DE1550753B1

DE1550753B1 - Synchronisierte Zahnkupplung fuer ein Zahnraederwechselgetriebe

Info

Publication number: DE1550753B1
Application number: DE19661550753D
Authority: DE
Inventors: Ivanchich Peter George
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1965-06-09
Filing date: 1966-04-28
Publication date: 1971-09-09
Also published as: US3354738A; GB1085285A

Description

Die Erfindung betrifft eine synchronisierte Zahnkupplung für ein Zahnräderwechselgetriebe mit mehreren um die koaxiale An- und Abtriebswelle angeordneten Vorgelegewellen, bei dem mit den Zahnrädern auf den Vorgelegewellen zentral nebeneinander angeordnete Abtriebszahnräder radial schwimmend im Eingriff stehen, die innen je einen Kupplungszahnkranz zum Kuppeln des betreffenden Zahnrades mit der dazu koaxialen Abtriebswellen aufweisen.
Bei den bekannten Zahnräderwechselgetrieben dieser Vorgelegebauart sind entweder die Abtriebszahnräder einzelid axial verschiebbar, damit zum Schalten der einzelnen Gänge deren jeweiliger Kupplungszahnkranz in Eingriff gebracht werden kann mit einer zugeordneten Vielkeilverzahnung der dabei schwimmend angeordneten Abtriebswelle, oder es ist den einzelnen Abtriebszahnrädern jeweils eine auf der dabei drehbar gelagerten Abtriebswelle drehfest, aber axial verschiebbar angeordnete Kupplungsmuffe mit einem Außenzahnkranz zugeordnet, der bei deren axialer Verschiebung mit dem Kupplungszahnkranz des zugeordneten Abtriebszahnrades in Eingriff bringbar ist. Der Gangwechsel erfolgt bei diesen Getrieben unsynchronisiert.
Zum Schalten der einzelnen Gänge solcher Zahnradwechselgetriebe ist es auch bekannt, zwei durch nockengesteuerte Hydraulik-Reibungskupplungen abwechselnd betätigbare, antriebsseitig angeordnete Kupplungsmuffen mit je einem mit den Kupplungszahnkränzen der Abtriebszahnräder einrückbaren Außenzahnkranz zu verwenden, denen zu beiden Seiten der einzelnen Abtriebszahnräder je eine Synchronisiervorrichtung zugeordnet ist. Für einen Ganwechsel wird dabei zunächst die Betätigung der Synchronisiervorrichtung des nächsten Ganges angesteuert. Es folaen dann das Einrücken des Außenzahnkranzes der noch ohne Drehmoment-Beaufschlagung stehenden einen Kupplungsmuffe mit dem Kupphingszahnkranz des diesen nächsten Gang bestimmenden Abtriebszahnrades, das Einrücken der dieser einen Kupplungsmuffe zugeordneten Reibungskupplung nach vorhergehendem Ausrücken der Reibungskupplung der anderen Kupplungsmuffe und schließlich das Ausrücken von deren Außenzahnkranz in eine neutrale Stellung so daß das Drehmoment also ohne Unterbrechung weitergegeben wird. Diese Bauart einer Lastschaltkupplung baut sehr aufwendig und störanfällig, ihr Einbau in solche Zahnräderweclise14yetriebe kann sich allenfalls für langsam fahrende Schwerlastfahrzeuge, wie insbesondere Tanker, rechtfertigen.
Für Zahnräderwechselgetriebe anderer Vorgelegehauart ist es daneben noch bekannt, zwei synchronisierte Schaltkupplungen auf der auch dort zu der Antriebswelle koaxialen Abtriebswelle anzuordnen, die ein Kuppeln des Antriebszahnrades direkt mit der Abtriebswelle bzw. ein Kuppeln desselben mit den auf der Abtriebswelle drehbar gelagerten Abtriebszahnrädern für einen Langsamgang und einen Zwischengang und einem zu der koaxialen An- und Abtriebswelle und zu den Vorgelegewellen achsparallel angeordneten Umkehrzahnrad für den Rückwärtsgang erlauben.
Vor diesem lEntergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die schwimmenden Zahnräder eines Zahnräderwechselgetriebes der Vorgelegebauart durch eine synchronisierte Zahnk-upplung wechselweise mit der Abtriebswelle des Getriebes zu verbinden.
Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merkmale gelöst.
a) Die ZahnkuppIung besteht im wesentlichen aus einer die Abtriebswelle umgebenden und mit dieser axial unverschieblich und drehfest verbundenen Kupplungshülse und einer axial verschieblichen Kupplungsmuffe mit einem an ihr ausgebildeten Kupplungshauptzahnkranz, der wechselweise mit einem der in den schwimmenden Zahnrädern ausgebildeten Kupplungszahnkränze einrückbar ist; b) die Kupplungsmuffe weist außen weitere Kupplungszahnkränze auf, die in den Eingriffsstellungen des Kupplungshauptzahnkranzes mit den Kupplungszahnkränzen der schwimmenden Zahnräder mit einem an der Kupplungshülse ausgebildeten Innenzahnkranz wechselweise im Eingriff stehen; c) die Synchronisiervorrichtung ist innerhalb der Kupplungshülse auf der Kupplun 'gsmuffe und mit dieser axial verschieblich angeordnet und in jeder Axiallage der verschieblichen Kupplungsmuffe zur Wirkung bringbar. Diese abtriebsseitig angeordnete, synchronisierte Zahnkupplung nach der vorliegenden Erfindung baut äußerst einfach und erlaubt einen reibungslosen Gangwechsel, da dabei das jeweilige Getrieberad vor dem Eingriff seines Kupplungszahnkranzes mit dem Kupplungshauptzahnkranz der Kupplungsmuffe leer läuft, also unter keiner Lastbeaufschlagung steht, so daß für den Gangwechsel des Getriebes nur dessen umlaufende Massen zu berücksichtigen sind. Außerdem wird nur eine Synchronisiervorrichtung für alle Gangwechsel benötigt.
Für diese Synchronisiervorrichtung erweist es sich als zweckmäßig, wenn sie in einer Ringnut der axial verschieblichen Kupplungsmuffe gelagert ist und aus einem Synchronisierring besteht, der an einer in der unverschieblichen Kupplungshülse ausgebildeten, zy- lindrischen Synchronisiertrommel anliegt, deren axiale Länge mindestens der Arbeitsbreite des Synchronisierringes zuzüglich des axialen Verschiebeweges der Kupplungsmuffe entspricht.
Ist das Zahnräderwechselgetriebe auch mit einem Direktgang ausgerüstet, dann kann auf diesen dann unter Heranziehung der erfindungsgemäßen Zahnkupplung sehr einfach übergewechselt werden, wenn die Kupplungsmuffe abtriebsseitig über einen Betätigungsring und einen Druckkugelkranz auf einer weiteren, zu ihr konzentrischen und mittels einer Keilverzahnung mit der Antriebswelle verbundenen inneren Kupplungshülse drehbar gelagert ist, welche mitteIs eines Außenzahnkranzes mit dem Antriebsrad bzw. mit der Kupplungsmuffe wechselweise in Eingriff bringbar ist. Die Zwischenschaltung des Druckkugelkranzes bringt dabei für die erfindungsgemäße Zahnkupplung die- vorteilhafte Wirkung einer weiteren Reduzierung der von dieser ausschließlich für einen Gangwechsel zu berücksichtigenden umlaufenden Massen, indem dann der Außenzahnkranz der Kupplungshülse von dem durch den Betätigungsring und die Abtriebswelle -eschaffenen Trä-heitsmoment losgelöst und die Drehmomentübertragung über den Kupplungshauptzahnkranz der Kupplungsmuffe kurz vor jedem Kupplungsvorgang unterbrochen ist. Die Zeichnung zeigt in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnete Zahnräderwechselgetriebe ist mit seiner Antriebswelle 2 über eine in ihrer Gesamtheit mit 3 bezeichnete, schaltbare Trockenkupplung mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges verbunden. Koaxial zu der über ein Lager 4 in einer Trennwand 5 des Getriebegehäuses gelagerten Antriebswelle 2 ist die Abtriebswelle 6 des Getriebes angeordnet, sie faßt in eine endseitige Bohrung der Antriebswelle 2 ein und ist in dieser mittels einer Lagerbuchse 7 gelagert. Die Abtriebswelle 6 besitzt endseitie, nahe ihrer Lagerung in der AntriebswelIe 2 eine Vielkeilverzahnung 8, und sie dient in einem Wellenteil 9 als Auflager für die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Gegenstand der Erfindung bildende Zahnkupplung.
Die Zahnkupplung 10 besteht aus einer die Abtriebswelle 6 umgebenden Kupplungshülse 11, welche über eine Vielkeilverzahnung 12 mit einem radialen Flansch 13 der Abtriebswelle drehfest verbunden ist. Sprengringe 14 und 15 sichern die Kupplungshülse 11 gegen axiale Verschiebung. Innerhalb von der Kupplungshülse 11 ist eine Kupplungsmuffe 16 angeordnet, die in einer Ringnut 17 einen geschlitzten Synchronisierring 18 mit im Spalt von diesem angeordneter Synchronisierrolle 19 zur Anlage an der als Synchronisiertrommel 20 dienenden zylindrischen Innenwand der X upplungshülse 11 aufnimmt. Die Kupplungsmuffe 16 stützt sich über einen Betätigungsring 21 und einen Druckkugelkranz 22 auf einer weiteren, auf dem Wellenteil 9 der Abtriebswelle 6 aufsitzenden inneren Kupplungshülse 23 ab, die mittels einer Vielkeilverzahnung 24 mit der Antriebswelle 2 drehfest verbunden ist.
Die Z-.ichnung gibt die Neutralstellung des Zahnräderwechselgetriebes 1 wieder. In derselben steht ein Außenzahnkranz 25 der inneren Kupplungshülse 23 im Eingriff mit einem Innenzahnkranz des Getriebe-Antriebsrades 26. Dieses Antriebsrad 26 steht im ständigen Zahneingriff mit dem jeweiligen Eingangsglied 27 mehrerer Zahnradgruppen 28, die jeweils auf einer Vorgelegewelle 29 über Lagerbuchsen 30 und 31 drehbar gelagert sind. Für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel sind drei Vorgelegewellen 29 in achsparalleler und symmetrischer Anordnung zu der Antriebswelle 2 bzw. der dazu koaxialen Abtriebswelle 6 vorgesehen. Die Zahnräder 32 und 33 der einzelnen Zahnradgruppen 28 auf den Vorgelegewellen 29 stehen im ständigen Eingriff mit zwei zentral nebeneinander radial schwimmend angeordneten Abtriebszahnrädem 34 und 35, die für ein mittleres bzw. niedriges übersetzungsverhältnis des Getriebesl stehen. Dritte Zahnräder 36 der Zahnradgruppen 28 stehen jeweils im ständigen Eingriff mit einem Zwischenrad 37. Die Zwischenräder 37 stehen im ständigen Eingriff mit einem dritten radial schwimmenden Abtriebsrad 38, das für einen Rückwärtslauf des Getriebes steht. Die Zwischenräder 37 sind jeweils über eine Lagerbuchse 39 auf einer Welle 40 gelagert. Die Wellen 40 sitzen in Stegen des Getriebegehäuses. Damit axiale Druckkräfte im wesentlichen vermieden werden, besitzen alle Zahnräder eine Pfeilverzahnung. In der Neutralstelluno, des Getriebes laufen die Abtriebszahnräder leer.
Zur Schaltung des Getriebes besitzen nun die einzelnen Abtriebszahnräder 34, 35 und 38 jeweils einen inneren Kupplungszahnkranz 41, 42 und 43. In diese Kupplungszahnkränze ist ein äußerer Kupplungshauptzahnkranz 44 der Kupplungsmuffe 16 wechselweise, einrückbar. Die Kupplungsmuffe 16 weist andererseits außen weitere Kupplungszahnkränze 45, 46 und 47 auf, die in den Eingriffsstellungen des Kupplungshauptzahnkranzes 44 mit den Kupplungszahnkränzen 41, 42 und 43 der Zahnräder 34, 35 und 38 mit einem an der äußeren Kupplungshülse 11 ausgebildeten Innenzahnkranz 48 wechselweise im Eingriff stehen. Die Kupplungsmuffe 16 besitzt endseitig schließlich noch einen Innenzahnkranz 49 zum Eingriff mit dem Außenzahnkranz 25 der inneren Kupplungshülse 23. Die Kupplungsmuffe 16 und diese innere Kupplungshülse 23 lassen sich mittels gegeneinander verblockbarer Schaltstangen axial verschieben, wobei die Schaltstange für die Kupplungsmuffe 16 in einer Ringnut 50 von dieser und die Schaltstange für die innere Kupplungshülse 23 in der Ringnut 51 einer Schiebehülse 52 angreift, die an axialen Ansätzen 53 des Betätigungsringes 21 befestigt ist.
Soll das vorbeschriebene Getriebe aus seiner dargestellten Neutralstellung auf niedriges Übersetzungsverhältnis geschaltet werden, dann muß das hierfür stehende Abtriebszahnrad 35 in eine Getriebeverbindung mit dem Antriebsrad 26 gebracht werden. Dazu muß durch Betätigung der entsprechenden Schaltstange die Kupplungsrauffe 16 mit ihrem Kupplungshauptzahnkranz 44 in Eingriff gebracht werden mit dem Kupplungszahnkranz 42 des Zahnrades 35. Die innere Kupplungshülse 23 behält dabei ihre dargestellte Lage bei, in welcher sie über die Vielkeilverzahnung 24 mit der Antriebswelle 2 drehfest verbunden ist. Das Drehmoment kann also von der Antriebswelle 2 über diese Vielkeilverzahnung 24 und den Außenzahnkranz 25 der Kupplungshülse 23 an das Getriebe-Antriebsrad 26 zur übertragung kommen, welches das Drehmoment an die Zahnradgruppen 28 auf den Vorgelegewellen 29 weitergibt. Da die Zahnräder 33 der Zahnradgruppen 28 mit dem radial schwimmend gelagerten Abtriebszahnrad 35 im Eingriff stehen, wird das Drehmoment über dessen inneren Kupplungszahnkranz 42 und den Kupplungshauptzahnkranz 44 der Kupplungsmuffe 16 an diese weitergegeben, die es ihrerseits dann wegen der Eingriffsstellung ihres Kupplungszahnkranzes 46 mit dem Innenzahnkranz 48 der äußeren Kupplungshülse 11 an diese abgibt. Da die Kupplungshülse 11 mit der Abtriebswelle 6 über die Vielkeilverzahnung 12 drehfest verbunden ist, wird diese folglich mit dem durch das Abtriebszahnrad 35 bestimmten, niederen Übersetzungsverhältnis angetrieben. Da das Abtriebszahnrad 35 vor dem Eingriff des Kupplungshauptzahnkranzes 44 in dessen inneren Kupplungszahnkranz 42 leer läuft und die Kupplungsmuffe 16 wegen des Druckkugelkranzes 22 auch von der inneren Kupplungshülse 23 her ohne jegliche Lastbeaufschlagung bleibt, erfolgt der Eingriff zwischen den Zahnkränzen 44 und 42 ohne Schwierigkeiten. Die Drehung der Kupplungsmuffe 16 nach erfolgtem Eingriff hat dann zur Folge, daß die Synchronisierrolle 19 den Synchronisierring 18 spreizt, so daß dieser in eine Reibverbindung mit der Synehronisiertrommel 20 kommt, die äußere Kupplungshülse 11 also schließlich mit der Kupplungsmuffe 16 synchron dreht und infolge dieser synchronen Drehung das Einrücken des Kupplungszahnkranzes 46 in den Innenzahnkranz 48 der Kupplungshülse 11 mühelos erfolgen kann.
Das Schalten des Getriebes auf ein mittleres Übersetzungsverhältnis, für welches das Abtriebszahnrad 34 steht, erfolgt ebenso gleichartig wie das Schalten des Getriebes auf Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle 6, für welchen Vorgang das Abtriebszahnrad 38 steht. Soll das Getriebe auf ein direktes übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 6 geschaltet werden, dann wird dazu durch Betätigung der entsprechenden Schaltstange die innere Kupplungshülse 23 axial verschoben, derart, daß ihr Außenzahnkranz 25 mit dem Innenzahnkranz 49 der Kupplungsmuffe 16 und ihr Innenzahnkranz auch mit der Vielkeilverzahnung 8 der Abtriebswelle 6 in Eingriff kommen.

Claims

Patentansprüche: 1. Synchronisierte Zahnkupplung für ein Zahnräderwechselgetriebe mit mehreren um die koaxiale An- und Abtriebswelle angeordneten Vorgelegewellen, bei dem mit den Zahnrädern auf den Vorgelegewellen zentral nebeneinander angeordnete Abtriebszahnräder radial schwimmend im Eingriff stehen, die innen je einen Kupplungszahnkranz zum Kuppeln des betreffenden Zahnrades mit der dazu koaxialen Abtriebswelle aufweisen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merlanale: a) Die Zahnkupplung besteht im wesentlichen aus einer die Abtriebswelle (6) umgebenden und mit dieser axial unverschieblich und drehfest verbundenen Kupplungshülse (11) und einer axial verschieblichen Kupplungsmuffe (16) mit einem an ihr ausgebildeten Kupplungshauptzahnkranz (44), der wechselweise mit einem der in den schwimmenden Zahnrädern (34, 35, 38) ausgebildeten Kupplungszahnk än e (41, 42, 43) einrückbar ist; b) die Kupplungsmuffe(16) weist außen weitere Kupplungszahnkränze (45,46,47) auf, die in den Eingriffsstellungen des Kupplungshauptzahnkranzes (44) mit den Kupplungszahnkränzen (41,42,43) der schwimmenden Zahnräder (34,35,38) mit einem an der Kupplungshülse (11) ausgebildeten C 43 Innenzahnkranz(48) wechselweise im Eingriff stehen; c) die Synchronisiervorrichtung (18, 19) ist innerhalb der Kupplungshülse (11) auf der Kupplungsmuffe (16) und mit dieser axial verschieblich angeordnet und in jeder Axiallage der verschieblichen Kupplungsmuffe (16) zur Wirkung bringbar.
2. Synchronisierte Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiervorrichtung in einer Ringnut (17) der axial verschieblichen Kupplungsmuffe (16) gelagert ist und aus einem Synchronisierring (18, 19) besteht, der an einer in der unverschieblichen Kupplungshülse (11) ausgebildeten, zylindrischen Synchronisiertrommel (20) anliegt, deren axiale Länge mindestens der Arbeitsbreite des Synehronisierringes zuzüglich des axialen Verschiebeweges der Kupplungsmuffe (16) entspricht. 3. Synchronisierte Zahnkupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmuffe (16) abtriebsseitig über einen Betätigungsring (21) und einen Druckkugelkranz (22) auf einer weiteren, zu ihr konzentrischen und mittels einer X-eilverzahnung (24) mit der Antriebswelle (2) verbundenen, inneren Kupplungshülse (23) drehbar gelagert ist, welche mittels eines Außenzahnkranzes (25) mit dem Antriebsrad (26) bzw. mit der Kupplungsmuffe (16) wechselweise in Eingriff bringbar ist.