DE1040385B

DE1040385B - Vorrichtung zum Kuppeln zweier Teile durch Ineingriffbringen von axial verschiebbaren Kupplungszaehnen, insbesondere fuer Zahnraederwechsel-getriebe von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE1040385B
Application number: DEO5459A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred Doerper
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Deutschland Holdings GmbH
Priority date: 1957-04-11
Filing date: 1957-04-11
Publication date: 1958-10-02

Description

Vorrichtung zum Kuppeln zweier Teile durch Ineingriffbringen von axial verschiebbaren Kupplungszähnen, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kuppeln zweier Teile durch Ineingriffbringen von axial verschiebbaren Kupplungszähnen, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen.
Beim Schalten von Zahnkupplungen - hauptsächlich im Stillstand des Fahrzeuges - macht man zuweilen die unangenehme Erfahrung, daß die Zahnspitzen des einen Kupplungsteiles zufällig auf Zahnspitzen des anderen Kupplungsteiles treffen. In dieser kritischen Schaltstellung der Kupplung »Zahn auf Zahn« ist es selbst bei großem Kraftaufwand außerordentlich schwer, den gewünschten Gang einzurücken. In denjenigen Fällen, wo sich die Zahnspitzen der beiden Kupplungsteile infolge zu scharfer Spitzen der Zähne, Teilungsfehler des Schaltrades oder zu weiten Spieles zwischen dem Verschiebeteil und seiner Führung verhaken, ist es sogar unmöglich, die Kupplung einzurücken.
Als praktisches Beispiel für dieses Verhaken kann beispielsweise das Einschalten des 1. Ganges eines Kraftwagenschaltgetriebes beim Anfahren genannt werden. Hier kann es vorkommen, daß infolge der »Zahn- auf Zahn«-Stellung der 1. Gang des Getriebes nicht eingerückt werden kann. Dem Fahrer bleibt in diesen Fällen nichts anderes übrig, als einmal- oder mehrmals ein- und auszukuppeln, ehe es ihm gelingt; den Gang einzurücken.
Bei Kickstarterrädern ist eine Vorrichtung zur Erzielung des Zahneingriffs bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine Feder vorgesehen, die das Ineingriffbringen des Kickstartersegments in das Gegenzahnrad erleichtert. Die Vorrichtung eignet sich aber nur für Kickstarter oder ähnliche Antriebe, bei denen die Zähne in radialer Richtung eingeschoben werden; sie läßt sich nicht auf das Ineingriffbringen axial verschiebbarer Kupplungszähne übertragen.
Die Erfindung dagegen geht von axial verschiebbaren Kupplungszähnen aus und schlägt vor, an einem der zu kuppelnden Teile ein nachgiebiges Leitelement anzuordnen, das die Kupplungszähne einfädelt.
Vorzugsweise wird das nachgiebige Leitelement an Stelle eines der Kupplungszähne vorgesehen.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß das Leitelement in der Ruhestellung, d. h. bei vollständig gelösten Kupplungshälften, gegenüber den Kupplungszähnen vorsteht. Hierdurch berührt dieser zuerst einen Zahn des anderen Kupplungsteiles und leitet die Kupplungszähne in allen vorkommenden Schaltstellungen reibungslos in die Lücken der Gegenverzahnung. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden, eingehenden Beschreibung an Hand eines Ausführungsbeispieles. In der Zeichnung stellt dar: Fig. 1 einen Teilausschnitt der Kupplungsverzahnung eines Kraftfahrzeugwechselgetriebes, aus welchem die Wirkung des Leitelements bei der kritischen Stellung »Zahn-auf-Zahn« ersichtlich ist, Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt und eine Ansicht entlang Linie 3-3 der Fig. 1 oder 5, Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie 4-4 der Fig. 1 und 3, Fig. 5 einen Teilausschnitt der Kupplungsverzahnung - ähnlich Fig. 1 -, aus welcher die Wirkung des Leitelements bei der Stellung »Zahn-auf-Leitelement« ersichtlich ist.
Fig. 6 eine Stellung der Getriebeteile nach weiterer Bewegung des verschiebbaren Kupplungsteiles aus der Schaltstellung nach Fig. 5, Fig. 7 einen Schnitt und eine Ansicht entlang Linie 7-7 der Fig. 6.
In der Zeichnung sind 10 die Innenzähne einer verschiebbaren Schaltmuffe in einem Kraftfahrzeugwechselgetriebe. Die Zähne 10 sind in geschnittenem Zustand dargestellt, um die Wirkungsweise der Kupplung besser verfolgen zu können. Die Zähne 11 sind die Außenzähne der Kupplung. Der Außenkonus 12, die Zähne 11 sowie die Schrägverzahnung 13 eines Stirnrades 14 bilden ein einziges Stück (Fig. 4), durch dessen Bohrung 15 eine Getriebewelle (nicht de.rgestelIt) gesteckt ist.
Wie allgemein bekannt, ist dem Außenkonus 12 .ein Innenkonus zugeordnet, der mit einem Sperrzahnkranz versehen ist. Diese Teile einer SynchTonis.ierung sind in der Zeichnung jedoch der Einfachheit halber weggelassen, da sie zum Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind. Die Erfindung kann sowohl bei synchronisierten Getrieben, als auch bei einfachen, nicht mit Synchronisierungseinrichtungen versehenen Zahnkupplungen mit Erfolg angewendet werden. Die Flanken der Zähne 10 und 11 sind in bekannter Weise konisch ausgebildet bzw. hinterstoßen (s. Konen 10a und 11a), um ein Lösen der eingerückten Kupplung im Betrieb zu verhindern. Die Zähne 10 und 11 sind ferner in bekannter Weise mit Schrägflächen 10 b und 11 b versehen, um die Verzahnungen leicht einfädeln zu können.
An Stelle einer der festen Zähne 11 ist nach der Erfindung ein nachgiebiges Leitelement 16 vorgesehen. Dieses hat die Aufgabe, den Einrückvorgang zu steuern und insbesondere jede nur mögliche kritische Schaltstellung der Zahnspitzen 10 c und 11 c zueinander zu verhindern, bei der die Bewegung der Schaltmuffe gehemmt oder unmöglich ist.
Das Leitelement 16 besitzt ein nach innen ragendes Führungsstück 17 (Fig. 3). Es ist, im Querschnitt gesehen, rechteckig ausgebildet und kann in einer Führungsnut 18 gleiten. Diese Führungsnut 18 ist gegenüber der Achse A-A (Fig. 1 und 2) des Getriebes unter einem Winkel a in das Material des Stirnrades 14 bzw. der Kupplungsverzahnung gestoßen.
Die Größe des Winkels a wird der Zahnabschrägung der Zähne 10 und 11 angepaßt (Schrägflächen 10b und 11 b). Der Winkel darf vor allem nicht zu stumpf gewählt werden. Da sich für den Winkel zwischen den Schrägflächen 10b bzw. 11 b ein Winkel von etwa 100°, d. h. ß ungefähr 50° als zweckmäßig erwiesen hat, wird man x etwa mit 50° wählen dürfen. Allgemein läßt sich sagen, daß Winkel ß gleich oder kleiner als x gewählt werden soll.
Für die Erfindung wesentlich ist, daß der Winkel a schräg zur Verschieberichtung des einrückbaren Kupplungsteiles, also schräg zur Verschieberichtung der Kupplungsmuffe mit den Zähnen 10 angeordnet ist und unter Berücksichtigung etwaiger elastischer Verformungen oder möglichen Verkantungen durch Spiel zwischen den Teilen keine vorzeitige Berührung der festen Zahnspitzen beider Kupplungshälften stattfindet. Die Richtung des Winkels a kann beliebig angenommen werden, da die eingangs erwähnten Schaltschwierigkeiten vornehmlich bei stehenden Getrieben auftreten.
Außer der Führungsnut 18 ist eine zweite Nut 19 (Fig. 2 und 3) vorgesehen, die die Begrenzungsanschläge 20 und 21 (s. insbesondere Fig. 2) für die Anschlagflächen 22 und 23 des Leitelements 16 bildet. Diese Nut 19 erstreckt sich zweckmäßig in dieselbe Richtung, in die sich die Zähne 10 der Schaltmuffe bewegen, in vorliegendem Beispiel also in axialer Richtung A-A. Die Breite der Nut 19 ist von der jeweiligen Teilung der Verzahnung abhängig.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, befindet sich das Leitelement 16 in der Ruhestellung, d. h. bei nicht eingerückter Kupplung (nach Fig. 1, 2, 3, 4), in der vordersten Stellung und außerhalb der Zahnteilung. Er überragt die übrigen Zähne 11 um ein Stück, beispielsweise um 2 bis 4 mm, je nach Größe der Kupplung und der Teilung. Das Leitelement 16 wird durch die Kraft einer Feder 24 in die vorderste Stellung gedrückt (insbesondere Fig. 4). Die Feder 24 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein winkelförmig gebogenes Stück gehärteten Stahldrahtes, dessen eines im wesentlichen axial gerichtetes Ende 25 sich in einer Bohrung 26 des Leitelements 16 und dessen anderes sich im wesentlichen radial erstreckendes Ende 27 in einer Ausfräsung 28 des Stirnrades 14 abstützt. Durch diese Gestaltung erfüllt die Feder 24 zwei Funktionen, nämlich einmal drückt sie das Leitelement 16 ständig in die vorderste Stellung nach den Fig. 1, 2, 3, 4, und zum anderen preßt sie das Leitelement 16 ständig entgegen der Wirkung der Zentrifugalkraft in die Führungsnut 18.
Selbstverständlich kann die Feder 24 auch anders ausgebildet sein. Ohne besonderen erfinderischen Aufwand wäre z. B. auch die Verwendung einer gehärteten Blattfeder denkbar oder ein ölbeständiger Gummi oder ein Kunststoffteil. Die Flanke des Leitelements 16 ist gegenüber der anderen Flanke 29 und auch gegenüber den anderen Flanken 30 der übrigen feststehenden Zähne 11 abgefräst (Abfräsung 31 in Fig. 3). Dies ist zweckmäßig, da das Leitelement 16 bei gelöster Kupplung, d. h. bei vorgerückter Stellung nach Fig. 1, 2 und 3, eine Stellung außerhalb der Teilung einnimmt. Diese Maßnahme ist zwar nicht unbedingt in allen Anwendungsfällen notwendig, sie erscheint aber zweckmäßig, um ein möglichst widerstandsloses Ausrücken der Kupplung zu gewährleisten. Die einseitige Abfräsung 31 des Leitelements 16 ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn, wie oben bereits erwähnt, die Flanken der Zähne 10 und 11 konisch ausgebildet sind (Konen 10a und 11a). In diesem Falle soll das Leitelement 16 in jeder Stellung neben sich Raum für einen Zahn lassen, da es sonst geschehen könnte, daß das Leitelement 16 das Lösen der Kupplung verhindert.
Man erkennt aus diesen Bemerkungen, daß die Gestaltung des Leitelements 16 durchaus nicht an die der übrigen Zähne 10 oder 11 der Kupplungsverzahnungen gebunden ist. Es kann in manchen Fällen, vor allem bei serienmäßiger Verwirklichung der beschriebenen Maßnahmen, durchaus auch wirtschaftlich sein, dem Leitelement 16 die Form eines Stiftes, eines kugelförmigen Teils, einer Blattfeder od. dgl. zu geben. Auch kann eventuell auf die Schaffung der Führungsnut 18 verzichtet werden, wenn z. B. die Feder 24 fest an dem Leitelement 16 befestigt ist.
Bevor nachstehend die Wirkungsweise der Kupplung erläutert ist, sei zum Verständnis noch folgendes erwähnt: Wenn das Kraftfahrzeug steht, läßt sich die Schaltmuffe mit den Zähnen 10 nicht drehen, da sie bekanntlich über einen Muffenträger, der Getriebeausgangswelle, der Kardanwelle, mit dem Achsantrieb und den Antriebsrädern in Verbindung steht. Lediglich das Stirnrad 14 läßt sich bei ausgerückter Fahrzeugkupplung drehen.
Bei den in Frage kommenden kritischen Schaltstellungen ist die Wirkungsweise der Kupplung folgende: 1. Fall (nach den Fig. 1, 2, 3 und 4 der Zeichnung) Die Zahnspitzen 10 c und 11 c der beiden Kupplungshälften stehen sich genau gegenüber. Der mittlere der drei in Fig. 1 dargestellten Zähne 10 berührt mit seiner linken Schrägfläche 10b die entsprechende rechte Schrägfläche 16b des Leitelements 16 (Fig.2). Die Schaltmuffe und damit die Zähne 10 bewegen sich unter der Wirkung der Handkraft am Schalthebel oder unter einer Hilfskraft in axialer Richtung (Pfeil S in den Fig. 1 und 2).
Das Leitelement 16 verbleibt in der Stellung nach den Fig. 1 bis 3, d. h. sein bisheriger Begrenzungsanschlag 20 berührt weiterhin die Anschlagfläche 22. Die linke Schrägfläche 10 b des Zahnes 10 gleitet auf der rechten Schrägfläche 16 b des Leitelements 16 ab, so daß sich das Stirnrad 14 in Richtung des Pfeiles V (Fig. 1) dreht und sich die Zähne 10 der Schaltmuffe in die Lücken zwischen den Zähnen 11 einfädeln.
2. Fall (nach den Fig. 5, 6 und 7 der Zeichnung) Eine der Spitzen 10 c der Zähne 10 berührt die Spitze 16c des Leitelements 16. Die Schaltmuffe und damit die Zähne 10 bewegen sich in axialer Richtung (Pfeil S in Fig. 5). Das Leitelement 16 weicht unter diesem Druck aus und bewegt sich dabei unter einem Winkel a. Nachdem das Leitelement 16 mit seiner Anschlagfläche 23 den rechten Begrenzungsanschlag 21 der Nut 19 berührt hat, ist die Stellung der Teile nach den Fig. 6 und 7 erreicht. Die rechten Schrägflächen 10 b der Zähne 10 berühren die linken Schrägflächen 11 b der Zähne 11 und gleiten ohne nennenswerten Widerstand in die Zahnlücken, wonach alsbald der Kupplungsvorgang beendet ist. Das Leitelement '16 kann sich hiernach unter der Wirkung der Feder 24 wieder in die ursprüngliche Stellung nach den Fig. 1 und 2 bewegen. Beim Lösen der Kupplung bleibt das Leitelement 16 in dieser Stellung, ohne eine hemmende oder sonstige Wirkung auszuüben.
Der Gegenstand der Erfindung läßt sich überall dort mit Vorteil verwenden, wo Kupplungsverzahnungen eingerückt werden müssen. Derartige Kupplungsverzahnungen finden sich nicht nur in Zahnräderwechselgetrieben von Kraftfahrzeugen, sondern beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Baggerantrieben, Schiffsgetrieben, Triebwagengetrieben, Krangetrieben, stationären Anlagen aller Art, usf.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Kuppeln zweier Teile durch Ineingriffbringen von axial verschiebbaren Kupplungszähnen, insbesondere für Zahnräderwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der zu kuppelnden Teile ein nachgiebiges Leitelement (16) angeordnet ist., das, die Kupplungszähne (10, 11) einfädelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Leitelement (16) an Stelle eines der Kupplungszähne (11) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) in der Ruhestellung gegenüber den Kupplungszähnen (11) vorsteht.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) in der Ruhestellung außerhalb der Zahnteilung steht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) bei ausgekuppelten Teilen außerhalb der Zahnteilung und bei gekuppelten Teilen in der Zahnteilung steht.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) bei ausgekuppelten Teilen außerhalb der Zahnteilung und in zurückgedrückter Stellung (Fig. 6) in der Zahnteilung, aber gegenüber den Kupplungszähnen vorragend steht.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) in einer Führungsnut (18) gelagert ist, die schräg, und zwar unter einem Winkel (a) zur Verschieberichtung der einrückbaren Kupplungszähne angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (a) zwischen der Nut (18) und der Verschieberichtung der einrückbaren Kupplungszähne etwa gleich oder größer als der Winkel (ß) der Zahnabschrägung ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unter einem Winkel liegende Nuten vorgesehen sind, von denen die eine (18) als Führungsnut dient und die andere (19) Begrenzungsanschläge (20, 21) für das Leitelement (16) bildet.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (16) unter der Kraft einer Feder (24) aus Stahl, Gummi od. dgl. steht, die ihn ständig in die vorderste Stellung und vorragend gegenüber den Kupplungszähnen (11) zu drücken sucht und im übrigen entgegen der Zentrifugalkraft in die Führungsnut (18) pre-ßt.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (24) ein winkelförmig gebogenes Stück darstellt, dessen eines im wesentlichen axial gerichtetes Ende (25) sich in einer Bohrung (26) des Leitelements (16) und dessen anderes sich im wesentlichen radial erstreckendes Ende (27) in einer Ausfräsung (28) od. dgl. abstützt.
12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken des Leitelements (16) gegenüber den Kupplungszähnen (11) so weit abgefräst sind, daß in jeder Stellung der zwischen ihm und den benachbarten Kupplungszähnen erforderliche Abstand mindestens dem einer Zahnlücke entspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 907 481; USA.-Patentschriften Nr. 1866 270, 2 022 034.