DE19702541A1 - Zweiteiliges Gangrad für Schaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gangrad für ein Schaltgetriebe, mit einer am Umfang angeordneten Lastverzahnung (Stirnrad) und stirnseitig angeordneten Formschlußmitteln zum Eingriff mit Formschlußmitteln einer Schiebemuffe.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schaltgetriebe mit äußerer Synchronisation unter Verwen­ dung eines erfindungsgemäßen Gangrades.

Herkömmliche Schaltgetriebe, wie sie in Kraftfahrzeugen weite Verbreitung gefunden haben, weisen zumindest zwei parallel zueinander angeordnete Wellen auf, auf denen Zahnradpaa­ rungen, jeweils gebildet aus zwei miteinander kämmenden Stirnrädern angeordnet sind. Dabei ist zumindest ein Zahnrad jeder Paarung frei rotierend auf der zugeordneten Welle gelagert und bildet ein sogenanntes Gangrad, das über stirnseitig angeordnete Formschlußmittel in Eingriff mit den Formschlußmitteln einer Schiebemuffe gebracht werden kann, die über eine Zentral-Verzahnung verdrehfest mit der Welle verbunden ist.

Die genannten Formschlußmittel sind üblicherweise speziell ausgestaltete Schaltverzahnungen. Um während des Schaltvorganges gleiche Umfangsgeschwindigkeiten von Schiebemuffe und Gangrad zu gewährleisten, werden bei bekannten Schaltgetrieben Synchronringe verwendet wobei jeder einzelnen Gangstufe, d. h. jedem einzelnen Gangrad, ein eigener Synchronring zu­ geordnet ist.

Alternativ zu den am weitesten verbreiteten Synchronisiereinrichtungen kann ein Zahnradge­ triebe auch synchronisiert werden, indem eine zentrale Synchronisiereinrichtung für das gesamte Getriebe verwendet wird, oder aber die Drehzahl des antreibenden Verbrennungsmo­ tors durch elektronische Steuerung angepaßt wird. In für solche Synchronisiereinrichtungen Vorgesehenen Schaltgetrieben entfallen die einzelnen Synchronringe. Statt dessen sind die Schaltverzahnung oder eventuell andere stirnseitig angeordnete Formschlußmittel, wie bei­ spielsweise Stifte o. ä., an dem Gangrad selbst ausgeführt. Bei diesem Stand der Technik ist die Schaltverzahnung des Gangrades also mit dem Gangrad selbst fest verbunden. Wenn Gangrad und Schiebemuffe während des Schaltvorganges leicht asynchron laufen, kommt es daher bei Auftreffen der Verzahnungsspitzen der Schaltverzahnung des Gangrades einerseits und der Schaltverzahnung der Schiebemuffe andererseits zu einem unerwünschten Verzah­ nungskratzen (Ratschen), das einerseits verschleißfördernd ist, andererseits vom Fahrer als subjektive Komfortminderung wahrgenommen wird. Im ungünstigsten Fall kann es bei direktem Auftreffen der Verzahnungsspitzen aufeinander auch zu Schwierigkeiten beim Einlegen des je­ weiligen Ganges kommen, was einerseits die Verkehrssicherheit beeinträchtigt, andererseits wiederum als subjektive Komforteinbuße wahrgenommen wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gangrad für ein Schalt­ getriebe mit äußerer Synchronisation so zu verbessern, daß die erwähnten Nachteile bei extern oder zentral synchronisierten Schaltgetrieben entfallen.

Die Lösung der Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Gangrad durch einen zweiteiligen Aufbau gekennzeichnet, wobei die Formschlußmittel für den Formschluß mit der Schiebemuffe auf einem eigenen Schaltrad angeordnet sind, das mit dem eigentlichen Gangrad dergestalt verbunden ist, daß das zusätzliche Schaltrad und das eigentliche Gangrad eine beschränkte relative Verdrehung gegeneinander ausführen können. Auf diese Weise können bei einem Aufeinandertreffen der Spitzen von Schaltverzahnung von Schiebemuffe einerseits und Schalt­ rad andererseits die Zähne der Schaltverzahnung des Schaltrades eine Ausweichbewegung in Umfangsrichtung ausführen, wodurch Formschluß zwischen Schaltverzahnung von Schaltrad einerseits und Schiebemuffe andererseits hergestellt wird, ohne daß die oben erwähnten Nachteile auftreten.

Auf diese Weise wird eine schnellere Synchronisation und schnellerer Formschluß zwischen der jeweiligen Gangstufe und der Schiebemuffe geschaffen und somit eine frühere Momenten­ übertragung durch die neue Gangstufe ermöglicht. Die geschilderte Schiebemuffenabweisung, die vom Fahrer als Blockade des Gangs wahrgenommen wird, entfällt. Darüber hinaus läßt sich ein Komfortgewinn durch Verhinderung der Schwungradbeschleunigung bei Asynchronität rea­ lisieren. Wie unmittelbar einsichtig ist, kommt es auch zu einem geringeren Schaltverzah­ nungsverschleiß.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Schaltrad in axialer Richtung sich erstreckende Mitnehmer auf, die in komplementäre Aussparungen im Gangrad eingreifen, wobei die Abmessung der Aussparungen in Umfangsrichtung größer ist, als die Abmessung der Mitnehmer. Auf diese Weise wird mit fertigungstechnisch einfach zu realisierenden Maßnah­ men der beschränkte Freiheitsgrad in Umfangsrichtung des Schaltrades gegenüber dem ei­ gentlichen Gangrad ermöglicht. Dabei ist die Differenz der Abmessungen wünschenswerterwei­ se geringfügig größer als eine Zahnbreite der Schaltverzahnung, so daß der Ausweichweg im Falle eines Aufeinandertreffens der Verzahnungsspitzen in jedem Fall gegeben ist.

Bevorzugt wird dabei das Schaltrad zentriert, indem die Mitnehmer durch Federn in den ge­ nannten Aussparungen zentriert werden. Bei den zitierten Abmessungen beträgt der mögliche Relativweg des Schaltrades gegenüber dem Gangrad in beide Richtungen jeweils etwas mehr als eine halbe Zahn breite, so daß ein sauberer Eingriff unter allen Umständen gewährleistet ist.

Die Aussparungen sind vorzugsweise trapezförmig hinterschnitten, so daß entsprechend kom­ plementär geformte Mitnehmer des Schaltrades gegen ein Herausrutschen in axialer Richtung gesichert sind, sobald von der Gangstufe ein Moment übertragen wird.

Bei einer weiter entwickelten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gangrades, bestehend aus dem eigentlichen Gangrad und einem zusätzlichen, die Schaltverzahnung tragenden Schaltrad, weist das Schaltrad gegenüber dem Gangrad einen zusätzlichen beschränkten Frei­ heitsgrad in axialer Richtung auf. Dabei weisen die Aussparungen im eigentlichen Gangrad zur Aufnahme der Mitnehmer des Schaltrades jeweils Flankenabschnitte auf, die bei Anlage der jeweiligen Mitnehmer axial nach außen gerichtete Bewegungskomponenten erzeugen, so daß das Schaltrad zusammen mit der mit ihm in Eingriff befindlichen Schiebemuffe in eine Neutral­ stellung der Schiebemuffe gleiten kann, ohne daß Formschluß verloren geht und die Momen­ tenübertragung über die Gangstufe so unterbrochen wird. Um bei Schalten eines anderen Ganges ein Zurückgleiten des Schaltrades zu ermöglichen, ist zumindest eine in axialer Rich­ tung wirkende Rückholfeder zwischen Gangrad und Schaltrad angeordnet.

Durch eine solche Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gangrades lassen sich weitere Vor­ teile realisieren. Da sich die Schiebemuffe trotz Formschlusses und Momentenübertragung über die gewählte Gangstufe nach dem Einlegevorgang in ihrer neutralen Position befindet, wird Verschleiß an der Schaltgabel vermieden, weiterhin kann schon während der Momenten­ übertragung durch die ausgewählte Gangstufe eine andere Gangstufe vorgewählt werden, um den Schaltvorgang schneller durchführen zu können. Dies gilt sowohl für die Gassenwahl bei herkömmlichen Schaltgetrieben, wie auch für den Einlegevorgang bei Doppelkupplungsgetrie­ ben.

Vorzugsweise sind die Schaltverzahnungen von Schaltrad und Schiebemuffe jeweils hinter­ schnitten ausgebildet, so daß der beschriebene Ausrückvorgang des Schaltrades gegen die Kraft der Rückholfeder sichergestellt ist.

Das erfindungsgemäße zweiteilige Gangrad wird für ein Schaltgetriebe mit äußerer Synchroni­ sation verwendet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes zweiteiliges Gangrad,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Gegenüberstellung der Schaltverzahnung von Schaltrad und Schiebemuffe im Schnitt,

Fig. 5 die Darstellung gemäß Fig. 4 in der Draufsicht, und

Fig. 6 einen Schnitt vergleichbar zu Fig. 3 durch eine alternative Ausführungsform der Paa­ rung von Mitnehmer und Aussparung eines erfindungsgemäßen zweiteiligen Gangra­ des.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Gangrad 10. Das Gangrad ist ein Stirnrad mit einer am Umfang angeordneten Lastverzahnung 12 und einer Bohrung 14, mit der es unter Zwischenschaltung eines Wälz-, beispielsweise eines Nadellagers, oder eines Gleitla­ gers auf einer Vorlegewelle o. ä. frei rotierend angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Gangrad 10 ist zweiteilig aufgebaut und besteht aus dem eigentlichen Gangrad 16, d. h. dem Teil, der die Lastverzahnung 12 trägt und einem zusätzlichen Schaltrad 18, das eine Schaltverzahnung 20 trägt, zum Eingriff mit einer komplementären Schaltverzahnung einer Schiebemuffe.

Das Schaltrad 18 weist Mitnehmer 22 auf, die in komplementäre Aussparungen 24 des Gan­ gradkörpers 16 eingreifen. Wie der Schnitt in Fig. 2 zeigt, wird so im beschränkten Maße eine relative Verdrehung von Schaltrad 18 gegenüber Gangrad 16 ermöglicht. Federn 26 zentrieren das Schaltrad in einer Mittelstellung.

Die Flanken der Aussparung können mit elastischem Material zur Dämpfung ausgekleidet sein, beispielsweise mit Dämmstreifen 28. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Aussparungen 24 einerseits und die Mitnehmer 22 andererseits jeweils trapezoidal hinterschnitten, so daß bei einer Momen­ tenübertragung von Schaltrad 18 auf Gangrad 16 gewährleistet ist, daß das Schaltrad 18 in Fig. 3 nicht nach rechts ausweichen kann.

Die Zusammenschau der Fig. 4 und 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Betriebs­ zustand, bei dem sich bei synchroner Drehzahl die Schaltverzahnung 20 des Schaltrades 18 und die Schaltverzahnung 30 einer Schiebemuffe gegenüberstehen. Während es beim Stand der Technik nun zu einer Blockade des Schaltgestänges kommen kann oder aber zu dem un­ erwünschten "Ratschen" der Schaltverzahnungen gegeneinander mit entsprechendem Ver­ schleiß, ist bei der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen zweiteiligen Konstellation des Gangrades gewährleistet, daß die Schaltverzahnung 20 gegenüber dem Gangrad 16 zumindest in Umfangsrichtung um eine halbe Zahn breite ausweichen kann, da die Abmessungen in Um­ fangsrichtung von Mitnehmern 22 und Aussparungen 24 entsprechend gewählt sind.

Nachdem die Schaltverzahnung 30 mit der Schaltverzahnung 20 in Eingriff gekommen ist, wird von der Welle über die Schiebemuffe ein Moment über die Schaltverzahnung in das Schaltrad 18 eingeleitet, das daraufhin mit seinen Mitnehmern 22 an den Flanken bzw. Wandungen der Aussparungen 24 zur Anlage kommt und das Moment so auf das Gangrad 16 überträgt. Dabei Verhindert der trapezoidale Hinterschnitt von Mitnehmer 22 und Aussparung 24 ein axiales Ausweichen des Schaltrades 18.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform von Mitnehmern 22 am Schaltrad 18 und Aus­ sparungen 24 im Gangrad 16. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Aussparung 24 im Vergleich zur Höhe des Mitnehmers 22 tiefer ausgeführt, wobei zusätzliche Flanken 34 vorgesehen sind, die nach innen konvergierend angeordnet sind. Eine zusätzliche Rückholfeder 32 ist zwischen Aussparungsgrund und Mitnehmer 22 angeordnet. Bei zunächst gleich ablaufendem Schaltvorgang, wie anhand der anderen Figuren vorstehend erläutert, kommt der Mitnehmer 22 unter der Annahme, daß das Moment in Fig. 6 nach rechts wirkt - zunächst mit einer Kante 23 an der Flanke 34 zur Anlage. Das treibende Moment erzeugt eine axiale Bewegung des Schaltrades 18 auf der gleichsam als schiefe Ebene wirkenden Anlage­ fläche 34 so daß die über die hinterschnittene Schaltverzahnung 20 im Eingriff stehende Schiebemuffe in ihrer Mittelstellung zurückgeschoben wird. Wegen des Hinterschnitts von Schaltverzahnung 20 und der - in Fig. 6 nicht dargestellten - Schaltverzahnung 30 der Schie­ bemuffe wird die Momentenübertragung hierbei nicht unterbrochen. Wenn die Kante 23 bei der mit dem Bezugszeichen 25 bezeichneten Kante der aufeinanderstoßenden Flanken 34 und 28 angekommen ist, ist die axiale Bewegung des Schaltrades 18 zunächst beendet.

Wegen der beschriebenen Hinterschnitte bleibt die Momentenübertragung durch Formschluß aufrechterhalten, bis der Eingriff zwischen Schaltverzahnung 20 des Schaltrades 18 und der - nicht dargestellten - Schaltverzahnung 30 der Schiebemuffe gelöst wird. Das dann momenten­ freie Schaltrad 18 wird durch die Rückholfeder 32 wieder in die in Fig. 6 gezeichnete Lage ge­ zogen. Wird mit anderen Worten die Momentenbelastung zurückgenommen, z. B. durch Umlei­ ten des Momentenflusses über eine neue Gangstufe bei Lastschaltgetrieben, so gleitet bei re­ lativem Nullmoment des Gangrades das Schaltrad infolge der axialen Federvorspannkraft in seine Ruheposition zurück und der Formschluß des bisher gewählten Ganges ist unterbrochen. Das Getriebe kann somit nicht blockieren.

Bei Lastwechselschlägen muß die Schiebemuffe durch eine Servo-Betätigungseinrichtung in der Schaltposition gehalten werden, um ein unbeabsichtigtes Herausgleiten und damit eine Momentenunterbrechung zu vermeiden.

Claims (9)

1. Gangrad (10) für ein Schaltgetriebe, mit einer am Umfang angeordneten Lastverzahnung (12) (Stirnrad) und stirnseitig angeordneten Formschlußmitteln (20) zum Eingriff mit Formschlußmitteln (30) einer Schiebemuffe, gekennzeichnet durch einen zweiteiligen Aufbau, wobei die Formschlußmittel (20) auf einem eigenen Schaltrad (18) angeordnet sind, das mit dem eigentlichen Gangrad (16) dergestalt verbunden ist, daß zusätzliches Schaltrad (18) und eigentliches Gangrad (16) eine beschränkte relative Verdrehung ge­ geneinander ausführen können.

2. Gangrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formschlußmittel in Form einer Schaltverzahnung (20) ausgeführt sind.

3. Gangrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltrad (18) in axialer Richtung sich erstreckende Mitnehmer (22) aufweist, die in komplementäre Aussparungen (24) im Gangrad (16) eingreifen, wobei die Abmessung der Aussparungen in Umfangsrichtung größer ist als die Abmessung der Mitnehmer.

4. Gangrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Abmessun­ gen größer ist als eine Zahnbreite der Schaltverzahnung (20).

5. Gangrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (22) durch Federn (26) in den Aussparungen (24) zentriert werden.

6. Gangrad nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausspa­ rungen (24) trapezförmig hinterschnitten sind.

7. Gangrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltrad (18) in axialer Richtung relativ zu dem Gangrad (16) beweglich ist, daß die Aussparungen (24) jeweils Flankenabschnitte (34) aufweisen, die bei Anlage des jeweiligen Mitnehmers (22) des Schaltrades (18) axial nach außen gerichtete Bewegungskomponenten erzeugen, und daß zumindest eine in axialer Richtung wirkende Rückholfeder (32) zwischen Gangrad (16) und Schaltrad (18) angeordnet ist.

8. Gangrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die 15 Schaltverzahnungen (20, 30) von Schaltrad (18) und Schiebemuffe jeweils hinterschnitten sind.

9. Schaltgetriebe mit äußerer Synchronisation, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Gang unter Verwendung eines Gangrades nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführt ist.