DE60102568T2

DE60102568T2 - Synchronisiervorrichtung für ein planetengetriebe

Info

Publication number: DE60102568T2
Application number: DE60102568T
Authority: DE
Inventors: Dag Nilsson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: US20030110876A1; BR0107867A; ATE263322T1; US6896638B2; WO2001055620A1; EP1255936B1; SE514231C2; EP1255936A1; SE0000253D0; SE0000253L; BR0107867B1; DE60102568D1

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Bei Schwerfahrzeugen wie beispielsweise Lastwagen ist es bekannt, dass mit dem Hauptgetriebe des Fahrzeugs ein Zusatzgetriebe verbunden wird, um die Anzahl der möglichen Übersetzungsverhältnisse der Zahnräder zu verdoppeln. Solch ein Zusatzgetriebe umfasst gewöhnlich ein Planetengetriebe, das es ermöglicht, zwischen einem niedrigen und einem hohen Übersetzungsbereich zu wechseln. Ein Gangwechsel im Planetengetriebe wird im niedrigen Übersetzungsbereich benutzt aber nicht im hohen Übersetzungsbereich. Eine bekannte Vorgehensweise, den Übergang zwischen hohen und niedrigen Übersetzungsverhältnissen zu erleichtern, besteht darin, dass solche Planetengetriebe mit Synchronisieranordnungen vorgesehen werden.
Es hat sich herausgestellt, dass es unter dem Gesichtspunkt der Lastverteilung vorteilhaft ist, den Zahnkranz des Planetengetriebes als Verbindungshülse zu verwenden, die durch axiale Bewegung in Eingriff mit Kupplungsringen auf beiden Seiten des Planetenrades gebracht werden kann. Eine wirksame Handhabung der Synchronisierringe zu erreichen, die mit den Kupplungsringen zusammenwirken und für die Synchronisierung erforderlich sind, hat sich jedoch als problematisch erwiesen, wenn der Zahnkranz in verschiedenen Richtungen in Fällen bewegt wird, in denen die Gesamtlänge des Planetengetriebes kurz ist.
Eine Lösung für dieses Problem ist in der schwedischen Patentschrift SE 463 477 (und den entsprechenden US 5,083,993 und EP 0 423 863 ) angegeben. Gemäß dieser Lösung wird der Zahnkranz auf seiner Innenseite mit einer Anzahl Sperrelemente in Form von Kugeln versehen, die in radialer Richtung federbelastet sind und mit speziell gestalteten Schultern an den Synchronisierringen zusammenwirken um bei axialer Bewegung des Zahnkranzes den betroffenen Synchronisierung zu veranlassen, sich axial zu seinem Kupplungsring hin zu bewegen. Jedes Sperrelement ruht in einer radialen Ausnehmung im Zahnkranz, und die Sperrelemente werden paarweise in ihrer Stellung im Zahnkranz durch eine Feder gehalten, die sich in Umfangsrich tung im Zahnkranz erstreckt und zwischen den Sperrelementen im Zahnkranz mittels eines axialen Stifts verankert ist. Diese Lösung hat sich als wirksam erwiesen; ein Nachteil ist jedoch, dass eine verhältnismäßig große Anzahl Sperrelemente erforderlich ist, woraus sich die Notwendigkeit einer spanenden Bearbeitung des Zahnkranzes ergibt. Die Anordnung ist außerdem schwierig insofern als sie viele Sperrelemente, Federn und Stifte umfasst. Sie entspricht dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und umfasst ferner gestufte Stangen, deren untere Abschnitte den im Anspruch 1 definierten Synchronisierringnuten entsprechen.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, bei Aufrechterhaltung einer guten Wirkungsweise eine vereinfachte Synchronisiervorrichtung vorzusehen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird mittels einer Anordnung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Den Zahnkranz mit nur zwei ringförmigen Sperrvorrichtungen zu versehen, die sich in inneren Nuten im Zahnkranz festhalten, vereinfacht sowohl die Bearbeitung wie den Zusammenbau. Die Sperrvorrichtungen selbst sind ebenfalls einfach gestaltet. Dass die Sperrvorrichtungen direkt in den Zahnkranz eingebaut sind, bedeutet auch, dass kein zusätzlicher Raum in axialer oder radialer Richtung erforderlich ist. Dies ermöglicht eine raumsparende Bauweise des Planetengetriebes.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in der Beschreibung und den Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf eine in den beigefügten Zeichnungen abgebildete Ausführungsform erläutert.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Planetengetriebe gemäß der Erfindung, bei dem der kleine Gang eingerückt ist,
2 zeigt einen Längsschnitt entsprechend 1, jedoch in neutraler Stellung,
3 zeigt einen Längsschnitt entsprechend l, jedoch mit eingerücktem großen Gang,
4 zeigt schematisch die Stellung zusammenwirkender Kupplungszähne bei eingerücktem kleinen Gang, und
5 zeigt einen radialen Teilschnitt durch den Zahnkranz des Planetengetriebes.
Beschreibung einer Ausführungsform
Ein Planetengetriebe gemäß der Erfindung, wie es in l-3 abgebildet ist, kann vorteilhaft ein Zusatzgetriebe darstellen, das dazu vorgesehen ist, mit einem Hauptgetriebe eines Schwerfahrzeuges, beispielsweise LKW oder Omnibus, verbunden zu werden. Der Einfachheit halber ist das Gehäuse fortgelassen, welches das Planetengetriebe 1 aufnimmt.
Das Planetengetriebe 1 ist zwischen einer Eingangswelle 2 eines Hauptgetriebes und einer Ausgangswelle 3 des Zusatzgetriebes angeordnet. Auf der Eingangswelle 2, und zu gemeinsamer Drehung mit ihr, ist ein Sonnenrad 4 befestigt, z. B. mittels eines Vielnutprofils; das Sonnenrad ist mit äußeren Zähnen 5 versehen, die mit einer Anzahl rundherum angeordneter Planetenräder 6 in Eingriff stehen. Diese Planetenräder 6 sind auf je einem Lagerzapfen 7 in einem Planetenradträger 8 gelagert, der mit der Ausgangswelle 3 einstöckig ist. Das Sonnenrad 4 steht, in diesem Fall mittels Zähnen, in Eingriff mit einem Kupplungsring 9 und dreht sich gemeinsam mit ihm, der mit äußeren Kupplungszähnen 10 versehen und durch einen Stützring 11 in axialer Richtung auf der Eingangswelle 2 festgehalten ist. Der Kupplungsring 9 hat eine konische Reibfläche 12, die nach außen gewandt und dazu vorgesehen ist, mit einer entsprechenden konischen Reibfläche 13 zusammenzuwirken, die in einem Synchronisierring 14 nach innen gewandt ist.
Das nicht im Einzelnen dargestellte Gehäuse des Planetengetriebes 1 enthält eine Reaktionsscheibe 15 mit einem zentralen Loch, in das ein Kupplungsring 16 zu gemeinsamer Drehung mit ihr eingesetzt ist, welcher ebenfalls in axialer Richtung festgelegt ist, z. B. mittels eines Vielnutprofils und Sperrvorrichtungen, so dass er sich ausbauen lässt. Am Kupplungsring 16 sind äußere Kupplungszähne 17 und eine nach außen weisende konische Reibfläche 18 ausgebildet, die mit einer entsprechenden, nach innen gewandten konischen Reibfläche 19 an einem Synchronisierring 20 zusammenzuwirken bestimmt ist. Die beiden Synchronisierringe 14 und 20 sind von gleicher Gestalt, sind jedoch spiegelbildlich an ihrer jeweiligen Seite des Planetenrades 6 angeordnet.
Die Planetenräder 6 und die beiden Synchronisierringe 14 und 20 sind umgeben von und stehen in Eingriff mit einem Zahnkranz 22, der mit inneren Zähnen 21 versehen und in bezug auf das Planetenrad und die Kupplungsringe in axialer Richtung beweglich angeordnet ist. Diese Beweglichkeit wird mittels einer nicht abgebildeten Kupplungsgabel erreicht, die dazu bestimmt ist, in eine äußere Ausnehmung 23 im Zahnkranz 22 einzugreifen.
Der Zahnkranz 22 ist an seinen Enden mit inneren Kupplungszähnen 24 und 25 versehen, die dazu bestimmt sind, mit Kupplungszähnen 10 bzw. 17 an den Kupplungsringen 9 und 16 zusammenzuwirken. Es ist vorteilhaft, wenn die Kupplungszähne 24, 25 und die Zähne 21 am Zahnkranz 22 miteinander integriert sind, wie in der abgebildeten Ausführungsform. Der Zahnkranz 22 ist mit zwei Nuten 26, 27 versehen, die sich an je einem Ende um sein Inneres herum erstrecken, und zwar am Übergang zwischen den Zähnen 21 und den jeweiligen Kupplungszähnen 24, 25. In jeder dieser Nuten 26, 27 ist eine ringförmige Sperrvorrichtung 28 eingeklemmt. Wie ausführlicher in S dargestellt, hat jede dieser Sperrvorrichtungen 28 die Form eines ringförmigen gebogenen Drahts, zweckmäßigerweise mit kreisförmigem Querschnitt, der federnd in der Nut sitzt und eine vorbestimmte Lücke 29 zwischen seinen einander gegenüberliegenden Enden aufweist. Diese Lücke 29 ermöglicht eine gewisse radiale Zusammendrückung der Sperrvorrichtung 28, wie im Folgenden beschrieben wird.
Die beiden Synchronisierringe 14 und 20 sind mit äußeren Sperrzähnen 30, 31 versehen, die während des Synchronisiervorganges in einer üblichen Weise die Gangwechselbewegung sperren, um eine synchrone Drehung zwischen dem Zahnkranz 22 und dem jeweiligen Kupplungsring 9, 16 zu erreichen. Jeder der beiden Synchronisierringe 14, 20 ist mit Nuten 32 bzw. 33 versehen, die sich um seine Außenseite herum erstrecken und Hohlräume 34 bzw. 35 aufweisen. Die Sperrvorrichtungen 28 sind in diesen Nuten und Hohlräumen beweglich. Die axiale Bewegung der Sperrvorrichtungen 28 in bezug auf die Synchronisierringe 14, 20 ist durch eine Anzahl äußerer Anschlagvorrichtungen begrenzt, die in Umfangsrichtung auf jedem Synchronisierring verteilt sind. Die Synchronisierringe 14, 20 haben axial äußere Anschlagvorrichtungen 36 bzw. 37 und axial innere Anschlagvorrichtungen 38 bzw. 39 in Form von Zähnen, die zwischen die Zähne 21 passen.
Das Planetengetriebe 1 gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen. Während eines Gangwechselvorgangs kann der Zahnkranz 22 in beiden Richtungen aus einer in 2 abgebildeten neutralen Stellung bewegt werden, um den Gangwechsel zu bewirken. In der neutralen Stellung ruhen die beiden Sperrvorrichtungen 28 in ihrer jeweiligen Nut 26, 27 im Zahnkranz 22 und sind somit nahe den äußeren Anschlagvorrichtungen 36, 38 auf den Synchronisierringen 14, 20 angeordnet. Wenn der Zahnkranz 22 sich in 2 nach rechts bewegt, während gemäß 1 der kleine Gang eingelegt ist, dann bewegt die rechte Sperrvorrichtung 28 den Synchronisierring 20 nach rechts, so dass er gegen den Kupplungsring 16 drückt. Die fortgesetzte Bewegung des Zahnkranzes bewirkt, dass die Sperrvorrichtung 28 radial zusammengedrückt wird, so dass die Lücke 29 zwischen ihren Enden abnimmt. Gleichzeitig wird die Sperrvorrichtung 28 nach unten in den Hohlraum 35 gedrückt, wonach die Kupplungszähne 25 am Zahnkranz 22 zwischen die Kupplungszähne 17 am Kupplungsring 16 eingeschoben werden können, wenn die Synchronisation erreicht ist. Gleichzeitig wird der zweite Synchronisierring 14 nur einer axialen Bewegung der zugehörigen Sperrvorrichtung 28 in der Nut 32 ausgesetzt. Dabei bewirkt die Berührung mit den inneren Anschlagvorrichtungen 37, dass die linke Sperrvorrichtung 28 den Synchronisierring 14 außer Eingriff mit dem Kupplungsring 9 hält.
Das Einrücken des großen Ganges durch Bewegen des Zahnkranzes 22 nach links aus der neutralen Stellung in 1 in die in 3 abgebildete Stellung führt zu dem entsprechenden Ablauf, wobei die linke Sperrvorrichtung 28 den Synchronisierring 14 nach links drängt und radial zusammengedrückt wird. Die Zusammendrückung der Sperrelemente 28 wird durch die Anwesenheit von rampenförmigen Übergängen zwischen den Nuten 26, 27 und der radial inneren Fläche der Zähne 21 erleichtert.
Die Anschlagvorrichtungen 36–39, besonders die inneren Anschlagvorrichtungen 37, 39 bewirken auch, dass der Zahnkranz 22 und die Synchronisierringe 14, 20 sich gegenseitig in Umfangsrichtung mit einem gewissen Spiel verriegeln. Wie in 4 dargestellt, besteht ein bestimmtes gegenseitiges Spiel in Umfangsrichtung weil die Anschlagvorrichtungen 36, 39 in Umfangsrichtung schmaler sind als die Lücken zwischen den Zähnen 21. Dies erleichtert die Synchronisation und das Einrücken des Ganges.
Das Drehmoment, dem die beiden Synchronisierringe 14, 20 während eines Gangwechselvorgangs ausgesetzt sind, hat bei einer gegebenen Drehrichtung der Eingangswelle 2 die selbe Richtung, z. B. bei Vorwärtsfahrt, bei der die Eingangswelle 2 eine festgelegte Drehrichtung hat. Beim Umschalten auf Rückwärtsfahrt wird die Drehrichtung der Eingangswelle 2 umgekehrt mit der Folge, dass das auf die Synchronisierringe 14, 20 einwirkende Drehmoment seine Richtung ebenfalls ändert. In der abgebildeten Ausführungsform ist angenommen, die Drehrichtung der Eingangswelle 2 sei unverändert derart, dass in 4 der Kupplungsring 9 und somit auch die Synchronisierringe 14, 20 und der Zahnkranz 22 bestrebt sind, sich in der Zeichnung nach oben zu bewegen.
Um einen synchronisierten Gangwechsel sowohl bei Vorwärtsfahrt wie bei Rückwärtsfahrt zu erleichtern, ist es wünschenswert, dass die Form der Sperrzähne 30, 31 an den Synchronisierringen dem Zweck entsprechend ist, d. h. ihre Form sollte so sein, dass bei erreichter Synchronisation die Synchronisierringe sich in eine Stellung drehen können, die das Einrücken eines Ganges durch vollendete Axialbewegung des Zahnkranzes 22 ermöglicht. Die betreffende Form kann so gewählt werden, wie es nötig und wünschenswert ist.
Das im Vorstehenden beschriebene Planetengetriebe ist vom Gesichtspunkt der Herstellung und des Zusammenbaus darin vorteilhaft, dass die erforderliche spanende Bearbeitung der einzelnen Bauteile einfach und die Anzahl der Bauteile klein ist. Die Konstruktion ist auch so, dass sie wenig Raum sowohl in axialer wie in radialer Richtung beansprucht. Die Tatsache, dass die miteinander zusammenwirkenden Reibflächen in verhältnismäßig großen Abständen von den Wellen 2, 3 angeordnet sein können, bedeutet, dass die während des Synchronisiervorganges in Folge von Reibungskräften wirkenden Drehmomente hohe Beträge erreichen können. Dies bedeutet wiederum, dass die axiale Ausdehnung der Reibflächen begrenzt sein kann, was zur kompakten Konstruktion des Planetengetriebes beiträgt.
Das beschriebene Planetengetriebe kann auch in anderen Zusammenhängen als dem hier beschriebenen verwendet werden. Es lässt sich beispielsweise bei automatischen hydraulischen Getrieben verwenden, bei denen mehrere Planetengetriebe zusammengekuppelt sind.
Die Erfindung kann auch bei Synchronisiervorrichtungen der Bauart verwendet werden, bei der auf beiden Seiten des Planetengetriebes eine Vielzahl Synchronisierringe angeordnet ist.

Claims

Synchronisiervorrichtung in einem Planetengetriebe (1) mit einem axial beweglichen Zahnkranz (22), zwei Kupplungsringen (9, 16), die an je einer Seite des Planetengetriebes (1) angeordnet sind, und mit denen der Zahnkranz (22) für verschiedene Getriebestellungen wahlweise kuppelbar ist, und mindestens zwei Synchronisierringen (14, 20), von denen wenigstens einer zwischen jedem Kupplungsring und dem Planetengetriebe angeordnet ist, welche Synchronisierringe nicht nur in beschränkter Weise gegenüber dem Zahnkranz (22) drehbar sind, sondern auch äußere Sperrzähne (30, 31) haben, die bei einer Gangwechselbewegung die axiale Bewegung des Zahnkranzes und seine Verbindung mit dem jeweiligen Kupplungsring (9, 16) sperren, ehe eine Synchrondrehung erreicht ist; und wobei der Zahnkranz (22) an seinen Enden innen angeordnete Sperrvorrichtungen (28) zum Übertragen einer Axialkraft vom Zahnkranz auf den jeweiligen Synchronisierring hat, so dass er beim Gangwechsel ein gegenseitiges Anliegen zwischen Reibflächen an dem jeweiligen Synchronisierring und Kupplungsring bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (22) zwei Zahnkranznuten (26, 27) hat, die je an einem Ende des Zahnkranzes radial rund um seine Innenseite verlaufen, dass eine der im Wesentlichen ringförmigen, in radialer Richtung zusammendrückbaren Sperrvorrichtungen (28) in jeder Nut (26, 27) angeordnet ist, und dass eine Synchronisierringnut (32, 33), die radial rund um die Außenseite verläuft und für solch eine Sperrvorrichtung (28) vorgesehen ist, und in der die Sperrvorrichtung sich bewegen kann, wenn sich der Zahnkranz (22) bewegt, in dem jeweiligen Synchronisierring (14, 20) angeordnet ist.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der äußeren Synchronisierringnuten (32, 33) in den Synchronisierringen (14, 20) einen Hohlraum (34, 35) hat, der radial rund um ihn herum an der Seite der Synchronisierringnut verläuft, die dem jeweiligen Kupplungsring (9, 16) am nächsten gelegen ist, und dass dieser Hohlraum für die jeweilige Sperrvorrichtung (28) vorgesehen ist, wenn diese in radialer Richtung zusammen gedrückt ist,
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Synchronisierringe (14, 20) radial vorstehende Anschlagvorrichtungen (36, 37; 38, 39) aufweist, die benachbart und auf beiden Seiten der äußeren Synchronisierringnut (32, 33) angeordnet sind, um die gegenseitige axiale Bewegung zwischen der jeweiligen Sperrvorrichtung (28) und dem Synchronisierring zu begrenzen.
Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die dem Planetengetriebe nächst gelegenen Anschlagvorrichtungen (37, 39) so gestaltet sind, dass sie zwischen die Zähne (21) des Zahnkranzes (22) passen und dadurch den Zahnkranz und die Synchronisierringe (14, 20) gegenseitig in der Umfangsrichtung verriegeln.
Synchronisiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrvorrichtung (28) die Form eines offenen federnden Rings hat, zwischen dessen freien Enden eine Lücke (29) besteht, wenn die Sperrvorrichtung ihre Stellung im Zahnkranz (22) einnimmt, und dass jede Sperrvorrichtung so angeordnet ist, dass sie federnd in der Zahnkranznut befestigt ist, wenn sie ihre Ruhestellung in ihrer Zahnkranznut (26, 27) im Zahnkranz einnimmt.
Synchronisiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sperrvorrichtung (28) so gestaltet ist, dass sie mittels der Zähne (21) auf dem Zahnkranz (22) in radialer Richtung zusammendrückbar ist, in eine Stellung innerhalb der Zähne, wenn der Zahnkranz (22) sich axial bewegt, um den jeweiligen Synchronisierring in Eingriff mit seinem Kupplungsring zu bringen.
Synchronisiervorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Zähnen (21) und dem Boden der Hohlräume (34, 35) in den jeweiligen Synchronisierringnuten (32, 33) in den Synchronisierringen (14, 20) mindestens gleich der Dicke der Sperrvorrichtung (28) ist.