DE4413169C1

DE4413169C1 - Schaltvorrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe

Info

Publication number: DE4413169C1
Application number: DE4413169A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Sperber
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1994-04-15
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2014-04-16
Also published as: JP3242288B2; ITRM950200A0; US5547057A; ITRM950200A1; JPH0854028A; IT1278479B1; FR2718807A1; FR2718807B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art (US-PS 3,700,083) sind auch der Kopfkreis der inneren Kupplungs verzahnung der Schaltmuffe und der Fußkreis der Mitnahmeverzah nung des Schaltmuffenträgers konzentrisch zur Drehachse der Welle ausgebildet, was zur Folge hat, daß die im Bereich der Stützglieder liegenden Zähne der inneren Kupplungsverzahnung, welche die Mehrzahl der Zähne der inneren Kupplungsverzahnung ausmachen, deutlich verkürzt sein müssen, um eine radiale Über deckung mit dem an dieser Stelle nicht radial nach innen einfe derbaren Biege-Formfederelement zu vermeiden, damit die Schalt muffe mit ihrer inneren Kupplungsverzahnung bei Gleichlauf unge hindert über die Sperrverzahnung des Synchronringes in die äuße re Kupplungsverzahnung des Zahnrades einfahren kann. Dadurch wird die nutzbare Fläche der inneren Kupplungsverzahnung stark reduziert und somit die Flächenpressung erhöht. Dies gilt sowohl während der Synchronisation als auch während der Drehmomentüber tragung bei geschaltetem Gang.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentli chen darin, bei einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art die Reduzierung der nutzbaren Fläche der inneren Kupplungs verzahnung so gering wie möglich zu halten.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches ge löst.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist aufgrund des aus exzentrischen Kreislinien gebildeten Schaltmuffenprofiles der Nachteil einer übermäßig reduzierten Fläche der Verzahnung vermieden, weil jeder Zahn nur um das erforderliche Maß gekürzt ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer in der Zeichnung mehr oder weniger schema tisch dargestellten Ausführungsform. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung nach Linie I-I von Fig. 5,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Schaltvorrichtung von Fig. 1 in ver größertem Maßstab,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Verzahnungen der Schaltvorrich tung von Fig. 1 in Abwicklung im Maßstab der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch die Anschlagmittel zur Begrenzung der Drehbeweglichkeit des Synchronringes der Schaltvorrich tung von Fig. 1 in Abwicklung im Maßstab der Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schaltvorrichtung von Fig. 1 nach Linie V-V in einem mittleren Maßstab, der größer als der Maßstab der Fig. 1 und kleiner als der Maßstab der Fig. 2 ist,

Fig. 6 eine Stirnansicht der Schaltmuffe als Einzelheit der Schaltvorrichtung von Fig. 1 im Maßstab der Fig. 5,

Fig. 7 eine Stirnansicht des Schaltmuffenträgers als Einzelheit der Schaltvorrichtung von Fig. 1 im Maßstab der Fig. 5,

Fig. 8 eine Stirnansicht des Synchronringes als Einzelheit der Schaltvorrichtung von Fig. 1 im Maßstab der Fig. 5,

Fig. 1a die Schaltvorrichtung von Fig. 1 in einer eine Gangschaltung einleitenden Schaltphase "Ansynchronisieren",

Fig. 3a die Verzahnungen gemäß Fig. 3 in der Schaltphase "Ansynchronisieren",

Fig. 4a die Anschlagmittel gemäß Fig. 4 in der Schaltphase "Ansynchronisieren",

Fig. 1b die Schaltvorrichtung von Fig. 1 in einer sich an die Schaltphase "Ansynchronisieren" anschließenden Schaltphase "Synchronisieren/Sperrstellung",

Fig. 3b die Verzahnungen gemäß Fig. 3 in der Schaltphase "Synchronisieren/Sperrstellung",

Fig. 4b die Anschlagmittel gemäß Fig. 4 in der Schaltphase "Synchronisieren/Sperrstellung",

Fig. 1c die Schaltvorrichtung gemäß Fig. 1 in einer sich an die Schaltphase "Synchronisieren/Sperrstellung" anschließenden Schaltphase "Einspuren",

Fig. 3c die Verzahnungen gemäß Fig. 3 in der Schaltphase "Einspuren",

Fig. 4c die Anschlagmittel gemäß Fig. 4 in der Schaltphase "Einspuren",

Fig. 1d die Schaltvorrichtung von Fig. 1 in einer sich an die Schaltphase "Einspuren" anschließenden und der Stellung des neuen Ganges entsprechenden Schaltphase "Endstellung",

Fig. 3d die Verzahnungen gemäß Fig. 3 in der Schaltphase "Endstellung", und

Fig. 4d die Anschlagmittel gemäß Fig. 4 in der Schaltphase "Endstellung".

Auf einer nicht näher dargestellten Hauptwelle 26 eines eben falls nicht mehr dargestellten Zahnräderwechselgetriebes sind ein ringförmiger Schaltmuffenträger 7 und ein Zahnrad 27 jeweils zentrisch zur Drehachse 31-31 der Hauptwelle angeordnet. Während der Schaltmuffenträger 7 zur Hauptwelle 26 bewegungsfest ange ordnet ist, ist das Zahnrad 27 auf der Hauptwelle 26 drehbeweg lich, jedoch axial unverrückbar festgelegt. In dem Ringraum zwi schen Schaltmuffenträger 7 und Zahnrad 27 ist ein zur Drehachse 31-31 zentrischer Kupplungsring 17 angeordnet, welcher zum Zahn rad 27 bewegungsfest fixiert ist und an seinem Außenumfang eine äußere axiale Kupplungsverzahnung 18 aufweist. In dem Ringraum zwischen Schaltmuffenträger 7 und Kupplungsring 17 ist ein zur Drehachse 31-31 zentrischer Synchronring 13 vorgesehen, welcher sowohl relativ zur Hauptwelle 26 als auch zum Zahnrad 27 axial- und drehbeweglich angeordnet ist. Bei einer axialen Verschiebung des Synchronringes 13 in Richtung des Zahnrades 27 gelangt eine innere konische Reibfläche 24 des Synchronringes 13 mit einer äußeren konischen Reibfläche 25 des Kupplungsringes 17 in Reib kontakt. Der Synchronring 13 weist an seinem Außenumfang eine Sperrverzahnung 14 auf, welche fluchtend zur äußeren Kupplungs verzahnung 18 ausgerichtet ist, d. h. denselben Wirkungsdurch messer wie letztere aufweist. Der Schaltmuffenträger 7 weist an seinem Außenumfang eine axiale Mitnahmeverzahnung 11 auf, welche fluchtend zur äußeren Kupplungsverzahnung 18 liegt, d. h. den selben Wirkungsdurchmesser wie letztere aufweist.

Eine ringförmige Schaltmuffe 1 ist zur Drehachse 31-31 zentrisch und relativ sowohl zur Hauptwelle 26 als auch zum Synchronring 13 axial verschiebbar angeordnet. Die Schaltmuffe 1 weist eine zur äußeren Kupplungsverzahnung 18 korrespondierende innere Kupplungsverzahnung 2 auf, welche in die angepaßte Mitnahmeverzahnung 11 drehfest und axial verschiebbar eingreift.

In dem Ringraum zwischen der Mitnahmeverzahnung 11 und dem die Sperrverzahnung 14 aufweisenden Abschnitt des Synchronringes 13 ist ein zur Drehachse 31-31 konzentrisch liegendes ringförmiges und in Umfangsrichtung in sich geschlossenes Biege-Formfederele ment 21 vorgesehen, welches auffolgende Weise am Synchronring 13 gehaltert ist.

Zunächst ist der Schaltmuffenträger 7 an seinem Außenumfang mit drei den Zahnkranz der Mitnahmeverzahnung 11 unterbrechenden Ausnehmungen 16 versehen, in welche je ein auf den Schaltmuffenträger 7 gerichteter axialer Fortsatz 20 des Syn chronringes 13 mit Bewegungsspiel eingreift. Während die die Ausnehmung 16 und die den Fortsatz 20 jeweils in Umfangsrichtung begrenzenden Flächen als Anschläge zur Begrenzung der Drehbeweg lichkeit zwischen Schaltmuffenträger 7 und Synchronring 13 ver wendet sind, ist die den jeweiligen Fortsatz 20 radial nach au ßen begrenzende Fläche 32 als radiales Stützglied für das Biege Formfederelement 21 verwendet, welches also unter gewisser Vor spannung (um ein Abstreifen vom Synchronring 13 durch die Schaltmuffe 1 zu vermeiden) durch die drei Stützflächen 32 am Synchronring 13 so eingespannt ist, daß das Biege-Formelement 21 gegenüber dem Synchronring 13

a) in der auf das Zahnrad 27 weisenden Richtung der Drehachse 31- 31 im wesentlichen starr ist,
b) mit seinen in Umfangsrichtung etwa mittig zwischen den Stütz flächen 32 liegenden Ringabschnitten zentripetal einfedern kann, und
c) bei einer Rückstellung der Schaltmuffe 1 aus der Gangstellung (Fig. 1d) in die Neutralstellung (Fig. 1 bis 4) nicht gelöst werden kann.

Um die mittleren Ringabschnitte des Biege-Formfederelementes 21 bei einer Betätigung der Schaltmuffe 1 aus der Neutralstell ung (Fig. 1 bis 4) in Richtung des Zahnrades 27 radial einzufedern, ist folgende Anordnung getroffen:

Die Mittelebenen der Fortsätze 20 und somit auch der Abstützflä chen 32 am Synchronring 13 liegen jeweils in einer von drei um 120° gegeneinander versetzten und die Ringachse enthaltenden Axialebenen 45-45, 46-46 und 47-47 des Synchronringes 13. In entsprechender Weise liegen die Mittelebenen der Ausnehmungen 16 am Schaltmuffenträger 7 jeweils in einer von drei um 120° gegen einander versetzten und die Zentralachse des Schaltmuffenträgers 7 enthaltenden Axialebenen 42b-42b, 43b-43b und 44b-44b. An der Schaltmuffe 1 sind in entsprechender Weise drei um 120° gegen einander versetzte und jeweils die Zentralachse der Schaltmuffe enthaltende Bezugsebenen 39b-39b, 40b-40b und 41b-41b vorgese hen. Die im Bereich dieser Bezugsebenen liegenden Zähne 36 der inneren Kupplungsverzahnung 2 der Schaltmuffe 1 sind in ihrer Zahnhöhe so reduziert, daß diese das Biege-Formfederelement 21 - welches in diesem Bereich aufgrund seiner Abstützung an den Ab stützflächen 32 nicht einfedern kann - überfahren können. Die im mittleren Umfangsbereich zwischen den Bezugsebenen liegenden Zähne 33 der inneren Kupplungsverzahnung 2 der Schaltmuffe 1 sind in bezug auf ihre Zahnhöhe so ausgelegt, daß zwischen den Zahnköpfen der Zähne 33 und dem Außenumfang des Biege-Formfeder elementes 21 eine radiale Überdeckung besteht. Diese "höheren" Zähne 33 weisen an ihren dem Zahnrad 27 zugekehrten Zahnenden eine Schrägfläche 22 auf, welche sich in Richtung Zahnrad erwei tert und somit das Biege-Formfederelement 21 beim Betätigen der Schaltmuffe 1 in Richtung Zahnrad 27 zentripetal zum Einfedern bringt.

Gemäß der Erfindung ist nun ein "kontinuierlicher" Übergang zwi schen den verschiedenen Zahnhöhen der Zähne 33 und 36 durch einen gemeinsamen Kopfkreis 37 geschaffen, der sich aus drei (= Anzahl der Abstützflächen 32) exzentrisch zur Zentralachse der Schaltmuffe 1 (= Drehachse 31-31) ausgerichteten Kreislinien 39, 40 und 41 zusammensetzt. Der geometrische Ort für den jeweiligen Mittelpunkt 39a, 40a und 41a der Kreislinien 39, 40 und 41 ist die zugehörige Bezugsebene 39b-39b bzw. 40b-40b bzw. 41b-41b. Der jeweilige Mittelpunkt liegt dann gegenüber der Zentralachse (Drehachse 31-31) in Richtung des Zahnes 36 mit der geringeren Zahnhöhe versetzt.

Eine entsprechende Verzahnungsgeometrie ist auch für die Mitnah meverzahnung 11 des Schaltmuffenträgers 7 vorgesehen. Demzufolge setzt sich der Fußkreis 38 der Mitnahmeverzahnung 11 aus drei exzentrisch zur Zentralachse (Drehachse 31-31) des Schaltmuffen trägers 7 ausgerichteten Kreislinien 42, 43 und 44 zusammen, de ren Mittelpunkte 42a, 43a und 44a jeweils in der zugehörigen Bezugsebene 42b-42b, 43b-43b und 44b-44b liegen, und zwar jeweils in Richtung der betreffenden Ausnehmung 16 gegenüber der Zentralachse (Drehachse 31-31) versetzt.

Die Schaltvorrichtung zum Ankuppeln des Zahnrades 27 an die Welle 26 weist noch folgende Ausgestaltungen auf:
Die innere Kupplungsverzahnung 2 besteht aus sechsunddreißig Zähnen in sechs gleichartigen Paketen. Jede dritte Zahnlücke 5 ist größer gestaltet und hat zusammen mit den entsprechenden Zähnen 6 der Mitnahmeverzahnung 11 Führungsfunktion. Die führenden Zahnflanken haben keine Hinterlegung zur Gangsicherung.

In den Paketen zu sechs Zähnen sind jeweils drei Zähne 8 neben einander mit dachförmig angeordneten Schrägflächen 28 für die Sperrfunktion sowie drei Zähne 9 mit dachförmig angeordneten Schrägflächen 29 für die Einspurfunktion versehen. Es ergibt sich somit eine hälftige Verteilung zwischen Sperr- und Einspur zähnen.

Die Endpunkte der Schrägflächen 28 und 29 liegen auf dem glei chen axialen Maß. Dadurch sind alle Zähne mit einer Hinterlegung 10 in geschalteter Stellung an der Drehmomentübertragung betei ligt.

Jeder dritte Zahn 6 der Mitnahmeverzahnung 11 ist entsprechend den Zahnlücken 5 stärker ausgebildet und hat Führungsfunktion.

Bei dem Synchronring 13 ist die Sperrverzahnung 14 mit dachför mig angeordneten Schrägflächen 15 gemäß den Sperrzähnen 8 der Schaltmuffe 1 ausgeführt. Die Sperrverzahnung 14 besteht aus sechs Paketen mit je zwei Sperrzähnen. Diese Pakete sind genau gegenüber den Zahnlücken der Sperrzähne 8 der Schaltmuffe 1 an geordnet und mit diesen in Eingriff bringbar.

Die Zähne der äußeren Kupplungsverzahnung 18 des Kupplungsringes 7 weisen eine Hinterlegung 19 an beiden Flanken zur Gangsiche rung auf. Der Fußkreis der Kupplungsverzahnung 18 ergibt sich aus dem kleinsten Fußdurchmesser der Mitnahmeverzahnung 11 des Schaltmuffenträgers 7.

Die Zähne der äußeren Kupplungsverzahnung 18 weisen dachförmig ausgebildete Schrägflächen 30 entsprechend den Schrägflächen 29 an der Schaltmuffe 1 auf.

Schließlich liegen in konventioneller Weise der Fußkreis 34 der inneren Kupplungsverzahnung 2 und der Kopfkreis 35 der Mitnahme verzahnung 11 jeweils konzentrisch zur jeweiligen Zentralachse (Drehachse 31-31).

Die Funktion der Schaltvorrichtung ergibt sich aus den in den Fig. 1a bis d, 3a bis d und 4a bis d dargestellten Schaltpha sen.

Gemäß den Fig. 1a, 3a und 4a wird die Schaltmuffe 1 zum Ein legen des Ganges axial aus ihrer Neutralstellung herausbewegt. Das Biege-Formfederelement 21 und der Synchronring 13 werden so lange axial mitbewegt, bis die beiden Reibflächen 24 und 25 in gegenseitige Anlage kommen. Bei einer weiteren axialen Bewegung der Schaltmuffe 1 muß das Biege-Formfederelement 21 durch die Schrägflächen 22 radial eingefedert werden, wodurch auch eine Axialkraft entsteht, welche auf den Synchronring 13 wirkt. Wenn der Synchronring 13 und das Zahnrad 27 mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, entsteht durch die Axialkraft ein Moment, welches den Synchronring 13 in Umfangsrichtung gegenüber dem Schaltmuffenträger 7 auslenkt. Dieses "Ansynchronisieren" dauert so lange, bis die Anschlagmittel 16, 20 in gegenseitige Anlage gelangen.

Jetzt befindet sich die Synchronisierung in "Sperrstellung" (Fig. 1b, 3b und 4b). Die eingeleitete Axialkraft wird über die Sperrzähne 8 in den Synchronring 13 eingeleitet und erzeugt über die Konusflächen 24 und 25 ein Moment, welches die Drehzahlen von Welle 26 und Zahnrad 27 angleicht. Gleichzeitig wird durch die Schrägflächen 15 und 28 verhindert, daß die Schaltmuffe 1 axial über die Sperrstellung hinaus bewegt wird, bevor Gleich lauf erzielt ist.

Nach Erzielen des Gleichlaufes kann die Schaltmuffe 1 weiterbe wegt und über die Schrägflächen 29 und 30 ausgerichtet werden ("Einspuren" in den Fig. 1c, 3c und 4c).

Danach können die Kupplungsverzahnung 2 der Schaltmuffe 1 und die Kupplungsverzahnung 18 des Kupplungsringes 17 in Eingriff gebracht werden, bis zum Erreichen der "Endstellung" (Fig. 1d, 3d und 4d).

Während des Schaltvorganges, d. h. nach Verlassen der "Sperrstellung" (Fig. 1b, 3b und 4b) wird das ringförmige Biege-Formfederelement 21, welches in dieser Phase keine Funktion mehr hat, endgültig an den über die exzentrischen Kreislinien 39 bis 41 erzeugten Kopfkreis 37 der Schaltmuffe 1 angepaßt.

Claims

Schaltvorrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe, bei der zum Ankuppeln eines Zahnrades an seine Welle ein zur Welle bewe gungsfest angeordneter Schaltmuffenträger, eine bewegungsfest zum Zahnrad und konzentrisch zur Drehachse der Welle angeordnete äußere axiale Kupplungsverzahnung, eine bewegungsfest zum Schaltmuffenträger und konzentrisch zur Drehachse sowie fluchtend zur äußeren Kupplungsverzahnung angeordnete äußere axiale Mitnahmeverzahnung, eine zur Drehachse zentrisch und relativ zur Welle axial beweglich angeordnete ringförmige Schaltmuffe, eine zur Schaltmuffe bewegungsfest und konzentrisch zur Drehachse sowie fluchtend zur äußeren Kupplungsverzahnung angeordnete innere axiale Kupplungsverzahnung, ein konzentrisch zur Drehachse und axial zwischen Zahnrad und Schaltmuffenträger sowie jeweils axial- und drehbeweglich gegenüber Zahnrad und Welle angeordneter Synchronring, eine zum Synchronring bewegungsfest und zur Drehachse konzentrisch sowie fluchtend zur äußeren Kupplungsverzahnung angeordnete äußere Sperrverzahnung, Anschläge zur Begrenzung der Drehbeweglichkeit zwischen Synchronring und Welle, ein mit einer Reibfläche dem Synchronring und mit einer Reibfläche dem Zahnrad zugeordnetes sowie durch eine axiale Relativbewegung des Synchronringes- in Richtung des axial bewegungsfest zur Welle angeordneten Zahnra des in Reibschluß bringbares Reibflächenpaar, ein zur Drehachse konzentrisch und axial zwischen Mitnahmeverzahnung und Sperrver zahnung angeordnetes sowie an n-Stellen seines Umfanges an je einem zum Synchronring bewegungsfesten Stützglied gehaltertes ringförmiges, in Umfangsrichtung in sich geschlossenes Biege- Formfederelement und wenigstens ein im Umfangsbereich zwischen zwei Stützgliedern angeordneter Zahn der inneren Kupplungsver zahnung, welcher mit dem Biege-Formfederelement eine radiale Überdeckung sowie an seinem dem Zahnrad zugekehrten Stirnende eine zur Drehachse geneigte Schrägfläche für den Eingriff am Biege-Formfederelement aufweist, verwendet sind und die Anordnung noch so getroffen ist, daß der Fußkreis der inneren Kupplungsverzahnung und der Kopfkreis der Mitnahmeverzahnung jeweils konzentrisch zur Drehachse liegen, daß die innere Kupplungsverzahnung sowohl drehfest als auch axial beweglich in die angepaßte Mitnahmeverzahnung eingreift, daß die im Umfangsbereich eines Stützgliedes liegenden Zähne der inneren Kupplungsverzahnung keine radiale Überdeckung mit dem Biege- Formfederelement aufweisen, daß die Schrägfläche an ihrem dem Zahnrad zugekehrten Ende den größeren Durchmesser aufweist, daß das Biege-Formfederelement gegenüber dem Synchronring in der auf das Zahnrad weisenden Richtung der Drehachse im wesentlichen starr - dagegen in bezug auf seine in Umfangsrichtung zwischen den Stützgliedern liegenden Abschnitte in zentripetaler Richtung federnd abgestützt ist, und daß n ein ganzzahliges Vielfaches von 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich sowohl der Kopfkreis (37) der inneren Kupplungsverzah nung (2) als auch der Fußkreis (38) der Mitnahmeverzahnung (11) jeweils aus einer Anzahl n exzentrisch zur Drehachse (31-31) liegenden Kreislinien (39 bis 41 und 42 bis 44) zusammensetzt, deren Mittelpunkte (39a bis 44a) in getrennten, jeweils die Drehachse (31-31) enthaltenden und mittig zu einem Stützglied (32) ausgerichteten Ebenen (39b-39b bis 41b-41b und 42b-42b bis 44b-44b) liegen, wobei n ≧ 2 gilt.