DE3918170C2 - Gangschalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gangschalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Gangschalteinrichtung ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 35 13 279. Dort wird ein Zahnräder-Wechsel­ getriebe beschrieben, bei dem eine mit Eingriffsverzahnungen versehene Schiebemuffe vorgesehen ist, die jeweils mit an den Gangzahnrädern angeordneten Mitnahmeverzahnungen in Eingriff bringbar ist. Die zumindest bei Zugbetrieb aneinander anliegen­ den Zugflanken dieser Verzahnungen weisen einen derartigen Hinterschnittwinkel auf, daß während des Anliegens eines ober­ halb eines Mindestwertes liegenden Zugmomentes des Antriebs­ motors die Verzahnungen im Eingriff haltende Haltekräfte erzeugt werden. Auf die Schiebemuffe wirken zumindest zeitweise und dann kontinuierlich von Federelementen erzeugte Ausrückkräfte, die bei Unterschreitung eines Mindestzugmomentes des Antriebs­ motors die Verzahnungen selbsttätig außer Eingriff bringen.

Bei dem in der DE-OS 35 13 279 beschriebenen Ausführungsbeispie­ len sind die die Ausrückkraft erzeugenden Federelemente in eine Betätigungseinrichtung der Schiebemuffe integriert. Aufgrund der ständig vorliegenden Reibung zwischen Schiebemuffe und Betätigungseinrichtung ist das die Ausrückung zulassende Mindestzugmoment des Antriebsmotors nur schwer reproduzierbar einzustellen, so daß konstruktive Zusatzmaßnahmen notwendig werden. Es wird in der DE-OS 35 13 279 darauf hingewiesen, daß diese konstruktiven Zusatzmaßnahmen entbehrlich sind, wenn eine die Rückstellkraft ausübende Feder unmittelbar an der Schiebemuffe angreifen würde. Zur Umsetzung dieses Prinzips werden jedoch keine weiteren Hinweise gegeben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die für gattungs­ gemäße Gangschalteinrichtungen erarbeiteten Lösungen weiterzu­ entwickeln und weitere sinnvolle Lösungen insbesondere im Hin­ blick auf leichte Montierbarkeit und kompakte Bauweise bereit­ zustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Erfindungsgemäß ist die Schiebemuffe bei Unterschreitung eines vorgebbaren Drehmomentbetrages an dem im Formschluß befindlichen Gangzahnrad selbsttätig ausrückbar, indem unmittelbar auf die Schiebemuffe einwirkende Federelemente vorgesehen sind, welche am Synchronkörper angeordnet und über Mitnahmemittel mit der Schiebemuffe verbindbar sind. Diese Federelemente sind so in dem Synchronkörper angeordnet, daß sie von diesem sowohl in ihrer axialen als auch in ihrer radialen Ausdehnung nahezu vollständig umschlossen werden. Damit wird im Vergleich zu bekannten synchrongliederfreien Zahnräder-Wechselgetrieben kein zusätzlicher Bauraum notwendig, so daß für die konstruk­ tive Verwirklichung der Erfindung von den Getriebegliedern bekannte Zahnräder-Wechselgetriebe nur der Synchronkörper und die Schiebemuffe konstruktiven Änderungen unterliegen.

Bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind blattfeder­ artige Federelemente vorgesehen, die an einem Ende vom Synchron­ körper gehalten werden und am anderen Ende in eine Nut der Schiebemuffe greifen. Auf diese Weise wird eine federelastische Verbindung zwischen der Schiebemuffe und dem Synchronkörper hergestellt. In weiteren Abwandlungen dieses Prinzips können beispielsweise auch Federzungen vorgesehen sein, welche am Synchronkörper angeordnet sind und an einer Schulter der Schiebe­ muffe anliegen.

Ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel sieht min­ destens drei Federelemente vor, die über dem Umfang des Synchron­ körpers weitestgehend gleichmäßig verteilt sind. Die Feder­ elemente und die zugehörigen Mitnahmemittel sind auf einer angeordnet, welche mit dem Synchronkörper formschlüssig ver­ bindbar ist. Die Halteeinrichtung besteht im wesentlichen aus mindestens zwei Führungselementen, die verdrehgesichert in seitlichen Ausnehmungen des Synchronkörpers angeordnet und über bolzenartige Stege miteinander verbindbar, sind. Diese Verbindung kann sowohl lösbar als auch unlösbar ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise sind die bolzenartigen Stege in radialen Ausnehmungen des Synchronkörpers angeordnet.

Die Mitnahmemittel sind vorzugsweise so ausgestaltet, daß sie von den bolzenartigen Stegen gehalten werden können. Zur Beauf­ schlagung der Federelemente durch eine Schulter der Schiebe­ muffe ist an den Mitnahmemitteln ein Hakensteg vorgesehen, welcher mit der Schulter formschlüssig verbindbar ist. Wird die Schiebemuffe zur Herstellung einer formschlüssigen Verbin­ dung betätigt, bewegt sie das Mitnahmemittel über den Haken­ steg ebenfalls in Betätigungsrichtung. Das vorzugsweise auf einem Bolzen angeordnete Federelement wird durch eine Federauf­ nahme des Mitnahmemittels beaufschlagt und mit fortschreitender Bewegung der Schiebemuffe zunehmend verspannt. Die Abstützung der immer größer werdenden Federvorspannung erfolgt über ein zweites Mitnahmemittel, welches die Funktion des ersten Mit­ nahmemittels bei entgegengesetzter Schiebemuffenbewegung dar­ stellt.

Der im wesentlichen aus Halteeinrichtung, Mitnahmemitteln und Federelementen bestehende Rückstellmechanismus kann mit dem Synchronkörper komplett vormontiert werden, so daß anschließend eine großserienfreundliche automatisierte Getriebemontage möglich ist.

Die für die Halteeinrichtung und die Mitnahmemittel notwendi­ gen Einzelteile können technologisch problemlos als kosten­ günstige Massenartikel hergestellt werden.

Im Hinblick auf eine ordnungsgemäße Arbeitsweise der gesamten Gangschalteinrichtung ist für die Federelemente eine besondere Auslegung der Federsteifigkeit wünschenswert. Erfindungsgemäß ist die Federsteifigkeit so bemessen, daß einerseits zur Herstel­ lung der formschlüssigen Verbindung zwischen Synchronkörper und Gangzahnrad auf dem Verschiebeweg der Schiebemuffe nur ein geringer Anstieg der Betätigungskraft erforderlich ist, und daß andererseits eine ausreichend schnelle, selbsttätige Bewegung der Schiebemuffe in die Neutralstellung realisierbar ist. Dabei ist anzustreben, daß während der selbsttätigen Ver­ schiebung der Schiebemuffe in die Neutralstellung die Verschiebe­ geschwindigkeit der Schiebemuffe auf dem größeren Teil des Verschiebeweges nahezu konstant ist. Bei der Bemessung der Federsteifigkeit ist die zu bewegende Masse der Schiebemuffe und die Viskosität des Getriebeschmieröls in Betracht zu ziehen. Die erfindungsgemäße Anordnung der Federelemente ermöglicht gegenüber den bisher bekannten konstruktiven Ausführungen eine verbesserte Anpassung an den vorgebbaren Drehmomentbetrag, bei welchem eine selbsttätige Unterbrechung der Zugkraft durch Verschiebung der Schiebemuffe in die Neutralstellung einsetzen soll. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird der Reibungsein­ fluß so weit reduziert, daß temperaturbedingte Schwankungen der ölviskosität nur noch von untergeordneter Bedeutung sind. Außerdem wird die Zeitspanne vom Zeitpunkt der Unterschreitung des vorgebbaren Drehmomentbetrages bis zur Beendigung des Rück­ stellvorganges der Schiebemuffe verkürzt. Diese für die Funktion der gesamten Gangschalteinrichtung wichtigen Vorteile gehen einher mit der bereits erwähnten leichten Montierbarkeit und der platzsparenden Bauweise.

In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1: in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus einem Zahnräder-Wechselgetriebe und

Fig. 2: die Draufsicht auf ein Mitnahmemittel sowie

Fig. 3: eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Mitnahmemittels.

Fig. 1 zeigt eine Getriebewelle 1, auf der unverdrehbar und axial im wesentlichen unverschiebbar ein Synchronkörper 2 gehal­ ten ist. Auf der Getriebewelle 1 drehbar gelagert sind Gangzahn­ räder 3 und 4, welche mit Verzahnungseinrichtungen 5 und 6 starr verbunden sind. Durch eine mit Verzahnungen 7.1 und 7.2 versehene Schiebemuffe 7 sind die Getriebewelle 1 und der Syn­ chronkörper 2 über die Verzahnungseinrichtungen 5 und 6 mit den Gangzahnrädern 3 und 4 formschlüssig verbindbar. In Aus­ nehmungen 8 des Synchronkörpers 2 sind ein erstes Mitnahme­ mittel 9 und ein zweites Mitnahmemittel 10 angeordnet, zwischen denen ein vorspannbares Federelement 11 gehalten ist. Über eine Schulter 12 sind die Mitnahmemittel 9 und 10 mit der Schiebemuffe 7 formschlüssig verbindbar. Das Federelement 11 sowie die Mitnahmemittel 9 und 10 werden von einer nicht bezif­ ferten Halteeinrichtung aufgenommen, die im wesentlichen aus Führungselementen 13 und 14 besteht, welche über einen bolzen­ artigen Steg 15 miteinander verbunden sind. Die hier scheiben­ förmig ausgebildeten Führungselemente 13 und 14 sind in seit­ lichen Ausnehmungen 16 und 17 des Synchronkörpers 2 angeordnet.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf das erste Mitnahmemittel 9, das im wesentlichen eine Federaufnahme 9.1 sowie einen Hakensteg 9.2 aufweist, welcher mit der Schulter 12 der Schaltmuffe 7 formschlüssig verbindbar ist. Die Öffnung 9.3 wird von dem bolzenartigen Steg 15 durchdrungen und dient zusammen mit den beiden anderen Öffnungen der Fixierung des ersten Mitnahme­ mittels 9. Das zweite Mitnahmemittel 10 gleicht in seinem Aufbau dem Mitnahmemittel 9. Entsprechend ist die Federaufnahme mit 10.1, der Hakensteg mit 10.2 und die Öffnung mit 10.3 bezeich­ net. Das zweite Mitnahmemittel 10 ist jedoch in der Halteein­ richtung dem ersten Mitnahmemittel entgegengesetzt angeordnet.

Fig. 3 verdeutlicht die Ausbildung der Hakenstege 9.2 am Mit­ nahmemittel 9.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Gangschalteinrichtung befindet sich die Schaltmuffe 7 in einer Neutralstellung. Zwischen den Gangzahnrädern 3 oder 4 und der Getriebewelle 1 besteht kein Formschluß, so daß auch kein Motormoment übertragen werden kann. Zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung ist die Schiebemuffe 7 beispielsweise in Pfeilrichtung A zu bewe­ gen, bis die Verzahnung 72 mit der Verzahnungseinrichtung 6 im Eingriff steht. Bei dieser Bewegung wird das zweite Mit­ nahmemittel 10, das über den Hakensteg 10.2 mit der Schulter 12 formschlüssig verbunden ist, mitgeführt und beaufschlagt das Federelement 11. Das Federelement 11 stützt sich wiederum über über das erste Mitnahmemittel 9, das erste Führungselement 14, den bolzenartigen Steg 15 und das zweite Führungselement 13 an dem Synchronkörper 8 ab. Üblicherweise erfolgt die Bewegung der Schiebemuffe 7 über eine Betätigungseinrichtung, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Bei der erfindungsgemäßen Gangschalteinrichtung wird die Schiebemuffe 7 von der Betäti­ gungseinrichtung nicht weiter beaufschlagt, wenn durch die Verzahnungen 7.1 oder 7.2 sowie den Verzahnungseinrichtungen 5 oder 6 eine formschlüssige Verbindung besteht. Bei Überschrei­ tung eines vorgebbaren Drehmomentbetrages beispielsweise am Gangzahnrad 4 bleibt der Gang auch ohne Beaufschlagung der Schiebemuffe 7 durch die Betätigungseinrichtung eingelegt, weil die Verzahnungsgeometrie zwischen Schiebemuffe 7 und Ver­ zahnungseinrichtung 6 so ausgeführt ist, daß eine Selbsthaltung eintritt. Somit wirken nach der Bewegung der Schiebemuffe 7 in Pfeilrichtung A während der Selbsthaltung im wesentlichen zwei einander entgegengerichtete Kräfte. Einer in der Verzah­ nung wirkenden Haltekraft, deren Betrag abhängig ist von dem am Gangzahnrad 4 anliegenden Drehmoment, ist eine Rückstellkraft des Federelementes 11 entgegengesetzt. Bei Unterschreitung eines vorgebbaren Drehmomentbetrages am Gangzahnrad 4 wird der Betrag der Haltekraft geringer als der Betrag der Rückstell­ kraft, so daß die Schiebemuffe 7 durch die Rückstellkraft des Federelementes 11 über den Hakensteg 10.2 und die Schulter 12 wieder in die Neutralstellung zurückbewegt wird. Für diese Neutralstellung ist die axiale Ausdehnung der Schulter 12 so bemessen, daß die Mitnahmemittel 9 und 10 an den Führungselemen­ ten 13 und 14 zur Anlage kommen und daß die Hakenstege 9.2 und 10.2 spielfrei an der Schulter 12 anliegen. Auf diese Weise wird für die Schiebemuffe 7 in der Neutralstellung eine definier­ te Position gewährleistet und ein unkontrolliertes Verrutschen der Schiebemuffe 7 vermieden.

Über diese funktionell günstigen Eigenschaften hinaus ist die erfindungsgemäße Gangschalteinrichtung auch leicht montierbar. Der Synchronkörper 2 sowie der gesamte aus Federelementen 11, Mitnahmemitteln 9, 10 sowie Führungselementen 13, 14 und bolzen­ artigen Stegen 15 bestehende Rückstellmechanismus können dabei zu einer kompletten Baugruppe vormontiert werden. Es können beispielsweise zunächst die Stege 15 mit dem Führungselement 14 zusammengefügt werden. Auf diesem Teileverbund wird das Mitnahmemittel 9 angeordnet, indem die bolzenartigen Stege 15 die Öffnungen 9.3 durchdringen. Anschließend werden die Federelemente 11 auf die bolzenartigen Stege 15 geschoben. Dieser Teilzusammenbau wird so in den Synchronkörper 2 eingelegt, daß das Führungselement 14 verdrehgesichert in einer seitlichen Ausnehmung 17 des Synchronkörpers gehalten wird und die bolzen­ artigen Stege 15 die Ausnehmungen 8 durchdringen. Über die Öffnungen 10.3 wird das Mitnahmemittel 10 von den bolzenartigen Stegen 15 aufgenommen und über das zweite Führungselement 13 auf dem Bolzen fixiert. Das Führungselement 13 selbst kann mit dem bolzenartigen Steg 15 beispielsweise verschraubt oder vernietet werden. Die so vormontierte Baugruppe ist dann be­ sonders geeignet für eine automatisierte Montage von Zahnräder- Wechselgetrieben.

Claims (12)

1. Gangschalteinrichtung für ein Zahnräder-Wechselgetriebe mit einem auf einer Getriebewelle (1) unverdrehbar und axial im wesentlichen unverschiebbar gehaltenen Synchronkörper (2), mit einer axial verschiebbaren Schiebemuffe (7) zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Synchronkörper (2) und bestimmten Gängen des Getriebes zugeordneten Gangzahnrädern (3, 4), die auf der Getriebewelle (1) drehbar gelagert sind und mit auf benachbarten Getriebewellen gehaltenen Zahnrädern in Kämmeingriff stehen, wobei zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung die Schiebemuffe (7) aus einer Neutralstellung heraus, in der die formschlüssige Verbindung aufgehoben ist, gegen die Rückstellkraft mindestens eines unmittelbar der Schiebemuffe zugeordneten Federelements (11) betätigbar ist, und wobei die Schiebemuffe (7) bei Unterschreitung eines vorgebbaren Drehmomentbetrages an dem im Formschluß befindlichen Gangzahnrad durch die Rückstellkraft des Federelements (11) selbsttätig in die Neutralstellung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (11) am Synchronkörper (2) angeordnet und über zwei Mitnahmemittel (9, 10) mit einer Schulter (12) oder Nut der Schiebemuffe (7) verbindbar ist.

2. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Synchronkörper mindestens ein blattfederartiges Federelement gehalten ist, das mit der Nut oder mit einer Schulter (12) der Schaltmuffe (7) formschlüssig verbindbar ist.

3. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens drei über den Umfang des Synchronkörpers (2) weitestgehend gleichmäßig verteilte Federelemente (11) vorgesehen sind.

4. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federelemente (11) und die Mitnahmemittel (9, 10) auf einer Halteeinrichtung angeordnet sind, die mit dem Synchronkörper (2) formschlüssig verbindbar ist.

5. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halteeinrichtung im wesentlichen aus mindestens zwei Führungselementen (13, 14) gebildet ist, die über bolzenartige Stege (15) miteinander verbindbar sind.

6. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungselemente (13, 14) verdrehgesichert in seitlichen Ausnehmungen (16, 17) des Synchronkörpers (2) angeordnet sind.

7. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die bolzenartigen Stege (15) lösbar mit den Füh­ rungselementen (13, 14) verbindbar sind.

8. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die bolzenartigen Stege (15) unlösbar mit den Führungselementen (13, 14) verbindbar sind.

9. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die bolzenartigen Stege (15) in Ausnehmungen (8) des Synchronkörpers (2) angeordnet sind.

10. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net; daß die Mitnahmemittel (9, 10) im wesentlichen je Federelement (11) eine Federaufnahme (9.1, 10.1) sowie einen Hakensteg (9.2, 10.2) aufweisen, welcher mit einer Schulter (12) der Schiebemuffe (7) formschlüssig verbindbar ist.

11. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß für das Federelement (11) eine Federsteifigkeit vorgesehen ist, durch die einerseits zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung zwischen Synchronkörper (2) und Gangzahnrad (3, 4) auf dem Verschiebeweg der Schiebe­ muffe (7) nur ein geringer Anstieg der Betätigungskraft erforderlich ist, und durch die andererseits eine ausreichend schnelle, selbsttätige Bewegung der Schiebemuffe (7) in die Neutralstellung realisierbar ist.

12. Gangschalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Federsteifigkeit des Federelementes (11) vorgesehen ist, bei der während der selbsttätigen Verschie­ bung der Schiebemuffe (7) in die Neutralstellung die Ver­ schiebegeschwindigkeit der Schiebemuffe (7) über den größeren Teil des Verschiebeweges nahezu konstant ist.