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TECHNISCHES GEBIET
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Das Gebiet, auf das sich die Offenbarung im Allgemeinen bezieht, enthält Vorrichtungen zur mechanischen Kraftübertragung und verwandte Komponenten.
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HINTERGRUND
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Einige Typen von Vorrichtungen zur mechanischen Kraftübertragung enthalten Freilaufsynchroneinrichtungen, um eine drehfähige Komponente mit einer anderen zu verbinden. Zum Beispiel enthält ein Fahrzeug-Doppelkupplungsgetriebe typischerweise zwei Eingangswellen, die Leistung von einem Motorschwungrad über zwei Eingangskupplungen erhalten, die das Schwungrad wahlweise mit der einen oder der anderen der beiden Eingangswellen verbinden. Die beiden Eingangswellen sind über eine Zwischenwelle über verschiedene Paare von kämmenden Zahnrädern, die durch die Wellen getragen werden, verbunden.
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In jedem vorgegebenen Moment überträgt das Doppelkupplungsgetriebe Kraft in einer synchronen Weise, wobei lediglich eine der beiden Kupplungen vollständig eingerückt ist, um das Motorschwungrad mit lediglich einer der beiden Eingangswellen zu verbinden. Demzufolge erfolgt der Kraftfluss von dem Schwungrad durch lediglich eine vollständig eingerückte Kupplung und ihre entsprechende Eingangswelle und durch lediglich eines der Paare von kämmenden Zahnrädern. Die eine Eingangswelle wird durch Einrücken ihrer entsprechenden Eingangskupplung ausgewählt und das eine Paar von kämmenden Zahnrädern wird mit einer Synchroneinrichtung ausgewählt, um das eine oder das andere Paar von kämmenden Zahnrädern mit seiner entsprechenden Welle zu verbinden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform enthält eine Freilaufsynchroneinrichtung für eine Kraftübertragungseinrichtung einen Kupplungslaufring, der mit einer Komponente der Kraftübertragungseinrichtung drehfest verbunden werden kann, und eine Synchronisationsnabe, die radial auswärts von dem Kupplungslaufring angeordnet ist und relativ zu dem Kupplungslaufring gleichlaufend drehbar ist. Der Kupplungslaufring und die Synchronisationsnabe können relativ zueinander freilaufend sein.
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Gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform enthält eine Kraftübertragungseinrichtung eine Welle, ein Zahnrad, das auf der Welle frei drehbar ist, und eine Freilaufsynchroneinrichtung, die einen Kupplungslaufring, der mit der Welle verbunden ist, eine Synchronisationsnabe, die wahlweise mit dem Zahnrad verbunden werden kann, und wenigstens ein gleichlaufendes Kupplungselement, das zwischen dem Kupplungslaufring und der Synchronisationsnabe angeordnet ist, aufweist.
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Gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform enthält ein Doppelkupplungsgetriebe eine erste Eingangswelle, die mit einer ersten Eingangskupplung verbunden ist, eine zweite Eingangswelle, die mit einer zweiten Eingangskupplung verbunden ist, und ein Eingabezahnrad, das mit der ersten Eingangswelle verbunden ist. Eine Zwischenwelle ist zu den Eingangswellen versetzt und ein Zwischenwellenzahnrad ist auf der Zwischenwelle frei drehbar und mit dem Eingabezahnrad in ständigem Eingriff. Das Getriebe enthält ferner eine Freilaufsynchroneinrichtung, die einen Kupplungslaufring, der mit der Zwischenwelle verbunden ist, eine Synchronisationsnabe, die wahlweise mit dem Zwischenwellenzahnrad verbunden werden kann, und wenigstens ein gleichlaufendes Kupplungselement, das zwischen dem Kupplungslaufring und der Synchronisationsnabe angeordnet ist, enthält. Die Zwischenwelle und der Kupplungslaufring können während eines Hochschaltens des Getriebes relativ zu der Synchronisationsnabe freilaufend sein, um zu ermöglichen, dass beide Kupplungen gleichzeitig vollständig eingerückt sind.
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Weitere veranschaulichende Ausführungsformen werden aus der genauen Beschreibung, die im Folgenden bereitgestellt wird, deutlich. Es sollte klar sein, dass die genaue Beschreibung und spezifische Beispiele, die veranschaulichende Ausführungsformen der Offenbarung offenbaren, lediglich für Erläuterungszwecke und nicht zum Beschränken des Umfangs der Erfindung vorgesehen sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung werden aus der genauen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verstanden, worin:
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1 eine teilweise Querschnittsansicht einer veranschaulichenden Kraftübertragungseinrichtung ist, die eine veranschaulichende Freilaufsynchroneinrichtung enthält;
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2 eine Stirnansicht eines Abschnitts der Freilaufsynchroneinrichtung von 1 ist;
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3 eine Diagrammansicht eines Abschnitts einer weiteren veranschaulichenden Freilaufsynchroneinrichtung ist; und
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4 eine vergrößerte Ansicht der Synchroneinrichtung von 1 ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungsformen in keiner Weise einschränken.
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Die vorliegende Offenbarung enthält im Allgemeinen eine Synchroneinrichtung mit der Funktionalität einer Freilaufkupplung, um z. B. ein nicht synchrones oder überlappendes Einrücken von Doppelkupplungen in einem Getriebe mit Vorgelegewelle des Doppelkupplungstyps zu ermöglichen. Ein Fachmann wird erkennen, dass eine derartige Freilaufsynchroneinrichtung in jedem anderen Getriebetyp oder jeder anderen geeigneten Kraftübertragungseinrichtung angewendet werden kann, bei denen es erwünscht ist, eine Komponente mit einer anderen unter Verwendung einer Synchroneinrichtung wahlweise drehbar zu verbinden. Die Freilaufsynchroneinrichtung der vorliegenden Offenbarung kann z. B. bei einem automatischen Getriebe, einem manuellen Getriebe, einem stufenlos veränderlichen Getriebe, einem elektromotorisch betätigten Hybridgetriebe, einem Fahrzeugverteilergetriebe und dergleichen verwendet werden.
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Der hier verwendete Ausdruck Synchroneinrichtung enthält eine Einrichtung, um durch die Synchroneinrichtung bei zwei drehbaren Komponenten eine Drehzahl allmählich auszugleichen oder eine gemeinsame Drehung zu erreichen, bevor die Komponenten kraftschlüssig miteinander verbunden werden. Die hier ebenfalls verwendete Terminologie der Freilaufkupplung ist ein Synonym für Freilaufkupplung und Einweg-Kupplung und enthält eine Einrichtung, die eine antreibende Komponente aus einem Eingriff an einer angetriebenen Komponente löst, wenn sich die angetriebene Komponente schneller als die antreibende Komponente dreht.
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In
1 ist eine veranschaulichende Freilaufsynchroneinrichtung
10 in Verbindung mit einem Abschnitt eines veranschaulichenden Doppelkupplungsgetriebes T mit einer Zwischenwelle S und Zahnrädern G1, G3 dargestellt. Wie in
2 gezeigt, enthält die Freilaufsynchroneinrichtung
10 eine integrierte Freilaufkupplung
12. Die Freilaufkupplung
12 kann einen Kupplungslaufring
14 enthalten, der einen verzahnten Innendurchmesser
16 für eine kraftschlüssige Kupplung mit entsprechenden Verzahnungen einer anderen Komponente, z. B. der Eingangswelle S (
1) und außerdem einen Außendurchmesser
18 mit Sperrklinken, der mehrere Einkerbungen
20 definiert, enthalten kann. Die Freilaufkupplung
12 kann außerdem ein oder mehrere gleichlaufende Kupplungselemente z. B. Klinkenhebel
22 für einen Eingriff mit den Einkerbungen
20 des Kupplungslaufrings
14 und entsprechende Federn
24, die die Klinkenhebel
22 in einen derartigen Eingriff drängen, enthalten. Die Freilaufkupplung
12 kann ferner einen Abschnitt einer Synchronisationsnabe
26 enthalten, die von dem Kupplungslaufring
14 radial auswärts angeordnet ist und in Bezug hierauf gleichlaufend drehbar ist. Die Synchronisationsnabe
26 kann Klinkenhebeltaschen
28 zum Aufnehmen der Klinkenhebel
22 und Federausnehmungen
30 zum Aufnehmen der Federn
24 enthalten. Eine veranschaulichende Freilaufkupplung ist im
US-Patent 6.745.881 beschrieben und dargestellt, das dem Anmelder dieser Erfindung zugewiesen ist und gemäß den Lehren hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Obwohl die dargestellte Freilaufkupplung 12 ein Antriebsmechanismus mit Klinkenhebel und Sperrklinke ist, kann jeder geeignete Typ eines Freilaufkupplungsmechanismus verwendet werden. Wie in 3 gezeigt, kann eine allgemeine Freilaufkupplung 112 einen Kupplungslaufring 114, eine Synchronisationsnabe 126 und jeden geeigneten Typ von einem oder mehreren gleichlaufenden Kupplungselementen 122, die sich zwischen ihnen befinden, enthalten. Das Element bzw. die Elemente 122 können z. B. Schwenk-Klinkenhebel, gleitfähige Klinkenhebel, Kugeln oder Walzen, Keilklinkenhebel oder Blöcke, Zweipunktgreifer, Federn, Nocken, Spanner oder ähnliche Einrichtungen sowie verwandte Komponenten wie z. B. Federn, Käfige, Führungen oder dergleichen enthalten.
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Zusätzlich zu der Freilaufkupplung
12 kann die Freilaufsynchroneinrichtung
10 außerdem die Auflage der Synchronisationsnabe
26 enthalten, die außerdem einen axial verzahnten Außendurchmesser
32 und Druckstabtaschen
34, die darin radial angeordnet sind, enthalten können. Die Freilaufsynchroneinrichtung
10 kann ferner eine axial bewegliche Hülse
36 enthalten, die einen axial verzahnten Innendurchmesser
38 enthält für einen gleitenden Zahneingriff mit dem verzahnten Außendurchmesser
32 der Nabe
26, und einen in Umfangsrichtung mit Nuten versehenen Außendurchmesser
40 enthalten, um eine (nicht gezeigte) Schaltgabel aufzunehmen, um die Hülse
36 axial zu verschieben. Eine Gangwahl kann durch einen (nicht gezeigten) Aktuator ausgeführt werden, der die Schaltgabel verschiebt, um die Hülse
36 der Freilaufsynchroneinrichtung
10 zu verschieben. Die Freilaufsynchroneinrichtung
10 kann außerdem einen Rastklinkenmechanismus enthalten, der eine Ringfeder
42 enthalten kann, die zwischen der Nabe
26 und der Hülse
36 für einen nachgiebigen Eingriff an einer Federnut
43 der Hülse
36 getragen wird. Die Freilaufsynchroneinrichtung
10 kann außerdem Reaktionsringe
46, die an den entsprechenden Zahnrädern G1, G3 befestigt sind, Blockierringe
48, die zwischen den Reaktionsringen
46 und der Nabe
26 und Hülse
36 positioniert sind, und Reibmaterial
50, das zwischen entsprechenden konischen Oberflächen der Ringe
46,
48 getragen wird, enthalten. Eine veranschaulichende Freilaufsynchroneinrichtung ist im
US-Patent 5.269.400 beschrieben und dargestellt, das dem Anmelder dieser Erfindung zugewiesen ist und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit gemäß den Erkenntnissen eingeschlossen ist.
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Wie die Nabe 26 enthalten die Reaktions- und Blockierringe 46, 48 verzahnte Außendurchmesser 52, 54, die eingerichtet sind für ein Zusammenwirken mit dem verzahnten Innendurchmesser 38 der Hülse 36, wenn die Hülse 36 axial verschoben wird. Bevor jedoch die verzahnten Durchmesser 38, 52, 54 in Eingriff gelangen können, löst eine axiale Verschiebung der Hülse 36 einen Reibkontakt zwischen entsprechenden konischen Oberflächen der Reaktions- und Blockierringe 46, 48 aus, um die Drehzahlen der Zahnräder G1 oder G3 und der Welle S auszugleichen. Die Druckstäbe 44 können z. B. in den Druckstabtaschen 34 angeordnet sein für einen axialen Eingriff der Blockierringe 48 bei einer axialen Verschiebung der Hülse 36. Nachdem die Drehzahlen im Wesentlichen synchronisiert sind, kann die Hülse 36 die Blockier- und Reaktionsringe 46, 48 passieren. Demzufolge gelangt der verzahnte Innendurchmesser 38 der Hülse an den verzahnten Außendurchmessern 54, 52 des Rings in Eingriff, während er noch an dem verzahnten Außendurchmesser 32 der Nabe teilweise in Eingriff ist, um die Welle S durch die Freilaufsynchroneinrichtung 10 mit den Zahnrädern G1 oder G3 kraftschlüssig zu verbinden.
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Die Freilaufkupplung 12 kann die Auflage der Freilaufsynchroneinrichtung 10 an der Welle S in einer Drehrichtung verriegeln und kann ein Freilaufen der Freilaufsynchroneinrichtung 10 relativ zu der Welle S zulassen und umgekehrt. Genauer kann die Freilaufkupplung 12 ermöglichen, dass der Kupplungslaufring 16 und die Synchronisationsnabe 26 relativ zueinander freilaufend sind. Mit anderen Worten kann sich durch die Verwendung der Freilaufkupplung 12 z. B. die Welle S schneller als die Nabe 26 der Freilaufsynchroneinrichtung 10 drehen, um zu ermöglichen, dass die Freilaufsynchroneinrichtung 10 an ihrem entsprechenden Zahnrad G1 oder G3 in Eingriff bleibt, wobei eine andere Synchroneinrichtung (nicht gezeigt) an einem anderen Zahnrad (nicht gezeigt) in Eingriff ist, um die Drehzahl der Welle S zu erhöhen.
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Beim verriegelten Betrieb wird die Drehung des Zahnrads G1 oder G3 durch den verzahnten Durchmesser 52 des Reaktionsrings 46, durch die verzahnte Hülse 36, durch die verzahnte Synchronisationsnabe 26, durch den (die) Klinkenhebel 22, durch den verzahnten Kupplungslaufring 14 und an die verzahnte Welle S übertragen. Im Freilaufbetrieb können sich die Welle S und der Kupplungslaufring 14 schneller drehen als die Nabe 26, so dass sich die Klinkenhebel 22 aus dem Eingriff an den Einkerbungen 20 des Kupplungslaufrings 14 lösen. Demzufolge rutscht eine entsprechende Kupplung der Eingabedoppelkupplung (nicht gezeigt), die der Freilaufsynchroneinrichtung 10 und dem Zahnrad G1 oder G2 zugeordnet ist, nicht und ihre Belastung wird automatisch aufgehoben oder wenigstens vermindert, wenn sich die Welle S schneller als die Synchronisationsnabe 26 dreht.
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Im Allgemeinen kann ein Getriebe mit mehreren Eingangskupplungen Kraft aufnehmen, die von einem Motorschwungrad über mehrere Eingangskupplungen, die jeweils mit mehreren Eingangswellen verbunden sind, eingegeben wird. Ein Doppelkupplungsgetriebe kann z. B. zwei Eingangskupplungen enthalten, die Kraft von einem Schwungrad empfangen, und kann zwei Eingabewellen enthalten, die mit einer Vorgelegewelle oder einer Zwischenwelle verbunden sind, wobei mehrere Paare von kämmenden Zahnrädern dazwischen geschaltet sind. Ein veranschaulichendes Doppelkupplungsgetriebe ist im
US-Patent 7.219.571 beschrieben und dargestellt, das dem Anmelder dieser Erfindung zugewiesen ist und hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit gemäß den Erkenntnissen eingeschlossen ist.
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Das Doppelkupplungsgetriebe vervielfältigt die aufgenommene Kraft zwischen der einen oder der anderen der beiden Eingangswellen und der Zwischenwelle unter Verwendung eines der Paare von kämmenden Zahnrädern, die sich in jedem vorgegebenen Moment zwischen ihnen befinden. Das Doppelkupplungsgetriebe kann die vervielfachte Kraft von der Zwischenwelle an eine Ausgabewelle übertragen, die mit einer stromabseitigen Einrichtung wie etwa einer Fahrzeugachse verbunden sein kann.
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Jede Eingangswelle trägt unterschiedliche Zahnräder entweder feststehend oder wählbar feststehend. In einem ersten Beispiel kann die erste Eingangswelle ungeradzahlige Zahnräder tragen und die zweite Eingangswelle kann geradzahlige Zahnräder tragen. Genauer kann in einem 6-Gang-Doppelkupplungsgetriebe eine Eingangswelle die Vorwärtsgang-Zahnräder 1, 3 und 5 tragen und die andere Eingangswelle kann die Vorwärtsgang-Zahnräder 2, 4 und 6 sowie ein Rückwärtsgang-Zahnrad tragen.
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Ähnlich wie die Eingangswellen kann die Zwischenwelle verschiedene feststehende und/oder wahlweise feststehende Zahnräder für einen kämmenden Eingriff mit den entsprechenden Eingangswellenzahnrädern auf den Eingangswellen tragen. Demzufolge enthält das Getriebe mehrere unterschiedliche Paare von kämmenden Zahnrädern zwischen den Eingangswellen und der Zwischenwelle, um verschiedene Getriebeübersetzungen zu definieren.
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Die Synchroneinrichtungen werden auf den Eingangswellen und/oder der Zwischenwelle neben den entsprechenden Zahnrädern getragen, so dass die Synchroneinrichtungen ein wahlweise fixierbares Zahnrad an seiner entsprechenden Welle wahlweise fixieren kann. Die Synchroneinrichtungen stellen sicher, dass die Rotationsgeschwindigkeit des ausgewählten Zahnrads mit der seiner entsprechenden Welle eng übereinstimmt, um ein leichtgängiges Schalten der Getriebeübersetzung zwischen den verschiedenen Paaren von kämmenden Zahnrädern zu ermöglichen.
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In einzigartiger Weise werden die Synchroneinrichtungen auf ihren entsprechenden Wellen getragen, so dass sie sich in einer Richtung um die Welle freilaufend drehen können. Diese Konfiguration ermöglicht insbesondere ein gutes Schaltgefühl und einen guten zeitlichen Ablauf des Schaltvorgangs, indem ein sanftes Freigeben der auszurückenden Kupplung der Eingangskupplungen, während die andere einzurückende Eingangskupplung eine Drehmomentkapazität erlangt und in Eingriff gelangt, ermöglicht ist. Mit anderen Worten die auszurückende Eingangskupplung muss nicht vollständig außer Eingriff sein, wenn die einzurückende Eingangskupplung vollständig in Eingriff gelangt.
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Tatsächlich können beide Eingangskupplungen gleichzeitig vollständig eingerückt sein. In einem spezifischen Beispiel können die Synchroneinrichtungen so ausgelegt sein, dass dann, wenn die erste Eingangskupplung Kraft überträgt, der Kraftweg der zweiten Eingangskupplung unterbrochen ist, um eine synchrone Auswahl eines Zahnrads eines anderen Übertragungsverhältnisses zu ermöglichen. Dann wird durch allmähliches Ausrücken der ersten Eingangskupplung und allmähliches Einrücken der zweiten Eingangskupplung der Kraftweg von der ersten Eingangswelle zur zweiten Eingangswelle und über das ausgewählte Zahnrad geändert.
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In
1 des eingeschlossenen
US-Patents 7.319.571 kann die Freilaufsynchroneinrichtung
10 die dort offenbarten Synchroneinrichtungen
74,
76,
78,
80 ersetzen. Die Freilaufsynchroneinrichtung
10 kann z. B. die Synchroneinrichtungen
78,
80 an der Zwischenwelle
18 ersetzen, so dass die Zwischenwelle
18 in Bezug auf die Freilaufsynchronisationsnaben
26 freilaufend sein kann.
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Wenn z. B. die Freilaufsynchroneinrichtung 10 des ersten/dritten Gangs die Synchroneinrichtung 78 ersetzt, können die resultierende Synchroneinrichtung 10/78 sowie die erste Eingangskupplung 32 während und sogar nach dem Hochschalten vom ersten Gang in den zweiten Gang eingerückt bleiben. Wenn bei diesem Szenario die Synchroneinrichtung 80 des Rückwärts-/zweiten Gangs auf ihren wählbaren zweiten Gang 54 eingerückt wird, wird die Zwischenwelle 18 ihre Drehzahl erhöhen und in Bezug auf die eingerückte Freilaufsynchroneinrichtung 10/78 freilaufen.
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Wenn in ähnlicher Weise die Freilaufsynchroneinrichtung 10 die Synchroneinrichtung 80 des Rückwärts-/zweiten Gangs ersetzt, können die resultierende Synchroneinrichtung 10/80 sowie die zweite Eingangskupplung 34 während und sogar nach einem Hochschalten vom zweiten in den dritten Gang eingerückt bleiben. Wenn in diesem Szenario die Synchroneinrichtung 76 des dritten/fünften Gangs in ihren wählbaren dritten Gang 42 eingerückt wird, wird die Zwischenwelle 18 ihre Drehzahl erhöhen und wird in Bezug auf die eingerückte Freilaufsynchroneinrichtung 10/80 freilaufen.
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Demzufolge können die Zwischenwelle 18 und die Kupplungslaufringe 14 der Synchroneinrichtungen 10/78, 10/80 relativ zu deren Synchronisationsnaben 26 während eines Hochschaltens des Getriebes freilaufen, um zu ermöglichen, dass beide Eingangskupplungen gleichzeitig vollständig eingerückt sind. Deswegen müssen das Einrücken und das Ausrücken der Eingangskupplungen nicht synchronisiert sein, um ein Hochschalten zu ermöglichen. Stattdessen können beide Eingangskupplungen während einer überlappenden Zeitperiode vollständig eingerückt sein.
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Die Freilaufsynchroneinrichtung 10 kann außerdem die Synchroneinrichtungen 74, 76 an den Eingangswellen 16, 14 ersetzen, so dass die Freilaufsynchronisationsnaben 26 in Bezug auf die Wellen 16, 14 freilaufen können.
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In jedem Fall kann die Verwendung der Freilaufsynchroneinrichtung 10 ein schnelleres Schalten ermöglichen, da eine Auswahl der beiden ungeraden und geraden Gangbereiche mit einem geringen oder ohne Einfluss auf die Zugkraft des Systems ausgeführt werden kann. Im Unterschied dazu würde eine Auswahl der beiden ungeraden und geraden Gangbereiche in einem herkömmlichen System notwendigerweise eine höhere Zugkraft des Systems zumindest für die Zeitdauer, in der die beiden ungeraden und geraden Gangbereiche ausgewählt sind, zur Folge haben. Eine derartige Zugkraft kann in dem herkömmlichen System einem erzwungenen Rutschen an einer oder mehreren offenen Kupplungen gleichgesetzt werden, um sowohl einen ungeraden als auch einen geraden Gangbereich auszuwählen. Die Verwendung der Freilaufsynchroneinrichtung vermindert oder eliminiert jedoch die Notwendigkeit für ein erzwungenes Rutschen der Kupplung(en), wodurch eine Zugkraft vermindert oder eliminiert wird.
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Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich erläuternder Natur, weshalb Abwandlungen hiervon nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung angesehen werden sollten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6745881 [0016]
- US 5269400 [0018]
- US 7219571 [0022]
- US 7319571 [0029]
