-
Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe
Die Erfindung betrifft eine Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung zwischen einer
Welle und einem drehbar auf der Welle angeordneten Zahnrad, insbesondere für Kraftfahrzeugwechselgetriebe
mit einander zugeordneten Stimverzahnungen an je einem mit der Welle und
einem mit dem Zahnrad drehfest verbundenen Teil, die durch Axialverschiebung des
einen stimverzahnten Teils mittels Elektromagnet in Eingriff gebracht werden können,
und einer elektromagnetischen Synchronisier - Reibkupplung, deren einer Teil
mit dem axial verschiebbaren, stirnverzahnten Teil und deren anderer Teil mit dem
anderen stirnverzahnten Teil zusammenwirkt.
-
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art ist die Synchronisier-Reibkupplung
als Lamellenkupplung ausgebildet. Zum Betätigen dieser Lamellenkupplung ist ein
anderer Elektromagnet vorgesehen als zum Verschieben des stimverzahnten Teils. Es
sind also zwei axial hintereinander angeordnete Elektromagneten vorhanden. Aus diesem
Grunde hat die bekannte Synchronisiervorrichtung einen großen Raumbedarf, der sie
für Kraftfahrzeuggetriebe mit mehreren Geschwindigkeitsstufen unbrauchbar macht.
Ferner läßt sich mit der bekannten Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung keine
Sperrsynchronisation erreichen. Der Synchronisationsvorgang läuft so ab, daß die
beiden Elektromagneten nacheinander eingeschaltet werden, wobei die Länge der Zeitdifferenz
zwischen den Einschaltvorgängen so bestimmt werden muß, daß sie auch bei den größten
auftretenden Drehzahlunterschieden ausreicht, um eine gute Synchronisation zu erzielen.
Dies hat den Nachteil, daß bei geringeren Drehzahlunterschieden zwischen den zu
kuppelnden Teilen der Synchronisationsvorgang längst beendet ist, bevor die stirnverzahnten
Teile miteinander in Eingriff gebracht werden. Das Schalten dauert deswegen in der
überwiegenden Zahl der Fälle länger, als im Hinblick auf die Synchronisation eigentlich
erforderlich wäre.
-
Es ist ferner eine Kupplung zum Verbinden zweier gleichachsiger Wellen
bekannt, bei der auf das Ende der einen Welle ein Elektromagnet aufgekeilt ist,
dessen Tragkörper eine Stimverzahnung besitzt. Der Elektromagnet ist stimseitig
mit einem Reibbelag versehen. Auf dem Wellenende ist drehfest eine Muffe gelagert,
auf der axial verschieblich, jedoch drehfest, ein Reibstück angeordnet ist. Das
Reibstück trägt selbst wiederum einen axial verschieblichen, jedoch drehfesten Ring
mit einer Stimverzahnung, die in die Stimverzahnung des Tragkörpers einrückbar ist.
Zum Kuppeln wird der Elektromagnet in zwei Stufen erregt, wobei die erste Stufe
zum Herstellen von Gleichlauf infolge eines Zusammenwirkens des Reibringes und des
Reibbelages dient, während in der zweiten Stufe die Stimverzahnungen in Eingriff
kommen. Diese bekannte Kupplung ist infolge der drei relativ zueinander axial beweglichen
büchsenförmigen Teile - Muffe, Reibstück, Ring - teuer in der Herstellung
und einem hohen Verschleiß unterworfen. Ferner wird auch hier keine richtiggehende
Sperrsynchronisation erzielt, da die Länge der Zeit vom Einschalten der ersten Stufe
des Elektromag gneten bis zum Einschalten der zweiten Stufe konstant und unabhängig
von der Größe der Drehzahldifferenz ist.
-
Bei einer weiteren bekannten Synchronisier- und Gangschaltvorrichtung
der eingangs beschriebenen Art ist zum Einrücken der Stimverzahnungen kein Elektromagnet,
sondern eine Keilflächenkupplung vorgesehen. Die Synchronisier-Reibkupplung ist
als elektromagnetische Lamellenkupplung ausgebildet. Zum Einleiten des Kupplungsvorganges
wird die Lamellenkupplung unter verringerter Last eingedrückt.
-
as an der Keilflächenkupplung zu übertragende Drehmoment reicht noch
nicht zum überwinden der raft einer Rückholfeder aus, die die Stimverzahnungen der
Vorrichtung ausgerückt hält. Erst durch Steigern, der Belastung nach Erreichen des
Gleichlaufes erzeugt das Drehmoment in der Keilflächenkupplung eine ausreichend
große Axialkraft, um die Rückholfeder zu überwinden, so daß die Stirnverzahnungen
in Eingriff kommen. Diese bekannte Vorrichtung ist nur brauchbar für Kraftübertragungsanlagen
von Maschinen, die bei verringerter Last anlaufen
und im Betrieb
ein Drehmornent konstanter Größe abgeben. In den Antriebseinrichtungen von Kraftfahrzeugen
treten häufig erhebliche Drehmomentschwankungen auf, die bei Verwendung der bekannten
Synchronisiervorrichtung die Stimverzahnungen infolge der Auswirkung der Drehmomentschwankungen
auf die Keilflächenkupplung dauernd aus- und einrücken ließen. Die bekannte Synchronisier-
und Gangschaltvorrichtung ist daher für Kraftfahrzeuge nicht geeignet. Als weiterer
Nachteil der bekannten Vorrichtung kommt deren großer Platzbedarf hinzu, der durch
die völlige räumliche Trennung der LameHenkupplung von den Stirnverzahnungen sowie
durch die zusätzlich notwendige Keilflächenkupplung bedingt ist. Schließlich läßt
sich auch mit dieser bekannten Synchronisiervorrichtung nur eine annähernde und
keine Sperrsynchronisation erreichen.
-
Es ist außerdem bei Synchronisiervorrichtungen ganz anderer Bauart
bekannt, als Synchronisier-Reibkupplung eine Konuskupplung zu verwenden.
-
Schließlich ist es bei einer Synchronisier-Reibkonuskupplung bekannt,
den einen Reibkonus auf einem Ring anzuordnen, der axial verschiebbar ist. Dieser
Reibring ist gespalten und legt sich bei Mitnahme durch einen Gegenreibkonus an
ein keilförmiges Element an, das ihn aufspreizt. Diese Aufspreizung dient dazu,
die bei solchen Konuskupplungen auftretenden Servo-Anpreßkräfte zu verstärken. Der
Reibring bewirkt jedoch keine Sperrsynchronisation, da durch Aufwenden hoher Kräfte
die Kupplungsverzahnungen in Eingriff gebracht werden können, bevor Gleichlauf zwischen
den zu kuppelnden Teilen herrscht. Da der Reibring der bekannten Kupplung innerhalb
der Kupplungsverzahnungen angeordnet ist, können seine Reibflächen nur kleine Abmessungen
aufweisen. Der gespaltene Ring ist endlich der Bruchgefahr in besonders hohem Maße
ausgesetzt.
-
Durch die Erfindung sollen die Nachteile der bekannten Synchronisier-
und Gangschaltvorrichtungen beseitigt und insbesondere eine Vorrichtung geschaffen
werden, die eine besonders gedrängte Bauform aufweist und eine zuverlässige Sperrsynchronisation
gewährleistet. Dies wird dadurch erreicht, daß mit dem axial verschiebbaren, stirnverzahnten
Teil ein erster Reibkonus verbunden ist und am anderen stimverzahnten Teil ein zweiter
Reibkonus vorgesehen ist, der als ringsum geschlossener, die Stirnverzahnung umgebender
Reibring ausgebildet ist und begrenzt dreh- und gegen Federkraft axial verschiebbar
ist und auf seiner Rückseite durch Schrägflächen begrenzte und mit einer Raststelle
versehene Ausschnitte aufweist, wobei den Ausschnitten zugeordnete Stifte am anderen
stimverzahnten Teil angeordnet sind.
-
Durch die Anordnung des ersten Reibkonus auf dem einen stirnverzahnten
Teil genügt es, einen einzigen Elektromagneten vorzusehen, der sowohl die Synchronisier-Reibkupplung
als auch die Stirnverzahnungen in Eingriff bringt. Die Synchronisiervorrichtung
läßt sich auf engstem Raum zusammendrängen, so daß sie ohne weiteres auch in einem
Kraftfahrzeuggetriebe mit mehreren Schaltstufen und demgemäß mit mehreren Synchronisiervorrichtungen
verwendbar ist. Es wird ferner mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine vollkommene
Sperrsynchronisation erreicht, ohne daß durch den Einbau der Sperrorgane der Platzbedarf
erhöht wird. Der zweite Reibkonus wirkt nämlich sowohl als Reib- als auch als Sperring,
der axial nur verschoben werden kann, wenn absoluter Gleichlauf herrscht. Der zweite
Reibkonus umgibt die Stimverzahnung außen, kann also mit einer beliebig großen Konusfläche
versehen werden, wodurch eine rasche Synchronisation erzielbar ist. Eine Bruchgefahr
bei dem geschlossenen Ring besteht nicht.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemäße Synchronisier-
und Gangschaltvorrichtung, Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Vorrichtung entsprechend
der Schnittlinie b in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch
die Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie a in Fig. 1 und Fig. 4 eine
Teilansicht der Vorrichtung von der Seite.
-
In Fig. 1 sind Teile eines Wechselgetriebes üb-
licher
Art dargestellt, d. h. ein treibendes Ritzel 9,
das auf einer Welle
10 frei drehbar ist und mit dieser über eine Nabe 2 drehfest verbunden werden
kann. Die Nabe 2 ist mittels einer Keilnutenverzahnung 2 a
auf der Welle
10 gelagert. Das Ritzel 9 trägt einen plattenförmigen Teil
3, dessen Innenkeilnuten 3 a mit entsprechenden auf
dem Ritzel vorgesehenen Keilnuten derart im Eingriff stehen, daß der Teil
3 axial verschiebbar ist. Der Teil 3 weist eine Stirnverzahnung
3' auf, die mit einer an der Nabe 2 auf deren dem Ritzel zugekehrten radialen
Fläche vorgesehenen Stirnverzahnung 2' in Eingriff gebracht werden kann.
-
Das Einrücken dieser Stimverzahnungen 2' und 3'
erfolgt rrtittels
eines Elektromagneten 1, der in die Nabe 2 gegenüber dem einen Anker bildenden
Teil 3
eingesetzt ist.
-
Das Einrücken der beiden Stirnverzahnungen ist erst möglich, wenn
die Drehzahl des Ritzels 9 einerseits und der Nabe 2 andererseits synchronisiert
worden ist. Die Synchronisierung erfolgt durch eine Synchronisier-Reibkupplung,
die aus folgenden Teilen besteht: einem ersten Reibkonus 4, der mit dem Teil
3
und dadurch auch mit dem Ritzel 9 drehfest verbunden ist; einem zweiten
Reibkonus 5, der auf der Nabe angeordnet und durch eine Feder 8 in
Richtung auf den Teil 3 zu belastet ist, jedoch durch einen Sprengring gehalten
wird.
-
Der zweite Reibkonus 5 ist als ringsum geschlossener, die Stimverzahnung
2' umgebender Reibring ausgebildet und begrenzt drehbar sowie gegen die Kraft der
Feder 8 axial verschiebbar. Er weist an seiner Rückseite Ausschnitte auf.
Letztere sind durch Schrlägflächen 5' begrenzt und besitzen eine Raststelle.
Die Ausschnitte arbeiten mit Stiften 6 zusammen, die in die Nabe 2 eingesetzt
sind. Solange eine relative Drehung zwischen den beiden Reibkonen stattfindet, liegen
die Stifte an den Schrägflächen 5'
an. Hierdurch wird eine Verschiebung des
Teiles 3
durch die Kraft des Elektromagneten in dem Maß verhindert, daß die
Stimverzahnungen 2' und 3' nicht in Eingriff kommen können. Die beiden Konen
berühren einander jedoch und gleichen die Drehzahlen der Nabe 2 und des Ritzels
9 einander an. Nachdem der Gleichlauf herbeigeführt worden ist, kommen die
beiden Stimverzahnungen 2' und 3' miteinander in Eingriff.
Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Synchronisier-
und Gangschaltvorrichtung kann auch in vorteilhafter Weise in Platnetengetrieben
verwendet werden, entweder um zwei sich drehende Teile fest miteinander zu verbinden
oder um einen sich drehenden Teil oder mehrere sich drehende Teile mit einem feststehenden
Gehäuse zu verbinden.
-
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:
Bei sich im Leerlauf belmdender Vorrichtung, der in der Zeichnung dargestellt ist,
wird der elektrische Kontakt, welcher dem gewählten übersetzungsverhältnis des Getriebes
entspricht, durch den Fahrer des Fahrzeuges oder durch eine selbsttätige Einrichtung
herbeigeführt.
-
Die Stromzuführung erfolgt über einen elektrischen Leiter 14 und einen
Kontakt 13 zu einem Kontaktstift 15, der mit dem Elektromagneten elektrisch
verbunden ist. Der Leiter ist an seinem Ende in einem Isolierstück 12 gehaltert.
Die Erregung des Elektromagneten 1 hat eine Bewegung des Teils
3 zur Folge, der in den Keilnuten 3a gleitet, bis sich die Reibkonen 4 und
5 berühren.
-
Durch diesen Reibungseingriff wird der Konus 5,
der durch die
Feder 8 seitlich belastet ist, durch den Konus 4 zur Drehung angetrieben
und kommt mit seinen Schrägflächen 5' an den Stiften 6 zur Anlage.
Durch den Elektromagneten wird dem Konus 4 eine in Achsrichtung zum Konus
5 gerichtete Kraft mitgeteilt, welch letzterer infolge seiner Abstützung
gegen die Stifte 6 sich nicht zurückbewegen kann, so daß die, volle Anziehungskraft
zunächst dafür ausgenutzt wird, die Drehgeschwindigkeit der den Elektromagneten
tragenden Nabe 2 und der getriebenen Welle 10 auf die des Ritzels
9 zu bringen.
-
Nachdem der Gleichlauf herbeigeführt worden ist, findet kein Antrieb
mehr in Umfangsrichtung statt, und es kann der Konus 5 an den Stiften
6 entlanggleiten, wobei die Feder 8 unter der axial gerichteten Kraft
des Teiles 3, der zum Elektromagneten in der Nabe 2 gezogen wird, zusammengedrückt
wird. Dies hat zur Folge, daß die Flächen des Elektromagneten und des als Anker
wirkenden Teiles 3 miteinander in Berührung und die Stirnverzahnungen
3' und T miteinander in Eingriff kommen.
-
Der Beginn des Kupplungsvorganges bewirkt die für den vollen Eingriff
der Stirnverzahnungen erforderliche Gleitbewegung der Flächen, wenn die Stirnverzahnungen
zum Zeitpunkt ihrer Berührung nicht völlig miteinander in Eingriff kommen.
-
Da der Elektromagnet erregt bleibt, reicht die Anziehungskraft in
jedem Falle aus, um ein Ausrücken der Stimverzahnungen zu verhindern, so daß eine
feste Verbindung zwischen der Welle 10 und dem Ritzel 9 hergestellt
ist.
-
Wenn die Abmessungen der Teile es erfordern, kann die Anziehung des
Teils 3 beim Gangwechsel zeitweilig dadurch verstärkt werden, daß dem Elektromagneten
ein überstrom, beispielsweise mittels eines Zeitrelais oder eines Endschalters,
zugeführt wird.
-
Diese letzterwähnten Vorrichtungen können zur Stromeinsparung bei
ständig im Erregungszustand befindlichem Elektromagneten verwendet werden.