DE1081774B - Gleichlauf- und Gangschaltkupplung fuer ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

• Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach Patent 1053 947.
• Gegenstand des Hauptpatentes. ist eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung, bei der die losen Zahnräder von ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren durch einen axial verschiebbaren Nabenteil mit der Welle kuppelbar sind, wobei Neigungsflächen an radialen Zapfen des Nabenteils und an radialen Zapfen der Welle den Nabenteil in Abhängigkeit vom Drehmoment verschieben und bei dem am Zahnrad ein mit dem Nabenteil in Reibungsschluß tretender, in sich geschlossener, axial aus einer Sperrstellung gegen Federwirkung in eine den Eingriff freigebende Stellung bewegbarer Gleichlaufring angeordnet ist, der mit einer konischen Reibfläche versehen ist und an seiner dem Zahnrad zugewandten Stirnseite axial wirkende, geneigte Sperrflächen aufweist.
• Bei dieser Anordnung nach dem Hauptpatent sind die beiden miteinander verbundenen Kupplungsteile nicht ohne weiteres unter Last lösbar, es sei denn, daß hierfür besondere konstruktive Maßnahmen vorgesehen wären, die aber eine Komplizierung im Aufbau bedeuten würden.
• Die Erfindung hat eine Verbesserung der Kupplung des Hauptpatentes in vorstehender Hinsicht unter Beibehaltung ihres einfachen Aufbaues zur Aufgabe.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich der Kotangens eines aus dem Steigungswinkel und dem Reibungswinkel der Sperrfläche zusammengesetzten Winkels zum Kotangens eines aus dem Neigungswinkel und dem Reibungswinkel der Neigungsflächen zusammengesetzten Winkels wie oder annähernd wie der mittlere Abstand der Sperrflächen von der Drehachse zum mittleren Abstand der Neigungsflächen von der Drehachse verhält.
• Die Ausbildung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß allein durch entsprechendes Auslegen der Neigungsflächen ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen oder Bauteile die miteinander zu verbindenden Kupplungsteile auch unter Last voneinander gelöst werden könnten. Damit kann die Kupplung nunmehr auch in solchen Fällen angewendet werden, in denen eine solche Lösbarkeit unter Last, z. B. für bestimmte Schaltarten, gefordert wird.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die Wechselkupplung im Schnitt, Fig. 2 einen zum Erzeugen der Axialkraft dienenden Nocken im Schnitt und Fig. 3 den Gleichlaufring im Schnitt.
• Die Figuren zeigen eine Wechselkupplung nach dem Hauptpatent für ein Kraftfahrzeuggetriebe. Auf der Welle 10 sind die beiden Zahnräder 11 und 12 lose drehbar angeordnet. An ihnen sind in sich geschlossene Gleichlaufringe 13 und 14 angeordnet, die axial federnd mit den Zahnrädern verbunden sind. Die Stirnseiten der Gleichlaufringe sind mit sinusförmigen Sperrflächen 15 versehen, deren entsprechend ausgebildete Gegenflächen sich an den Zahnrädern 11 und 12 befinden. Die Gleichlaufringe 13 und 14 sind mit konischen Eingriffsflächen 16 versehen, die mit entsprechenden Eingriffsflächen 17 an der Schaltmuffe 18 zusammenwirken, welche die axial bewegbare Kupplungshälfte bildet. Diese ist mit der Welle 10 über radiale Zapfen 19 verbunden, die fingerartig ineinandergreifen und mit Neigungsflächen 20 und 21 zum Erzeugen eines Axialschubes aus dem Drehmoment versehen sind. Die Anordnung ist derart, daß während des Gleichlaufvorganges die Zapfen 19 mit den sogenannten Vorschrägen, d. h. den schwächer geneigten Flächen 20, aneinander anliegen. Im eingerückten Zustand liegen sie mit den stärker geneigten Flächen 21, den sogenannten Hauptschrägen, aneinander an, wodurch an den Eingriffsflächen 16 und 17 der Kraftschluß hervorgerufen wird.
• In der nachfolgenden Betrachtung haben die verwendeten Symbole die folgende Bedeutung: Mg ist das aufgebrachte Drehmoment, y1 der mittlere Radius der konischen Eingriffsflächen 16, 17, y" der mittlere wirksame Radius der radialen Zapfen 19, y3 der mittlere Radius der Sperrflächen 15, P"3 die Umfangskraft an den radialen Zapfen 19, .P U3 die Umfangskraft an den Sperrflächen 15, Pal die Axialkraft an den radialen Zapfen 19, Paz die Axiallkraft an den Sperrflächen 15, P", die axiale Vorspannung der Gleichlaufringe (durch Federn), Pa4 die Ausrückkraft, a der Kegelwinkel an den Eingriffsflächen 16 und 17, ß der Neigungswinkel der Hauptschrägen 21 an den radialen Zapfen 19, y der Steigungswinkel der Sperrflächen 15, der Reibungswinkel an den radialen Zapfen 19, p' der Reibungswinkel zum Hineindrücken der konischen Eingriffsflächen 16 und 17, O" der effektive Reibungswinkel an den Sperrflächen 15, der Reibungsfaktor an den konischen Eingriffsflächen 16 und 17.
• Im eingerückten Zustand wird durch die Hauptschrägen an den radialen Zapfen 19 eine in Eingriffsrichtung wirkende Axialkraft folgender Größe aus dem Drehmoment erzeugt: Durch die Sperrflächen 15 an den Gleichlaufringen und den Zahnradkörpern 11 und 12 wird unter dem Einfluß des Drehmomentes ebenfalls eine Axialkraft erzeugt, welche der erstgenannten aber entgegengerichtet ist und folgende Größe annimmt: Aus diesen gegeneinander gerichteten Axialkräften ergibt sich die zum Ausrücken erforderliche Kraft wie folgt: Pa4 - Pai - Paz - Pa3 (3) In dieser Formel bedeutet das Glied Pa3 die axiale Vorspannung der Gleichlaufringe 13 und 14 durch die Federn. Diese wird in der Praxis stets unter 10 kg liegen, weil sonst die Gefahr besteht, daß der Gang im drehmomentlosen Zustand herausspringt. Sie kann also bei der weiteren Betrachtung vernachlässigt werden.
• Werden in die vorstehende Formel (3) die Werte der Formeln (1) und (2) eingesetzt, dann erhält man die Ausrückkraft zu: Hieraus ist zunächst klar zu ersehen, daß die Ausrückkraft Pa4 gegen Null geht, wenn das übertragene Drehmoment MD gegen Null geht. Wenn aber die Kupplung unter Last gelöst werden soll, d. h. also wenn MD seinen Wert behält, dann geht der Wert Pa4 nur dann gegen Null, wenn ist. Durch Umformen kann man erhalten. Daraus geht hervor, daß man durch entsprechendes Abstimmen der Neigungswinkel ß und y an den Sperrflächen 15 bzw. der radialen Zapfen 19 aufeinander erreichen kann, daß die zum Ausrücken der Kupplung erforderliche Kraft verschwindend gering wird, d. h., man kann die Kupplung auch unter vollem Drehmoment lösen. Das Abstimmen der Neigungswinkel muß also so erfolgen, daß die Kotangenten der Neigungswinkel zuzüglich der entsprechenden Reibungswinkel sich zueinander verhalten oder annähernd verhalten wie die Radien ihrer Wirkungskreise.
• Der Winkel ß, d. h. der Neigungswinkel der Hauptschrägen 21 an den radialen Zapfen 19, ist allerdings nicht frei wählbar, sondern er ist durch die Bedingung der Kraftübertragung gegeben, und zwar gilt für ihn: Man wird also in der Praxis so vorzugehen haben, daß zunächst der Winkel ß festgelegt und danach der Winkely, d. h. der Neigungswinkel der sinusförmigen Sperrflächen 15, errechnet wird. Zu diesem Zweck kann man die Formel (6) auch in der nachstehenden Form schreiben: Es kann unter bestimmten Umständen vorkommen, daß die Reibungswinkel o und O" etwa gleich sind. In diesem Fall lassen sich die oben angegebenen Formeln (6) bzw. ($) noch weiter vereinfachen, und es ergibt sich dann, daß die Neigungswinkel so gewählt werden müssen, daß sich ihre Kotangenten zueinander verhalten oder annähernd verhalten wie die mittleren Radien ihrer Wirkungskreise.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem die losen Zahnräder von ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren durch einen axial verschiebbaren Nabenteil mit der Welle kuppelbar sind, wobei Neigungsflächen an radialen Zapfen des Nabenteils und an radialen Zapfen der Welle den Nabenteil abhängig vom Drehmoment verschieben, und bei dem am Zahnrad ein mit dem Nabenteil in Reibungsschluß tretender, in sich geschlossener, axial aus einer Sperrstellung gegen Federwirkung in eine den Eingriff freigebende Stellung bewegbarer Gleichlaufring angeordnet ist, der mit einer konischen Reibfläche versehen ist und an seiner dem Zahnrad zugewendeten Stirnseite axial wirkende, geneigte Sperrflächen aufweist, nach Patent 1053 947, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kotangens eines aus dem Steigungswinkel (y) und dem Reibungswinkel (9") der Sperrfläche (15) zusammengesetzten Winkels zum Kotangens eines aus dem Neigungswinkel (ß) und dem Reibungswinkel (O) der Neigungsflächen (21) zusammengesetzten Winkels wie oder annähernd wie der mittlere Abstand (r3) der Sperrflächen von der Drehachse zum mittleren Abstand (7z) der Neigungsflächen von der Drehachse verhält.