DE4106503C1 - Load stressed gear change transmission - has friction clutch actuator with two compression rings, one axially fixed, another axially shiftable and both rotatable - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein unter Last schaltbares Getriebe mit zumindest zwei parallelen Wellen zur Darstellung verschiedener Überset­ zungsstufen, die untereinander paarweise im ständigen Eingriff befindliche Zahnräder tragen, von denen jeweils eins mit der zugehörigen Welle mittels einer durch eine axial wirksame Betätigungsanordnung schaltbaren Reibungs­ kupplung kuppelbar ist.

Klassische Automatikgetriebe unter Verwendung von Pla­ netengetrieben erfüllen als Vier-Gang-Getriebe mit direkt angetriebenen größten Gängen unter Ausschaltung des Wand­ lers hohe Ansprüche bezüglich Komfort und Ökonomie. Sie sind jedoch technisch aufwendig und teuer.

Doppelkupplungsgetriebe (Porsche PDK-Getriebe) die prinzi­ piell nach Art üblicher Schaltgetriebe aufgebaut sind, können ebenfalls ohne Zugkraftunterbrechung schalten. Die doppelte Kupplung und die Wellenführung mit Hohlwelle und Innenwelle erhöht den Bauaufwand.

Automatisierte mechanische Getriebe, die im Aufbau voll­ kommen herkömmlichen Schaltgetrieben entsprechen und bei denen ausschließlich der Kupplungsvorgang automatisiert ist, sind im Nachteil bezüglich der Zugkraftunterbrechung. Weiterhin sind sie aufwendig für die angebotene Leistung.

Aus der GB 15 82 237 ist ein automatisch schaltbares Ge­ triebe bekannt, bei dem anstelle von Schaltmuffen hydrau­ lisch betätigbare Reibungskupplungen treten. Die Zuführung von Druckmittel über axiale Wellenbohrungen und dessen Regelung ist zu kompliziert für eine kostengünstige Fer­ tigung und einen störungssicheren Betrieb.

In der nachveröffentlichten, älteren DE 39 28 816 A1 und dem Hauptpatent 40 07 506 C1 ist ein Getriebe der eingangs genannten Art beschrieben, das sich dadurch aus­ zeichnet, daß die Betätigungsanordnung der Reibungs­ kupplungen jeweils einen ersten relativ zur Welle drehba­ ren und axial festen Verstellring und einen zweiten rela­ tiv zur Welle drehbaren und axial verschiebbaren Druckring aufweist, die um einen begrenzten Winkelbetrag gegeneinan­ der verdrehbar angeordnet sind, daß in den einander gegen­ überliegenden Stirnflächen von Druckring und Verstellring in Umfangsrichtung verlaufende Rillenpaare für mindestens drei Wälzkörper mit jeweils im Gegensinne veränderlicher Tiefe vorgesehen sind, daß der Druckring über ein Axial­ drucklager auf die Reibungskupplung einwirkt und Verstell­ ring und Druckring über eine radial an einem der beiden angreifende Verdrehanordnung relativ zueinander verdrehbar und über die Wälzkörper und Rillenpaare gegeneinander spreizbar sind. Die Verdrehanordnung des Verstellrings umfaßt dabei eine motorbetätigte Schnecke oder ein Ritzel.

Zur Einleitung dieser Drehbewegung wird eine vereinfachte Verdrehanordnung mit einem Zahnradtrieb bevorzugt, der mittels eines Elektromotors angetrieben wird, wobei ein Zahnrad am verzahnten Rand des jeweiligen Verstellrings eingreifen kann. Es hat sich erwiesen, daß der E-Motor- Strom vorteilhaft in gepulster Form geregelt werden kann. Dadurch ist der Hystereseverlust in Auf- und Abbau des Reibkupplungsaxialdrucks wesentlich günstiger, mit der Folge einer guten Anpassung der simultanen Aus- und Ein­ rückvorgänge der zwei zu schaltenden Kupplungen. Weiterhin bietet die gepulste Form des E-Motor-Stroms eine sehr wirtschaftliche Basis für die elektronische Regelung von zwei simultan zu betätigenden Elektromotoren.

Die Verdrehanordnung zum Betätigen der Spreizmechanismen kann bevorzugt mit einer Bremse gekoppelt werden, derart, daß im Augenblick eines stromlos gesetzten Elektromotors die Bremswirkung den jeweiligen Spreizmechanismus in seiner Stellung hält. Beim Wiederanschalten des Stroms löst sich die Bremse. Diese Bremse kann in einer günstigen Auslegung als elektromagnetisch betätigte Federbremse funktionieren und entweder direkt am Elektromotor montiert oder im Verdrehanordnungsgehäuse eingebaut sein.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Betätigungsanordnung in Bezug auf den Bauraum und die Wirksamkeit für das Getriebe vorzuschlagen.

Dies wird dadurch gelöst, daß die Betätigungsan­ ordnung der Reibungskupplungen jeweils wenigstens einen ersten relativ zur Welle drehbaren und axial festen Ver­ stellring und wenigstens einen zweiten relativ zur Welle drehbaren und axial verschiebbaren Druckring aufweist, die um einen begrenzten Winkelbetrag gegeneinander verdrehbar angeordnet sind, daß in den einander gegenüberliegenden Stirnflächen von Druckring und Verstellring in Umfangs­ richtung verlaufende Rillenpaare für mindestens drei Wälz­ körper mit jeweils im Gegensinne veränderlicher Tiefe vorgesehen sind, daß der Druckring über ein Axialdruckla­ ger auf die Reibungskupplung einwirkt und Verstellring und Druckring über eine Verdrehanordnung relativ zueinander verdrehbar und über die Wälzkörper und Rillenpaare gegen­ einander spreizbar sind, wobei die vorgenannten Teile einen Spreizmechanismus bilden, daß die Reibungs­ kupplung den Spreizmechanismus zumindest teilweise radial umfaßt, und daß die Verdrehanordnung an einer Außenschei­ be, die mit dem Verstellring verbunden ist, an diesem angreift und einen Rädertrieb und/oder Kettentrieb umfaßt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei einem ausreichenden Abstand zwischen den Antriebs- und Abtriebswellen eine derartige Betätigungsanordnung mit von den Druckschriften DE 39 28 816 A1 bzw. DE 40 07 506 C1 abweichender Zuordnung von Reibungskupplungen und Spreizmechanismus günstig vervendbar ist. Die neue Anordnung bietet u. a. den Vorteil einer kürzeren Baulänge und eines größeren effek­ tiven Lamellenreibradius gegenüber der Auslegung in den früheren Anmeldungen. Das erfindungsgemäße radiale Um­ fassen des Spreizmechanismus durch die Reibungskupplung setzt ein entsprechendes Durchmesserverhältnis voraus, das unter radialer Verkleinerung des Spreizmechanismus und/oder radialer Vergrößerung der Reiblamellen der Rei­ bungskupplung erzielt werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Gezeigt ist in:

Fig. 1 Halbschnitt in Wellenlängsrichtung durch ein unter Last schaltbares Getriebe der Gattung der erfin­ dungsgemäßen Auslegung,

Fig. 2 Längsschnitt der Reibungskupplung-Spreizmechanis­ mus Anordnung gemäß den Druckschriften DE 39 28 816 A1 und DE 40 07 506 C1,

Fig. 3a Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Reibungs­ kupplung-Spreizmechanismus-Anordnung,

Fig. 3b Ansicht der Stirnseite eines Druckringes des Spreizmechanismus 3a.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die beiden Wellen 16, 19 eines gattungsgemäßen Getriebes, die in einem Gehäuse 20 parallel zueinander liegen und wälzgelagert sind. Dieses umfaßt fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang. Die nachstehend als Schaltmechanismen bezeichneten Rei­ bungskupplung-Spreizmechanismus-Anordnungen, in dreifacher Ausführung für je zwei Gänge pro Mechanismus befinden sich zwischen den Zahnpaarungen der jeweiligen Gänge - ähnlich den Synchronringschiebemuffen in herkömmlichen manuell schaltbaren PKW-Getrieben. Die Schaltmechanismen können entweder auf der oben liegenden Antriebswelle 19 oder, wie dargestellt, auf der unten angeordneten Abtriebs- bzw. Vorgelegewelle 16 montiert werden. Wenn, wie ersichtlich, in der Antriebswelle integrierte Ritzel für den ersten Gang sowie den Rückwärtsgang eingebaut werden, ist die Anordnung der betreffenden Schaltmechanismen nur an der Abtriebswelle 16 sinnvoll. Je nach Motordrehmoment, Gang­ übersetzung und zulässiger Reiblamellenpressung ist die Anzahl der Lamellen im jeweiligen Gang zu bestimmen. Dabei wird die Anzahl der Lamellen auch durch die maximal zu­ lässige Axialkraft an den jeweils zwei mitbeanspruchten Nadelrollenlagern bestimmt.

Durch in Kreisen stehende Ziffern sind die Zahnpaarungen der Gänge mit "1" bis "5" und der Rückwärtsgang mit "R" bezeichnet.

Der Schaltmechanismus in der vorangemeldeten Art, Fig. 2, besteht erstens aus einem drehbaren Verstellring 1 dessen Drehbereich begrenzt ist. Der Verstellring 1 ist durch eine Verzahnung 8 von einem nicht gezeigten Antrieb in beiden Richtungen drehbar. Durch Drehen des Verstellrings 1 wird über Spreizrillen 15 und Kugeln 12, Druckring 2, Axiallager 3 und Druckplatte 7 die Reibungskupplung 11 axialer Kraft ausgesetzt. Der Druckring 2 ist durch eine Nut-Zunge-Anordnung 14, 13 drehgesichert.

Die axiale Kraft an der Reibungskupplung 11 wirkt sich über das Lamellengehäuse 10, danach vorzugsweise über eine reibungsarme axiale Lagerung und einen axial abgestützten Zahnradlagerring 14 auf die Abtriebswelle 16 ein.

Die Reaktionskraft des Verstellrings 1 wird über Lager 5 auf eine Stützscheibe 6 und Abtriebswelle 16 ein.

Die erfindungsgemäße Alternative zu dem Schaltmechanismus gemäß Fig. 2 ist der Schaltmechanismus nach Fig. 3a und 3b. Die zwei begrenzt drehbaren Verstellringe 1 werden in beiden Drehrichtungen von einer Außenscheibe 1a - ggfs. in Form eines Scheibensektors - durch eine am Umfang vorge­ sehene Verzahnung 8 angetrieben. Die Außenscheibe 1a ist in axial schiebbarem Eingriff mit zumindest einer der zwei Verstellringe 1, um die Montierbarkeit zu ermöglichen. Einer der Verstellringe 1 kann axial fest zur Außenscheibe 1a angeordnet werden.

Beim Drehen der Außenscheibe 1a und damit des Verstell­ ringes 1 wird je nach Drehrichtung eine der Reibungs­ kupplungen 11 einer axialen Kraft ausgesetzt. Der Kraft­ schluß erfolgt über einen nicht-drehbaren Druckring 2 und ein Axiallager 3. Die Drehsicherung des Druckrings 2 ist in Form einer Nut-Zunge-Anordnung 18, 17 ausgeführt, wobei die Zunge 17 mit einem gehäusefesten Teil des Gehäuses verbunden ist. Die axiale Kraft auf die Reibungskupplung 11 wirkt weiter über das Lamellengehäuse 10, danach vor­ zugsweise über eine reibungsarme axiale Lagerung und eine axial abgestützte Zahnradlagerungshülse 14 auf die Ab­ triebswelle 16 ein.

Die Reaktionskraft des Verstellrings 1 wird über ein Axiallager 5 von der einzigen Stützscheibe 6 abgefangen.

Ein Käfigblech 13 wird vorzugsweise die Kugeln 12 in Um­ fangsrichtung konstant zueinander halten.

Wenigstens zwei Zugfedern 9 dienen der Aufrechterhaltung des Luftspiels zwischen den Reiblamellen, wenn die Rei­ bungskupplung 11 nicht eingerückt ist. Verhindert dadurch auch wird die Bildung eines Luftspiels in den Kugelrillen 15. Dies ist auch für die einwandfreie Funktion des Spreizmechanismus von Vorteil.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung werden im Automobilgetriebebau bei einem Lamellengehäuse-Außendurch­ messer von ca. 75 mm und größer besonders auswirken. Vor­ teile werden sich ergeben:

• - kürzere Baulänge und infolgedessen eine kürzere Ge­ triebelänge
• - Reiblamellen mit größerem Reibradius und kleinerer radialen Breite
• - geringere Axialkraft an der Reibungskupplung und des­ wegen weniger beanspruchte Axiallagerung.

Die Verbindung zwischen Außenscheibe 1a und Verstellring 1 kann durch einen Scheibensektor, einen Radialsteg, ein­ zelne Speichen oder in anderer Weise erfolgen, die eine kurze axiale Baulänge ermöglicht. Die Druckringe 2 können in Anpassung daran - wie dargestellt - im Axialhalbschnitt mehrfach gekröpft sein, um ebenfalls eine kurze axiale Baulänge sicherzustellen.

Bezugszeichenliste

 1 Verstellring
 1a Außenscheibe - Verstellring
 2 Druckring
 3 Axiallager - Druckring/Druckplatte
 4 Radiallager - Verstellring
 5 Axiallager - Verstellring/Stützring
 6 Stützscheibe
 7 Druckplatte
 8 Verzahnung - Verstellring
 9 Zugfeder - Druckringe
10 Kupplungsgehäuse
11 Reibungskupplung
12 Kugel
13 Kugelkäfig
14 Zahnradlagerungshülse
15 Kugelrillen
16 Abtriebswelle
17 Eingriffsfeder
18 Drehsicherungsnut
19 Antriebswelle
20 Gehäuse

Claims (5)

1. Unter Last schaltbares Getriebe mit zumindest zwei parallelen Wellen zur Darstellung verschiedener Über­ setzungsstufen, die untereinander paarweise im stän­ digen Eingriff befindliche Zahnräder tragen, von denen jeweils eins mit der zugehörigen Welle mittels einer durch eine axial wirksame Betätigungsanordnung schalt­ baren Reibungskupplung (11) kuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betätigungsanordnung der Reibungskupplung (11) jeweils wenigstens einen ersten relativ zur Welle drehbaren und axial festen Verstellring (1) und wenig­ stens einen zweiten relativ zur Welle drehbaren und axial verschiebbaren Druckring (2) aufweist, die um einen begrenzten Winkelbetrag gegeneinander verdrehbar angeordnet sind,
daß in den einander gegenüberliegenden Stirnflächen von Druckring (2) und Verstellring (1) in Umfangsrich­ tung verlaufende Rillenpaare (15) für mindestens drei Wälzkörper (12) mit jeweils im Gegensinne veränderli­ cher Tiefe vorgesehen sind,
daß der Druckring (2) über ein Axialdrucklager (3) auf die Reibungskupplung (11) einwirkt und Verstellring (1) und Druckring (2) über eine Verdrehanordnung rela­ tiv zueinander verdrehbar und über die Wälzkörper (12) und Rillenpaare (15) gegeneinander spreizbar sind, wobei die vorgenannten Teile einen Spreizmechanismus bilden,
daß die Reibungskupplung (11) den Spreizmechanismus zumindest teilweise radial umfaßt, und
daß die Verdrehanordnung über eine Verzahnung (8) an einer Außenscheibe (1a), die mit dem Verstellring (1) verbunden ist, an diesem angreift und einen Rädertrieb und/oder Kettentrieb umfaßt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehanordnung einen Antriebsmotor aufweist, der die Außenscheibe (1a) über eine Stirn- und/oder Kegelradverzahnung antreibt.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehanordnung eine Bremsvorrichtung aufweist, die bei Betätigung der Verdrehanordnung simultan freigeschaltet wird.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verstellringe (1) zwischen zwei Druckringen (2) liegen und mit diesen jeweils über in Rillenpaaren (15) gehaltene Wälzkörper (12) in einer abstützenden Axialanlage sind.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verstellringe (1) über jeweilige Axial­ drucklager (5) von einer einzigen Stützscheibe (6) auf der Abtriebswelle (16) abgestützt sind.