DE1550895B2 - Hydraulische Schalteinrichtung für ein Zahnräder-Wechselgetriebe mit Ringkupplungen in den Rädern - Google Patents

Description

Hydraulische Schalteinrichtung für ein Zahnräder-Wechselgetriebe mit Ringkupplungen in den Rädern, wobei zwei oder mehr Zahnräder auf einer Welle drehbar nebeneinander angeordnet sind, deren scheibenförmige Radkörper als Druckmittelzylinder ausgebildet und über Mitnehmer mit je einem darin untergebrachten scheibenförmigen Ringkolben Drehkraft übertragend verbunden sind, und mit beiderseits der genannten Zahnräder sitzenden, mit der Welle undrehbar und unverschieblich verbundene Kupplungsreibscheiben, wobei die vor dem ersten Zahnrad und hinter dem letzten Zahnrad sitzende Kupplungsscheibe nur einseitig, die zwischen zwei Zahnrädern sitzenden Kupplungsreibscheiben beidseitig mit den Zahnrädern wechselweise reibschlüssig kuppelbar sind, indem zwischen die scheibenförmigen Radkörper und die scheibenförmigen Ringkolben eingeleitete Druckflüssigkeit den Radkörper und den Ringkolben auseinanderspreizt und sie mit ihren ebenen Stirnflächen an die ebenen Stirnflächen der benachbarten Kupplungsreibscheibeh anpreßt.

Eine hydraulische Schalteinrichtung nach dem Ausgangspunkt der Erfindung ist aus der deutschen Patentschrift 549 257 gemäß den Fig. 3 und 4 bekannt, bei der zwischen ringförmigen Reibscheiben und einem Zahnradkörper eine Mitnehmerverbindung vorgesehen ist, so daß die Reibscheiben mit dem Zahnradkörper rotieren und die dazwischen befindlichen Feder-Membranbälge von einer Belastung in Umfangsrichtung freigehalten werden.

Dadurch kommt jedoch bei Rotation das öl durch Fliehkraftwirkung zusätzlich unter Druck, und das relativ große ölvohimen in den beweglichen dünnen und deformierbaren Membranbalgfalten der ölkammern bringt eine Rotationseinwirkung auf die Schaltfunktion, so daß jedenfalls eine drehzahlbeeinflußte Kupplungswirkung eintritt, was ein schnelles Schalten ^: zumindest verunsichert.

Aus der britischen Patentschrift 799 375 ist eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher scheibenförmige Radkörper als Druckmittelzylinder ausgebildet sind und mit je einem darin untergebrachten scheibenförmigen Ringkolben drehkraftübertragend verbunden sind, wobei zwischen den scheibenförmigen Radkörper und einen in ihn eingreifenden scheibenförmigen Ringkolben Druckflüssigkeit eingeleitet wird, wodurch der Radkörper auf der axialen Gegenseite mit der feststehenden Kupplungsreibscheibe kraftschlüssig wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß nur eine funktionierende Reibfläche stirnseitig pro Radkörper möglich ist und diese Anordnung in axialer Richtung breit baut. Die drehbaren Zahnräder bildeten massive Scheiben zur durchgehenden ebenen Feinbearbeitung. Das Getriebe war relativ schwer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu-

sammenwirkenden Reibflächen möglichst stark und gleichmäßig gegeneinander zu pressen.

Die erfindungsgemäßen Lösungsmerkmale sind; teilweise bei hydraulisch beaufschlagten Scheibenreibungskupplungen je für sich bekannt. So geht z. B. aus der britischen Patentschrift 799 375 hervor, zwischen dem Ringkolben und den ihn umgreifenden Radkörper-Druckmittelzylinder Dichtungsmittel vorzusehen. Bei dieser bekannten Anordnung wird ferner der Druckmittelzylinder, der an einer ebenen Stirnfläche als Kupplungsscheibe wirkt, zwischen den unverschieblich angeordneten, auch nur auf einer Seite wirkenden Kupplungsreibscheiben axial verschieblich gehalten.

Aus der USA.-Patentschrift 2 349 925 ist es bei einer selbsttätig wirkenden Kupplung bekannt, konzentrische, unter anderem auch konische axial verschiebbare Kupplungsreibflächen durch Schraubmittel mit einer Selbstandrucksteigerung im Kraftschluß zu versehen.

In der USA.-Patentschrift 2 364 019 findet sich eine selbsttätig wirkende Überholkupplung ohne Druckflüssigkeit mit zum Teil ähnlicher Aufgabe wie hier bekannt, wobei in und an ringzylindrischen Kammern mit in diesen und zu diesen beweglichen, zum Teil kolbenartige Scheiben axial kraftschlüssige Verbindungen mittels Reibschluß hergestellt werden.

Aus der französischen Patentschrift 1234 497 sind durch Druckflüssigkeit axial gegeneinander verschiebbare, im Inneren eines Rades angeordnete Reibscheiben mit konzentrischen Kegelflächen für Kraftschlußverbindungen bekannt, welche am Außenrand einen Dichtungsring aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine Verminderung der Baulänge, die Verwendung eines kleineren Schalt-Öldrucks und ergibt eine geringere Reibflächenbelastung. Die Zahnradscheiben und Ringkolben können schwächer ausgeführt werden als die frei tragenden feststehenden Kupplungsreibscheiben, was im Sinne der aufgabengemäß gleichmäßigeren Anlage der Ringkolben an die Kupplungsreibscheiben ist.

Wechselgetriebe nach der Erfindung haben ferner den Vorteil, daß die Spalten zwischen den leerlaufenden Rädern mit öl gefüllt sind, so daß die Schwingungen der Räder außerordentlich stark schon am Ort der Entstehung gedämpft werden. Dies bewirkt einen sehr ruhigen Lauf. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Wälzlagerung der schaltbaren Zahnräder im Druckölraum. Damit ist die Zuführung des Drucköls durch eine Bohrung in den Innenlaufringen von besonderem Vorteil. Dadurch wird die Abdichtung des Zuleitweges zum arbeitenden Öldruckraum einfach und absolut betriebssicher mit einem Dichtungsring ausführbar. Weil bei der erfindungsgemäßen Anordnung die seitlichen Flächen erst beim Kupplungsvorgang zur Anlage kommen, ist der Druckraum im Zahnrad gegen Leckölverlust abgedichtet, und im Leerlauf können die Druckräume durch die Kupplungsspalten selbsttätig sich entlüften. Der Spaltraum des Wälzlagers erhält jeweils beim Schalten eine gewisse Menge öl, wodurch ein Fressen der Lagerungen der leerlaufenden Gänge auch über längere Betriebszeiten ausgeschlossen ist.

Der Öldruckraum im Zahnrad wird durch den gummielastischen Ring auf dem Ringkolben abgedichtet. Dieser zieht bei entsprechend ausgebildeten Nuten die Kupplungsflächen beim Wählen eines anderen Ganges auseinander, wodurch ein schnelleres Schalten erzielbar ist, wie es für Kraftfahrzeuge oder

:.,· Werkzeugmaschinen erforderlich ist.

Τ5 In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Innenränder der Druckmittelzylinder und die Innenränder der Ringkolben in an sich bekannter Weise über Tellerfedern an den benachbarten Kupplungsreibscheiben abgestützt sind. Dadurch

ίο werden die beiden Spaltweiten der Kupplungsfugen der leerlaufenden Gänge gleich groß gehalten, wodurch die Reibungsverluste im öl am kleinsten sind. Für eine bestimmte Flächenpressung der Kupplungsteile kann der Öldruck vermindert werden, wenn man die Schaltzahnräder und Ringkolben mit einer in einer oder in beiden Richtungen wirkenden Keilverzahnung mit schrägen Stirnflächen versieht. Da es jedoch äußerst schwierig ist, die Keilflächen miteinander zum gleichmäßigen Tragen zu bringen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß zwischen den Keilflanken der Mitnehmer ein dem Profil der Keilflanken angepaßter Scheibenring aus plastisch verformbarem Werkstoff, z. B. aus Aluminium, eingelegt ist. Der von den Keilzähnen selbst geformte Ring kann auch aus erhärtetem Kunststoff bestehen. Bei nach dieser Ausgestaltung ausgebildeten Teilen sind die Teilungs- und Abstandsfehler der Keilverzahnung ausgeglichen, so daß die Verstärkung der Anpreßkraft ohne , örtliche Druckspitzen erfolgt.

In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Zahnradkörper symmetrisch zu ihrer radialen Mittelebene beiderseits als Druckmittelzylinder ausgebildet sind und in jedem der beiden Druckmittelzylinder ein Ringkolben angeordnet ist, der mit seiner ebenen Stirnfläche an je einer der beiderseits des Zahnrades angeordneten Kupplungsreibscheiben anpreßbar ist. Die Bearbeitung des Zahnrades wird dann bei den auf beiden Seiten außenliegenden Kupplungsflächen vereinfacht. Nur die Ringkolben und die Kupplungsscheiben arbeiten als Reibflächen zusammen, was besser geeignete Werkstoffpaarungen erlaubt. Darüber hinaus ermöglicht dies auch eine einfache Fertigung der Ringkolben, z. B. durch Stanzen und Prägen, Flachläppen; es ermöglicht Aufbringen von Überzügen, wie Hartchrom, Titankarbid, Gas- oder Badnitrierschichten u. dgl. Die Kupplungsscheiben können dann zweckmäßig aus Perlitgußeisen oder Kugelgraphiteisen sein, und es sind auch dünne Ringe, z. B. aus gesintertem Blech, als Zwischen-Reibscheiben, z. B. angepunktet am Ringkolben, vorteilhaft anwendbar.

Infolge der beiderseitigen Druckwirkung übertragen die Zahnräder schon bei kleinerem Öldruck die volle Kraft, oder es wird eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments erzielt.

Reibschaltkupplungen bei den nötigen Anpreßdrücken von etwa 100 kp/cm² erfordern mindestens eine gehärtete und glatte Reibfläche mit hohem Traganteil, wodurch von vornherein der Beginn eines abnormalen Verschleißes verhütet wird. Die kuppelnden Reibflächen sollten daher praktisch optisch eben sein. Die erfindungsgemäße Anordnung ist im Sinne dieser Forderung darüber hinaus ebenfalls sehr vorteilhaft, weil alle Reibflächen frei eben und dadurch maschinell läppbar sind.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil eines Getriebes mit Schalteinrichtungen nach der Erfin-

dung, wobei ein Zahnrad als Druckzylinder mit Ringkolben ausgebildet ist;

F i g. 2 gibt einen Teilschnitt wieder, bei dem das Zahnrad und der Ringkolben zur Kraftverstärkung, eine Keilverzahnung aufweisen und durch einen Zwi-;_; schenring mit geprägten Gegenflächen verschiebbar verbunden sind;

F i g. 3 zeigt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Details,

Fig.4 einen Teil der Ansicht gemäß Schnitt 3-3 der Fig.3.

In F i g. 1 sind auf den Profilkanten der Keilzahnwelle 1 auch innen glatte Wälzlagerringe 2 aufgesetzt. Die Nadeln 3 tragen die Lagerringnabe 4 des Zahnrades 5 mit den Zähnen 6. Der Ringkolben 7 ist mit seinem äußeren Rand und dem Dichtungsring 8 in dem Zahnrad 5 dicht geführt. Die Mitnehmer 9 greifen in die Lücken zwischen den Mitnehmern 10 des Zahnrades 5 ein. Diese halten den Ringkolben 7 gegen das Zahnrad 5 drehfest, aber verschiebbar. Auf der Keilzahnwelle 1 sind Kupplungsscheiben 11, 12 mit Innenverzahnung und parallelgeläppten Flanken angeordnet, gegen welche die Zahnräder 5 und Ringkolben 7 angepreßt werden. Das Drucköl wird den einzelnen Zahnrädern 5 durch den Steuerkolben 13 mit der Verteilungsrille 14 über die Steuerbüchse 15 zugeführt. Aus dem Raum des Wälzlagers 2, 3 gelangt das Drucköl um die Lagerringnabe 4 herum in den Druckraum 35. Die Zahnräder 5 und die Ringkolben? werden hierdurch schon bei sehr geringem Druckabfall in den Spalten zwischen 5 und 11 sowie 7 und 12 auseinandergetrieben. Die Reibflächen von 5 und 7 legen sich schnell dicht an, worauf der Schaltöldruck voll zur Wirkung kommt.

In F i g. 2 ist das Zahnrad 5 mit einer radialen Zahnung 28 versehen. Der Ringkolben 7 trägt gleichartige Zahne 29. Dazwischen ist ein abgeformter Ring

30, etwa aus Aluminium oder erhärtetem Kunststoff angeordnet. Die dachförmigen Zähne 28, 29 werden beispielsweise nach F i g. 3 und 4 in einem besonderen Arbeitsgang in den Ring 30 abgepreßt. Die Zähne 28* 29 dürfen daher auch ungenaue Form haben und können durch Pressen oder Schmieden erzeugt sein. Infolge der Keilwirkung tritt zwischen den Keilflächen an den Teilen 28, 29 und 30 eine Verstärkung der Anpressung der Ringkolben 7 und der Zahnräder 5 gegen die Flanken der Kupplungsscheiben 11 und 12 auf. Der Öldruck läßt sich daher herabsetzen.

F i g. 4 zeigt im Ausschnitt eine Seitenansicht gemäß Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 3. Der Ring 30 füllt den Druckraum 35 zwischen 5 und 7 weitgehend aus. Die Fliehkraft wirkt daher auf die geringe Ölmenge nur wenig. Die lösenden Tellerfedern 31, 32 können deshalb schwach sein. Sie liegen in Ausdrehungen der Zahnräder 5 und der Ringkolben 7 und werden durch Reibung verschleißfrei mitgenommen. Die Innenkanten 33, 34 der Tellerfedern

31, 32 gleiten an den Flanken der Kupplungsscheiben 11 und 12.

Das Öl zwischen 5 und 11, 7 und 12 will parallele Schichten bilden. Damit wird Planlauf auch bei schrägverzahnten Rädern 5 erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Schalteinrichtung für ein Zahnräder-Wechselgetriebe mit Ringkupplungen in den Rädern, wobei zwei oder mehr Zahnräder auf einer Welle drehbar nebeneinander angeordnet sind, deren scheibenförmige Radkörper als Druckmittelzylinder ausgebildet und über Mitnehmer mit je einem darin untergebrachten scheibenförmigen Ringkolben Drehkraft übertragend verbunden sind, und mit beiderseits der genahnten Zahnräder sitzenden, mit der Welle undrehbar und ünyerschieblich verbundene Kupplungsreibscheiben, wobei die vor dem ersten Zahnrad und hinter dem letzten Zahnrad sitzende Kupplungsscheibe nur einseitig, die zwischen zwei Zahnrädern sitzenden . Kupplungsreibscheiben beidseitig mit den Zahnrädern wechselweise reibschlüssig kuppelbar sind, indem zwischen die scheibenförmigen Radkörper und die scheibenförmigen Ringkolben eingeleitete Druckflüssigkeit den Radkörper und den Ringkolben auseinanderspreizt und sie mit ihren ebenen Stirnflächen an die ebenen Stirnflächen der benachbarten Kupplungsreibscheiben anpreßt, gemeinsam gekennzeichnet durch die folgenden, je für sich bei hydraulisch beaufschlagten Scheibenreibungskupplungen bekannten Merkmale:

a) Die mit je einer ebenen Stirnfläche (5 a) als Kupplungsscheibe dienenden Druckmittelzylinder (5) und die mit je einer ebenen Stirnfläche (7 a) als Kupplungsscheibe dienenden _: Ringkolben (7) sind zwischen den beiderseits davon unverschieblich angeordneten Kupplungsreibscheiben (11, 12) axial verschieblich;

b) die Ringkolben weisen an ihren zylindrischen Umfangsflachen (7 b) gegenüber den zylindrischen Innenflächen (Sb) der Druckmittelzylinder radial Luft auf, und zwischen die genannten zylindrischen. Flächen sind Dichtungsringe (8) eingelegt;

c) die Mitnehmer (9) der Ringkolben und die Mitnehmer (10) der Druckmittelzylinder wirken durch Keilflanken (29, 28) derart zusammen, daß die am Druckmittelzylinder wirksame Drehkraft des Zahnkranzes an den Keilflanken einen den Druckmittelzylinder. (5) und den Kolben (7) auseinanderspreizenden Axialschub hervorruft.

2. Hydraulische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurdxgekennzeichnet, daß die Innenränder (5 c) der Druckmittelzylinder (5) und die Irmenrändef (7fender' Ringkolben (7) in än'sich bekannter Weise über Tellerfedern (31) an den benachbarten Kupplungsreibscheiben (11, 12) abgestützt sind.

3. Hydraulische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Keilflanken (28, 29) der Mitnehmer (10,9) ein dem Profil der Keilflanken angepaßter Scheibenring (30) aus plastisch verformbarem Werkstoff, z. B. aus Aluminium, eingelegt ist.

4. Hydraulische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnradkörper symmetrisch zu ihrer radialen Mittelebene beiderseits als Druckmittelzylinder ausgebildet sind und in jedem der beiden Druckmittelzylinder ein Ringkolben (7) angeordnet ist, der mit seiner ebenen'Stirnfläche (7 a) an je einer der beiderseits des ZaKnrades angeordneten Kupplungsreibscheiben (11, 12) anpreßbar ist.