ES2312111T3

ES2312111T3 - Dispositivo de cambio.

Info

Publication number: ES2312111T3
Application number: ES06706702T
Authority: ES
Inventors: Bernd-Robert Hohn
Original assignee: FZGmbH
Current assignee: FZGmbH
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2006-02-07
Publication date: 2009-02-16
Anticipated expiration: 2026-02-07
Also published as: US20080060461A1; PL1828647T3; CN101115939A; EP1828647A1; ATE403096T1; JP2008538599A; WO2006084659A1; DE102005005693A1; CN101115939B; EP1828647B1; DE502006001238D1

Abstract

Dispositivo de cambio para un engranaje de cambio de velocidades, especialmente para vehículos, con al menos dos engranajes (14, 16), apoyados de forma giratoria sobre un árbol de engranajes (12), con coronas radiales exteriores (14b, 16b) que se corresponden con engranajes fijos situados sobre otro árbol de engranajes, y un acoplamiento de sincronización (18) dispuesto entre los engranajes sobre el árbol de engranajes, mediante el cual son acoplables uno u otro engranaje con el árbol de engranajes, siendo desplazable un casquillo de empuje (26), a través de un respectivo anillo de sincronización (28) con un dentado de bloqueo, sobre un respectivo dentado de cambio (14f, 16f) de los engranajes, y estando configurados los dos engranajes (14, 16) en forma de vaso, con escotaduras (14e, 16e) contrapuestas entre si, en las cuales están situados los dentados de cambio (14f, 16f) y el acoplamiento (18) de sincronización con los dos anillos de sincronización, caracterizado porque en las escotaduras (14e, 16e) está alojado además un balancín (34) de cambio que encastra en puntos diametralmente opuestos del casquillo (26) de empuje, y es desplazable a través de una pieza de accionamiento (38) que sobresale a través de una hendidura configurada entre las coronas (14b, 16b), y la cual es giratoria alrededor de un eje de giro que transcurre de forma aproximadamente tangencial respecto a los engranajes (14b, 16b), y aproximadamente perpendicular respecto al árbol (12) de engranajes.

Description

Dispositivo de cambio.

La invención se refiere a un dispositivo de cambio para un engranaje de cambio de velocidades, especialmente para vehículos, según el preámbulo de la reivindicación 1.

Del documento DE 696 15 96412, del que se parte en el preámbulo de la reivindicación 1, es conocido un dispositivo de cambio en el que una brida de cambio desplazable axialmente, la cual encastra en un anillo sincronizador a través de una ranura entre los engranajes, arrastra al anillo sincronizador en su desplazamiento. El recorrido de desplazamiento de la brida de cambio es con ello tan grande como el anillo de sincronización. Correspondiente es también anchura axial de la ranura. Del documento EP 0 819 864 A1 es conocido un dispositivo de cambio en el que el anillo sincronizador, colocado entre los engranajes, está colocado redialmente dentro y axialmente junto a la corona dentada de uno de los engranajes, y junto a la corona dentada, que está configurada con el mismo radio que el anillo de sincronización, de un segundo engranaje.

En el documento DE 19901067 A1 está descrito un dispositivo de cambio mediante el que ha de conmutarse entre un engranaje de marcha hacia delante y un engranaje de marcha hacia atrás. Para la sincronización de la marcha atrás está dispuesto un anillo cónico de rozamiento en una escotadura del engranaje de la marcha hacia delante, el cual actúa conjuntamente con un manguito de cambio colocado radialmente entre los engranajes, en el interior de sus coronas dentadas. El manguito de cambio contiene un dentado interior, en cual puede ser llevado a encastrar con el dentado de cambio del engranaje de marcha hacia atrás. El desplazamiento axial del manguito de cambio tiene lugar mediante un balancín de cambio, el cual presenta bloques de deslizamiento dispuestos de forma radial en el interior de las coronas dentada externas de los dos engranajes, y perpendicularmente al eje del engranaje, y que están guiados en puntos diametralmente opuestos de una ranura perimetral del manguito de empuje.

La invención se plantea el objetivo de desarrollar un dispositivo de cambio del género expuesto, de tal forma que éste, especialmente en su prolongación longitudinal, necesite menos espacio de montaje.

Este objetivo se alcanza, según la invención, con las características descriptivas de la reivindicación 1.

Especialmente a través del diseño de la pieza de accionamiento según la invención, la cual es basculable alrededor de un eje que transcurre de forma aproximadamente tangencial a los engranajes, y entre los mismos, se posibilita que la hendidura entre los engranajes pueda ser estrecha, de forma que el dispositivo de cambio, conjuntamente con los engranajes que pueden engranarse con el mismo, sea axialmente de poca longitud.

Las reivindicaciones subordinadas están orientadas a formas ventajosas de ejecución y perfeccionamientos del dispositivo de cambio según la invención.

En el dispositivo según la invención, los dos engranajes están dotados con escotaduras con forma de vaso orientadas entre sí, y coronas dentadas externas radialmente, estando dispuestos en esas escotaduras los dentados de cambio y el acoplamiento sincrónico con los dos anillos de sincronización, y estando además colocado el balancín de cambio también en las escotaduras de los engranajes, de forma radial en el interior de las cronas dentadas, y siendo el mismo desplazable a través de una estrecha separación axial (a) entre los engranajes mediante un dispositivo de accionamiento. La propuesta según la invención tiene con ello como objetivo el integrar fundamentalmente el acoplamiento sincrónico del dispositivo de cambio en los engranajes, y acortar con ello constructivamente de forma considerable la disposición de los engranajes y del acoplamiento sincrónico. Las escotaduras está dimensionadas para ello de tal forma que el manguito de empuje del acoplamiento sincrónico puede ser desplazado desde la posición central (acoplamiento abierto) hasta las posiciones contrapuestas de las marchas que han de cambiarse. Además, el balancín de cambio está colocado en las escotaduras de los engranajes, y de forma radial en el interior de las coronas dentadas, y está configurado de forma desplazable mediante el dispositivo de accionamiento a través de la estrecha hendidura entre las coronas dentadas. Mediante esta integración adicional del balancín de cambio se asegura finalmente su accionamiento desde el exterior, mientras que el acoplamiento sincrónico y el balancín de cambio están integrados constructivamente y espacialmente en los engranajes.

En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, se propone además que el balancín de cambio esté sujeto, de forma basculante alrededor de un eje definido en la zona de las coronas dentadas de los engranajes, a un dispositivo de accionamiento alojado de forma giratoria en una caja de engranajes. A través de la basculabilidad del balancín de cambio, los engranajes pueden ser desplazados especialmente cerca entre sí, ya que, independientemente del recorrido de desplazamiento del manguito de cambio, es necesario tener en cuenta sólamente el espacio de montaje necesario para el dispositivo de accionamiento (por ejemplo un eje de giro).

De forma especialmente ventajosa, aquí puede estar unido el balancín de cambio con una pieza de accionamiento configurada como una pieza metálica plana, la cual penetra con su parte estrecha, y de forma aproximadamente tangencial, en las coronas dentadas de los engranajes, y con ello necesita una separación o espacio libre especialmente estrechos entre las coronas dentadas de los engranajes. Debido a ello, las coronas dentadas pueden estar ejecutadas también, en su caso, de forma más ancha (mayor solapamiento de los dentados en el caso de dentados helicoidales).

Para el necesario apoyo del dispositivo de accionamiento para el giro en la carcasa del engranaje de cambio, pueden sujetarse, o bien soldarse a ambos lados de la pieza de accionamiento, pernos de apoyo simétricos en la rotación.

Además los balancines de cambio y la pieza de accionamiento pueden fabricarse, de forma especialmente favorable técnicamente, como piezas de chapa estampada, y ser unidos fijamente entre sí, o bien ser ensamblados conjuntamente como una unidad constructiva.

En un apoyo, de por sí conocido, de los engranajes acoplables con rodamientos, pueden ser ejecutados los mismos preferentemente como rodamientos en disposición O, y actuando axial y radialmente. Esto origina por una parte un apoyo especialmente rígido de los rodamientos en forma de vaso, y una suavidad de marcha asociada a ello en los dentados de marcha, y por otra parte se evitan pérdidas de rendimiento que podrían aparecer en su caso a través del contacto axial de elementos adyacentes del engranaje, como por ejemplo otros engranajes de marchas.

Los rodamientos pueden ser, de forma especialmente ventajosa en el diseño y fabricación, rodamientos de bordes oblicuos, cuyas bandas de rodadura radialmente externas sean ejecutadas directamente en las secciones de los cubos de los engranajes.

De forma especialmente ventajosa, los rodamientos pueden presentar además dentados de marcha con menor altura de dientes, o bien módulos más pequeños que los dentados usuales, para una fuerza de transmisión equivalente. Esta medida consigue, junto a un grado de rendimiento mejorado en la transmisión del accionamiento, un espacio radial libre mayor en las escotaduras con forma de vaso dentro de los engranajes acoplables para el acoplamiento sincrónico, y en su caso para la horquilla de cambio.

El acoplamiento sincrónico puede presentar, de forma conocida, una sincronización interior o exterior; no obstante se propone preferentemente un acoplamiento de doble cono, con un cono interior y un cono exterior, respectivamente, el cual asegura, incluso en condiciones de montaje especialmente estrechas, una sincronización fiable y robusta al cambiar las marchas.

Finalmente se observa una utilización especialmente preferida de varios de los dispositivos citados en un engranaje de cambio de velocidades para vehículos, dado que, en el caso de seis escalones de multiplicación, o bien de seis engranajes acoplables, las cuales se corresponden con engranajes fijos y están colocadas sobre uno o dos árboles de engranajes, los citados engranajes están dispuestos entre dos respectivos rodamientos para el apoyo de los árboles de engranajes del lado de la carcasa. Esto significa que, utilizando varios dispositivos de cambio que sean especialmente cortos axialmente, un engranaje de cambio de seis marchas puede montarse fundamentalmente en una caja de cambios convencional para un engranaje de cambio de cuatro marchas, especialmente con sólamente un apoyo doble de los árboles afectados. Puede desaparecer, de manera ventajosa, un apoyo intermedio con una tapa adicional del engranaje, en su caso.

Un ejemplo de ejecución de la invención está descrito más detalladamente a continuación con más detalles. El dibujo esquemático muestra en:

Fig. 1 un corte longitudinal según la línea I-I de la fig. 2 a través de un dispositivo de cambio en un engranaje de cambio de velocidades para vehículos, con dos engranajes acoplables y un acoplamiento de sincronización integrado.

Fig. 2 una sección transversal a lo largo de la línea II-II de la fig. 1, a través de un dispositivo de cambio, y

Fig. 3 una representación en perspectiva del dispositivo de cambio según las figs. 1 y 2, con engranajes parcialmente cortados.

El dispositivo de cambio 10 según las figs. 1 a 3 es parte de un engranaje de cambio de velocidades, o bien de una caja de cambios, para vehículos, siendo visible por secciones un árbol de accionamiento 12 que está apoyado de forma giratoria en la carcasa de engranaje del engranaje de cambio mediante dos rodamientos (no representados). Paralelamente a éste árbol de accionamiento hay otro árbol de accionamiento que está apoyado asimismo de forma giratoria a través de dos rodamientos. El engranaje de cambio, o bien de conmutación no está representado, y es de un tipo conocido.

En el árbol 12 de accionamiento, y en su caso en el árbol de accionamiento, están previstos tres dispositivos de cambio 10 para la formación de seis marchas de avance, como se describe a continuación.

El dispositivo de cambio 10 se compone fundamentalmente de dos engranajes 14, 16 acoplables, apoyados de forma giratoria sobre el árbol de accionamiento 12, y un acoplamiento de sincronización 18 integrado en los engranajes 14, 16. Los engranajes 14, 16 encastran con sus dentados de marcha 14a, 16a sobre el árbol de accionamiento del engranaje de cambio; no obstante, la disposición puede ser también la contraria.

Los engranajes 14, 16 están configurados respectivamente con forma de vaso, con una corona dentada exterior 14b, 16b que soporta los dentados 14a, 16a de marcha, una sección de brida 14c, 16c, que transcurre radialmente, y una sección radial interior de cubo 14d, 16d.

Los engranajes 14,16 están apoyados de forma giratoria sobre el árbol 12 de accionamiento en rodamientos 20, 22 de dos hileras, o bien de bordes inclinados, y que soportan axial y radialmente, estando realizadas las guías de deslizamiento exteriores de los rodamientos de bolas 20, 22, como se observa, directamente mediante rectificado en las secciones 14d, 16d de cubo. El alineamiento de los rodamientos, o bien de los cojinetes a bolas 20, 22 está realizado, como se observa asimismo (véase las líneas discontinuas en la fig. 1), en disposición en O, a través de lo cual resulta una base de apoyo relativamente ancha para los engranajes 14, 16, y un apoyo correspondientemente rígido sobre el árbol 12 de accionamiento.

Entre los dos engranajes 14, 16, o bien en las dos escotaduras 14e, 16e, confrontadas entre sí y formadas debido a la configuración en forma de vaso, está colocado el acoplamiento 18 de sincronización, el cual se compone fundamentalmente de un cuerpo radial interior 24 de acoplamiento, un casquillo 26 externo de empuje, y dos anillos de sincronización 28 adyacentes axialmente al cuerpo 24 de acoplamiento.

El cuerpo 24 de acoplamiento está sujeto mediante un dentado de chaveta múltiple sobre el árbol de accionamiento 12, de forma resistente al giro; además, el casquillo 26 de empuje está guiado sobre el cuerpo 24 de acoplamiento a través de un dentado, de forma fija respecto al giro pero desplazable axialmente. El casquillo 26 de empuje puede ser desplazado desde la posición central mostrada en la figura 1 (acoplamiento abierto) hacia la izquierda o hacia la derecha hasta la posición de una marcha, siendo desplazado el dentado interior del casquillo de empuje 28, con unión positiva de forma, primeramente sobre un dentado de bloqueo del respectivo anillo de sincronización 28, y luego sobre un dentado de cambio 14f, 16f, situado dentro de las coronas 14b, 16b, y con ello acopla al engranaje 14 o 16 correspondiente con el árbol de accionamiento 12.

El acoplamiento 18 de sincronización está ejecutado como un acoplamiento de doble cono, de por sí conocido, estando ejecutadas las superficies cónicas que llevan a cabo la sincronización en la parte exterior de los anillos de sincronización 28, también respectivamente en un anillo intermedio 30 sujeto con unión positiva de forma en los engranajes 14, 16, y en anillos interiores 32 fijados al cuerpo 24, 25 de acoplamiento. Se hace notar que la forma de ejecución y la función del acoplamiento 18 de sincronización - si no se ha descrito - puede ser una ejecución conocida y corriente para el especialista. Puede haberse utilizado también una sincronización sencilla interior o exterior (por ejemplo, según Borg Warner®).

El accionamiento del casquillo de empuje 26 del acoplamiento 18 de sincronización tiene lugar mediante un balancín de cambio 34, el cual abarca en aprox. 180 grados al casquillo de empuje 26, y encastra en una ranura anular 26a del casquillo de empuje 26 con patines de deslizamiento 36 que encastran diametralmente y están colocados de forma giratoria en los extremos del balancín de cambio 34.

El balancín 34 forma una unidad constructiva con una pieza de accionamiento 38, fabricada con forma de hierro plano con sección rectangular (véase la fig. 3), en cuyos extremos se han sujetado pernos de apoyo 40, simétricos en la rotación, sobre los cuales puede girarse el balancín 34 alrededor del eje de giro 42 mostrado en la figura 2, mediante un dispositivo de accionamiento, no representado, para la conexión de los escalones de transmisión, o bien de las marchas.

La pieza 38 de accionamiento penetra con su lado estrecho y de forma aproximadamente tangencial en una estrecha ranura circular, o bien una distancia a entre las dos caras frontales contrapuestas entre sí de las coronas dentadas 14b, 16b de los engranajes 14, 16; la distancia a tiene en cuenta la anchura de la pieza de accionamiento 38, sumandole el pequeño desvío angular que tiene lugar en el limitado giro de la misma. Los pernos 40 de apoyo están alojados de forma giratoria, de manera no representada, en la caja de engranajes del engranaje de cambio que los contiene.

El giro de la pieza 38 de accionamiento es llevado a cabo mediante un dispositivo de accionamiento, no representado, por ejemplo mediante una palanca, que encastra en uno de los pernos de apoyo 40 en un cuadrado 44 conformado en el mismo, o similar; la palanca puede ser ajustable manualmente mediante un varillaje correspondiente, o bien automáticamente a través de actuadores.

El balancín 34 giratorio, junto con la pieza 38 de accionamiento, está ejecutado a partir de piezas de chapa prensada hasta constituir una pieza constructiva que requiere poco espacio, y está colocado, como se observa, de forma radial en el interior de las coronas dentadas 14b, 16b, en las escotaduras 14e, 16e formadas, o bien está integrado en los engranajes 14, 16.

Esto disminuye considerablemente el espacio axial ocupado por el dispositivo 10, sobresaliendo los engranajes 14b, 16b axialmente, como se observa, sobre las coronas dentadas 14f, 16f de cambio, sobre los anillos de sincronización 28, y parcialmente sobre el casquillo 26 de empuje y sobre la horquilla de cambio.

Los dentados de marcha 14a, 16a de los engranajes 14, 16 están configurados como dentados convencionales con una altura de dientes menor, o bien con módulos más pequeños, con un rendimiento de transmisión equivalente. Esto consigue - como se desprende de la fig. 1 - más espacio constructivo radial para la integración del acoplamiento sincrónico 18 y del balancín 34 de cambio, con menores pérdidas por rodadura en los dentados de marcha 14a, 16a. A través de la utilización de los rodamientos 20, 22, que soportan también axialmente, se evitan además pérdidas en el arranque entre otros elementos del engranaje adyacentes axialmente, como por ejemplo otros engranajes, etc.

El reducido espacio constructivo del dispositivo 10 de cambio, especialmente en la dirección axial, posibilita la disposición de tres dispositivos de cambio 10 para la consecución de un engranaje de cambio con seis marchas, sobre una longitud constructiva que posibilita el apoyar respectivamente los árboles del engranaje, o bien el árbol de accionamiento 12 y el árbol secundario (no representado) en sólamente dos rodamientos en la correspondiente caja de engranajes.

Se entiende que no todos los tres dispositivos 10 de cambio han de estar dispuestos sobre el árbol de accionamiento 12, sino que pueden estar colocados, como de por sí es conocido, distribuidos entre los dos árboles del engranaje.

El dispositivo de cambio descrito a titulo de ejemplo puede ser modificado de muchas formas. Por ejemplo, la pieza de accionamiento 38, cuyo eje 32 de giro transcurre, de forma aproximadamente tangencial respecto a los engranajes 14b, 16b y perpendicularmente al árbol de accionamiento 12, a través de la hendidura entre las coronas dentadas, no ha de estar configurado en una pieza con la horquilla de cambio 34, sino que puede encastrar, por ejemplo, con un bulón en una escotadura correspondiente de la horquilla de cambio, cuando ésta está sostenida por ejemplo en los patines de deslizamiento, de forma fija respecto al giro, y con ello es desplazable sólamente de forma paralela al árbol de accionamiento. Es importante que la pieza de accionamiento sea fundamentalmente sólamente giratoria dentro del espacio de la ranura, de forma que la anchura axial del espacio de la ranura puede ser considerablemente más pequeña, debido a la acción de palanca, que el recorrido de desplazamiento del casquillo de empuje, y solamente ha de ser algo mayor que el grosor de la pieza de accionamiento en la zona de la ranura. El eje de giro de la palanca de accionamiento transcurre, de forma ventajosa, paralelamente a la línea de unión entre los patines de deslizamiento, situados de forma contrapuesta diametralmente y guiados por ejemplo en una ranura perimetral del casquillo de empuje.

Claims

1. Dispositivo de cambio para un engranaje de cambio de velocidades, especialmente para vehículos, con al menos dos engranajes (14, 16), apoyados de forma giratoria sobre un árbol de engranajes (12), con coronas radiales exteriores (14b, 16b) que se corresponden con engranajes fijos situados sobre otro árbol de engranajes, y un acoplamiento de sincronización (18) dispuesto entre los engranajes sobre el árbol de engranajes, mediante el cual son acoplables uno u otro engranaje con el árbol de engranajes, siendo desplazable un casquillo de empuje (26), a través de un respectivo anillo de sincronización (28) con un dentado de bloqueo, sobre un respectivo dentado de cambio (14f, 16f) de los engranajes, y estando configurados los dos engranajes (14, 16) en forma de vaso, con escotaduras (14e, 16e) contrapuestas entre si, en las cuales están situados los dentados de cambio (14f, 16f) y el acoplamiento (18) de sincronización con los dos anillos de sincronización, caracterizado porque en las escotaduras (14e, 16e) está alojado además un balancín (34) de cambio que encastra en puntos diametralmente opuestos del casquillo (26) de empuje, y es desplazable a través de una pieza de accionamiento (38) que sobresale a través de una hendidura configurada entre las coronas (14b, 16b), y la cual es giratoria alrededor de un eje de giro que transcurre de forma aproximadamente tangencial respecto a los engranajes (14b, 16b), y aproximadamente perpendicular respecto al árbol (12) de engranajes.

2. Dispositivo de cambio según la reivindicación 1, caracterizado porque el balancín de cambio (34) está unido fijamente a la pieza de accionamiento (38), y está unido con puntos diametralmente opuestos de los patines de deslizamiento, guiados a lo largo del perímetro exterior del casquillo de empuje (26), de forma giratoria alrededor de ejes situados de forma aproximadamente perpendicular sobre el perímetro exterior del casquillo de empuje.

3. Dispositivo de cambio según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la pieza de accionamiento (38) está configurada como un hierro plana, el cual penetra con su lado estrecho en la hendidura axiatente entre los engranajes.

4. Dispositivo de cambio según la reivindicación 3, caracterizado porque a ambos lados de la pieza de accionamiento (38) están sujetos pernos (40) de apoyo, simétricos en la rotación, para el apoyo giratorio en la caja de engranajes.

5. Dispositivo de cambio según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el balancín de cambio (34) y la pieza de accionamiento (38) están fabricadas como piezas de chapa prensada, y están unidas fijamente entre sí.

6. Dispositivo de cambio según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los engranajes (14, 16) están apoyados sobre el árbol de engranajes (12) en rodamientos (20, 22) de dos canales, que actúan radial- y axialmente, y que están colocados en disposición en O.

7. Dispositivo de cambio según la reivindicación 6, caracterizado porque los rodamientos son rodamientos de bordes oblicuos (20, 22) colocados correspondientemente.

8. Dispositivo de cambio según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque las superficies radiales exteriores de los rodamientos (20, 22) están configuradas directamente en las secciones (14d, 16d) de los cubos de los engranajes (14, 16).

9. Dispositivo de cambio según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los engranajes (14, 16) presentan además dentados de marcha con menor altura de dientes, o bien módulos más pequeños que los dentados usuales, para una fuerza de transmisión equivalente.

10. Dispositivo de cambio según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acoplamiento (18) de sincronización está fabricado como un acoplamiento de doble cono, con un cono interior y otro cono exterior respectivamente.

11. Utilización especialmente de varios dispositivos de cambio (10) citados, según una o varias de las reivindicaciones precedentes, en un engranaje de cambio de velocidades para vehículos con seis escalones de multiplicación, o bien de seis engranajes acoplables, las cuales se corresponden con engranajes fijos y están colocadas sobre uno o dos árboles de engranajes, estando los citados engranajes (14, 16) dispuestos entre dos respectivos rodamientos para el apoyo de los árboles de engranajes del lado de la carcasa.