DE69402739T2

DE69402739T2 - Zahnkupplung ohne Gleichschaltungs-Einrichtung

Info

Publication number: DE69402739T2
Application number: DE69402739T
Authority: DE
Inventors: Alan Richard Davis
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1994-01-31
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2014-02-01
Also published as: JPH0754995A; KR100260297B1; KR940019517A; CN1038705C; EP0611897A1; EP0611897B1; BR9400279A; DE69402739D1; US5368145A; ATE152217T1; ES2102146T3; CN1101405A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist der Aufbau nichtsynahronisierter formschlüssiger Kupplungen der Bauart mit einer ersten Kupplungshälfte, die mit einem gewissen Drehspiel mit einer ersten drehbaren Einrichtung drehfest verbunden und wahlweise mit einer zweiten Kupplungshälfte in Eingriff bringbar ist, die mit einer zweiten drehbaren Einrichtung drehfest verbunden ist. Die erste Kupplungshälfte steht typischerweise drehfest und axial verschiebbar in Verzahnungsverbindung mit einer Welle und ist willkürlich in Bezug auf ein Zahnrad axial verschiebbar, das die zweite Kupplungshälfte trägt, um die formschlüssige Kupplung willkürlich ein- und auszurücken, um das Zahnrad bedarfsweise drehfest mit der Welle zu verbinden bzw. von dieser zu trennen.
Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine axial ein- und ausrückbare nichtsynchronisierte formschlüssige Kupplungsanordnung, bei der die Anzahl miteinander in Eingriff bringbarer Kupplungszähne, die die Kupplungshälften aufweisen, wesentlich größer (vorzugsweise wenigstens 50% größer, noch besser wenigstens 100% größer) als die Anzahl der Kupplungszähne ist, die bei entsprechenden nichtsynchronisierten formschlüssigen Kupplungen nach dem Stand der Technik vorhanden sind.

Beschreibung des Standes der Technik

Nichtsynchronisierte formschlüssige Kupplungssysteme zum wahlweisen drehfesten Kuppeln und Trennen eines ersten drehbaren Elements, beispielsweise eines Zahnrads, mit einem zweiten drehbaren Element, wie beispielsweise einer Welle, sind selbstverständlich aus dem Stand der Technik bekannt. Gangwechselgetriebe, die solche formschlüssigen Kupplungen ohne Synchronisiereinrichtungen zur Minimierung der Kosten, der Größe und/oder ihrer Komplexität nutzen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patenten Nr. 2 951 395, 3 105 395, 3 335 616, 3 500 695, 3 799 002, 4 388 838, 4 754 665, 5 000 060 und 5 052 535 ersichtlich ist.
Die Kupplungshälften nichtsynchronisierter formschlüssiger Kupplungssysteme sind vorzugsweise mit Kupplungszähnen versehen, die an der vorauseilenden Seite eine Kantenanordnung haben, die beim Einrücken der Kupplung dazu neigt, die Kupplungshälften schrammen zu lassen, anstelle sie einrücken zu lassen, wenn ihre Relativdrehzahlen einen vorbestimmten Wert überschreiten. Ein Beispiel einer solchen Kupplungszahnanordnung ist aus dem US-Patent Nr. 3 265 173 ersichtlich. Wie bekannt, ist bei einer gegebenen Einrückkraft die maximal zulässige Relativdrehzahl, bei der die formschlüssigen Kupplungen richtig einrücken (d.h. ausreichendes Eindringen der Kupplungszähne erfolgt), eine direkt proportionale Funktion zu dem in dem Kupplungssystem vorhandenen wirksamen Gesamtspiel. Die maximal zulässigen Asynchronbedingungen, bei denen das Einrücken der Kupplung zulässig ist, sind im Hinblick auf das noch akzeptable gröbste oder härteste Einrücken der Kupplung ausgewählt.
Gangwechselgetriebe, die nichtsynchronisierte formschlüssige Kupplungsanordnungen nach dem Stand der Technik, insbesondere für Schwerlastfahrzeuge (MVMA Klasse 6 und größer) nutzen, sind kommerziell sehr erfolgreich, jedoch sind solche Getriebe und Kupplungsanordnungen dahingehend nicht gänzlich befriedigend, als die Kupplungen nach dem Stand der Technik typischerweise eine relativ geringe Anzahl von Kupplungszähnen, typischerweise 18 bis 20, an den Kupplungshälften nutzen, was tendenziell dazu führt, dass der Fahrzeugführer eine größere Kraft aufwenden muss, um das Einrücken zu bewirken, was ein härteres und weiter außerhalb der Synchronität liegendes Einrücken der Kupplung ergibt als es zu wünschen wäre.
Gewisse handgeschaltete nichtsynchronisierte Getriebe nach dem Stand der Technik, wie die Getriebe T-11607 der Eation Corporation, die Anmelderin der vorliegenden Erfindung ist, weisen ein oder mehrere unsynchronisierte formschlüssige Kupplungen mit relativ großem Durchmesser auf, die eine relativ große Anzahl von Kupplungszähnen (dreißig Kupplungszähne pro Kupplungshälfte) haben, jedoch ist bislang kein Versuch unternommen worden, die Anzahl der Kupplungszähne, die an einer solchen Kupplung verwendet werden, zu maximieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen 1 und 7 definiert ist, sind die Nachteile des Standes der Technik minimiert, indem eine nichtsynchronisierte formschlüssige Kupplung geschaffen worden ist, die ein weicheres und näher am Synchronpunkt liegendes Einrücken ohne erhöhte Gefahr verpasster Schaltvorgänge gestattet, als es mit entsprechenden Kupplungsanordnungen nach dem Stand der Technik der Fall war.
Das Obige wird erreicht, indem die Anzahl der miteinander in Eingriff zu bringenden Kupplungszähne, die jede Kupplungshälfte aufweist, um wenigstens fünfzig Prozent (50%), vorzugsweise um ungefähr hundert Prozent (100%) oder mehr gegen die Anzahl der Kupplungszähne erhöht worden ist, die an entsprechenden nichtsynchronisierten formschlüssigen Kupplungshälften normalerweise verwendet worden sind. Beispielsweise weist eine nichtsynchronisierte Klauenkupplung nach dem Stand der Technik, wie sie bei Schwerlastfahrzeuggetrieben, die von der Anmelderin dieser Erfindung, der Eaton Corporation, hergestellt worden sind und die einen Zahnteilkreisdurchmesser von ungefähr drei Zoll aufweist, achtzehn Kupplungszähne an jeder Kupplungshälfte auf, während entsprechende Klauenkupplungen (mit im Wesentlichen dem gleichen Teilkreisdurchmesser und Spiel), die erfindungsgemäß ausgebildet worden sind, ungefähr neununddreißig oder vierzig Kupplungszähne an jeder Kupplungshälfte auf.
Die Anmelderin hat herausgefunden, dass manuell geschaltete Schwerlastgetriebe, die mit erfindungsgemäßen unsynchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnungen versehen sind, tendenziell in einer spürbar weicheren Weise schaltbar sind. Insbesondere werden die Vorzüge der vorliegenden Erfindung maximiert, indem an jeder Kupplungshälfte die maximale Zahnzahl vorgesehen wird, wie sie im Hinblick auf den Teilkreisdurchmesser, das ausgewählte Spiel und die fur die Festigkeit erforderliche minimale Zahnstärke bestimmt worden ist.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte unsynchronisierte formschlüssige Kupplung für manuell und/oder automatisch geschaltete Schwerlastgetriebe zu schaffen, die es dem Fahrer gestatten, ein weicheres Einrücken der Kupplung ohne unzuträgliche Gefahr verpasster Schaltvorgänge zu erzielen.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten Zeichnungen in Verbindung mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Verbundgetriebes,
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung des Schaltmusters und typischer Gangstufen für das Getriebe nach Fig. 1,
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines formschlüssigen Kupplungssystems nach dem Stand der Technik, wie es bei dem Getriebe nach Fig. 1 verwendet werden würde.
Die Fig. 3A und 3B sind Vorder- und Seitenansichten der Kupplungsmuffe nach Fig. 3.
Fig. 4 ist eine vergrößerte, der Fig. 3 ähnliche Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen formschlüssigen Kupplungssystems, geschnitten entlang der Linie 4-4 in Fig. 1.
Die Fig. 4A und 4B sind Vorder- und Seitenansichten der Kupplungsmuffe nach Fig. 4.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird lediglich zur bequemeren Bezugnahme und ohne Beschränkungswirkung eine spezielle Terminologie verwendet. Die Begriffe "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "nach vorn" und "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende des herkömmlichen an dem Fahrzeug montierten Getriebes und entsprechen der linken und der rechten Seite des Getriebes, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte der Einrichtung und bezeichneter Teile derselben zu bzw. von dieser weg. Diese Terminologie schließt die oben speziell genannten Worte, Ableitungen derselben sowie Worte ähnlicher Bedeutung ein.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird hier verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer Hauptgetriebegruppe und einer Antriebsstranghilfsgruppe zu bezeichnen, wie beispielsweise einer Hilfsgetriebegruppe, die hintereinandergeschaltet sind, so dass die ausgewählte Untersetzung der Hauptgetriebegruppe durch weiter ausgewählte Untersetzungen der Hilfsgetriebegruppe erweitert werden kann. Es versteht sich, dass die Erfindung, während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine mit der Hauptgetriebegruppe in Reihe angeordnete Hilfsgetriebegruppe nutzt, gleichermaßen auf einfache Getriebe anwendbar ist, die mit schaltbaren mehrgängigen Einrichtungen, wie einem mehrgangigen Verteilergetriebe und/oder mehrgängigen Antriebshinterachsensystemen in Reihe verbunden sind. Der Begriff "Hochschalten" bezeichnet in der hier gebrauchten Verwendung das Schalten von einer langsameren Gangstufe zu einer schnelleren Gangstufe und der Begriff "Hochschalten" bezeichnet in seiner hier gebrauchten Verwendung das Schalten von einer schnelleren Gangstufe zu einer langsameren Gangstufe. Die Begriffe "langsamer Gang" oder "niedriger Gang" bezeichnen in ihrer hier gebrauchten Verwendung einen Gang, der für eine Vorwärtsbetrtieb mit relativ langsamer Geschwindigkeit in einem Getriebe verwendet wird, d.h. den Zahnradsatz, der eine höhere Untersetzung der Ausgangswellendrehzahl in Bezug auf die Eingangswellendrehzahl aufweist.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der das Verbundgetriebe 10 veranschaulicht ist. Das Getriebe 10 weist eine Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgetriebegruppe 14 hintereinandergeschaltet ist, die sowohl Range- als auch Splittzahnradgruppen aufweist. Typischerweise ist das Getriebe 10 von einem einzelnen mehrteiligen Gehäuse 16 aufgenommen und weist eine Eingangswelle 18 auf, die von einem Primärantrieb, wie beispielsweise einem Dieselmotor (nicht dargestellt), über eine wahlweise getrennte, normalerweise eingekuppelte Reibungshauptkupplung angetrieben ist (nicht dargestellt).
Die Eingangswelle 18 trägt in der Hauptgetriebegruppe 12 ein Eingangszahnrad 20, um wenigstens eine Vorgelegewelleanordnung 22 anzutreiben. Vorzugsweise treibt das Eingangszahnrad 20, wie aus dem Stand der Technik bekannt und den oben genannten US-Patenten Nr. 3 105 395 und 3 335 616 veranschaulicht ist, gleichzeitig eine Gruppe im Wesentlichen identischer Hauptgruppen-Vorgelegewellenanordnungen mit im Wesentlichen identischen Drehzahlen. Jede Hauptgruppen-Vorgelegewellenanordnung enthält eine Hauptgruppen-Vorgelegewelle 24, die in dem Gehäuse 16 von Lagern 26 und 28 gehalten ist, und ist mit Hauptgruppen- Vorgelegewellenzahnrädern 30, 32, 34, 36 und 38 versehen, die mit diesem drehfest verbunden sind. Mehrere Antriebsoder Hauptwellenzahnräder 40, 42 und 44 der Hauptgruppe sitzen auf der Getriebehauptwelle 46 und sind zeitlich einander ausschließend wahlweise mit der Hauptwelle 46 durch verschiebbare Kupplungsmuffen 48 und 50 drehfest kuppelbar, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 48 kann dazu verwendet werden, das Eingangszahnrad 20 mit der Hauptwelle 46 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 18 und der Hauptwelle 46 zu schaffen. Vorzugsweise umgibt jedes Hauptgruppen-Hauptwellenzahnrad die Hauptwelle 46 und steht in ständigem kämmendem Eingriff mit den zugeordneten Vorgelegewellen-Zahnradgruppen und ist von diesen schwimmend gelagert, wobei diese Lagermittel und die sich daraus ergebenden speziellen Vorzüge detaillierter aus den oben genannten US-Patenten 3 105 395 und 3 335 616 ersichtlich sind. Typischerweise sind die Kupplungsmuffen 48 und 50 mittels Schaltgabeln oder -jochen 52 bzw. 54 axial positioniert, die einer Schaltstangengehäuseanordnung 56 zugeordnet sind, die detaillierter weiter unten beschrieben ist. Die Kupplungsmuffen 48 und 50 sind bei der bevorzugten Ausführungsform von der bekannten nichtsynchronisierten doppelt wirkenden Klauenkupplungsbauart.
Das Zahnrad 44 der Hauptgetriebegruppe ist das Rückwärtsgangzahnrad und es steht in ständigem kämmendem Eingriff mit Vorgelegewellenzahnrädem 38 über herkömmliche dazwischenliegende Faulenzerräder (nicht dargestellt). Das Vorgelegewellenzahnrad 32 der Hauptgruppe ist zum Antrieb von Leistungsabnahmeeinrichtungen (Zapfeinrichtungen) und Ähnlichem vorgesehen. Die Klauenkupplungen 48 und 50 sind insoweit Dreipositionskupplungen, als sie, wie dargestellt, in eine mittige axial nicht verschobene, nichteingerückte Position oder in eine ganz nach rechts eingerückte oder eine ganz nach links eingerückte Position verlagert werden können.
Die Hilfsgetriebegruppe 14 ist mit der Hauptgetriebegruppe 12 hintereinandergeschaltet und von der drei Ebenen aufweisenden, viergängigen kombinierten Splitt/ Rangebauart, wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 4 754 665 veranschaulicht ist. Die Hauptwelle 46 erstreckt sich in die Hilfsgruppe 14 hinein und ist in dem inneren Ende der Ausgangswelle 58 drehbar gelagert, die sich von dem hinteren Ende des Getriebes weg erstreckt.
Die Hilfsgetriebegruppe 14 enthält in ihrer bevorzugten Ausführungsform mehrere im Wesentlichen identische Hilfsvorgelegewellen-Anordnungen (nicht dargestellt), deren jede eine Hilfsgruppen-Vorgelegewelle enthält, die durch Lager in dem Gehäuse 16 abgestützt ist und drei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder trägt, die drehfest mit ihr verbuiiden sind und ständig mit dem Splitzahnrad 74, dem Split/Rangezahnrad 76 oder dem Rangezahnrad 78 kämmen.
Eine verschiebbare Zweipositionskupplungsmuffe 80 wird dazu verwendet, entweder das Splittzahnrad 74 oder das Splitt/Rangezahnrad 76 mit der Hauptwelle 46 zu kuppeln, während eine synchronisierte Zweipositionskupplungs anordnung 82 dazu verwendet wird, wahlweise da Splitt/Rangezahnrad 76 oder das Rangezahnrad 78 mit der Ausgangswelle 58 zu kuppeln. Der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden Klauenkupplungsmuffe 80 sind im Wesentlichen identisch mit dem Aufbau und der Funktion der verschiebbaren Kupplungsmuffen 48 und 50, die in der Hauptgetriebegruppe 12 Verwendung finden und die Funktion der doppelt wirkenden synchronisierten Kupplungsanordnung 82 sind im Wesentlichen identisch mit dem Aufbau und der Funktion einer doppelt wirkenden synchronisierten Kupplungsanordnung nach dem Stand der Technik, für den Beispiele aus den US-Patenten Nr. 4 462 489, 4 125 179 und 2 667 955 ersichtlich sind. Die dargestellte synchronisierte Kupplungsanordnung 82 ist von der in der oben genannten US-Patentschrift Nr. 4 462 489 beschriebenen Zapfenbauart.
Die Splitt/Klauenkupplung 80 ist eine Zweipositionen-Kupplungsanordnung, die wahlweise in eine ganz rechte oder in eine ganz linke Position verlagert werden kann, um entweder das Zahnrad 76 oder das Zahnrad 74 mit der Hauptwelle 46 in Eingriff zu bringen. Die Splitt/Klauenkupplung 80 ist mittels einer Schaltgabel 84 axial positioniert, die von einem Zweipositionen-Kolbenaktuator 46 gesteuert wird, der durch einen Fahrerwahlschalter, wie beispielsweise einem Knopf oder Ähnliches, an dem Schalthebel (nicht dargestellt) betätigbar ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt. Die synchronisierte Zweipositionen-Kupplungsanordnung 82 ist ebenfalls eine Zweipositionen-Kupplung, die entweder in ihrer am weitesten rechte oder in ihre am weitesten linke Position überführbar ist, um wahlweise entweder das Zahnrad 78 oder das Zahnrad 76 mit der Ausgangswelle 58 zu kuppeln. Die Kupplungsanordnung 82 wird mittels einer Schaltgabel 88 mittels einer Zweipositionen-Kolbeneinrichtung 90 betätigt, deren Betatigung und Steuerung weiter unten detaillierter beschrieben ist.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, können durch wahlweises axiales Positionieren sowohl der Splittkupplung 80 als auch der Rangekupplung 82 in ihrer jeweiligen Axialrichtung nach vorn oder nach hinten vier unterschiedliche Untersetzungsverhältnisse der Hauptwellendrehung zu der Ausgangswellendrehung erreicht werden. Entsprechend ist die Hilfsgetriebegruppe 14 eine Dreiebenenhilfsgruppe der kombinierten Range/Splittbauart, die vier auswählbare Gangstufen oder untersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle (Hauptwelle 46) und ihrer Ausgangswelle (Ausgangswelle 58) liefert. Die Hauptgruppe 12 liefert einen Rückwärtsgang und drei potentiell auswählbare Vorwärtsgänge Jedoch wird eine der auswählbaren Vorwärtsgänge der Hauptgänge, nämlich die langsamen Gänge, die dem Hauptgruppenzahnrad 42 zugeordnet sind, in den oberen Rangebereich nicht benutzt. Somit wird das Getriebe 10 richtigerweise als ein "(2+1) X (2X2) "-Bauartgetriebe bezeichnet, das unabhängig davon, ob ein Splitten der langsamen Gangstufe zu wünschen und praktikabel ist, neun oder zehn auswählbare Vorwärtsgänge liefert.
Während die Kupplung 82, die Rangekupplung, eine synchronisierte Kupplung sein sollte, muss die doppelt wirkende Kupplungsmuffe 80, die Splittkupplung, nicht notwendigerweise synchronisiert sein. Das Schaltmuster des Schaltgetriebes 10 ist in Fig. 2 schematisch veranschaulicht. Unterteilungen in der Vertikalrichtung an jeder Ganghebelposition kennzeichnen Splittschaltvorgänge, während Bewegungen in der horizontalen Richtung aus dem Drei/Vier- und Fünf/Sechs-Zweig des H-Musters in den Sieben/Acht- und Neun-Zehn-Zweig des H-Musters einen Schaltvorgang aus, den niedrigen Rangebereich in dem hohen Rangebereich des Getriebes kennzeichnen. Wie oben diskutiert, wird ein Splittschaltvorgang in der üblichen Weise mittels eines Fahrer betätigten Splittknopfs oder Ähnlichem erreicht, üblicherweise ein Knopf, der an dem Schalthebelknopf angeordnet ist, während die Betätigung der Rangekupplungsschaltanordnung eine automatische Reaktion der Bewegung des Schalthebels zwischen dem mittleren und den am weitesten rechts liegenden Zweigen des Schaltmusters ist, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist und detail lierter weiter unten beschrieben wird. Rangeschalteinrichtungen dieser allgemeinen Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und aus den oben genannten US-Patenten 3 429 202, 4 455 883, 4 561 325 und 4 663 725 ersichtlich.
Es wird nochmals auf Fig. 2 Bezug genommen und angenommen, dass es zu wünschen ist, dass ein Getriebe generell einheitliche Gangabstände aufweist, dann sollten die Hauptgruppengangabstände generell gleich sein, die Splittgangabstände sollten allgeinein gleich der Quadratwurzel der Hauptgruppengangabstände sein und der Rangegangabstand sollte ungefähr gleich dem Hauptgruppengang abstand, erhoben zur N-ten Potenz sein, wobei N die Anzahl der Hauptgruppengangstufen ist, die in beiden Rangebereichen (d.h. N = 2 bei dem (2+1) x (2X2)-Getriebe 10) vorhanden sind. Ausgehend von idealen Untersetzungsverhältnissen werden Zahnräder zur Annäherung dieser Verhältnisse ausgewählt. Bei dem obigen Beispiel betragen die Splitt-Abstände ungefähr 33,3%, während der Rangeabstand ungefähr 316% beträgt, was generell für "2+2"- Hauptgetriebegruppen mit ungefähr 78%-Gangabständen zweckmäßig ist, weil die Quadratwurzel von 1,78 ungefähr 1,33 und 1,78 zum Quadrat (d.h. N gleich 2) ungefähr 3,16 ist.
Die Schaltsteuereinheit oder -anordnung zum Steuern des Schaltens der Hauptgetriebegruppe 12 und des Rangebereichs, der Kupplung 82, der Hilfsgruppe 14 des Getriebes 10 sind durch die Schaltstangengehäuseanordnung 56 definiert, deren Bauart in dem oben genannten US-Patent Nr. 5 000 060 festgelegt ist.
Einzelheiten der unsynchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnung 200 der vorliegenden Erfindung sind in Fig. 4 veranschaulicht. Das formschlüssige Kupplungssystern 200 dient dazu, ein erstes drehbares Element, wie beispielsweise ein Hauptwelle 16, wahlweise drehfest mit einem zweiten drehbaren Element, wie beispielsweise einem Hauptwellenzahnrad 42 zu kuppeln und von diesem zu trennen. Das Hauptwellenzahnrad 42 steht, wie oben beschrieben, im ständigen kämmenden Eingriff mit wenigstens einem Vorgelegewellenzahnrad 36.
Die baulichen Einzelheiten der Kupplungsanordnung 200P nach dem Stand der Technik sind in Fig. 3 veranschaulicht, wobei Teilen oder Elementen, die baulich oder funktionell zu Teilen oder Elementen der vorliegenden Erfindung gleich sind, gleiche Bezugszeichen gegeben sind. Elemente des Kupplungssystems 200P, die eine ähnliche Funktion, jedoch einen von Elementen des Systems 200 verschiedenen Aufbau haben, sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen, an die ein Buchstabe "P" angehängt ist.
Das formschlüssige Kupplungssystem 200 der vorliegenden Erfindung enthält das linke oder vordere Ende 202 einer doppelt wirkenden Kupplungsmuffe 50. Die Kupplungsmuffe so ist mit einer inneren Profilverzahnung 204 versehen, die mit einer äußeren Profilverzahnung 206 zusammenwirkt, die an der Hauptwelle 46 vorgesehen ist, um die Kupplungsmuffe an der Hauptwelle drehfest und axial verschiebbar zu halten. Das vordere Ende 102 der Kupplungsmuffe so ist mit einer ringförmigen Anordnung äußerer formschlüssiger Kupplungszähne 208 versehen, die wahlweise in formschlüssigem Eingriff mit inneren Kupplungszähnen 210 kommen, die einstückig an der Nabe 42A des Hauptwellenzahnrades 42 ausgebildet sind.
Der Abschnitt 202 der Kupplungsmuffe 50, die die äußeren Kupplungszähne 208 trägt und mit der Hauptwelle 46 drehfest verbunden ist, kann als die erste Kupplungshälfte angesehen werden, und der Nabenabschnitt des Zahnrads 42, das die inneren Kupplungszähne 210 aufweist, kann als die zweite Kupplungshälfte einer formschlüssigen Kupplung zum wahlweisen drehfesten Kuppeln und Entkuppeln des Hauptwellenzahnrads 42 mit und von der Hauptwelle 46 angesehen werden.
Wie in dem oben genannten US-Patent Nr. 3 265 173 detaillierter beschrieben ist, sind die vorauseilenden Kanten der Kupplungszähne 208 und 210 in Bezug auf die Drehachse der Hauptwelle 46 vorzugsweise um 350 relativ zu der Drehachse der Hauptwelle 46 geneigt, so dass die führenden Kanten der Kupplungszähne bei Auslösen eines Kupplungseinrückvorgangs, wenn die Differenzdrehzahl zwischen den Kupplungshälften 202 und 46 eine vorbestimmte Grenze überschreitet, die Kupplungshälften veranlassen, zu schrammen oder zu gleiten, anstatt in Eingriff zu geraten, um ein inakzeptabel hartes Schalten und/oder eine Beschädigung der Kupplungshälften zu verhindern. Der Maximalwert der Differenzdrehzahl zwischen den einrücken den Kupplungshälften, d.h. das Maximalmaß asynchroner Drehung, bei der die Kupplungshälften einrücken, ist durch das wirksame Gesamtspiel oder Drehspiel des formschlüssigen Kupplungssystems und die Größe der axialen Einrückkraft bestimmt.
Bei formschlüssigen Kupplungssystemen 200 und 200P ist das Gesamtspiel des Systems die Summe des Spiels, das die Profilverzahnungsverbindung zwischen der Kupplungsmuffe 50 und der Hauptwelle 46 liefert, und dem Spiel zwischen den Kupplungszähnen 208 und 210 der Kupplungsmuffe bzw. des Zahnrads, die einzurücken sind. Bei einem typischen Getriebe nach dem Stand der Technik der Bauart, bei der der Teilkreisdurchmesser 212 der Profilverzahnungsverbindung zwischen der Hauptwelle und der Kupplungs muffe ungefähr 2,10 Zoll und der Teilkreisdurchmesser 214 der miteinander in Eingriff bringbaren Kupplungszähne 208 und 210 ungefähr 3,0 Zoll beträgt, kann das Gesamtspiel des Kupplungssystems bis zu 0,024 Zoll (1,110 Drehung) betragen, wovon 0,012 Zoll (0,650 Drehung) von der Profilverzahnungsverbindung zwischen der Hauptwelle und der verschiebbaren Kupplungsmuffe und 0,012 Zoll (0,460 Drehung) von den Kupplungszähnen 208 und 210 erbracht würden.
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 200 weist jeweils neununddreißig oder vierzig Kupplungszähne 208 und 210 auf, während ein im Wesentlichen identischer Teil kreisradius 214 und Kupplungszahnspiel beibehalten wird, wie bei der Kupplungsanordnung 200P nach dem Stand der Technik, die üblicherweise Achtzehn bis zwanzig (18 bis 20) Kupplungszähne 208P und Kupplungszähne 210P nutzt.
Die Anzahl der Kupplungszähne 208 und 210, die bei der erfindungsgemäßen nichtsynchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnung 200 benutzt wird, ist als Funktion des Teilkreisradius 214 und des gewünschten Spiels 216 bestimmt, die bei einem gegebenen Getriebeaufbau und unter Dauerhaftigkeitsgesichtspunkten beide im Wesentlichen festgelegt sind. Auf der Basis dieser Betrachtungen wird eine maximale oder nahezu maximal zulässige Anzahl von Kupplungszähnen ausgewählt. Diese weist wesentlich von Kupplungen nach dem Stand der Technik ab, die eine relativ hohe Anzahl von Kupplungszähne aufweisen, wo die Anzahl im Wesentlichen proportional zu einem relativ größeren Teilkreisdurchmesser war. Beispielsweise haben nichtsynchronisierte Kupplungen nach dem Stand der Technik einen Teilkreisdurchmesser von ungefähr 3 Zoll und 18 bis 20 Kupplungszähne oder eine Zahnteilung von ungefähr 6 oder 7, wohingegen das oben genannte T-11607-Getriebe einige nichtsynchronisierte Kupplungen mit einem Teilkreisdurchmesser von ungefähr 3,73 Zoll und 30 Kupplungszähnen oder einer Durchmesserteilung von ungefähr 8 aufweist. Im scharfen Gegensatz dazu weist die erfindungsgemäße Kupplung eine Zahnteilung von 13 (39 Zähne und ungefähr 3 Zoll Teilkreisdurchmesser) auf. Die Zahnteilung bedeutet hier und in der Getriebeindustrie die Anzahl von Kupplungszähnen geteilt durch den Teilkreisdurchmesser (in Längeneinheiten oder Zoll).
Bei der vorliegenden Erfindung wird für Schwerlastgetriebe eine nichtsynchronisierte formschlüssige Kupplung (Teilkreisdurchmesser größer als 2,5 Zoll) verwendet, die eine Zahnteilung P von wenigstens 125%, vorzugsweise wenigstens 150% der Zahnteilung (6 bis 8) aufweist, die im Stand der Technik für ähnliche Kupplungen mit gleichem Teilkreisradius verwendet worden sind. Erfindungsgemäße Kupplungen haben eine Zähnezahl N, wobei
N = P 8D
wobei
N gleich die Anzahl der Kupplungszähne jeder Kupplungshälfte,
P die Zahnteilung von wenigstens 10 und
PD gleich der Durchmesser des Bezugskreises in Langeneinheiten oder Zoll ausgedrückt ist.
Der Grund dafür, dass die erfindungsgemäße Kupplungs anordnung dazu neigt, weicheres, weniger hartes Schalten zu erbringen, wird darin gesehen, dass LKW-Fahrer über die Schalthebel eine Kraft ausüben, die auf bestmögliche Weise weniger hartes, d.h. näher am Synchronpunkt liegendes Schalten mit minimierter Gefahr verpasster Schaltvorgänge kombiniert. Wie bekannt, minimiert bei einer vorgegebenen nichtsynchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnung 200 oder 200P das Anlegen einer größeren Kraft die Gefahr verpasster Schaltvorgänge, erhöht jedoch die Gefahr harten Schaltens, weil die Differenzdrehzahlen, bei denen die Kupplungshälften einrücken, anstelle aneinander vorbeizuschrammen, wenn die Kupplungshälften durch den Synchronpunkt laufen, mit Erhöhung der axial aufgewandten Kraft zunimmt. Wenn die Kupplungshälften den Synchronpunkt durchlaufen, was häufig mit einer Differenzbeschleunigung von ungefähr 1000 U/s erfolgt, bedeutet die Verwendung von mehr Kupplungszähnen (unter der Annahme eines gegebenen Spiels im System), dass mehr Gelegenheiten zum Kupplungseinrücken (d.h. Zahn und Zahnzwischenraumfluchtung) näher am möglichen Synchronpunkt vorhanden sind, was die Gefahr verpasster Schaltvorgänge vermindert und die Verwendung geringerer Schaltkräfte gestattet, was weichere Schaltvorgänge ergibt. Wenn die Fahrzeugführer lernen, dass geringere Kräfte ausreichen, ohne verpasste Schaltvorgänge zu riskieren, werden sie tendenziell niedrigere Kräfte verwenden und ein weicheres, weniger hartes Schalten ergibt sich so.
Entsprechend ist es ersichtlich, dass, verglichen mit dem Stand der Technik, durch Verwendung einer nichtsynchronisierten formschlussigen Kupplungsanordnung für erfindungsgemäße Getriebe für Schwerlastfahrzeuge, das Schalten beim Einrücken der Gangwechselkupplung weicher gestaltet werden kann, ohne verpasste Schaltvorgänge zu riskieren, wobei die Gefahr verpasster Schaltvorgänge ohne Erhöhung der Schalthärte vermindert werden kann und/oder es kann eine zu wünschende Kombination aus beiden Effekten erreicht werden.

Claims

1. Nichtsynchronisiertes formschlüssiges Kupplungs system (200) zum wahlweisen drehfesten Kuppeln und Entkup peln eines ersten (46) und zweiten (42) unabhängig drehbaren Elementes, wobei das Kupplungssystem ein erstes, zu dem ersten drehbaren Element (46) koaxial montiertes und mit diesem drehbares Kupplungselement (50) und ein darauf axial verschiebbares zweites Kupplungselement (42A) aufweist, das gemeinsam mit dem zweiten drehbaren Element (42) drehbar ist, wobei das erste und das zweite Kupplungselement jeweils eine erste (208) bzw. eine zweite (210) Gruppe miteinander in Eingriff bringbarer Kupplungs zähne aufweist, wobei die Durchmesserteilung P größer oder gleich 10 ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die Durchmesserteilung P größer oder gleich 12 ist.

3. System nach Anspruch 1, bei dem der Teilkreisdurchmesser PD gleich oder größer 2,5 Zoll ist.

4. System nach Anspruch 1, bei dem PD gleich oder größer 3,0 Zoll ist.

5. System nach Anspruch 2, bei dem PD gleich oder größer 2,5 Zoll ist.

6. System nach Anspruch 5, bei dem PD gleich oder größer 3,0 Zoll ist.

7. Nichtsynchronisierte formschlüssige Klauenkupplungsanordnung (200) zur Verwendung in einem mechanischen Getriebe (10) für Schwerlastkraftfahrzeuge zum wahlweisen drehfesten Kuppeln und Trennen einer Getriebewelle (46) mit einem Getriebezahnrad (42), das die Welle umgibt und in Bezug auf diese unabhängig drehbar ist, wobei die Kupplungsanordnung eine auf der Welle koaxial montierte und mit dieser gekuppelte Kupplungsmuffe (50) aufweist, die zu dieser drehfest gekuppelt und axial bewegbar ist, und mit einem Nabenelement (42A), das drehfest mit dem Zahnrad (42) verbunden ist, wobei die Kupplungsmuffe und das Nabenelement eine erste (208) bzw. eine zweite (210) Gruppe axial in Eingriff bringbare Kupplungszähne aufweist, wobei die Kupplungszähne einen Teilkreisdurchmesser PD (214) von wenigstens 2,5 Zoll definieren und eine Durchmesserteilung P aufweisen, die größer oder gleich 10 ist.

8. System nach Anspruch 7, bei dem P größer oder gleich 12 ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7, bei der PD gleich oder größer 3,0 Zoll ist.

10. System nach Anspruch 8, bei dem PD gleich oder größer 3,0 Zoll ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, bei der die Kupplungszähne bei dem Teilkreis ein Spiel von ungefähr 0,012 Zoll definieren.