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Gleichlaufeinrichtung für ein Zahnräder-Wechselgetriebe, insbesondere
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichlaufeinrichtung für
ein Zahnräderwechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei das Zahnräderwechselgetriebe
eine eine Außenverzahnung tragende, auf der Getriebehauptwelle axial verschiebbare
Schaltmuffe und ein die Drehrichtung der Getriebehauptwelle bei Rückwärtsfahrt umkehrendes,
durch unter Reibschluß wirksame Mittel in seiner Umfangsgeschwindigkeit beeinflußbares
Schieberad aufweist.
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Bei der heute hauptsächlich üblichen Getriebebauart wird zur Einschaltung
eines Vorwärtsganges jeweils eines von auf der Getriebehauptwelle frei drehbaren,
mit den Zahnrädern der Vorgelegewelle kämmenden Zahnrädern durch Schaltmuffen mit
der Getriebehauptwelle gekuppelt. Die Einschaltung des Rückwärtsganges erfolgt dadurch,
daß ein Schieberad durch axiale Verschiebung mit einem Zahnrad der Vorgelegewelle
und einem Zahnrad der Getriebehauptwelle in Eingriff gebracht wird. Insbesondere
ist es bekannt, das Schieberad mit einer Außenverzahnung einer Schaltmuffe kämmen
zu lassen.
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Um den erforderlichen Verschiebeweg des Schieberades und damit die
Baulänge des Getriebes kurz zu halten, kann die Anordnung derart getroffen werden,
daß das Schieberad auch in einem der Vorwärtsgänge, insbesondere bei eingeschaltetem
ersten Gang, mit der Außenverzahnung der Schaltmuffe in Eingriff steht und leer
mitläuft. Beim Einschalten des entsprechenden Vorwärtsganges trifft aber die Außenverzahnung
der mit Getriebehauptwellendrehzahl umlaufenden Schaltmuffe auf die Verzahnung des
stillstehenden Schieberades, wodurch ein mechanisch und akustisch störender Schaltstoß
auftritt und eine Beschädigung der Zahnecken eintreten kann.
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Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil und besteht darin, daß das
auch in einem der Vorwärtsgänge mit der Außenverzahnung der Schaltmuffe kämmende
Schieberad durch die unter Reibschluß wirksamen Mittel in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit
der Außenverzahnung der Schaltmuffe etwa auf die Größe dieser beschleunigbar bzw.
verzögerbar ist.
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Es ist bereits eine Vorrichtung bekannt, bei der die Drehgeschwindigkeit
eines Schieberades beim Enschalten des Ganges durch unter Reibschluß wirksame Mittel
beeinflußbar ist. Diese Vorrichtung gestattet jedoch nur ein Abbremsen des Schieberades;
eine Beschleunigung -oder Verzögerung in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit
eines anderen Getriebegliedes ist damit nicht möglich.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwischen dem
Zahnrad für den ersten Gang und einem mit ihm drehfest verbundenen, aber in Axialrichtung
verschiebbaren Kuppelring eine auf einem Zentrierbund des Zahnrades geführte, mit
cinerAußenverzahnung mit dem Schieberad für den Rückwärtsgang kämmende geschlitzte
Federscheibe angeordnet ist, die beim Einschalten des ersten Ganges durch Klemmung
zwischen einem Reibwulst des Zahnrades und dem Kuppelring auf die Drehzahl des Zahnrades
beschleunigbar ist und das Schieberad antreibt. Vorteilhaft wird dabei die Zähnezahl
der Federscheibenverzahnung um ein bis zwei Zähne von der Zähnezahl der Außenverzahnung
der Schaltmuffe für den ersten Gang verschieden ausgeführt.
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Die Federscheibe wird zweckmäßig derart ausgeführt, daß ihre Schlitze
einen gekrümmten, in ihrer Verlängerung gegen den Umfang der Scheibenbohrung der
Federscheibe konvergierenden Verlauf aufweisen und in ihrer Länge so bemessen sind,
daß ein nicht durchbrochener Außen- und Innenring gebildet werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein als Mitnehmerscheibe
ausgebildetes Zahnrad zwischen dem Zahnrad des ersten Ganges und einem sich am Innenring
eines Wälzlagers abstützenden Schulterring angeordnet und kämmt mit einem eine Stirnverzahnung
aufweisenden, mit dem Schieberad durch eine Kupplungsverzahnung verbundenen Kupplungsglied.
Es ist bereits bekannt, die Drehzahl von Getriebegliedern durch mit diesen über
Kupplungsverzahnungen in Eingriff gelangende Kupplungsglieder zu beeinflussen. Ferner
ist eine Synchronisierung von Getriebegliedern durch als Mitnehmerscheiben ausgebil-
Bete
Zahnräder bekanntgeworden. Beide bekannten Vorschläge zeigen jedoch nur eine Beeinflussung
der den einzelnen Vorwärtsgangstufen eines Getriebes zugeordneten Getriebeglieder.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der- Erfindung wird das Schieberad
mittels einer oder mehrerer in radialen Bohrungen der Nabe eines von dem Zahnrad
des ersten Ganges angetriebenen, Mitnehmerrades geführten Kugeln oder mittels 'eines-
--an- sich bekannten, gegenüber dem Mitnehmeräd- -gegen Relativdrehung gesicherten,
geschlitzten elastischen- Reibringes durch Reibung angetrieben.
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In den Zeichnungen' sind Ausführungsbeispiele der Gleichlaufeinrichtung
nach der Erfindung schematisch dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gleichlaufeinrichtung
nach der Erfindung, Fig. leine Teilansicht einer als Federscheibe ausgebildeten
Gleichlaufeinrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Federscheibe, Fig.4 einen
Querschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Federscheibe, Fig. 5 eine
andere Ausführungsform der Gleichlaufeinrichtung nach der Erfindung im Schnitt,
Fig. 6 oberhalb und unterhalb der Mittellinie der Schieberadachse je eine weitere
abgewandelte Ausführungsform, Fig.7 einen Schnitt der unterhalb der Schieberadachse
gezeichneten Ausführungsform nach der Linie A-A der Fig. 6, Fig. 8 einen Schnitt
der oberhalb der Mittellinie der Schieberadachse gezeichneten Ausführungsform nach
der Linie A-A der Fig. 6, Fig. 9 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 7.
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Die Getriebehauptwelle eines Zahnräderwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs
ist mit 10 bezeichnet. Mit der Getriebehauptwelle 10 ist drehfest verbunden ein
Synchronblock 11, auf dessen Außenumfang eine Schaltmuffe 12 axial verschiebbar,
aber drehfest gelagert ist. Die Schaltmuffe 12 besitzt eine Außenverzahnung 13.
Ein Zahnrad 23 für den ersten Vorwärtsgang ist drehbar auf der Getriebehauptwelle
10 gelagert. In einer Keilverzahnung 17 des Zahnrades 23 wird drehfest, aber axial
beweglich ein Kuppelring 16 geführt. Der Kuppelring 16 besitzt eine konische Ringfläche,
gegen die beim Einschalten des 1. Ganges ein Synchronring 14 zur Anlage kommt. Zwischen
dem Kuppelring 16 und dem Zahnrad 23 ist auf einem Zentrierbund 23' des Zahnrades
23 eine Federscheibe 24 gelagert. Auf einer Achse 27 des Zahnräderwechselgetriebes
ist eine Schieberad 20 drehbar gelagert. Das Schieberad trägt eine Außenverzahnung
21, die bei Axialverschiebung des Schieberades mit der Außenverzahnung 13 der Schaltmuffe
12 in Eingriff kommt. Eine Außenverzahnung 28 der Federscheibe steht in Eingriff
mit der Außenverzahnung 21 des Schieberades 20. Die Wirkungsweise der Gleichlaufeinrichtung
gemäß der Erfindung ist folgende: Wenn der 1. Gang des Zahnräderwechselgetriebes
eingeschaltet werden soll, muß die Schaltmuffe 12 in Richtung des Zahnrades 23 geschoben
werden. Eine Innenverzahnung der Schaltmuffe 12 kommt in Eingriff mit einer Synchronverzahnung
15 des Synchronringes 14. Auf den Synchronring 14 wird eine axial wirkende Kraft
ausgeübt, die ihn gegen die konische Fläche am Außenumfang eines Flansches 18 des
Kuppelringes 1.6 drückt. Unter Wirkung der an dieser Fläche auftretenden
Umfangskraft wird der Kuppelring 16 in Drehung versetzt. Wenn der Kuppelring 16
und das über die Keilverzahnung 17 mit ihm verbundene Zahnrad 23 die Drehzahl des
Synchronblocks 11 und damit der Getriebehauptwelle 10 erreicht haben, ist der eigentliche
Synch.ronisierungsvorgang beendet. Die Schaltmuffe 12 läßt sich nun leicht in die
Kupplungsverzahnung 19 des Kuppelringes 16 verschieben. Es entsteht jetzt eine formschlüssige
Verbindung zwischen der Getriebehauptwelle 10 und dem Zahnrad 23. Die bei Beginn
des Synchronisierungsvorganges auf den Synchronring wirkende Axialkraft wirkt auch
auf den Kuppelring 16 und drückt ihn in Richtung des Zahnrades 23. Zwischen dem
Kuppelring 16 und einem Reibwulst 26 des Zahnrades 23 befindet sich ein Innenring
30 der Federscheibe 24. Die Federscheibe 24 wird durch Reibung zwischen dem Kuppelring
16 und dem Reibwulst 26 mitgenommen und erreicht im Verlauf des Synchronisierungsvorganges
die Drehzahl der Getriebehauptwelle 10. Da die Federscheibe 24 mit ihrerAußenverzahnung
28 mit dem Schieberad 20 kämmt, wird auch dieses in Drehung versetzt. Die Zähnezahl
der Außenverzahnung 28 der Federscheibe 24 ist um vorzugsweise ein bis zwei Zähne
verschieden von der Außenverzahnung 13 der Schaltmuffe 12. Die Teilkreis-Umfangsgeschwindigkeit
des Schieberades 20 wird daher auch nach erfolgter Synchronisierung nicht ganz übereinstimmen
mit der Teilkreis-Umfangsgeschwindigkeit der Schaltmuffe 12. Damit ist ausgeschlossen,
daß bei weiterer Axialverschiebung der Schaltmuffe 12 eine Zahnecke der Außenverzahnung
13 auf eine Zahnecke der Außenverzahnung 21 trifft und die Axialverschiebung der
Schaltmuffe 12 unmöglich gemacht wird. Wenn die Schaltmuffe 12, die in Fig. 1 in
ihrer Mittelstellung gezeichnet ist, ihre rechte Endstellung eingenommen hat, muß
die Außenverzahnung 28 der Federscheibe 24 außer Eingriff mit der Schiebeverzahnung
21 sein. Zu diesem Zweck weist das Zahnrad 23 eine Ausdrehung 25 an seiner Flanke
auf. Eine Schulter der Schaltmuffe 12 kommt an der Federscheibe zur Anlage und drückt
diese in die Ausdrehung 25, wobei gleichzeitig die Außenverzahnung 28 außer Eingriff
mit der Außenverzahnung 21 des Schieberades kommt. Wenn der 1. Gang ausgeschaltet
wird, muß gewährleistet sein, daß die Außenverzahnung der Federscheibe in die Zahnlücken
des Schieberades 20 zurückrasten kann. Die Zähne des Schieberades 20 sind daher
an ihrer Rückenflanke an der der Federscheibe 24 zugekehrten Seite mit einer Schrägfläche
22 versehen, an der die Zähne der Federscheibe abgleiten und in ihre richtige Lage
zwischen den Zahnlücken gleiten können. Die im wesentlichen die Form einer Tellerfeder
aufweisende Federscheibe 24 ist mit gekrümmten Schlitzen 29 versehen. Diese Schlitze
konvergieren in ihrer gedachten Verlängerung gegen den Umfang 3 der Scheibenbohrung
32. Es werden dadurch ein Innenring 30 und ein Außenring 31 an der Federscheibe
gebildet: Der Außenring 31 trägt die Außenverzahnung 28.
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Mit Bezug auf F!-. 5 ist zwischen dem Zahnrad 23 und einem an einem
Wälzlager 40 anliegenden Schulterring 41 eine auf dem Schulterring drehbar
gelagerte Mitnehmerscheibe 42 angeordnet. Diese ist über eine Stirnverzahnung 44
im formschlüssigen Eingriff mit einem auf der Achse 27 des Schieberades drehbar
gelagerten Kupplungsglied 43, das eine Kupplungsverzahnung 45 aufweist, in die eine
am Ringflansch 46 des Schieberades 20 vorgesehene Gegenverzahnung
eingreift.
Beim Einleiten der Schaltbewegung für den 1. Gang wird durch die Axialverschiebung
der Schaltmuffe 12 eine axial wirkende Kraft auf den Synchronring 14 und von ihm
auf das Zahnrad 23 ausgeübt. Unter dem Einfluß dieser Axialkraft kommt das Zahnrad
23 an der Mitnehmerscheibe 42 zur Anlage, die sich auf der anderen Seite an dem
axial nicht verschiebbaren Schulterring 41 abstützt, der seinerseits am Innenring
eines Wälzlagers 40 anliegt und mit der Getriebehauptwelle 10 rotiert. Die Mitnehmerscheibe
42 wird durch die auftretende Reibung ebenfalls in Drehung versetzt und treibt über
die Stirnverzahnung 44 das Kupplungsglied 43 an, das über die Kupplungsverzahnung
45 und die Gegenverzahnung mit dem Schieberad 20 verbunden ist. Bei entsprechender
Wahl der Zähnezahlen der Stirnverzahnungen auf der Mitnehmerscheibe 42 und dem Kupplungsglied
43 wird das Schieberad 20 etwa auf die Umfangsgeschwindigkeit der Außenverzahnung
13 der Schaltmuffe 12 beschleunigt und nach erfolgtem Synchronisieren des ersten
Vorwärtsganges läßt sich die Außenverzahnung 13 der Schaltmuffe 12 leicht in die
Außenverzahnung 21 des Schieberades 20 einschieben.
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Fig. 6 zeigt ein mit der Stirnverzahnung des Zahnrades 23 kämmendes
Mitnehmerrad 50, das auf der Achse 27 des Schieberades drehbar gelagert ist. Nach
der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Mitnahme des Schieberades möglich,
deren eine unterhalb der Mittellinie der Schieberadachse dargestellt ist. In einer
umlaufenden Nut 64 in der Nabe des Mitnehmerrades 50 ist ein geschlitzter Reibring
60 geführt, der mit einer Schrägfläche 62 (Fig. 7) an einer Kugel 61 anliegt. Die
Kugel wird in einer Kalotte 65 in der Nabe des Mitnehmerrades 50 gehalten. Zwischen
dem Außenumfang des Reibrings 60 und der Innenfläche des Ringflansches 46 des Schieberades
20 besteht ein sehr geringes Spiel. Wenn beim Einschalten des 1. Ganges das Zahnrad
23 über die in Fig. 6 nicht mehr dargestellte Synchronisierungsvorrichtung beim
Zurückschalten vom 2. in den 1. Gang auf eine höhere Drehzahl gebracht wird, erfährt
der mit dem Mitnehmerrad 50 sich drehende Reibring 60 unter Einwirkung der Fliehkraft
eine Aufweitung, wodurch er an der Innenfläche des Ringflansches 46 zur Anlage kommt
und das Schieberad 20 mittels einer durch den Reibschluß zwischen Reibring und Ringflansch
46 auftretenden Umfangskraft in Drehung versetzt. In einer Ausführung gemäß Fig.
8 weist der Reibring 60 eine radial nach innen gerichtete Nase 66 auf, die in einen
axial in die Nabe des Mitnehmerrades 50 gefrästen Schlitz 67 eingreift und den Reibring
60 gegen Relativdrehung sichert.
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In Fig. 6 ist oberhalb der Mittellinie der Schieberadachse 27 eine
Ausführung dargestellt, bei der, auf den Umfang der Nabe des Mitnehmerrades 50 verteilt,
radiale Bohrungen 52 angeordnet sind, in denen Kugeln 51 geführt sind. Sobald das
mit dem Zahnrad 23 kämmende Mitnehmerrad 50 höhere Drehzahlen annimmt, tritt unter
dem Einfluß der auf die Kugeln 51 wirkenden Fliehkraft zwischen den Kugeln und der
Innenfläche des Ringflansches 46, an dem die Kugeln 51 anliegen, Reibung auf, die
eine genügend große Umfangskraft erzeugt, um das Schieberad 20 in Drehung zu versetzen.