DE69006962T2 - Getriebe mit ineinander eingreifenden Rädern. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit permanent kämmenden Zahnrädern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches aus der DE-C-161 653 bekannt ist.
• In Getrieben des vorstehend genannten Typs liegt die Hauptwelle normalerweise einstückig mit einem Satz fester Verzahnungen oder Zahnräder vor, deren Anzahl gleich der Anzahl der geforderten Verhältnisse ist; die Gegenwelle oder angetriebene Welle trägt ihrerseits die gleiche Anzahl von Zahnrädern, wie feste Zahnräder vorhanden sind. Die auf die Gegenwelle gepaßten Zahnräder laufen normalerweise frei; somit sind bspw. im Fall eines Getriebes mit fünf Verhältnissen fünf Paare permanent kämmender Zahnräder vorhanden; um ein Zahnrad oder ein Übersetzungsverhältnis auszuwählen, wird eines der freilaufenden Zahnräder auf der Gegenwelle festgelegt, welche somit mit der gewünschten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird.
• Die freilaufenden Zahnräder werden normalerweise mittels Kupplungen oder bewegbarer Reibkopplungen zwischen den freilaufenden Zahnrädern und der Gegenwelle festgelegt.
• Die DE-C-161 653 zeigt ein Getriebe mit einer Mehrzahl freilaufender Zahnräder, von denen jedes eine konische Reibfläche aufweist, welche dazu gedacht ist, mit einer entsprechenden konischen Fläche eines auf der die freilaufenden Zahnräder tragenden Welle festgelegten Kopplungselements eine Reibkopplung zu errichten.
• Bei Lösungen mit Reibkopplungen, wie der in der DE-C-161 653 gezeigten, besteht dann, wenn das von der Antriebswelle übertragene Antriebsdrehmoment hoch ist, das Risiko, daß das durch die Reibung zwischen dem Zahnrad und der Gegenwelle erzeugte Gegendrehmoment kleiner als das Antriebsdrehmoment ist, mit dem Ergebnis, daß das Zahnrad auf der Gegenwelle mit der Folge der Zerstörung der Reibkopplung schlupft.
• Bei Vorhandensein einer Differenz zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der freilaufenden Zahnräder und der Gegenwelle vor dem Eingriff eines Zahnrads, ist es notwendig, ihre Winkelgeschwindigkeiten zu synchronisieren; dies bringt die Notwendigkeit von als Synchronisiereinrichtungen bekannten Elementen mit sich, welche herkömmliche Getriebe komplex und schwer machen.
• Zur Vermeidung der vorstehend genannten Probleme zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Getriebe bereitzustellen, welches sicheres Synchronisieren und Verriegeln des freilaufenden Zahnrads auf seiner Welle ermöglicht und sowohl bei Handschalt- als auch Automatik-Ausführungen verwendbar ist, ungeachtet der Anzahl der Verhältnisse des Getriebes; das erfindungsgemäße Getriebe hat ferner die weiteren Vorteile, daß es leicht, zuverlässig und für Massenfertigung geeignet ist.
• Erfindungsgemäß werden diese Ziele mittels eines Getriebes des vorstehend genannten Typs erzielt, welches die weiteren Eigenschaften des zweiten Teils von Anspruch 1 aufweist.
• Andere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.
• Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung klar, welche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen folgt, welche als nicht beschränkendes Beispiel vorgesehen sind und in denen:
• Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Getriebes ist;
• Figur 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Getriebes im Schnitt in den Ebenen II-II in Figur 1 ist;
• Figur 3 ein Detail eines Gegenwellen-Zahnrads längs des Pfeils III in Figur 2 ist;
• Figur 4 eine Explosionsansicht der Bauteile des erfindungsgemäßen Verriegelungssystems ist;
• Figur 5 das Getriebe von Figur 2 mit einem Zahnrad im eingerückten Zustand zeigt.
• Mit Bezug auf Figur 1 umfaßt das Getriebe 25 ein Gehäuse 26, welches mittels Lagern 26' eine Haupt- oder Antriebswelle 1, mittels Lagern 27 eine (hohle) Gegenwelle oder Übertragungswelle 2 und eine das Rückwärtsgang-Zahnrad 28 tragende freilaufende Welle 11 trägt.
• Die Verhältnisse werden mittels eines Steuerhebels 29 gewählt, der einen Druckölkreis 30 betätigt, wie weiter unten näher erläutert werden wird. Auf der dem Steuerhebel 29 entgegengesetzten Seite des Getriebes ist ein Hydraulikzylinder 10 angeordnet, dessen Funktion weiter unten näher erläutert werden wird.
• Mit Bezug auf Figuren 2, 3 und 4 trägt die Hauptwelle 1 eine Anzahl fest daran befestigter Schrägzahnräder 31, deren Anzahl gleich der Gesamtzahl geforderter Verhältnisse ist, in diesem Fall fünf plus Rückwärtsgang.
• Eine Anzahl freilaufender Schrägzahnräder 3, die gleich der Anzahl von der Hauptwelle 1 getragener Zahnräder ist, sind auf der Gegenwelle 2 Nut-und-Feder-geführt.
• Für jedes freilaufende Zahnrad 3 der Gegenwelle 2 ist ferner an die Verwendung einer "Löse-" oder Ausrück-Buchse 4, einer Zentrierbuchse 5, eines Klemm- und "Löse"- oder Ausrückrings 6, einer Ringfeder 7 und zweier, mittels des Hydraulikzylinders 10 betätigter, axialer Zugelemente 8 und 9 gedacht.
• Ein Hohlzylinder 13 arbeitet innerhalb der Gegenwelle 2 und weist eine Reihe Absperrelemente 14 auf, welche als Zahnradwahleinrichtungen wirken, indem sie geeignete Ölleitungen 15 absperren oder offen lassen. Der Hohlzylinder 13 wird durch den Steuerhebel 29 betätigt. Wie bereits festgestellt, weisen die Zahnräder 31 der Hauptwelle 1 und die Zahnräder 3 der Gegenwelle 2 Schrägverzahnungen auf.
• In Übereinstimmung mit jedem freilaufenden Zahnrad 3 umfaßt die Gegenwelle 2 eine zylindrische Fläche 16 und eine konische Fläche 17, auf welche die Zentrierbuchse 5 und eine konische Innenfläche 18 des freilaufenden Zahnrads 3 einwirken.
• Die Konizität der Flächen 17 und 18 hängt von den Auslegungsbedingungen ab und kann zwischen einem Maximalwert von 3º30' und einem Minimalwert von im wesentlichen 0º ausgewählt sein.
• Der konische Teil des freilaufenden Zahnrads 3 ist auf einem Ring 19 angeordnet, der einen Teil des freilaufenden Zahnrads 3 selbst bildet; der Ring 19 weist eine zweite konische Außenfläche 20 auf, welche mit der "Löse"-Buchse 4 wechselwirkt, und diese weist ihrerseits eine konische Innenfläche 21 mit der gleichen Konizität wie die konische Außenfläche 20 auf. Die Konizität der konischen Innenfläche 21 der Lösebuchse 4 und der konischen Außenfläche 20 des Rings 19 kann größer sein als die Konizität der konischen Flächen 17 und 18. Der Ring 19 weist zwei oder mehr axiale Schlitze 22 auf, um ihn radial elastischer zu machen.
• Die Buchse 4 weist einen Schlitz 23 auf, um ihre Anbringung außerhalb des Rings 19 zu ermöglichen.
• Wenn das Getriebe 25 in Betrieb ist, werden die freilaufenden Zahnräder 3 von der Hauptwelle 1 angetrieben und drehen sich anfänglich frei auf der Gegenwelle 2, wobei sie durch die Buchse 5 zentriert werden. Unter diesen Bedingungen nimmt jedes freilaufende Zahnrad 3 ausreichendes Drehmoment von der Hauptwelle 1 auf, um Reibung zu überwinden und um zu beschleunigen, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 1 zunimmt. Da die Zahnräder 31 und 3 Schrägzahnräder sind, erzeugt das von jedem Zahnrad 31 auf das entsprechende freilaufende Zahnrad 3 übertragene Antriebsdrehmoment eine Axialkraft (geringen Werts), die das freilaufende Zahnrad 3 relativ zur Gegenwelle 2 (in Figur 3 nach rechts) zu verlagern sucht, bis die Reibflächen 17 und 18 zusammengeschoben, d.h. verriegelt, sind.
• Unter diesen Bedingungen gleicht die Buchse 5 die durch das Koppeln der Schrägverzahnung erzeugte Axiallast aus, um ein Verriegeln zu verhindern, und verhindert hierdurch die Relativbewegung des freilaufenden Zahnrads 3 mittels des auf die Fläche 24 der Buchse 5 von dem Drucköl ausgeübten Drucks.
• Das von der Leitung 15 kommende Öl wird durch eine an die Hauptleitung 25' des Druckölkreises 30 angeschlossene äußere Pumpe unter Druck gesetzt.
• Um das geforderte Übersetzungsverhältnis, d.h. das Zahnrad, einzurücken, bewegt der Steuerhebel 29 die hohle Welle 13 und somit das Absperrelement 14, welches daher die Leitung 15 absperrt; es liegt somit kein Druck an der Fläche 24 der Buchse 5 an, und das freilaufende Zahnrad 3 bewegt sich daher in Figur 3 nach rechts, wobei es die Flächen 18 und 17 in direkten Kontakt bringt und somit das freilaufende Zahnrad 3 auf die Gegenwelle 2 treibt oder es mit der Gegenwelle 2 verriegelt. In dieser Phase wird das zwischen den konischen Kontaktflächen 18 und 17 gefangene Öl durch in der Fläche 17 vorgesehene und in den Zeichnungen nicht gezeigte Nuten, bspw. Schrägnuten, abgelassen.
• Wenn das Antriebsdrehmoment allmählich ansteigt (im Fall eines Kraftfahrzeuggetriebes infolge der Freigabe der Kupplung und gemäß dem Anstieg des Antriebsdrehmoments der Maschine, wenn das Gaspedal niedergedrückt wird), steigt die Axiallast auf das freilaufende Zahnrad 3 proportional an, und dies erhöht das Gegeneinanderschieben oder Miteinanderverriegeln der konischen Flächen 17 und 18; folglich ist das zwischen diesen Flächen erzeugte, Reibungs-Gegendrehmoment stets größer als das Antriebsdrehmoment (dieser Zustand wird bspw. durch die Dimensionierung der konischen Flächen 17 und 18 und ihrer Konizität im Auslegungsstadium erzielt). Das freilaufende Zahnrad 3 benimmt sich somit, als sei es auf der Gegenwelle 2 festgelegt, welche somit mit der geforderten Winkelgeschwindigkeit angetrieben wird.
• Festzuhalten ist, daß, wenn die konischen Flächen 17 und 18 zusammengebracht werden, eine "Synchronisierreibung" erzeugt wird, die ein schnelles Angleichen der Winkelgeschwindigkeiten des freilaufenden Zahnrads 3 und der Gegenwelle 2 ermöglicht. Die "Synchronisierung" der Zahnräder findet daher statt, während die Flächen 17 und 18 zusammengebracht werden.
• Die Flächen 17 und 18 sind derart bemessen, daß, wenn das freilaufende Zahnrad 3 einmal auf die Gegenwelle 2 getrieben oder mit dieser verriegelt ist, es nicht gelöst oder ausgerückt werden kann, selbst unter Bedingungen, in denen der Richtung des Antriebsdrehmoments umgekehrt ist, und die Kopplung der Schrägverzahnung daher eine Axialkraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugt, bspw. während Phasen, wenn die Maschine freigegeben ist.
• Der Wechsel eines Zahnrads oder die Auswahl von Neutral, d.h. die Freigabe oder das Ausrücken der freilaufenden Zahnräder 3 von der Gegenwelle 2 wird durch die folgende Sequenz erzielt: Das Antriebsdrehmoment wird weggenommen (die Kupplung wird niedergedrückt), der Hydraulikzylinder 10 wird betätigt und dies bewegt die Zugelemente 8 und 9 axial in Figur 3 nach links, sie wirken auf den Klemmring 6, welcher in der Folge seinerseits zuerst die Löse- oder Ausrückbuchse 4 bewegt und dann das freilaufende Zahnrad 3 mittels der Ringfeder 7 und des Anschlags 32 des Klemmrings 6. Die Bewegung der Buchse 4 in Figur 3 nach links löst das Klemmen des Rings 19, da die konischen Flächen 20 und 21 nicht länger in Kontakt sind. Somit besteht eine auf den Ring 19 in Richtung dessen Achse wirkende Radiallast nicht länger, sondern eine durch das Koppeln der konischen Flächen 17 und 18 hervorgerufene zentrifugale Radiallast. Der Ring 19 öffnet sich daher elastisch nach außen auch vermittels der Tatsache, daß er in Sektoren ausgebildet ist, welche durch die axialen Ausnehmungen oder Schlitze 22 festgelegt sind. Die Last bewegt den Ring 6 dann axial in Figur 3 nach links, wobei das freilaufende Zahnrad 3 die konischen Kontaktflächen 17 und 18 voneinander wegbewegt und sie somit freigibt. Das freilaufende Zahnrad 3 ist daher frei, sich wieder auf der Gegenwelle 2 zu drehen.
• Falls ein weiteres Absperrelement 14 auf eine weitere Leitung 15 einwirkt, wird selbstverständlich durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Folge ein anderes Zahnrad gewählt werden.
• Das vorstehend beschriebene Getriebe kann offensichtlich auch mit freilaufenden Zahnrädern auf der Antriebswelle 1 anstatt auf der Gegenwelle 2 ausgebildet sein; in diesem Fall trägt die Gegenwelle die festgelegten Zahnräder.
• Es ist ferner möglich, ein System zum selektiven Absperren der Ölleitungen (oder eines anderen unter Druck stehenden Flusses) vorzusehen, welches von der beschriebenen abweicht, bspw. individuelle Solenoid-Ventile, welche an den einzelnen Leitungen angeordnet und von entsprechenden Zahnradwahlschaltern angetrieben sind.
• Anstelle von Schrägzahnrädern können Zahnräder mit gerader Verzahnung verwendet werden: In diesem Fall ist es notwendig, für die Ausübung einer axialen Eingriffskraft zu sorgen, die jener durch die Schrägzahnräder erzeugten entspricht, wobei die Kraft von einem gleichförmigen Typ ist oder von dem auf die Antriebswelle ausgeübten Antriebsdrehmoment abhängt. Diese axiale Kraft kann durch elastische mechanische oder hydraulische Systeme erzeugt sein. Das erfindungsgemäße Getriebe wurde mit Bezug auf seine Anwendung im Kraftfahrzeug-Bereich beschrieben; selbstverständlich ist sie jedoch in jedem Sektor anwendbar, in welchem eine Variation der relativen Drehgeschwindigkeiten einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle gefordert ist.

Claims (10)

1. Getriebe mit permanent kämmenden Zahnrädern, umfassend eine Hauptwelle (1) und eine Gegenwelle (2), die jeweils einen Satz Zahnräder (31, 3) tragen, deren Anzahl gleich der Anzahl von Übersetzungsverhältnissen ist, in welchem ein erster Satz Zahnräder (31) an einer der Wellen (die Hauptwelle (1) oder die Gegenwelle (2)) festgelegt ist und der andere Satz Zahnräder (3) zur Drehung um die andere der Wellen (die Gegenwelle (2) oder die Hauptwelle (1)) frei ist, und in welchem das Übersetzungsverhältnis durch Reibverriegelung eines der freilaufenden Zahnräder (3) mit der entsprechenden Welle (2, 1) ausgewählt ist, wobei die Reibflächen (18, 17) zwischen dem freilaufenden Zahnrad (3) und der entsprechenden Welle (2, 1) konisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes freilaufende Zahnrad (3) umfaßt:

- einen Ring (19), der koaxial an dem freilaufenden Zahnrad (3) befestigt ist und zwei oder mehr axiale Schlitze (22), eine konische Innenreibfläche (18) zum Errichten einer Reibverriegelung mit einer entsprechenden konischen Fläche (17) der Welle (2) und eine konische Außenfläche (20) aufweist, und

- eine Löse- oder Ausrück-Buchse (4), die koaxial zum freilaufenden Zahnrad (3) ist und eine konische Innenfläche (21) aufweist, welche im Gebrauch mit der konischen Außenfläche (20) des Rings (19) gekoppelt ist.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes freilaufende Zahnrad (3) einen Klemm- und Lösering (6) aufweist, der koaxial zum freilaufenden Zahnrad (3) ist und relativ zu diesem axial beweglich ist, und daß es ferner axiale Zugelemente (8, 9) umfaßt, die mittels eines Hydraulikzylinders (10) betätigt sind und den Klemmring (6) axial von dem freilaufenden Zahnrad (3) lösen können.

3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kuppeln der konischen Innenfläche (18) des Rings (19) mit der entsprechenden Reibfläche (17) der Welle (2) durch eine relative Axialverlagerung zwischen dem freilaufenden Zahnrad (3) und seiner Welle (2) bewirkt ist und in allen Betriebszuständen ein Reibungs-Gegendrehmoment erzeugen kann, das größer ist als das übertragene Antriebsdrehmoment.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der konischen Flächen (17, 18) kleiner als 3º30' Minuten ist.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die freilaufenden Zahnräder (3) tragende Welle die Gegenwelle (2) ist, und daß die Zahnräder (31, 3) Schrägzahnräder sind und derart angeordnet sind, daß die Last der Zahnräder (31, 3) die relative Axialverlagerung bewirkt.

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Phase, während der das freilaufende Zahnrad (3) nicht eingerückt ist, die Axiallast durch den von einem unter Druck stehenden Fluid (bspw. Öl) auf eine Wandung des freilaufenden Zahnrads (3) oder eine Wandung (24) einer zum freilaufenden Zahnrad (3) koaxialen Zentrierbuchse (5) ausgeübten Druck ausgeglichen ist.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenwelle (2) hohl ist und darin ein Hohlzylinder (13) eingesetzt ist, der eine Reihe Absperrelemente (14) aufweist, welche gemäß der Stellung der Hohlwelle (13) geeignete Druckfluidleitungen (15) absperren, um im Gebrauch das geforderte Übersetzungsverhältnis zu wählen.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungsverhältnisse von Hand gewählt werden.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungsverhältnisse automatisch gewählt werden.

10. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfaßt.