DE69707058T2

DE69707058T2 - Getriebeschaltvorrichtung mit Kugel-Rampen-Betätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE69707058T2
Application number: DE69707058T
Authority: DE
Inventors: Gregory Joseph Organek; David Michael Preston
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1997-05-22
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: CA2207089A1; KR100352251B1; EP0809049A1; EP0809049B1; CN1102711C; AU2353297A; TR199700414A2; DE69707058D1; CA2207089C; CN1180145A; JPH10122361A; AU713272B2; MX9703768A; KR970075469A; ES2163711T3; BR9702409A; IN192215B; US5802915A; TR199700414A3

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltmechanismus für ein Gangwechselgetriebe und insbesondere auf einen Schaltmechanismus für ein Gangwechselgetriebe, wo eine Schrägklauenkupplung durch eine Kugelrampenbetätigungsvorrichtung in Kontakt mit Eingriffshohlräumen bewegt wird, die in einem Hauptwellenzahnrad ausgebildet sind.

2. Beschreibung der Verwandten Technik

Gangwechselgetriebe, die Schaltstangengehäuseanordnungen verwenden, in denen eine oder mehrere axial bewegbare Schaltstangen (auch als Schaltschienen bekannt) und Schaltbolzen, die jeweils eine Schaltgabel tragen, selektiv axial bewegt werden, um einen ausgewählten Getriebegang durch Axialbewegung eines Kupplungsgliedes in Eingriff zu bringen oder außer Eingriff zu bringen, oder auch ein Zahnrad mit einer Zahn- oder Klauenkupplung, sind in dem Stand der Technik wohlbekannt, wie mit Bezugnahme auf folgende Patente zu sehen ist: US-Patente 3,105,395; 3,283,613; 3,611,483; 4,152,949; 4,194,410; 4,445,393; 4,754,665; 4,876,924 und 5,053, 961.
Elektronisch gesteuerte Schaltstangengehäuseanordnungen, die durch unter Druck gesetztes Hydraulikströmungsmittel, durch Druckluft oder Elektromotoren angetrieben werden, und auch die Steuerungen dafür sind im Stand der Technik wohlbekannt, wie zusehen ist mit Bezugnahme auf die US- Patente 4,428,248; 4,445,393; 4,722,237 und 4,873,881, die alle der gleichen Anmelderin zueigen sind, wie diese Erfindung.
Während elektronisch gesteuert betätigte Schaltstangengehäuseanordnungen des Standes der Technik im allgemeinen zufriedenstellend sind und gegenwärtig bei Produktionsanwendungen für ferngesteuerte und/oder automatisch gesteuerte Gangwechselgetriebe verwendet werden, sind die Anordnungen des Standes der Technik nicht vollständig zufriedenstellend, da sie kompliziert, teuer herzustellen, einzubauen und instand zu halten sind. Pneumatiksysteme des Standes der Technik sind, langsam und schwierig zu steuern, und zwar aufgrund der Kompressibilität der Luft, die verwendet wird, um die Schaltschienen anzutreiben. Die Anwendung von Hydraulikströmungsmittel als Betriebsmedium hat sich als schwierig erwiesen, und zwar aufgrund von Lecks in dem System, die eine schlechtere Leistung zur Folge hatten und übermäßige Instandhaltung nötig machten.
Es ist bekannt, einen traditionellen manuellen Schaltkasten (Getriebe) zu automatisieren, und zwar durch elektronische Steuerung einer Vielzahl von Betätigungsvorrichtungen zur Bewegung des Getriebegangschaltmechanismusses koordiniert mit einer vollständig oder teilweise automatisierten Antriebsstranghauptkupplung. Die Betätigungsvorrichtungen bewegen die Getriebeschaltschienen, die die Schaltgabeln halten, die wiederum die Axialbewegung von einer Klauenkupplung am Ende von jeder Schaltgabel steuern. Die Klauenkupplung gleitet axial entlang einer mit Keilen versehenen Getriebehauptwelle zum Eingriff von Zahnrädern und koppelt in nicht drehbarer Weise den Eingang mit dem Ausgang des Getriebes. Ähnliche mechanische Getriebe bzw. Übertragungen sind im Starid der Technik wohlbekannt und können angesehen werden mit Bezugnahme auf die US-Patente 3,105,395; 3,283,613; 4,754,665; 4,876,924; und 5,053,961.
Es ist auch bekannt, Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen zu verwenden, die von einem getrennten Antriebsmotor angetrieben werden, und zwar für jedes Paar von Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen in einem Getriebe zur Belastung von Kupplungspackungen der Hauptwelle, um durch Reibung eine Drehbewegung von der Hauptwelle auf Zahnräder zu übertragen, die auf der Hauptwelle laufen, die mit Zahnrädern auf einer parallelen Vorgelegewelle in Eingriff stehen. Das US-Patent 5,078,249, das der nächste Stand der Technik ist, beschreibt einen solchen Schaltkasten bzw. ein solches Getriebe. Die Kugelrampeneinheiten bestehen aus zwei Druckringen und einem dazwischen angeordneten Einstellring. Sowohl die Druck- als auch die Einstellringe verwenden gegenüberliegende Paare von Nuten mit variabler Tiefe zur Aufnahme eines Rollgliedes zum axialen Expandieren und Kontrahieren des Druckringes abhängig von der Drehrichtung des Einstellrings bezüglich des Druckrings. Die Drehbewegung des Einstellrings wird von einem Motor geliefert, der an dem Getriebegehäuse abgestützt ist.
EP-A-0,669,479 beschreibt einen Kugelrampenbetätigungsmechanismus zum Aufbringen einer axialen Klemmkraft auf eine Antriebslinie bzw. einen Antriebsstrang, wobei eine elektromagnetische Kupplung verwendet wird, um eine Steuerkupplung zu aktivieren, die durch Reibung den Steuerring mit der Getriebeeingangswelle koppelt. Die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung liefert eine Klemmkraft auf die Kupplungsreibscheibe.
Die Anwendung einer Elektromotorbetätigungsvorrichtung zur Drehung des Einstellrings relativ zum Getriebegehäuse hat eine komplizierte Anordnung und Kosten zur Folge, die mit gewissen mechanischen und elektrischen Komponenten assoziiert sind. Die Getriebeanordnung, die zur Übertragung der Drehbewegung mit relativ hoher Drehzahl eines Motors auf die langsam laufende Drehbewegung des Einstellrades erforderlich ist, begründet einen Großteil dieser komplizierten Verhältnisse. Die Getriebe- bzw. Gangreduktion verlangsamt die Ansprechgeschwindigkeit der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung, wodurch die Geschwindigkeit verlangsamt wird, die das Getriebe ausführen kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik durch ein Getriebeschaltsystem gemäß des unabhängigen Anspruches 1 und 6 überwunden oder minimiert, worin Gebrauch von der Relativdrehung der Vorgelegewelle und der Drehhauptwelle in Kombination mit einer elektromagnetischen Spulenanordnung gemacht wird, um eine Kugelrampenkupplung zu erregen, die axial eine schräge Klauenkupplung verschiebt, um ein Getriebehauptrad mit einer Getriebehauptwelle zu koppeln. In dieser Weise kann eine einfache elektromagnetische Spulenanordnung verwendet werden, um den Eingriff der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung zu steuern, um die Klauenkupplung der vorliegenden Erfindung ohne die komplizierte Anwendung eines Motors oder einer arideren Drehbetätigungsvorrichtung zu bewegen, die bei einem zahnradgetriebenen Einstellring zu verwenden ist, und zwar mit dem einhergehenden langsamen Ansprechen und der mechanischen komplizierten Ausführung. Die schräge Form eines Teils der Klauenkupplung kommt in Eingriff mit dem Hauptwellenzahnrad in einer Weise, die es gestattet, daß die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung weiter die Klauenkupplung zum Hauptwellenzahnrad hin drückt.
Obiges wird durchgeführt durch selektives elektromagnetisches Koppeln eines Kugelrampensteuerrings mit einem Getriebehauptwellenzahnrad durch eine Kupplungsplatte, wo eine elektrische Spule verwendet wird, um ein Magnetfeld in der Kupplungsplatte einzuleiten, die wiederum nicht drehbar mit dem Steuerring gekoppelt ist. Der Steuerring berührt axial die Klauenkupplung und bewegt diese, wobei sie nicht drehbar mit der Hauptwelle mit Keilen verbunden ist, die eine axiale Bewegung der Klauenkupplung ansprechend auf den Kugelrampenmechanismus gestatten. Somit wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerring selektiv magnetisch mit dem Hauptwellenzahnrad gekoppelt, das kontinuierlich von der Vorgelegewelle durch ein Vorgelegewellenzahnrad angetrieben wird, das in das Hauptwellenzahnrad eingreift. Die Relativdrehung zwischen dem Steuerring und einem Betätigungsring, der an der Hauptwelle befestigt ist, bewirkt, daß die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung sich axial ausdehnt, wodurch die Klauenkupplung in Eingriff mit dem Hauptwellenzahnrad bewegt wird, um das Hauptwellenzahnrad mit der Hauptwelle zur Ausgabe an den Fahrzeugantriebsstrang zu koppeln. Der Steuerring weist eine erste Seite des Kugelrampenmechanismusses auf, wobei die zweite Seite aus dem Betätigungsring besteht. Der Steuerring wird axial bewegt durch Betätigung von Rollelementen, die mit entsprechenden Nuten mit variabler Tiefe in Eingriff kommen, die sowohl auf dem Steuer- als auch dem Betätigungsring ausgebildet sind. Bei einer Relativdrehungsbewegung des Steuerrings relativ zum Betätigungsring dehnt sich der Kugelrampenmechanismus axial aus, wenn die Rollelemente über die Nuten mit variabler Tiefe laufen, die sowohl in dem Steuerring als auch dem Betätigungsring ausgebildet sind. Schräge Kanten sind auf den Klauenkupplungen ausgebildet, wo die Klauenkupplungen entsprechende Eingriffshohlräume berühren, die in dem Hauptwellenzahnrad ausgebildet sind. Die schrägen Kontaktflächen der Klauenkupplung und des Hauptwellenzahnrades sehen eine Bodenberührung der abgeschrägten Zähne in den Hohlräumen vor, die gestatten, daß eine kontinuierliche Kraft von der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung weiter die Klauenkupplung mit dem Hauptwellenzahnrad in Eingriff bringen. Wenn somit die Klauenkupplung mit dem Hauptwellenzahnrad in Eingriff kommt, gestattet die Geometrie der schrägen Klauenkupplung und der Eingriffshohlräume, die in dem Hauptwellenzahnrad ausgebildet sind, eine weitere relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring und dem Betätigungsring, wodurch bewirkt wird, daß die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung sich weiter axial ausdehnt, um den Grad des Eingriffes zwischen der Klauenkupplung und dem Hauptwellenzahnrad zu steigern. Magnetflußnuten, die in der Kupplungsplatte ausgebildet sind, verhindern den Lauf des Magnetflusses durch die Kupplungsplatte, so daß die Kupplungsplatte nur magnetisch vom Hauptwellenzahnrad und nicht von der Spulenanordnung angezogen wird.
In einem ersten alternativen Ausführungsbeispiel wird eine Spulenanordnung verwendet, um elektromagnetisch die Kupplungsplatte und den Steuerring mit dem Getriebehauptwellenzahnrad zu verbinden, wodurch eine Relativdrehung zwischen dem Steuerring und dem Betätigungsring vorgesehen wird. Der Betätigungsring ist mit dem Getriebegehäuse verbunden. Die Spulenanordnung ist geeignet, um den Kugelrampenmechanismus zu umgeben, und leitet ein elektrisches Feld direkt in die Kupplungsplatte, die magnetisch an das Hauptwellenzahnrad angezogen wird und reibungsmäßig darin eingreift. Ein Nockenrampenmechanismus kann anstelle eines Kugelrampenmechanismusses verwendet werden, um die erforderliche Axialkraft zu erzeugen, um die Klauenkupplung der vorliegenden Erfindung mit dem Hauptwellenzahnrad in Eingriff zu bringen.
Ein zweites, alternatives Ausführungsbeispiel offenbart einen Betätigungsring, der als ein Stück mit der Klauenkupplung ausgebildet ist. Ein Steuerring fährt aus, um nicht drehbar den Steuerring mit einer Kupplungsplatte zu verbinden, wo die Kupplungsplatte elektromagnetisch drehbar mit einem Hauptwellenzahnrad verbunden ist. Eine Relativbewegung zwischen dem Hauptwellenzahnrad und der Hauptwelle erregt den Kugelrampenmechanismus.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Steuerung einer Kugelrampenbetätigungsvorrichtung vorzusehen, die mit einer Klauenkupplung in einem Getriebeschaltsystem verbunden ist, und zwar unter Verwendung einer elektrischen Spule.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Kugelrampenbetätigungssystem vorzusehen, um die Axialbewegung einer Klauenkupplung in einem Gangwechselgetriebe zu steuern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Steuerung der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung vorzusehen, um eine Klauenkupplung unter Verwendung einer elektrischen Spule zu belasten bzw. zu betätigen, um ein elektromagnetisches Feld in einer Kupplungsplatte einzuleiten oder zu induzieren, die nicht drehbar mit dem Steuerring einer Kugelrampenbetätigungsvorrichtung verbunden ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Kugelrampenbetätigungssystem vorzusehen, um die Axialbewegung einer Klauenkupplung mit schrägen Oberflächen zu steuern, die mit Eingriffshohlräumen in Eingriff kommen, die in dem Hauptwellenzahnrad eines Gangwechselgetriebes ausgebildet sind.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Kugelrampenbetätigungssystem vorzusehen, um die Axialbewegung einer Klauenkupplung mit schrägen Oberflächen zu steuern, die mit Eingriffshohlräumen in Eingriff kommen, die auf dem Hauptwellenzahnrad ausgebildet sind, um eine weitere Betätigung der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung zu gestatten, bis die schrägen Oberflächen vollständig mit den Eingriffshohlräumen in einem Gangwechselgetriebe in Eingriff kommen.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Anwendung bei einem Getriebe der Bauart mit zweifacher Vorgelegewelle beschrieben wird, könnte irgendeine geeignete Bauart eines Schaltkastens bzw. einer Getriebeanordnung Anwendung von der vorliegenden Erfindung machen, um ein Zahnrad mit einer sich drehenden Welle zu koppeln.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Getriebes mit einem Schaltsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht von zwei Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen und jeweiligen Klauenkupplungen der vorliegenden Erfindung, die auf den jeweiligen Hauptwellenzahnrädern in einem Getriebe eingebaut sind;
Fig. 3 ist eine axiale Querschnittsansicht des Kugelrampenmechanismusses der vorliegenden Erfindung, aufgenommen entlang der Linie III-III der Fig. 2;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des Kugelrampenmechanismusses der vorliegenden Erfindung, aufgenommen entlang der Linie IV- IV der Fig. 3 bei minimaler Trennung;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des Kugelrampenmechanismusses der vorliegenden Erfindung, aufgenommen entlang der Linie IV- IV der Fig. 3 mit vergrößerter Trennung;
Fig. 6 ist eine Ansicht der Klauenkupplung und des Hauptwellenzahnrades der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm der Kräfte, die zwischen der Klauenkupplung und dem Hauptwellenzahnrad der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;
Fig. 8 ist eine Teilquerschnittsansicht eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht einer Rampenbetätigungsvorrichtung zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Eine gewisse Ausdrucksweise wird in der folgenden Beschreibung nur zu Bezugszwecken verwendet und soll nicht einschränkend sein. Beispielsweise werden sich die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" auf Richtungen zum Vorderteil und Hinterteil des Getriebes beziehen, wie es normalerweise in einem Fahrzeug montiert ist. Die Ausdrücke "nach rechts" und "nach links" werden sich auf Richtungen in den Zeichnungen beziehen, wenn in Verbindung damit die Ausdrucksweise verwendet wird. Die Ausdrücke "nach innen" und "nach außen" werden sich auf Richtungen zu der geometrischen Mitte der Vorrichtung hin bzw. weg davon beziehen. Die Ausdrücke "aufwärts" und "abwärts" werden sich auf Richtungen beziehen, wie sie in den Zeichnungen zu sehen sind, wenn die Ausdrücke mit Bezug darauf verwendet werden. Alle oben erwähnten vorangegangenen Ausdrücke umfassen die normalen Ableitungen und äquivalente Ausdrücke davon.
Zum Zwecke des besseren Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun Bezug genommen auf das Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen veranschaulicht wird, und eine spezielle Ausdrucksweise wird verwendet werden, um diese zu beschreiben. Es sei trotzdem bemerkt, daß keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung dadurch beabsichtigt wird, wobei solche Veränderungen und weitere Modifikationen in der veranschaulichten Vorrichtung und weitere solche Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie sie hier Veranschaulicht wird, in Betracht gezogen wurden, wie sie normalerweise dem Fachmann bezüglich der Technik offensichtlich werden würde, auf die sich die Erfindung bezieht.
Ein Gangwechselgetriebe 2, das die Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen 14 und 16 der vorliegenden Erfindung verwendet, ist mit Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen. Fig. 1 veranschaulicht eine Teilquerschnittsansicht eines Getriebes 2 mit einer Eingangswelle 4, die mit einem Antriebsrad 6 verbunden ist, die beide in einem Getriebegehäuse 8 getragen werden. Das Antriebsrad 6 greift in beide Vorgelegewellenantriebsräder 10 und 11 ein, die nicht drehbar mit den jeweiligen Vorgelegewellen 12 und 13 verbunden sind. Die Vorgelegewelle 12 dreht die Vorgelegewellenzahnräder 27 und 28, und die Vorgelegewelle 13 dreht die Vorgelegewellenzahnräder 27 und 29. Die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 14 und die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 16 werden verwendet, um selektiv jeweilige Hauptwellenzahnräder 22 und 24 mit der Hauptwelle 18 zu koppeln. Das Hauptwellenzahnrad 22 oder das Hauptwellenzahnrad 24 sind nicht drehbar mit der Hauptwelle 18 durch jeweilige Klauenkupplungen 21 und 23 gekoppelt. Es sind die anderen Hauptwellenzahnräder nicht gezeigt, die selektiv drehbar mit der Hauptwelle 18 verbunden sind, und zwar durch Eingriff ihrer jeweiligen Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen (die auch nicht gezeigt sind). Wie in Fig. 1 gezeigt, werden die Vorgelegewellenzahnräder 26 und 27 und die Vorgelegewellenzahnräder 28 und 29 drehbar mit der Hauptwelle 18 durch Aktivierung und axiale Verschiebung der jeweiligen Kugelrampenmechanismen 30 und 31 verbunden, und zwar durch Erregung ihrer jeweiligen elektrischen Spulenanordnungen 32 und 33 durch Einleitung eines elektrischen Stroms in elektrische Leitungen 32A und 33A.
Das veranschaulichte Getriebe 2 weist eine Eingangswelle 4 auf, die ein Antriebsrad 6 trägt, das mit den Vorgelegewellenantriebsrädern 10 und 11 zur Drehung damit in Eingriff steht. Die Eingangswelle 4 soll von einem Primärantrieb angetrieben werden, wie beispielsweise von einem (nicht gezeigten) Motor, und zwar mittels einer Hauptkupplung oder eines (nicht gezeigten) Drehmomentwandlers, dessen Anwendung in der Technik wohlbekannt ist. Ein Paar von im wesentlichen identischen Vorgelegewellen 12 und 13 ist drehbar in einem Gehäuse 8 montiert und wird mit der Eingangswelle 4 durch die Drehung der Vorgelegewellenantriebsräder 10 und 11 gedreht. Eine Ausgangswelle oder Hauptwelle 18 ist vorgesehen, die vorzugsweise schwimmend und/oder schwenkbar in dem Getriebegehäuse 8 gelagert bzw. befestigt ist, und wird durch die Vorgelegewellen 12 und 13 angetrieben, die funktionell die Last aufteilen. Somit ist die Hauptwelle 18 nicht direkt mit der Eingangswelle 4 verbunden, sondern wird durch die Vorgelegewellen 12 und 13 durch eine ausgewählte Getriebeübersetzung angetrieben. Jede der Vorgelegewellen 12 und 13 trägt eine Vielzahl von Vorgelegewellenzahnrädern, die beispielsweise Vorgelegewellenzahnräder 26 und 28 aufweisen, die sich mit der Vorgelegewelle 12 drehen, und die Vorgelegewellenzahnräder 27 und 29, die sich mit der Vorgelegewelle 13 drehen, die alle daran zur Drehung damit befestigt sind. Die Vorgelegewellenzahnräder 26 und 27 greifen konstant in das Hauptwellenzahnrad 22 ein, und die Vorgelegewellenzahnräder 28 und 29 greifen konstant in das Hauptwellenzahnrad 24 ein. Irgendeine Anzahl von Zahnradpaaren könnte verwendet werden, um die erwünschte Anzahl von Antriebsgangübersetzungen vorzusehen, und zwar in einer ähnlichen Betriebstheorie zur Verwendung zur Übertragung von Leistung an die Hauptwelle 18 von den Vorgelegewellen 112 und 13.
Die Hauptwellenzahnräder 22 und 24 sind beispielsweise nicht drehbar an der Hauptwelle 18 befestigt und treiben normalerweise nicht die Hauptwelle 18 an, außer wenn sie drehbar mit der Hauptwelle 18 durch eine gewisse Art einer Vorrichtung gekoppelt sind, wie beispielsweise Klauenkupplungen, die unter Verwendung von durch einen Bediener gesteuerten Schaltgabeln durch eine durch Hebel gesteuerte Schaltverbindung bewegt werden, eine Technik, die im Stand der Technik bekannt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen 14 und 16 verwendet, um die verbesserten Klauenkupplungen 21 und 23 in Eingriff mit dem ausgewählten Hauptwellenzahnrad zu bewegen, wie beispielsweise dem Hauptwellenzahnrad 22 oder dem Hauptwellenzahnrad 24, um eine Drehkupplung zwischen der Eingangswelle 4 und den Vorgelegewellen 12 und 13 und der Hauptwelle 18 vorzusehen. Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, sind andere Paare von Vorgelegewellenzahnrädern und ihre jeweiligen Hauptwellenzahnräder in konstantem Eingriff und können in ähnlicher Weise mit der Hauptwelle 18 durch elektrische Erregung ihrer jeweiligen Spulenanordnung gekoppelt werden.
Die Hauptwellenzahnräder 22 und 24 werden drehbar getragen und sind axial an der Hauptwelle 18 angebracht. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Hauptwellenzahnräder 22 und 24 mit der Hauptwelle 18 unter Verwendung von Klauenkupplungen 21 und 23 gekoppelt, die unabhängig axial verschoben werden, um mit ihren jeweiligen Hauptwellenzahnrädern 22 oder 24 bei der Aktivierung von entweder der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 14 oder der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 16 in Eingriff zu kommen und zwar entsprechend der erwünschten Getriebeübersetzung. Die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 14 wird bei der Einleitung eines elektrischen Stroms in die elektrischen Leitungen 32A erregt, die die elektrische Spulenanordnung 32 erregen, wodurch der Kugelrampenmechanismus 30 aktiviert wird, der in der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 14 enthalten ist. In ähnlicher Weise wird durch Einleiten eins elektrischen Stroms in elektrische Leitungen 33A, die mit der elektrischen Spulenanordnung 33 verbunden sind, ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das den Kugelrampenmechanismus 31 aktiviert, der in der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 16 enthalten ist.
Typischerweise wird nur eine elektrische Spulenanordnung 32 oder 33 gleichzeitig erregt, da nur ein Getriebesatz im Eingriff sein sollte. Wenn beispielsweise die Gangübersetzung erwünscht ist, die durch den Getriebe- bzw. Zahnradsatz der Vorgelegewellenzahnräder 26 und 27 und des Hauptwellenzahnrades 22 bestimmt wird, wird die Spulenanordnung 32 erregt. Das elektromagnetische Feld, das von der Spulenanordnung 32 erzeugt wird, leitet eine elektromagnetische Kraft in die Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 14 ein, die den Kugelrampenmechanismus 30 aktiviert, der sich axial ausdehnt, um die Klauenkupplung 21 in Eingriff mit der Hauptwelle 22 zu bewegen. Da die Klauenkupplung 21 Keile besitzt, die sich radial nach innen erstrecken, um in Drehrichtung die Klauenkupplung 21 an Keilen 20 zu befestigen, die auf der Hauptwelle 18 ausgebildet sind, wird beim Eingriff der Klauenkupplung 21 mit dem Hauptwellenzahnrad 22 das Hauptwellenzahnrad 22 nicht drehbar mit der Hauptwelle 18 verbunden, was eine Drehkoppelung der Hauptwelle 18 mit beiden Vorgelegewellen 12 und 13 durch die Vorgelegewellenzahnräder 26 und 27 zur Folge hat. In ähnlicher Weise könnte die Spulenanordnung 33 erregt werden, was eine Aktivierung des Kugelrampenmechanismusses 31 zur Folge hat, wodurch eine axiale Verschiebung der Klauenkupplung 23 aufgeprägt wird, die dann das Hauptwellenzahnrad 24 berührt und damit in Eingriff kommt. Die Hauptwelle 24 wird dann drehbar mit der Hauptwelle 18 gekoppelt, und somit wird die Hauptwelle 18 drehbar mit der Vorgelegewelle 12 und 13 durch die Vorgelegewellenzahnräder 28 und 29 gekoppelt.
Die Leistung fließt nach hinten durch das Getriebe 2 zum Rest des Fahrzeugantriebsstrangs. Insbesondere fließt die Drehenergie durch die Eingangswelle 4, durch das Antriebsrad 6, das nach außen mit den Vorgelegewellenantriebsrädern 10 und 11 in Eingriff steht. Die Vorgelegewellen 12 und 13 drehen die Vorgelegewellenzahnräder 26, 27, 28 und 29. Abhängig davon, welche Spule 32 oder 33 erregt wird, wird die Drehung der Vorgelegewellen 12 und 13 an die Hauptwelle 18 entweder durch den Getriebesatz aus den Vorgelegewellenpaaren 26 und 27 und in die Hauptwelle 22 oder durch die Vorgelegewellenzahnräder 28 und 29 in das Hauptwellenzahnrad 24 übertragen. Wie in der Technik bekannt ist, sind die Hauptwellenzahnräder 22 und 24 vorzugsweise in gewisser Weise radial bewegbar (schwimmend) mit Bezug auf die Hauptwelle 18. Die Vorteile der Verwendung einer schwimmenden Hauptwelle und/oder von schwimmenden Hauptwellenzahnrädern ist in der Technik wohlbekannt und kann genauer durch Bezugnahme auf das zuvor erwähnte US-Patent 3,105,395 bewertet werden.
Nun wird mit Bezugnahme auf Fig. 2 eine Teilquerschnittsansicht von zwei Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen 14 und 16 der vorliegenden Erfindung gezeigt, wie sie auf den jeweiligen Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 in dem Getriebe 2 eingebaut sind. Beide Kugelrampenmechanismen 30 und 31 verwenden eine Vielzahl von Rollelementen 34A bzw. 35A, die in Nuten 36A und 38A arbeiten, die in dem Steuerring 37 und dem Steuerring 39 ausgebildet sind, und zwar im wesentlichen mit identischen Umfangsnuten 40A und 42A, die in dem Betätigungsring 43 ausgebildet sind. Der Betätigungsring 43 wird in einer Position relativ zur Hauptwelle 18 durch den Stabilisierungsring 44 gehalten, der mit einer Nut in Eingriff steht, die in die Hauptweile 18 geschnitten ist. Der Betätigungsring 43 ist nicht drehbar mit der Hauptwelle 18 durch den Keil 58 verbunden. Die Klauenkupplung 21 wird weg von dem Hauptwellenzahnrad 22 durch eine Rückstellfeder 48 vorgespannt, und in ähnlicher Weise wird die Klauenkupplung 23 weg von der Hauptwelle 24 durch die Rückstellfeder 49 vorgespannt, wobei beide Rückstellfedern 48 und 49 an der Position in einem zusammengedrückten Zustand durch ihre jeweiligen Federanschläge 50 und 51 gehalten werden, die auf der Hauptwelle 18 am Platz gehalten werden. Ringförmige Kupplungsplatten 52 und 53 arbeiten in der Nähe ihrer jeweiligen Hauptwellenzahnräder 22 und 24, so daß wenn die Spulenanordnung 32 oder 33 erregt wird, die Kupplungsplatte 52 oder die Kupplungsplatte 53 elektromagnetisch an das Hauptwellenzahnrad 22 oder das Hauptwellenzahnrad 24 angezogen werden, wodurch durch Reibung die Kupplungsplatte 52 oder die Kupplungsplatte 53 mit ihrem jeweiligen Hauptwellenzahnrad 22 oder 24 gekoppelt werden. Die Kupplungsplatten 52 und 53 haben jeweilige Plattenfinger 54 und 55, die mit ihren jeweiligen Steuerringen 37 und 39 in einer Weise in Eingriff kommen, daß eine axiale Bewegung der Kupplungsplatten 52 und 53 relativ zu den Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 gestattet wird, während die Kupplungsplatten 52 und 53 bezüglich der Drehung mit ihren jeweiligen Steuerringen 37 und 39 verbunden werden. Beispielsweise bewirkt die Relativdrehung zwischen der Hauptwelle 22 und der Hauptwelle 18 eine Relativdrehung zwischen dem Betätigungsring 43 und dem Steuerring 39, wodurch bewirkt wird, daß der Kugelrampenmechanismus 31 sich axial ausdehnt, wodurch die Klauenkupplung 23 in Eingriff mit dem Hauptwellenzahnrad 24 kommt.
In Fig. 2 werden elektrische Spulen 32 und eine zweite Spulenanordnung 64 mit elektrischen Leitungen 64A strukturell mit dem Gehäuse 8 durch einen Spulenträger 56 verbunden. Die zusätzlichen Spulenanordnungen 64 und 65 veranschaulichen eine Anordnung, wodurch zwei Spulenanordnungen an dem Getriebegehäuse 8 unter Verwendung eines Spulenträgers 56 montiert sind. Die Spulenanordnung 64 kann verwendet werden, um eine Steuerung einer dritten (nicht gezeigten) Kugelrampenbetätigungsvorrichtung vorzusehen, um mit einem weiteren (nicht gezeigten) Hauptwellenzahnrad in Eingriff zu kommen. Die Spulenanordnung 33 wird an das Gehäuse 8 durch den Spulenträger 60 angezogen, der auch in ähnlicher Weise eine Spulenanordnung 65 mit elektrischen Leitungen 65A trägt, und zwar zur Aktivierung einer vierten (nicht gezeigten) Kugelrampenbetätigungsvorrichtung zur Steuerung des Eingriffes ihres eigenen assoziierten Hauptwellenzahnrades. Somit können abhängig von der erwünschten Getriebeübersetzung die elektrischen Spulen 32 oder 33 oder 64 oder 65 elektrisch durch elektrische Leitungen 32A, 33A, 64A oder 65A erregt werden, wodurch die assoziierten Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen 30, 31 oder die zwei nicht in Fig. 2 gezeigten Kugelrampenbetätigungsvorrichtungen aktiviert werden, wodurch verursacht wird, daß die Klauenkupplung 21 oder 23 oder eine der zwei anderen in Fig. 2 nicht gezeigten Klauenkupplungen in Eingriff mit den Hauptwellenzahnrädern 22 oder 24 oder den nicht in Fig. 2 gezeigten Hauptwellenzahnrädern gleichzeitig bewegt werden, um das erwünschte Hauptwellenzahnrad mit der Hauptwelle 18 in Eingriff zu bringen. Alle Hauptwellenzahnräder werden kontinuierlich durch ihre assoziierten Vorgelegewellenzahnräder angetrieben, so wie das Hauptwellenzahnrad 22 kontinuierlich gedreht wird und in die Vorgelegewellenzahnräder 26 und 27 eingreift, und in identischer Weise das Hauptwellenzahnrad 24 gedreht wird und mit den Vorgelegewellenzahnrädern 28 und 29 in Eingriff kommt. Segmentierte Flux- bzw. Magnetflußnuten 80A sind in den Kupplungsplatten 52 und 53 ausgebildet, und segmentierte Flux- bzw. Magnetflußnuten 80B sind in den Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 ausgebildet, die zusammen dahingehend wirken, daß sie die elektromagnetischen Kräfte intensivieren, die durch die Spulenanordnungen 32 und 33 erzeugt werden, um wirkungsvoller die Kupplungsplatten 52 und 53 an ihre jeweiligen Hauptwellenzahnräder 22 und 24 anzuziehen. Diese Technik ist in der Technik bekannt und wird für die Kupplungen von Fahrzeugklimatisierungskompressoren verwendet.
Mit Bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 zur Beschreibung des Betriebes des Kugelrampenmechanismusses 31 ist eine Querschnittsansicht des Steuerrings 39 aufgenommen entlang der Linie III-III der Fig. 2 in Fig. 3 gezeigt, und eine Ansicht, aufgenommen entlang der Linie IV-IV der Fig. 3 des Steuerrings 39 und des Betätigungsrings 43, die von einem Rollelement 35A getrennt werden, ist in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Drei kugelförmige Rollelemente 35A, 35B und 35C sind um ungefähr 120 Grad beabstandet, und zwar jeweils rollend in drei Nuten 42A, 42B und 42C mit variabler Tiefe, wenn der Steuerring 39 relativ zum Betätigungsring 43 gedreht wird. Irgendeine Anzahl von kugelförmigen Rollelementen und jeweiligen Rampen könnte verwendet werden, und zwar abhängig von dem erwünschten Drehwinkel und der Axialbewegung der Kugelrampenbetätigungsvorrichtung 16. Es ist wünschenswert, zumindest drei kugelförmige Rollelemente 35A, 35B und 35C einzusetzen, die in einer gleichen Anzahl von identischen und gleich beabstandeten gegenüber liegenden Nuten 40A und 42A, 40B und 42B und 40C und 42C mit variabler Tiefe laufen, die in dem Steuerring 39 bzw. dem Betätigungsring 43 ausgebildet sind, um eine Stabilität des Steuerrings 39 und des Betätigungsrings 43 vorzusehen. Irgendeine Bauart einer Vorrichtung mit niedriger Reibung, die entlang der Nuten 42A, 42B, 42C rollen würde, könnte für die Rollelemente 35A, 35B und 35C verwendet werden, wie beispielsweise Kugeln oder Walzen.
Drei halbkreisförmige Nuten 42A, 42B und 42C, die in Umfangrichtung variable Tiefen haben, sind in der Stirnseite des Steuerrings 39 ausgebildet, wobei entsprechende identische gegenüber liegenden Nuten 40A, 40B und 40C mit variabler Tiefe (wobei die Nuten 40B und 40C nicht gezeigt sind) in der Stirnseite des Betätigungsrings 43 ausgebildet sind, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt. Auch auf einer entgegengesetzten Stirnseite des Betätigungsrings 31 sind die Nuten 38A, 38B und 38C ausgeformt, wobei 38B und 38C nicht gezeigt sind, jedoch im wesentlichen identisch mit den Nuten 42B und 42C sind. Die Nuten 40A, 40B, 40C, 42A, 42B und 42C mit variabler Tiefe können bezüglich der axialen Tiefe gemäß der Umfangsposition in der Nut variieren und sich in Umfangsrichtung um ungefähr 120 Grad erstrecken (tatsächlich geringfügig weniger als 120 Grad, um einen Trennabschnitt zwischen den Rampen zuzulassen). Irgendeine Anzahl von entgegengesetzten Nuten und assoziierten Roll- bzw. Wälzelementen könnte abhängig von dem erwünschten Bereich der Drehung und dem benötigten Axialweg des Kugelrampenmechanismusses 31 verwendet werden. Die Nutentiefe ist maximal bei der Mitte ihrer Spanne. Der Steuerring 39 und der Betätigungsring 43 können aus einem hochfesten Stahl oder Pulvermetall hergestellt werden, wobei die Nuten 38A, 38B, 38C, 40A, 40B, 40C und 42A, 42B und 42C mit variabler Tiefe aufgekohlt sind und auf Rc 55-60 gehärtet sind. Die axiale Trennung 70 zwischen dem Steuerring 39 und dem Betätigungsring 43, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird durch die Drehorientierung zwischen den entsprechenden entgegengesetzten Nuten bestimmt, wie beispielsweise 40A und 42A, wo das kugelförmige Rollelement 35A auf jeder Rampe 40A und 42A rollt, wenn der Steuerring 39 relativ zum Betätigungsring 43 auf der gleichen Drehachse C gedreht wird. Die relative Drehung drückt den Steuerring 39 und den Betätigungsring 43 auseinander oder gestattet ihnen, näher zusammen zu kommen, wie durch die Position der Rollelemente 35A, 35B und 35C an ihren jeweiligen Nutenpaaren 40A, 42A und 40B, 42B und 40C, 42C bestimmt, wodurch eine axiale Bewegung der Klauenkupplung 23 zum Eingriff mit dem Hauptwellenzahnrad 24 vorgesehen wird. Es sei bemerkt, daß die Nuten doppelte Rampen haben, wobei ihr tiefster Punkt an ihrer Mitte liegt, was für eine Steigerung der axialen Trennung 70 sorgt, wenn der Steuerring 39 in jeder Richtung von einem Startpunkt gedreht wird, wie in Fig. 4 gezeigt. Diese Möglichkeit der doppelten Wirkung sorgt für eine Verriegelung des Hauptwellenzahnrades 24 sowohl im Antriebsbetriebszustand als auch im freilaufenden Betriebszustand des Fahrzeugbetriebes.
Fig. 4 veranschaulicht die Drehorientierung des Steuerrings 39 und des Betätigungsrings 43, wenn die axiale Trennungsdistanz 70 minimal ist, da die Nuten 40A und 42A direkt gegenüberliegen, und das Rollelement 35A im tiefsten Abschnitt der Nuten 40A und 42A ist, wie angezeigt durch die Ausrichtung der Referenzpunkte 66 und 68. Die Drehung des Steuerrings 39 in jeder Richtung würde eine vergrößerte axiale Trenndistanz 70 zur Folge haben.
Fig. 5 zeigt die vergrößerte Trenndistanz 70, wenn der Steuerring 39 relativ zum Betätigungsring 43 gedreht wird. Die Referenzpunkte 66 und 68 liegen einander nicht länger gegenüber, und das Rollelement 35A ist sowohl über die Nut 42A im Steuerring 39 als auch die Nut 40A im Betätigungsring 43 gelaufen, wodurch die axiale Trenndistanz 70 vergrößert wird.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, wird der Steuerring 39 relativ zum Betätigungsring 43 durch Aufbringen eines Eingangsdrehmomentes gedreht, das durch die Kupplungsplatte 53 erzeugt wird, die das Hauptwellenzahnrad 24 berührt, wenn elektrischer Strom zur Spulenunteranordnung 33 geliefert wird. Die Kupplungsplatte 53 hat Plattenfinger 55, die sich erstrecken bzw. vorauslaufen und in Drehrichtung die Kupplungsplatte 53 mit dem Steuerring 39 verbinden, wodurch in Drehrichtung das Hauptwellenzahnrad 24 mit dem Steuerring 39 verriegelt wird. Wenn es eine relative Drehbewegung zwischen dem Steuerring 39 und einem Betätigungsring 43 gibt, bringt die Kupplungsplatte 53 eine Kraft auf den Steuerring 39 auf, was verursacht, daß er sich relativ zum Betätigungsring 43 dreht, beispielsweise in die in Fig. 5 gezeigte Position. Der Referenzpunkt 66 in Beziehung zum Referenzpunkt 68 auf den Nuten 42A und 40A, die jeweils in Fig. 4 ausgerichtet gezeigt sind, wird auf die in Fig. 5 gezeigte Position verschoben, wobei die Trenndistanz 70 aufgrund des Rollens des Rollelementes 35A mit Bezug auf die Nuten 40A und 42A vergrößert wird. Somit vergrößert die Relativbewegung zwischen dem Steuerring 39 und dem Betätigungsring 43, wenn die Rollelemente 35A, 35B und 35C neue Positionen in ihren jeweiligen Nuten 42A, 42B und 42C und 40A, 40B und 40C einnehmen, die axiale Trennung zwischen dem Steuerring 39 und dem Betätigungsring 43. Die vergrößerte axiale Trennung 70 des Kugelrampenmechanismusses 31 bewirkt, daß die Klauenkupplung 23 axial zum Hauptwellenzahnrad 24 hin verschoben wird, wodurch das Hauptwellenzahnrad 24 in Eingriff kommt und in Drehrichtung das Hauptwellenzahnrad 24 mit der Hauptwelle 18 koppelt. Da das Hauptwellenzahnrad 24 kontinuierlich eingreift und mit den Vorgelegewellenzahnrädern 28 und 29 gedreht wird, wird die Hauptwelle 18 in Drehrichtung mit der Eingangswelle 4 gekoppelt, wodurch der Leistungsfluß durch das Getriebe 2 und schließlich zur (nicht gezeigten) Fahrzeugantriebswelle vollendet wird, und zwar zur Übertragung zum Rest des Fahrzeugantriebsstrangs.
Fig. 6 ist eine Ansicht der Klauenkupplung 23 und des Hauptwellenzahnrades 24 der vorliegenden Erfindung. Die Klauenkupplung 23 besteht aus einer Vielzahl von Klauenkupplungszähnen 72, die an einem Hauptkörper 73 der Klauenkupplung 23 geformt ist, und die als gleichmäßig entlang des Umfangs der Klauenkupplung 23 beabstandet gezeigt sind. Die Klauenkupplungszähne 74 sind axial und radial abgeschrägt, um in passende Kupplungseingriffshohlräume 78 einzugreifen, die in dem Hauptwellenzahnrad 24 ausgebildet sind. Die Klauenkupplungszähne 74 könnten sich auch axial von einer Stirnseite der ringförmigen Klauenkupplung 23 erstrecken statt auf dem Umfang ausgebildet zu sein. Die Konstruktion der abgeschrägten Klauenkupplungszähne 74 und der Eingriffshohlräume 78 gestattet es dem Steuerring 39, sich weiter relativ zum Betätigungsring 43 zu drehen, um weiter axial die Klauenkupplung 23 in das Hauptwellenzahnrad 24 zu verschieben, und zwar zum gesteigerten Eingriff der Klauenkupplungszähne 74 in die Eingriffshohlräume 78.
Nun wird mit Bezugnahme auf Fig. 7 eine schematische Darstellung der Klauenkupplung 23 gezeigt, die mit dem Hauptwellenzahnrad 24 in Eingriff steht, wobei die Kupplungszähne 72 mit dem Hauptwellenzahnrad 24 in Eingriff stehen, und die Klauenkupplungszähne 74 mit dem Kupplungseingriffshohlraum 78 in Eingriff stehen. Der Winkel T wird verwendet, um die Kräfte zu berechnen, die auf der Klauenkupplung 23 erzeugt werden, wobei eine Kraft erzeugt wird, die dazu tendiert, zu gestatten, daß der Kugelrampenmechanismus 31 weiter aktiviert wird, wodurch eine gesteigerte axiale Kraft auf der Klauenkupplung 23 erzeugt wird, die dazu tendiert, weiter die Klauenkupplungszähne 74 in die Kupplungseingriffshohlräume 78 eingreifen zu lassen. Die Geometrie der Klauenkupplungszähne 74 gestattet nicht, daß die Kräfte, die von der Klauenkupplung 23 erzeugt werden, den Kugelrampenmechanismus 31 zurücktreiben.
Die Kraft Ft wird berechnet durch die Gleichung:
Ft= Fn sin T + uFn cos T
und Fa wird berechnet durch die folgende Gleichung:
Fa = Fn cos T - uFn sin T
Daher gilt:
Ft/Fa = tan (T + B) wobei gilt: B = tan&supmin;¹ (u)
wobei gilt:
Ft ist die Antriebskraft, die von der Klauenkupplung 23 aufgebracht wird.
Fa ist die Axialkraft, die vom Steuerring 39 des Kugelrampenmechanismusses 31 aufgebracht wird
Fn ist die Normalkraftkomponente
Fu ist die tangentiale Kraftkomponente
u ist der Reibungskoeffizient
T ist der Winkel des abgeschrägten Klauenkupplungszahns 74
B ist der Reibungswinkel
Fig. 8 ist eine Teilquerschnittsansicht eines ersten alternativen Ausführungsbeispiels des Getriebeschaltsystems der vorliegenden Erfindung. Die Konfiguration und Orientierung der elektrischen Spulenanordnungen 32 und 33 sind verändert worden, wobei die elektrischen Spulenanordnungen 32 und 33 am Betätigungsringträger 59 befestigt sind und elektromagnetisch eine Kraft aufbringen, um die Kupplungsplatten 52 und 53 an ihre jeweiligen Hauptwellenzahnräder 22 und 24 anzuziehen, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem Steuerring 37 und dem Betätigungsring 43 und dem Steuerring 39 und dem Betätigungsring 43 vorgesehen wird.
Flux- bzw. Magnetflußnuten 80A sind als segmentartig ausgebildete Umfangsnuten in den Kupplungsplatten 52 und 53 ausgeformt, und Flux- bzw. Magnetflußnuten 80B sind in den Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 ausgebildet, so daß der Magnetfluß nicht durch die Kupplungsplatten 52 und 53 fließt und statt dessen durch die Hauptwellenzahnräder 22 und 24 fließt, wodurch eine Reibverbindung zwischen der Kupplungsplatte 52 und dem Hauptwellenzahnrad 22 und der Kupplungsplatte 53 und dem Hauptwellenzahnrad 24 vorgesehen wird. Die Magnetflußnuten 80A und 80B sind ähnlich jenen, die bei Fahrzeugklimaanlagenkupplungen verwendet werden, und verhindern, daß die Kupplungsplatten 52 und 53 den magnetischen Pfad kurzschließen, wenn elektrischer Strom angelegt wird. Somit gestattet die Geometrie der Klauenkupplungszähne 74 und der Eingriffshohlräume 78, daß der Steuerring 39 sich weiter relativ zum Betätigungsring 43 bewegt, bis die Klauenkupplungszähne 74 vollständig mit den Eingriffshohlräumen 78 in Eingriff kommen.
Mit Bezugnahme auf Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht eines zweiten alternativen Ausführungsbeispiels des Getriebeschaltsystems der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wiederum sind wie in Fig. 8 gezeigt die Spulenanordnungen 32 und 33 am Gehäuse 8 unter Verwendung eines Traggliedes 86 montiert. Die Spulenanordnungen 32 und 33 verbinden elektromagnetisch die Spulenplatte 84 mit dem Hauptwellenzahnrad 22, und in ähnlicher Weise stellt die Spulenanordnung 33 eine elektromagnetische Verbindung her, was bewirkt, daß die Kupplungsplatte 85 das Hauptwellenzahnrad 24 berührt und reibungsmäßig damit in Eingriff kommt. Die Kupplungsplatten 84 und 85 sind nicht drehbar mit jeweiligen Steuerringen 82 und 83 verbunden. Somit sind die Steuerringe 82 und 83 im zweiten alternativen Ausführungsbeispiel der Fig. 9 reibungsmäßig mit den Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 verbunden. Anstatt daß sie getrennte Teile sind, wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gezeigt, erstrecken sich die Klauenkupplungen 94 und 96 nun von den Betätigungsringen 90 und 92. Die Kugelrampenmechanismen 30 und 31 arbeiten in ähnlicher Weise wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen mit der Ausnahme, daß die Nuten 38A, 38B und 38C im Steuerring 82 ausgebildet sind, und daß die Nuten 40A, 40B und 40C im Steuerring 83 ausgebildet sind, und daß die Nuten 38A, 38B und 38C im Betätigungsring 90 ausgebildet sind, und die Nuten 42A, 42B und 42C im Betätigungsring 92 ausgebildet sind. Mit diesen Veränderungen ist somit der Betrieb identisch wie mit Bezug auf die Fig. 3, 4 und 5 beschrieben. Wiederum wird eine Relativbewegung erzeugt, wenn es eine Drehzahldifferenz zwischen den ausgewählten Hauptwellenzahnrädern 22 oder 24 und der Hauptwelle 20 gibt, wobei die elektrische Erregung der Spulenanordnung 32 eine Reibungskupplung zwischen der Kupplungsplatte 84 und dem Hauptwellenzahnrad 22 zur Folge hat, was wiederum drehbar den Steuerring 82 antreibt, so daß die Relativdrehung des Steuerrings 82 und des Betätigungsrings 90 und der Klauenkupplung 94 eine Aktivierung des Kugelrampenmechanismusses 30 zur Folge hat, wodurch verursacht wird, daß sich die Klauenkupplung 94 axial zur Hauptwelle 22 hin bewegt, was einen Eingriff der Klauenkupplungszähne 74 mit den Eingriffshohlräumen 78 verursacht. Wenn die Lieferung elektrischer Energie zur Spulenanordnung 32 aufhört, bewirkt die Rückstellfeder 48, daß die Klauenkupplung 94 sich axial zurück in ihre ursprüngliche Position bewegt, wodurch der Kugelrampenmechanismus 30 in einen Zustand zusammenfällt, wie in Fig. 4 gezeigt, wo die Trennungsdistanz 70 minimal ist. Der Stabilisierungsring 44 hält die Geometrie des Steuerrings 82 und des Steuerrings 83 jeweils relativ zueinander und relativ zur Hauptwelle 18.
Mit Bezugnahme auf Fig. 10 ist eine Draufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels des Betätigungsrings 43' und der Steuerrings 39' gezeigt, die mit den in den Fig. 2 und 8 gezeigten Schaltmechanismen verwendet werden können. Da eine relativ moderate Kraft (ungefähr eine Kraft von 300 Pfund) erforderlich ist, um die Klauenkupplungen 22 und 23 in Eingriff mit ihren jeweiligen Hauptwellenzahnrädern 22 und 24 zu drücken, sind die Kugelrampenmechanismen 30 und 31 nicht notwendigerweise erforderlich, um dieses Kraftniveau zu erzeugen. Als eine Alternative zu dem Kugelrampenmechanismus 31 können ein Betätigungsring 43' und ein Steuerring 39' mit Nockenrampen 102 bzw. 104 verwendet werden, um die erforderliche Axialkraft zum Eingriff der Klauenkupplung 23 mit dem Hauptwellenzahnrad 24 zu erzeugen. In ähnlicher Weise wird der Kugelrampenmechanismus 30 durch einen Steuerring 37' ersetzt, der mit dem Betätigungsring 43' zusammenarbeitet. Fig. 10 zeigt den Steuerring 37' in einem nicht aktivierten Betriebszustand, wo die Trennung 70A minimal ist, und den Steuerring 39' an einer Zwischenposition relativ zum Betätigungsring 43', wo die Nockenrampe 104 teilweise auf der Nockenrampe 102 heraufgelaufen ist, wodurch die Trennung 70B vergrößert wird, was auch die Klauenkupplung 23 in Eingriff mit dem Hauptwellenzahnrad 24 bewegen würde. Somit können unter Verwendung der Klauenkupplung 23 der vorliegenden Erfindung ein Betätigungsring 43' und ein Steuerring 39' mit Nockenrampen 102 bzw. 104 die erforderliche Kraft ohne Verwendung eines Kugelrampenmechanismusses 31 erzeugen.
Diese Erfindung ist sehr detailliert beschrieben worden, was ausreicht, um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen. Verschiedene Veränderungen und Modifikationen der Erfindung werden dem Fachmann beim Lesen und beim Verständnis der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich werden, und es ist beabsichtigt, alle diese Veränderungen und Modifikationen als einen Teil der Erfindung mit einzuschließen, sofern sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Getriebeschaltsystem für ein Getriebe (2) mit einer Hauptwelle (18) und zumindest einer Vorgelegewelle (12, 13), die im wesentlichen in einem Gehäuse (8) angeordnet sind, und zwar mit Drehachsen parallel zueinander; zumindest zwei Paare von Zahnrädern, wobei ein jedes Paar ein nicht drehbar an der Vorgelegewelle (12, 13) angebrachtes Vorgelegewellenzahnrad (10, 11) aufweist, das permanent mit einem entsprechenden Hauptwellenzahnrad (22, 24) in Eingriff ist, das drehbar auf der Hauptwelle (18) getragen wird, wobei das auf der Hauptwelle (18) getragene Hauptwellenzahnrad (22, 24) mit der Hauptwelle (18) durch eine axial bewegbare Klauenkupplung (21, 23) verbunden werden kann, wobei das Schaltsystem Folgendes aufweist: einen Kugelrampenmechanismus (30, 31), der einen nicht drehbar mit der Hauptwelle (18) verbundenen Betätigungsring (43) und einen benachbart zum Betätigungsring (43) angeordneten Steuerring (37, 39) aufweist, wobei beide die Hauptwelle (18) umgeben bzw. einschließen und einander gegenüber liegende Stirnseiten haben, die mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten (40A, 40B, 40C, 42A, 42B, 42C) versehen sind, die in zumindest drei gegenüber liegenden Paaren von Nuten angeordnet sind, wobei sie Teile von variierender Tiefe aufweisen, und ferner Roll- bzw. Walzglieder (35A, 35B, 35C), wobei jeweils eines in jedem Paar der Nuten (40A, 42A, 40B, 42B, 40C, 42C) angeordnet ist, wobei die Nuten (40A, 40B, 40C, 42A, 42B, 42C) auf dem Betätigungsring (43) und auf dem Steuerring (37, 39) derart arrangiert bzw. angeordnet sind, dass eine relative Winkelbewegung des Betätigungsrings (43) und des Steuerrings (37, 39) in irgendeine Richtung aus einer Startposition desselben eine Axialbewegung des Steuerrings (37, 39) weg vom Betätigungsring (43) bewirkt für eine axiale Verschiebung bzw. Versetzung der Klauenkupplung (21, 23), wodurch das Hauptwellenzahnrad (22, 24) mit der Hauptwelle (18) drehgekoppelt wird;

eine Spulenanordnung (32, 33) montiert am Gehäuse (8) und elektrisch erregt zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes für die Reibungskopplung des Steuerrings (37, 39) mit dem Hauptwellenzahnrad (22, 24), wodurch eine relative Drehung zwischen dem Steuerring (37, 39) und dem Betätigungsring (18) bewirkt wird;

wobei die Klauenkupplung (21, 23) axial den Steuerring (37, 39) berührt und axial abgeschrägte bzw. facettierte Kupplungszähne (72) darauf ausgebildet hat, die für einen Eingriff mit einer entsprechenden Vielzahl von axial abgeschrägten Eingriffshohlräumen (78) angepasst sind, die im Hauptwellenzahnrad (22, 24) ausgebildet sind.

2. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 1, das weiter eine Kupplungsplatte (52, 53) aufweist, die für einen Reibungseingriff mit den Hauptwellenzahnrädern (22, 24) geeignet ist, und zwar bei einer elektrischen Erregung der Spulenanordnung (32, 33), wobei die Kupplungsplatte (52, 53) nicht drehbar mit dem Steuerring (37, 39) verbunden ist.

3. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 2, wobei die Kupplungsplatte (52, 53) Kupplungsplattenfinger (54, 55) besitzt, die sich axial für einen Eingriff mit dem Steuerring (37, 39) erstrecken, wodurch eine relative Axialbewegung zwischen der Kupplungsplatte (52, 53) und dem Steuerring (37, 39) und ein nicht drehbares Koppeln der Kupplungsplatte (52, 53) mit dem Steuerring (37, 39) gestattet wird.

4. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 1, wobei die Kupplungszähne (72) und die Eingriffshohlräume (78) sowohl axial als auch radial abgeschrägt sind.

5. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 2, wobei die Kupplungsplatte (52, 53) auf einer ersten Seite des Hauptwellenzahnrades (22, 24) angeordnet ist und wobei die Spulenanordnung (32, 33) auf einer zweiten Seite des Hauptwellenzahnrades (22, 24) angeordnet ist.

6. Getriebeschaltsystem für ein Getriebe (2) mit einer Hauptwelle (18) und zumindest einer Vorgelegewelle (12, 13), die im wesentlichen in einem Gehäuse (8) angeordnet sind, und zwar mit Drehachsen parallel zueinander; zumindest zwei Paare von Zahnrädern, wobei ein jedes Paar ein nicht drehbar an der Vorgelegewelle (12, 13) angebrachtes Vorgelegewellenzahnrad (10, 11) aufweist, das permanent mit einem entsprechenden Hauptwellenzahnrad (22, 24) in Eingriff ist, das drehbar auf der Hauptwelle (18) getragen wird, wobei das auf der Hauptwelle (18) getragene Hauptwellenzahnrad (22, 24) mit der Hauptwelle (18) durch eine axial bewegbare Klauenkupplung (21, 23) verbunden werden kann, wobei das Schaltsystem Folgendes aufweist: einen Nockenrampenmechanismus, der einen nicht drehbar mit der Hauptwelle (18) verbundenen Betätigungsring (43') und einen benachbart zum Betätigungsring (43') angeordneten Steuerring (37', 39') aufweist, wobei beide die Hauptwelle (18) umgeben bzw. einschließen und einander gegenüber liegende Stirnseiten haben, die mit Nockenrampen (100, 102, 104, 106) versehen sind, die als zumindest drei gegenüber liegende Paare von Nockenrampen angeordnet sind, und zwar Teile von variierender Tiefe aufweisend, wobei die Nockenrampen (100, 102) auf dem Betätigungsring und auf dem Steuerring (104, 106) derart angeordnet sind, dass eine relative Winkelbewegung des Betätigungsrings (43') und des Steuerrings (37', 39') in irgendeine Richtung aus einer Startposition desselben eine Axialbewegung des Steuerrings (37', 39') weg vom Betätigungsring (43') bewirkt für eine axiale Verschiebung bzw. Versetzung der Klauenkupplung (21, 23), wodurch das Hauptwellenzahnrad (22, 24) mit der Hauptwelle (18) drehgekoppelt wird;

eine Spulenanordnung (32, 33) montiert am Gehäuse (8) und elektrisch erregt zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes für die Reibungskopplung des Steuerrings (37', 39') mit dem Hauptwellenzahnrad (22, 24), wodurch eine relative Drehung zwischen dem Steuerring (104, 106) und dem Betätigungsring (43') bewirkt wird;

wobei die Klauenkupplung (21, 23) axial den Steuerring (37', 39') berührt und axial abgeschrägte bzw. facettierte Kupplungszähne (74) darauf ausgebildet hat, die für einen Eingriff mit einer entsprechenden Vielzahl von axial abgeschrägten Eingriffshohlräumen (78) angepasst sind', die im Hauptwellenzahnrad (22, 24) ausgebildet sind.

7. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 6, das weiter eine Kupplungsplatte (52, 53) aufweist, die für einen Reibungseingriff mit dem Hauptwellenzahnrad (22, 24) geeignet ist, und zwar bei einer elektrischen Erregung der Spulenanordnung (32, 33), wobei die Kupplungsplatte (52, 53) nicht drehbar mit dem Steuerring (37', 39') verbunden ist.

8. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 7, wobei die Kupplungsplatte (52, 53) Kupplungsplattenfinger (54, 55) besitzt, die sich axial für einen Eingriff mit dem Steuerring (37', 39') erstrecken, wodurch eine relative Axialbewegung zwischen der Kupplungsplatte (52, 53) und dem Steuerring (37', 39') und ein nicht drehbares Koppeln der Kupplungsplatte (52, 53) mit dem Steuerring (37', 39') gestattet wird.

9. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 6, wobei die Kupplungszähne (74) und die Eingriffshohlräume (78) sowohl axial als auch radial abgeschrägt sind.

10. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 7, wobei der Steuerring (37', 39') sich axial erstreckt für einen Dreheingriff mit der Kupplungsplatte (52, 53).

11. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 7, das weiter eine Vielzahl von auf der Kupplungsplatte (52, 53) gebildeten, segmentierten (Magnet- )Flußnuten (80A) aufweist, die zum Hauptwellenzahnrad (22, 24) hinweisen.

12. Getriebeschaltsystem nach Anspruch 6, das weiter eine Vielzahl von auf dem Hauptwellenzahnrad (22, 24) gebildeter (Magnet-)Flußnuten (80B) aufweist, die zu der Kupplungsplatte (52, 53) hinweisen.