DE2855542C3 - Klauen-Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe - Google Patents

Description

3. Klauen-Schaltkupplung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— die konvex ausgebildeten Abschrägungen (12) sind an den radial nach außen gerichteten Schaltzähnen (11) und die konkaven Abschrägungen (22) an den radial nach innen gerichteten Schaltzähnen (21) angeordnet.

Die Erfindung betrifft eine Klauen-Srhaltkupplung mit stirnseitig abgeschrägten Schaltzähnen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Durch die US-PS 32 65 173 sind solche Klauen-Schaltkupplungen bekannt, bei denen die Schaltzähne (Schaltklauen) der zur kuppelnden Getriebeteile an den Stirnseiten, die beim Schalten sich gegeneinander bewegen, geradlinig und bei völliger Annäherung deckungsgleich angeschrägt sind. Diese Anschrägungen sollen beim Schalten der beiden zusammenwirkenden Verzahnungen den Stoß an den Stirnseiten dieser Verzahnungen verringern helfen, wenn die Drehzahlen der zu kuppelnden Getriebeteile nicht übereinstimmen und damit die Schaltzähne zunächst nicht ineinander greifen können. Diese geradlinige Abschrägung hat verglichen mit einer, an der Stirnseite nicht abgeschrägten Kuppelverzahnung, zunächst Vorteile gebracht.

Da die Qualität einer Schaltung aber gemessen wird an einer synchronisierten Schaltung, die aber nur mit sehr hohem Aufwand herstellbar ist, befriedigt eine derartig gestaltete Klauen-Schaltung nicht.

Darüber hinaus ist die Herstellung einer solchen geradlinigen Abschrägung sehr schwierig, weil ja diese Abschrägungen bei den zusammenwirkenden Verzahnungen völlig deckungsgleich sein müssen. Aufgrund von nicht vermeidbaren Fertigungs- und Lagertoleranzen wird das nur in den seltensten Fällen erzielt. So kommt es z. B. sehr oft vor, daß infolge dieser

Abweichungen die Berührung bei Nichtsynchronismus

nicht über die ganze Fläche der Abschrägung erfolgt und der volle Zahnstoß im Bereich der Zahnköpfe

auftritt Durch Überbeanspruchung dieses Bereiches erfolgt oft ein Absplittern au diesem gefährdeten

Übergang von der Abschrägung zum Zahnkopf und das tritt sowohl an den Schaltzähnen des Zahnrades wie auch der Schaltmuffe auf.

Besonders dann, wenn der Winkel der Abschrägung

ίο groß, die Abschrägung der Stirnseite also klein und damit der Übergang von der Abschrägung zum Zahnkopf besonders spitz ist, tritt dieser Fehler noch verstärkt auf.

Eine Verringerung dieses Winkels hat aber Grenzen, weil im unteren Bereich bereits Hemmungen auftreten ohne daß dabei schon von einer Selbsthemmung gesprochen werden kann. Dieser Fehler tritt dann verstärkt auf, wenn wie gewollt die beiden zusammenwirkenden Abschrägungen der Schaltzähne sich relativ gut decken also eine gute Reibung und damit auch eine relativ schnelle Drehzahlangleichung möglich ist.

Diese Hemmung wirkt nicht nur der Verkürzung der Schaltzeit entgegen, sondern beansprucht auch noch die Schalteinrichtung sehr hoch, da ja die Schaltkräfte trotz der unkontrollierbaren Hemmung weiter wirken. Ausfälle infolge Überbeanspruchung im gesamten Bereich der Schaltung sind deshalb bei stirnseitig geradlinig und bei Annäherung deckungsgleichen Abschrägangen der Schaltzähne relativ häufig. Auch das qualitativ einwandfreie Entgraten verursacht erhebliche Schwierigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Klauen-Schaltkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei der der Zahnstoß der zusammenwirkenden Schaltzähne in keinem Fall an den Übergängen von den Abschrägungen zu den Zahnköpfen stattfindet und möglichst gering gehalten wird, der synchrone Lauf relativ rasch herbeigeführt wird, Fertigungs- und Lagertoleranzen sich weniger negativ auswirken und damit die Herstellung der Abschrägungen einschließlich der Entgratung einfacher ist und die Herstellkosten niedrig sind sowie die Standzeit der Klauen-Schaltkupplung entscheidend verbessert wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist zwar bereits bekannt (DE-AS 14 25 835) Schaltzähne stirnseitig in radialer Richtung abzurunden. Diese Abrundungen ergeben sich aber zwangsläufig infolge der allgemein bekannten Abrundungen in Umfangsrichtung.

Die unterschiedlichen gekrümmten Abschrägungen der zusammenwirkenden Schaltverzahnungen am Zahnrad wie an der Schiebemuffe können ohne zusätzlichen Aufwand so gestaltet werden, daß der Zahnstoß in keinem Fall an den gefährdeten Zahnköpfen beider Bauteile möglich ist. Damit kann auch eine Beschädigung dieser Zahnköpfe an der Stelle, also wo die Abschrägung beginnt, nicht mehr auftreten.
Aufgrund der unterschiedlichen Krümmung der beiden Abschrägungen legen sich diese bei Nichtsynchronismus ineinander und die Berührung ist nur im mittleren Bereich möglich. Der Krümmungsunterschied ist dabei so gering, daß sich doch eine relativ große Berührungs'läche ergibt und damit der Gleichlauf schnell erreicht wird. Die beiden gekrümmten Abschrägungen an den zusammenwirkenden Schaltzähnen können sich dabei niemals verklemmen und eventuelle Lager- und Fcrtigungstoleranzen werden ausgeglichen

und können auch in ungünstigsten Fällen nicht zum Zahnstoß in den Bereichen der, von der Dimensionierung her gesehenen, gefährdeten Übergängen zum Zahnkopf hin führen.

Es wird also nicht nur die Keilhemmung an den ungleichen, gekrümmten Abschrägungen verhindert, sondern vielmehr eine Zentrierung im mittleren Bereich erzielt, der infolge der erforderlichem Dimensionierung nicht gefährdet ist, weil sowohl die Schaltzähne am Zahnrad wie auch an der Schiebemuffe etwa gleich stark sind.

Die Krümmung beider Abschrägungen ermöglicht eine Vergrößerung der Oberfläche gegenüber einer geraden unter etwa gleichem Winkel zwischen Abschrägung und Längsachse der Schaltzähne. Dadurch wird der Zahnstoß weiter verringert Diese Vergrößerung war zwar auch durch einen noch kleineren Winkel erreichbar. Diese Lösung ist auch praktisch nicht durchführbar, weil dann der Zahneingriff verringert und für die Übertragung der erforderlichen Drehmomente nicht mehr geeignet ist. Eine Verbreiterung insbesondere der Schaltverzahnung des Zahnrades infolge einer noch größeren Abschrägung würde darüber hinaus noch die Schaltwege vergrößern und bei mehreren auf einer Welle angeordneten Schaltkupplungen die Baulänge erhöhen. Darüber hinaus wächst mit verringertem Winkel zwischen Abschrägung und Zahnmittellinie auch noch die Hemmung der beiden Fläche: unkontrollierbar, so daß es zu der schon beschriebenen erheblichen Beschädigung der Schaltverzahnung führen kann.

Die größere Oberfläche der gekrümmten Abschrägung ermöglicht einen größeren Synchronisierun^seffekt ohne all die aufgezeigten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die Schaltzeiten verringern sich dadurch erheblich. Die Herstellung der gekrümmten Abschrägungen erfordert auch keinen höheren Aufwand weil ja die gewählte Kontur im Kopier- oder Einstechverfahren sowohl beim Drehen wie auch beim Schleifen herstellbar ist.

Infolge der Lösung nach der Erfindung ist die Fertigung auch einfacher möglich, weil keine so engen Toleranzen mehr eingehalten werden müssen. Auch das Lagerspiel hat nicht mehr diese starke negative Wirkung.

Das Entgraten (Anfasen) der gekrümmt abgeschrägten Kuppelverzahnung ist sogar noch einfacher möglich, besonders an den Teilen wo die Abschrägung konkav ausgebildet ist.

Die Standzeit einer nach der Erfindung ausgeführten Klauen-Schaltkupplung erhöht sich ebenfalls, weil eventuelle Abnützungen an den Anschrägungen keine die Funktion negativ beeinflussende Begleiterscheinung verursachen und das Schaltgestänge einer solchen Kupplung nicht mehr so hoch beansprucht wird und schließlich Absplitterungen im Bereich der Zahnköpfe völlig verhindert werden kann.

All diese Vorteile, insbesondere im Zusammenhang mit der wirtschaftlichen Fertigung, lassen sich bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 noch optimieren, wenn die gekrümmte Abschrägung ein Kreisbogsn ist.

Die Größe des Radius für diesen Kreisbogen ist noch, wie im Anspruch 2 aufgezeigt, den jeweiligen Erfordernissen anpaßbar, wobei der gewählte Winkel diese Anpassung noch unterstützen kann.

Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich nach Anspruch 3, weil die Herstellung der radienförmig konkaven Abschrägung bei einem radial, nach innen gerichteten Zahn vom Bearbeituiigswerkzeug her gesehen besonders günstig ist, ohne dabei auf die Vorteile oder einen Teil der Vorteile dieser Erfindung verzichten zu müssen.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Klauen-Schaltkupplung nach der Erfindung gemäß Anspruch 1,
F i g. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen

in radial nach außen gerichteten Schaltzahn bei konvexer Ausbildung nach Anspruch 2 und 3,

F i g. 3 einen vergrößerten Teüschnitt durch einen radial nach innen gerichteten Schaltzahn bei konkaver Ausbildung nach Anspruch 2 und 3,

Fig.4 einen Teüschnitt durch eine Klauen-Schaltkupplung nach der Erfindung und Anspruch 4.

Die in F i g. 1 teilweise dargestellte Klauen-Schaltkupplung besteht in diesem Beispiel aus einem dauernd im Eingriff stehenden Zahnrad 10, das über Lager 31 auf der Welle 30 drehbar, jedoch axial fest gelagert ist. Dieses Zahnrad 10 hat eine seitlich angeordnete Schaitverzahnung mit radial nach außen gerichteten Schaltzähnen 11, die an der, der Schiebemuffe 20 zugekehrten Stirnseite 12 krummlinig abgeschrägt sind.

Dabei beginnt diese krummlinige Abschrägung 12 am Zahnfuß 13 und läuft radial nach außen bis zum Zahnkopf 14.

Die Schaltmuffe 20 hat entsprechende nach innen gerichtete Schaltzähne 21, die sowohl die drehfest, jedoch axial verschiebbare Schiebemuffe 20 über einen ebenfalls auf der Welle 30 drehfest angeordneten Schiebemuffenträger verbindet, wie auch beim Schalten durch eine axiale Verschiebung in Richtung des Zahnrades 10 eine drehfeste Verbindung mit diesem Zahnrad ermöglicht.

Die Schaltzähne 21 dieser Schiebemuffe 20 weisen an der, dem Zahnrad 10 zugekehrten Stirnseite 22, den Schaltzähnen 11 am Zahnrad 10 entsprechende krummlinige Abschrägungen auf, so daß sich bei Annäherung der Schiebemuffe 20 an das Zahnrad 10 eine Deckung dieser Abschrägungen in einem mittleren Bereich ergibt, weil die Krümmung der Abschrägung 22 an der Schiebemuffe 20 flacher ist, verglichen mit der Krümmung der Abschrägung 12 am Schaltzahn 11 des Zahnrades.

Ist zwischen dem Zahnrad 10 und der Schiebemuffe 20 ein Drehzahl-Unterschied, stößt die krummlinige Abschrägung 22 der Schaltzähne 21 der Schiebemuffe 20 auf die entsprechenden Abschrägungen 12 der Schaltzähne 11 vom Zahnrad 10.

Die Beanspruchung dieser Fläche kann sehr hoch sein, so daß die Vergrößerung bei krummliniger Ausführung sehr vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus ist die Synchronisierungswirkung ebenfalls besser, da bei dieser Ausgestaltung es zu keiner Hemmung an den Abschrägungen kommen kann.

Ist nahezu Gleichlauf erreicht, können die Schaltzähne 21 der Schiebemuffe 20 in die entsprechenden Schaltzähne 11 des Zahnrades eingreiten und das Drehmoment z. B. von dem Zahnrad 10 über die Schiebemuffe 20, den Schiebemuffenträger 40 auf die Welle 50 und damit z. B. auf die Räder eines Kraftfahrzeuges übertragen.

In Fig. 2 ist ein mit einer kreisbogenförmigen Abschrägung 120 eines radial nach außen gerichteten Schaltzahnes 11 dargestellt nach Anspruch 2 und 3.

Der Kreisbogen 120 für die gekrümmte Abschrägung ist dabei durch einen Radius R 1, der nach Anspruch 2 in

vorteilhafter Weise zwischen dem 1,5- bis lOfachen der Zahnhöhe 15, 25 liegen soll, und dem Winkel der Tangenten mit minimal 25° und maximal 75° zur Mittellinie der Schaltzähne diffiniert, wobei dieser Kreisbogen am Zahnfuß 13 beginnt und bis zum Zahnkopf 14 verläuft, so daß sich gegenüber dem Zahnfuß 13 ein k.irzerer Zahnkopf 14ergibt.

In F i g. 3 ist ein zur F i g. 2 entsprechender Schaltzahn 21 der Schiebemuffe 20 dargestellt, der mit dem Schaltzahn 11 zusammenwirkt. Der Kreisbogen 220 der am Zahnfuß 23 angesetzt ist, entspricht in der Richtung dem Kreisbogen 120 aus Fig.2, ist aber etwas größer, so daß sich die Deckung nur im mittleren Bereich ergeben kann.

In F i g. 4 sind die mit unterschiedlichen Kreisbogen 120, 220 versehenen Abschrägungen der Schaltzähne 11,21 noch einmal dargestellt, so daß bei Nichtsynchronismus sich eine Berührung nur in einem mittleren Bereich A ergibt. Die Abschrägung im Bereich der

ίο Zahnköpfe 140,240 kommen nicht zur Anlage.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Klauen-Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe, bei der mindestens ein dauernd im Eingriff stehendes, auf einer Welle gelagertes Zahnrad über eine erste an ihm angebrachte Schaltverzahnung sowie eine zweite an einer Schaltmuffe angebrachte Schaltverzahnung mit dieser Welle drehfest verbindbar ist und bei der die beiden einander zugekehrten, als Abweisflächen dienenden Stirnseiten der zusammenarbeitenden Schaltzähne (Schaltklauen) vom Zahnfuß ausgehend zum Zahnkopf hin im selben Neigungssinne abgeschrägt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen (12) der einen Schaltverzahnung (11) konvex und die Abschrägungen (22) der anderen Schaltverzahnung (21> konkav gekrümmt sind und nicht deckungsgleich verlaufen.

2. Klauen-Schaltkupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

— mindestens eine der Abschrägungen (12,22) der Schaltzähne (11,21) ist kreisbogenförmig,

— die Tangenten der Kreisbogen liegen zwischen einem Winkel von 25° und 75° bezogen auf die Längsachse (16,26) der Schaltzähne (11,21).