DE112014000378B4

DE112014000378B4 - Getriebe für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einem derartigen Getriebe

Info

Publication number: DE112014000378B4
Application number: DE112014000378.6T
Authority: DE
Inventors: Dieter Slapak
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2034-01-28
Also published as: SE538938C2; SE1350122A1; WO2014120065A1; DE112014000378T5

Abstract

Getriebe (2) für ein Fahrzeug, das ein Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (22), das an einer Innenfläche mit Zähnen ausgestattet ist; zwei erste und zweite Kupplungsringe (34, 35), die auf jeder Seite des Planetengetriebes (14) positioniert sind; und wenigstens einen ersten und einen zweiten Synchronisationsring (36, 41) umfasst, von welchen wenigstens ein Synchronisationsring (36, 41) zwischen den entsprechenden Kupplungsringen (34, 35) und dem Planetengetriebe (14) ist, dadurch gekennzeichnet, dasseine erste und zweite axial verschiebbare Muffe (31, 37) auf dem Hohlrad (22) angeordnet sind, wobei seine Muffen (31, 37) axial relativ zueinander verschiebbar sind und alternativ mit den Kupplungsringen (34, 35) für unterschiedliche Gangpositionen verbunden sein können.

Description

Hintergrund und Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das ein derartiges Getriebe umfasst, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
Bei Fahrzeugen und insbesondere bei Schwergutfahrzeugen, wie z.B. Lastwägen, wird ein Getriebe, das auch als Range-Getriebe bezeichnet wird, oftmals mit dem Hauptgetriebe verbunden, um die Anzahl von potentiellen Getriebeübersetzungen zu verdoppeln. Ein derartiges zusätzliches Getriebe umfasst normalerweise ein Planetengetriebe, das einen kurz übersetzten Gang und einen lang übersetzten Gang aufweist, mit welchem die Getriebemöglichkeiten des Hauptgetriebes in eine niedrige Übersetzungsstufe und eine hohe Übersetzungsstufe unterteilt werden können. In der niedrigen Übersetzungsstufe kommt es zu einer Untersetzung durch das Planetengetriebe, und in der hohen Übersetzungsstufe kommt es zu keiner Übersetzung in dem Planetengetriebe.
Das Range-Getriebe ist zwischen dem Hauptgetriebe und einer Antriebswelle angeordnet, die mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden ist. Das Range-Getriebe ist in einem Getriebegehäuse aufgenommen und umfasst eine Eingangswelle, die mit dem Hauptgetriebe verbunden ist, eine Ausgangswelle und ein Planetengetriebe, das zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet ist. Das Planetengetriebe umfasst üblicherweise drei Bauteile, die relativ zueinander drehbar angeordnet sind, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenradhalter und ein Hohlrad. Bei Kenntnis über die Anzahl von Zähnen im Sonnenrad und im Hohlrad können die gemeinsamen Drehzahlen der drei Bauteile während des Betriebs bestimmt werden. In einem Range-Getriebe kann das Sonnenrad drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein, eine Reihe von Planetenrädern in das Sonnenrad eingreifen, wobei die Planetenräder davon drehbar an dem Planetenradhalter gelagert sind, der drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist, und in einem axial verschiebbaren Hohlrad, das die Planetenräder umhüllt und in Eingriff nimmt. Die Zähne des Sonnenrads, der Planetenräder und des Hohlrads können schräg sein, d.h. sie weisen einen Winkel relativ zur Rotationsachse, die dem Sonnenrad, dem Planetenradhalter und dem Hohlrad gemein ist, auf. Durch schräges Zerspanen der Zähne wird eine Reaktionskraft von den Zahnrädern, die in dem Planetengetriebe enthalten sind, in Richtung der Rotationsachse erhalten. Die Richtung der Reaktionskraft hängt davon ab, in welche Richtung die Zahnräder im Planetengetriebe schräg zerspant sind. Die Reaktionskräfte können daher rückwärts oder vorwärts in der Ausdehnung der Rotationsachse wirken.
Die kurz übersetzten und lang übersetzten Gänge des Getriebes werden durch axiales Verschieben des Hohlrads zwischen der niedrigen Übersetzungsstufe, in welcher das Hohlrad gegen Drehung relativ zum Getriebegehäuse gesichert ist, und der hohen Übersetzungsstufe, in welcher das Hohlrad relativ zum Getriebegehäuse drehbar ist, erzielt. Das Planetengetriebe umfasst zwei Kupplungsringe, die auf jeder Seite des Hohlrads angeordnet sind, einen hohen Kupplungsring und einen niedrigen Kupplungsring, und zwei Synchronisationsringe, die auf jeder Seite des Hohlrads angeordnet sind. Die Synchronisationsringe sind dazu ausgestaltet, eine synchrone Zahnradverschiebung zu erzielen.
Um eine gute Synchronisationsfunktion in dieser Art von Range-Getriebe zu erreichen, muss die Oberfläche der Zähne des Synchronisationsrings, die dem Hohlrad zugewandt ist und so ausgestaltet ist, dass sie die Zähne des Hohlrads bei Synchronisation aufnimmt, einen Winkel, einen sogenannten Gleichlaufwinkel, relativ zur Rotationsachse des Synchronisationsrings aufweisen, wobei der Gleichlaufwinkel davon gegenüber dem Bremsmoment ausgeglichen sein muss, das der Synchronisationsring auf das Hohlrad überträgt, um eine synchrone Motordrehzahl zu erzielen. Das bedeutet, dass der Gleichlaufwinkel so ausgestaltet sein muss, dass die Zähne an dem Synchronisationsring an den Teil der Zähne des Hohlrads angrenzen, die mit einem Gleichlaufwinkel ausgestattet sind, und ausreichend auf das Hohlrad einwirkt, so dass eine synchrone Motordrehzahl erreicht wird, und um anschließend von dem Teil der Zähne des Hohlrads, die mit dem Gleichlaufwinkel ausgestattet sind, gelöst zu werden, und wenn das Hohlrad mit dem entsprechenden Kupplungsring in Eingriff kommen soll, wenn die synchrone Motordrehzahl erreicht wurde. Um sicherzustellen, dass eine synchrone Motordrehzahl erhalten wird, bevor das Hohlrad in axialer Richtung an dem Synchronisationsring vorbeigeht, dürfen die Zähne des Synchronisationsrings die Zähne des Hohlrads nicht zu leicht loslassen.
Wenn die Zähne des Synchronisationsrings von den Zähnen des Hohlrads gelöst wurden, wenn eine synchrone Motordrehzahl zwischen dem Hohlrad und dem Kupplungsring erreicht wurde, wird das Hohlrad axial verschoben, so dass der Synchronisationsring in das Hohlrad eingerückt wird und in einer axialen Position relativ zum Hohlrad bleibt, dessen axiale Position durch die Position bestimmt wird, an welcher der Synchronisationsring auf die Planetenräder des Planetengetriebes auftrifft und an diese angrenzt.
Die Bewegungsfreiheit des Hohlrads in axialer Richtung wird durch die geometrische Ausgestaltung der Zähne des Hohlrads und des Kupplungsrings begrenzt. Endoberflächen treffen auf und grenzen an den Spitzen der Zähne des Hohlrads an eine umlaufende Endoberfläche eines jeden Kupplungsrings an den axialen Endpositionen des Hohlrads, wodurch das Hohlrad nicht mehr in axialer Richtung verschoben werden kann.
Das Dokument WO 01/ 55 620 A1 zeigt eine Synchronisationsvorrichtung an einem Planetengetriebe, bei welcher das Planetengetriebe ein Sonnenrad, einen Planetenradhalter und ein Hohlrad umfasst. Das Sonnenrad ist drehfest mit der Eingangswelle verbunden und eine Reihe von Planetenrädern nimmt das Sonnenrad in Eingriff, wobei die Planetenräder davon drehbar an einem Planetenradhalter gelagert sind, der auf drehfeste Weise mit einer Ausgangswelle verbunden ist. Ein axial verschiebbares Hohlrad umhüllt die Planetenräder und nimmt diese in Eingriff. Die kurz übersetzten und lang übersetzten Gänge des Getriebes werden dadurch erhalten, dass das Hohlrad axial zwischen der niedrigen Übersetzungsstufe und der hohen Übersetzungsstufe verschoben wird.
Das Dokument SE 504 070 C2 zeigt ein Planetengetriebe mit einem Paar axial separater Kupplungsmuffen, die außerhalb der Kupplungsringe und des Hohlrads angeordnet sind. Die Kupplungsmuffen sind an einer gemeinsamen Verschiebungswelle angeordnet und werden beide axial verschoben, wenn die Verschiebungswelle axial verschoben wird. Die Zahnräder des Planetengetriebes sind mit geradverzahnten Stirnrädern ausgestattet, wodurch das Hohlrad und die Kupplungsmuffe so ausgestaltet sind, dass sie dazu angepasst sind, eine an die geraden Zähne des Zahnrads angepasste Funktion aufzuweisen. Das Planetengetriebe nach bisherigem Stand der Technik ist innerhalb eines ergänzenden Getriebes angeordnet, das lediglich zwei Gangpositionen aufweist, wobei das Hohlrad entweder eine hohe Übersetzungsstufe oder eine niedrige Übersetzungsstufe einnimmt.
Das Dokument DE 195 81 879 B4 ist gattungsbildender Stand der Technik. Weiteren Stand der Technik beschreiben die Dokumente EP 1 096 165 A1 , und WO 96/ 20 359 A1 ..
Kurzfassung der Erfindung
Trotz des bisherigen Stands der Technik ist es erforderlich, ein Getriebe zu entwickeln, das wenig Energie beim Schalten zwischen der niedrigen Übersetzungsstufe und der hohen Übersetzungsstufe erfordert. Das Hohlrad weist eine beträchtliche Masse auf, welche Energie für Bewegungen in axialer Richtung erfordert. Um die axiale Bewegung des Hohlrads zu erzielen, müssen Manövriergabeln und Ausrüstung, die diesem Zweck dienen soll, so ausgestaltet sein, dass sie sich ergebenden Kräften standhalten, wodurch das Gewicht des Getriebes erhöht wird. Das Gewicht des Hohlrads bringt auch mit sich, dass die Massenträgheit bei der axialen Bewegung des Hohlrads die Möglichkeit eines schnellen Schaltens zwischen verschiedenen Gangpositionen begrenzt. Es ist auch wünschenswert, Geräusche aus dem Getriebe zu verringern und die potentielle Drehmomentübertragung im Getriebe zu erhöhen. Unter bestimmten Umständen ist es wünschenswert, wenn ein Fahrzeug still steht, um eine Kraft aus dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs über ein Hauptgetriebe zu extrahieren. Da das ergänzende Getriebe nach bisherigem Stand der Technik lediglich eine hohe Übersetzungsstufe oder eine Übersetzungsstufe einnimmt, wird das ergänzende Getriebe nach bisherigem Stand der Technik unter allen Betriebszuständen ein Drehmoment übertragen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das wenig Energie beim Schalten benötigt. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das ein schnelles Schalten zwischen verschiedenen Schaltpositionen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das eine große Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit aufweist. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das eine erhöhte Drehmomentübertragung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das eine geringe Geräuschentwicklung aufweist. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das eine externe Übersetzung von einem still stehenden Fahrzeug ermöglicht. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes mit geringen axialen Kräften und das auf die Axiallager des Getriebes wirkt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Getriebes, das eine gute Synchronisationsfunktion aufweist.
Diese Aufgaben werden ferner mit einem Getriebe der zuvor genannten Art erzielt, das durch die in Patentanspruch 1 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist. Diese Aufgaben werden ferner mit einem Fahrzeug erzielt, das ein Getriebe der zuvor genannten Art umfasst, das durch die in Patentanspruch 15 spezifizierten Merkmale gekennzeichnet ist.
Durch Begrenzen der Bewegung des Hohlrads in axialer Richtung und stattdessen Anordnen einer ersten und zweiten axial verschiebbaren Muffe außerhalb des Hohlrads und koaxial mit dem Hohlrad, kann ein Verschieben durch Bewegen der ersten Muffe in eine erste axiale Endposition ausgeführt werden, an welcher die erste Muffe fest mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, und durch Bewegen der zweiten Muffe in eine zweite axiale Endposition, an welcher die zweite Muffe mit dem Sonnenrad verbunden ist. Der Axialweg einer jeden Muffe wird kürzer verglichen mit dem Weg des Hohlrads in einem traditionellen Range-Getriebe, wodurch das Schalten zwischen unterschiedlichen Gängen schnell ist.
Die erste und die zweite Muffe können jeweils mit einer geringeren Stärke ausgestaltet sein als das Hohlrad, wodurch jede Muffenmasse geringer wird als die Masse des Hohlrads. Die geringe Masse einer jeden Muffe bringt mit sich, dass das Schalten zwischen unterschiedlichen Gängen schnell ist.
Die Muffen sind drehfest an dem Hohlrad über Keilverzahnungen angeordnet. Die Muffen wirken mit den Synchronisationsringen beim Verschieben zusammen, und da die Muffen außerhalb des Hohlrads angeordnet sind und daher einen größeren Durchmesser aufweisen als das Hohlrad, können die Synchronisationsringe mit einem größeren Durchmesser, verglichen mit dem Durchmesser der Synchronisationsringe in einem herkömmlichen Range-Getriebe, hergestellt werden.
Die Kupplungsmuffen können in eine neutrale Position zwischen beiden Kupplungsringen verschoben werden, wodurch es möglich ist, dass ein Fahrzeug im Stillstand Kraft aus dem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs über ein Hauptgetriebe extrahiert.
Andere Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden detaillierten Beschreibung dargelegt.
Figurenliste
Nachstehend findet sich eine beispielhafte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die angehängten Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem Getriebe gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine Schnittansicht eines Getriebes, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, im Leerlauf,
3 eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Vor-Synchronisationsposition,
4 eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer niedrigen Übersetzungsstufe,
5 eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer hohen Übersetzungsstufe, und
6 eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, im Leerlauf.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, z.B. eines Lastwagens, das ein Getriebe 2 umfasst. Ein Verbrennungsmotor 4 ist mit einem Hauptgetriebe 6 verbunden, das wiederum mit dem Getriebe 2 verbunden ist. Das Getriebe 2 ist ferner mit den Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 über eine Übersetzung verbunden, die unter anderem eine Antriebswelle 10 umfasst. Das Getriebe 2 wird auch als Range-Getriebe bezeichnet, und sein Ziel ist die Verdopplung der Anzahl von Getriebeübersetzungsmöglichkeiten. Das Getriebe 2 wird von einem Getriebegehäuse 12 umgeben.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Getriebes 2 gemäß einer ersten Ausführungsform im Leerlauf. Das Getriebe 2 umfasst üblicherweise ein Planetengetriebe 14, das einen kurz übersetzten Gang und einen lang übersetzten Gang aufweist, mit welchem die Getriebeübersetzungsmöglichkeiten des Hauptgetriebes 6 in eine niedrige Übersetzungsstufe und eine hohe Übersetzungsstufe eingeteilt werden können. In der niedrigen Übersetzungsstufe findet eine Untersetzung durch das Planetengetriebe 14 statt, und in der hohen Übersetzungsstufe ist das Übersetzungsverhältnis 1:1.
Das Getriebe 2 ist in einem Getriebegehäuse 12 aufgenommen und umfasst eine Eingangswelle 16, die aus einer Ausgangswelle des Hauptgetriebes 6 bestehen kann. Das Planetengetriebe 14 umfasst drei Hauptbauteile, die drehbar relativ zueinander angeordnet sind, nämlich ein Sonnenrad 18, einen Planetenradhalter 20 und ein Hohlrad 22. An dem Planetenradhalter 20 ist eine Reihe von Planetenrädern 24 angeordnet. An dem Planetenradhalter 20 ist die Ausgangswelle 26 des Getriebes 2 angeordnet, die mit der Antriebswelle 10 des Fahrzeugs 1 verbunden ist. Bei Kenntnis über die Anzahl von Zähnen im Sonnenrad 18 und im Hohlrad 22 können die gemeinsamen Drehzahlen der drei Bauteile während des Betriebs bestimmt werden. Das Sonnenrad 18 ist drehfest mit der Eingangswelle 16 verbunden und die Planetenräder 24 sind mit dem Sonnenrad 18 in Eingriff. Das Hohlrad 22 umhüllt die Planetenräder 24 und nimmt sie in Eingriff. Die Zähne des Sonnenrads 18, der Planetenräder 24 und des Hohlrads 22 sind gemäß der ersten Ausführungsform schräg, d.h. sie weisen einen Winkel relativ zur Rotationsachse, die dem Sonnenrad 18, dem Planetenradhalter 20 und dem Hohlrad 22 gemein ist, auf. Durch schräges Zerspanen der Zähne wird eine Reaktionskraft von den Zahnrädern, die in dem Planetengetriebe 14 umfasst sind, in Richtung der Rotationsachse erhalten. Die Richtung der Reaktionskraft hängt von der Richtung der schrägen Zähne im Planetengetriebe 14 ab. Die Reaktionskräfte können daher rückwärts oder vorwärts in der Ausdehnung der Rotationsachse wirken.
Eine erste axial verschiebbare Muffe 31 und eine zweite axial verschiebbare Muffe 37 sind an dem Hohlrad 22 angeordnet, wobei dessen Muffen 31, 37 alternativ mit den ersten und den zweiten Kupplungsringen 34, 35 für unterschiedliche Gangpositionen verbunden sein können. Die Muffen 31, 37 sind an einer inneren Oberfläche mit Stegen 33 ausgestattet, die mit ähnlichen Stegen 25 zusammenwirken, die an einem äußeren Umfang des Hohlrads 22 zur Bildung einer axial verschiebbaren Keilwellenverbindung angeordnet sind. Gemäß der ersten Ausführungsform erstrecken sich die Stege 33, 25 an der Muffe 31 und an dem Hohlrad 22 parallel zu den Rotationsachsen der Muffen 31, 37 und des Hohlrads 22, wodurch ein axialer Anschlag 56, der im Sonnenrad 18 gelagert ist, so angeordnet ist, dass er an das Hohlrad 22 angrenzt, wobei sein axialer Anschlag 56 verhindert, dass sich das Hohlrad 22 axial verschiebt. Der axiale Anschlag 56 kann aus einer scheibenförmigen Platte bestehen, welche mithilfe von Axiallagern an dem Sonnenrad 18 gelagert ist.
Da der axiale Anschlag 56 axiale Kräfte von dem Hohlrad aufnimmt, können sich die Stege 33, 25 an den entsprechenden Muffen 31, 37 und an dem Hohlrad 22 parallel zu den Rotationsachsen der Muffen 31, 37 und des Hohlrads 22 ausdehnen. Die geraden Stege 33, 25 weisen geringe Herstellungskosten auf. Der axiale Anschlag 56 ist relativ zum Sonnenrad 18 und zur Eingangswelle 16 drehbar und folgt der Rotation des Hohlrads 22. Durch den axialen Anschlag 56 sind die Axiallager des Getriebes 2 der Eingangswelle 16 geringerer Spannung ausgesetzt. Durch die Kombination von schrägen Zähnen 27 an den Zahnrädern 18, 22, 24 und von geraden Stegen 33, 25 in der Keilwellenverbindung kann die Keilwellenverbindung mit mehreren Stegen 33, 25 verglichen mit schrägen Stegen hergestellt werden, wodurch die Last über mehrere Stege 33, 25 verteilt werden kann. Die Muffen 31, 37 können für gerade Stege 33, 25 auch leichter hergestellt sein.
Die kurz übersetzten und lang übersetzten Gänge des Getriebes 2 werden dadurch erhalten, dass die erste Muffe 31 zwischen der niedrigen Übersetzungsstufe, in welcher die erste Muffe 31 drehfest relativ zum Getriebegehäuse 12 ist, und der hohen Übersetzungsstufe, in welcher die zweite Muffe 37 drehbar relativ zum Getriebegehäuse 12 ist, axial verschoben wird. Das axiale Verschieben der ersten Muffe 31 wird mit einer ersten Schaltgabel 43 erzielt, die in einer Bahn 32 auf dem äußeren Umfang der ersten Muffe 31 angeordnet ist. Das axiale Verschieben der zweiten Muffe 37 wird mit einer Schaltgabel 45 erzielt, die in einer Bahn 32 auf dem äußeren Umfang der zweiten Muffe 37 angeordnet ist. Ein erstes Leistungselement 47 wirkt auf die erste Schaltgabel 43 und ein zweites Leistungselement 49 wirkt auf die zweite Schaltgabel 45. Das erste und zweite Leistungselement 47, 49 können aus einem pneumatischen oder einem hydraulischen Zylinder bestehen. Die erste und die zweite Schaltgabel 43, 45 und das erste und das zweite Leistungselement 47, 49 sind schematisch in 2 aufgezeichnet.
Bevorzugt weisen die entsprechenden Muffen 31, 37 eine geringere Masse auf als die Masse des Hohlrads 22, wodurch geringe Energie und Leistung für die Bewegung der entsprechenden Muffen 31, 37 beim Verschieben verbraucht wird. Deshalb kann ein schnelles Verschieben während einer kurzen Zeit zwischen den unterschiedlichen Gangpositionen im Getriebe 2 ausgeführt werden.
Das Planetengetriebe 14 umfasst einen ersten und einen zweiten Kupplungsring 34, 35, die auf jeder Seite des Hohlrads 22 und der Muffen 31, 37 angeordnet sind, einen ersten, niedrigen Kupplungsring 34 und einen zweiten, hohen Kupplungsring 35, sowie zwei Synchronisationsringe 36, 41, die auf jeder Seite des der Muffen 31, 37 angeordnet sind. Die Synchronisationsringe 36 sind dazu ausgestaltet, eine synchrone Zahnradverschiebung zu erzielen. Der hohe Kupplungsring 35 ist drehfest mit der Eingangswelle 16 und dem Sonnenrad 18 verbunden, so dass der niedrige Kupplungsring 34 drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden ist. Die Kupplungsringe 34, 35 und die Synchronisationsringe 36, 41 sind mit zusammenwirkenden Reibungsoberflächen 38, 39 ausgestattet, die bevorzugt eine konische Form aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weisen beide Synchronisationsringe 36, 41 dieselbe Ausgestaltung auf, sind jedoch auf jeder Seite der Muffen 31, 37 gespiegelt angebracht. Die Kupplungsringe 34, 35 sind außen mit Zähnen 44 ausgestattet, die dazu ausgestaltet sind, die Stege 33 der Muffen 31, 37 in Eingriff zu nehmen. Die entsprechenden Muffen 31, 37 weisen zwei interne, umlaufende Bahnen 52 auf, so dass ein im Wesentlichen kreisrundes Trennelement 50, das in radialer Richtung komprimierbar ist, so angeordnet ist, dass es zwischen den umlaufenden Bahnen 52 in der entsprechenden Muffe 31 verschoben wird, wenn die Muffen 31, 37 verschoben werden.
Bevorzugt überschreitet die Anzahl von Stegen an der entsprechenden Muffe 31 und an dem Hohlrad 22 die Anzahl von Zähnen an dem Hohlrad 22. Deshalb wird eine große Anzahl von bestimmten gesperrten Positionen zwischen den Synchronisationsringen 36 und den entsprechenden Muffen 31, 37 erhalten, wodurch eine große Anzahl von Facetten auf den Zahnflanken der Zahnräder gebildet wird. Die Facetten liegen jedoch nah beieinander, so dass sie zusammen als eine hauptsächlich ebene Oberfläche der Zahnflanken wahrgenommen werden. Die Facetten beeinflussen daher nicht die Funktion des Getriebes 2 und haben keinen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Zahnräder.
3 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Vor-Synchronisationsposition. Beide Synchronisationsringe 36, 41 sind mit externen Schaltzähnen 40 ausgestattet, die während des Synchronisationsverfahrens die Schiebebewegung sperren, bis eine synchrone Rotation zwischen den gegen Drehung gesicherten Muffen 31, 37, die mit dem Hohlrad 22 gesperrt sind, und den entsprechenden Kupplungsringen 34, 35 erzielt wird. Um eine gute Synchronisationsfunktion im Getriebe 2 zu erreichen, weist die Oberfläche der Schaltzähne 40 des Synchronisationsrings 36, 41, die den entsprechenden Muffen 31, 37 zugewandt ist und so ausgestaltet ist, dass sie die Stege 33 der entsprechenden Muffen 31, 37 bei Synchronisation aufnimmt, bevorzugt einen Winkel, einen sogenannten Gleichlaufwinkel, relativ zur Rotationsachse des Synchronisationsrings 36, 41 auf, wobei der Gleichlaufwinkel davon gegenüber dem Bremsmoment ausgeglichen sein muss, das die Synchronisationsringe 36, 41 auf die entsprechenden Muffen 31, 37 übertragen, um eine synchrone Motordrehzahl zu erzielen. Das bedeutet, dass der Gleichlaufwinkel so geformt sein muss, dass die Zähne an den Synchronisationsringen 36, 41 an den Teil der Stege 33 der entsprechenden Muffe 31, 37 angrenzen, die mit dem Gleichlaufwinkel ausgestattet sind, und ausreichend auf die Muffen 31, 37 einwirken, so dass eine synchrone Motordrehzahl erreicht wird, und um anschließend von dem Teil der Stege 33 der entsprechenden Muffe 31, die mit dem Gleichlaufwinkel ausgestattet sind, gelöst zu werden, und wenn die entsprechenden Muffen 31, 37 mit dem entsprechenden Kupplungsring 34, 35 in Eingriff kommen sollen, wenn eine synchrone Motordrehzahl erreicht wurde. Um sicherzustellen, dass eine synchrone Motordrehzahl erreicht wird, bevor die erste und die zweite Muffe 31, 37 die entsprechenden Synchronisationsringe 36, 41 in axialer Richtung passieren, dürfen die Schaltzähne 40 der entsprechenden Synchronisationsringe 36, 41 die Stege 33 der Muffen 31, 37 nicht zu leicht loslassen.
Die Muffen 31, 37 sind, wie zuvor erwähnt, jeweils mit zwei internen, umlaufenden Bahnen 52 ausgestattet. Die Trennelemente 50 sind im Wesentlichen ringförmig und innerhalb einer jeden Bahn 52 in den Muffen 31, 37 angeordnet. Die Trennelemente 50 sind in radialer Richtung komprimierbar. Das Trennelement 50 ist wie ein offener, elastischer Ring geformt, und zwischen seinen freien Enden gibt es einen Spalt in der montierten Position für das Trennelement 50 in den entsprechenden Muffen 31, 37. Das Trennelement 50 ist in einer Ruheposition in seiner Bahn 52 in den entsprechenden Muffen 31, 37 angeordnet, um elastisch in der Bahn 52 befestigt zu sein.
Die Trennelemente 50 sind mithilfe von Stegen 33 an den Muffen 31, 37 angeordnet, um in radialer Richtung in eine Position innerhalb der Stege 33 komprimiert werden zu können, wenn die entsprechenden Muffen 31, 37 axial verschoben werden, um die aktuellen Synchronisationsringe 36, 41 in Eingriff mit ihren Kupplungsringen 34, 35 zu bringen. Bevorzugt weisen die umlaufenden Bahnen 52 eine Tiefe auf, die an die Stärke des Trennelements 50 in radialer Richtung angepasst ist. Das Trennelement 50 überträgt axiale Leistung von den entsprechenden Muffen 31, 37 an den entsprechenden Synchronisationsring 36, 41, um beim Verschieben einen Kontakt zwischen den Reibungsoberflächen 38, 39 an den entsprechenden Synchronisationsringen 36, 41 und den Kupplungsringen 34, 35 herzustellen. Deshalb wird ein Ölfilm, der zwischen den Reibungsoberflächen 38, 39 gebildet ist, verschoben und ein Anlaufdrehmoment zwischen den Synchronisationsringen 36, 41 und den Kupplungsringen 34, 35 wird aufgebaut, wodurch die Synchronisationsringe 36, 41 mit ihren Schaltzähnen 40 dazu gebracht werden, eine Sperrposition vor den Stegen 33 der Muffen 31, 37 einzunehmen.
Die dargestellte Ausführungsform zeigt, dass zwei Synchronisationsringe 36, 41 innerhalb des Getriebes 2 angeordnet sind. Es ist jedoch möglich, mehrere Synchronisationsringe 36, 41, die miteinander zusammenwirken, auf jeder Seite des Hohlrads 22 anzuordnen.
Die Synchronisationsringe 36, 41 sind einerseits eingeschränkt relativ zu den entsprechenden Muffen 31, 37 drehbar, und andererseits mit den externen Schaltzähnen 40 ausgestattet, die bei einer Verschiebungsbewegung die Axialverschiebung der Muffen 31, 37 und die Verbindung mit den entsprechenden Kupplungsringen 34, 35 beenden, bevor eine synchrone Rotation erreicht wird.
4 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes 2, gemäß der ersten Ausführungsform, in einer niedrigen Übersetzungsstufe, Die entsprechenden Muffen 31, 37 sind an ihren Enden 48 mit internen Kupplungszähnen 70 ausgestattet, die dazu dienen sollen, mit den Zähnen 44 an den Kupplungsringen 34, 35 zusammenzuwirken. Die Kupplungszähne 70 und die Stege an den entsprechenden Muffen 31, 37 sind vorteilhafterweise miteinander integriert. 4 zeigt, wie die Kupplungszähne 70 der ersten Muffe 31 die Zähne 44 an dem ersten Kupplungsring 34 in Eingriff nehmen, wodurch die verschobene Muffe 31 und somit auch das Hohlrad 22 auf drehfeste Weise mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden sind. So findet durch das Planetengetriebe ein Herunterschalten statt.
Wie in den vorherigen Figuren dargestellt, weisen die Synchronisationsringe 36, 41 einen Innendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Hohlrads 22 entspricht oder diesen übersteigt. Dies kann erreicht werden, wenn die Muffen 31, 37 außerhalb des Hohlrads 22 angeordnet sind, die somit einen größeren Durchmesser aufweisen als das Hohlrad 22. Durch einen vergrößerten Durchmesser der Synchronisationsringe 36, 41 wird eine gute Synchronisation beim Schalten erhalten.
Bevorzugt übersteigt die Anzahl von Stegen 33 an den entsprechenden Muffen 31, 37 und an dem Hohlrad 22 die Anzahl von Zähnen an dem Hohlrad 22. Deshalb wird eine große Anzahl von bestimmten gesperrten Positionen zwischen den Synchronisationsringen 36, 41 und den entsprechenden Muffen 31, 37 erhalten, wodurch eine große Anzahl von Facetten auf den Zahnflanken der Zahnräder gebildet wird. Die Flächen liegen jedoch nah beieinander, so dass sie zusammen als eine hauptsächlich ebene Oberfläche der Zahnflanken wahrgenommen werden. Die Facetten beeinflussen daher nicht die Funktion des Getriebes 2 und haben keinen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Zahnräder.
5 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes 2, gemäß der ersten Ausführungsform, in einer hohen Übersetzungsstufe. Die zweite Muffe 37 wurde mithilfe der zweiten Schaltgabel 45 und des zweiten Leistungselements 49 in die hohe Übersetzungsstufe verschoben, wo eine Synchronisation auf dieselbe Weise ausgeführt wird, wie sie zuvor in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Zugleich wurde die erste Muffe 31 mithilfe der ersten Schaltgabel 43 und des ersten Leistungselements 47 verschoben, um aus dem ersten Kupplungsring 34 auszukuppeln.
Das Getriebe 2 funktioniert wie folgt in Verbindung mit dem Schalten von einer niedrigen zu einer hohen Übersetzungsstufe und wird in Zusammenhang mit den 4 und 5 beschrieben. Die erste Muffe 31, das Hohlrad 22 und der erste Synchronisationsring 36 sind in 4 im Stillstand, während sich der zweite Kupplungsring 35, der mit der Eingangswelle 16 verbunden ist, dreht. Deshalb arbeitet das Getriebe 2 in der niedrigen Übersetzungsstufe, bei welcher ein Herabschalten im Getriebe 2 stattfindet. Um in eine hohe Übersetzungsstufe zu schalten, muss die erste Muffe 31 von der ersten Schaltgabel 43 nach links in 4 verschoben werden, um von dem ersten Kupplungsring 34 getrennt zu werden. Zugleich oder nach einem vorgegebenen Zeitraum muss die zweite Muffe 37 von der zweiten Schaltgabel 45 in Richtung des zweiten Synchronisationsrings 41 verschoben werden, um mit dem sich drehenden zweiten Kupplungsring 35 verbunden zu werden. Da sich die zweite Muffe 37 und das Hohlrad 22 im Stillstand befinden und sich der zweite Kupplungsring 35 dreht, müssen die zweite Muffe 37 und das Hohlrad 22 mit im Wesentlichen derselben Drehzahl zum Drehen gebracht werden wie der zweite Kupplungsring 35, bevor die Verbindung zwischen der zweiten Muffe 37 und dem zweiten Kupplungsring 35 auftritt.
Wenn die zweite Muffe 37 nach links in 5 verschoben wird, wirkt das Trennelement 50 mit dem zweiten Synchronisationsring 41 zusammen, so dass der zweite Synchronisationsring 41 in Richtung des zweiten Kupplungsrings 35 verschoben wird. In Verbindung mit dem weiteren Verschieben der zweiten Muffe 37 wird die konische Reibungsoberfläche 39 des zweiten Synchronisationsrings 41 gegen die konische Reibungsoberfläche 38 des zweiten Kupplungsrings 35 gedrückt, wodurch der sich drehende Kupplungsring 35 langsam anfängt, den zweiten Synchronisationsring 41 mit sich zu ziehen, der somit anfängt, sich zu drehen, wodurch wiederum auch die zweite Muffe 37 und das Hohlrad 22 anfangen, sich zu drehen. Durch ein weiteres Verschieben der zweiten Muffe 37 wird das Trennelement 50 radial komprimiert, so dass der Spalt zwischen seinen Enden verringert wird und so dass der Durchmesser des Trennelements 50 verringert wird. Deshalb wird das Trennelement 50 an dem Ende 54 des zweiten Synchronisationsrings 36 nach unten gedrückt. Die Komprimierung des Trennelements 50 wird durch einen Teil der Stege zwischen den umlaufenden Bahnen in der zweiten Muffe 37 erzielt.
Wenn die zweite Muffe 37 axial nach links in 5 verschoben wird, wird mithilfe des axialen Anschlags 56, der gemäß der ersten Ausführungsform angeordnet ist, verhindert, dass das Hohlrad 22 axial verschoben wird.
Die externen Schaltzähne 40 an dem zweiten Synchronisationsring 41 beenden die Verschiebungsbewegung, bis eine synchrone Rotation zwischen der zweiten Muffe 37 und dem zweiten Kupplungsring 35 erreicht wird, und anschließend können die Kupplungszähne 70 an der zweiten Muffe 37, sobald eine Synchronisation erreicht wurde, zwischen die Zähne 44 an dem zweiten Kupplungsring 35 eingerückt werden, so dass die zweite Muffe 37, der zweite Synchronisationsring 41 und der zweite Kupplungsring 35 in der in 5 gezeigten Position enden. Bei Eingriff der hohen Übersetzungsstufe, wie zuvor beschrieben, werden sich die zweite Muffe 37, das Hohlrad 22, der zweite Synchronisationsring 41 und der zweite Kupplungsring 35 wie eine miteinander verbundene Einheit drehen.
Das Verschiebeverfahren auf der niedrigen Übersetzungsseite findet auf ähnliche Weise statt, unterscheidet sich jedoch, da die erste Muffe 31 und das Hohlrad 22 mithilfe des ersten Synchronisationsrings 36 von einem sich drehenden zu einem stationären Zustand abbremsen müssen.
6 zeigt eine Schnittansicht des Getriebes, gemäß einer zweiten Ausführungsform, im Leerlauf. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insofern, als sich die Stege 33, 25 an den Muffen 31, 37 und an dem Hohlrad 22 in einem Winkel relativ zur Rotationswelle erstrecken. Die Zähne des Sonnenrads 18, der Planetenräder 24 und des Hohlrads 22 sind, gemäß der zweiten Ausführungsform, schräg, d.h. sie weisen einen Winkel relativ zur Rotationsachse, die dem Sonnenrad 18, dem Planetenradhalter 20 und dem Hohlrad 22 gemein ist, auf. Durch schräges Zerspanen der Zähne wird eine Reaktionskraft von den Zahnrädern, die in dem Planetengetriebe 14 enthalten sind, in Richtung der Rotationsachse erhalten. Die Richtung der Reaktionskraft hängt von der Richtung der schrägen Zähne im Planetengetriebe 14 ab. Die Reaktionskräfte können daher rückwärts oder vorwärts in der Ausdehnung der Rotationsachse wirken. Entsprechende Merkmale der zweiten Ausführungsform sind mit ähnlichen Bezugszeichen wie die in der ersten Ausführungsform angegeben. Wenn sich die Stege 33, 25 an den Muffen 31, 37 und an dem Hohlrad 22 in einem Winkel relativ zur Rotationsachse erstrecken, entsteht eine Kraft, die auf das Hohlrad 22 wirkt, wodurch das Hohlrad 22 axial durch die Muffen 31, 37 befestigt ist.
Die Muffen 31, 37 können mit den Schaltgabeln 43, 45 in eine neutrale Position zwischen beiden Kupplungsringen 34, 35 verschoben werden, wodurch es möglich ist, dass ein stationäres Fahrzeug 1 Leistung aus dem Verbrennungsmotor 4 des Fahrzeugs 1 über das Hauptgetriebe 6 extrahiert. In der neutralen Position bzw. im Leerlauf sind die Muffen 31, 37 nicht mit einem der Kupplungsringe 34, 35 in Eingriff, wodurch kein Drehmoment durch das Getriebe 2 übertragen wird. Hierdurch kommt das Fahrzeug 1 zum Stillstand, auch wenn Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 4 an das Hauptgetriebe 6 übertragen wird. Durch Anordnen einer Übersetzung, die nicht dargestellt ist, an dem Hauptgetriebe 6 kann ein von dem Fahrzeug 1 unabhängiges Bauteil, wie z.B. ein Kompressor, betrieben werden. Ein ähnlicher Leerlauf kann im Getriebe 2 eingebaut sein, gemäß der zuvor dargestellten ersten Ausführungsform.
Die Drehmomente, die während eines Verschiebeverfahrens einen Einfluss auf beide Synchronisationsringe 36, 41 haben, sind in dieselbe Richtung mit einer bestimmten Rotationsrichtung der Eingangswelle ausgerichtet, d.h. beim Vorwärtsfahren, wenn die Eingangswelle eine bestimmte Rotationsrichtung aufweist. Wenn das Fahrzeug 1 zurückgesetzt wird, wird die Rotationsrichtung der Eingangswelle umgekehrt, mit der Konsequenz, dass das auf die Synchronisationsringe 36, 41 wirkende Drehmoment auch die Richtung ändert. Um ein synchronisiertes Verschieben zu erleichtern, wenn vorwärts oder rückwärts gefahren wird, ist es wünschenswert, dass die Schaltzähne 40 an den Synchronisationsringen 36, 41 eine angemessene Form aufweisen, d.h. dass sie eine derartige Form aufweisen, dass die Synchronisationsringe 36, 41 bei Erreichen einer Synchronisation in eine Position gedreht werden können, die eine Gangwahl durch eine vollständige axiale Bewegung für die entsprechenden Muffen 31, 37 ermöglicht. Diese Ausführungsform kann je nach Bedarf und auf Wunsch ausgewählt werden.
Das zuvor beschriebene Getriebe 2 ist aus Herstellungs- und Montagesicht vorteilhaft, da das erforderliche Verarbeiten von Bauteilen einfach ist und die Anzahl von Bauteilen gering ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der Bedarf an Raum in axialer sowie in radialer Richtung gering. Das beschriebene Getriebe 2 kann auch in anderen Zusammenhängen als in den zuvor beschriebenen verwendet werden. Deshalb ist es möglich, es z.B. für hydraulische Automatikgetriebe zu verwenden, wo mehrere Getriebe mit Planetengetrieben miteinander verbunden sind. Die Erfindung kann ferner für die Art von Synchronisationsvorrichtungen verwendet werden, bei welcher mehrere Synchronisationsringe auf jeder Seite des Planetengetriebes angeordnet sind. Die zuvor näher beschriebenen Bauteile und Merkmale können innerhalb des Rahmens der Erfindung zwischen unterschiedlichen näher beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims

Getriebe (2) für ein Fahrzeug, das ein Planetengetriebe (14) mit einem Hohlrad (22), das an einer Innenfläche mit Zähnen ausgestattet ist; zwei erste und zweite Kupplungsringe (34, 35), die auf jeder Seite des Planetengetriebes (14) positioniert sind; und wenigstens einen ersten und einen zweiten Synchronisationsring (36, 41) umfasst, von welchen wenigstens ein Synchronisationsring (36, 41) zwischen den entsprechenden Kupplungsringen (34, 35) und dem Planetengetriebe (14) ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und zweite axial verschiebbare Muffe (31, 37) auf dem Hohlrad (22) angeordnet sind, wobei seine Muffen (31, 37) axial relativ zueinander verschiebbar sind und alternativ mit den Kupplungsringen (34, 35) für unterschiedliche Gangpositionen verbunden sein können.
Getriebe (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsringe (36, 41) eingeschränkt relativ zu den Muffen (31, 37) drehbar sind, externe Schaltzähne (40) aufweisen, die bei einer Verschiebungsbewegung die Axialverschiebung der entsprechenden Muffen (31, 37) und die Verbindung mit den entsprechenden Kupplungsringen (34, 35) beenden, bevor eine synchrone Rotation erreicht wird.
Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Muffen (31, 37) an den Innenflächen mit Stegen (33) ausgestattet sind, die mit ähnlichen Stegen (25) zusammenwirken, die an einem Außenumfang des Hohlrads (22) angeordnet sind, um eine axial verschiebbare Keilwellenverbindung zu bilden.
Getriebe (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stege (33, 25) an den entsprechenden Muffen (31, 37) und an dem Hohlrad (22) in einem schrägen Winkel relativ zu den Rotationsachsen der Muffen (31, 37) und des Hohlrads (22) ausdehnen.
Getriebe (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Stege (33, 25) an den entsprechenden Muffen (31, 37) und an dem Hohlrad (22) parallel zu den Rotationsachsen der Muffen (31, 37) und des Hohlrads (22) ausdehnen.
Getriebe (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Anschlag (56), der an einem dem Sonnenrad (18) gelagert ist, an das Hohlrad (22) angrenzt und damit verbunden ist, wobei dessen axialer Anschlag (56) verhindert, dass sich das Hohlrad (22) axial verschiebt.
Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 3-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Stegen (33, 25) an der entsprechenden Muffe (31) und an dem Hohlrad (22) die Anzahl von Zähnen an dem Hohlrad (22) überschreitet.
Getriebe (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Muffen (31, 37) eine geringere Masse aufweisen als die Masse des Hohlrads (22).
Getriebe (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsringe (36, 41) einen Innendurchmesser aufweisen, der mit dem Innendurchmesser des Hohlrads (22) übereinstimmt oder ihn überschreitet.
Getriebe (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechenden Muffen (31, 37) zwei interne, umlaufende Bahnen (52) aufweisen, so dass ein im Wesentlichen kreisrundes Trennelement (50), das in radialer Richtung komprimierbar ist, so angeordnet ist, dass es zwischen den umlaufenden Bahnen (52), die innerhalb der entsprechenden Muffe (31) verlaufen, verschoben werden kann, wenn die Muffen (31, 37) verschoben werden.
Getriebe (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Trennelement (50) als offener, elastischer Ring ausgestaltet ist, zwischen dessen freien Enden, in einem montierten Zustand für das Trennelement (50) in jeder entsprechenden Muffe (31, 37), ein Spalt ist, und dass die elastischen Ringe so angeordnet sind, dass sie elastisch in der Bahn (52) in einem Ruhezustand in der Bahn (52) davon in den entsprechenden Muffen (31, 37) befestigt sind.
Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 11 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Ringe über die Stege (33) an jeder entsprechenden Muffe (31, 37) so angeordnet sind, dass sie in radialer Richtung komprimierbar sind, wenn die Muffen (31, 37) axial verschoben werden, um die entsprechenden Synchronisationsringe (36, 41) an ihren Kupplungsringen (34, 35) angrenzen zu lassen.
Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (14) das Sonnenrad (18), das mit einer Eingangswelle (16) verbunden ist, einen Planetenradhalter (20), der mit einer Ausgangswelle (26) verbunden ist, und wenigstens ein Planetenrad (24) umfasst, das an dem Planetenradhalter (20) angeordnet ist.
Getriebe (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsring (34) mit einem Getriebegehäuse (12) verbunden ist, das um das Getriebe (2) angeordnet ist, und dass der zweite Kupplungsring (35) mit dem Sonnenrad (18) verbunden ist.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.