes 10 und in der Kraftschlußstellung
eine Neigung gegenüber der Achse aufweisen. Besonders zweckmäßig ist es, wenn den
beiden genannten Stellungen Flächen verschiedener Neigung zugeordnet sind. Zweck
dieser Neigung ist die Erlangung einer axialen Komponente aus -dem Drehmoment selbst.
Diese Komponente wird durch die Ausbildung der Neigungsflächen in Beziehung gesetzt
zur unterschiedlichen Widerstandskraft des den Eingriff sperrenden Gleichlaufringes
10. An der Nabe 8 befinden sich radiale Stifte 19, die abwechselnd zwischen Stifte
20 an der -Welle 5 eingreifen. Beide Stifte haben achsparallele Anlageflächen 21
für die neutrale Stellung und die bereits erwähnten Neigungsflächen für die selbsttätige
Verstärkung bzw. Erzeugung des Reibungs- und Kraftschlusses in beiden Betriebsstellungen
durch die Erzeugung eines Axialschubes aus dem Drehmoment des Motors.
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Aus Fig. 2 bis 4 geht die Wirkungsweise der Schaltkupplung hervor.
Die Figuren zeigen in der jeweils korrespondierenden Stellung die radialen Verbindungsstifte
zwischen der Nabe 8 und der Welle 5 sowie die zusammenwirkenden Kegelmantelflächen
am Gleichlauf ring 10 sowie an der Nabe 8 und am Zahnrad 6.
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Fig. 2 zeigt die Stellung »neutral«, d. h. die Stellung, in der keines
der Zahnräder 6 oder 7 mit der Welle 5 verbunden ist. Diese Stellung kann den Getriebeleerlauf
bedeuten. Sie kann aber auch bedeuten, daß ein anderer Gang eingeschaltet ist. In
dieser Stellung befindet sich die Nabe 8 genau zwischen den beiden Zahnrädern 6
und 7, so daß die Kegelstumpfflächen 15, 16 und 17 keine Berührung miteinander haben.
Die Stifte 20 an der Welle 5 nehmen über die achsparallelen Anlageflächen 21 die
Stifte 19 und dadurch die Nabe 8 in Drehrichtung mit, wenn angenommen wird, daß
sich das Fahrzeug bewegt.
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Es soll beim Gangwechsel die Nabe 8 nach links verschoben, d. h. das
Zahnrad 6 in wirksame Verbindung mit der Welle 5 gebracht werden. Bei der Linksverschiebung
kommt zunächst nach Fig. 3 die Kegelstumpffläche 16 der Nabe 8 zur Anlage an der
Kegelstumpffläche 15 des Gleichlaufringes 10. Gleichzeitig sind die Stifte 19 der
Nabe 8 von den achsparallelen Anlageflächen 21 abgeglitten und ruhen jetzt mit ihren
Kanten bzw. mit ihren entsprechenden Neigungsflächen auf den Flächen 22 der Stifte
20, die eine Neigung zur Achse aufweisen. Durch die Neigungsflächen 22 wird aus
dem Reibmoment ein axialer Schub erzeugt, der die Reibflächen 15 und 16 aneinander
anpreßt, der aber nicht für einen Kraftschluß an diesen Flächen ausreicht. Er reicht
auch nicht aus, um die Sperrwirkung des Gleichlaufringes 10 zu überwinden. Dieser
wird nämlich infolge der Reibung an den Kegelstumpfflächen 15 und 16 das Bestreben
haben, sich aufzuspreizen, was noch durch besondere, nicht dargestellte Schrägflächen
an ihm verstärkt werden kann. Dadurch und durch seine eventuell vorhandene radiale
Vorspannung verhindert er eine weitere axiale Bewegung der Nabe 8 nach links, solange
ein Drehzahlunterschied besteht.
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Erst wenn die gleiche Drehzahl zwischen dem Zahnrad 6 - d. h. also
dem Gleichlaufring 10 - und der Nabe 8 herrscht, hört die Selbstverstärkung und
damit die Sperrwirkung des Gleichlaufringes 10 auf. Er kann nunmehr gegen seine
eigene Federwirkung zusammengedrückt werden, so daß bei weiter anhaltendem Axialschub
die Nabe 8 weiter nach links in die Stellung nach Fig. 4 übergehen kann. Dieser
Übergang erfolgt ohne Stoß und ohne namhafte Bewegung in Umfangsrichtung.
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In dieser Stellung kommt die Fläche 16 der Nabe 8 nunmehr zur Anlage
an der Kegelstumpffläche 17 des Zahnrades 6. Gleichzeitig liegen die Stifte 19 auf
den Neigungsflächen 23 der Gegenstifte 20 an der Welle 5 an. Die Flächen 23 weisen
eine stärkere Neigung auf als die vorgenannten Flächen 22. Dadurch wird der Axialschub
so weit verstärkt, daß er zum Kraftschluß zwischen den beiden Kegelflächen 16 und
17 ausreicht. Jedes beliebige Drehmoment kann jetzt sicher übertragen werden.
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Die Kante 24 des Gleichlaufringes 10 ist abgeschrägt, und in der Nabe
8 befindet sich neben der Kegelstumpffläche 16 eine entsprechende, aber tiefere
Abschrägung 25. Der Gleichlaufring 10 ist infolge seiner Eigenelastizität so weit
zurückgefedert, daß
beide Abschrägungen aneinander anliegen. Die
Abschrägung 24 des Gleichlaufringes 10 verhindert ein Zurückrutschen der Nabe 8
beim Aufhören des Drehmomentes. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Gang nicht
unbeabsichtigt, z. B. bei Zugkraftwechsel, herausspringen kann.
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Wie Fig. 2 bis 4 zeigen, sind nur die fingerartigen Stifte 20 der
Welle 5 mit zwei Neigungsflächen 22 und 23 versehen, während die Stifte 19 an der
Nabe nur eine Neigungsfläche, und zwar eine solche mit der stärkeren Neigung, aufweisen.
Es ist natürlich möglich, die Stifte 19 in grundsätzlich gleicher Weise auszubilden
wie die Stifte 20.
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Die Schaltkupplung ermöglicht ein stufenloses Durchschalten, und zwar
auch beim Versagen der Gleichlaufeinrichtung. Sie ist daher für Schalthilfen bestens
geeignet und ermöglicht ein Serienschalten über eine Schaltkulisse auf ein Gruppengetriebe.
Der Kraftanschluß wird in jeder Stellung erzielt, d. h., der Gang kann auf jeden
Fall und in jeder Stellung eingelegt werden.