DE2855543C3

DE2855543C3 - Klauen-Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe

Info

Publication number: DE2855543C3
Application number: DE19782855543
Authority: DE
Inventors: Bert 7980 Ravensburg Ettwein
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE2855543B2; DE2855543A1

Description

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

Durch die US-PS 32 65 173 sind Klauen-Schaltkupplungen bekannt, wo die Schaltzähne (Schaltklauen) der zu kupplenden Getriebeteile an den Stirnseiten, die beim Schalten sich gegeneinander bewegen, in radialer Richtung 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 heifen, 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 auch 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 Klauenschaltung nicht.

Darüberhinaus ist die Herstellung einer solchen geradlinigen Abschrägung sehr schwierig, weil ja diese Abschrägungen bei den zusammenwirkenden Verzahnungen völlig deckungsgleich sein müssen. 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 bei Nichtsynchronismus weiter verringert wird, der synchrone Lauf der Schaltzähne möglichst rasch herbeigeführt werden kann, eine qualitative Herstellung einschließlich des Entgratprozesses leichter möglich ist und die Herstellkosten sich noch im Rahmen der Kosten einer Klauenschaltung bewegen.

Aus der DE-AS 14 25 835, Fig.2, ist zwar eine Abrundung in radialer Richtung an der Stirnseite des Zahnes 3 erkennbar, die sich aber zwangsläufig durch die gewollte, allgemein bekannte Abrundung nach Fig.3 und 5 dieser Schrift ergibt Die Verzahnung

ίο dieser Schrift kann deshalb diese Aufgabe weder erfüllen noch die Erfüllung nahelegen.

Diese Aufgabe wird vielmehr mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst
Die Krümmung der Abschrägungen ermöglicht eine erhebliche Vergrößerung der Oberfläche gegenüber einer geraden Fläche unter etwa gleichem Winkel zwischen Abschrägung und Längsachse der Schaltzähne. Dadurch wird der Zahnstoß weiter verringert Diese Vergrößerung wäre zwar auch durch einen noch kleineren Winkel erreichbar. Diese Lösung ist aber 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.
Es wächst mit verringertem Winkel zwischen gerader Abschrägung und Zahnmittellinie auch noch die Hemmung der beiden Flächen unkontrollierbar, so daß es zu erheblichen Beschädigungen der Schaltverzahnungen führen kann. Dieser Mangel tritt bei einer gekrümmten Abschrägung gar nicht oder nur bei sehr kleinen Winkeln, die schon aus anderen Gründen nicht möglich sind, auf.

Die größere Oberfläche der gekrümmten Abschrägungen ermöglicht auch einen größeren Synchronisierungseffekt, 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.

Obwohl auch die gekrümmten Abschrägungen nicht ohne Fertigungstolleranzen hergestellt werden können und Lagerspiel bei der erfinderischen Gestaltung einer Klauen-Schaltkupplung ebenfalls nicht völlig vermeidbar ist, wirken sich beide möglichen Abweichungen bei zwei zusammenwirkenden gekrümmt verlaufenden Flächen nicht so stark aus wie bei zwei ebenen Flächen. Das Entgraten (Anfasen) der gekrümmt abgeschrägten Schaltverzahnung ist sogar noch einfacher möglich, besonders an den Teilen, wo die Abschrägung konkav ausgebildet ist.

Ein besonderer Vorteil ist auch noch die Möglichkeit die Krümmung entsprechend den besonderen Erfordernissen wahlweise für die jeweiligen Teile konkav oder konvex zu gestalten.

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 Kreisbogen 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 Bearbeitungswerkzeug 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,

Fig.2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen radial nach außen gerichteten Schaltzahn bei konvexer Ausbildung nach Anspruch 2 und 3,

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

Die in Figur 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 Schaltverzahnung 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 innengerichtete Schaltzähne 21, die sowohl die drehfest, jedoch axial verschiebbare Schiebemuffe ?0 über einen ebenfalls auf der Welle 30 drehfest angeordneten Schiebemuffenträger 40 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 zugekehrtön 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 ergibt

Ist zwischen dem Zahnrad 10 und der Schiebemuffc 20 ein Drehzahlunterschied, stößt die krummlinige Abschrägung 22 der Schaltzähne 21 der Schiebemuffe 20 auf die entsprechenden Abschrägungen 12 der

ίο Schaltzähne 11 vom Zahnrad 10.

Die Beanspruchung dieser Fläche ist relativ hoch, so daß die Vergrößerung bei krummliniger Ausführung sehr vorteilhaft ist Darüberhinaus ist die Synchronisierungswirkung ebenfalls besser.

Ist nahezu Gleichlauf erreicht, können die Schaltzähne 21 der Schiebemuffe 20 in die entsprechenden Schaltzähne 11 des Zahnrades 10 eingreifen 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), 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 deffiniert, wobei dieser Kreisbogen am Zahnfuß 13 beginnt und bis zum Zahnkopf 14 verläuft, so daß sich gegenüber dem Zahnfuß 13 ein kürzerer Zahnkopf 14 ergibt.

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 dem Kreisbogen 120aus Fig. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Klauen-Schaltkupplung für Zahnräder-Wechselgetriebe, bei der mindestens ein dauernd im Eingriff stehendes, auf einer Welle gelagertes Zahnrad über die Schaltzähne dieses Zahnrades sowie einer Schaltmuffe mit dieser Welle drehfest verbunden wird und bei der die beiden einander zugekehrten, als Abweisflächen dienenden Stirnseiten der zusammenarbeitenden Schaltzähne (Schaltklauen) deckungsgleich von den Zahnfüßen aus zum Zahnkopf hin abgeschrägt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen (12,22) der Schaltzähne (U, 21) über ihre gesamte Länge gekrümmt verlaufen.

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

— die Abschrägungen (12,22) der Schaltzähne (11, 21) sind kreisbogenförmig,

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

3. Klauen-Schaltkupplung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen (12 bzw. 22) bei den radial nach außen gerichteten Schaltzähnen (11) konvex bzw. bei den radial nach innen gerichteten Schaltzähnen (21) konkav ausgebildet sind.