DE19904326A1

DE19904326A1 - Schalteinrichtung für ein Getriebe

Info

Publication number: DE19904326A1
Application number: DE1999104326
Authority: DE
Inventors: Andreas Schild
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-01-28
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2000-08-03

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schalteinrichtung für ein Getriebe mit einem drehmomentbeaufschlagten Antriebsrad (10), mit einem Abtriebsrad (20), das dieselbe Rotationsachse wie das Antriebsrad (10) besitzt und im nicht gekoppelten Zustand relativ bezüglich des Antriebsrades (10) drehbar ist, mit einer Synchronisiereinrichtung (40), zum Angleichen der Rotationsgeschwindigkeiten von dem Antriebsrad (10) und dem Abtriebsrad (20) vor dem drehfesten Koppeln des Antriebsrades (10) mit dem Abtriebsrad (20), mit einer axial verschieblichen Schiebemuffe (30), über welche im gekoppelten Zustand das Antriebsrad (10) und das Abtriebsrad (20) drehfest verbunden sind, und mit einer Arretierungsvorrichtung (50) zur axialen Fixierung der Schiebemuffe. Im gekoppelten Zustand der Schalteinrichtung sind die Schiebemuffe (30) und mindestens eines der zu koppelnden Räder (10, 20) durch die Arretierungsvorrichtung (50) lösbar miteinander verbunden, um einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe (30) in einer Leerlaufstellung entgegenzuwirken.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Schalteinrichtung für ein Getriebe mit einem drehmomentbeaufschlagten Antriebsrad, mit einem Abtriebsrad, das dieselbe Rotationsachse wie das Antriebsrad besitzt und im nicht gekoppelten Zustand relativ bezüglich des Antriebsrades drehbar ist, mit einer Synchronisiereinrichtung zum Angleichen der Rotationsgeschwindigkeiten von dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad vor dem drehfesten Koppeln des Antriebsrades mit dem Abtriebsrad, mit einer axial verschieblichen Schiebemuffe, über welche im gekoppeltem Zustand das Antriebsrad und das Abtriebsrad drehfest verbunden sind, und mit einer Arretierungsvorrichtung zur axialen Fixierung der Schiebemuffe.

Ein Einsatzgebiet sind beispielsweise die Getriebe von Kraftfahrzeugen.

Gattungsgemäße Schalteinrichtungen dienen der Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle. Dabei treibt die Antriebswelle direkt ein erstes Getrieberad, hier als Antriebsrad bezeichnet, an. Ein weiteres Getrieberad, hier als Abtriebsrad bezeichnet, ist indirekt mit der Abtriebswelle verbunden. Das Koppeln dieser beiden Getrieberäder geschieht mittels einer Schiebemuffe, welche axial verschieblich und konzentrisch bezüglich einer gemeinsamen Rotationsachse der beiden Getrieberäder angeordnet ist. Im Leerlauf sitzt die Schiebemuffe auf einem der beiden Getrieberäder oder einem separaten Muffenträger. Im gekoppelten Zustand werden beide Getrieberäder durch die in Kopplungsstellung geschobene Schiebemuffe drehfest miteinander verbunden, so daß eine Drehmomentübertragung stattfinden kann. Üblicherweise werden alle genannten Bauelemente mit Verzahnungen ausgeführt, so daß die Momentenübertragung formschlüssig erfolgt.

Um unkontrolliertes Koppeln und somit Getriebeschäden zu vermeiden ist es bekannt, die Schiebemuffe im Leerlauf zu arretieren.

Zur Sicherung der Schiebemuffe in der gekoppelten Stellung werden die Zähne des Abtriebrades und der Schiebemuffe mit Hinterlegungen der Flanken versehen, um eine Axialkraft in Richtung der Kuppelstellung zu erzeugen. Nachteilig ist, daß diese Hinterschneidungen aufwendig zu fertigen sind. Außerdem kann es bei ungünstiger Toleranzlage zu einer Drehmomentübertragung an nur einer Stelle, statt wie gewünscht am ganzen Umfang, kommen. Dies bewirkt durch das Radialspiel der Schiebemuffe auf dem Antriebsrad bzw. dem Muffenträger ein Taumel der Schiebemuffe während der Drehbewegung. Dies verursacht eine Übertragung der Taumelbewegung auf eine Schaltgabel (und damit ein Schlagen eines Schalthebels) und ggf. eine Schraubbewegung der Schiebemuffe in eine der beiden Richtungen. Ist das die Richtung der Leerlaufstellung, kann dies zu Gangspringern führen.

Es ist aus DE 32 21 712 A1 bekannt, Sperrbolzen vorzusehen, um ein Verschieben der Schiebemuffe beim Kuppeln erst zu gestatten, wenn sich An- und Abtriebsrad mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit bewegen. Allerdings haben diese Sperrbolzen keinen Einfluß auf die Schiebemuffe in gekoppeltem Zustand.

Es besteht somit das Problem, die Betriebssicherheit bestehender Schalteinrichtungen zu verbessern und ihre Herstellungskosten zu reduzieren.

Gelöst wird das Problem im Zusammenhang mit den gattungsbildenden Merkmalen dadurch, daß im gekoppelten Zustand der Schalteinrichtung die Schiebemuffe und mindestens eines der zu koppelnden Getrieberäder durch eine Arretierungsvorrichtung lösbar miteinander verbunden sind, um einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe in einer Leerlaufstellung entgegenzuwirken.

Es ist zweckmäßig, wenn die Arretierungsvorrichtung ein Arretierungselement und mindestens zwei Aufnahmeöffnungen für das Arretierungselement besitzt. Die erste Aufnahmeöffnung kann an einem der zu koppelnden Räder und die zweite Aufnahmeöffnung an der Schiebemuffe vorgesehen sein. Das Arretierungselement kann im entkoppelten Zustand in einer der Aufnahmeöffnungen aufgenommen sein und sich im gekoppelten Zustand in gleichzeitigem Eingriff mit den beiden Aufnahmeöffnungen befinden.

Eine besonders bevorzugte Variante ergibt sich, wenn das Arretierungselement in Richtung auf eine Arretierungsposition druckbeaufschlagt ist.

Es ist außerdem vorzuziehen, daß das Arretierungselement im nicht gekoppelten Zustand in der Aufnahmeöffnung des Antriebsrades aufgenommen ist. Aber auch eine Anordnung in der Schiebemuffe oder im Abtriebsrad ist möglich.

Die Aufnahmeöffnung kann in der Schiebemuffe aber auch im Antriebs- oder Abtriebsrad angeordnet sein.

Es ergeben sich Vorteile, wenn das Arretierungselement kugelförmig ausgebildet ist.

Es ist zweckmäßig, wenn die Form der zweiten Aufnahmeöffnung einem aus der ersten Aufnahmeöffnung herausragenden Teil des Arretierungselementes entspricht. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Radialkraft auf die Schiebemuffe derart aufgenommen wird, daß eine entstehende Axialkraftkomponente zentrierend wirkt, so wie die Axialkraftkomponente in Richtung eines geschalteten Ganges wirkt.

Details der Erfindung werden in der nachfolgenden Ausführungsbeschreibung, der lediglich beispielhafter Charakter zukommt, erläutert. Es wird dabei Bezug genommen auf:

Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Getriebewelle in Leerlaufstellung

Fig. 2 ein Ausschnitt von Fig. 1 im Bereich der Arretiervorrichtung

Fig. 3 ein Längsschnitt durch die Getriebewelle von Fig. 1 in gekoppelter Stellung

Fig. 4 ein Ausschnitt von Fig. 3 im Bereich der Arretiervorrichtung

Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Schalteinrichtung im Leerlauf.

Auf einer Welle 60 drehfest angeordnet ist ein Antriebsrad 10. Dieses weist um seinen Umfang herum einen Zahnkranz 11 auf. Konzentrisch zur Drehachse des Antriebsrades 10 ist auf beiden Seiten je eine Ringnut 15, 15' am Antriebsrad 10 vorgesehen.

Zu beiden Seiten des Antriebsrades 10 ist jeweils ein Abtriebsrad 20, 20' angeordnet, wobei alle drei Räder dieselbe Rotationsachse besitzen. Das Abtriebsrad 20' weicht nur in seiner Dimensionierung vom Abtriebsrad 20 ab und entspricht lediglich einer anderer Schaltstufe des Getriebes. Die nachfolgende Beschreibung des Abtriebsrades 20 gilt deshalb entsprechend auch für das Abtriebsrad 20'.

Der Kraftfluß kann auch über das Abtriebsrad 20, 20' eingeleitet werden. In diesem Fall ist dann das vorliegend als Antriebsrad 10 bezeichnete Bauteil das Abtriebsrad und das als Abtriebsrad 20, 20' bezeichnete Bauteil das Antriebsrad.

Das Abtriebsrad 20 ist über Wälzkörper 61 drehbar auf der Welle 60 gelagert. Ein Nadellagerkäfig 62 sorgt sowohl für eine axiale Sicherung als auch für eine gleichmäßige Verteilung der Nadeln über den Umfang. Das Abtriebsrad 20 weist an seiner Außenseite einen Zahnkranz 22 auf. Dieser steht im Eingriff mit einem nicht dargestellten Zahnrad einer weiteren Welle, auf die das Drehmoment der Welle 60 zu übertragbar ist.

Das Abtriebsrad 20 besitzt einen Kupplungsring 23. Dieser ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur vereinfachten Herstellung als separates, fest mit dem Abtriebsrad 20 verbundenes Bauteil ausgeführt. Er kann jedoch auch einstückig mit dem Abtriebsrad 20 hergestellt werden.

Der Kupplungsring 23 besitzt an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz 21. An seiner dem Antriebsrad 10 zugewandten Seite ist an seinem Außenumfang ein Außenkonus 24 vorgesehen.

Zwischen dem Antriebsrad 10 und dem Kupplungsring 23 ist ein Synchronring 12 angebracht. Der Synchronring 12 besitzt in etwa den gleichen Außendurchmesser wie das Antriebsrad 10 und weist eine Außenverzahnung 16 auf. An seinem äußeren Umfang weist der Synchronring 12 eine Schulter 13 auf. Er besitzt einen Innenkonus 14 an seinem inneren Umfang. Dessen Form korrespondiert mit dem Außenkonus 24 des Abtriebsrades 20. Der Synchronring 12 ist sowohl bezüglich des Antriebsrades 10 als auch bezüglich des Abtriebsrades 20 drehbar gelagert. Bezüglich des Antriebsrades 10 ist der Drehbereich durch eine hier nicht dargestellte Verdrehbegrenzung lediglich in einem kleinen Bereich ermöglicht. Die Verdrehbegrenzung erfolgt üblicherweise über Nocken am Synchronring 12, die in Aussparungen des Antriebsrades 10 eingreifen.

Der Kupplungsring 23 und der Synchronring 12 bilden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zusammen eine Synchronisiereinrichtung 40.

Axial verschieblich auf dem Antriebsrad 10 ist eine Schiebemuffe 30 vorgesehen. Sie ist ringförmig und besitzt an ihrer Innenseite eine Innenverzahnung 31, welche mit den Zahnkränzen 11 und 21 von Antriebsrad 10 und Abtriebsrad 20 korrespondiert.

Zwischen der Schiebemuffe 30 und dem Antriebsrad 10 ist eine Arretierungsvorrichtung 50 angeordnet. Diese besitzt ein kugelförmiges Arretierungselement 51, welches im entkoppelten Zustand in einer Aufnahmeöffnung 52 aufgenommen ist.

Die Aufnahmeöffnung 52 besitzt die Gestalt einer Bohrung, welche radial und mittig zwischen zwei Zähnen des Antriebsrades 10 im Antriebsrad 10 verläuft. Das Arretierungselement 51 wird durch eine in der Aufnahmeöffnung 52 aufgenommene Feder 53 in Richtung auf die Schiebemuffe 30 druckbelastet. In der Schiebemuffe 30 ist eine zur Form des Arretierungselementes 51 korrespondierende Aufnahmeöffnung 54 vorgesehen. Diese befindet sich radial betrachtet an der Innenseite der Schiebemuffe 30 und bezüglich der Rotationsachse im dem Abtriebsrad 20 abgewandten Randbereich der Schiebemuffe 30.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die Schiebemuffe 30 noch eine weitere Aufnahmeöffnung 54', welche in ihrer Funktion der Aufnahmeöffnung 54 entspricht und lediglich beim Zusammenwirken mit dem Abtriebsrad 20' zum Tragen kommt.

Vorzugsweise sind um das Antriebsrad 10 herum jeweils drei solcher Arretierungsvorrichtungen 50 um 120 Grad zueinander versetzt angeordnet.

Die Wirkungsweise der Schalteinrichtung ist wie folgt:
Zum Koppeln von Antriebsrad 10 und Abtriebsrad 20 wird die Schiebemuffe 30 entsprechend Fig. 3 und 4 aus der Leerlaufposition axial entlang der Welle 60 in Richtung auf das zu koppelnde Abtriebsrad 20 verschoben.

Die Verzahnung 16 des Synchronringes 12 stellt sich durch eine Verdrehbewegung relativ zu dem Antriebsrad 10 vor die Zähne der Schiebemuffe 30. Treffen die Zähne der Schiebemuffe 30 und des Synchronringes 12 mit ihren Dachschrägen aufeinander, wird von der Schiebemuffe 30 eine Axialkraft auf den Synchronring 12 und damit auf den Synchronkonus übertragen. Damit kann durch die Reibung am Synchronkonus Gleichlauf erzielt werden. Es wird eine formschlüssige Verbindung zwischen Antriebsrad 10 und Abtriebsrad 20 geschaffen.

In der Kopplungsposition liegt die Aufnahmeöffnung 54 der Schiebemuffe 30 über der Aufnahmeöffnung 52 des Antriebsrades 10. Durch die Feder 53 der Arretierungsvorrichtung 50 wird das Arretierungselement 51 deshalb in die Aufnahmeöffnung 54 gepreßt und die Schiebemuffe 30 am Abtriebsrad 20 axial fixiert. Gleichzeitig wird die Schiebemuffe 30 durch die drei um das Antriebsrad 10 angeordneten Federn 53 der Arretierungsvorrichtungen 50 radial stabilisiert. Dadurch kann Taumelbewegungen der Schiebemuffe 30 auch bei ungünstiger Toleranzlage entgegengewirkt werden.

Die Synchronisiereinrichtung kann zweckmäßig variiert werden und beispielsweise statt der Konuskupplung in einer Lamellenkupplung bestehen.

Eine Arretierungsvorrichtung könnte in einer nicht dargestellten Variante alternativ oder zusätzlich zu der im Antriebsrad vorgesehenen auch im Abtriebsrad angebracht werden. In diesem Fall wäre eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich, beispielsweise eine gefalzte Hülse, die ein Herausspringen der Kugeln oder anderer Arettierungselemente in nicht gekuppelter Stellung aus der Bohrung verhindert. Auch könnte das Arretierungselement bei allen Ausführungen in der Schiebemuffe integriert werden.

Zusätzlich zu den Arretierungsvorrichtungen wäre es denkbar, eine herkömmliche Hinterschneidung der Zahnflanken zur Stabilisierung der Schiebemuffe in der gekoppelten Stellung vorzusehen.

Auch kann zur Arretierung in Leerlaufstellung eine weitere, mittig der Längsachse angebrachte Aufnahmeöffnung in der Schiebemuffe vorgesehen werden.

Bezugszeichenliste

10

Antriebsrad

11

Zahnkranz

12

Synchronring

13

Schulter

14

Innenkonus

15

Ringnut

16

Außenverzahnung

20

Abtriebsrad

21

Zahnkranz

22

Zahnkranz

23

Kupplungsring

24

Außenkonus

30

Schiebemuffe

31

Innenverzahnung

40

Synchronisiereinrichtung

50

Arretierungsvorrichtung

51

Arretierungselement

52

Aufnahmeöffnung

53

Feder

54

Aufnahmeöffnung

60

Welle

61

Wälzkörper

62

Nadellagerkäfig

Claims

1. Schalteinrichtung für ein Getriebe mit einem drehmomentbeaufschlagten Antriebsrad (10), mit einem Abtriebsrad (20), das dieselbe Rotationsachse wie das Antriebsrad (10) besitzt und im nicht gekoppelten Zustand relativ bezüglich des Antriebsrades (10) drehbar ist, mit einer Synchronisiereinrichtung (40), zum Angleichen der Rotationsgeschwindigkeiten von dem Antriebsrad (10) und dem Abtriebsrad (20) vor dem drehfesten Koppeln des Antriebsrades (10) mit dem Abtriebsrad (20), mit einer axial verschieblichen Schiebemuffe (30), über welche im gekoppeltem Zustand das Antriebsrad (10) und das Abtriebsrad (20) drehfest verbunden sind, und mit einer Arretierungsvorrichtung (50) zur axialen Fixierung der Schiebemuffe, dadurch gekennzeichnet, daß im gekoppelten Zustand der Schalteinrichtung die Schiebemuffe (30) und mindestens eines der zu koppelnden Räder (10, 20) durch die Arretierungsvorrichtung (50) lösbar miteinander verbunden sind, um einer axialen Verschiebung der Schiebemuffe (30) in einer Leerlaufstellung entgegenzuwirken.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsvorrichtung (50) ein Arretierungselement (51) und mindestens zwei Aufnahmeöffnungen (52, 54) für das Arretierungselement (51) besitzt, daß die erste Aufnahmeöffnung (52) an einem der zu koppelnden Räder (10, 20) und die zweite Aufnahmeöffnung (54) an der Schiebemuffe (30) vorgesehen ist, daß das Arretierungselement (51) im entkoppelten Zustand in einer der Aufnahmeöffnungen (52, 54) aufgenommen ist und sich im gekoppelten Zustand in gleichzeitigem Eingriff mit den beiden Aufnahmeöffnungen (52, 54) befindet.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierungselement (51) in Richtung auf die Arretierungsposition druckbeaufschlagt ist.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierungselement (51) im nicht gekoppelten Zustand in der Aufnahmeöffnung (52) im Antriebsrad (10) oder in der Schiebemuffe (30) oder im Abtriebsrad (20) aufgenommen ist.

5. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (54) in der Schiebemuffe (30) oder im Antriebs- oder Abtriebsrad (10, 20) angeordnet ist.

6. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierungselement (51) kugelförmig ausgebildet ist.

7. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Aufnahmeöffnung (54) einem aus der Aufnahmeöffnung (52) herausragenden Teil des Arretierungselementes (51) entspricht.