DE102004007815B4

DE102004007815B4 - Schaltgetriebe mit Sperrsynchronisation

Info

Publication number: DE102004007815B4
Application number: DE102004007815.7A
Authority: DE
Inventors: Olaf Heldmann; Dieter Schwab
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2018-03-22
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: DE102004007815A1

Abstract

Schaltgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle (1, 2), die wenigstens zwei Paare (5, 7; 6, 8) von miteinander kämmenden Zahnrädern (5, 6, 7, 8) tragen, wobei ein erstes Zahnrad (5, 6) jedes Paars an der ersten Welle (1) drehfest angebracht ist und das zweite Zahnrad (7) des ersten Paars mit Hilfe einer auf der zweiten Welle (2) angeordneten, eine erste Schaltverzahnung beinhaltenden ersten Synchronisationseinheit zwischen einem mit der zweiten Welle (2) drehfest verbundenen Zustand und einem in Bezug auf die zweite Welle (2) drehbaren Zustand umschaltbar ist, das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars jeweils mit Hilfe einer auf der zweiten Welle (2) angeordneten, eine zweite Schaltverzahnung (13) beinhaltenden zweiten Synchronisationseinheit zwischen einem mit der zweiten Welle (2) drehfest verbundenen Zustand und einem in Bezug auf die zweite Welle (2) drehbaren Zustand umschaltbar ist, das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars (6, 8) und die Synchronisationseinheiten auf verschiedenen Seiten des zweiten Zahnrads (7) des ersten Paars (5, 7) angeordnet sind und das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars und die zweite Schaltverzahnung (13) über eine Hülse (9) in Verbindung stehen, die sich um die zweite Welle (2) herum und durch eine zentrale Öffnung des zweiten Zahnrads (7) des ersten Paars erstreckt, die Synchronisationseinheit eine Schaltmuffe (29) umfasst, welche zwischen einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad (7) des ersten Paars an einem Muffenträger (27) koppelt, und einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars an den Muffenträger (27) koppelt, verschiebbar ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Schaltverzahnungen (13) ein Hilfsmuffenträger (24) um die Hülse (9) drehbar angebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle, die wenigstens zwei Paare von miteinander kämmenden Zahnrädern tragen, wobei ein erstes Zahnrad jedes Paars an der ersten Welle drehfest angebracht ist und das zweite Zahnrad jedes Paars mit Hilfe einer Sperrsynchronisiereinrichtung zwischen einem mit der zweiten Welle drehfest verbundenen Zustand und einem in Bezug auf die zweite Welle drehbaren Zustand umschaltbar ist. Bei einem solchen Schaltgetriebe sind die zwei Räder jedes Paars ständig miteinander im Eingriff, doch wird Drehmoment zwischen den zwei Wellen jeweils nur über dasjenige Zahnradpaar übertragen, dessen zweites Zahnrad jeweils mit Hilfe seiner Sperrsynchronisiereinrichtung mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist.
Ein derartiges Schaltgetriebe ist z. B. in DE 29 06 713 A1 gezeigt. Die zweiten Zahnräder sind hier an ihren einander zugewandten Seiten jeweils mit einer Schaltverzahnung versehen, und die Sperrsynchronisiereinrichtung umfasst eine Schaltmuffe, die zwischen den zweiten Zahnrädern angeordnet und zwischen Stellungen, in denen sie jeweils in eine der Schaltverzahnungen eingreift, axial verschiebbar ist. An der zweiten Welle ist, ebenfalls zwischen den Zahnrädern, eine Nabe drehfest montiert, mit deren Außenklauen die Schaltmuffe drehfest an die Welle gekoppelt, gleichzeitig aber axial beweglich ist.
Aufgrund des Platzbedarfs der Sperrsynchronisiereinrichtung ist die Abmessung dieses herkömmlichen Schaltgetriebes in Längsrichtung der Wellen des Getriebes deutlich größer als die Summe der Breiten der Zahnradpaare, die in dem Schaltgetriebe enthalten sind. Die Länge eines solchen Getriebes ist daher um so größer, je höher die Zahl seiner Gänge ist. Dies macht es schwierig, solche Getriebe mit hoher Gangzahl in eine kompakte Kraftfahrzeugkarosserie zu integrieren.
In EP 1 219 848 A2 wurde vorgeschlagen, ein Schaltgetriebe mit einer ungeraden Zahl von Vorwärtsgängen um einen weiteren Gang zu erweitern, indem eine Nabe einer Synchronisiereinrichtung am Ende einer Welle montiert ist, ein erstes Zahnrad an der Welle zwischen der Nabe und einem zweiten Zahnrad montiert ist, mit den Zahnrädern verbundene erste und zweite Schaltverzahnungen zwischen den Zahnrädern und der Nabe angeordnet sind, wobei die zweite Schaltverzahnung mit dem zweiten Zahnrad über eine Hülse verbunden ist, die sich um die Welle herum durch das erste Zahnrad und dessen erste Schaltverzahnung erstreckt. Eine drehfeste Verbindung zwischen einer wahlweise an eine der Schaltverzahnungen ankoppelbaren Schaltmuffe und der Welle kommt über die Nabe zustande.
Aufgabe der Erfindung ist, ein Schaltgetriebe zu schaffen, das bei geringer Wellenzahl eine kompakte Bauform besitzt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass der Platz, der an der zweiten Welle für die Unterbringung von Sperrsynchronisiereinrichtungen benachbart zu einem zweiten Zahnrad dient, an der ersten Welle in der Regel ungenutzt bleibt. Eine kompaktere Bauform des Schaltgetriebes ist daher zu erreichen, wenn die einem zweiten von zwei Zahnradpaaren zugeordnete Sperrsynchronisiereinrichtung nicht zwischen den zwei Zahnradpaaren sondern jenseits vom ersten Zahnradpaar platziert wird, so dass die zwei Zahnradpaare im Wesentlichen ohne Zwischenraum an ihren jeweiligen Wellen angebracht werden können. So kann die erste Welle kürzer als die zweite gemacht werden, und auf diese Weise kann Platz eingespart werden.
Die Sperrsynchronisiereinrichtung umfasst einen mit der zweiten Welle drehfest verbundenen Träger, eine mit dem zweiten Zahnrad des zweiten Paars drehfest verbundene Schaltverzahnung und eine Schaltmuffe, die an dem Muffenträger zwischen einem in die Schaltverzahnung eingerückten Zustand, in welchem sie das zweite Zahnrad des zweiten Paars drehfest mit der zweiten Welle verbindet, und einem ausgerückten Zustand verschiebbar ist, in welchem dieses zweite Zahnrad und die zweite Welle gegeneinander drehbar sind.
Das zweite Zahnrad des zweiten Paars und seine Schaltverzahnung sind durch eine Hülse verbunden, die sich um die zweite Welle herum und durch eine zentrale Öffnung des zweiten Zahnrads des ersten Paars erstreckt.
Um im Bedarfsfalle eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Zahnrad des ersten Paares und der zweiten Welle herzustellen, ist eine einzige Schaltmuffe vorgesehen, die zwischen einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad des ersten Paars an den Träger koppelt, und einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad des zweiten Paars an den Muffenträger koppelt, verschiebbar ist.
Um einen Leerlauf des Getriebes oder das Einlegen weiterer Gänge mit Hilfe eines dritten Zahnradpaares oder anderer Zahnradpaare des Getriebes zu ermöglichen, ist die Muffe vorzugsweise in einer Zwischenstellung platzierbar, in der sie weder das zweite z. B. des ersten Paars noch das des zweiten Paars an die zweite Welle koppelt.
Während beim zweiten Paar das zweite Zahnrad und dessen Schaltverzahnung durch die Hülse voneinander axial beabstandet sind, ist beim zweiten Zahnrad des ersten Paars die Schaltverzahnung vorzugsweise an einer Flanke dieses zweiten Zahnrades gebildet, die der Schaltverzahnung des zweiten Zahnrads des zweiten Paars zugewandt ist, so dass die Schaltmuffe jeweils durch eine einfache axiale Verschiebung entlang der zweiten Welle mit einer der Schaltverzahnungen außer Eingriff und mit der jeweils anderen in Eingriff bringbar ist.
Um die Bewegung der Schaltmuffe zwischen den zwei Eingriffstellungen exakt zu führen, ist zwischen den zwei Schaltverzahnungen ein Hilfsmuffenträger angebracht. Dieser ist vorzugsweise um die zweite Welle drehbar.
Um eine kompakte Bauform des Schaltgetriebes zu erreichen, ist ferner vorteilhaft, dass die Schaltmuffe – vorzugsweise mit unterschiedlichen Radien in Bezug auf die zweite Welle angeordnet – einen ersten Satz von Schaltklauen, der mit dem mit der zweiten Welle drehfest verbundenen Muffenträger in Eingriff ist, und einen zweiten Satz von Schaltklauen aufweist, der mit jeweils einer der Schaltverzahnungen in Eingriff bringbar ist. So kann beispielsweise, wenn der zweite Satz von Schaltklauen mit dem zweiten Zahnrad des ersten Paars in Eingriff ist, der erste Satz von Schaltklauen zwar mit der Schaltverzahnung des zweiten Paars axial überlappen, ohne jedoch mit diesem im Formschluss zu stehen.
Wenn der oben erwähnte Hilfsmuffenträger vorhanden ist, so ist dieser vorzugsweise ständig mit dem zweiten Satz von Schaltklauen im Eingriff.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Figur.
1 zeigt einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs in einer durch die zwei Wellen des Getriebes definierten Ebene.
In dem Teilschnitt der 1 ist eine über eine (nicht dargestellte) Kupplung mit dem Motor des Kraftfahrzeugs verbundene Antriebswelle mit 1 und eine mit dem Fahrwerk des Fahrzeugs verbundene Abtriebswelle mit 2 bezeichnet. Die zwei Wellen 1, 2 sind jeweils in einer nicht dargestellten Außenwand eines Gehäuses des Getriebes sowie einer Zwischenwand 3 über Kugellager 4 drehbar gehalten. Mehrere nicht dargestellte Zahnräder sind zwischen der Außenwand und der Zwischenwand 3 fest auf der Antriebswelle 1 montiert; jedes von ihnen kämmt mit einem (nicht dargestellten) zweiten Zahnrad auf der Abtriebswelle 2, das mit Hilfe einer an sich bekannten und hier nicht dargestellten Sperrsynchronisiereinrichtung mit der Abtriebswelle 2 formschlüssig verbindbar ist, um ein an sich bekanntes Vierganggetriebe zu bilden.
Ein hier einseitig fliegend gelagert dargestellter Endabschnitt der Antriebswelle 1 trägt zwei fest verbundene Zahnräder 5, 6, die jeweils mit einem Zahnrad 7 bzw. 8 an der Abtriebswelle 2 kämmen. Das Zahnrad 8 ist einteilig mit einer lang gestreckten Hülse 9 verbunden, welche die Abtriebswelle 2 konzentrisch umgibt und in Bezug auf diese mit Hilfe von zwei an ihren Enden angeordneten Nadellagern 10 drehbar gehalten ist. Auf das vom Zahnrad 8 abgewandte Ende der Hülse 9 ist, über eine Mitnehmerverzahnung 11 formschlüssig und drehfest verbunden, ein Kupplungskörper 12 aufgeschoben, der sich aus einem scheibenförmigen, an seinem äußeren Umfang mit einer Schaltverzahnung 13 versehenen Abschnitt und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 14 zusammensetzt. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 14 ist umgeben von einem Synchronring 15, der an seinem äußeren Umfang eine mit der Schaltverzahnung 13 kongruente Verzahnung aufweist.
In einem sich in axialer Richtung der Abtriebswelle 2 erstreckenden Zwischenraum zwischen dem Zahnrad 8 und dem Kupplungskörper 12 sind, um die Hülse 9 drehbar, das mit dem Zahnrad 5 der Abtriebswelle 2 kämmende Zahnrad 7, eine mit diesem einteilige Hülse 17, ein mit der Hülse 17 über eine Schaltverzahnung 18 formschlüssig und drehfest verbundener Kupplungskörper 19, der sich spiegelsymmetrisch zum Kupplungskörper 16 aus einer Scheibe mit Schaltverzahnung 20 und einem Kegelstumpf 21 zusammensetzt, jeweils die kegelstumpfförmigen Abschnitte 14, 21 umgebende Synchronringe 22, 23, die eine Außenverzahnung tragen und ein sogenannter Hilfsmuffenträger 24 angeordnet. In der Umfangsfläche des Hilfsmuffenträgers 24 sind an mehreren Stellen axial und entgegen der Kraft einer Feder 25 radial verschiebbare Druckstücke 26 angeordnet.
Am freien Ende der Abtriebswelle 2 ist ein Muffenträger 27 drehfest montiert. Der Muffenträger 27 hat in etwa die Gestalt eines Zahnrades, dessen Kerndurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Schaltverzahnung 13 des dem Muffenträger 27 benachbarten Kupplungskörpers 12. Ein erster Abschnitt 28 einer Schaltmuffe 29, der an seiner Innenfläche rippenförmige, in Aussparungen an der Umfangsfläche des Muffenträgers 27 eingreifende Schaltklauen 31 trägt, ist daher auf dem Muffenträger 27 axial verschiebbar, ohne dass die Innenverzahnung des Abschnitts 28 mit der Schaltverzahnung 13 in Eingriff kommt, auch wenn beide, wie in der Figur gezeigt, axial überlappen. Ein zweiter, engerer Abschnitt 30 der Schaltmuffe 29 hat nach innen gerichtete rippenförmige Schaltklauen 32, die in der gezeigten Stellung in Eingriff sind mit der Außenverzahnung des Hilfsmuffenträgers 24, des Synchronrings 22 und der Schaltverzahnung 20 des Kupplungskörpers 19. So ist eine form- und kraftschlüssige Verbindung von der Antriebswelle 1 über die Zahnräder 5, 7, die Schaltverzahnung 20, die Schaltmuffe 29 und den Muffenträger 27 zur Abtriebswelle 2 hergestellt.
Um diese Verbindung aufzuheben, wird bei geöffneter Kupplung die Schaltmuffe 29 in der Figur so weit nach links verschoben, dass zwischen den Schaltklauen 32 des Abschnitts 30 und der Schaltverzahnung 20 der Eingriff verloren geht und die von der Schaltmuffe 29 in axialer Richtung mitgenommenen Druckstücke 26 den Synchronring 22 nicht mehr gegen den Kegelstumpf 21 drücken. In diesem Zustand kann die Sperrsynchronisiereinrichtung eines der nicht dargestellten Paare von Zahnrädern der Antriebs- und Abtriebswelle 1, 2 betätigt werden, oder die Schaltmuffe 29 kann in der Figur noch weiter nach links bewegt werden, so dass zunächst die von ihr weiter mitgenommenen Druckstücke 26 den Synchronring 23 gegen den Kegelstumpf 14 drücken und einen Reibschluss zwischen beiden herstellen. Solange der Kupplungskörper 12 nicht mit der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 2 rotiert, wird der Synchronring 23 in einem von den in Aussparungen des Synchronrings 23 eingreifenden Druckstücken 26 zugelassenen Ausmaß verdreht, so dass die Außenverzahnung des Synchronrings 23 gegen die Schaltklauen 32 der Schaltmuffe 29 verdreht ist und eine Weiterbewegung der Schaltmuffe 29 nach links in der Figur verhindert. Erst wenn die Drehgeschwindigkeit des Kupplungskörpers 12 – und damit die des Zahnrades 7 – an die der Abtriebswelle 2 angeglichen ist, geht der Reibschluss zwischen dem Synchronring 23 und dem Kupplungskörper 12 verloren, und die Außenverzahnung des Synchronrings 23 kann sich so drehen, dass eine Weiterbewegung der Schaltmuffe 29 und schließlich ein Eingreifen der Schaltklauen 32 ihres Abschnitts 30 in die Schaltverzahnung 13 möglich ist. Wenn dies geschehen ist, ist der Gangwechsel vollzogen, und die Kupplung zum Motor kann wieder geschlossen werden.
Indem bei dem erfindungsgemäßen Getriebe alle für die Herstellung der Drehsynchronisation beim Gangwechsel zwischen den Zahnradpaaren 5, 7 bzw. 6, 8 erforderlichen Elemente an das äußere Ende der Abtriebswelle 2 verlegt sind, kann die Antriebswelle 1 kürzer gehalten werden als die Abtriebswelle 2, und dementsprechend kann das Volumen eines Gehäuses des Getriebes zumindest in Höhe der Antriebswelle 1 im Vergleich zu einem herkömmlichen Schaltgetriebe mit gleicher Gangzahl verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Abtriebswelle
3: Zwischenwand
4: Kugellager
5: Erstes Zahnrad
6: Erstes Zahnrad
7: Zweites Zahnrad
8: Zweites Zahnrad
9: Hülse
10: Nadellager
11: Mitnehmerverzahnung
12: Kupplungskörper
13: Schaltverzahnung
14: Kegelstumpfförmiger Abschnitt
15: Mitnehmerverzahnung
16: Kupplungskörper
17: Hülse an 7
18: Mitnehmerverzahnung
19: Kupplungskörper
20: Schaltverzahnung
21: Kegelstrumpf
22: Synchronring
23: Synchronring
24: Hilfsmuffenträger
25: Feder
26: Druckstück
27: Muffenträger
28: Abschnitt von 24
29: Schaltmuffe
30: Abschnitt von 29
31: Schaltklaue
32: Schaltklaue

Claims

Schaltgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle (1, 2), die wenigstens zwei Paare (5, 7; 6, 8) von miteinander kämmenden Zahnrädern (5, 6, 7, 8) tragen, wobei ein erstes Zahnrad (5, 6) jedes Paars an der ersten Welle (1) drehfest angebracht ist und das zweite Zahnrad (7) des ersten Paars mit Hilfe einer auf der zweiten Welle (2) angeordneten, eine erste Schaltverzahnung beinhaltenden ersten Synchronisationseinheit zwischen einem mit der zweiten Welle (2) drehfest verbundenen Zustand und einem in Bezug auf die zweite Welle (2) drehbaren Zustand umschaltbar ist, das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars jeweils mit Hilfe einer auf der zweiten Welle (2) angeordneten, eine zweite Schaltverzahnung (13) beinhaltenden zweiten Synchronisationseinheit zwischen einem mit der zweiten Welle (2) drehfest verbundenen Zustand und einem in Bezug auf die zweite Welle (2) drehbaren Zustand umschaltbar ist, das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars (6, 8) und die Synchronisationseinheiten auf verschiedenen Seiten des zweiten Zahnrads (7) des ersten Paars (5, 7) angeordnet sind und das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars und die zweite Schaltverzahnung (13) über eine Hülse (9) in Verbindung stehen, die sich um die zweite Welle (2) herum und durch eine zentrale Öffnung des zweiten Zahnrads (7) des ersten Paars erstreckt, die Synchronisationseinheit eine Schaltmuffe (29) umfasst, welche zwischen einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad (7) des ersten Paars an einem Muffenträger (27) koppelt, und einer Stellung, in der sie das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars an den Muffenträger (27) koppelt, verschiebbar ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Schaltverzahnungen (13) ein Hilfsmuffenträger (24) um die Hülse (9) drehbar angebracht ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (29) in einer Zwischenstellung platzierbar ist, in der sie weder das zweite Zahnrad (7) des ersten Paars noch das zweite Zahnrad (8) des zweiten Paars an den Muffenträger (27) koppelt.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmuffenträger (24) um die zweite Welle (2) drehbar ist.
Schaltgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmuffe (29) einen ersten Satz von Schaltklauen (31), der mit dem mit der zweiten Welle (2) drehfest verbundenen Muffenträger (27) in Eingriff ist, und einen zweiten Satz von Schaltklauen (32) aufweist, der mit jeweils einer der Schaltverzahnungen (13) in Eingriff bringbar ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Satz von Schaltklauen (31) mit dem Hilfsmuffenträger (24) ständig im Eingriff ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Satz von Schaltklauen (31) auf einem größeren Radius bezogen auf die zweite Welle (2) angebracht ist als der zweite Satz von Schaltklauen (32).
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (1) kürzer als die zweite Welle (2) ist.